《可控震源技术》PPT课件

可控震源技术,可控震源工作原理简述可控震源系统结构可控震源施工参数噪声编辑与变权叠加可控震源一致性检验可控震源新技术概念介绍可控震源记录特点,可控震源工作原理简述一、前言震源功能：在地表或地表层释放能量，形成向地下传播的弹性波。震源类型：重锤、枪击、气枪、电火花、陆地最常用的炸药和可控震源。炸药：高能量瞬间释放，含的频率成分从低频到高频非常丰富，很接近脉冲震源。可控震源：低振幅、长时间作用积累高能量，频率成分可控。,二、连续函数的表示法从数学上讲，任一周期函数或非周期连续函数都有时间域和频率域两种表示法。时域表示法：振动幅度随时间t变化的函数关系。频域表示法：振动幅度随频率f变化的函数关系。,两种表示法从不同侧面描述同一个事物，可以互为转换，转换的数学手段即傅立叶变换与反傅立叶变换。,三、脉冲震源与变频扫描信号1.脉冲震源特点：能量瞬间释放，在极短时间振幅达到最大（时域）；具有无限带宽，频率从0Hz，频带内振幅相等（频域）。图示：,2.变频扫描信号任一非周期振动可以分解为若干不同频率的简谐振动或者由若干不同频率的简谐振动合成：,3.变频扫描信号的特点低振幅，通过延续时间积累能量（总激发能量是激发时间的积累）。扫描信号频谱越宽，相关子波越窄（延续时间短），分辨率越高。相关子波为零相位子波，t0点对应振幅极值点，在子波的对称中心。,四、相关相关物理意义：把延续时间很长的扫描信号压缩成延续时间很短的有限带宽脉冲信号。相关过程：参考（导航）扫描信号沿时间轴滑动，逐次与地震道信号进行相关运算。时移值为采样率、整个时移长度为监听时间（即传统的记录长度）。,相关数学运算：多项式乘加运算（时域）；复数乘法运算（频域）。相关子波只含有扫描信号的频域，相关有很强的滤波作用。,可控震源系统结构一、前言可控震源系统包括：机械、电子两大部分。可控震源电子部分包括：编码扫描发生器、电控箱体、相关器。,二、编码扫描发生器（DPG）主要功能：产生用于相关的参考扫描信号；遥控DSD参数装载；控制震源振动并与仪器数据采集同步；接收DSD振动过程质量状态数据。,三、电控箱体（DSD）主要功能：产生与参考扫描信号完全一致的本机扫描信号；控制振动器振动；对震源输出实施实时QC数据分析，产生状态信息。四、相关器主要功能：相关运算：包括时域到频域的傅立叶变换；复数乘法运算；频域到时域的反傅立叶变换。,五、VE432系统的特点可以同时产生四种扫描信号，控制四组震源生产；可以设定存储32种基本扫描信号；扫描信号类型包括：线性、非线性（对数、指数、脉冲）、伪随机、用户自定义；可以实现所有先进的可控震源应用技术：伪随机码扫描、多组震源交替扫描或滑动扫描、分段扫描、编码扫描；全数字自适应伺服系统，通过最优控制技术达到减小相位误差、降低输出信号畸变、控制最大基值力输出的效果；具备自动检测功能，生成的QC数据体可以实时或事后分析：相位、畸变、基值力输出。,六、VE432启动时序,仪器发出FO后，DPG延迟100ms，其间电台完成收/发转换，然后发200ms全1，再发T0信息，延迟一段时间（由DPG测量的DPG与DSD之间传递信息的无线电延迟）产生TB信号和参考扫描，同时电台进行发/收转换；DSD收到DPG同步码后产生本机扫描，扫描结束，电台转换为发射状态，发送状态。,可控震源施工参数一、扫描信号类型1.线性：扫描信号频率变化的速率在扫描期间恒定不变。最常用的类型，一般用升频。在振动过程中对系统的约束要求少。激发能量在整个频带内均匀分布。2.非线性：扫描信号频率变化的速率是时间的函数。激发能量在整个频带内分布不均匀，一般是将低频端能量向高频端转移，能量强化的频段扫描信号变化速率小。非线性扫描主要用于对大地吸收振幅衰减的补偿。,3.伪随机：随机方式生成，存储在存储器中反复使用的信号。伪噪声、非严格单调信号，其频率在激发频带内是随机的。同样激发幅度、扫描长度产生的能量比传统扫描信号小（小6dB）。不存在谐振频率，对建筑物破坏小。,二、频带宽度决定了分辨率，终了频率/起始频率应大于2个倍频程，一般取3个。扩展频带宽度时，低频端比高频端效果大。,三、起始频率避开面波。受机械响应限制，下限一般为6Hz，超过下限工作时，要采取振幅限制措施。四、终了频率主要根据勘探频率上限确定。震源标称250Hz，实际生产达不到，一般不超过160Hz。,五、扫描长度决定了激发能量，与炸药震源的炸药量相当。受施工效率和存储器容量限制。,六、斜坡相关会产生振幅谱振铃的吉布斯效应，使相关子波的旁瓣加大，理论研究表明对扫描信号的起始和终了振幅进行约束，可以降低吉布斯效应。斜坡振幅约束函数有线性、正弦、余弦等，余弦函数最好（新型系统推荐使用布莱克曼函数，对旁瓣的抑制达到57dB）。斜坡长度：理论上起始和终了斜坡函数的长度之和等于扫描长度时，子波形态最好，但不可行，因为影响频宽和总能量，一般取0.5秒（对于3个倍频程的线性扫描信号，频宽损失大约912Hz）。,七、叠加次数提高信噪比。有人提议采用增加扫描长度替代多次垂直叠加的做法。八、提示有些因素的确定往往要多方面综合考虑，特别是对非线性扫描信号的设计要进行大量的理论研究和试验。推荐参考文献：可控震源扫描信号设计中的一些问题的考虑物探装备2001.1可控震源线性扫描的优化设计石油仪器1998.3一种改善相关子波特征的扫描信号物探装备1999.3,八、VE432正常T0和早T0影响系统的启动时序。正常T0：如上所述，正常的启动时序。早T0：在前次振动完成、DPG收到DSD的状态报告后，不用等待仪器发FO命令，自动将电台转换为发射，这样可以缩短工作时间，提高工作效率。每次扫描比正常T0可以节约大约1秒钟时间，一般在震源搬点比较规律，并且数据采集系统处于连续工作方式时应用。,噪声编辑与变权叠加一、前言可控震源施工特点：无法戒严，噪声干扰十分严重。去噪方法：基本方法-多次垂直叠加，此外还有两种特殊方法-噪声编辑和变权叠加。二、噪声编辑功能：处理作用时间短，能量强的脉冲状干扰。,方法思路：把各地震道分割成多个时间窗口（最多64个），每个窗口设置一个门槛值，将接收到的数据样点值与该门槛值进行比较，低于门槛值的数据样点值保留，高于门槛值的数据样点值作为噪声进行处理，处理方式有两种：a）充零：整个窗口或窗口的一部分数据样点值充零充零区的前后数据要作过渡处理，避免幅度突变。门槛值并非一成不变，初始门槛值设定好以后，后续窗口的门槛值根据前一窗口最大样点值进行自动修改。b）削顶：超过门槛值的数据样点值用门槛值代替，门槛值的初始设定和随后的自动更新与充零方式相同。,三、变权叠加功能：处理作用时间长，能量相对较小的连续干扰（如：车辆行驶、机械震动等）。方法思路：利用这类干扰使地震道的平均能量加大的特点。假定不存在这类干扰，那么同一振点的多次振动（假设8次）中的每一次振动得到的地震道的能量（包括有效波和通常的干扰背景）是基本不变的，对于常规的垂直叠加，叠加后某道的平均能量（RMS）A=（A1A2A8）/8=A1/8A2/8A8/8，其中每一项的1/8即每次叠加的加权系数，变权叠加就是每次叠加的加权系数不等，某次振动若有连续干扰存在，该次振动的平均能量高，那么就降低其参于叠加的加权系数，减小连续干扰对最终叠加的影响，加权系数与平均能量（RMS）成反比，变权叠加又叫反比叠加或相异叠加。,可控震源一致性检验一、什么是一致性检验检验震源的输出与参考扫描信号的一致性（相位、畸变、出力）。一致性不合格的震源投入生产，其严重后果是可想而知的。二、一致性检验方式有线方式：将可控震源用测试线连到排列大线上，同时对多台震源进行一致性测试，测试结果可记带。无线方式：电控箱体的返回信号通过电台传送到扫描发生器，记入辅助道，可在施工前和施工过程中随时进行检测。,三、一致性检验要求1.图形显示三个辅助道：真参考扫描信号：扫描发生器产生的用于相关处理的扫描信号（幅度2V）；无线电参考扫描信号：扫描发生器产生的真参考扫描经过延迟和滤波处理的扫描信号，与电控箱体返回信号具有相同的相位和滤波特性（幅度2V）；震源返回信号：电控箱体的返回信号，可以选择输出力信号、电控箱体本机扫描信号、重锤加速度信号或平板加速度信号，一般取输出力信号。,技术要求：真参考扫描信号和无线电参考扫描信号波形正常；震源输出信号低频端（18Hz）允许有畸变；无线电参考扫描信号和震源输出信号相位相同（编码扫描发生器的参考扫描信号的初始相位设置比电控箱体的参考扫描信号的初始相位超前90）。,局限性肉眼辨识的精度很有限；不能反映施工所有振点的一致性状态。,2.数字显示：显示：平均与峰值相位差（单位：度）、平均与峰值畸变（单位：%）、平均与峰值出力（单位：%）技术要求：SercelPelton相位差平均5020峰值100100同组震源间6060畸变平均25%峰值35%同组震源间15%出力20%（时域）,VE432ExtendedQCResultsVIBRATORXQCDATATime（s）Phase（0）Disto（%）Force（%）GVGSOverloadsWarring0.500063581.01217361611.51187256672.00177548722.50157542773.00157531783.50157624824.011175238514.001975434614.511975444715.001975434815.501975434316.00004963Over.FPMVE表中Phase、Disto、Force、GV、GS分别表示相位误差、畸变、输出力、大地黏性系数、大地弹性系数的平均值，Overloads和Warring分别表示过载和报警信息。过载信息中F表示输出力超过静载荷压重、P表示压力超过设定的极限、M表示重锤行程超限、V表示阀行程超限、E表示力矩马达电流超限；报警信息中W表示AS伺服与质量控制加速度表的偏差警告，T表示DPG与DSD时钟偏差警告。,可控震源新技术概念介绍1.分段扫描把一个扫描信号长度时间划分为若干段（最多16段），分别设置各时间段的起始和终了的时间频率和振幅，然后组合在一起。另一个含义是一个扫描信号可以由两个以上的基本信号组合而成。2.旋转相位（变相位）扫描同一振点多振次（偶数次）的扫描信号的初始相位交替变化（压制相关谐波即鬼频；加上其他措施，可以消除