0_可控震源地震勘探发展历程和基本原理.pptx

东方公司采集技术支持部东方公司采集技术支持部二二一七年六月一七年六月可控震源地震勘探发展历程和基本原理可控震源地震勘探发展历程和基本原理主讲人：王井富主讲人：王井富2 2可控震源勘探技术可控震源勘探技术一、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提提 纲纲3 3可控震源勘探技术可控震源勘探技术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 4可控震源勘探技术可控震源勘探技术4炸炸药药震源信号、可控震源信号和气震源信号、可控震源信号和气枪枪特点比特点比较较 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 5可控震源勘探技术可控震源勘探技术51921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6 6可控震源勘探技术可控震源勘探技术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Seismograph 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 7可控震源勘探技术可控震源勘探技术71993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8 8可控震源勘探技术可控震源勘探技术一、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9 9可控震源勘探技术可控震源勘探技术一、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1010可控震源勘探技术可控震源勘探技术日均炮数日均炮数日均炮数日均炮数滑动扫描、滑动扫描、DSSSDSSS、ISSISS交替扫描交替扫描常规技术常规技术不同可控震源高效采集的日均生产效率不同可控震源高效采集的日均生产效率不同可控震源高效采集的日均生产效率不同可控震源高效采集的日均生产效率一、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1111可控震源勘探技术可控震源勘探技术一、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提提 纲纲1212可控震源勘探技术可控震源勘探技术二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基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1313可控震源勘探技术可控震源勘探技术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1414可控震源勘探技术可控震源勘探技术 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理二、可控震源工作基本原理1 1 硬件设备硬件设备1515可控震源勘探技术可控震源勘探技术可控震源野外地震采集系统示意图可控震源野外地震采集系统示意图可控震源野外地震采集系统示意图可控震源野外地震采集系统示意图二、可控震源工作基本原理二、可控震源工作基本原理2 2 野外施工野外施工1616可控震源勘探技术可控震源勘探技术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 记录生成记录生成1717可控震源勘探技术可控震源勘探技术线性降频扫描信号 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1818可控震源勘探技术可控震源勘探技术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1919可控震源勘探技术可控震源勘探技术左边左边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 记录生成记录生成2020可控震源勘探技术可控震源勘探技术井炮激发：井炮激发：井炮激发：井炮激发：11111111口口口口8888米米米米3333公斤公斤公斤公斤震源激发：震源激发：震源激发：震源激发：4 4 4 4台台台台2222次、次、次、次、8 8 8 872Hz72Hz72Hz72Hz、12121212秒扫描、秒扫描、秒扫描、秒扫描、70707070出力出力出力出力二、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2121可控震源勘探技术可控震源勘探技术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2222可控震源勘探技术可控震源勘探技术M;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理3 3 记录生成记录生成2323可控震源勘探技术可控震源勘探技术二、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)2424可控震源勘探技术可控震源勘探技术一、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提提 纲纲2525可控震源勘探技术可控震源勘探技术三、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2 2 滑滑动扫描技描技术3 3 多多组同步及滑同步及滑动技技术（DS3DS3）4 4 单台随机激技台随机激技术（ISSISS）1 1 交替交替扫描采集技描采集技术0 0 可控震源常可控震源常规采集技采集技术高效采集技高效采集技术发发展展5 5、66低低频率率扫描技描技术(MD)(MD)单台点源激台点源激发（V1V1）高保真技高保真技术（HFVSHFVS）提高分辨率技提高分辨率技术发展展可控震源采集方法可控震源采集方法发展展现状状2626可控震源勘探技术可控震源勘探技术1.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；2.“混源激发”设想被认为是未来自动化采集模式；3.噪音压制技术是高效采集技术得以成功实施的保证；4.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；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；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；7.“可控震源扩展低频扫描技术”近期受到追捧；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。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2727可控震源勘探技术可控震源勘探技术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1.1.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2828可控震源勘探技术可控震源勘探技术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2929可控震源勘探技术可控震源勘探技术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3030可控震源勘探技术可控震源勘探技术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,围绕提高数据质量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及展望3131可控震源勘探技术可控震源勘探技术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3232可控震源勘探技术可控震源勘探技术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3333可控震源勘探技术可控震源勘探技术 数数字字化化地地震震队队管管理理系系统统DSS，实实现现了了采采集集方方法法、PMP理理念念、实实时时QC、禁禁区区实实时时预预警警、仪仪器器/震震源源相相关关数数据据、GPS实实时时定定位位、无无线线电电台台数数据据链链等等信信息息处处理理的的一一体化远程控制、管理和指挥。体化远程控制、管理和指挥。不用信息化管理日效：不用信息化管理日效：只有只有800800炮炮应用数字化管理日效：应用数字化管理日效：到达到达18001800炮炮33336.6.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3434可控震源勘探技术可控震源勘探技术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，减少震源某些部但扩展低频扫描参数设置不当会对震源造成一定损害，减少震源某些部件的使用寿命件的使用寿命；（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。3535可控震源勘探技术可控震源勘探技术（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3636可控震源勘探技术可控震源勘探技术(a)磁加速度表（震源110HZ）记录的信号,编号与(b)编号对应(b)磁加速度表在平板上的位置图(a)表明加速度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3737可控震源勘探技术可控震源勘探技术(a)加加权方法估方法估计的力信号振幅的力信号振幅谱;(b)、(c)和和(d)都是加都是加权力信号力信号(蓝)与与测压系系统测得力信号得力信号(红)振幅振幅谱对比比(a)、(b)和和(c)扫描参数描参数6-120Hz，24S，0.5S斜坡，斜坡，线性升性升频扫描描(d)扫描参数描参数6-96Hz，24S，0.5S斜坡，斜坡，线性升性升频扫描描振幅谱振幅谱(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，而且有充足的能量而且有充足的能量被传到了地下；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频率之频率之上，两条曲线发生上，两条曲线发生了分歧。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3838可控震源勘探技术可控震源勘探技术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Main 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3939可控震源勘探技术可控震源勘探技术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可控震源勘探技术可控震源勘探技术4040谢谢！谢谢！