一种利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法及装置

摘要

本发明提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法及装置，利用分数阶傅里叶变换来对可控震源激发的线性调频地震信号进行快速的震相识别，继承了传统傅里叶变换的线性性质，能够很好地抑制时频分析时交叉项的干扰，可以改善可控震源激发的线性调频地震信号的时频分布特征，以脉冲函数为分析对象，提高震相的信噪比，识别震相的到时，为地质解释提供更可靠的数据基础。

说明书

技术领域

本发明涉及地震勘探领域，具体涉及一种利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法及装置。

背景技术

在地震勘探中，观测技术起着至关重要的作用。精密可控震源能产生频率可控的弹性波，由于频率精度很高，检波器可以在很窄的带宽内接收信号；通过波形相位的精密控制，用信号叠加技术进一步提高信噪比，实现较小功率进行远距离地震数据采集。精密可控震源装置能够连续稳定的长时运转，相较于爆破、锤击等人工震源，有很大的应用前景。

可控震源激发的地震信号是一种线性调频(Linear Frequency Modulation，LFM)信号，其信号频率不是一个定值，而是随着时间的改变而改变，我们很难从它的时间域找到某种地震波的震相；而利用传统的傅里叶变换(Fourier Transform，FT)方法，无法从其频域上获得LFM信号参数的信息。

因此，找到一种快速的震相识别方法，对可控震源激发的地震信号进行时频分析，才能解决上述问题，提高地震勘探的解释准确度，在以往对时频分析方法的研究中，陈雨红等(2006)对比分析了希尔伯特变换、希尔伯特-黄变换、正弦曲线拟合、雷克子波匹配、短时傅立叶变换、小波变换等多种方法，并从时间分辨率、频率分辨率、对多频率成份信号适应能力等各方面阐述了各种方法的优缺点。例如某些非线性变换会带来严重的交叉项干扰，严重地干扰着人们对信号时频特性的解释；为了抑制交叉项，不得不以牺牲时频分辨率为代价，且计算量巨大。另外，上述方法研究主要适用于非线性、非平稳的信号，而不是可控震源产生的线性调频信号。在对可控震源激发的信号研究中，杨微等(2013)进行了互相关、短时相关、相干和反褶积等四种方法处理分析，并分别从重复性、走时剖面、频谱特征以及信噪比等方面对处理结果进行对比分析研究，初步研究了数学物理方法对可控震源激发的地震信号的识别能力，但是各种方法都有一定的局限性，不能很好的满足勘测需要。

发明内容

有鉴于此，提供了一种利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法及装置，利用数学物理方法的时频转换，能够提高震相的分辨能力，并更准确地计算震相的到时差，进而为地质解释提供更可靠的数据基础，提高震相的识别能力。

第一方面，本发明提供一种利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法，所述方法包括：

利用地震仪采集可控震源在研究区激发的地震原始数据，得到可控震源激发的地震信号S(i,j)，i表示地震仪的编号，j表示可控震源激发的次数；

以与所述可控震源相邻的地震仪采集的地震信号作为震源信号S(0,j)，选择激发的任一次震源信号进行短时傅里叶变换分析震源信号的时频特征，获得震源信号的有效时间范围和频率范围；

对震源信号S(0,j)按照有效时间范围进行截取，利用离散余弦变换对截取后的震源信号进行频谱分析并提取有效频段内的波场信号获得滤波后的震源信号Stf(0,j)；

对滤波后的震源信号Stf(0,j)进行分数阶傅里叶变换计算震源信号的最优旋转角α_opt；

对所述可控震源激发的地震信号按照有效时间范围进行截取，并按照有效频率范围进行滤波，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得不同地震仪记录的震相；

利用所述震相确定到时差和视速度。

作为一种可能的实现方式，所述利用地震仪采集可控震源在研究区激发的地震原始数据，得到可控震源激发的地震信号S(i,j)，i表示地震仪的编号，j表示可控震源激发的次数，包括：

在可控震源布置点的预设范围设置一台地震仪，再根据需要在研究区内相隔一定距离布设地震仪，按照地震仪与可控震源的距离由近到远，对地震仪进行编号为0，1，2，3，……依次增大的自然数；按照可控震源激发的次数，记作1，2，3，……依次增大的自然数；地震仪记录的可控震源激发的地震信号记作S(i,j)，i表示地震仪的编号，i＝0表示在可控震源旁边，j表示可控震源激发的次数。

作为一种可能的实现方式，所述以与所述可控震源相邻的地震仪采集的地震信号作为震源信号S(0,j)，选择激发的任一次震源信号进行短时傅里叶变换，分析所述震源信号的时频特征，获得所述震源信号的有效时间范围和频率范围，包括：

以S(0,j)作为震源信号，选取S(0,j)中任一次的震源信号，如第三次S(0,3)进行短时傅里叶变换。

使用第一公式进行短时傅里叶变换，将S(0,3)由时间-空间域转换为时间-频率域，所述第一公式为：

式中，STFT(t,f)表示短时傅里叶变换后的时间-频率域结果，积分项内的S(τ)表示震源信号的时间序列，信号时间从0到T，g(τ-t)为窗函数，t为时窗，不断改变t，得到第三次激发的震源信号S(0,3)在不同t对应的频率f；

从时间-频率域图像中选择能量最强的频率范围，起始坐标记作(t₁,f₁)，截止坐标记作(t₂,f₂)，t₁～t₂即为有效时间范围，f₁～f₂即为有效频率范围，且对所有地震信号S(i,j)适用。

作为一种可能的实现方式，所述对所述震源信号按照有效时间范围进行截取，利用离散余弦变换对截取后的震源信号进行频谱分析并提取有效频段内的波场信号获得滤波后的震源信号Stf(0,j)，包括：

选取S(0,j)中任一次的震源信号，截取t₁～t₂时间段的信号，记作St(m)，m表示截取后的信号的采样点数，m＝1,…,M，利用离散余弦变换对截取后的震源信号进行频谱分析，并提取有效频段f₁～f₂内的波场信号，获得滤波后的震源信号，记作Stf(0,j)；

对St(m)采用第二公式进行离散余弦变换，所述第二公式为：

式中，DCT(k)表示离散余弦变换的结果，k为与m取值相同的采样点数，

记f_s为地震仪的数据采样率，DCT(k)的横坐标为

将DCT(k)中f₁～f₂范围之外的数据替换为0，得到频率域滤波后的结果，记作DCTf(k)；

对DCTf(k)进行离散余弦逆变换，得到滤波后的震源信号Stf(0,j)。

作为一种可能的实现方式，所述对滤波后的震源信号进行分数阶傅里叶变换计算震源信号的最优旋转角α_opt，包括：

选择滤波后的震源信号Stf(0,j)中任一次的震源信号，采用第三公式进行分数阶傅里叶变换，所述第三公式为：

式中，n为整数，FrFT是关于u和转换角度α的函数，α的取值范围是(-π，π)；

计算震源信号的最优旋转角的步骤具体包括如下：

采用第四公式计算理论的最优旋转角α_theory，所述第四公式为：

式中f_s为地震仪的数据采样率，f₁～f₂为震源信号的有效频率范围；

以α_theory为中心，在±r的范围内设置步长为d，r为一个百分数，对滤波后的震源信号Stf(0,j)进行分数阶傅里叶变换的迭代计算；

选择使脉冲峰值最高、会聚性最好的旋转角即为最优旋转角α_opt，所述α_opt对所有地震信号即S(i,j)适用。

作为一种可能的实现方式，对所述可控震源激发的地震信号按照有效时间范围进行截取，并按照有效频率范围进行滤波，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得不同地震仪记录的震相，包括：

对所有可控震源激发的地震信号S(i,j)，截取t₁～t₂时间范围的信号；

利用离散余弦变换及其逆变换，提取f₁～f₂频率范围的信号，记作Stf(i,j)；

根据最优旋转角α_opt，对Stf(i,j)进行分数阶傅里叶变换，得到每个地震仪采集的可控震源每次激发的地震信号的脉冲函数FrFT(i,j)；

对同一个地震仪的FrFT(i,j)进行叠加，得到每个地震仪采集的可控震源激发的地震信号的震相，记作FrFT(i)。

作为一种可能的实现方式，所述利用所述震相确定到时差和视速度，包括：

利用所有地震仪的震相FrFT(i)，记它们的脉冲峰值所在的采样点号为u(i)，以与所述的可控震源相邻的地震仪的震相脉冲峰值所在的采样点号u(0)为零时刻；

采用第五公式计算震相的到时差，所述第五公式为：

式中Δt(i)为第i号地震仪采集的震相的到时差；

采用第六公式计算震相的视速度，所述第六公式为：

式中，v(i)为第i号地震仪采集的震相的视速度，d(i)是第i号地震仪与可控震源的距离，第0号地震仪为与可控震源相邻的地震仪，认为第0号地震仪与可控震源的距离为0。

第二方面，本发明提供一种利用可控震源激发地震信号快速识别震相的装置，所述装置包括：

采集单元，用于利用地震仪采集可控震源在研究区激发的地震原始数据，得到可控震源激发的地震信号S(i,j)，i表示地震仪的编号，j表示可控震源激发的次数；

短时傅里叶变换单元，用于以与所述可控震源对应的地震仪采集的地震信号作为震源信号S(0,j)，选择激发的任一次震源信号进行短时傅里叶变换分析震源信号的时频特征，获得震源信号的有效时间范围和频率范围；

截取单元，用于对震源信号按照有效时间范围进行截取，利用离散余弦变换对截取后的震源信号进行频谱分析并提取有效频段内的波场信号获得滤波后的震源信号Stf(0,j)；

分数阶傅里叶变换单元，用于对滤波后的震源信号进行分数阶傅里叶变换计算震源信号的最优旋转角α_opt；

震相获取单元，用于对所述可控震源激发的地震信号按照有效时间范围进行截取，并按照有效频率范围进行滤波，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得不同地震仪记录的震相；

确定单元，用于利用所述震相确定到时差和视速度。

本发明提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法及装置，利用分数阶傅里叶变换来对可控震源激发的线性调频地震信号进行快速的震相识别，继承了传统傅里叶变换的线性性质，能够很好地抑制时频分析时交叉项的干扰，可以改善可控震源激发的线性调频地震信号的时频分布特征，以脉冲函数为分析对象，提高震相的信噪比，识别震相的到时，为地质解释提供更可靠的数据基础。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法中震源信号的时间-空间域示意图；

图3是本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法中震源信号的时间-频率域示意图；

图4是本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法中有效时间范围内的震源信号的频谱示意图；

图5是本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法中使用离散余弦变换和逆变换提取有效频率范围内的震源信号示意图；

图6是本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法中使用理论旋转角和最优旋转角对震源信号进行的分数阶傅里叶变换而得到的脉冲函数示意图；

图7是本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法中识别的所有地震信号的震相的示意图；

图8是本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法中采用四个地震仪的位置示意图。

图9是本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

结合图1所示，本发明提供一种利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法，所述方法包括：

S101、利用地震仪采集可控震源在研究区激发的地震原始数据，得到可控震源激发的地震信号S(i,j)，i表示地震仪的编号，j表示可控震源激发的次数。

S102、以与所述可控震源相邻的地震仪采集的地震信号作为震源信号S(0,j)，选择激发的任一次震源信号进行短时傅里叶变换，分析震源信号的时频特征，获得震源信号的有效时间范围和频率范围。

S103、对震源信号按照有效时间范围进行截取，利用离散余弦变换对截取后的震源信号进行频谱分析并提取有效频段内的波场信号，获得滤波后的震源信号Stf(0,j)；

S104、对滤波后的震源信号进行分数阶傅里叶变换，计算震源信号的最优旋转角α_opt。

S105、对所述可控震源激发的地震信号按照有效时间范围进行截取，并按照有效频率范围进行滤波，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得不同地震仪记录的震相。

S106、利用所述震相确定到时差和视速度。

步骤101，具体是在可控震源布置点的预设范围内(如几米内)设置一台地震仪，再根据需要在研究区内相隔一定距离布设地震仪；按照地震仪与可控震源的距离由近到远，对地震仪进行编号为0，1，2，3，……依次增大的自然数；按照可控震源激发的次数，记作1，2，3，……依次增大的自然数；地震仪记录的可控震源激发的地震信号记作S(i,j)，i表示地震仪的编号，i＝0表示在可控震源旁边，j表示可控震源激发的次数。

步骤102，具体是以S(0,j)作为震源信号，选取S(0,j)中任一次的震源信号进行短时傅里叶变换。

其中，本步骤的分析震源信号的时频特征，获得震源信号的有效时间范围和频率范围的具体步骤包括如下：首先使用第一公式进行短时傅里叶变换，，选取S(0,j)中任一次的震源信号，如第三次激发的震源信号S(0,3)，将S(0,3)由时间-空间域转换为时间-频率域，所述第一公式为：

式中，STFT(t,f)表示短时傅里叶变换后的时间-频率域结果，积分项内的S(τ)表示震源信号的时间序列，即S(0,3)，信号时间从0到T，g(τ-t)为窗函数，t为时窗。

进而不断改变t，即可得到S(0,3)在不同t对应的频率f；

最后从时间-频率域图像中选择能量最强的频率范围，起始坐标记作(t₁,f₁)，截止坐标记作(t₂,f₂)，t₁～t₂即为有效时间范围，f₁～f₂即为有效频率范围，且对所有地震信号，即S(i,j)，都适用。

步骤103，具体是选取S(0,j)中任一次的震源信号，如第三次激发，即S(0,3)，截取t₁～t₂时间段的信号，记作St(m)，m表示截取后的信号的采样点数，m＝1,…,M，再利用离散余弦变换对截取后的震源信号进行频谱分析，并提取有效频段f₁～f₂内的波场信号，获得滤波后的震源信号，记作Stf(0,j)。

其中，本步骤的利用离散余弦变换对截取后的震源信号进行频谱分析，并提取有效频段内的波场信号，获得滤波后的震源信号的具体步骤包括如下：首先对St(m)采用第二公式进行离散余弦变换，所述第二公式为：

进而将DCT(k)中f₁～f₂范围之外的数据替换为0，得到频率域滤波后的结果，记作DCTf(k)；

最后对DCTf(k)进行离散余弦逆变换，得到滤波后的震源信号，记作Stf(0,j)。

步骤104，具体是选择任一的滤波后的震源信号，即Stf(0,j)中任一次的震源信号，如第三次激发，即Stf(0,3)，采用第三公式进行分数阶傅里叶变换，所述第三公式为：

式中，n为整数，FrFT是关于u和转换角度α的函数，α的取值范围是(-π，π)；

其中，本步骤的计算震源信号的最优旋转角的步骤具体包括如下：

首先使用第四公式计算理论的最优旋转角记作α_theory，所述第四公式为：

式中f_s为地震仪的数据采样率，f₁～f₂为震源信号的有效频率范围；

进而在α_theory为中心，在±r的范围内如±5％范围内，设置步长为d(一般很小，10^-5量级)，对Stf(0,3)进行分数阶傅里叶变换的迭代计算；

最后选择使脉冲峰值最高、会聚性最好的旋转角即为最优旋转角，记作α_opt。α_opt对所有地震信号，即S(i,j)，都适用。

通过分数阶傅里叶变换进行运算，分数阶傅里叶变换是一种线性变换，能够将很好地抑制交叉项的干扰，且运算时间短，效率高，在计算机上更易编程实现，降低了方法的适用门槛。

步骤105，具体是首先根据步骤103的对震源信号按照有效时间范围进行截取的步骤，对所有可控震源激发的地震信号，即S(i,j)，截取t₁～t₂时间范围的信号；

进而根据步骤103的获得滤波后的震源信号的具体步骤，利用离散余弦变换及其逆变换，提取f₁～f₂频率范围的信号，记作Stf(i,j)；

然后根据步骤104计算的最优旋转角α_opt，对Stf(i,j)进行分数阶傅里叶变换，得到每个地震仪采集的可控震源每次激发的地震信号的脉冲函数，记作FrFT(i,j)；

最后对同一个地震仪的FrFT(i,j)进行叠加，得到每个地震仪采集的可控震源激发的地震信号的震相，记作FrFT(i)。

通过分数阶傅里叶变换进行运算，抑制交叉项的干扰，可以改善可控震源激发的线性调频地震信号的时频特征，且运算时间短，效率高，以脉冲函数为分析对象，并且通过多次叠加同一个地震仪的FrFT(i,j)，增强了信噪比，提高了震相的分辨能力，有助于更准确地计算震相的到时差。

步骤106中，首先利用所有地震仪的震相，即FrFT(i)，记它们的脉冲峰值所在的采样点号为u(i)，以与可控震源相邻的地震仪的震相脉冲峰值所在的采样点号u(0)为零时刻；

进而采用第五公式计算震相的到时差，所述第五公式为：

式中Δt(i)为第i号地震仪采集的震相的到时差；

最后采用第六公式计算震相的视速度，所述第六公式为：

式中，v(i)为第i号地震仪采集的震相的视速度，d(i)是第i号地震仪与可控震源的距离，第0号地震仪为可控震源旁边的地震仪，认为其与可控震源的距离为0。

本发明实施例中提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法，提供一种应用场景加以介绍，下面以四川省绵竹市清平乡的可控震源激发的地震数据为例，结合前文所述的方法，给予进一步说明。

S1、请参照图2，利用4台地震仪以100Hz的采样率在野外采集地震数据，4台地震仪分别编号为0、1、2、3，其中0号设置在可控震源旁边8m远处。可控震源一共激发20次，周期为30min，其中正常运转为26min，前后均停转2min。详见图2。记S(i,j)为地震信号，i表示地震仪的编号，j表示可控震源激发的次数。

S2、结合图3所示，对S(0,j)中任一次的震源信号，如第三次激发，即S(0,3)，进行短时傅里叶变换，将S(0,3)由时间-空间域转换为时间-频率域。从时间-频率域图像中可以看出，26min的正常激发时段内，基频为2～8Hz左右，并可以分辨出6组扫频模式，分别是2～3min、3～12min、12～15min、15～16min、16～25min和25～26min，对应频带为2～4.1Hz、4.1～6.6Hz、6.6～8.15Hz、8.15～6.5Hz、6.5～4.1Hz和4.1～2Hz。选择能量最强的频率范围，起始坐标记作(900s,8.15Hz)，截止坐标记作(960s,6.5Hz)，900～960s即为有效时间范围，6.5～8.15Hz即为有效频率范围，且对其他地震仪记录的地震信号都适用。

S3、结合图4和图5，对S(0,j)中任一次的震源信号，如第三次激发，即S(0,3)截取900～960s的数据后进行离散余弦变换，记作DCT(k)，k为采样点数。可见能量集中于6.5～8.15Hz，而在13～16Hz出现第二能量团，因此需要进行滤波。找到6.5Hz和8.15Hz所对应的数据点分别为577和865，将大于865和小于577的DCT(k)填为0，然后将充零后的数据逆变换，得到6.5～8.15Hz滤波后的震源信号，记作Stf(0,3)。

S4、结合图6，计算理论旋转角α_theory≈1.5543(弧度)或89.05°，设置0.000025步长，在1.5～1.571(大于π/2)进行搜索，迭代运行分数阶傅里叶变换，比较每次得到的脉冲信号的峰值大小，取最大值对应的旋转角，得到最优旋转角α_opt＝1.555675或89.13°。脉冲对称性、会聚性和峰值都有了明显改善。

S5、结合图7，对可控震源激发的所有地震信号，即S(i,j)，截取，900～960s信号后，再利用离散余弦变换及其逆变换，提取6.5～8.15Hz频率范围的信号，记作Stf(i,j)；然后利用最优旋转角α_opt＝1.555675或89.13°，对Stf(i,j)进行分数阶傅里叶变换，得到每个地震仪采集的可控震源每次激发的地震信号的脉冲函数，记作FrFT(i,j)；最后对同一个地震仪的FrFT(i,j)进行叠加20次，得到每个地震仪采集的可控震源激发的地震信号的震相，记作FrFT(i)。

S6、结合图8，计算震相的到时差和视速度。第0号、第1号、第2号、第3号地震仪记录的震相的脉冲峰值所在的采样点号分别是348、349、350、353，进而得到4个地震仪记录的震相的到时差为0.6613s、1.3227s、3.3067s。第1号、第2号、第3号地震仪距离第0号，也即可控震源的距离分别是1.411km、3.482km、8.489km。其中圆点为第0号地震仪，三角形为第1号、第2号、第3号地震仪。震相代表的是纵波，其视速度分别是2.13km/s、2.63km/s、2.57km/s。进而可以估计该地区的纵波视速度为2.4km/s。从图7上还可以发现，第1号和第2号台站记录到了次级震相，代表面波。因此本发明提供的一种利用可控震源激发的地震信号快速识别震相的方法能够改善可控震源激发的线性调频地震信号的时频特征，以脉冲函数为分析对象，提高了震相的分辨能力，并更准确地计算震相的到时差。

本发明提供一种利用可控震源激发的地震信号快速识别震相的方法，包括以下步骤：利用地震仪采集可控震源在研究区激发的地震原始数据，得到可控震源激发的地震信号，记作S(i,j)，i表示地震仪的编号，j表示可控震源激发的次数；以与可控震源相邻的地震仪采集的地震信号作为震源信号，记作S(0,j)，选择激发的任一次震源信号，进行短时傅里叶变换，分析震源信号的时频特征，获得震源信号的有效时间范围和频率范围；对震源信号按照有效时间范围进行截取，利用离散余弦变换对截取后的震源信号进行频谱分析，并提取有效频段内的波场信号，获得滤波后的震源信号，记作Stf(0,j)；对滤波后的震源信号进行分数阶傅里叶变换，计算震源信号的最优旋转角，记作α_opt；对可控震源激发的地震信号，按照有效时间范围进行截取，并按照有效频率范围进行滤波，再利用最优旋转角，依次进行分数阶傅里叶变换，获得不同地震仪记录的震相；利用震相，计算到时差和视速度。利用分数阶傅里叶变换来对可控震源激发的线性调频地震信号进行快速的震相识别，继承了传统FT的线性性质，能够很好地抑制时频分析时交叉项的干扰，可以改善可控震源激发的线性调频地震信号的时频分布特征，以脉冲函数为分析对象，提高震相的信噪比，识别震相的到时，为地质解释提供更可靠的数据基础。

对应地，结合图9所示，本发明提供一种利用可控震源激发地震信号快速识别震相的装置，所述装置包括：

采集单元901，用于利用地震仪采集可控震源在研究区激发的地震原始数据，得到可控震源激发的地震信号S(i,j)，i表示地震仪的编号，j表示可控震源激发的次数；

短时傅里叶变换单元902，用于以与所述可控震源对应的地震仪采集的地震信号作为震源信号S(0,j)，选择激发的任一次震源信号进行短时傅里叶变换分析震源信号的时频特征，获得震源信号的有效时间范围和频率范围；

截取单元903，用于对震源信号按照有效时间范围进行截取，利用离散余弦变换对截取后的震源信号进行频谱分析并提取有效频段内的波场信号获得滤波后的震源信号Stf(0,j)；

分数阶傅里叶变换单元904，用于对滤波后的震源信号进行分数阶傅里叶变换计算震源信号的最优旋转角α_opt；

震相获取单元905，用于对所述可控震源激发的地震信号按照有效时间范围进行截取，并按照有效频率范围进行滤波，利用所述最优旋转角依次进行分数阶傅里叶变换，获得不同地震仪记录的震相；

确定单元906，用于利用所述震相确定到时差和视速度。

本发明提供的利用可控震源激发地震信号快速识别震相的装置，利用分数阶傅里叶变换来对可控震源激发的线性调频地震信号进行快速的震相识别，继承了传统FT的线性性质，能够很好地抑制时频分析时交叉项的干扰，可以改善可控震源激发的线性调频地震信号的时频分布特征，以脉冲函数为分析对象，提高震相的信噪比，识别震相的到时，为地质解释提供更可靠的数据基础。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明所提供的一种利用可控震源激发地震信号快速识别震相的方法及装置进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。