專利名稱：一種地震信號接收及其處理方法
技術領域：
本發明涉及不同頻率特性檢波器同步接收地震信號及其數據合成的技術，特別涉及一種地震信號接收及其處理方法。
背景技術：
地震勘探是利用人工方法產生地震波，再用地震檢波器接收來自地下或海底以下地層的地震反射信號，經過計算機處理后得到地下結構圖象和地質信息，為石油、煤炭、天然氣勘探和開發提供重要參考的一種技術。地震勘探中，人工方法產生的地震波是寬頻帶地震信號，其在地下傳播過程中要被地層吸收而發生衰減。由于大地對低頻信號和高頻信號吸收程度不同，高頻信號要比低頻信號衰減快得多，使得反射到地面或海面上的低頻地震波能量強，高頻地震波能量弱，此外，陸上勘探的面波等強干擾和海上勘探的海底強反射等都將導致地震信號的動態范圍很大。地震檢波器是地震勘探行業中的一種專用震動傳感器，其重要特征參數是它的頻帶范圍、相位特性、動態范圍、靈敏度、失真度、假頻和阻尼比。理想的地震檢波器應該有如下特征1)頻帶范圍要寬地震信號是一種頻帶較寬的脈沖振動，而測量系統的測量頻帶總是有限的，無論是低頻響應不好，還是高頻響應差，都將對振動信號的測量帶來較大誤差。因此，希望檢波器從低頻到高頻要有足夠寬的不失真的頻率特性和響應范圍。2)相位特性要好震動沖擊信號的測量對傳感器的相頻特性有很嚴格的要求。理想情況下，檢波器的輸入信號與輸出信號波形同步，或者相位隨頻率呈線性變化，但一股傳感器的相頻響應不是理想線性的，只能在某一個頻帶范圍內近似直線，在整個頻帶內相頻特性為曲線。相頻響應為水平直線說明傳感器的響應信號與原信號之間無相位差；相頻特性線為斜直線說明傳感器的相位差只是在時間軸上發生了平移，測得的信號沒有發生波形畸變；相頻特性線為曲線說明傳感器的相位差隨頻率呈非線性變化，在這種相頻傳遞特性下測得的信號將發生嚴重波形畸變。3)動態范圍大地層的吸收衰減作用使得地震信號的不同頻率之間產生非常大的能量差異，要把能量強弱變化如此之大的地震信號感應到并記錄下來需要檢波器有足夠大的動態范圍。目前，實際采用的模擬檢波器的動態范圍遠低于地震勘探儀的水平，不能做到高低頻響應均優，很難接收到高低頻均衡的寬頻帶地震信號。4)靈敏度高地震信號幅值的變化范圍很大，測量時要特別注意傳感器靈敏度的選擇。靈敏度太大會使測量系統過載，靈敏度太小會使弱信號分辨不清。
5)失真度小檢波器的失真度是輸出諧波分量總有效值與基波分量有效值的百分比，是反映檢波器線性特性的一個重要指標。檢波器失真主要是指諧波失真，產生諧波失真的主要原因是檢波器機電參數和動力系統的各非線性因素。6)假頻高假頻限定了檢波器感應地震信號頻率范圍的上限，同時也反映了檢波器的加工工藝。為了得到有效的高頻信號和足夠的頻寬，需要檢波器有較高的假頻。7)理想的阻尼理想的阻尼是傳感器的慣性體在回到平衡位置后立即停止振動，此時檢波器具有最好的分辨率，稱為臨界阻尼。地震信號是一系列復雜震動信號的綜合，理想的檢波器是將所有頻段的波形能完整測出。受制造工藝和制造成本的限制，目前工業界廣泛使用的模擬檢波器只能做到在某一個頻段有理想的頻率特性，不能做到既有足夠大的動態范圍，又有較高的靈敏度；既有較好的低頻響應，又有較好的高頻響應。與模擬檢波器相比，目前發展的基于微電子機械系統 MEMS的數字檢波器更符合上述要求，但在其工作頻率范圍內，其頻率響應是水平的直線，其雖然具有較大的動態范圍，但是對高頻信號沒有起到放大的作用，限制了對高頻弱信號的記錄能力，而且成本也較高。因此，受制造工藝限制，目前檢波器不能做到高低頻響應均優， 很難接收到高低頻均衡的寬頻帶地震信號。
發明內容
本發明的目的在于提供一種地震信號接收及其處理方法，用于解決獲取寬頻段地震測量數據的問題。本發明提供了一種地震信號接收及其處理方法，包括以下步驟A、在同一地震測量點上設置多個具有不同頻率特性的檢波器，利用多個檢波器同時接收地震信號，得到多個具有不同頻率特性的地震記錄信號；B、通過消除多個具有不同頻率特性的地震信號之間的時差和相位差，獲得同步的多個具有不同頻率特性的地震記錄信號；C、對同步的多個具有不同頻率特性的地震信號分別實行頻域加權處理后再進行疊加合成處理，得到具有理想低頻響應、中頻響應和高頻響應的地震記錄信號。其中，多個檢波器包括具有低、中、高三種自然頻率的檢波器，則步驟A具體為在同一地震測量點設置具有低自然頻率的低頻檢波器，并通過接收地震信號得到具有低頻特性的地震記錄信號；在同一地震測量點設置具有中自然頻率的中頻檢波器，并通過接收地震信號得到具有中頻特性的地震記錄信號；在同一地震測量點設置具有高自然頻率的高頻檢波器，并通過接收地震信號得到具有高頻特性的地震記錄信號。步驟B具體為通過消除具有低頻特性的地震記錄信號、具有中頻特性的地震記錄信號和具有高頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，得到同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號。或者，步驟A具體為在同一地震測量點將若干個具有低自然頻率的檢波器組合成低頻檢波器串，并通過接收地震信號得到若干個具有低頻特性的地震記錄信號；在同一地震測量點將若干個具有中自然頻率的檢波器組合成中頻檢波器串，并通過接收地震信號
5得到若干個具有中頻特性的地震記錄信號；在同一地震測量點將若干個具有高自然頻率的檢波器組合成高頻檢波器串，并通過接收地震信號得到若干個具有高頻特性的地震記錄信號。步驟B具體為通過消除若干個具有低頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有低頻特性的組合地震記錄信號；通過消除若干個具有中頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有中頻特性的組合地震記錄信號；通過消除若干個具有高頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有高頻特性的組合地震記錄信號；然后，通過消除具有低頻特性的組合地震記錄信號、具有中頻特性的組合地震記錄信號和具有高頻特性的組合地震記錄信號之間的時差和相位差，得到同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號。多個檢波器還可以是由具有低、中、高三種自然頻率的檢波芯體構成，則步驟A具體為在同一地震測量點設置多個檢波器；將多個檢波器的所有具有低自然頻率的檢波器芯體組合成低頻檢波串，并通過接收地震信號得到多個具有低頻特性的地震記錄信號；將多個檢波器的所有具有中自然頻率的檢波器芯體組合成中頻檢波串，并通過接收地震信號得到多個具有中頻特性的地震記錄信號；將多個檢波器的所有具有高自然頻率的檢波器芯體組合成高頻檢波串，并通過接收地震信號得到多個具有高頻特性的地震記錄信號。步驟B 具體為通過消除多個具有低頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有低頻特性的組合地震記錄信號；通過消除多個具有中頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有中頻特性的組合地震記錄信號；通過消除多個具有高頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有高頻特性的組合地震記錄信號；然后，通過消除具有低頻特性的組合地震記錄信號、具有中頻特性的組合地震記錄信號和具有高頻特性的組合地震記錄信號之間的時差和相位差， 得到同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號。其中，步驟C具體為通過同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號分別實行頻域加權處理后再進行疊加合成處理，得到具有理想低頻響應、中頻響應和高頻響應的地震記錄信號。與現有技術相比較，本發明的有益效果在于本發明采用兩種或兩種以上分別具有理想的低頻響應、中頻響應和高頻響應檢波器，用不同頻率特性的檢波器同時接收同一測量點的地震信號，再通過頻率域加權后疊加，合成的地震信號動態范圍大、頻帶寬、靈敏度高，同時具有理想的低頻響應、中頻響應和高頻響應，可提高識別地下薄層的能力。
圖1是本發明提供的地震信號接收及其處理的方法流程圖；圖2是本發明提供的檢波器接收地震信號示意圖；圖3是本發明提供的檢波器串接收地震信號示意圖；圖4是本發明提供的檢波器芯體接收地震信號示意圖；圖5是本發明實施例提供的不同頻率特性檢波器同時接收方法示意圖；圖6是本發明實施例提供的采用DX20-10檢波器接收的地震記錄示意圖；圖7是本發明實施例提供的采用DX20-28檢波器接收的地震記錄示意圖；圖8是本發明實施例提供的采用DX20-40檢波器接收的地震記錄示意圖9本發明實施例提供的采用本發明方法得到的地震記錄示意圖；圖10是本發明實施例提供的采用本發明方法得到的地震記錄與DX20-10檢波器接收的地震記錄頻譜對比圖；圖11是本發明實施例提供的采用本發明方法得到的地震記錄與DX20-28檢波器接收的地震記錄頻譜對比圖；圖12是本發明實施例提供的采用本發明方法得到的地震記錄與DX20-40檢波器接收的地震記錄頻譜對比圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的優選實施例進行詳細說明，應當理解，以下所說明的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。圖1顯示了本發明提供的地震信號接收及其處理的方法流程，如圖1所示步驟S101，在同一地震測量點上設置多個具有不同頻率特性的檢波器，利用多個檢波器同時接收地震信號，得到多個具有不同頻率特性的地震記錄信號。其中，多個檢波器可以是包括具有低、中、高三種自然頻率的檢波器，也可以是由具有低、中、高三種自然頻率的檢波芯體構成的檢波器。若多個檢波器是包括具有低、中、高三種自然頻率的檢波器，則具有低自然頻率的檢波器通過接收地震信號得到具有低頻特性的地震記錄信號，具有中自然頻率的檢波器通過接收地震信號得到具有中頻特性的地震記錄信號，具有高自然頻率的檢波器通過接收地震信號得到具有高頻特性的地震記錄信號，如圖2所示的檢波器接收地震信號排列方式示意。或者同時在同一地震測量點將若干個具有低自然頻率、中自然頻率和高自然頻率的檢波器分別組合成低頻檢波器串、中頻檢波器串和高頻檢波器串，分別通過接收地震信號得到若干個具有低頻特性的地震記錄信號、中頻特性的地震記錄信號和高頻特性的地震記錄信號，如圖3所示的檢波器串接收地震信號排列方式示意。若多個檢波器是具有低、中、高三種自然頻率的檢波芯體，則在同一地震測量點設置多個檢波器，將多個檢波器的所有具有低、中、高自然頻率的檢波器芯體分別組合成低頻檢波串、中頻檢波串、高頻檢波串，通過接收地震信號得到多個分別具有低頻、中頻、高頻特性的地震記錄信號，如圖4所示的檢波器芯體接收地震信號排列方式示意。步驟S102，通過消除多個具有不同頻率特性的地震信號之間的時差和相位差，獲得同步的多個具有不同頻率特性的地震記錄信號。若多個檢波器是包括具有低、中、高三種自然頻率的檢波器，并且是如圖2所示的排列方式，則通過消除具有低頻特性的地震記錄信號、具有中頻特性的地震記錄信號和具有高頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，得到同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號。若檢波器是如圖3所示的檢波器串接收地震信號排列方式，即同時在同一地震測量點將若干個具有低自然頻率、中自然頻率和高自然頻率的檢波器分別組合成低頻檢波器串、中頻檢波器串和高頻檢波器串，則通過消除若干個具有低頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有低頻特性的組合地震記錄信號，通過消除若干個具有中頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有中頻特性的組合地震記錄信號，通過消除若干個具有高頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有高頻特性的組合地震記錄信號，然后，通過消除具有低頻特性的組合地震記錄信號、具有中頻特性的組合地震記錄信號和具有高頻特性的組合地震記錄信號之間的時差和相位差，得到同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號。其中，以檢波器串的方式接收地震信號時，還應消除個檢波器之間的時差和相位差。若多個檢波器是具有低、中、高三種自然頻率的檢波芯體，即如圖4所示的檢波器芯體接收地震信號排列方式，則通過消除多個具有低頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有低頻特性的組合地震記錄信號，通過消除多個具有中頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有中頻特性的組合地震記錄信號，通過消除多個具有高頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有高頻特性的組合地震記錄信號，然后，通過消除具有低頻特性的組合地震記錄信號、具有中頻特性的組合地震記錄信號和具有高頻特性的組合地震記錄信號之間的時差和相位差，得到同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號。其中，還應消除各檢波器芯體間的時差和相位差。步驟S103，通過同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號分別實行頻域加權處理后再進行疊加合成處理，得到具有理想低頻響應、中頻響應和高頻響應的地震記
錄信號。圖5顯示了本發明實施例提供的不同頻率特性檢波器同時接收方法示意，如圖5 所示，采用的是二維測線，炸藥震源激發，120道接收，每個地震道相當于一個測量點，在每個測量點上布設了三種頻率特性的檢波器同時接收地震信息，圖中1表示DX20-10檢波器， 2表示DX20-28檢波器，3表示DX20-40檢波器，4表示地震道，5表示炸藥震源，其中DX20-10 的自然頻率是10Hz，DX20-28的自然頻率是28Hz，DX20_40的自然頻率是40Hz，本實施例中每種檢波器都使用9只串聯起來的組合方式。圖6顯示了本發明實施例提供的DX20-10檢波器接收的地震記錄，如圖6所示，橫坐標為記錄道號，表示不同位置接收的地震記錄，縱坐標為震源激發后的時間，單位為秒。 波形代表了不同接收位置、不同時間的震動圖。圖7顯示了本發明實施例提供的DX20-28 檢波器接收的地震記錄，圖8顯示了本發明實施例提供的DX20-40檢波器接收的地震記錄， 圖7和圖8中的坐標表示方式與圖6相同。圖9顯示了本發明實施例提供的采用本發明方法得到的地震記錄示意，如圖9所示，將同一地震測量點上，DX20-10檢波器接收的地震記錄、DX20-28檢波器接收的地震記錄和DX20-40檢波器接收的地震記錄，經消除時差、相位差，在頻率域進行加權處理后疊加得到合成記錄。比較圖6、圖7和圖8可以發現，DX20-10檢波器接收的地震記錄、DX20-28檢波器接收的地震記錄和DX20-40檢波器接收的地震記錄，在信號特征上有明顯的差別，各有優點，DX20-10檢波器接收的地震記錄主頻低，低頻能量強，但深層能量強，DX20-28檢波器接收的地震記錄中頻能量強，DX20-40檢波器接收的地震記錄視主頻高，高頻能量強，但深層能量弱，圖9是本發明方法得到的地震記錄，與圖6、圖7和圖8比較可見，圖9兼有三者共同優點。圖10顯示了本發明實施例提供的采用本發明方法得到的地震記錄與DX20-10檢波器接收的地震記錄頻譜對比，如圖10所示，橫坐標為頻率，單位為赫茲，縱坐標為地震信號的振幅譜，由圖可見，兩者在低頻端一致，在高頻端，采用本發明方法合成信號的頻譜值大于DX20-10檢波器接收信號，合成信號的頻譜特征更好。圖11顯示了本發明實施例提供的采用本發明方法得到的地震記錄與DX20-28檢波器接收的地震記錄頻譜對比，如圖11所示，橫坐標為頻率，單位為赫茲，縱坐標為地震信號的振幅譜，由圖可見，采用本發明方法合成信號的頻譜值大于DX20-28檢波器接收信號， 合成信號的頻譜特征更好。圖12顯示了本發明實施例提供的采用本發明方法得到的地震記錄與DX20-40檢波器接收的地震記錄頻譜對比，如圖12所示，橫坐標為頻率，縱坐標為地震信號的振幅譜， 由圖可見，兩者在高頻端一致，在低頻端，采用本發明方法合成信號的頻譜值大于DX20-140 檢波器接收信號，合成信號的頻譜特征更好。綜上所述，本發明具有以下技術效果本發明針對現有檢波器只能做到在某一個頻段有理想的頻率特性的局限性，使用兩種或兩種以上分別具有理想的低頻響應、中頻響應和高頻響應檢波器，在同一地震測量點上設置多個不同頻率特性的檢波器同步接收地震信號，對多個具有不同頻率特性的地震信號進行校準處理，在頻率域加權后疊加，得到同時具有理想的低頻響應、理想的中頻響應和理想的高頻響應的地震信號，可提高識別地下薄層的能力。盡管上文對本發明進行了詳細說明，但是本發明不限于此，本領域技術人員可以根據本發明的原理進行各種修改。因此，凡按照本發明原理所作的修改，都應當理解為落入本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種地震信號接收及其處理方法，其特征在于，包括以下步驟A、在同一地震測量點上設置多個具有不同頻率特性的檢波器，利用所述多個檢波器同時接收地震信號，得到多個具有不同頻率特性的地震記錄信號；B、通過消除所述多個具有不同頻率特性的地震信號之間的時差和相位差，獲得同步的多個具有不同頻率特性的地震記錄信號；以及C、對所述同步的多個具有不同頻率特性的地震信號分別實行頻域加權處理后再進行疊加合成處理，得到具有理想低頻響應、中頻響應和高頻響應的地震記錄信號。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個檢波器包括具有低、中、高三種自然頻率的檢波器。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體為在同一地震測量點設置具有低自然頻率的低頻檢波器，并通過接收地震信號得到具有低頻特性的地震記錄信號；在同一地震測量點設置具有中自然頻率的中頻檢波器，并通過接收地震信號得到具有中頻特性的地震記錄信號；以及在同一地震測量點設置具有高自然頻率的高頻檢波器，并通過接收地震信號得到具有高頻特性的地震記錄信號。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體為通過消除具有低頻特性的地震記錄信號、具有中頻特性的地震記錄信號和具有高頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，得到同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號。
5.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體為在同一地震測量點將若干個具有低自然頻率的檢波器組合成低頻檢波器串，并通過接收地震信號得到若干個具有低頻特性的地震記錄信號；在同一地震測量點將若干個具有中自然頻率的檢波器組合成中頻檢波器串，并通過接收地震信號得到若干個具有中頻特性的地震記錄信號；以及在同一地震測量點將若干個具有高自然頻率的檢波器組合成高頻檢波器串，并通過接收地震信號得到若干個具有高頻特性的地震記錄信號。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體為通過消除若干個具有低頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有低頻特性的組合地震記錄信號；通過消除若干個具有中頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有中頻特性的組合地震記錄信號；通過消除若干個具有高頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有高頻特性的組合地震記錄信號；以及然后，通過消除具有低頻特性的組合地震記錄信號、具有中頻特性的組合地震記錄信號和具有高頻特性的組合地震記錄信號之間的時差和相位差，得到同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述多個檢波器的每個檢波器都具有低、 中、高三種自然頻率的檢波芯體。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述步驟A具體為 在同一地震測量點設置多個所述檢波器；將多個檢波器的所有具有低自然頻率的檢波器芯體組合成低頻檢波串，并通過接收地震信號得到多個具有低頻特性的地震記錄信號；將多個檢波器的所有具有中自然頻率的檢波器芯體組合成中頻檢波串，并通過接收地震信號得到多個具有中頻特性的地震記錄信號；以及將多個檢波器的所有具有高自然頻率的檢波器芯體組合成高頻檢波串，并通過接收地震信號得到多個具有高頻特性的地震記錄信號。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟B具體為通過消除多個具有低頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有低頻特性的組合地震記錄信號；通過消除多個具有中頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有中頻特性的組合地震記錄信號；通過消除多個具有高頻特性的地震記錄信號之間的時差和相位差，然后進行組合疊加，得到具有高頻特性的組合地震記錄信號；以及然后，通過消除具有低頻特性的組合地震記錄信號、具有中頻特性的組合地震記錄信號和具有高頻特性的組合地震記錄信號之間的時差和相位差，得到同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號。
10.根據權利要求4或6或9所述的方法，其特征在于，所述步驟C具體為通過所述同步的具有低頻、中頻和高頻特性的地震記錄信號分別實行頻域加權處理后再進行疊加合成處理，得到具有理想低頻響應、中頻響應和高頻響應的地震記錄信號。
全文摘要
本發明公開了一種地震信號接收及其處理方法，該方法包括在同一地震測量點上設置多個具有不同頻率特性的檢波器，利用多個檢波器同時接收地震信號，得到多個具有不同頻率特性的地震記錄信號；通過消除地震信號之間的時差和相位差，獲得同步地震記錄信號；對同步地震信號分別實行頻域加權處理后再進行疊加合成處理，得到具有理想低頻響應、中頻響應和高頻響應的地震記錄信號。本發明采用不同頻率特性的檢波器同時接收同一測量點的地震信號，再通過頻率域加權后疊加，合成的地震信號動態范圍大、頻帶寬、靈敏度高，同時具有理想的低頻響應、中頻響應和高頻響應，可提高識別地下薄層的能力。
文檔編號G01V1/28GK102200587SQ201010530480
公開日2011年9月28日 申請日期2010年11月3日 優先權日2010年11月3日
發明者于承業, 于浩忙, 周雅卿 申請人:北京三迭系石油勘探技術開發有限責任公司