专利名称：一种地震信号接收及其处理方法
技术领域：
本发明涉及不同频率特性检波器同步接收地震信号及其数据合成的技术，特别涉及一种地震信号接收及其处理方法。
背景技术：
地震勘探是利用人工方法产生地震波，再用地震检波器接收来自地下或海底以下地层的地震反射信号，经过计算机处理后得到地下结构图象和地质信息，为石油、煤炭、天然气勘探和开发提供重要参考的一种技术。地震勘探中，人工方法产生的地震波是宽频带地震信号，其在地下传播过程中要被地层吸收而发生衰减。由于大地对低频信号和高频信号吸收程度不同，高频信号要比低频信号衰减快得多，使得反射到地面或海面上的低频地震波能量强，高频地震波能量弱，此外，陆上勘探的面波等强干扰和海上勘探的海底强反射等都将导致地震信号的动态范围很大。地震检波器是地震勘探行业中的一种专用震动传感器，其重要特征参数是它的频带范围、相位特性、动态范围、灵敏度、失真度、假频和阻尼比。理想的地震检波器应该有如下特征1)频带范围要宽地震信号是一种频带较宽的脉冲振动，而测量系统的测量频带总是有限的，无论是低频响应不好，还是高频响应差，都将对振动信号的测量带来较大误差。因此，希望检波器从低频到高频要有足够宽的不失真的频率特性和响应范围。2)相位特性要好震动冲击信号的测量对传感器的相频特性有很严格的要求。理想情况下，检波器的输入信号与输出信号波形同步，或者相位随频率呈线性变化，但一股传感器的相频响应不是理想线性的，只能在某一个频带范围内近似直线，在整个频带内相频特性为曲线。相频响应为水平直线说明传感器的响应信号与原信号之间无相位差；相频特性线为斜直线说明传感器的相位差只是在时间轴上发生了平移，测得的信号没有发生波形畸变；相频特性线为曲线说明传感器的相位差随频率呈非线性变化，在这种相频传递特性下测得的信号将发生严重波形畸变。3)动态范围大地层的吸收衰减作用使得地震信号的不同频率之间产生非常大的能量差异，要把能量强弱变化如此之大的地震信号感应到并记录下来需要检波器有足够大的动态范围。目前，实际采用的模拟检波器的动态范围远低于地震勘探仪的水平，不能做到高低频响应均优，很难接收到高低频均衡的宽频带地震信号。4)灵敏度高地震信号幅值的变化范围很大，测量时要特别注意传感器灵敏度的选择。灵敏度太大会使测量系统过载，灵敏度太小会使弱信号分辨不清。
5)失真度小检波器的失真度是输出谐波分量总有效值与基波分量有效值的百分比，是反映检波器线性特性的一个重要指标。检波器失真主要是指谐波失真，产生谐波失真的主要原因是检波器机电参数和动力系统的各非线性因素。6)假频高假频限定了检波器感应地震信号频率范围的上限，同时也反映了检波器的加工工艺。为了得到有效的高频信号和足够的频宽，需要检波器有较高的假频。7)理想的阻尼理想的阻尼是传感器的惯性体在回到平衡位置后立即停止振动，此时检波器具有最好的分辨率，称为临界阻尼。地震信号是一系列复杂震动信号的综合，理想的检波器是将所有频段的波形能完整测出。受制造工艺和制造成本的限制，目前工业界广泛使用的模拟检波器只能做到在某一个频段有理想的频率特性，不能做到既有足够大的动态范围，又有较高的灵敏度；既有较好的低频响应，又有较好的高频响应。与模拟检波器相比，目前发展的基于微电子机械系统 MEMS的数字检波器更符合上述要求，但在其工作频率范围内，其频率响应是水平的直线，其虽然具有较大的动态范围，但是对高频信号没有起到放大的作用，限制了对高频弱信号的记录能力，而且成本也较高。因此，受制造工艺限制，目前检波器不能做到高低频响应均优， 很难接收到高低频均衡的宽频带地震信号。

发明内容
本发明的目的在于提供一种地震信号接收及其处理方法，用于解决获取宽频段地震测量数据的问题。本发明提供了一种地震信号接收及其处理方法，包括以下步骤A、在同一地震测量点上设置多个具有不同频率特性的检波器，利用多个检波器同时接收地震信号，得到多个具有不同频率特性的地震记录信号；B、通过消除多个具有不同频率特性的地震信号之间的时差和相位差，获得同步的多个具有不同频率特性的地震记录信号；C、对同步的多个具有不同频率特性的地震信号分别实行频域加权处理后再进行叠加合成处理，得到具有理想低频响应、中频响应和高频响应的地震记录信号。其中，多个检波器包括具有低、中、高三种自然频率的检波器，则步骤A具体为在同一地震测量点设置具有低自然频率的低频检波器，并通过接收地震信号得到具有低频特性的地震记录信号；在同一地震测量点设置具有中自然频率的中频检波器，并通过接收地震信号得到具有中频特性的地震记录信号；在同一地震测量点设置具有高自然频率的高频检波器，并通过接收地震信号得到具有高频特性的地震记录信号。步骤B具体为通过消除具有低频特性的地震记录信号、具有中频特性的地震记录信号和具有高频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，得到同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号。或者，步骤A具体为在同一地震测量点将若干个具有低自然频率的检波器组合成低频检波器串，并通过接收地震信号得到若干个具有低频特性的地震记录信号；在同一地震测量点将若干个具有中自然频率的检波器组合成中频检波器串，并通过接收地震信号
5得到若干个具有中频特性的地震记录信号；在同一地震测量点将若干个具有高自然频率的检波器组合成高频检波器串，并通过接收地震信号得到若干个具有高频特性的地震记录信号。步骤B具体为通过消除若干个具有低频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有低频特性的组合地震记录信号；通过消除若干个具有中频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有中频特性的组合地震记录信号；通过消除若干个具有高频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有高频特性的组合地震记录信号；然后，通过消除具有低频特性的组合地震记录信号、具有中频特性的组合地震记录信号和具有高频特性的组合地震记录信号之间的时差和相位差，得到同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号。多个检波器还可以是由具有低、中、高三种自然频率的检波芯体构成，则步骤A具体为在同一地震测量点设置多个检波器；将多个检波器的所有具有低自然频率的检波器芯体组合成低频检波串，并通过接收地震信号得到多个具有低频特性的地震记录信号；将多个检波器的所有具有中自然频率的检波器芯体组合成中频检波串，并通过接收地震信号得到多个具有中频特性的地震记录信号；将多个检波器的所有具有高自然频率的检波器芯体组合成高频检波串，并通过接收地震信号得到多个具有高频特性的地震记录信号。步骤B 具体为通过消除多个具有低频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有低频特性的组合地震记录信号；通过消除多个具有中频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有中频特性的组合地震记录信号；通过消除多个具有高频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有高频特性的组合地震记录信号；然后，通过消除具有低频特性的组合地震记录信号、具有中频特性的组合地震记录信号和具有高频特性的组合地震记录信号之间的时差和相位差， 得到同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号。其中，步骤C具体为通过同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号分别实行频域加权处理后再进行叠加合成处理，得到具有理想低频响应、中频响应和高频响应的地震记录信号。与现有技术相比较，本发明的有益效果在于本发明采用两种或两种以上分别具有理想的低频响应、中频响应和高频响应检波器，用不同频率特性的检波器同时接收同一测量点的地震信号，再通过频率域加权后叠加，合成的地震信号动态范围大、频带宽、灵敏度高，同时具有理想的低频响应、中频响应和高频响应，可提高识别地下薄层的能力。


图1是本发明提供的地震信号接收及其处理的方法流程图；图2是本发明提供的检波器接收地震信号示意图；图3是本发明提供的检波器串接收地震信号示意图；图4是本发明提供的检波器芯体接收地震信号示意图；图5是本发明实施例提供的不同频率特性检波器同时接收方法示意图；图6是本发明实施例提供的采用DX20-10检波器接收的地震记录示意图；图7是本发明实施例提供的采用DX20-28检波器接收的地震记录示意图；图8是本发明实施例提供的采用DX20-40检波器接收的地震记录示意图9本发明实施例提供的采用本发明方法得到的地震记录示意图；图10是本发明实施例提供的采用本发明方法得到的地震记录与DX20-10检波器接收的地震记录频谱对比图；图11是本发明实施例提供的采用本发明方法得到的地震记录与DX20-28检波器接收的地震记录频谱对比图；图12是本发明实施例提供的采用本发明方法得到的地震记录与DX20-40检波器接收的地震记录频谱对比图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。图1显示了本发明提供的地震信号接收及其处理的方法流程，如图1所示步骤S101，在同一地震测量点上设置多个具有不同频率特性的检波器，利用多个检波器同时接收地震信号，得到多个具有不同频率特性的地震记录信号。其中，多个检波器可以是包括具有低、中、高三种自然频率的检波器，也可以是由具有低、中、高三种自然频率的检波芯体构成的检波器。若多个检波器是包括具有低、中、高三种自然频率的检波器，则具有低自然频率的检波器通过接收地震信号得到具有低频特性的地震记录信号，具有中自然频率的检波器通过接收地震信号得到具有中频特性的地震记录信号，具有高自然频率的检波器通过接收地震信号得到具有高频特性的地震记录信号，如图2所示的检波器接收地震信号排列方式示意。或者同时在同一地震测量点将若干个具有低自然频率、中自然频率和高自然频率的检波器分别组合成低频检波器串、中频检波器串和高频检波器串，分别通过接收地震信号得到若干个具有低频特性的地震记录信号、中频特性的地震记录信号和高频特性的地震记录信号，如图3所示的检波器串接收地震信号排列方式示意。若多个检波器是具有低、中、高三种自然频率的检波芯体，则在同一地震测量点设置多个检波器，将多个检波器的所有具有低、中、高自然频率的检波器芯体分别组合成低频检波串、中频检波串、高频检波串，通过接收地震信号得到多个分别具有低频、中频、高频特性的地震记录信号，如图4所示的检波器芯体接收地震信号排列方式示意。步骤S102，通过消除多个具有不同频率特性的地震信号之间的时差和相位差，获得同步的多个具有不同频率特性的地震记录信号。若多个检波器是包括具有低、中、高三种自然频率的检波器，并且是如图2所示的排列方式，则通过消除具有低频特性的地震记录信号、具有中频特性的地震记录信号和具有高频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，得到同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号。若检波器是如图3所示的检波器串接收地震信号排列方式，即同时在同一地震测量点将若干个具有低自然频率、中自然频率和高自然频率的检波器分别组合成低频检波器串、中频检波器串和高频检波器串，则通过消除若干个具有低频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有低频特性的组合地震记录信号，通过消除若干个具有中频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有中频特性的组合地震记录信号，通过消除若干个具有高频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有高频特性的组合地震记录信号，然后，通过消除具有低频特性的组合地震记录信号、具有中频特性的组合地震记录信号和具有高频特性的组合地震记录信号之间的时差和相位差，得到同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号。其中，以检波器串的方式接收地震信号时，还应消除个检波器之间的时差和相位差。若多个检波器是具有低、中、高三种自然频率的检波芯体，即如图4所示的检波器芯体接收地震信号排列方式，则通过消除多个具有低频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有低频特性的组合地震记录信号，通过消除多个具有中频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有中频特性的组合地震记录信号，通过消除多个具有高频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有高频特性的组合地震记录信号，然后，通过消除具有低频特性的组合地震记录信号、具有中频特性的组合地震记录信号和具有高频特性的组合地震记录信号之间的时差和相位差，得到同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号。其中，还应消除各检波器芯体间的时差和相位差。步骤S103，通过同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号分别实行频域加权处理后再进行叠加合成处理，得到具有理想低频响应、中频响应和高频响应的地震记
录信号。图5显示了本发明实施例提供的不同频率特性检波器同时接收方法示意，如图5 所示，采用的是二维测线，炸药震源激发，120道接收，每个地震道相当于一个测量点，在每个测量点上布设了三种频率特性的检波器同时接收地震信息，图中1表示DX20-10检波器， 2表示DX20-28检波器，3表示DX20-40检波器，4表示地震道，5表示炸药震源，其中DX20-10 的自然频率是10Hz，DX20-28的自然频率是28Hz，DX20_40的自然频率是40Hz，本实施例中每种检波器都使用9只串联起来的组合方式。图6显示了本发明实施例提供的DX20-10检波器接收的地震记录，如图6所示，横坐标为记录道号，表示不同位置接收的地震记录，纵坐标为震源激发后的时间，单位为秒。 波形代表了不同接收位置、不同时间的震动图。图7显示了本发明实施例提供的DX20-28 检波器接收的地震记录，图8显示了本发明实施例提供的DX20-40检波器接收的地震记录， 图7和图8中的坐标表示方式与图6相同。图9显示了本发明实施例提供的采用本发明方法得到的地震记录示意，如图9所示，将同一地震测量点上，DX20-10检波器接收的地震记录、DX20-28检波器接收的地震记录和DX20-40检波器接收的地震记录，经消除时差、相位差，在频率域进行加权处理后叠加得到合成记录。比较图6、图7和图8可以发现，DX20-10检波器接收的地震记录、DX20-28检波器接收的地震记录和DX20-40检波器接收的地震记录，在信号特征上有明显的差别，各有优点，DX20-10检波器接收的地震记录主频低，低频能量强，但深层能量强，DX20-28检波器接收的地震记录中频能量强，DX20-40检波器接收的地震记录视主频高，高频能量强，但深层能量弱，图9是本发明方法得到的地震记录，与图6、图7和图8比较可见，图9兼有三者共同优点。图10显示了本发明实施例提供的采用本发明方法得到的地震记录与DX20-10检波器接收的地震记录频谱对比，如图10所示，横坐标为频率，单位为赫兹，纵坐标为地震信号的振幅谱，由图可见，两者在低频端一致，在高频端，采用本发明方法合成信号的频谱值大于DX20-10检波器接收信号，合成信号的频谱特征更好。图11显示了本发明实施例提供的采用本发明方法得到的地震记录与DX20-28检波器接收的地震记录频谱对比，如图11所示，横坐标为频率，单位为赫兹，纵坐标为地震信号的振幅谱，由图可见，采用本发明方法合成信号的频谱值大于DX20-28检波器接收信号， 合成信号的频谱特征更好。图12显示了本发明实施例提供的采用本发明方法得到的地震记录与DX20-40检波器接收的地震记录频谱对比，如图12所示，横坐标为频率，纵坐标为地震信号的振幅谱， 由图可见，两者在高频端一致，在低频端，采用本发明方法合成信号的频谱值大于DX20-140 检波器接收信号，合成信号的频谱特征更好。综上所述，本发明具有以下技术效果本发明针对现有检波器只能做到在某一个频段有理想的频率特性的局限性，使用两种或两种以上分别具有理想的低频响应、中频响应和高频响应检波器，在同一地震测量点上设置多个不同频率特性的检波器同步接收地震信号，对多个具有不同频率特性的地震信号进行校准处理，在频率域加权后叠加，得到同时具有理想的低频响应、理想的中频响应和理想的高频响应的地震信号，可提高识别地下薄层的能力。尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。
权利要求
1.一种地震信号接收及其处理方法，其特征在于，包括以下步骤A、在同一地震测量点上设置多个具有不同频率特性的检波器，利用所述多个检波器同时接收地震信号，得到多个具有不同频率特性的地震记录信号；B、通过消除所述多个具有不同频率特性的地震信号之间的时差和相位差，获得同步的多个具有不同频率特性的地震记录信号；以及C、对所述同步的多个具有不同频率特性的地震信号分别实行频域加权处理后再进行叠加合成处理，得到具有理想低频响应、中频响应和高频响应的地震记录信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个检波器包括具有低、中、高三种自然频率的检波器。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体为在同一地震测量点设置具有低自然频率的低频检波器，并通过接收地震信号得到具有低频特性的地震记录信号；在同一地震测量点设置具有中自然频率的中频检波器，并通过接收地震信号得到具有中频特性的地震记录信号；以及在同一地震测量点设置具有高自然频率的高频检波器，并通过接收地震信号得到具有高频特性的地震记录信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体为通过消除具有低频特性的地震记录信号、具有中频特性的地震记录信号和具有高频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，得到同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体为在同一地震测量点将若干个具有低自然频率的检波器组合成低频检波器串，并通过接收地震信号得到若干个具有低频特性的地震记录信号；在同一地震测量点将若干个具有中自然频率的检波器组合成中频检波器串，并通过接收地震信号得到若干个具有中频特性的地震记录信号；以及在同一地震测量点将若干个具有高自然频率的检波器组合成高频检波器串，并通过接收地震信号得到若干个具有高频特性的地震记录信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体为通过消除若干个具有低频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有低频特性的组合地震记录信号；通过消除若干个具有中频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有中频特性的组合地震记录信号；通过消除若干个具有高频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有高频特性的组合地震记录信号；以及然后，通过消除具有低频特性的组合地震记录信号、具有中频特性的组合地震记录信号和具有高频特性的组合地震记录信号之间的时差和相位差，得到同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个检波器的每个检波器都具有低、 中、高三种自然频率的检波芯体。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤A具体为 在同一地震测量点设置多个所述检波器；将多个检波器的所有具有低自然频率的检波器芯体组合成低频检波串，并通过接收地震信号得到多个具有低频特性的地震记录信号；将多个检波器的所有具有中自然频率的检波器芯体组合成中频检波串，并通过接收地震信号得到多个具有中频特性的地震记录信号；以及将多个检波器的所有具有高自然频率的检波器芯体组合成高频检波串，并通过接收地震信号得到多个具有高频特性的地震记录信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述步骤B具体为通过消除多个具有低频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有低频特性的组合地震记录信号；通过消除多个具有中频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有中频特性的组合地震记录信号；通过消除多个具有高频特性的地震记录信号之间的时差和相位差，然后进行组合叠加，得到具有高频特性的组合地震记录信号；以及然后，通过消除具有低频特性的组合地震记录信号、具有中频特性的组合地震记录信号和具有高频特性的组合地震记录信号之间的时差和相位差，得到同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号。
10.根据权利要求4或6或9所述的方法，其特征在于，所述步骤C具体为通过所述同步的具有低频、中频和高频特性的地震记录信号分别实行频域加权处理后再进行叠加合成处理，得到具有理想低频响应、中频响应和高频响应的地震记录信号。
全文摘要
本发明公开了一种地震信号接收及其处理方法，该方法包括在同一地震测量点上设置多个具有不同频率特性的检波器，利用多个检波器同时接收地震信号，得到多个具有不同频率特性的地震记录信号；通过消除地震信号之间的时差和相位差，获得同步地震记录信号；对同步地震信号分别实行频域加权处理后再进行叠加合成处理，得到具有理想低频响应、中频响应和高频响应的地震记录信号。本发明采用不同频率特性的检波器同时接收同一测量点的地震信号，再通过频率域加权后叠加，合成的地震信号动态范围大、频带宽、灵敏度高，同时具有理想的低频响应、中频响应和高频响应，可提高识别地下薄层的能力。
文档编号G01V1/28GK102200587SQ201010530480
公开日2011年9月28日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者于承业, 于浩忙, 周雅卿 申请人:北京三迭系石油勘探技术开发有限责任公司