專利名稱：整形掃描波技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及獲取地震數(shù)據(jù)的方法，更具體些，是指地震振動器技術(shù)，尤其是涉及到用于驅(qū)動地震振動器的基準信號。
在地震數(shù)據(jù)的獲取過程中，地震波被用來確定地下構(gòu)造的性質(zhì)，走向和位置。利用反射地震技術(shù)，地震波在地表產(chǎn)生。這些波穿過地殼，而這些波的壓縮模式(縱波)又被各種地下結(jié)構(gòu)反射到地表。停靠地震接收儀或地震檢波器這樣的裝置，這些反射波被檢測出來。
本發(fā)明涉及產(chǎn)生地震波的方法。目前在本領(lǐng)域中常用的用于產(chǎn)生地震波的各種裝置，包括但不僅限于爆破儀的振動器。振動器，正如其名字所表明的，被用來振動地殼。與爆破儀相比，振動器比較安全，費用較低，因而其應用更富有吸引力。在通電后，振動器傳遞相較低的能量進入地殼。通常，振動器操作者選擇一個通電間隔，而在此通電間隔內(nèi)以及其后的振動器不被通電的時間內(nèi)，數(shù)據(jù)都被記錄下來，但反射信號在未通電的時間內(nèi)仍被接收。這種技術(shù)最初由科諾柯(Conoco)提出，在本領(lǐng)域中被稱作“振動地震(vibroseis)”技術(shù)。
隨著振動器在地震技術(shù)中的發(fā)展，人們對驅(qū)動振動器的信號的性質(zhì)越來越重視。這種信號是一種可控波列，一個波列是一種有幾個周期的波。該信號是一種連續(xù)變換頻率的正弦振動。這種輸入振動器的波術(shù)語稱作“掃描波”，一個掃描波周期通常有幾秒或更長。
可能會有不同類型的掃描波，每類都使用某種振幅錐度，振幅錐度是一個在掃描波的起始和結(jié)束時被使用以保證掃描波振幅在端點處平滑地變?yōu)榱愕拇昂瘮?shù)(例如標準的漢字(Hanning)窗)。標準的信號是線性掃描波。線性掃描波是具有基本上固定的振幅包絡(luò)的正弦型信號且在此振幅包絡(luò)范圍內(nèi)，掃描波頻率隨時間線性變化，在給定的頻率范圍內(nèi)單調(diào)增加或減小，從而產(chǎn)生固定的掃描速率。非線性掃描波是頻率隨時間非線性變化的正弦波。通常非線性掃描波是用來補償高頻波穿透地層時因在較高頻率花費較多的振動時間而增加的損失或衰減。
對于振動器產(chǎn)生的地震，場記錄與掃描波列相關(guān)以產(chǎn)生相關(guān)圖或相關(guān)記錄。相關(guān)記錄類似于用爆破儀或脈沖地震源時收到的常規(guī)地震記錄。
在地震領(lǐng)域眾所周知振動產(chǎn)生的地震信號中不希望得到的副產(chǎn)品是旁瓣能量。旁瓣是相關(guān)處理的副產(chǎn)品，它使要得到的子波被拉長并變得復雜?？梢钥吹剑园瓯憩F(xiàn)為一個地震子波的中間三個波瓣兩則出現(xiàn)細小波動。當前用于獲取振動數(shù)據(jù)的方法，尤其是采用線性掃描波的方法，在相關(guān)處理后會產(chǎn)生復雜的帶有大量旁瓣能量的地震子波。這種旁瓣能量降低了數(shù)據(jù)質(zhì)量并對處理過程中估算、控制地震子波的能力產(chǎn)生不良影響。因此需要產(chǎn)生具有簡單的子波波形和最小旁瓣能量的振動數(shù)據(jù)，從而降低地震信號失真并增強地震分辨率。
多數(shù)振動數(shù)據(jù)是用線性掃描波作為基準信號獲取的。然后，這些數(shù)據(jù)和線性掃描波基準信號相關(guān)以產(chǎn)生一個記錄。如上所述，線性掃描波在被相關(guān)處理或去卷積時，產(chǎn)生復雜的帶有大量旁辨能量的子波。某些振動數(shù)據(jù)也通過使用一類非線性掃描波束獲取，這種波被設(shè)計用于補償高頻波在穿過地層時增加的損耗。非線性掃描波產(chǎn)生比線性掃描波更為復雜且?guī)в懈吲员婺芰康淖硬ā＿@些常規(guī)的掃描波在相關(guān)處理后產(chǎn)生的大量旁辨能量降低了數(shù)據(jù)質(zhì)量并對處理中估算控制地震子波的能力產(chǎn)生不良影響。
Rietsch，E.在“具有預定能量譜的振動地震(vibroseis)信號”一文中，(地球物理勘探，Vol.25，pp.613-620，1977)，針對具有固定振幅包絡(luò)的掃描波，基于掃描能量譜與其頻率變化速率成反比這個事實，提出了掃描波瞬時相位函數(shù)與它的能量譜密度之間的關(guān)系。Rietsch提出了一個確定具有某個預定能量譜的掃描波的合適的相位函數(shù)的方法，并在617頁注明。注意該方法可用來設(shè)計具有低旁辨的自相關(guān)函數(shù)的掃描波。因此，具有預定能量譜的掃描波可以利用這種關(guān)系來進行設(shè)計，但由于當時的振動器電子控制系統(tǒng)不能重現(xiàn)(更不用說準確跟蹤)用戶定義的掃描波，使得這種想法僅停留在理論階段。隨著最近新一代基于先進微處理器技術(shù)的振動器控制設(shè)備的發(fā)展，對振動器輸出強度(包括振幅和相位)的嚴格控制已成為可能。該進展使得用戶定義的掃描波能夠被振動器精確地再現(xiàn)和跟蹤。這種技術(shù)進步使研究集中到掃描波形的優(yōu)化上從而導致了本發(fā)明的掃描波。
本發(fā)明的目的是提供一種掃描波，當這種波被用在振動地震系統(tǒng)中時，能產(chǎn)生具有最小旁辨相關(guān)噪聲的掃描波。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種當用于振動地震系統(tǒng)中時能產(chǎn)生具有簡單子波波形的信號的掃描波。
本發(fā)明的另一個目的是在增加很少或不增加費用的情況下基本上改進振動地震技術(shù)。
從說明書、附圖和權(quán)利要求書中，本發(fā)明的這些目的、特征和優(yōu)點以及其它方面會被有關(guān)領(lǐng)域中普通的技術(shù)人員更清楚地理解。
本發(fā)明包括用于產(chǎn)生具有最小旁辨能量的簡單地地震子波波形的方法。該方法包括的步驟有，首先從由高斯函數(shù)或其等價函數(shù)的導數(shù)構(gòu)成的一組能量譜中選中一個能量譜;其次，根據(jù)該能量譜計算出譜整形的掃描波使得掃描波的自相關(guān)富立葉變換與所期望的能量譜基本相同;接著使用這個譜整形的掃描波作為基準信號來驅(qū)動地震振動器;使用該振動器將振動傳入地下;收集從地下返回的由振動器引起的地震數(shù)據(jù);最后用基準信號對地震數(shù)據(jù)進行去卷積處理。


圖1描述了從本發(fā)明的方法選定的能量譜中計算出掃描波的算法流程圖。
圖2A給出一個常規(guī)的線性掃描波。
圖2B給出圖2A中線性掃描波的自相關(guān)。
圖2C給出圖2A中線性掃描波的能量譜。
圖3A給出利用本發(fā)明的方法得到的整形掃描波。
圖3B給出圖3A中整形掃描波的自相關(guān)。
圖3C給出圖3A中整形掃描波的能量譜。
圖4A給出經(jīng)相關(guān)處理的線性掃描波的振動器的實際輸出強度。
圖4B給出經(jīng)相關(guān)處理的整形掃描波的振動器的實際輸出強度。
圖5A給出采用線性掃描波時經(jīng)相關(guān)處理后的孔下采集的(downhole)地震數(shù)據(jù)。
圖5B給出在與圖5A同樣的地點采用整形掃描波經(jīng)相關(guān)處理后得到的孔下采集的(downhole)地震數(shù)據(jù)。
圖6A給出采用線性掃描波在相關(guān)處理后的照相數(shù)據(jù)記錄。
圖6B給出在與圖6A同樣的地點采用整形掃描波經(jīng)相關(guān)處理后的照相數(shù)據(jù)記錄。
整形掃描波技術(shù)的目的是提供一種技術(shù)對振動器掃描波進行譜整形以在經(jīng)過相關(guān)處理后產(chǎn)生具有最小旁瓣能量的簡單子波波形。與常規(guī)掃描波相比譜整形掃描波在振動器信源的性能上提供了很大改進。在輸出強度圖上，采用譜整形掃描波時的旁瓣能量比采用線性掃描波時降低了24-30分貝，從而改進了數(shù)據(jù)質(zhì)量并產(chǎn)生清晰的(與由脈沖源產(chǎn)生的相似)首批返回的反射波。
譜整形掃描波被專門設(shè)計用來生成具有最小旁瓣能量的簡單相關(guān)脈沖。與對應的線性掃描波不同，一個整形掃描波是被設(shè)計用來產(chǎn)生一個特定的能量譜。對一個期望的能量譜，產(chǎn)生一個合適的掃描波使得該掃描波的自相關(guān)的富立葉變換同所期望的能量譜相一致。因此具有極低的相關(guān)旁瓣能量的掃描波可以通過確定適當?shù)哪芰孔V來設(shè)計出來。由于掃描波的能量譜(而不是振幅譜)是經(jīng)過整形的，因而記錄未經(jīng)相關(guān)處理的數(shù)據(jù)與記錄經(jīng)相關(guān)處理的數(shù)據(jù)相比，沒有什么理論上的優(yōu)勢。而同樣的情況對線性掃描數(shù)據(jù)卻不成立，因為在處理未經(jīng)相關(guān)處理的數(shù)據(jù)時，可以得到稍好的脈沖波形。
附圖1描述了使用Rietsch發(fā)現(xiàn)的瞬時相位關(guān)系從能量譜中計算出一類掃描波的算法。雖然該算法運用了Rietsch提出的關(guān)系，但他未提出如本發(fā)明所提出的一個優(yōu)化的能量譜，也未公開補償為得到可接受的結(jié)果而必須解決的振幅錐度(非固定振幅包絡(luò))效應的方法。
本發(fā)明提出的能量譜具有如下形式(f)=K[ffpe-1m(ffy)m]n,---(1)]]>
作為通用函數(shù)e-fm的逆變換的導數(shù)，該式對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是應該理解的，其中p(f)是范圍從0到Ke-n/m的所期望能量譜，K為一任意定標常量;
f是以赫茲為單位的掃描波頻率，范圍通常是從1赫茲到3fp赫茲;
fp是能量譜的峰值頻率，由用戶定義且根據(jù)去卷積后在目標處得到補償?shù)乃谕闹黝l率，通常被設(shè)在10赫茲到80赫茲之間，而最好是設(shè)置在20赫茲到50赫茲之間。
m是用于定義函數(shù)類型的常量當m＝2時，函數(shù)為高斯函數(shù)，當m≈2時，函數(shù)大致上是高斯函數(shù);m不一定是整數(shù)。
n是導數(shù)的階數(shù);例如，當m＝2時，若n＝1則為高斯函數(shù)的一階導數(shù)，n＝2則為二階導數(shù)，n＝i則為i階導數(shù);n不必為整數(shù)。
首先一個能量譜是從一族由方程1定義的能量譜中選出的，其中，冪m和n被設(shè)置用來產(chǎn)生大致三個子波瓣。接著根據(jù)所期望的去卷積后在地質(zhì)目標處要被恢復的主頻率，選擇能量譜的峰值頻率fp，產(chǎn)且該選定的能量譜在區(qū)間fmin到fmax中被求值，其中典型情況下fmin＝1赫茲而fmax＝3fp赫茲。然后該能量譜作為附圖1中算法的輸入，該算法是計算這個具有所預期的能量譜且具有特定長度Tsweep，取樣速率△t，振幅錐度A(t)的整形掃描波。
典型的整形掃描波長度(Tsweep)范圍是4到16秒，而6到8秒的掃描波長度通常是最優(yōu)的。取樣速率△t必須首先滿足奈奎斯特(Nyquist)準則(△t＜1/(2fmax))并且在應用中必須根據(jù)振動器電子設(shè)備的特殊指標(例如，Pelton AdvanceⅡ型設(shè)備要求△t＝1/2048)來設(shè)置。振幅錐度A(t)可以是任一典型的為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的窗函數(shù)，比如象下面描述的漢字(Hanning)窗函數(shù)A (t) = A sin2( (πt)/(2Ttaper) ) : ＜TtaperA (t) = A: Ttaper≤t ≤Tsweep- TtaperA (t) = A sin2( (π(Tsweep- t)/(2Ttaper) ) : t＞Tsweep- Ttaper(2)其中A(t)為范圍由0到A的窗函數(shù)，A是一任意的定標常量;
t是范圍由0到Tsweep的時間值;
Ttaper是在掃描波每一端使用的窗函數(shù)的長度Ttaper≤Tsweep/2，典型的錐度長度范圍是1/8到1秒。
附圖1中的算法使用了由Rietsch提出的掃描波的瞬時相位關(guān)系，這種掃描波以固定的振幅包絡(luò)(對整個的掃描波長度來說，A(t)＝A)為其最初起點。此處以反饋回路的形式描述的逐次迭代對振幅錐度(A(t)＝窗函數(shù))效應加以自動補償。而作為結(jié)果的瞬時相位函數(shù)f(t)被下述方程轉(zhuǎn)換成所期望的掃描波s(t)＝A(t)sin(2πφ(t)+Φ) (3)其中S(t)為算法中計算出的所期望的整形掃描波;
A(t)為象方程2所描述的被選定的窗函數(shù);
φ(t)為用算法循環(huán)計算出的瞬時相位函數(shù);
Φ為一常量，表示掃描波的初始相位，以弦度為單位，范圍從0到2π。
算法是如下動作的，對于首次迭代，由于沒有反饋，所以輸入能量譜只是所期望的能量譜P(f)。接著該能量譜被定標，求逆(inverted)從而得到關(guān)于掃描波頻率變化速率的估算值d2(τ)dτ2。根據(jù)Rietsch提出的(d2φ(ι))/(dι2) = (A2(ι))/(4P(f)) = C(f) (4)其中τ表示靜止點φ(t)-ft，即τ是dψ(τ)/dτ-f＝0的一個解，因而τ是關(guān)于f的函數(shù)，C(f)表示掃描波速率。
因此，對于固定的振幅包絡(luò)，頻率變化速率與所期望的能量譜成反比。以上述函數(shù)進行二次關(guān)于τ的積分可得出瞬時相位函數(shù)φ(t)。Rietsch得出了這個微分方程以一組遞歸關(guān)系式的形式的一個數(shù)值解，從而允許計算在離散的時間τn處的相位函數(shù)f(t)
ιn+ 1 = ιn+ △ιn= (2△f)/(Cn+ Cn + 1) (5)φn + 1= φn+ 1/2 △ιn(fn + 1+ fn) + 1/12 (△ιn)2(Cn- Cn+1) (6)其中φn＝φ(τn)，τn＝τ(fn)，Cn＝C(fn)分別表示在離散的頻率fn處的函數(shù)φ，τ，和C其中fn= n△f + fmin:△f = (fmax- fmin)/(N) (7)N為頻率范圍〔fmin，fmax〕被分割成的等寬子區(qū)間的數(shù)量，通常值為500-1000，用n表示N的第n個樣值。
由于離散時間τn通常不是被均勻劃分，因而在所期望的取樣區(qū)間△t內(nèi)均勻間隔的離散時間tn上的所希望相位函數(shù)是使用為本領(lǐng)域技術(shù)人員所廣知的仿樣(spline)技術(shù)通過插值法來計算出來的。掃描波S(t)則是根據(jù)方程3計算出的。通過把期望的掃描波長度作為附加輸入插入求逆中，所要得到的能量譜就可以具有完全任意的定標。方程5指出△τ的長度，即掃描波長度是能量譜如何被定標的函數(shù)。然而，在計算具有任意定標的掃描波長度(△τ長度之和)之前，所希望的掃描波長度可以通過根據(jù)所希望掃描波長度與計算出的長度的比值重新定標輸入能量譜來得到。這種定標在每次迭代中都要進行以保證所希望的掃描波長度得到維持。
第一次迭代代表著對具有所希望的能量譜的掃描波的初次試探。然而由于固定振幅包絡(luò)只是假設(shè)的而并未使用;掃描波將具有只是在未受振幅錐度影響的頻率上與期望能量譜非常接近的能量譜。而對那些受到振幅錐度影響的頻率，實際的能量譜會與期望的能量譜很不一致。因此，振幅錐度效應(非固定振幅包絡(luò))要通過逐次修改輸入能量譜來解決。在每次迭代中，掃描波的能量譜都要和所期望的能量譜相比較。誤差ε被用來以精通控制系統(tǒng)理論的人員所熟知的方法調(diào)整輸入能量譜以使所期望的能量譜與實際能量譜之間差距最小。這種差距或誤差可以被控制得非常小，典型地ε＜1%。該算法按照與上述相同的過程連續(xù)迭代直到掃描波能量譜與所期望能量譜基本一致，此時，算法停止，而針對根據(jù)方程1選出的能量譜的相位函數(shù)ψ(t)和掃描波S(t)也被確定下來。
參照附圖1，產(chǎn)生掃描波信號的過程將更容易被理解。該過程從第101步開始。在第一次迭代(I＝1)時，所期望的能量譜被接受下來，然后，這個能量譜在第102步被存儲并被作為處理過程中后續(xù)步驟的輸入能量譜。
第103步自動定標和求逆子過程作為一個兩步過程將更易被理解。首先，由于振幅包絡(luò)A(t)被假設(shè)成常量(A(t)＝A)，因而方程(4)在這里成為(A2)/(4q(f)) C (f) (8)由于A2/4只是一個附加常量，可以通過已有的對能量譜的任意定標K來加以解決，所以該式可化簡為C(f)= 1/(p(f)′) (9)通過使用“輸入”能量譜并在方程9中進行必要的除法運算(求逆)可得出函數(shù)C(f)，即掃描波速率。這里，方程5用于在〔fmin，fman〕的頻率范圍內(nèi)確定一組時間Dtn和tn所述頻率范圍是由所希望的能量譜和頻率取樣區(qū)間Df確定的，這種計算通常不會給出和期望的掃描波長度Tsweep相等的經(jīng)計算的掃描波長度tN(Dtn長度之和)。所以“輸入”能量譜通過等于Tsweep/tN的歸一化因子被重新定標)產(chǎn)且函數(shù)C(f)則被重新計算?，F(xiàn)在應用方程5將導致一組能算出和所期望掃描波長度相等的總的經(jīng)計算的掃描波長度的時間Dtn和tn然后在第104步完成對掃描波速率的二重積分以得出作為t的函數(shù)的相位f(t)。為此，這里要用到方程6和7以及在前一步中計算出的Dtn。由于Dtn通常互不相等，所以第104步的輸出是一種作為在時間上進行非均勻采樣的時間函數(shù)的關(guān)于掃描波信號的相位函數(shù)。然而，為了在振動器上使用這種相位函數(shù)，有必要得到具有均勻時間間隔的相位函數(shù)。
在第105步被標為仿樣擬合(Spline Fit)的子過程進行仿樣擬合操作，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的并且在重新采樣時，產(chǎn)生具有期望的均勻時間增量△t的相位函數(shù)。該函數(shù)被稱為經(jīng)計算得到的相位。
在下一個子過程第106步中，利用方程3把一個如方程2所給出的振幅錐度A(t)加到經(jīng)計算的相位的正弦函數(shù)上以，給出一個計算后的掃描波信號S(t)。在第107步，將富立葉變換(FFT)用于計算出的掃描波信號以得到其能量譜。然后在第108步，把實際的能量譜和所期望的能量譜進行比較。具體地，從所期望能量譜中減去實際的能量譜。其差值由誤差ε表示并用以衡量實際的能量譜與期望能量譜的接近程度。
在第109步，把誤差能量譜與某一閾值相比較以檢測其誤差是否足夠地小。如果誤差能量譜達到足夠小，則過程終止，而經(jīng)計算得到的掃描信號被用作振動器的基準信號。相反，如果誤差太大，那么就表明掃描信號必須加以修改。一個典型的用于確定誤差信號是否過大的閾值條件可能是誤差是否超過所期望的能量譜峰值的百分之一左右。誤差能量譜如果過大，就要用一種為控制系統(tǒng)領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的方法，用誤差能量譜來修正在第102步存儲的能量譜，以定義一個修正的能量譜。具體地，在第110步，誤差能量譜的某些部分(小于100%)被加在存儲的能量譜上以修正它。該百分數(shù)的選擇將在下文討論。
然后，過程返回到第101步進行下一次迭代，此時迭代數(shù)大于1且使用在第110步修改的能量譜而不是所期望能量譜。該路徑通過當I＞1時的開關(guān)位置來表示。重復整個從102到109的步驟順序而且再次根據(jù)閾值檢查誤差能量譜。該迭代過程連續(xù)執(zhí)行直到過程收斂到一個解，此時實際的能量譜與期望能量譜已基本相同。
選擇誤差能量譜的百分數(shù)以加在存儲能量譜上來進行修改的過程是精通控制系統(tǒng)理論的人員所熟悉的。如果百分數(shù)為零，則能量譜不被修改，而收斂永不會發(fā)生且迭代過程無限繼續(xù)下去。如果百分數(shù)為100%或更大，則會有一個嚴重的危險即過程變得不穩(wěn)定。這也是在控制系統(tǒng)理論中所公認的。對該百分數(shù)的選擇是在25%和75%之間。這種選擇能在合理的較短的時間內(nèi)產(chǎn)生收斂且對過程沒有不穩(wěn)定的干擾。
本發(fā)明的算法把計算出的掃描波或任何一種描述掃描波的函數(shù)輸出到一個數(shù)據(jù)格式與某些廠家的振動器電子設(shè)備相兼容的數(shù)據(jù)文件中，這些廠家的振動器電子設(shè)備，比如Pelton公司的AdvanceⅡ，Sercel VE 416，或是其它具有類似的裝備有振動器電子設(shè)備組件的電子設(shè)備，都可以接收直接或極近似用戶定義的掃描波。
這里描述的技術(shù)可以應用于任何振動類型的信源而且不僅限于地球物理工業(yè)領(lǐng)域中使用的那些信源。
最適于振動器操作的特定的一類能量譜是(f)=K[ffpe-12(ffp)1]2---(10)]]>其中，根據(jù)通用方程1，冪m＝n＝2。該方程為高斯函數(shù)的二階導數(shù)并且當K等于2/(fp )時，對本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來說更為熟悉，該方程用于描述里克爾(Ricker)子波。根據(jù)上述特定的能量譜類型而設(shè)計的整形掃描波可生成在相關(guān)處理后有很少或沒有旁瓣能量的簡單的三個子波辨，因而這種掃描波對于振動器操作是很理想的。
附圖2A和附圖3A分別給出了標準線性掃描波(10至58赫茲)和由本發(fā)明中算法根據(jù)方程10定義的能量譜生成的整形掃描波(fp≈34赫茲)之間進行的一個比較。兩個掃描波具有同樣的中心頻率(34赫茲)。附圖2A，2B和2C給出線性掃描波及其相應的自相關(guān)和能量譜。子波中出現(xiàn)的大的旁瓣能量歸因于能量譜中較陡的斜率。這種情況對任一種線性掃描波都成立。相比之下，附圖3A，3B和3C給出整形掃描波及其相應的自相關(guān)和能量譜。注意兩個掃描波之間在其各自的自相關(guān)旁瓣中的鮮明差別。采用整形掃描波時的旁瓣能量比采用線性掃描波時降低了40分貝。正如在附圖3C中見到的，能量譜平滑的形狀不是通過把某個振幅函數(shù)加到掃描波(在正常錐度之外掃描波的振幅變化是平緩的)上而產(chǎn)生的，而是根據(jù)能量譜密度與頻率變化速率成反比的關(guān)系通過改變掃描波速率(△f/△t)來產(chǎn)生的。重要的是應注意到線性掃描波不能被處理或去卷積以生成與整形掃描波相類似的輸出子波。即使是在處理中進行了優(yōu)化整形(振幅)后，線性掃描波還是在低端錯過了臨界頻率并導致復雜的子波波形。而整形掃描波包含有在適當?shù)哪芰孔V水平上的適當?shù)念l率用以在相關(guān)處理后產(chǎn)生簡單的三瓣子波。
從實際振動器測試中得出的對整形掃描波和常規(guī)線性掃描波進行的比較結(jié)果在附圖4A，4B以及附圖5A，5B中給出。附圖3A中的整形掃描波被接入配有Pelton Advance Ⅱ型振動電子設(shè)備的Litton LRS315型振動器并與附圖2A中的標準線性掃描波相比較。附圖4A和4B給出振動器在同其相應的基準掃描波進行相關(guān)處理后的輸出強度。整形掃描波(附圖4B)產(chǎn)生具有較好的振動器輸出強度的子波，而且在輸出強度圖上其旁瓣能量與線性掃描波的(附圖4A)相比降低了24到30分貝。附圖5A和5B給出附圖4A和4B中描述的線性掃描波和整形掃描波的孔下接收(downhole)數(shù)據(jù)比較。由整形掃描波產(chǎn)生的孔下接收(downhole)數(shù)據(jù)(附圖5B)導致清晰的幾乎是脈沖型的首批返回的反射波。相反，在線性掃描波首批返回的反射波之前出現(xiàn)的大量旁瓣能量(附圖5A)是常規(guī)振動器技術(shù)造成的典型現(xiàn)象。
附圖6A和6B給出關(guān)于線性掃描波和整形掃描波在同一振動器位置的照相數(shù)據(jù)記錄的比較。整形掃描波的記錄(附圖6B)顯示出極為清晰的首批返回反射波并表現(xiàn)出在數(shù)據(jù)質(zhì)量方面的明顯改進，尤其是在前1.5秒。在整形掃描波的記錄上觀察到的地表波干擾的輕微增長的原因在于沒有采用高通濾波器記錄數(shù)據(jù)，而線性掃描波數(shù)據(jù)是通過高通濾波器記錄的。
權(quán)利要求
1.一種用于產(chǎn)生具有極小旁瓣能量的地震子波波形的方法，該方法的特征在于包括a.從由高斯函數(shù)及其等價函數(shù)的導數(shù)構(gòu)成的，在大約0.5fp赫茲到2.0fp赫茲的頻率范圍內(nèi)的能量譜組中選擇一個能量譜，其中fp為能量譜的峰值頻率，被設(shè)置在大約10赫茲到80赫茲之間；b.針對所述能量譜計算出一個譜整形的掃描波使得該掃描波的自相關(guān)的富立葉變換和該能量譜基本相同；c.使用所述譜整形的掃描波作為基準信號驅(qū)動地震振動器。d.使用所述振動器傳遞振動進入地下；e.收集從地下返回的由上述振動產(chǎn)生的地震數(shù)據(jù)，并且f.使用基準信號對地震數(shù)據(jù)去卷積。
2.一個用于產(chǎn)生具有極小旁瓣能量的地震子波波形的方法，其特征在于該方法包括a.從由下述方程及其實際等價方程式構(gòu)成的組中選擇一個能量譜(f)=K[ffpe-1m(ffp)m]n,]]>其中P(f)是所期望的能量譜;k為用于定標方程式的任意常量;f為以赫茲為單位的掃描波頻率，范圍是從大約0.5fp赫茲到2.0fp赫茲;fp為能量譜的峰值頻率且被設(shè)在大約10赫茲到80赫茲之間;m為一個定義函數(shù)類型的常量，m不必為整數(shù);n為導數(shù)的階數(shù)且不必為整數(shù);b.針對上述能量譜計算出一個譜整形的掃描波使得該掃描波的自相關(guān)的富立葉變換與該能量譜基本相同;c.使用所述譜整形掃描波作為基準信號驅(qū)動地震振動器;d.使用所述振動器傳遞振動進入地下;e.收集從地下返回的由上述振動產(chǎn)生的地震數(shù)據(jù)，并且f.使用基準信號對地震數(shù)據(jù)去卷積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中的方法，其中m和n等于2。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種產(chǎn)生具有極小旁瓣能量的簡單地震子波波形以作為基準信號來驅(qū)動地震振動器的方法。
文檔編號G01V1/00GK1101427SQ9410726
公開日1995年4月12日 申請日期1994年6月30日 優(yōu)先權(quán)日1993年7月1日
發(fā)明者肯尼思·D·安德森 申請人:?？松a(chǎn)研究公司