可控震源地震勘探发展历程和基本原理概述课件.ppt

1、东方公司采集技术支持部东方公司采集技术支持部二一七年六月二一七年六月主讲人：王井富主讲人：王井富一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望3 在地震勘探中，通过人工方法来产生地震波就叫做地震波的激发。地震勘探采用的激发方式有炸药震源、可控震源、气枪震源及其它震源。激发源的特性影响了地震资料的分辨率和信噪比，因此选择激发源是非常谨慎的，通常考虑以下五方面：（1）满足最深目的层有足够的有效能量；（2）频宽满足地震资料对分辨率的要求；（3）满足资料信噪比的要求；（4）环境

2、的的影响；（5）性价比。一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程4 炸药震源信号与频谱 可控震源信号与频谱 t Hz 10 60 Hz amplitude (t)炸药震源信号、可控震源信号和气枪特点比较炸药震源信号、可控震源信号和气枪特点比较 气枪子波示意图气枪子波示意图 一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程5 1921年，美国人J.C.卡彻首次将炸药震源用于地震采集。1951年,中国首次规模化应用炸药震源激发进行地震勘探。1953年，重锤等其他激发方式出现，在此之前，炸药激发是地震勘探中唯一采用的激发方式。1960年，Conoco推出可控震

3、源激发技术，并授权进行工业化生产。一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程1952.8.2,Bill Doty,Continental Oil Company(Conoco)公司球物理学家,提出用长信号代替脉冲信号作为地震勘探的载体,在最深目的层的反射时间内信号不能重复；1952.8.3,John Crawford,Conoco,提出用正弦曲线作为扫描信号，震源施工理论的雏形。1953.1 John Crawford、Bill Doty、Bill Miller形成专利。1960，Conoco决定推出这项技术，并授权进行工业化生产。第一家被授权的公司是Seismograp

4、h Service Corporation（SSC），150美圆/每个可控震源队每天，并且有保密协议。1961年，Conoco释放了这项技术，SSL（Seismograph Service Limited）发展了电磁“correlator”。一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程7 1993年，Shell公司首次使用可控震源交替扫描激发。1996年，由阿曼石油公司提出可控震源滑动扫描激发。2006年,BP公司发明多组震源同时随机施工技术（ISS),并在2008年开始规模应用。2009年，由PDO公司（阿曼石油开发公司）首次使用距离分割同步激发技术（DSSS)。一、可控

5、震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程可控震源的优点可控震源的优点:节能、环保，参数可调节能、环保，参数可调可控震源的缺点：地表激发，有限频宽可控震源的缺点：地表激发，有限频宽一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基

6、本原理一套能正常工作的可控震源包括：一套能正常工作的可控震源包括：可控震源机械设备本身可控震源箱体无线数据通讯设备现代施工的可控震源可能还要包括：现代施工的可控震源可能还要包括：定位设备导航设备局域网设备信号记录设备1 1 硬件设备硬件设备INOVA X-VIBSercel NOMAD90BGP KZ23BGP KZ28BGP KZ34INOVA AHV-IV二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理1 1 硬件设备硬件设备 现在主流的可控震源控制系统是：INOVA的VIBPROSERCEL的VE464 SEISMIC SOURCE的FORCEII和FORCEIII二、可控震源工作基本原

7、理二、可控震源工作基本原理1 1 硬件设备硬件设备TAuto correlationresultCrosscorrelationresult+PilotPilotSU1/6AuxiliarylineRadioRadioVE432-DSDVE432-DPGMERTZ VIBRATORAPMGF二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理2 2 野外施工野外施工Frequency dependentdelaysGeneratorHz1060amplitudeHz1060amplitude由短脉冲生成长扫描信号由短脉冲生成长扫描信号 二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理3 3 记录生

8、成记录生成线性降频扫描信号 S（t）A（t）Sin2F1+(F2-F1)t/2Tt 0t TD 1+Cos（t/T1+1）/2 ，0tT1 A（t）1,T1tTD-T2 1+Cos（1+（TD-t）/T2/2 ，TD-T2tTD式中，A（t）为扫描信号S（t）的振幅包络函数，T1、T2称为斜坡长度。F1为扫描信号的起始频率，F2为扫描信号的终了频率，TD为扫描振动持续时间，称为扫描长度。线性升频扫描信号 二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理3 3 记录生成记录生成可控震源信号与炸药震源信号特点比较可控震源信号与炸药震源信号特点比较 炸药震源炸药震源可控震源可控震源 t Hz 10

9、60 Hz amplitude (t)二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理3 3 记录生成记录生成左边左边a a为地质模型，右边第为地质模型，右边第1 1道表示传入大地的可控震源信号，第道表示传入大地的可控震源信号，第2 2、3 3、4 4道分道分别表示几个地层反射信号。这些反射信号在时间上相互重叠、干涉后形成第别表示几个地层反射信号。这些反射信号在时间上相互重叠、干涉后形成第5 5道可控震源原始记录道可控震源原始记录,第第6 6道为相关后的记录。道为相关后的记录。可控震源相关记录形成示意图可控震源相关记录形成示意图 二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理3 3 记录生成

10、记录生成二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理3 3 记录生成记录生成240mSubsurface six geosbunchedreceiver lineshot lineVib1Vib2Vib3Vib44 sweep/VP24 sec6 96 hz高保真采集（HFVS)二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理3 3 记录生成记录生成MNMNMMNNNNDDDDDEEESSSSSSSSSSSSSSS4321212144241332312222111211M;number of sweep,N;number of vibrator二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原

11、理3 3 记录生成记录生成二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理3 3 记录生成记录生成高保真采集（HFVS)一、可控震源地震勘探技术发展历程一、可控震源地震勘探技术发展历程二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望2 2 滑动扫描技术滑动扫描技术3 3 多组同步及滑动技术（多组同步及滑动技术（DS3DS3）4 4 单台随机激技术（单台随机激技术（ISSISS）1 1 交替扫描采集技术交替扫描采集技术0 0 可控震源常规采集技术可控震源常规采集技术高效采集技术

12、发发展高效采集技术发发展5 5、66低频率扫描技术低频率扫描技术(MD)(MD)单台点源激发（单台点源激发（V1V1）高保真技术（高保真技术（HFVSHFVS）提高分辨率技术发展提高分辨率技术发展可控震源采集方法发展现状可控震源采集方法发展现状 虽然滑动扫描、DSSS、ISS等采集方法比较成熟，但同步激发技术仍是目前地震采集的热点实用技术；“混源激发”设想被认为是未来自动化采集模式；噪音压制技术是高效采集技术得以成功实施的保证；围绕提高数据质量的动态滑动扫描和减少采集道数投入的颤动滑动扫描分别进入了应用和理论试验研究阶段；围绕同步激发数据的数据分离和应用是未来一段时间受关注的重点；可控震源采集

13、配套技术是保障采集方法顺利实施的关键；“可控震源扩展低频扫描技术”近期受到追捧；高精度可控震源是一直是设备制造商探索和追求的目标。三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望分离效果与密度联系空间距离时间密度交替扫描-非常好差滑动扫描-一般一般DS3好-一般动态滑动扫描一般一般好独立同时扫描（ISS）差差非常好 滑动扫描、滑动扫描、DSSSDSSS、ISSISS等采集方法仍是目前地震采集的热点实用技术等采集方法仍是目前地震采集的热点实用技术三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望282.2.“混源激发混源激发”设想被认为是未来自动化采集模式设想被认为是未来自

14、动化采集模式 混混源源激发示意图激发示意图三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望293.3.噪音压制技术是高效采集技术得以成功实施的保证噪音压制技术是高效采集技术得以成功实施的保证 三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望304.4.但同步激发技术仍是目前地震采集的热点技术但同步激发技术仍是目前地震采集的热点技术,围绕提高数据质围绕提高数据质量的动态滑动扫描和减少采集道数投入的颤动滑动扫描分别进入了量的动态滑动扫描和减少采集道数投入的颤动滑动扫描分别进入了应用和理论试验研究阶段应用和理论试验研究阶段三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状

15、及展望315.5.围绕同步激发数据的数据分离和应用是未来一段时间受关注的重点围绕同步激发数据的数据分离和应用是未来一段时间受关注的重点 三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望6.6.可控震源采集配套技术是保障采集方法顺利实施的关键可控震源采集配套技术是保障采集方法顺利实施的关键扫描信号设计技术：线性扫描、非线性扫描、组合扫描、串联扫扫描信号设计技术：线性扫描、非线性扫描、组合扫描、串联扫描、整形扫描、伪随机扫描信号、高保真扫描信号等。描、整形扫描、伪随机扫描信号、高保真扫描信号等。滑动扫描谐波压制技术；滑动扫描谐波压制技术；现场地震资料快速质量监控；现场地震资料快速质量监

16、控；海量数据存储及格式转换；海量数据存储及格式转换；可控震源资料高精度、高效静校正技术；可控震源资料高精度、高效静校正技术；高保真、高保真、ISSISS等方法数据分离和去噪技术；等方法数据分离和去噪技术；炮点无桩号作业（可控震源炮点无桩号作业（可控震源DGPSDGPS导航）技术。导航）技术。三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望 数字化地震队管理系统数字化地震队管理系统DSS，实现了采集方法、，实现了采集方法、PMP理念、实时理念、实时QC、禁区实、禁区实时预警、仪器时预警、仪器/震源相关数据、震源相关数据、GPS实时定位、无线电台数据链等信息处理的一实时定位、无线电台数

17、据链等信息处理的一体化远程控制、管理和指挥。体化远程控制、管理和指挥。6.6.可控震源采集配套技术是保障采集方法顺利实施的关键可控震源采集配套技术是保障采集方法顺利实施的关键三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望7.7.“可控震源低频扫描技术可控震源低频扫描技术”受到追捧；受到追捧；34三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望（1 1）常规可控震源从信号设计实现低频是现阶段常规可控震源从信号设计实现低频是现阶段国外国外比较现实采集方法比较现实采集方法，但扩展低频扫描参数设置不当会对震源造成一定损害，减少震源某些，但扩展低频扫描参数设置不当会对震源造成一

18、定损害，减少震源某些部件的使用寿命部件的使用寿命；（2 2）扩展低频信号技术可以用于常规震源和低频震源扩展低频信号技术可以用于常规震源和低频震源，但它绝对不能够但它绝对不能够替代低频震源替代低频震源，常规震源用于，常规震源用于低频低频勘探难以克服的低频能量过低，有效勘探难以克服的低频能量过低，有效低频信号下传难以保证，并且低频畸变偏大低频信号下传难以保证，并且低频畸变偏大；（3 3）可控震源扩展低频可控震源扩展低频采集采集技术发展分三步走：技术发展分三步走：第一步：常规震源、扩展低频设计信号、常规检波器和常规地震仪器；第一步：常规震源、扩展低频设计信号、常规检波器和常规地震仪器；第二步：低频震

19、源、扩展低频设计信号、常规检波器和常规地震仪器第二步：低频震源、扩展低频设计信号、常规检波器和常规地震仪器、第三步：低频震源、扩展低频设计信号、低频检波器（数字检波器）和第三步：低频震源、扩展低频设计信号、低频检波器（数字检波器）和低频能力地震仪器低频能力地震仪器；(4)(4)低频地震资料处理技术的发展（低频地震资料处理技术的发展（FWI)FWI)也会推动低频采集技术的发展。也会推动低频采集技术的发展。（1 1）常规可控震源从信号设计实现低频是现阶段比较现实采集方法，但常规可控震源从信号设计实现低频是现阶段比较现实采集方法，但扩展低频扫描参数设置不当会对震源造成一定损害，减少震源某些部件扩展低

20、频扫描参数设置不当会对震源造成一定损害，减少震源某些部件的使用寿命的使用寿命；（2 2）扩展低频信号技术可以用于常规震源和低频震源扩展低频信号技术可以用于常规震源和低频震源，但它绝对不能够但它绝对不能够替代低频震源替代低频震源，常规震源用于，常规震源用于低频低频勘探难以克服的低频能量过低，有效勘探难以克服的低频能量过低，有效低频信号下传难以保证，并且低频畸变偏大低频信号下传难以保证，并且低频畸变偏大；（3 3）可控震源扩展低频可控震源扩展低频采集采集技术发展分三步走：技术发展分三步走：第一步：常规震源、扩展低频设计信号、常规检波器和常规地震仪器；第一步：常规震源、扩展低频设计信号、常规检波器和

21、常规地震仪器；第二步：低频震源、扩展低频设计信号、常规检波器和常规地震仪器第二步：低频震源、扩展低频设计信号、常规检波器和常规地震仪器、第三步：低频震源、扩展低频设计信号、低频检波器（数字检波器）和第三步：低频震源、扩展低频设计信号、低频检波器（数字检波器）和低频能力地震仪器低频能力地震仪器；(4)(4)低频地震资料处理技术的发展（低频地震资料处理技术的发展（FWI)FWI)也会推动低频采集技术的发展。也会推动低频采集技术的发展。5 5 低频低频三、可控震源勘探技术展望三、可控震源勘探技术展望磁加速度表（震源110HZ）记录的信号,编号与(b)编号对应磁加速度表在平板上的位置图(a)表明加速度

22、表在平板上的位置不同,记录信号也有所不同8.8.高精度可控震源是一直是设备制造商探索和追求的目标。高精度可控震源是一直是设备制造商探索和追求的目标。（1 1）提高力信号记录精度）提高力信号记录精度三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望(a)加权方法估计的力信号振幅谱加权方法估计的力信号振幅谱;(b)、(c)和和(d)都是加权力信号都是加权力信号(蓝蓝)与测压系统测得力信号与测压系统测得力信号(红红)振幅谱对比振幅谱对比(a)、(b)和和(c)扫描参数扫描参数6-120Hz，24S，0.5S斜坡，线性升频扫描斜坡，线性升频扫描(d)扫描参数扫描参数6-96Hz，24S，0.

23、5S斜坡，线性升频扫描斜坡，线性升频扫描振幅谱振幅谱(振幅振幅-时间时间)德克萨斯试验德克萨斯试验（没用（没用Load CellLoad Cell）德克萨斯试验德克萨斯试验与（与（a a）同一位置）同一位置德克萨斯试验德克萨斯试验不同地表条件不同地表条件克罗拉多试验克罗拉多试验从从(a)(a)估计的力信号估计的力信号看似乎震源在高频看似乎震源在高频的工作状态非常好的工作状态非常好，而且有充足的能，而且有充足的能量被传到了地下；量被传到了地下；（b b）当放置了测压）当放置了测压系统在平板下，估系统在平板下，估计（计（GFEGFE）力信号也）力信号也发生了变化，在低发生了变化，在低频两条线形态一

24、致频两条线形态一致基本相差一个常数基本相差一个常数，但在，但在40-50Hz40-50Hz频率频率之上，两条曲线发之上，两条曲线发生了分歧。生了分歧。(c)(c)和和(d)(d)测试的地测试的地形较好，两条线的形较好，两条线的一致性较好。一致性较好。一、可控震源地震采集技术发展现状一、可控震源地震采集技术发展现状8.8.高精度可控震源是一直是设备制造商探索和追求的目标。高精度可控震源是一直是设备制造商探索和追求的目标。（1 1）提高力信号记录精度）提高力信号记录精度8.8.高精度可控震源是一直是设备制造商探索和追求的目标。高精度可控震源是一直是设备制造商探索和追求的目标。改造模型和改造后装备M

25、ain spec.KZ-28KZ-28LFHDW275 kN281 kNRated Force276 kN276 kNFrequency Limit6 Hz3 HzMax.Stroke76 mm152 mmAreas of BP2.55 m23.57 m2改造后震源和原震源参数对比表3838（2 2）扩展低频震源）扩展低频震源三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望39电磁震源概念车电磁震源概念车 8.8.高精度可控震源是一直是设备制造商探索和追求的目标。高精度可控震源是一直是设备制造商探索和追求的目标。（3 3）电磁震源的发展）电磁震源的发展小型电磁振动器三、可控震源勘探技术现状及展望三、可控震源勘探技术现状及展望