高效采集中可控震源干扰波的类型及压制方法研究—以HSD地区为例

2014-12-08田根海吴超

中国科技纵横 2014年19期

关键词：同源震源谐振

田根海吴超

(中国石化地球物理公司胜利分公司,山东东营 257086)

高效采集中可控震源干扰波的类型及压制方法研究—以HSD地区为例

田根海吴超

(中国石化地球物理公司胜利分公司,山东东营 257086)

可控震源干扰波类型较多,常见的面波、线性干扰等通过处理技术可以消除,但是随着可控震源高效采集的实施,可控震源的同源干扰和谐振干扰成为影响资料的一个重要因素。目前,物探行业的一些专家从采集和处理方法对其进行了一些研究。2013年,地球物理公司胜利分公司在HSD地区进行可控震源高效采集,通过对高效采集中干扰波产生机制及其特特点进行分析,结合实际资料,重点对不同的施工参数对干扰波的影响进行分析,通过选取合适的可控震源施工参数,减小高效采集中可控震源干扰波的影响。

可控震源高效采集干扰波施工参数压制

1 引言

可控震源以其施工方便、高效环保等优点,得到越来越广泛的应用,尤其是在西部戈壁砾石等钻井困难的地区,可控震源的优点显现,但是可控震源的干扰波一直是影响资料的一个重要方面[1]。报告从可控震源高效采集中干扰波类型及产生机制着手,对干扰波特性进行分析,主要从采集参数选择方面进行压制。

2 高效采集时可控震源干扰波类型及产生机制

可控震源高效采集时,受到的干扰波的类型较多,其中面波、线性干扰波、声波等这些干扰在处理时,可以较好的消除,但同源干扰和谐振干扰对资料影响很大。

2.1 同源干扰

同源干扰是指多台可控震源同时施工时,相互间的干扰。当有两组震源同时施工时,第一组可控震源的任意一台可控震源可以与第二组中的任意一台或几台同时震动,形成同步扫描。这两组可控震源虽然间隔一定的距离,但是相互之间还是有一定的干扰,这种干扰就是同源干扰。

2.2 谐振干扰

谐振:由于震源的机械装置与震动装置的非线性震动以及震板与大地的耦合问题,在震源向下输入能量的同时,产生的畸变[3]。这种畸变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。

谐振干扰在常规扫描和滑动扫描时,对资料的影响是不同的,常规扫描主要是影响自身资料,而在滑动扫描中,主要是下一炮对上一炮形成干扰。

谐振产生主要与震源机械自身因素、地表因素和施工参数引起的:

(1)机械原因。由于可控震源的机械装置和震动装置是非线性震动的,在震动过程中就会产生谐波畸变。

(2)地表原因。当地表过软或过硬时,可控震源与地表耦合较差,震动时就会产生谐振。但不同地表引起的谐波畸变不同:当地表坚硬时,振幅畸变较大;当地表松软时,相位畸变较大,增加了子波旁瓣;地表硬度适中区域,振幅和相位畸变都较小[4]。

(3)施工参数原因。可控震源施工时,采用合适的参数可以降低谐振干扰,从实际资料看,采用不同的施工参数,谐振强度明显不同。

3 可控震源高效采集是主要干扰波特性分析

通过上文分析,可控震源在高效采集时,主要干扰波为同源干扰和谐振干扰,下面对这两个干扰波的特性进行分析。

3.1 同源干扰

同源干扰本质:在一定距离内,同时激发的单炮相互干扰。

同源干扰的特征有:(1)干扰强度与距离有关。同源干扰强弱主要与两组震源的距离有关,两组震源的距离越近,干扰程度越强,浅、中、深的目的层都会被干扰,随着同步距离的增加,同源干扰下移,影响程度降低。(2)与近地表条件有关。低降速带厚度越薄、速度越高,相互间影响越大。(3)与目的层的倾向有关。当在下倾方向激发上倾方向接收时,同源干扰的距离大于上倾激发下倾接收的距离。从以上特征分析看,同源干扰主要与施工参数和地表地质条件有关,但只有从施工参数方面可以进行降低干扰。

3.2 谐振干扰

谐振特征主要体现在以下几个方面:

(1)出现位置。谐波出现没有一定的规律性,在同一地表,这一炮谐振明显,下一炮谐振可能不明显,在同一位置,这次震动谐振明显,下一次震动谐振可能不明显。如果出现,在常规扫描和滑动扫描中,出现的位置不同,在常规扫描中,一般出现在可控震源激发点的正下方,在滑动扫描中(线性升频扫描),谐振出现在排列上,表现为下一炮对上一炮或几炮的干扰。

(2)频率特征。因为可控震源的谐波是以扫描基波的整数倍数出现,所以,谐波的主频较高,频带较宽。从HSD的实际资料看,谐波主频为33Hz左右,频宽在0-64Hz,而相邻的非谐振区,其主频12Hz,频宽0-36Hz。从不同频率的分频扫描看,谐波干扰频段的主要主要为0-60Hz。

(3)能量特征。通过对谐振区的能量分析可以看出,在谐振区,能量远远高于相邻的非谐振区。但是在谐振的不同部位,谐振能量差别不是大。

(4)谐波出现时间。谐波出现的时间与扫描方式有关,在线性升频扫描中,谐波与基波相关后,谐波出现在相关的0时刻的左边,后面的激发的单炮影响前炮的资料;采样线性降频扫描时,正好相反,谐振出现在相关的0时刻的右边,即前面的激发的单炮影响后面的资料。

4 可控震源施工参数对干扰波的影响

通过以上分析,可控震源的施工参数与干扰波有密切关系,下面从同源干扰和谐振干扰两个方面分析施工参数对干扰波的影响。

4.1 同源干扰

同源干扰主要是由于多台可控震源同时工作的相互干扰,可以通过选择合适的距离减小对目的层的同步扫描干扰。从实际资料看,在HSD地区,当两台震源的距离为6km时,干扰的最浅目的层深度为1．1m(双程时);当两台震源的距离为8km时,干扰的最浅目的层深度为1．3m(双程时);当两台震源的距离为10km时,干扰的最浅目的层深度为1．5m(双程时);当两台震源的距离为12km时,干扰的最浅目的层深度为1．7m(双程时);基本是随着距离的增大,干扰目的层深度是随线性增加的。

4.2 谐振干扰

谐振产生有机械原因、地表原因和施工参数原因三个方面。

(1)机械方面。机械因素引起的谐振,我们在施工时很难克服。

(2)地表方面。地表因素中,对于坚硬地表用推土机将地表推平,确保振板在一个平面上,增加与地表的耦合度,岩石出露区,能否在振板与地表间加一个缓冲垫之类的物质,以增加与地表的耦合。对于松软地表,可以进行一次空震不记人磁带,压实地表。

(3)施工参数方面。施工参数对谐振的影响包括谐振出现时间和谐振能量两个方面。同一施工参数,在常规扫描和滑动扫描中,对谐波的影响是不同的,下面针对常规扫描和滑动扫描进行分析:

1)常规扫描:

①谐振出现时间。

从谐振出现和结束时间(线性升频扫描)的公式为:

T1、T2、为谐振出现和结束时间,T为扫描时间,W为扫描频宽,f1、f2为起始和终了频率,k为谐振阶数。

从上面公式可以看出,谐振出现与扫描长度、扫描的起始频率、终了频率和频带宽度有关。随着扫描时间的延长,谐振出现时间向下移动,减小对目的层的影响。随着起始频率的增加,谐振起始时间向后推移,随着终了频率增加,谐振结束时间向后推移。随着扫描频宽的增加,谐振的起始频率和终了时间都降低。即,在常规扫描中,随着扫描时间的增长、起始和终了频率的增加以及扫描频宽的降低,谐波出现时间较晚。

另外, 与升频扫描和降頻扫描的扫描方式有关,采用线性升频扫描的方式有利于压制谐波干扰。

②谐振能量。

2)滑动扫描:滑动扫描中,谐振对上炮资料的影响主要表现为最小干扰时间和最低干扰频率。Fmin＝KW(S-L+P)/[(K-1)*T]Tmin＝S+P-T2,从公式可以看出,增加增加滑动扫描时间S、增加扫描频宽W、减少扫描长度T都有利于压制谐波干扰。

从实际资料看,随着滑动时间的增加,谐振干扰逐渐降低,随着扫描频宽的增加,谐振干扰逐渐降低,随着扫描长度的增加,谐振干扰能量逐步降低。