探讨可控震源施工参数与谐振的关系

丁钢彬

（中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司, 山东东营 257100 ）

摘要:可控震源以其施工方便、快速高效、清洁环保等特点，在国外得到广泛应用；近些年，在国内的一些区域，尤其是西部钻井困难的戈壁砾石区，可控震源应用越来越广泛。但是，可控震源的谐振干扰一直没有得到较好的解决，降低了资料的信噪比。本文主要从可控震源谐振的特点及其产生原因着手，探讨可控震源施工参数与谐振的关系，以便采取合理的采集参数，减小谐振对资料的影响。

关键词：可控震源；信噪比；施工参数；谐振

1.可控震源谐振的特征

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[1]，在震源向下输入能量的同时，产生的畸变，这种畸变称为谐振。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[2]。

谐振出现在震源的正下方，在不同的区域，谐振干扰频段有所不同，本文以JH地区为例进行分析。JH区块在20-40 Hz、30-60Hz频段内谐振干扰都比较强。谐振能量较强—为相邻的非谐振区能量的3倍，谐振区的视主频为33 Hz，相邻非谐振区视主频为12 Hz。

2.可控震源谐振产生的原因

可控震源谐振产生的主要原因有两个，一是机械原因：可控震源的机械装置与震动装置的非线性震动[3]；二是可控震源的震板与大地耦合情况：当地表坚硬时，震板与大地耦合较差，谐振干扰严重，相反，当地表比较松软时，震板与大地耦合较好，谐振干扰较小。

3.探讨可控震源施工参数与谐振的关系

从以上分析可知，可控震源谐振是不能避免的，但是，通过选取合适的参数，可以降低谐振干扰，下面以JH工区为例，探讨可控震源的主要施工参数与谐振出现时间的关系以及谐振能量的关系进行分析。

3.1可控震源的主要施工参数与谐振出现时间的关系

可控震源施工参数主要包括震动的起始频率、扫描频带宽度、扫描长度、驱动幅度、震源台数、振动次数等。

3.1.1震动的起始频率

降低震动的起始频率，有利于提高低频成分，有利于提高分辨率，尤其是深层分辨率。从该地区不同起始频率（起始频率分别为4Hz、6Hz、8Hz、）的单炮来看，起始频率越低，谐振出现的时间越早，对目的层的影响越大。

3.1.2扫描频带宽度

扫描频带宽度对资料的分辨率有一定的影响，扫描频率越宽，不同的频率成分丰富，有利于提高提高资料的分辨率。从该地区不同扫描频带宽度的资料来看，（扫描频带分别为6-84Hz、6-96Hz、6-120Hz）扫描频带越窄，谐振出现的时间越晚。

3.1.3扫描长度

扫描长度的长短对可控震源的能量影响较大，在一定范围内增加扫描长度有利于增加下传能量，从而增加目的层的反射能量。从该地区不同的扫描长度资料来看（扫描长度分别为20s、26s、32s），扫描长度越长，谐振出现的时间越晚，减小对目的层的影响。

3.1.4驱动幅度

驱动幅度的大小影响激发能量，在一定程度上，增加驱动幅度有利于增加下传能量。从该地区不同的驱动幅度（40%、60%、70%）资料分析看，驱动幅度对谐振出现时间影响不大。

3.1.5震源台数

震源台数对下传能量有较大的影响，在一定范围内，台数越多，能量越强，但从震源台数与谐振出现时间的试验看，震源台数与谐振出现时间影响不大。

3.1.6振动次数

振动次数要是通过多次震动叠加来压制噪音，从而提高资料的信噪比。从振动次数与谐振出现的时间试验看，振动次数对谐振出现的时间影响不大。

从以上分析可以看出，可控震源参数中起始扫描频率、扫描频宽以及扫描长度对谐振出现的时间有影响，而驱动幅度、震源台数和震动次数对谐振出现时间影响不大。

3.2可控震源的主要施工参数与谐振能量的关系

影响可控震源下传能量的因素有[4]：震源台数、震动次数、扫描长度、驱动幅度，这些因素的增加可以使震源下传能量增强，另外，随着扫描频宽的降低，可控震源下传能量逐渐增强。下面对这些因素与谐振能量的关系进行分析，以便使激发的能力最大化，谐振能量最小化。

3.2.1震源台数

  从不同台数震源的试验看，如图1所示，黄色为有效波能量，绿色为谐振能量。随着台数增加，能量有所增加，但是谐振能量增加较快。

 

                    2台　    　3台    　    4台

图1 震源台数与谐振能量的关系

3.2.2振动次数

增加振动次数主要是利用统计效应，通过多次叠加消除随机干扰，突出有效波，但是谐振不属于随机干扰，通过多次叠加后，能量增强很快（因为该地区谐振干扰很强，谐振能量强于有效波能量）。

3.2.3扫描长度

扫描长度增加，是通过持续地施加地面作用力，从而增加了可控震源下传能量，并且，通过增加扫描长度，可以使谐振出现时间下移，但是，谐振能量同时也会增加，如图2所示。

 

                         8s     14s     20s　   26s     32s

图2 扫描长度与谐振能量的关系

3.2.4驱动幅度

   在一般情况下，驱动幅度影响激发能量，增大驱动幅度，在一定程度上可以提高下传能量。从不同驱动幅度的资料分析看，图3所示（红色为有效波能量、褐色为谐振能量），随着驱动幅度的增加，能量有所增加，增加效果不明显。但是，谐振增加幅度较大。

 

                     60%   65%   70%    75%    80%

图3 驱动幅度与谐振能量的关系

3.2.5扫描频宽

一般情况下，扫描频宽影响资料的分辨率，资料频率越宽，分辨率越高，由于高频能量衰减较快，所以，随着频带加宽能量逐渐降低。从不同扫描频宽资料看（图4所示，黄色为有效波能量，绿色为谐振能量）

 

          4-72Hz  4-80Hz  4-88Hz   4-96Hz  4-108Hz

图4 扫描频宽与谐振能量的关系

4.认识

通过以上分析可以得出以下结论：

1、通过改变可控震源的参数，可以降低谐振的影响。

2、在保证激发能量的前提下，通过减少可控震源台数、振动次数、驱动幅度、增加扫描频宽可以降低谐振影响，通过增加扫描长度，可以使谐振出现时间下移，减小对谐振的干扰。

参 考 文 献

[1]陆基孟 地震勘探原理[M] 北京：石油大学出版社,1993，242

[2]王伟 滑动扫描中TDMA数字电台参数应用分析[J] 石油仪器，2012，26（5）:26-28

[3]林君 电磁驱动可控震源地震勘探原理及应用 [M] 第一版. 北京：科学出版社,2004，47

[4]曹务祥，张慕刚 滑动扫描谐振分析[J] 石油地球物理勘探，2005，40（5）:499-503