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申请/专利权人：中石化石油工程技术服务有限公司;中石化石油工程地球物理有限公司胜利分公司

摘要：本发明提供一种陆上地震加速度信号应用新方法，该陆上地震加速度信号应用新方法包括：步骤1，获取加速度正演模拟地震记录，估算加速度信号采集覆盖次数，采集地震加速度信号；步骤2，压制与消除高频噪声；步骤3，进行加速度地震信号成像，将经过高频噪声压制处理后的数据应用地震资料处理技术来完成加速度地震资料成像处理。该陆上地震加速度信号应用新方法有效提高了地震勘探的成像精度，主要表现在地震信号的保真度高、分辨率高、频带宽、对介质物性变化响应灵敏度高，是陆上提高地震勘探精度的有效方法。

主权项：1.陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，该陆上地震加速度信号应用新方法包括：步骤1，获取加速度正演模拟地震记录，估算加速度信号采集覆盖次数，采集地震加速度信号；步骤2，压制与消除高频噪声；步骤3，进行加速度地震信号成像，将经过高频噪声压制处理后的数据应用地震资料处理技术来完成加速度地震资料成像处理；步骤2包括：步骤a，在频率域对高频噪声进行压制；步骤b，将频域加速度信号转换为时域信号；步骤c，进行噪声去除处理；在步骤a中，对长度为M的离散信号xn按式4进行N点离散傅里叶变换： 式中，然后，将Xk振幅除以加速度信号噪声降为速度信号水平，提高资料信噪比；在步骤b中，将步骤a压制高频噪声后得到的频域信号按式5进行离散傅里叶反变换： 此时，得到压制高频噪声后的加速度信号。

全文数据：陆上地震加速度信号应用新方法技术领域[0001]本发明涉及勘探地球物理信号应用技术领域，特别是涉及到一种陆上地震加速度信号应用新方法。背景技术[0002]油气勘探中地质勘探目标越来越复杂，对地震勘探精度的要求也越来越高，东部渤海湾油田对3-5km深度地层分辨要求由10-15m减小到5-10m，勘探精度要求提高并不意味着勘探技术已经得到了相应提高，事实上，目前陆上地震勘探所用的检波器主要是常规动圈检波器，接收的地震波是速度型信号，这种地震信号频率最高只能到100-120HZ，相对较窄的频带限制了分辨地质目标的能力，要分辨更薄的地层存在较大困难。为了寻找提高地震分辨率的方法1993年李庆忠院士在专著中提出了高分辨率地震勘探系统工程的概念，论述了开展高分辨率地震勘探的相关技术，俞寿朋对地震波的激发、接收及资料处理等方面提出了改进方案，高分辨率地震勘探接收技术主要提高了检波器的性能和检波器的耦合能力，促使了检波器类型的增多和耦合工艺的提高。1993年荷兰SENSOR公司首先推出了SM-4SH允差更小的超级检波器，接着美国WESTERNGE0PHASICAL和MARK公司、日本OYO公司、国内西安石油仪器厂也相继推出了超级检波器，但这些改进与提高都没有摆脱对速度信号的依赖。可喜的是1999年以来MEMS、陆用压电、光纤等新型加速度检波器的研发推动了地震波接收技术的发展（MaxwellP.M.etal.，1999;Mougenot，D.，2004;Lv，G.H.，2005;Wang，J.Y.etal.,2016，2007年Hons,M等人进行了MEMS检波器与常规动圈检波器对比试验Hons,Metal·，2007，2011-2016年Stotter，C等人经过试验取得了良好效果（Stotter，C.Etal.，2011;Bai，X;Liu，Z.D.Etal.，2012.M.Et1.，2014,〇188，了，2016，信号频带得到拓宽，信号保真度、相位一致性提高，并得出加速度检波器接收地震波频带宽、分辨率高的结论。然而由于对加速度信号认识的不足加速度检波器的应用效果并没有得到广泛认可，2013年Wei，JD等人对MEMS、陆用压电加速度检波器提出了质疑，认为MEMS、陆用压电、光纤检波器是加速度型检波器，常规动圈检波器是速度型检波器，两种检波器要转到同一域进行比较，Hons,M.S等也有类似的观点Hons,M.S.etal.,2008;，并得出MEMS与常规动圈检波器接收效果相似，加速度检波器不能拓宽频带的结论。[0003]分辨率和成像精度是陆上地震勘探发展要解决的关键问题，特别是垂向分辨率一直无法达到复杂地质目标对地震勘探精度的要求，这与采用的地震速度信号有较大关系，因为速度信号具有带通滤波效应，对低频和高频都有压制作用，且受子波拉伸畸变、频带窄、分辨率低的制约，难以对复杂介质进行5m以下高精度分辨，使地震勘探精度无法再上新台阶。速度信号波形畸变大、保真度低，难以完成高保真地震勘探的任务，且速度信号对介质物性变化反应灵敏度低，这都不利于对复杂介质的高精度成像。[0004]由于以上原因，地震速度信号难以满足高精度地震勘探的需要，需要寻求更好的高精度地震勘探方法。为此我们从弹性波理论、岩石物理学、正演模拟、实验室测试、野外试验等方面开展了大量的研究工作，查阅了大量工程地震、矿山监测、大洋探测等领域对探测信号的应用文献，经过试验、分析和研究总结形成了一套地震加速度信号应用新方法，通过多个项目的应用获得了良好的效果。发明内容[0005]本发明的目的是提供一种通过加速度信号的应用进一步提高地震勘探成像精度，为复杂介质提供更精确的勘探地球物理技术的陆上地震加速度信号应用新方法。[0006]本发明的目的可通过如下技术措施来实现：陆上地震加速度信号应用新方法，该陆上地震加速度信号应用新方法包括:步骤1，获取加速度正演模拟地震记录，估算加速度信号采集覆盖次数，采集地震加速度信号;步骤2，压制与消除高频噪声;步骤3，进行加速度地震信号成像，将经过高频噪声压制处理后的数据应用地震资料处理技术来完成加速度地震资料成像处理。[0007]本发明的目的还可通过如下技术措施来实现：[0008]在步骤1中，在获取加速度正演模拟地震记录时，首先，根据地质模型将地层密度P、速度V参数代入波动方程进行正演模拟得到目的层纵波速度信号反射炮集记录，模拟采用完全弹性介质模型，纵波波动方程为：[0009]Π[0010]式中：口为位移场标量位，Vp为纵波速度；[0011]其次，将速度地震模拟记录转化为加速度地震记录，速度信号V与加速度信号a之间存在关系式：[0012]a=v’（2。[0013]在步骤1中，在估算加速度信号采集覆盖次数时，根据加速度正演模拟结果确定覆盖次数，提取速度信号地震记录环境噪声，将噪声振幅Av按3式转化为加速度信号噪声振幅Aa:[0014]Aa=23ifAv3[0015]式中，f为噪声频率。[0016]在步骤1中，在估算加速度信号采集覆盖次数时，将转化得到的噪声数据加入到模拟加速度记录中，对带有噪声的速度和加速度模拟资料分别做不同覆盖次数叠加处理，将加速度信号叠加剖面信噪比与速度信号剖面信噪比相当的覆盖次数确定为采集加速度信号的覆盖次数。[0017]在步骤1中，在估算加速度信号采集覆盖次数时，根据高信噪比速度信号地震资料覆盖次数估算采集加速度信号的覆盖次数，选择信噪比较高的地震剖面反射层位，计算其有效覆盖次数，将速度信号覆盖次数的2-3倍确定为采集加速度信号的覆盖次数。[0018]在步骤1中，在采集地震加速度信号时，用加速度检波器直接加速度信号，将加速度检波器的谐振频率点做到800Hz以上，将地震波频带内的有效信号无畸变地记录下来。[0019]在步骤1中，在采集地震加速度信号时，先用速度检波器采集速度信号，然后根据速度信号V与加速度信号a之间存在的关系式，在室内将速度信号转换为加速度信号。[0020]步骤2包括：[0021]步骤a，在频率域对高频噪声进行压制；[0022]步骤b，将频域加速度信号转换为时域信号；[0023]步骤c，进行噪声去除处理。[0024]在步骤a中，对长度为M的离散信号Xη按式⑷进行N点离散傅里叶变换：[0025]4[0026]式中[0027]然后，将Xk振幅除以，加速度信号噪声降为速度信号水平，提高资料信噪比。[0028]在步骤b中，将步骤a压制高频噪声后得到的频域信号按式5进行离散傅里叶反变换：[0029]:.5[0030]此时，得到压制高频噪声后的加速度信号。[0031]在步骤c中，用拉东变换、傅立叶变换、小波变换去除面波、线性干扰这些规则干扰，用曲波、压缩感知、字典学习方法去除环境干扰，进一步提高加速度信号信噪比。[0032]本发明中的陆上地震加速度信号应用新方法，根据加速度信号产生机理及其与传播介质之间的关系，通过理论分析、正演模拟、实验室测试及野外试验总结形成了一套陆上地震加速度信号应用方法，应用加速度信号的低通效应、高保真度、宽频带、高分辨率、对介质物性反应灵敏等独特的信号属性提高地震勘探精度。附图说明[0033]图1为本发明的步骤101中速度、加速度信号正演模拟地震记录图；[0034]图2为本发明的步骤101中速度、加速度信号正演模拟地震剖面图；[0035]图3为本发明的一具体实施例中速度、加速度信号保真度测试对比图；[0036]图4为本发明的一具体实施例中信号拉伸畸变率与频率关系曲线图；[0037]图5为本发明的一具体实施例中速度、加速度信号实验室脉冲测试信号频谱图；[0038]图6为本发明的一具体实施例中速度、加速度信号与介质弹性参数关系曲线图；[0039]图7为本发明的一具体实施例中东风港三维单炮对比图；[0040]图8为本发明的一具体实施例中东风港三维单炮频谱对比图；[0041]图9为本发明的一具体实施例中东风港三维剖面对比图；[0042]图10为本发明的一具体实施例中罗家三维单炮对比图；[0043]图11为本发明的一具体实施例中罗家三维单炮频谱对比图；[0044]图12为本发明的一具体实施例中罗家三维剖面对比图；[0045]图13为本发明的一具体实施例中罗家三维时间切片效果对比图；[0046]图14为本发明的陆上地震加速度信号应用新方法的一具体实施例的流程图。具体实施方式[0047]为使本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图所示，作详细说明如下。[0048]如图14所示，图14为本发明的陆上地震加速度信号应用新方法的流程图。[0049]步骤101、地震加速度信号采集[0050]1获取加速度正演模拟地震记录[0051]首先，根据地质模型将地层密度P、速度V参数代入波动方程进行正演模拟得到目的层纵波速度信号反射炮集记录见图1。模拟采用完全弹性介质模型，纵波波动方程为：[0052]⑴[0053]式中：P为位移场标量位，Vp为纵波速度。[0054]其次，将速度地震模拟记录转化为加速度地震记录，速度信号V与加速度信号a之间存在关系式：[0055]a=v，2[0050]2加速度彳目号米集覆盖次数估算[0057]加速度信号具有增强高频的作用，频率越高增强倍数越大，对地震波而言，高频部分多为环境噪声，这使得加速度信号频噪声较强，信噪比降低，在采集加速度信号时必须采用更高的覆盖次数才能保证信号有足够高的信噪比。[0058]覆盖次数通过两种方法综合确定：[0059]i.根据高信噪比速度信号地震资料覆盖次数估算采集加速度信号的覆盖次数，选择信噪比较高的地震剖面反射层位，计算其有效覆盖次数，将速度信号覆盖次数的2-3倍确定为采集加速度信号的覆盖次数；[0060]ii.根据加速度正演模拟结果确定覆盖次数，提取速度信号地震记录环境噪声，将噪声振幅Av按⑶式转化为加速度信号噪声振幅Aa:[0061]Aa=23ifAv3[0062]式中，f为噪声频率。[0063]然后将转化得到的噪声数据加入到模拟加速度记录中，对带有噪声的速度和加速度模拟资料分别做不同覆盖次数叠加处理见图2，将加速度信号叠加剖面信噪比与速度信号剖面信噪比相当的覆盖次数确定为采集加速度信号的覆盖次数。[0064]最后，综合考虑①和②两步分析最终确定加速度彳目号米集覆盖次数。[0005]3加速度信号采集[0066]可用两种方法采集：[0067]i.用加速度检波器直接加速度信号，这种采集方法最好，因为加速度检波器具有低通滤波效应，将检波器的谐振频率点做到800Hz以上，就可将地震波频带内的有效信号无畸变地记录下来;而速度检波器因为具有带通滤波作用，所以地震波低频和高频都受到一定程度压制，从而使地震波波形发生畸变。[0068]ii.先用速度检波器采集速度信号，然后根据2式在室内将速度信号转换为加速度信号，但这种方式采集到的加速度信号存在两种损失:第一，速度检波器的带通滤波作用使地震波频带变窄，波形发生一定程度畸变;第二，信号转化过程中数值计算会引入一部分噪声。这种采集方式适合于采集精度要求相对较低的情况。[0069]步骤102、高频噪声压制与消除[0070]加速度信号与速度信号相比高频噪声得到增强，可分三步对噪声进行消除处理：[0071]第一步，在频率域对高频噪声进行压制[0072]首先，对长度为M的离散信号Xη按式⑷进行N点离散傅里叶变换：[0073]4[0074]式中，[0075]然后，将Xk振幅除以加速度信号噪声降为速度信号水平，提高资料信噪比。[0076]第二步，频域加速度信号转换为时域信号[0077]将第一步压制高频噪声后得到的频域信号按式⑶进行离散傅里叶反变换：[0078]5[0079]此时，得到压制高频噪声后的加速度信号。[0080]第三步，噪声去除处理[0081]用拉东Radon变换、傅里叶Fourier变换、小波变换去除面波、线性干扰等规则干扰，用曲波、压缩感知、字典学习等方法去除环境干扰，进一步提高加速度信号信噪比。[0082]步骤103、加速度地震信号成像[0083]经过高频噪声压制处理后的数据即可应用常规地震资料处理技术来完成加速度地震资料成像处理。[0084]在应用本发明的具体实施例中，通过在东风港和罗家两个三维开发地震项目中应用地震加速度信号，地震资料品质得到明显提高，获得了良好的地质勘探效果，优质完成了油气资源勘探任务。[0085]1、东风港开发三维地震的应用[0086]在东风港地震采集项目中做了加速度信号保真度、频带宽度、介质物性响应灵敏度实验室测试与分析。图3是脉冲信号测试，看到DSU3和BK-Z两种加速度检波器信号波形与测试波形非常相似，信号尾部旁瓣小，拉伸畸变小畸变率低于10%;PS-5R、20DX速度检波器波形则发生了明显畸变，信号脉宽由5ms拉伸到14ms拉伸率180%，对比不同频率脉冲测试波形，畸变率与频率近于线性增大关系（图2，且在略高于检波器自然频率20DX检波器IOHz处存在一个拐点，低于自然频率的信号拉伸率更大，信号畸变更严重。速度检波器信号尾部旁瓣幅值高，保真度和分辨率较低。[0087]图4可以看到脉冲测试信号的脉宽由5ms逐渐增大到20ms，即频率由高到低测试，分析频率变化与拉伸畸变的关系，看到检波器拉伸率与检波器自然频率成反比，频率越高拉伸率越低，低频检波器信号畸变最大。[0088]观察图5脉冲测试记录频谱，DSU3和BK-Z加速度检波器58Hz以上高频信号强，且频带宽;PS-5Hz、20DX速度型检波器低频好，但频带窄;PS-28HZ检波器低频受到压制与加速度检波器相似，高频与速度检波器相似。[0089]图6是速度、加速度信号对介质物性响应图，看出加速度响应密度变化的灵敏度明显高于速度的响应，密度越小加速度值变化越大;而速度响应密度的变化比较平缓。保持密度值不变，分析纵波速度、加速度随拉梅常数的变化规律，看出纵波加速度对拉梅常数的变化响应比速度大的多，变化近似呈线性关系，速度响应的变化量相对较小。对于剪切模量而言，加速度对剪切模量较小的疏松岩层响应变化较大，对剪切模量大于IGPa的火成岩、灰岩等致密岩石响应变化变缓，这说明对剪切模量较大的岩层纵波加速度响应涨缩变化的能力比响应剪切变化强。分析横波速度、加速度随密度的变化，当密度值较小时加速度变化较明显，随着密度的增大变化趋于平缓;速度对密度变化的反应则小得多。对剪切模量的响应，加速度的响应幅度呈线性变化，相比速度变化有明显的优势。[0090]东风港开发地震主要任务是提高地震资料分辨率，老的地震资料上在车西洼陷南斜坡的浊积岩信噪比、分辨率低，波组连续性差，难于准确追踪描述砂体，小断块的断点不清、低序级断层、低幅构造刻画难度大，构造落实程度差，使地质人员确定钻井增加了风险。本次采集选择了LHKJ-IA陆用压电加速度型单个检波器接收，如图7-9所示获得的地震资料提高了反射波的保真度，拓宽了单炮频带25Hz，偏移剖面目的层断点、小断块得到精确成像，同相轴连续性改善，地层分辨能力显著提高，圆满完成了预期目标。[0091]2、罗家三维开发地震的应用[0092]如图10-13所示，罗家三维开发地震老资料Es3、Es4、Mz地层在信噪比和成像方面都比较差，难以满足精细构造研究及储层预测的要求，本次采集要提高地震资料分辨率和信噪比，选择LHKJ-IA陆用压电加速度型单个检波器接收，通过加速度信号的应用单炮频带拓宽40-50HZ，地震剖面成像精度得到显著提高，在水平时间切片上，加速度陆用压电检波器资料不但河道、断层清晰可见，而且小尺度纵横交错的断裂也能有效分辨，相比老资料有了质的提升。[0093]从时间切片看，加速度信号资料信噪比、分辨率显著提高，地质构造清晰，浅层小断裂、河道变化趋势明显。[0094]本发明中的陆上地震加速度信号应用新方法是在加速度信号产生机理基础上分析了信号与地下传播介质之间的关系和变化规律，根据加速度信号保真度高、频带宽、子波分辨率高，但高频噪声强的特点设计了加速度信号应用方法，这种方法提高了地震信号的保真度，拓宽了地震波频带，压缩了地震子波，提高了地震资料的分辨率和成像精度，在多个工区的应用中取得了良好的效果，说明了加速度信号对提高复杂构造区勘探精度非常有效，在勘探难度越来越大，复杂程度越来越高的油气勘探领域具有广阔的应用前景。

权利要求：1.陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，该陆上地震加速度信号应用新方法包括：步骤1，获取加速度正演模拟地震记录，估算加速度信号采集覆盖次数，采集地震加速度信号；步骤2，压制与消除高频噪声；步骤3,进行加速度地震信号成像，将经过高频噪声压制处理后的数据应用地震资料处理技术来完成加速度地震资料成像处理。2.根据权利要求1所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，在步骤1中，在获取加速度正演模拟地震记录时，首先，根据地质模型将地层密度P、速度V参数代入波动方程进行正演模拟得到目的层纵波速度信号反射炮集记录，模拟采用完全弹性介质模型，纵波波动方程为：式中：P为位移场标量位，Vp为纵波速度；其次，将速度地震模拟记录转化为加速度地震记录，速度信号V与加速度信号a之间存在关系式：a=v'2〇3.根据权利要求1所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，在步骤1中，在估算加速度信号采集覆盖次数时，根据加速度正演模拟结果确定覆盖次数，提取速度信号地震记录环境噪声，将噪声振幅Av按⑶式转化为加速度信号噪声振幅Aa:式中，f为噪声频率。4.根据权利要求3所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，在步骤1中，在估算加速度信号采集覆盖次数时，将转化得到的噪声数据加入到模拟加速度记录中，对带有噪声的速度和加速度模拟资料分别做不同覆盖次数叠加处理，将加速度信号叠加剖面信噪比与速度信号剖面信噪比相当的覆盖次数确定为采集加速度信号的覆盖次数。5.根据权利要求1所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，在步骤1中，在估算加速度信号采集覆盖次数时，根据高信噪比速度信号地震资料覆盖次数估算采集加速度信号的覆盖次数，选择信噪比较高的地震剖面反射层位，计算其有效覆盖次数，将速度信号覆盖次数的2-3倍确定为采集加速度信号的覆盖次数。6.根据权利要求1所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，在步骤1中，在采集地震加速度信号时，用加速度检波器直接加速度信号，将加速度检波器的谐振频率点做到800Hz以上，将地震波频带内的有效信号无畸变地记录下来。7.根据权利要求1所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，在步骤1中，在采集地震加速度信号时，先用速度检波器采集速度信号，然后根据速度信号V与加速度信号a之间存在的关系式，在室内将速度信号转换为加速度信号。8.根据权利要求1所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，步骤2包括：步骤a，在频率域对高频噪声进行压制；步骤b，将频域加速度信号转换为时域信号；步骤C，进行噪声去除处理。9.根据权利要求8所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，在步骤a中，对长度为M的离散信号Xη按式4进行N点离散傅里叶变换：然后，将X⑹振幅除以，加速度信号噪声降为速度信号水平，提高资料信噪比。10.根据权利要求9所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，在步骤b中，将步骤a压制高频噪声后得到的频域信号按式5进行离散傅里叶反变换：此时，得到压制高频噪声后的加速度信号。11.根据权利要求9所述的陆上地震加速度信号应用新方法，其特征在于，在步骤c中，用拉东变换、傅立叶变换、小波变换去除面波、线性干扰这些规则干扰，用曲波、压缩感知、字典学习方法去除环境干扰，进一步提高加速度信号信噪比。

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