[发明专利]一种基于受迫振动的震源非线性扫描信号设计方法

说明书

本发明涉及一种基于受迫振动的震源非线性扫描信号设计方法，属于地球物理勘探技术领域。本发明考虑实际地表情况，利用可控震源扫描激发时近地表受迫振动系统振动特性信息确定目标频率‑能量值，进而确定非线性扫描信号频率变化速率、瞬时频率、瞬时相位和瞬时出力数据，实现对可控震源非线性扫描信号的设计。本发明可以有效适应不同地表，增强了可控震源在复杂环境中施工的适应性，同时有效提高震源施工资料的信噪比，更贴近生产实际应用。

技术领域

本发明涉及一种基于受迫振动的震源非线性扫描信号设计方法，属于地球物理勘探技术领域。

背景技术

可控震源地震资料采集施工中，扫描信号经过可控震源电控系统、液压控制系统驱动振动系统激发地震波，扫描信号是影响地震波质量的关键因素之一。地震波经过大地传播到地面仪器采集系统，经扫描信号相关，形成单炮记录。受到检波器、仪器、大地吸收衰减等滤波作用，获得地震记录频谱变窄且偏向低频，这些影响无法人为改变。

可控震源扫描信号有线性和非线性两类，其中线性扫描信号应用最为广泛的是Chirp信号，该信号扫描频率变化均匀，扫描能量平均分配。受机械-液压系统限制，可控震源使用的线性扫描信号无法在低频部分(5Hz以下)输出足够强度的能量，即便设计了较高的驱动幅度，但由于在该部分畸变较高，具有实际生产意义的基波出力值仍然较低，实现不了真正意义的低频勘探。而非性扫描信号最初是针对地震波吸收衰减的非线性特点提出的，针对非线性扫描信号，Goupil-laud重点对自相关函数的特性进行了研究；张宏乐等提了一种改善相关子波特性的扫描信号，主要突出主频附近的能量；曹务祥利用非线扫描因子的量化分析和主要目的层段的频谱特征，对指数或对数扫描信号进行衰减补偿优化；蓝加达提出了一种扫描速率随能量变化的扫描技术，通过在高频段增加扫描时间来提高地震分辨率。上述方法主要补偿高频，一般是根据理想子波或大地吸收衰减曲线，进行指数或对数型扫描信号设计，王华忠等提出面向目的层反射子波振幅谱特性，进行不同扫描方式同时激发，使得目的层反射波同向叠加，得到高信噪比和宽谱的反射地震信号。魏福吉等提出基于目的层频谱的可控震源非线性扫描信号设计方法,利用非线性扫描增强目的层优势频带范围的能量。

目前的非线性扫描信号设计中均未考虑地表类型，导致设计的非线性扫描信号无法适应实际的地表类型，进而影响地震信号的品质。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于受迫振动的震源非线性扫描信号设计方法，以解决目前设计的非线性扫描信号没有考虑地表情况导致信号设计的准确性差的问题。

本发明为解决上述技术问题而提供一种基于受迫振动的震源非线性扫描信号设计方法，该设计方法包括以下步骤：

1)获取可控震源扫描激发时近地表受迫振动系统振动特性信息，所述振动特性信息用频率-能量数据进行表征；

2)根据近地表受迫振动系统振动特性信息确定共振频率及优势频带；

3)将优势频带作为加强扫描能量频带，并将可控震源最大出力值的1.5倍至2倍作为该频带的能量设计值；

计算步骤2)确定的共振频率振幅值与所述加强扫描能量频带的能量设计值的比值，将步骤1)获得的频率-能量数据除以该比值获得初始目标频率-能量数据，再将优势频带即加强扫描频带的能量值统一修改为所述能量设计值，非加强扫描频带的低频部分，保持按比例转换后的能量值不变；非加强扫描频带的中高频部分，能量值修改为设计的可控震源瞬时出力最大值，对全频带内离散能量值进行拟合，拟合结果即为目标频率-能量值；

4)根据目标频率-能量值、可控震源振动系统性能参数计算非线性扫描信号频率变化速率、瞬时频率、瞬时相位和瞬时出力数据，完成基于受迫振动的可控震源非线性扫描信号设计。