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可控震源应用技术1、国内外技术现状及发展趋势1可控震源的现状及发展趋势1电控箱体的特点及发展趋势：22、扫描信号3可控震源使用的信号4如何生成一个有限带宽的震源信号4扫描信号的形式及技术应用53、应用技术6线性扫描6非线性扫描9组合扫描124、谐波畸变特性分析及压制技术16谐波干扰的压制205、多源激发22交替激发22滑动扫描236、质量控制（QC）27原始采集数据质量的一些要求（SHELL COMPANY）27关于可控震源，参加施工的可控震源应满足如下技术要求：27有关评价指标的说明及应用方法27统计分析300进入21世纪，地震勘探领域发生了许多变化，地震勘探技术取得了很大的进步，尤其是通过一系列突破性的技术进步，提高了地球物理数据的质量，使得地震勘探水平快速增长，而地震勘探技术已成为油田勘探和开发的必不可少的重要手段。随着中国石油工业的发展，地球物理勘探已由东部转移到了西部，而我国西部地表条件十分复杂，地震资料信噪比低、施工效率低、地震资料采集成本高。对此，在戈壁、小沙漠、河床、部分山沟等采用可控震源，该举措既能提高地震资料质量，又能提高生产效率降低生产成本。因此，可控震源在地震勘探中得到了广泛的应用，但是到目前为止，对可控震源的性能以及震源参数的科学设计等方面，未进行深入细致的研究，还没有充分发挥可控震源的潜力，而现有的可控震源施工方法仅仅是靠经验来确定，缺乏理论依据。众所周知，地震波在大地的传播当中，由于大地的滤波作用，其地震能量随深度和频率呈指数衰减关系，使地震分辨率随地震波的传播路径大大降低，从而也就降低了地震资料的精确成象。尤其对于确定小幅度构造、岩性油气藏以及断褶带地区影响极大。在地震采集和处理活动中，人们一直设法保护地震资料的有效频带，力争地震资料的谱白化，以提高地震资料的分辨率。在可控振源的扫描信号的选取当中，人们曾使用不同的扫描形式，以补偿大地的频率吸收作用，并收到了较好的效果。与炸药震源相比可控振源有其自己的独特优点，既激发信号是已知的，信号的频率和能量是可以控制的。信号的扫描形式主要包括线形扫描、非线性扫描，伪随机扫描，以及变相位技术。人们可通过对实际资料的定量分析，正确的选择扫描形式和扫描参数。从而达到最佳采集。本项目的目的：就是从研究大地滤波的特性出发，根据可控振源信号的可控制性，通过对资料的定量分析，采用不同的扫描形式，决定最佳的扫描参数，寻找可控震源参数设计的理论依据，由定性分析上升到定量研究。1、国内外技术现状及发展趋势可控震源的现状及发展趋势可控震源施工在国内外已得到了较为广泛的应用，在我国东部地区发现了二连油田，在复杂的西部地区也得到了较好的应用。目前国内使用的可控震源300多台，主要包括：小吨位震源（出力在140kN左右），如美国莫兹公司进口的M12/602型、M12/602A型；中等量级震源（出力在200kN左右），如M18/612型、M18/615型及Y2700型；使用较多的还是国产可控震源KZ-13型、KZ-20型和KZ-28型，震源出力分别为130kN、197kN、275kN。可控震源的发展趋势：在纵波勘探领域，未来安全、环保等要求，更需要可控震源；大吨位可控震源将成为未来震源发展的主流；中等量级的可控震源将依然有一定的市场；常规可控震源将逐步淘汰；可控震源将在开发地震中发挥更积极的作用。在多波勘探领域：储层研究、裂隙研究的需要、多波可控震源将成为下世纪震源发展的重点；多波可控震源将逐步取代常规可控震源的市场；三分量数字式陆上检波器的工业化革命，必将激活未来多波、多分量勘探的市场；多波可控震源将在开发地震中发挥革命性的作用。电控箱体的特点及发展趋势：从1992年开始引进法国Sercel公司的VE-416和美国Pelton公司的ADV震源电控箱体，能针对不同的地表地质条件，选择有利的激发方式和激发参数，同时对复杂地表地区，具有快速的自适应功能，能实时地对信号进行振幅和相位控制，从而改善可控震源激发信号品质。随着可控震源的发展，其性能有了很大的提高，可控震源的箱体设计更具科学性和实用性，先进可控震源箱体的QC质量控制系统可以实时监控可控震源的工作情况。在国内可控震源施工过程中，大都采用线性扫描和非线性扫描，激发频带在10-80hz之间，扫描长度在12-20s之间，震动台数为3-5台，震动台次为6-8次，很少采用变频扫描。在国外的可控震源施工中，变频扫描已得到了广泛应用，效果较为明显。由于我国的表层地震地质条件很复杂，变频扫描应用较少。随着可控震源技术的发展，设计“谱白化”的扫描方式是可控震源发展的总趋势，同时应充分利用先进的可控震源电子箱体监控。早期的电控箱体为先进的三型电子箱体，只允许使用线性信号；先进的五型箱体允许使用线性信号，当配置了选件后，也允许使用非线性信号、变频扫描信号；先进型电控箱体允许使用线性信号，dB/oct型的非线性信号、脉冲信号，当配置相应的选件和辅助计算机后，还可以使用 DB/HZ 型、时间幂型、t2型等非线性信号、伪随机码（频率随机和振幅随机）信号及各种组合信号，允许变相位和变频技术；VE416电控箱体允许使用线性信号，组合线性信号、dB/oct、log、t2型等非线性信号、脉冲信号（有边叶和无边叶两种）、伪随机码信号（两种滤波门，两种固定扫描长度），允许变相位和变频技术。VE432、VIB PRO系统是新一代电控系统的代表，展示了未来可控震源的发展方向。新一代可控震源电控系统可以实现几乎所有的、先进的可控震源应用技术，如：伪随机码扫描；多组激发源交替或滑动扫描；编码扫描；分段扫描；滑动扫描等。对VE432电控箱体而言，DPG可以同时产生四种不同的扫描信号。最终输出的参考信号或扫描信号从预先设定的32个基本扫描信号库中调出，并结合扫描升、降频方式、初始相位生成完整的扫描信号。基本扫描信号由频率范围、频率函数关系、周期、斜坡和振幅函数构成。一台DPG可以同时控制四组震源生产，控制总数可达28台震源。通过一个自动标定的过程，VE432系统的可控震源数字模型可以适应配有标准伺服阀的任何类型的可控震源，不需要人工进行适配调节。全数字、自适应伺服控制系统通过最优控制技术达到减小控制相位误差、降低输出信号畸变、控制可控震源最大基值力输出的效果。最优控制技术允许用户采用：更快的扫描速率； 无间隔时间的扫描段组合，如分段扫描或多源激发技术； 无公害的伪随机码扫描。电控箱体对最大扫描长度的要求：不同电控箱体在扫描长度的设计上有一定的区别：先进型系列最大的扫描长度为32s；先进型系列为64s，但采用不同的存储方式扫描长度最大可达128s；VE416电控箱体的最大扫描长度为64s，VE432电控箱体的最大扫描长度为128s扫描频率的极限设置扫描信号的低频设置主要取决于可控震源重锤最大行程，也要考虑可控震源运载车作用于平板上的力。如果解决不了运载车辆的固有频率问题，低频极限只能在5.6Hz左右。可控震源高频信号约束条件主要来源于伺服伐，现阶段伺服伐（电液）的频响折点大约在250HZ左右，而比较适于使用的高频段实际上在125HZ左右。可控震源的驱动幅度驱动幅度受可控震源力矩马达饱和非线性的影响、最大静载荷压重的约束、震动输出力畸变失真的限制。可控震源扫描信号子波的一般特点 l 相关信号与用炸药震源得到的反射脉冲形态基本一样。 l 对于震源而言，最好的下传信号就是自相关信号。 l 反射脉冲等于扫描信号的自相关函数与大地响应的褶（卷）积。 l 可控震源的反射基本上是对称的自相关函数，但是受到了大地的小相位滤波特征和震源非线性因素的影响。 l 扫描信号频率的选择要中和成本与在大地滤波特征下所追求的最大频带宽度等因素。 l 自相关函数在零点的振幅值也代表了扫描信号的能量。 l 扫描信号的谱越宽，自相关子波越窄。 l 频带越窄，边叶水平越高。 l 扫描的自相关函数的边叶可以通过在扫描信号两边加斜坡（镶边函数）的方法得到改善。新一代电控箱体的特点新一代的电控箱体具备完整的实时的质量控制技术，在VE432电控箱体中，DSD集成了一组用于传感器自动测试的检测功能，通过检测物理测量的相干性，保证震源的激发质量，使震源生成相应的扫描信号，而没有发生激发极性错误的风险。DSD生成的QC数据体可以实时或事后分析下述参数：相位、畸变、基值输出力。 另外，数字控制还可以辩识近地表物性结构参数，如：弹性、阻尼，该参数表征了大地的吸收作用，可以用于对地震信号的特殊处理要求。l 柱状QC分析结果显示所有的QC信息都可以采用自动设定的检测（监视）门槛，通过彩色柱状图进行显示，可以将每台震源当前的质量监测数据和最近50次平均统计数据逐一显示在在屏幕上。l 完整的图形显示功能对于QC数据体的信息来讲，VE432还具有以曲线的方式实时地显示每台震源的相位、畸变以及输出力与时间或频率的函数关系的功能。l QC统计分析如果需要，还可以对每天或一段时间内的QC数据进行统计分析，通过分析，可以检定可控震源出现的性能差异或用于建立震源维护/检修档案。2、扫描信号从研究大地滤波的特性出发，根据可控振源信号的可控制性，通过对资料的定量分析，采用不同的扫描形式，决定最佳的扫描参数，寻找可控震源参数设计的理论依据，由定性分析上升到定量研究。对于可控振源的电控系统，尤其解剖VE432箱体的性能和QC质量控制的功能；通过分析和试验确定实时监控的参数，实现对可控震源动态过程的全面质量控制。可控震源使用的信号地震勘探中的激发源能量既可以用振幅高度集中的信号（如：脉冲信号，在此通常指炸药），也可以用低振幅、长信号（如：可控震源）产生。其实，可控震源重要是依赖长时间的振动激发，得到相对弱的地震信号。可控震源另外一个重要特征就是激发源是有限带宽的信号。另外，可控震源激发技术只产生需要频带内的信号，而脉冲震源，如：炸药，生产的一部分频率在数据采集过程中是不予记录的。炸药爆炸的过程可以用脉冲来表示，即：一个振幅高度集中的信号在非常短的瞬间生成（图1-a），它的频谱中包含了所有的频率成分（图1-b）。对于有限带宽信号而言，它只表示在有限带宽内（图1-c）。在所展示的一个平坦的振幅谱（在图1-d）中只有1060Hz的频率成分。在可控震源中使用的信号大多形如图1-d。如何生成一个有限带宽的震源信号如前所示，大多数信号具有有限带宽的特征，通过傅立叶变换可以得到如图1-c所示的时域上的信号。但是一般如图1-c所示的振幅，在时域上的信号不能应用于可控震源，可控震源在激发时要求采用均衡振幅、长时间的信号。为了能够使如图1-c所示的信号用于震源的激发，必须将该信号转化为均衡振幅、长时间的有限带宽信号。采用频率延迟算子，就可以将短脉冲信号转化为长扫描信号。实际上，在应用过程中，采用将短延迟用于低频、将中等水平的延迟用于中间频率、将长延迟用于高频的处理方法，就会得到一个均匀振幅、视频率从低频逐渐扫到高频结束。这个信号看起来有些类似于正弦波，在可控震源中就称之为扫描信号。扫描信号的形式及技术应用根据不同的用途，扫描信号可分为正弦扫描信号，脉冲信号和伪随机信号。VE432 DSD可以生成一个1秒长度的脉冲信号，脉冲的峰值中心在0.5秒处。脉冲波形具有旁瓣以及波峰下跳的特征。通常，只有下述二种情况下使用脉冲信号：l 检查系统的极性；l 浅层地震勘探；伪随机信号与简谐振动不同：l 伪随机扫描信号生成的频率在激发频带内是随机变化的；l 在同样的激发幅度、扫描长度下，伪随机信号产生的能量要远小于传统扫描信号。因此，对于给定的激发幅度，伪随机信号的能量比正弦信号低6dB。对于一些类型的可控震源，由于伪随机信号需要的流量与功率都小，所以，对于伪随机信号而言，可以考虑采用较大一些的激发幅度。 伪随机扫描信号不会向线性扫描信号那样激发出谐振频率来，因此伪随机信号可以用于敏感地区，如：城镇等，并且不会对建筑和公共设施造成破坏。 对于简谐振动的扫描信号，如：线性信号或对数信号，斜坡函数对频带有一定的影响，但是对于伪随机信号而言，整个激发频带甚至无须斜坡信号。正弦扫描信号是资料采集中主要的扫描形式，最终输出的参考信号或扫描信号从预先设定的32个基本扫描信号库中调出，并结合扫描升、降频方式、初始相位生成完整的扫描信号。基本扫描信号由频率范围、频率函数关系、周期、斜坡和振幅函数构成。3、应用技术线性扫描 所谓线性扫描就是扫描的频时曲线是线性递增的或线性递减的。线性递增的叫做升频扫描，线性递减的叫降频扫描。线性扫描频谱特征就是振幅谱世平的，即对于每一个频率点能量分配是相等的，所以线性扫描方式不具备频率吸收补偿作用。 线性扫描参数主要包括起始扫描频率Fl、终了扫描频率Fu、扫描长度、何扫描斜坡。与能量有关的还包括台数、震次和驱动幅度。A）起始扫描频率的确定 对于地震资料的分辨能力来讲，低频和高频同等重要。所以在起始扫描频率的选取当中，要注意四方面的因素。（1） 对资料分辨能力的地质要求。（2） 低频干扰（面波）的影响。通过选取不同的起始扫描频率，能够达到衰减低频干扰的目的。但应考虑保留足够的低频成分。（3） 机械装置的性能指标。不同的震源装置具有不同的低频指标。考虑到接收装置及仪器因素，起始扫描一般应大于6-8Hz。（4） 扫描斜坡长度对低频的影响。B）终了扫描频率的确定 终了扫描频率与起始扫描频率一起，决定扫描信号的频率宽度，也就决定信号的分辨能力。应按下述原则选择终了扫描频率：（1） 考虑对资料分辨能力的地质要求。 =分辨地层要求的最大频率 d要分辨的最小地层厚度。 V相应地层的地层速度（2） 对试验或以前的资料做频谱分析，了解资料的频谱范围。（3） 扫描谐波长度对高频频的影响。（4） 扫描频宽应大于2.5个倍频程。B） 扫描斜坡的选择扫描斜坡的目的是减少扫描信号的吉卜斯现象。对于线性扫描，扫描起始斜坡长度与终了扫描斜坡长度一般可取为相同，当然也可以取为不同。扫描斜坡可分为线性斜坡和非线性斜坡两类。因非线性斜坡是一阶光滑的，效果优于线性斜坡，在生产中，提倡使用非线性斜坡。非线性斜坡包括余弦斜坡和布莱克曼斜坡（Blackman）。 余弦镶边函数 Blackman镶边函数以前余弦镶边函数用的较多，但从ADV 和VE432电控系统开始，Blackman镶边函数用的较多。 对于线性扫描，扫描起止频率和扫描长度确定之后，扫描速率是不变的。而窗函数的抑制效果要持续0.75-0.8斜坡长度才能逐步恢复设定振幅水平的70-90。加了斜坡之后，对扫描的边缘频率有衰减作用。斜坡越长，衰减越强。扫描斜坡的选择一般应考虑以下几个因素：1） 扫描起止频率2） 低频干扰的频率范围和能量强度。若低频干扰严重，可根据设定合适的斜坡长度进行抑制。3） 扫描长度和扫描频宽，扫描频宽与扫描长度的比值是扫描速率。扫描速率越小，斜坡可取的大些，扫描速率越大，斜坡越小。4） 吉谱斯现象，根据斜坡长度的定量分析，对于6s的扫描长度，扫描频宽90Hz的扫描信号，300ms的斜坡长度在频谱域有波纹现象，500ms的扫描长度基本消除了波纹现象。对于10s以上的扫描长度，500-800ms的斜坡长度是一推荐长度。对于5s以下的扫描长度，300-500ms是可以考虑的选择。C） 扫描长度的选择激发信号的扫描长度代表可控震源激发能量的大小。扫描长度越大，扫描能量越强，扫描长度越小，扫描能量越弱。 E扫描能量 所设定的扫描振幅的均方值。 T扫描长度。扫描信号的能量与震源台数，扫描次数和扫描长度有关。一般来讲，扫描台数在施工准备中就以基本确定，扫描次数的增加对保证激发的一次性穿透能力不利，并且在目前和将来，有进一步减少扫描次数的趋势。所以扫描长度是保证激发能量的主要因素。扫描长度的选择所遵循的原则是：1） 目的层深度2） 震源类型3） 试验分析：包括定性分析和定量分析，定性分析就是从记录的面貌上分析主要目的层是否能量足够，以及不同扫描长度记录的能量差异；定量分析就是借助采集试验分析软件，对记录进行科学分析。以达到扫描长度的最加选择，即保证能量足够，又不做无用功。4）考虑谐波干扰，尽量使谐波出现在目的层外。非线性扫描A）非线性扫描的设计依据当波前逐渐远离激发源后，信号的形态发生了改变，一部分能量转化为热量。大地的吸收和扩散作用使得激发能量随频率和传播距离呈衰减关系。高频部分逐步衰减殆尽。 式中A瞬时振幅A0初始振幅Q为吸收因子F为频率，T为时间。 为了补偿大地的吸收，增加高频的能量，震源的震动时间就不能象线性扫描那样按频率平均分配。而要求能量损失较小的低频具有较短的震动时间，能量损失较大的高频具有较长的震动时间。这就提出了非线性扫描。非线性扫描的扫描频率与扫描时间的函数关系再不是线性关系而是非线性关系。B）扫描类型的选择 非线性扫描包括许多形式：对数扫描、DB/Herz扫描、DB/Oct扫描、密法扫描，用的最多的是DB/Herz扫描、DB/Oct扫描，因为这两种扫描形式有着明确的物理意义，而其它的非线性扫描形式完全是一种数学上的表示。1） DB/OCT （3.3）2） DB/Hz （3.4）f（t）瞬时频率F1起始扫描频率F2终了扫描频率SL扫描长度T扫描时刻N扫描参量，是待定的一个参量。C）非线性扫描参数的确定 1）起止扫描频率与线性扫描选择方法一样。 2）扫描斜坡 由于非线性扫描对频率分配的能量不同， 扫描速率不是常数，信号的低频能量较弱，高频能量较强，可以说非线性扫描本身已对低频能量进行了抑制。所以对于非线性扫描，扫描斜坡一般为非对称斜坡。起始扫描斜坡较短，终了斜坡较长，起始扫描斜坡一般取200-300ms，终了扫描斜坡一般取500-1000ms。另外对于较大的速率函数扫描斜坡应该取小，对于较小的扫描速率函数，扫描斜坡应该取大。D）扫描长度的选取 非线性扫描的扫描长度应与线性扫描的确定方法相同。因为非线性扫描虽然对能量进行了非均匀分配，但总体扫描能量是不变的，与线性扫描相同。D） 非线性参数的确定1） 针对某一目的层，在原始记录上按时窗提取数据，进行频谱分析，了解振幅随频率的变化关系，求出能量每个倍频程或每周能量的衰减分贝数2） 根据求出的能量衰减率，给出非线性扫描的非线性参数。3） 上述两步也可借助软件，对非线性扫描参数进行科学的定量分析。4） 参数试验并进行定性和定量分析，看是否达到了谱白话采集。振幅谱法确定非线性因子1、对各个频率的扫描时间应与该频率成分要求的振幅呈正比。2、求各个频率成分在扫描信号中的出现时间。3、求扫描信号的瞬时频率4、求瞬时相位 5、求扫描信号组合扫描在可控震源施工中，为了解决振动能量及噪音压制方面的问题，往往需要几台震源（这些震源按照一定的间隔分开），在同一个激发点，震动数次形成扫描组，然后对各次的记录相关求和，产生单张地震记录。对于扫描信号的选择，一经确定以后，通常的做法是在一个扫描组当中，只使用一个扫描因子。这种单因子的扫描方法，虽然能够解决部分采集问题，但由于线性扫描对不同的频率成分扫描能量的平均分配和非线性扫描的低频压制作用，限制了可控震源的应用和有效性。与单因子扫描不同，组合扫描提倡在一个扫描组中包含若干个扫描因子，各个子扫描之间因子可以不同。一个子扫描可以仅含一个扫描因子，也可以含有多个扫描因子。这种扫描方式增加了扫描的灵活性及有效性，使得人们能够根据实际资料的特点，定量的选取合适的扫描信号。利用组合扫描方法，根据资料的频谱特征，能够实现高频提升的目的，使资料具有更大的分辨能力。同样组合扫描在压制噪音，抑制谐波畸变方面也有独到之处。在生产中，常用的压制谐波的变相位技术也是组合扫描的一种。什么是组合扫描组合扫描对扫描频率、扫描时间，可根据采集的需要进行分段，设计出一套比较使用的扫描组，从而达到频率提升，消除干扰，提高采集质量的目的。频率分段时分段频率可以相互重合也可以不重合，时间分段可以带有零段，也可以不带有零段。一次子扫描可以只包含一个频段，也可以包含几个频段，一次子扫描包含一个频段的扫描方式就是现在所用的模拟变频扫描，也可以称为组合扫描的特例。组合扫描的数学依据 对于常规的升频线性扫描，其扫描信号的数学表示为： 当时，它的自相关函数为上述公式中：-起始扫描频率，-终止扫描频率 -扫描长度， -扫描信号 -自相关函数。在常规的线性扫描中，为了防止吉卜斯现象，通常要求扫描信号的频宽大于2.5个倍频程。组合扫描根据地震数据的频谱，对扫描信号进行频率分解，形成子扫描组，每组扫描信号都具有不同程度的频宽。但对各子扫描信号的叠加后，仍能满足扫描信号的总体频宽大于2.5个倍频程的准则。所以通过优选各子扫描信号，能够改善扫描信号的自相关信号，从而改善记录质量。 与常规扫描相比，组合扫描有其独特得优点优点：组合扫描可以根据实际资料的频谱特征，合理的选取扫描组因子，实现资料的谱白化采集，达到频率提升的目的。通过改变扫描频宽和初始相位，可以压制谐波畸变，提高资料得信噪比。总之由于使用了多因子扫描，组合扫描比常规扫描更灵活，更有效。组合扫描的技术应用在可控震源的采集当中，组合扫描已被不同程度的应用。譬如用于提高地震分辨率的模拟变频扫描和通常压制谐波的变相位扫描，并且都收到了一定的效果。但是扫描组的设计都是根据经验设定的，缺少一定的论证依据，影响了组合扫描的推广应用。压制谐波干扰对于谐波干扰的压制，通常的做法是采用变相位扫描。为了开阔组合扫描的应用思路，现介绍一种新的压制谐波的方法。经分析认为，谐波畸变的产生与扫描频宽有关。当扫描频宽小于或等于一个倍频程时，谐波畸变在相关记录上将不出现。所以可以通过改变扫描频宽压制谐波干扰。消除50周干扰工频干扰一般是指50周干扰，可使用多种方法消除。在录制时使用陷波消除，也可在处理中进行消除。也可用组合扫描的方法加以消除。采用的方法就是将扫描频宽从50周处分开，实在扫描时不激发50周信号。 组合扫描提高地震分辨率由于大地的滤波作用，地震波能量随旅行时的增加呈指数方式衰减，同样对于某一特定反射层，地震波能量也随频率的增加呈指数方式衰减。所以，可根据反射波的频谱特征，分析能量随频率的变化，采用组合扫描的方式，对振幅较弱的频率范围，增加震次或扫描时间，加强扫描能量，从而达到频率提升，谱白化采集的目的 组合扫描的交互设计步骤1）野外特定地质条件下获得宽频带的地震记录。在野外选择有代表性的试验点，用生产所需的观测系统参数布置好排列，检波器和震源都不组合，震源的台数、震次、扫描长度用生产因素，用一个较宽频带（如：5124Hz）的线性扫描参数，获得一炮纪录。2）通过现场处理进行信号衰减特性测试。对试验纪录，选择避开干扰、中等炮检距的一个接收道做功率谱和分频扫描分析。从功率谱上分析优势频带的衰竭情况，确定频率衰减范围。用分频扫描确定信号频率的响应范围。3）模拟设计子扫描组。根据优势频带的衰减特性。模拟一组起始和终了扫描频率不同的子扫描。针对优势频段能量较弱部分，设计一些带宽较窄的子扫描（带宽1-2个倍频程），以提升和“拉平”优势频带的能量。设计1-2个子扫描保留低频，其余的子扫描为中、高频。4）检查各子扫描组的合理性。借助软件（采集中心支持部编制）对设计的每个扫描组进行频谱叠加和因子叠加，从频谱上可以分析组合扫描因子的非线性形态，并与实际资料的频谱进行对比，看能否达到频率提升的目的。通过检查叠加因子，可定量读出旁瓣与主瓣蜂值的比值，这个比值是评价叠加因子质量的重要指标。从而可确定最加的子扫描组合。减少了参数选择的盲目性。5）野外应用设计的模拟变频扫描参数。6）再到现场处理站做信号衰减特性的测试、对同一道做功率谱和分频扫描分析。7）精细设计子扫描组。针对优势频段能量改善还不理想的部分调整子扫描，进一步提高和“拉平”优势带频的能量。调整部分子扫描的高、低频范围。8）再到野外应用，举一反三直到满意为止。组合扫描采用简单的线性扫描方式，通过分析实际的地震资料，合理的选择子扫描组，对能量进行不等权分配，可以实现非扫描，提高地震资料的分辨能力。同时在压制谐波干扰，提高资料的信噪比反面也有独到之处。通过对扫描信号叠加因子的定量分析，可实现扫描组的预控制，从而减少了实验的盲目性。4、谐波畸变特性分析及压制技术由于震源的机械装置和震动装置的非线形震动和震板与大地的耦合问题，在震源向地下输入能量的同时，也产成了谐波畸变。这种畸变以扫描信号频率范围的倍数出现，分别叫做二次谐波、三次谐波N次谐波，形成了干扰波，降低了资料的信噪比。谐波干扰除了频率范围的成倍增长之外，还有其自己的相关特性、时间特性及振幅特性。从谐波干扰的特性分析入手，搞清谐波干扰的分布特点及振幅特点，找出压制谐波干扰的方法，是到提高记录信噪比重要步骤。谐波畸变的数学表征可控震源可以产生许多扫描信号，其主要形式可分为两类：线性扫描和非线性扫描。这里主要研究线性扫描。震源扫描信号的线性形式为：升频扫描： （1.1） （1.2）降频扫描： （1.3） （1.4）式中： 起始扫描频率， 终止扫描频率 瞬时频率， T 扫描长度谐波信号以扫描信号的扫描频率范围的倍数增长，其数学形式为： （1.5）其中：K为谐波的阶次。在野外采集的过程中，扫描信号的基波与谐波同时被检波器记录下来，形成了基波与谐波的叠加。 （1.6）谐波畸变相关特性分析用S（t）表示检波器接收道的地震波，并假设只包含扫描基波和二次谐波成分，即，则与基波信号的互相关为： （2.1）- 为基波信号的自相关。 为基波与谐波的互相关。 为基波与混合信号的互相关。不难得到下面的公式： （2.2） （2.3）其中：T扫描长度 k谐波阶次 W扫描频宽（fU-fL）T1和T2可以用作图的方式表示出来，从中分析以下T1、T2与扫描频宽、扫描长度、扫描起始频率的关系。谐波畸变振幅特性分析振幅特性分析就是研究谐波信号在相关记录中的能量强度。也就是求出相关记录中的谐波平均峰值振幅与扫描信号的自相关零时幅值的比值。扫描信号的能量时域表示为： (3.1) 其频域的表示应与时域相等 或 频域的振幅 (3.2)同理 则扫描基波与谐波的互相关能量为 (3.3)用表示相关记录中谐波峰值振幅的平均值，则 (3.4)从而可导出： (3.5) 谐波畸变分析结论a） 谐波畸变也是一种正弦信号，其频率是扫描信号的K倍，K是谐波的阶次，当时，对于降频扫描，谐波畸变出现在相关函数的右边。对于升频扫描，谐波畸变出现在相关函数的左边。b) 扫描信号的相位是 K次谐波的相位是，其中。c) 对于一定的反射层，其反射时间对应于相关的主峰，而谐波出现在距相关主峰T1和T2时间处，其中：，其延续度为。当扫描频宽小于或等于一个倍频程时将不产生大于二次谐波的干扰，当扫描频宽小于或等于二个倍频程时，将不产生大于三次谐波的干扰。d) 当扫描频宽和扫描长度一定时，谐波出现的位置T1与扫描起始频率呈正比，对于频率范围为10-80Hz的有效波，当 W=40-80Hz，就很难产生谐波干扰。e) 在相关记录上，谐波干扰的峰值振幅与反射信号主峰的比值为，随扫描长度的增加和频宽的加大，振幅比值呈抛物线方式下降。f) 不同阶次的谐波干扰，振幅比值不同，阶次越高，比值越弱。所以在野外采集中，二次谐波应是压制的重点。在野外采集中，可以根据谐波畸变的相位特征，相关特征，和振幅特性合理的选取扫描参数，采用变相位扫描技术和组合扫描技术避开或压制谐波干扰。谐波干扰的压制为了压制这种干扰，首先要识别和认识谐波干扰，并对谐波干扰的频率范围、谐波阶次进行定量分析，然后在通过优选扫描参数、组合扫描和变相位扫描技术进行压制。优选扫描参数就是根据目的层埋深和频率范围，采取不同的扫描参数，以避开或不产生谐波信号。变相位扫描就是利用不同扫描信号在相位上的不同，使各子扫描谐波干扰的相关信号反相或呈不同的相位，使之在总体垂直叠加中相互抵消。组合扫描通过采用不同频段、不同起止扫描频率的子扫描组，达到消除谐波干扰的目的。优选扫描参数在一个工区，扫描的总体起始频率，终了频率或频宽是不变的，有地质要求确定，但各个子扫描的起始频率，终了频率或频宽是可以变化的。 。在实际中，可以通过改变起始扫描频率，扫描频宽W和扫描长度T。 变相位扫描变相位扫描就是根据谐波的相位特性进行压制谐波，当扫描信号相位发生变化，N次谐波就要发生N的相位变化。 相位变化规则： 在变相位扫描中，存在两种变相位规则，一种是扫描信号的两两相位相反规则，另一种就是相位均分规则。1、用于互相关处理的二个参考信号的相位旋转规则是：此处：N是谐波的阶次；k1，2，3，2、谐波分量除了可以用二个具有相反相位的信号迭加消除外，还可以用N个信号，每个信号相位各旋转360/N，相加消除。在实际运用当中，要利用分析手段，例如：频谱分析对谐波的类型进行判断，并根据工作量的大小决定合适的扫描次数和相位变化。由于扫描组中各子扫描送入地下的能量不同，所以变相位后各相关记录的垂直求和 不能使谐波得到相互抵消，往往不能达到预期的效果。在谐波干扰的压制方法中，参数优化、组合扫描、和变相为技术，各有特点和所长。在可控震源 的采集中，要分析谐波干扰的特点，找出较好的解决办法。以提高地震采集的质量。利用组合扫描压制谐波从扫描信号的相关分析中，扫描频宽等于一个倍频程时，不出现二次以上的谐波，扫描频宽等于二个倍频程，不出现3次以上的谐波。从中可以得出结论，降低扫描频宽至一个倍频程，就可以防止谐波的出现。可以用组合扫描的方法压制谐波干扰。A） 根据谐波畸变的阶次和产生谐波的频段，对扫描信号按频宽进行分解，设计出一个扫描组。B） 在设计中尽量把产生谐波畸变的频段分割，使其相对频宽小于一个倍频程或二个倍频程。C） 对子扫描组进行频谱叠加和相关因子叠加，检查子扫描组的综合效应。D） 用子扫描进行试验。力争找到一个比较合理的子扫描组。5、多源激发随着设备的更新和数量的增加，为了提高生产效率，可控震源逐步由单点激发转换为多源激发，交替激发和滑动扫描城是近几年出现的多源激发方式。交替激发双源交替激发采用二组震源，在施工过程中交替激发，即：当一组震源激发时，另外一组震源可以向下一个振点搬家。（图 P3-1 SN388双源交替激发的采集控制示意图）（图 P3-2双源交替激发的采集时间分布示意图）在这种施工方法下，二次连续的扫描间隔时间可以极大地缩短，SN388应该处于连续工作方式。只要带班震源在DSD上发送READY出信号，采集系统就自动开始数据采集。滑动扫描该方法的基本原理是采用一组可控震源实现无等待扫描激发工作，既一组震源在扫描过程尚未完全结束时，另外一组震源已经开始扫描了，由于激发时刻不同，相关处理可以将各自的记录分离出来。采用这种方法后，单位时间内平均每次数据采集的时间极大地缩短了，施工效率得到显著地提高。该技术由PDO（阿曼石油开发公司）发展完善的。关于交替扫描与滑动扫描的对比如下： 在交替扫描工作方式下，只有当前扫描结束后，另外一次扫描才允许开始。 （图 P4-2 （上） 交替扫描激发流程示意图） 但是，在滑动扫描激发方式下就完全不同了。二次连续扫描的间隔时间只要大于听时间时，就允许一组震源开始启动另外一次扫描了。记录是通过相关处理进行分离的。 （图 P4-2 （下） 滑动扫描激发流程示意图） 相关在交替扫描工作中，最终数据采用记录在辅助道上的参考信号逐一地相关得到的一张张相互独立的相关记录。（图 P4-3 交替扫描激发相关示意图）在滑动扫描激发工作方式下，数据记录是连续的。它是利用记录在辅助道上的时断（TB）信号，通过相关处理后，将一张张重叠的数据记录分断成独立的相关记录。（图 P4-4 滑动扫描激发相关示意图）自然，滑动扫描不能采用垂直迭加技术。平均单次激发时间在前面提到，滑动扫描的滑动时间（扫描连续启动最小间隔时间）不能小于听时间，尽管没有最大时间，但是，滑动时间越短，生产效率就越高。下面示例中的主要参数：o 扫描长度15秒； o 听时间6秒； o 震源搬家时间约23秒； （听时间就是记录长度，记录长度=采集长度-扫描长度） 交替扫描 （图 P 4-6 （上） 交替扫描采集时间进程）生产效率统计（双源）：96秒得到4张记录，单点记录平均用时24秒。理论上的最大值：单点记录用时21秒。 滑动扫描 （图 P 4-6 （下） 滑动扫描采集时间进程）生产效率统计（双源）：101秒得到8张记录，每笔记录平均用时12.6秒。理论上的最大值：每笔记录用时6秒。6、质量控制（QC） 原始采集数据质量的一些要求（SHELL COMPANY） 关于可控震源，参加施工的可控震源应满足如下技术要求：l 采用基值振动输出力反馈系统l 每日施工前要做无线或有线一致性，并将一致性结果存盘或记带l 按照甲方要求和制造厂家的技术标准进行日检、周检、月检或其它项目检测l 每台可控震源必须有维修/检修记录并随时备查l 可控震源参考扫描与振动输出力信号间的绝对相位误差小于10l 驱动/振动幅度不得低于正常要求值的80%l 最大激发信号的畸变/失真值不得超过35%，平均畸变/失真值不得超过25%l 可控震源控制系统应该采用美国PELTON公司的ADVANCE （其系统版本不得低于5E）或法国SERCEL公司的VE416l 可控震源要求采用实时QC系统，每次扫描结束后应传回至少如下数据；平均/最大相位误差；平均/最大激发信号畸变/失真；最大/最小振动输出力。要求每天讯息工期结束后将当日的QC数据进行统计并将最终统计结果上报甲方l 采用可控震源组队时，要求提供至少一台备用震源l 首车震源应配备DGPS用于对激发点的实时定位 有关评价指标的说明及应用方法l 相位误差：相位曲线或数据的评价，应以平均相差为主。最大相差的设置是为了确证每次振动系统峰值误差在超过该标准以外时，系统确有隐患或故障。如果平均误差不超限，个别点的峰值误差超限，但是随机性规律，应判为系统工作正常。如果峰值误差超限，且呈规律性分布，则该系统为不正常系统。因此，对锁相系统工况的判定方法为：（1）首先看其误差是否呈收敛状态。如果是收敛状态，基本上可以肯定系统工作正常，收敛的快慢属系统自身调节或系统参数设置不合适所造成的，可以通过系统调节，进一步改善其收敛速度，满足性能指标的要求。（2）收敛后，能否满足评价指标的要求，是平均指标还是最大极限指标有问题。（3）收敛后的稳态误差有多大？是否超限？（4）在误差允许范围内是否有振荡现象或呈规律变化。如果有振荡现象或呈规律变化，也应该找出原因，消除这种现象。（5）用多台震源车进行比较可以排除复杂地表因素所造成的共性影响或其他外界因素的影响。像这些非人力所能抗拒因素，不应做为限制评价的条件。l 可控震源振动输出力：对于可控震源振动输出力的指标，我们给出了较严的规定，因为可控震源激振信号不同于爆炸震源，是一种扫描信号（也有人称扫频信号），要经过相关与反褶与反褶积处理才能压缩成脉冲信号。因此，对于可控震源而言，接收信号的有效频宽对于得到优势信噪比和高分辨