基于地震记录的震源激发信号一致性评价方法

摘要

本发明涉及一种基于地震记录的震源激发信号一致性评价方法，首先提取震源地震记录中近偏移距数据中的直达波，确定不同道数据直达波信号的到时差，然后进行时差校正，将多道直达波信号进行叠加，再通过分析不同记录中的直达波信号的相似系数、相对时延以及能量差异，从而实现对不同震源的激发效果的一致性评价。解决了震源激发信号一致性的检测问题。避免了因各震源点处震源激发信号不一致而引起的地下构造探测结果较大误差的出现。不仅适用于可控震源也适用于炸药震源的一致性评价，不仅能用于单可控震源、组合震源，还可用于相控震源现场质量监控及震源维护，为地震数据处理过程对震源进行一致补偿提供必要的参考信息。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种信号的一致性评价方法，尤其是基于地震记录的震源激发信号一致性评价方法。

背景技术：

在地震勘探领域，地震数据处理、相控震源和组合震源工作方式，都需要对震源进行一致性评价。例如激发信号一致性差的震源，地震数据在地震数据处理中需要进行震源一致性补偿；激发信号一致性差的震源不能进行相控震源和组合震源方式地震勘探。

为了提高地震勘探深度，地震勘探经常使用组合震源方式，包括炸药震源组合和可控震源组合，而组合震源要求各震源激发信号严格一致。组合震源工作方式为多个震源同时工作，新出现的相控震源工作方式是多个震源协同工作，各震源采用依次延时激发的控制信号，相控震源方式对各震源激发信号的一致性要求更加严格。当前的可控震源地震勘探施工过程，要求对震源质量进行现场质量监控，震源性能达不到质量要求不能施工，这里质量监控的含义即保证震源每一次激发信号一致，并且与震源产品出厂时信号一致。可控震源使用一段时间，设备性能会因零部件老化或使用不当等原因质量下降，因此需要有效的检测方法检测震源激发信号是否与出厂一致，如果不一致要进行可控震源的维护工作。可控震源地震数据处理过程中，一旦发现个别震源点激发信号不一致，必须进行针对性地震源一致性补偿处理，这一过程也要以震源激发信号一致性作为信号补偿的依据。

CN102798889A公布了一种相控震源一致性判定方法，给出了针对相控震源、组合震源方式工作的可控震源激发信号一致性的评价方法，该方法不适用于对炸药震源以及单个可控震源的一致性评价。

发明内容：

本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于地震记录的震源激发信号一致性评价方法。

本发明的主要思想是：

在野外采集的震源地震记录中，近偏移距直达波信号信噪比高，受环境影响小，能够反映震源的激发效果。本方法首先提取震源地震记录中近偏移距数据中的直达波，利用相关检测原理，确定不同道数据直达波信号的到时差，然后进行时差校正，将多道直达波信号进行叠加，得到信噪比较高的直达波信号，再通过分析不同记录中的直达波信号的相似系数、相对时延以及能量差异，从而实现对不同震源的激发效果的一致性评价。

本发明是通过以下技术方案实现的：

基于地震记录的震源激发信号一致性评价方法，包括以下步骤：

a、输入采集系统一致的两个地震记录，记为U₁(t,x)、U₂(t,x)，其中，t为时间，x为正整数，表示地震记录中各道数据的道号。记U_i(t,x)＝(u_i(t,1),u_i(t,2),…,u_i(t,n))，i＝1,2，u_i(t,n)表示第i个地震记录第n道数据；

b、在两炮地震记录中分别截取包含清晰直达波信号的近偏移距道地震记录对应的时间范围为0≤t≤t₀，对应的地震道范围为x_min≤x≤x_max,即$>U_i^z(t,x)=\left\{U_i(t,x)\right|0\le t\le t_0,x_{\min }\le x\le x_{\max }\};$>

c、记$>U_i^z(t,x)=(u_i^z(t,x_{\min }),u_i^z(t,x_{\min +1}),...,u_i^z(t,x_{\max })),$>设d为中最小偏移道道号，x_min≤d≤x_max，令

d、以S_i(t)为参考道，对的所有道数据作互相关运算,公式为$>R_{i,k}=S_i\left(t\right)\otimes u_i^z(t,k),$>k＝x_min,x_min+1,…,x_max；

e、记R_i,k最大值对应时刻τ_i,k，将时移-τ_i,k得到$>u_i^{\tau }(t,k)=\left(\begin{array}{cc}{u}_i^z(t+{\tau }_{i,j},k),& 0\le t\le t_0-{\tau }_{i,k}\\ 0,& t_0-{\tau }_{i,k}<t\le t_0\end{array}\right),$>k＝x_min,x_min+1,…,x_max，输出对齐直达波同相轴后的记录$>U_i^{\tau }(t,x)=(u_i^{\tau }(t,x_{\min }),u_i^{\tau }(t,x_{\min +1}),···,u_i^{\tau }(t,x_{\min }));$>

f、叠加的所有道数据，计算得到对应的直达波信号$>p_i\left(t\right)=\underset{k=x_{\min }}{\overset{x_{\max }}{\Sigma }}{u}_i^{\tau }(t,k);$>

g、对p₁(t)和p₂(t)作互相关计算，记R_p的最大值对应的时刻为t_p，则两地震记录中震源相对时延Δt＝t_p；

h、求取p₁(t)和p₂(t)的相似系数，公式为<·>表示内积运算；

i、定义p₁(t)和p₂(t)的能量差异系数为ω＝(W₂-W₁)/W₁*100％，其中，j表示在一定采样率的情况下得到的离散时间序列；

j、根据地震勘探中对震源的实际要求，确定基于地震记录的震源激发信号一致性判定准则为：|Δt|＜0.14ms、γ≥0.9、|ω|≤5％，若以上三个条件同时满足，则判定两个地震记录的震源激发信号一致性强，反之，则两个地震记录的震源激发信号一致性较弱。

有益效果：本发明公开的基于地震记录的震源激发信号一致性评价方法，解决了震源激发信号一致性的检测问题。避免了因各震源点处震源激发信号不一致而引起的地下构造探测结果较大误差的出现。经试验，在不增加施工成本的情况下，不仅适用于可控震源也适用于炸药震源的一致性评价，不仅能用于单可控震源、组合震源，还可用于相控震源现场质量监控，及震源维护，为地震数据处理过程对震源进行一致补偿提供必要的参考信息。

附图说明：

图1两炮地震记录(a)U₁(t,x)，(b)U₂(t,x)

图2提取的直达波信号(a)p₁(t)，(b)p₂(t)

具体实施方式：

下面结合附图和实施例做进一步的详细说明：

在本实施例中以t₀＝0.16s,x_max＝260，x_min＝240，采集系统完全一致，道间距为1m的2个地震记录为例进行震源激发信号一致性评价，但震源激发信号一致性评价方法不受实例中给出的参数的限制。

基于地震记录的震源激发信号一致性评价方法，包括以下顺序和步骤：

a、输入采集系统一致两个地震记录，记为U₁(t,x)、U₂(t,x)，记U_i(t,x)＝(u_i(t,1),u_i(t,2),…,u_i(t,n))，i＝1,2，u_i(t,n)表示第i个地震记录第n道数据；

b、在两炮地震记录中分别截取包含清晰直达波信号的近偏移距道地震记录对应的时间范围为0≤t≤0.16s，对应的地震道范围为240≤x≤260,即$>U_i^z(t,x)=\left\{U_i(t,x)\right|0\le t\le t_0,x_{\min }\le x\le x_{\max }\};$>

c、记$>U_i^z(t,x)=(u_i^z(t,x_{\min }),u_i^z(t,x_{\min +1}),...,u_i^z(t,x_{\max })),$>两地震记录最小偏移道均为第250道，令

d、以S_i(t)为参考道，对的所有道数据作互相关运算,公式为$>R_{i,k}=S_i\left(t\right)\otimes u_i^z(t,k),$>k＝240，241，...，260；

e、记R_i,k最大值对应时刻τ_i,k，将时移-τ_i,k得到$>u_i^{\tau }(t,k)=\left(\begin{array}{cc}{u}_i^z(t+{\tau }_{i,j},k),& 0\le t\le t_0-{\tau }_{i,k}\\ 0,& t_0-{\tau }_{i,k}<t\le t_0\end{array}\right),$>k＝240,241,…,260，输出对齐直达波同相轴后的记录$>U_i^{\tau }(t,x)=(u_i^{\tau }(t,x_{\min }),u_i^{\tau }(t,x_{\min +1}),···,u_i^{\tau }(t,x_{\min }));$>

f、叠加的所有道数据，计算得到对应的直达波信号$>p_i\left(t\right)=\underset{k=240}{\overset{260}{\Sigma }}{u}_i^{\tau }(t,k),$>其中i＝1,2；

g、对p₁(t)和p₂(t)作互相关计算，记R_p的最大值对应的时刻t_p＝0s，则两地震记录中震源相对时延为Δt＝t_p＝0s；

h、p₁(t)和p₂(t)的相似系数<·>表示内积运算，计算得γ＝0.999；

i、定义p₁(t)和p₂(t)的能量差异系数为ω＝(W₂-W₁)/W₁*100％，其中，j表示在一定采样率的情况下得到的离散时间序列，采样间隔为0.2ms，按照公式求取ω＝-0.1％；

j、根据震源激发信号一致性判定准则为：|Δt|＝0＜0.14ms、γ＝0.999≥0.9、|ω|＝0.1％≤5％，判定两个地震记录的震源激发信号一致性强。