可控震源谐波影响因素分析及对策

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1、·采集技术·文章编号：１０００－７２１０（２０１４）０６－１０５３－０８可控震源谐波影响因素分析及对策刘斌＊①张志林①赵国勇①何京国①陶夏妍②（①中国石化地球物理公司胜利分公司，山东东营２５７１００；②西南石油大学资源与环境学院，四川成都６１０５００）刘斌，张志林，赵国勇，何京国，陶夏妍．可控震源谐波影响因素分析及对策．石油地球物理勘探，２０１４，４９（６）：１０５３－１０６０．摘要在应用可控震源进行地震资料采集时会产生谐波干扰，谐波畸变包括振幅畸变和相位畸变，这些畸变会降低相关信号的质量。本文从可控震源机械本身、地表耦

2、合以及震源参数三个方面对谐波干扰产生的原因以及分布特征进行了分析。以可控震源振动与大地耦合响应、谐波能量与施工参数关系理论分析为基础，对不同地表耦合程度和不同激发参数产生谐波的大小及对资料的影响程度进行了科学分析和定量计算。在地表耦合上，首次提出了基于“半刚度”地表耦合谐波压制技术，指出增加一次空振扫描可改善可控震源与疏松地表耦合效果。在震源参数上，分析了震源台数、扫描长度、振动次数、扫描宽度等参数对谐波出现时间和振幅能量的影响，建议采用“少台、少次、低驱动、长扫描”激发方式。关键词可控震源谐波地表耦合震源参数半刚度中图

3、分类号：Ｐ６３１文献标识码：Ａ导致出现一组与扫描信号类似的谐波信号。该谐波以扫描信号频率范围的倍数出现，分别叫二次谐波，三次谐波，……，Ｎ次谐波［３］。谐波畸变包括相位畸变和振幅畸变。谐振的产生主要与下述三个方面因素有关：第一是机械原因，由于可控震源的机械装置与震动装置的非线性振动而产生谐振；第二是与地表耦合程度密切相关，当可控震源的震板与大地的耦合较差时，容易产生谐振；第三是可控震源的施工参数不合理容易产生谐振干扰。引言１在可控震源采集中，由于机械驱动装置的非线性特性以及振动装置与大地的耦合关系，在可控震源采集中存在谐

4、波畸变是不可避免的，而谐波畸变产生的原因多种多样［１］。若想最大限度地减小可控震源信号畸变，就必须清楚谐波产生的原因，进而有针对性地采取措施以减小震源谐波［２］。自２０１０年以来，中国石化集团公司在中国西部的众多地震采集项目都应用了可控震源，这些地区谐波干扰普遍比较严重。为了减小谐波对地震资料的影响，出现了许多压制可控震源谐波的方法。本文结合近几年可控震源的应用实例，对不同地表、不同可控震源施工参数与谐波的关系进行了深入研究，以期通过选择合适的施工参数和技术措施减小谐波对可控震源资料的影响。谐波分布特征在中国西部工区的单

5、炮记录上，谐波一般出现在震源炮点的正下方，呈现视主频较高、频带较宽的特征，视主频通常为１５Ｈｚ左右，频率为６～６５Ｈｚ。谐波干扰混杂于原始记录中，往往成片分布；出现在记录上的时间及强弱毫无规律可言，同一震源炮点不同时间以及相邻震源炮点激发，谐波出现的位置、能量均有所差别［４～５］。２．２谐波的产生原因及其特征２地表耦合对谐波的影响及压制方法３谐波产生原因由于振动器产生的振动信号的谐波畸变、失真，地表耦合理论分析可控震源与地表组成的耦合系统及大地受力如２．１３．１＊山东省东营市东营区中国石化地球物理公司胜利分公司地震勘探研

6、究所，２５７１００。Ｅｍａｉｌ：３４２５３５３４＠ｑｑ．ｃｏｍ。本文于２０１３年８月１２日收到，最终修改稿于２０１４年９月２４日收到。石油地球物理勘探２０１４年１０５４图１所示。谐波干扰的产生与特殊的地表条件有关，当可控震源振动时向大地施加的外力为由上式分析可知，密度在地震响应中起着至关重要的作用。当地表密度过大或过小时，可控震源极易与大地形成共振耦合系统，即大地的固有频率与可控震源振动频率一致，从而产生谐波。因此，当地表太硬或太软时，震源底板和地面耦合不好，都会导致可控震源信号中谐波畸变变大。地表过硬，振幅畸变较大；地

7、表过软，由于松软地层在压缩阶段和膨胀阶段刚度会发生很大变化，导致相位畸变严重，特别是峰值相位的突变，增加了相关子波的旁瓣，谐波干扰更加复杂［６～１０］。Ｆ＝Ｒ０ｓｉｎ２π（ｆ１＋ａｔ）ｔ（１）２其中：Ｒ０为振幅；ｆ为频率；ａ为相位；ｔ为时间。地表耦合对谐波影响３．２相同地表不同区域对谐波影响３．２．１为了研究同一地表不同区域地表耦合程度与谐波的关系，对中国西部ＮＭＨＤ工区硬地表山前砾石区和软地表雅丹地貌区进行谐波干扰影响分析。从硬地表的山前砾石区同一单炮不同区域谐波干扰分析（图２）可以看出，谐波干扰相对较强，振幅畸变严重

8、（图２ａ），随着时间的增加，谐波干扰能量呈逐渐减弱的趋势（图２ｂ）。连续抽取１０炮进行谐波干扰定量分析（图３），可以看出，由震源底板与地表耦合产生的谐波畸变（图３ａ）能量变化大，一致性较差（图３ｂ），频带较窄（图３ｃ），主频为１２Ｈｚ，有效频宽为１０～１４Ｈｚ；由震源自身产生的谐波畸变图１可控震源与地表组成的耦合系统