專利名稱：處理數(shù)據(jù)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種處理數(shù)據(jù)的方法，特別是使用單個地震傳感器對采集獲得的地震數(shù)據(jù)進行處理的方法。
地震數(shù)據(jù)采集的常規(guī)方法在

圖1中示意性的顯示。在這種常規(guī)的方法中，通過包含多個傳感器2，2’的陣列1采集地震數(shù)據(jù)。圖1中的傳感器2，2’被排列為一個線性陣列，但是，可以替換地，它們例如也可以排列在一個二維的矩陣中。在圖1所示的傳感器的線性陣列1中，每個傳感器與相鄰的傳感器之間以基本固定的間距隔開。雖然在地震采集系統(tǒng)的常規(guī)實施例中，傳感器之間的距離是可以是大不相同的，但是在本實施例中，從一個傳感器的中心到相鄰的傳感器的中心的距離大約為3.125m。
典型的地震傳感器的陣列包含了大量的傳感器。對于陣列中的傳感器來講，與附近的傳感器“硬連接”(hard-wired)成為一組是通常的做法，其中一組中的每個傳感器從地球表面下需要成像(image)的目標接收到基本相同的信號分量。組成分組的目的是，把從每個傳感器接收到的模擬信號電結(jié)合成為一個單個的信號，從而增強信噪比。這個單個的信號表示了對采集信號的估計(estimate)，該信號對組中的所有傳感器來講是共用的，所以通常被稱為“公共信號”(common signal)。
組的長度(就是一個傳感器組的長度)是這樣選擇的通常需要通過模擬合并來抑制的相干噪聲的空間波長處于傳感器之間的間距的兩倍和組的長度之間。假設(shè)來自不同傳感器的隨機噪聲是不相干的，所以隨機噪聲可以通過合并過程衰減。在測量的過程中，組長度和傳感器的間隔多半是固定的。將傳感器硬連接成組的操作要在對發(fā)送到記錄系統(tǒng)的組合輸出信號進行數(shù)字化之后完成。
在圖1所示的例子中，傳感器硬連接成組，其中每一組包含9個相鄰的傳感器。因此每個組的范圍有大約25m。在圖1的陣列中，相鄰的組之間相互“重疊”，正如傳感器2’既是第j組最右側(cè)的傳感器，也是第k組最左側(cè)的傳感器。其他的重疊量可應(yīng)用在不同的采集系統(tǒng)中，其目的就是保證由地下目標反射的地震波場可以在空間上充分取樣，這樣就可以捕捉要成像的目標的空間變化，并且保證沒有空間混疊(spatially-alised)能量的泄漏。這通常將導(dǎo)致組長度是組間隔的兩倍(50％的重疊)，但是，重疊的原理可以簡單的由圖1中一個傳感器的重疊完全顯示出來。
在每個組中，通過預(yù)先確定的方式合并各個傳感器的輸出，并且將每個組的合并輸出信號用于進一步的信號處理。這樣，圖1中所示的地震數(shù)據(jù)信號采集系統(tǒng)的輸出由一系列合并輸出組成，其中每一個組具有一個合并輸出。圖1顯示了第j組的合并輸出，為Sj，以及第k組的合并輸出，為Sk。合并每個組中各個傳感器的輸出的常規(guī)方法通常是對一個集合(ensemble)求平均的過程，這樣就產(chǎn)生了各個傳感器輸出的加權(quán)平均，它表示了信號對于該組中所有傳感器的公共信號的估計值。
單一傳感器地震(SSS)在地震數(shù)據(jù)的采集中是一個新的概念，并且在Schlumberger的Q系統(tǒng)中得以體現(xiàn)，該系統(tǒng)在J.Martin等人所著的文章“海上地點接收機通過使用拖拽的電子流對地震信號的采集(Acquisition of marine point receiver seismic data with atowed streamer)”中描述，該文章發(fā)表于地質(zhì)勘探協(xié)會(theSociety of Exploration Geophysicists)的第60屆國際年會，卡爾加里(Calgary)(2000)，擴展文摘號(Expanded Abstract)為ACQ3.3，該系統(tǒng)也在G.Baeten等人所著的文章“在陸地地震中對接收機點測量的采集和處理(Acquisition and processing of pointreceiver measurements in land seismic)”中描述，該文章發(fā)表于地址勘探協(xié)會的第60屆國際年會，卡爾加里(Calgary)(2000)，擴展文摘號為ACQ3.4，以及該系統(tǒng)還在G.Baeten等人所著的文章“在陸地地震中對源點測量的采集和處理(Acquisition andprocessing 0f point source measurements in land seismic)”中描述，該文章發(fā)表于地址勘探協(xié)會的第60屆國際年會，卡爾加里(Calgary)(2000)，擴展文摘號為ACQ3.5。SSS數(shù)據(jù)采集與常規(guī)的地震數(shù)據(jù)采集的區(qū)別在于，它的每個傳感器的輸出都可以用于信號的處理過程。在SSS數(shù)據(jù)信號的采集過程中，地震波場由傳感器采樣，每個傳感器都產(chǎn)生一個獨立的數(shù)字輸出信號。每個傳感器的數(shù)字輸出信號也可以用于進一步的信號處理操作。SSS數(shù)據(jù)采集可以用在地面上的傳感器，海面上或者海面附近的傳感器，還可以應(yīng)用在水柱(water column)內(nèi)，鉆孔內(nèi)或者海床(sea bed)上，或者埋在海床里。傳感器可以是一個或者是多個傳感器部件，它們對壓力、位移、速度、加速度或壓力梯度或者它們的組合進行采樣。
本發(fā)明提供了一種處理數(shù)據(jù)的方法，該方法包括以下步驟從在第一個傳感器處對與不確定性相關(guān)聯(lián)的信號進行采樣而獲得的第一個數(shù)據(jù)序列，以及在第二個傳感器處對與不確定性相關(guān)聯(lián)的基本相同的信號進行采樣而獲得的第二個數(shù)據(jù)序列中，確定一個表示第一與第二數(shù)據(jù)序列之間的離散度的量度的序列，由此提供一個對信號的原始不確定性的估計，其中第二個傳感器在空間上與第一個傳感器分離。
已經(jīng)建議使用在相鄰的傳感器中得到的量度來估計波陣面的空間導(dǎo)數(shù)(derivative)。通過這種方法估計得到的空間導(dǎo)數(shù)將包括傳感器的空間間距，然而本發(fā)明離散度的量度將保持地震信號的原始維度(例如，如果使用標準差作為離散度的量度)，或者作為地震信號原始維度的平方(例如，如果使用方差作為離散度的量度)，或者它將是無量綱的(dimensionless)(用于經(jīng)過歸一化的離散度量度)。
圖1顯示了通常類型的常規(guī)數(shù)據(jù)采集的方法，該方法僅僅提供了由一組內(nèi)的傳感器記錄的公共信號的估計，該估計在圖1中顯示為所有傳感器所記錄信號的平均值。相反，本發(fā)明可以提供由一組內(nèi)的傳感器所記錄的信號的離散度量度。本發(fā)明可以在為了去除噪聲而進行的信號處理之前或者之后，提供該信號的離散度量度。這個離散度量度可以用來(i)引導(dǎo)并估計噪聲衰減過程的性能，和/或(ii)作為地震信號不確定性的指示器，特別是作為地震信號中噪聲內(nèi)容的指示器。這種方法可以被應(yīng)用到隨后的處理過程中，用以產(chǎn)生地震結(jié)果，如地表下的影像、地震圖像的特性或者根據(jù)地震數(shù)據(jù)的幅度反過來估計大地的參數(shù)，以及對這些地震結(jié)果的可信度的估計。在傳感器采樣的時候，信號中原始的不確定性的認識使得這些處理步驟是可控的，因此經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)的不確定性將會降低。
這里要求第一和第二傳感器彼此要足夠地接近，這樣位于第一傳感器處的地震波陣面才能夠和位于第二傳感器處的地震波陣面基本相同(典型的，兩個傳感器之間的距離應(yīng)該至少是25m)。假設(shè)情況是這樣的，第一和第二傳感器彼此之間的距離足夠近，這樣它們基本上可以對同一個地震信號進行采樣，并且在這兩個傳感器位置得到的信號之間的差別主要來自于本地噪聲。因此，離散度量度提供了對傳感器處得到的信號中噪聲的估計。將離散度量度與絕對門限進行比較也許是有用的。例如，在地震測量系統(tǒng)中，接收機處的噪聲水平可以在沒有地震源的時候測量得到，借此來確定數(shù)據(jù)采集是否可以繼續(xù)進行。
但是，在很多應(yīng)用中，考慮信噪比要比考慮絕對噪聲水平更加有用。因此，在一個優(yōu)選實施例中，該方法進一步包含確定表示第一和第二數(shù)據(jù)序列中的公共信號的數(shù)據(jù)序列的步驟。這就使信噪比的確定成為可能。
如上面所述，假設(shè)第一和第二傳感器彼此之間的距離足夠近，以致它們基本上可以對同一個地震信號進行采樣，在這兩個傳感器處獲得的信號之間的差別將主要來自本地噪聲。將這些傳感器分組可以同時降低隨機噪聲和具有一定空間波長的相干噪聲，相干噪聲的波長在傳感器之間距離的兩倍和組長度之間。這一相干噪聲包括在電子流中離散度的慢波，在水中離散度的直接從地震源離散度到接收機的地震能量，以及波感應(yīng)(wave-induced)噪聲。由于可以通過傳感器分組的方法抑制噪聲，公共信號序列與每個單一的數(shù)據(jù)序列相比具有更高的信噪比。
本發(fā)明與圖1所示的常規(guī)采集系統(tǒng)相比較的另一個優(yōu)點在于，本發(fā)明允許對一個組內(nèi)離散度的估計(以及公共信號的估計，如果該信號已經(jīng)確定)可以在序列處理的任何時間進行，同時仍然保持對數(shù)字的單一傳感器軌跡(trace)的完全訪問。在常規(guī)的分組中，通過合并模擬信號對公共信號進行估計的過程不可挽回地阻止了對單一信號的訪問。
雖然產(chǎn)生一個信號的離散度量度是已知的，但是至今都不能將它應(yīng)用到地震數(shù)據(jù)中。正如上面所述的，將傳感器硬連接成組的常規(guī)方法將阻止對單一信號的訪問。另外，直到Schlumberger Q系統(tǒng)的出現(xiàn)，地震采集系統(tǒng)并沒有采集帶寬可以將它實現(xiàn)。
采用數(shù)據(jù)陣列的原因是可以用它來衰減不需要的噪聲，包括相干的和不相干的噪聲。衰減噪聲所要求的采樣間隔比簡單對信號進行采樣所需的間隔要小。本發(fā)明需要對信號進行過采樣，同時通過SSS采集系統(tǒng)訪問各個信號，作為計算這個信號中的可信度量度的手段。
確定公共信號數(shù)據(jù)序列的步驟可以包括為第一數(shù)據(jù)序列中的每一個值確定一個表示共同性(commonality)的值，即表示第一數(shù)據(jù)序列中的值與第二數(shù)據(jù)序列中與之相對應(yīng)的值之間的共同性?？梢允褂萌魏芜m合的共同性量度，例如，使用第一數(shù)據(jù)序列中的值和第二數(shù)據(jù)序列中與之相對應(yīng)的值的算數(shù)平均值作為量度。
在一個優(yōu)選實施例中，表示離散度量度的序列通過公共信號數(shù)據(jù)序列的絕對值來進行歸一化。當公共數(shù)據(jù)序列的絕對值瞬時為零的時候，最好采取適當?shù)拇胧﹣眍A(yù)防零除法。
離散度量度序列例如可以是第一數(shù)據(jù)序列中的值與第二數(shù)據(jù)序列中與之相關(guān)的值的標準差序列?？商鎿Q的，也可以采用其他離散度量度。
本發(fā)明還提供了處理數(shù)據(jù)的設(shè)備。這一設(shè)備可以包含一個可編程的數(shù)據(jù)處理器。
本發(fā)明進一步提供了存儲介質(zhì)，它包含了前面定義的設(shè)備中數(shù)據(jù)處理器所應(yīng)用的程序。
其他本發(fā)明的優(yōu)選特性將在從屬權(quán)利要求中說明。
現(xiàn)在就來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，描述將通過參考在附圖中示例來進行，其中圖1是常規(guī)的地震數(shù)據(jù)采集方法的原理圖；圖2是適用本發(fā)明的一個實施例的處理方法的單一傳感器地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明另一個實施例的數(shù)據(jù)處理方法的原理圖；圖4是圖2和圖3所示的實施例的數(shù)據(jù)處理方法的流程圖；以及圖5是用于數(shù)據(jù)處理的設(shè)備的原理框圖。
本發(fā)明的原理通?？梢酝ㄟ^參考包含兩個傳感器的地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的簡單配置來理解。在這個例子中，為了說明的方便，假設(shè)每個傳感器測量一個地震信號的單一的地震參數(shù)S，并產(chǎn)生一個輸出，這一輸出是參數(shù)S值的序列。這樣，第一個傳感器采樣地震信號并且輸出如下的序列S1(t0)，S1(t0+δt)，S1(t0+2δt)……，并且第二個傳感器采樣地震信號并且輸出如下的序列S2(t0)，S2(t0+δt)，S2(t0+2δt)……。但是，需要說明的是，本發(fā)明也可以應(yīng)用在如下文所述的多部件傳感器中。
在這些序列中，t0是第一個采樣操作的時間，而δt是連續(xù)采樣操作的間隔時間。在該例中，同樣是為了描述方便，假設(shè)信號是同時在第一和第二傳感器被采樣的，但是本發(fā)明并沒有要求第一和第二傳感器要同時采樣。如下面描述的，假設(shè)軌跡被正確采樣(例如，數(shù)字化的軌跡是沒有經(jīng)過混疊的(unaliased))，并且為每個軌跡提供一個共用的參考時間(例如GPS時間)，這樣，可以通過預(yù)處理軌跡來補償軌跡之間已知的時延。這樣，即使第一個傳感器的采樣操作與第二個傳感器的采樣操作不是同時進行的，也可以應(yīng)用本發(fā)明的方法，而僅僅需要保證用于分析的地震事件已經(jīng)在兩個軌跡的整個記錄窗口中捕捉到就可以了。
根據(jù)本發(fā)明，對一個表示第一傳感器采集的信號與第二傳感器采集的信號之間的離散度的序列進行估計。這一序列將會是如下的形式Θ(t0)，Θ(t0+δt)，Θ(t0+2δt)……，其中Θ(t)是第一傳感器在時間t采集的信號與第二傳感器在時間t采集的信號之間的離散度量度。例如，Θ(t)可以是S1(t)和S2(t)的標準差，當然也可以采用其他的量度。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，還對表示第一傳感器采集的信號與第二傳感器采集的信號之間的公共信號序列進行估計。這個序列將會是如下的形式C(t0)，C(t0+δt)，C(t0+2δt)……，其中C(t)是第一傳感器在時間t采集的信號與第二傳感器在時間t采集的信號之間的公共信號的量度。例如，C(t)可以是S1(t)和S2(t)的算術(shù)平均值，雖然也可以應(yīng)用其他的量度。
假設(shè)第一和第二傳感器彼此之間的距離足夠近，使得它們基本上可以對同一個地震信號采樣，第一傳感器采集的數(shù)據(jù)S1和第二傳感器采集的數(shù)據(jù)S2之間的差別主要歸因于本地噪聲。這些差別將在公共信號序列中得到消除或者減小，這樣，公共信號序列C和各個單獨的數(shù)據(jù)序列相比將具有較大的信噪比。
離散度的量度將被歸一化(normalize)，例如，它允許在不同的測量中采集的地震數(shù)據(jù)之間進行比較，或者允許信號幅度隨時間自然衰落，這一衰落將隨著由地震源產(chǎn)生的地震能量的變化而發(fā)生。離散度的量度將相對于公共信號數(shù)據(jù)序列的絕對值進行歸一化，在這種情況下，經(jīng)過歸一化的離散度量度將會是Θ(t)/|C(t)|。
如上所述，最好采取一種方法來防止在單獨的采樣中的零除法。對此可以應(yīng)用任何適合的過程。例如，公共信號的絕對值可以在一個短時間窗口內(nèi)求平均，或者給C(t)加入一個很小的常數(shù)ε，這樣保證分母始終不是零。下文對本發(fā)明的描述中將假設(shè)已經(jīng)使用了這樣的方法，而不妨礙一般性。
由于將傳感器輸出硬連接成組的過程破壞了對各個傳感器輸出的訪問，現(xiàn)有技術(shù)中的處理方法不能夠提供由不同傳感器采集的信號的離散度量度。
實際的地震測量一定會包含多于2個的傳感器。但是，如前面所述的，本發(fā)明的原理可以應(yīng)用到由包含多于兩個傳感器的地震測量系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)的處理過程中。例如，可以選擇兩個或者更多的數(shù)據(jù)序列，它們中的每一個都是由不同的傳感器采集得到的，并且首先對表示所選擇的數(shù)據(jù)序列中的公共信號序列進行估計，其次可以對所選擇的數(shù)據(jù)序列的離散度(和/或歸一化的離散度)進行估計。
可以通過將各個傳感器輸出的數(shù)據(jù)序列分成兩個或者更多的集合來選擇數(shù)據(jù)序列，而且從中選擇一個集合。傳感器輸出的分組是在數(shù)據(jù)處理過程中定義的抽象的分組，并且如果希望的話，可以改變這一分組。
現(xiàn)在將要參考圖2和4詳細介紹本發(fā)明的一個實施例。
圖2顯示了在本發(fā)明兩個實施例中都適用的地震傳感器陣列。如現(xiàn)有技術(shù)所描述的圖1的傳感器陣列，圖2的陣列1包含多個地震傳感器2。在圖2中，地震傳感器2排列在線性陣列1中，在本實施例中，相鄰傳感器中心之間的距離大約是3.125m，但是本發(fā)明并不限于使用線性的傳感器陣列，也不限于這一傳感器之間特定的距離。
圖2的陣列1的傳感器2是單一傳感器地震(SSS)傳感器。適合的傳感器的一個例子是在Schlumberger生產(chǎn)的Q海上量測系統(tǒng)中所使用的，當然本發(fā)明并沒有局限在海上地震的采集。在圖2的傳感器陣列中，傳感器2沒有硬連接成組。相反的，傳感器是抽象分組的，或者分成集合，其目的就是處理由傳感器陣列采集獲得的數(shù)據(jù)，來增強地震信號的信噪比。這就是說，可以限定傳感器相對于集合的位置，或者在數(shù)據(jù)處理的過程中重新定義，而不是像常規(guī)的采集系統(tǒng)中那樣，將傳感器硬連接成組。一個集合中的所有單個傳感器的輸出一起經(jīng)過預(yù)處理。在圖2中，定義了陣列中的兩個傳感器集合，其中每個集合包含九個相鄰的傳感器，但是本發(fā)明并不限于這種特定的傳感器分組。
圖4顯示了本發(fā)明第一個實施例的處理方法的原理性步驟的流程圖。在這個實施例中，既對離散度量度進行估計又對公共信號進行估計。
在圖4中的步驟10，數(shù)據(jù)是由圖2中傳感器陣列1中的傳感器2采集的。為了簡單描述，假設(shè)每個傳感器2測量單一物理參數(shù)S，例如，這個參數(shù)可以是壓力，或者諸如彈性波場的分量，如位移(displacement)、速度、加速度、壓力梯度或者是任何這些參數(shù)的結(jié)合。每個傳感器2在預(yù)先設(shè)定的采樣間隔δt內(nèi)提供了一個數(shù)字輸出，就是就m個傳感器的輸出，它是一個具有如下形式的數(shù)據(jù)序列Sm(t1m)，Sm(t1m+δt)，Sm(t1m與2δt)，等。(1)或者用公式表示為，Sm＝{Sm(tq)}，t1m≤tqm≤tNm(2)在這一序列中，Sm是由第m個傳感器測量的參數(shù)S的值的序列，t1m是生成由第m個傳感器測量的參數(shù)S的第一個量度值Sm(t1m)的時間，而δt是在連續(xù)的測量之間的時間間隔。任意的，離散的時間tqm的范圍是從第一個采樣的時間t1m到第N次采樣的時間tNm，時間的間隔為δt。相似的，第n個傳感器的輸出是如下的形式Sn(t1n)，Sn(t1n+δt),Sn(t1n+2δt)，等。
(3)用公式表示為，Sn＝{Sn(tq)}，t1n≤ tqn≤tNn(4)在這一序列中，Sn是由第n個傳感器測量的參數(shù)S的值的序列，t1n是由第n個傳感器測量的參數(shù)S的第一個測量值Sn(t1n)的采樣時間。假設(shè)第n個傳感器的測量和第m個傳感器的測量基本上是在同一時間完成的。就是說，假設(shè)不妨礙一般性，對于所有的傳感器來說，t1m＝t1n＝t1，tNm＝tNm＝tN，以及tqm＝tqn＝tq。(如上所述，可以通過對軌跡進行預(yù)處理的方法來補償不同軌跡之間的已知的時延。)需要指出的是，本發(fā)明可以應(yīng)用到先前采集的SSS地震數(shù)據(jù)中。在這種情況下，要省略步驟10，并且要提供預(yù)先存在的地震數(shù)據(jù)，例如從存儲器中恢復(fù)這些數(shù)據(jù)。
在圖4的步驟11中，定義了抽象分組以及傳感器輸出的重疊。這就是說，各個傳感器的輸出被分配到圖2所示的抽象分組或者集合中，出于處理的目的，設(shè)計這些分組或者集合來提高信噪比。所選擇的集合的長度要足夠短，在集合中的所有傳感器將對基本上相同的地震信號進行采樣，同時要選擇傳感器距離來對短波長的相關(guān)噪聲進行采樣，而沒有混疊。這樣，數(shù)據(jù)處理過程的設(shè)計就是要在集合中增強公共信號，同時使隨機噪聲以及短波噪聲最小。由于集合的大小和重疊在數(shù)據(jù)的處理過程中已經(jīng)定義，而沒有像現(xiàn)有技術(shù)所描述的那樣，使用硬連接傳感器輸出的方式，因此，如果必要或者希望的話，可以在數(shù)據(jù)處理的過程中重新定義這些維度。
從這點來看，對每個傳感器采集得到的數(shù)據(jù)序列也可以執(zhí)行初步的處理。例如，傳感器幅度和相位的校準糾正可以和從地震參考數(shù)據(jù)中分離的已知位置的靜態(tài)時移、以及其他確定性的糾錯一起應(yīng)用到數(shù)據(jù)中。
在步驟12，對集合中每個傳感器在每個基本相同的時間內(nèi)采樣所記錄的幅度的離散度的原始量度進行了估計。這一量度例如可以是標準差、方差，在集合內(nèi)的最大和最小幅度之間的采樣差，或者是離散度的其他統(tǒng)計量度。
在步驟12，對集合中每個傳感器在每個基本相同的時間內(nèi)采樣所記錄的幅度的共同性的量度進行了估計。這一量度例如可以是每個傳感器在每個基本相同的時間點上采樣所記錄的幅度的算術(shù)平均值，當然也可以應(yīng)用其他的量度。
離散度的量度最好是經(jīng)過歸一化的，例如相對于集合中公共信號絕對值的估計進行歸一化。例如，如果使用均值作為集合中公共信號的估計，離散度的估計可以相對于這個均值的絕對值進行歸一化，當然也可以使用其他的歸一化因子。在這個實施例中，將標準差作為離散度的量度，并且它要根據(jù)均值的絕對值進行歸一化。
從第j個集合的傳感器采集的平均值序列由Sj給出，其中Sj＝<Sij> (5)
或者用公式來表示，S‾j={S‾j(tq)}={1PΣi=1PSij(tq)},t1≤tq≤tN------(6)]]>其中等式5中的尖括號表示對P個序列Sij的期望操作符，該序列包含來自第j個集合中的P個傳感器的輸出。在等式6中，在確定均值時，為每個序列Sij提供相等的加權(quán)，但是在均值的計算過程中可以替代地采用不統(tǒng)一的加權(quán)。在任意的采樣時間tq，傳感器值的集合{Sj(tq)}，1≤i≤P，將在等式6中求平均，并且對集合求平均的過程對于t0所有的值重復(fù)進行，其中tq的范圍是t1≤tq≤t。例如，如果第j個集合僅包含兩個序列Sm和Sn，該集合平均序列的前兩項應(yīng)為Sj(t1)＝[Sm(t1)+Sn(t1)]/2Sj(t1+δt)＝[Sm(t1+δt)+Sn(t1+δt)]/2(7)…求平均的過程對于在每個前后連續(xù)的離散時間采樣中得到的傳感器輸出進行重復(fù)，并且通過這種方法建立了數(shù)據(jù)序列Sj，該數(shù)據(jù)序列表示第j個集合的平均傳感器輸出。這一序列Sj可以作為第j個集合中傳感器公共信號的初始估計。類似的，因為所有的集合形成了接收傳感器陣列，所以該過程同時或者先后地重復(fù)。需要說明的是，這一組平均序列(具有適當加權(quán)的)與常規(guī)的模擬分組系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出等價，其中傳感器被硬連接到相同的傳感器配置上。
類似的，第j個集合的采樣標準差序列σj由下式給出σj＝〈(Sij-Sj)2〉1/2或者用公式來表示，σj={σj(tq)}=1PΣi=1P(Sij(tq)-S‾ij(tq))2},t1≤tq≤tN--------(9)]]>其中，在計算均值的過程中，在每個時間采樣點tq上，為第j個集合的傳感器的輸出值計算采樣標準差。計算這些估計值的能力對于SSS采樣是一致的，因為訪問過采樣波場的能力要在形成分組之前，并在估計該集合內(nèi)的公共信號之后仍保持各個軌跡。
不妨礙一般性，我們可以定義一個序列，該序列包含離散度在幅度上進行歸一化的估計NESj，其中在時間采樣點tq上的序列值NESj(tq)被定義為離散度量度的歸一化值的序列。在這個實施例中，NESj是集合標準差與集合均值的相應(yīng)絕對值之間的比率的序列。就是，NESj＝σj/|Sj|＝{σj(tq)/|Sj(tq)|}，t1≤tq≤tN(10)序列NESj可以被看作第j個集合中本地噪聲與信號的比率的優(yōu)先量度，它可以假設(shè)為這樣的模型噪聲包括隨機噪聲和相干噪聲，噪聲的波長要比集合的孔徑(aperture)短。那么本地信號將包括長波長相干噪聲，如多路反射，它將在隨后的處理步驟中衰減。
如果希望的話，一個或者多個歸一化離散度量度的序列、離散度量度、以及公共信號可以由操作器顯示輸出。那么，在本實施例中，每個集合中傳感器輸出的一個或者多個歸一化離散度量度的序列NESj、均值Sj、以及標準差σj，在步驟12已經(jīng)確定之后，它們可以作為可視軌跡而輸出。例如，如果在數(shù)據(jù)采集的時候，希望操作器監(jiān)控這一序列則可以這樣做。附帶地或者可選地，可以存儲一個或者多個序列用于后面的操作，例如在下面將要描述的步驟15中，使用任何的方便的存儲裝置，例如磁帶、磁盤或者計算機內(nèi)存。
這樣，本發(fā)明在由圖4的步驟11和12表示的最寬泛的形式中，允許在分組前的階段對原始地震數(shù)據(jù)的不確定性進行估計。現(xiàn)在就將討論這種不確定性的應(yīng)用。
在本發(fā)明的一種優(yōu)選實施例中，在圖4中的步驟13，為每個集合準備一個進一步改進的公共信號的估計，這個估計是通過將數(shù)據(jù)進行預(yù)處理進而衰減集合中的隨機噪聲以及短波長噪聲來實現(xiàn)的?？梢詫⒑苄〉南鄬r間偏移應(yīng)用到數(shù)據(jù)軌跡中，來補償信號的非同步到達，因此經(jīng)過波束引導(dǎo)(beam-steer)將集合引到到來的地震的震前波的預(yù)計到來的方向上。例如，可以根據(jù)集合中心到地震源的偏移來確定這些時間偏移?；蛘?，可以選擇時間偏移以在已選擇的時間窗口內(nèi)使歸一化離散度的估計值最小。噪聲的衰減以及公共信號的估計可以由自適應(yīng)的(adaptive)噪聲和串擾衰減技術(shù)來完成，如在英國專利No 2 309 082，和美國專利5,971,095或者英國專利GB 2 337591中描述的技術(shù)，但是并不限于這些技術(shù)。
接下來，在圖4的步驟14，可以重新計算公共信號的序列、離散度的量度，以及，如果希望的話，重新計算經(jīng)過歸一化的離散度量度，并且可以由操作器顯示輸出。這樣，在這一實施例中，一個或者多個包含離散度量度σj的序列，或者經(jīng)過歸一化的離散度的估計NESj也被重新計算，重新計算組成傳感器陣列的每個集合的離散度量度以及公共信號序列。這可以通過使用和步驟12所述相同的過程來完成，除了那些還應(yīng)用了已經(jīng)具有可選的波束引導(dǎo)以及噪聲去除過程的數(shù)據(jù)序列。雖然步驟14被重復(fù)，并且對于組成傳感器陣列的所有集合同時執(zhí)行，但是仍要將第j個集合作為一個例子考慮。如果在步驟13執(zhí)行的預(yù)處理是有效的，重新計算的序列的值NES’j(tq)應(yīng)該小于在噪聲衰減之前序列NESj(tq)中相對應(yīng)的值。
在圖4的步驟15中，將初始的以及修改的經(jīng)過歸一化的離散度的估計NES’j(tq)，NESj(tq)進行比較。如果在采樣的有效范圍內(nèi)NES’j(tq)＞NESj(tq)，那么處理步驟13將會增加第j個集合內(nèi)經(jīng)過歸一化的離散度?？梢允褂眠@一條件作為質(zhì)量控制警告，并且將檢查在步驟13的處理中使用的原始數(shù)據(jù)或者參數(shù)。
如果在采樣的有效范圍內(nèi)NES’j(tq)≈NESj(tq)，并且σ’j≈σj≠0(其中σ’j是重新計算的標準差)，處理步驟13將會相對變得無效。在這種情況下，將會重復(fù)步驟11，并且數(shù)據(jù)將會被重新陣列到具有不同維度或者重疊的集合中。附帶地或者可選地，在步驟23，將為了剩余的時間偏移、增益或者相位偏移而糾正數(shù)據(jù)。附帶地或者可選地，處理步驟13的參數(shù)也將會變化，并且數(shù)據(jù)將會被重新處理。根據(jù)已經(jīng)調(diào)整的參數(shù)，這一反饋環(huán)可以自動進行，這樣就可以通過使離散度的歸一化估計最小化來優(yōu)化參數(shù)值。
如果在采樣的有效范圍內(nèi)NES’j(tq)＜NESj(tq)，并且σj(tq)≠0，這表示在步驟13的預(yù)處理過程中，已經(jīng)減少了在一個集合中的數(shù)據(jù)的離散度。相對于相同傳感器配置的常規(guī)分組而言，噪聲對信號比率的改善量化了自適應(yīng)噪聲或者串擾衰減的好處，或者是在步驟13中應(yīng)用的其他的處理算法的好處。經(jīng)驗將會確定預(yù)計的改善的水平，但是如在海上地震中的膨脹噪聲的特定噪聲類型的情況下，可以得到10-30dB的改善，或者更多。
如果希望的話，經(jīng)過重新計算的一個或者多個離散度量度的序列，經(jīng)過歸一化的離散度量度，以及公共信號可以由操作器顯示輸出。這樣，在本實施例中，在每個集合的傳感器輸出中的重新計算的歸一化離散度量度的序列NES’j，均值Sj，以及標準差σ’j中的一個或者多個在步驟16中輸出。如果例如希望操作器可以在圖4的步驟13中處理數(shù)據(jù)的過程中檢測均值輸出和/或離散度量度，這是可以實現(xiàn)的?？蛇x地，僅僅在NESj變化的特定條件下所對應(yīng)的數(shù)據(jù)需要在操作者干預(yù)的時候顯示。
在圖2中，為了解釋的方便，第j個集合和第k個集合的傳感器輸出的均值，以及相對應(yīng)的第j個集合和第k個集合中傳感器輸出的歸一化離散度的估計以軌跡的形式顯示。應(yīng)該理解，它們不必作為可視的軌跡來輸出。如下面所述的，無論它們是否作為可視軌跡輸出，序列都將作為其他形式輸出，以電子形式或者存儲在內(nèi)存中，用于進一步的處理步驟。
對于許多處理應(yīng)用而言，存儲如上所述的集合中單個的傳感器的軌跡對于噪聲的衰減似乎并不是必須的步驟，因此，這樣在地震的測量的特定場景中，考慮用序列S′j的集合來表示整個被傳感器陣列記錄的空間采樣的波場，并為每個集合在傳感器的離散度上分配一個這樣的序列。這樣就減少了為了以后進一步處理需要存儲的軌跡數(shù)。它和常規(guī)采集的數(shù)據(jù)之間的差別在于在集合中短波長和隨機噪聲不僅具有優(yōu)化的、量化的衰減，而且在每個集合序列S′j的每個時間采樣的特征在于歸一化離散度的估計NES’j的相應(yīng)時間采樣。序列NES’j的值表示對數(shù)據(jù)中的不確定性的預(yù)先估計。這些值可以進一步與地震測量中來自其他傳感器離散度和/或其他場景(shot)的集合軌跡相結(jié)合，其中由于前面提到的不確定性，結(jié)合的方法應(yīng)用到已知的數(shù)據(jù)結(jié)合的技術(shù)以及不確定性的跟蹤(tracking)。對于不確定性的預(yù)先估計進行訪問的好處在于結(jié)合軌跡的方式可以被優(yōu)化，用來使不確定性的整體影響最小，并且地震數(shù)據(jù)處理的最終結(jié)果的特征在于對不確定性進行更精確的估計。
普通的數(shù)據(jù)處理流程在圖4的步驟17到22中顯示，而且它顯示了怎樣在接下來的對已獲得的數(shù)據(jù)的處理中使用本發(fā)明提供的離散度量度。在步驟17中，適合它所涉及的處理步驟的不同集合和不同場景的軌跡集S′j從步驟16或者另外的處理步驟被輸入，同時輸入的還有相應(yīng)的離散度估計集NES’j。在適配的過程中或者數(shù)據(jù)反演過程中形成了一個模型，并且希望以優(yōu)化的方式使該模型適合于數(shù)據(jù)，該方法是通過估計過程或者反演參數(shù)來實現(xiàn)的，這些參數(shù)從已測量的軌跡Sj中，根據(jù)一些量度(metric)，導(dǎo)出了具有最小差的已建模的軌跡。通常這個差是在目標函數(shù)中進行估計的，并且希望這個差最小，以定義最優(yōu)的處理或者參數(shù)的反演(inversion)。為了防止將模型過度適配于數(shù)據(jù)中的噪聲，并且理解相對不同數(shù)據(jù)的可靠性，希望數(shù)據(jù)的不確定性進行預(yù)先估計。通常這些都是猜測的，或者相反，都是簡單省略了的，而將所有數(shù)據(jù)看作具有相等的可靠性。由本發(fā)明提供的單個傳感器采集以及離散度的量度允許每個數(shù)據(jù)值具有由歸一化離散度的估計給出的相關(guān)聯(lián)的不確定性。這些估計將用在計算目標功能的過程中，通過使用一種方法加權(quán)的輸入數(shù)據(jù)，這種方法是通過給予那些具有最小的歸一化離散度值的數(shù)據(jù)以最大的置信度來完成的。這種適配處理或者反演方案在步驟18中重復(fù)執(zhí)行，并且得到的加權(quán)目標函數(shù)在步驟19中重新計算。在步驟20中，估計目標函數(shù)的變化以滿足一個結(jié)束檢測(end-test)標準。如果該標準沒有滿足，就要在步驟22更新過程參數(shù)或者反演模型的參數(shù)，通常通過計算一組數(shù)據(jù)變化對參數(shù)變化的靈敏度來實現(xiàn)，而循環(huán)將重新進入步驟18。這一結(jié)束檢測標準可以通過不對目標函數(shù)進行進一步優(yōu)化來滿足，或者通過將模型數(shù)據(jù)適配于預(yù)先的記錄數(shù)據(jù)的不確定性來滿足，或者通過二者的結(jié)合來滿足。從這一點來看，圖4的步驟21，已處理的或者經(jīng)過反演的數(shù)據(jù)、處理或者反演模型的參數(shù)、數(shù)據(jù)最終的不確定性以及參數(shù)一起被輸出。
對于其他的處理應(yīng)用，例如特定的非線性或者數(shù)據(jù)適配的過程，希望保持單個傳感器的數(shù)據(jù)軌跡，其中集合在圖4的步驟16結(jié)束時定義，同時也定義了與它們相關(guān)的公共信號的估計以及序列Sj和NES’j中的已經(jīng)歸一化的離散度。然后可以通過和圖2中以及圖4中的步驟12到15所顯示的方法相類似的方法來處理數(shù)據(jù)，只是由步驟16輸出的估計成為新的處理步驟的輸入估計。遵循下面的新的數(shù)據(jù)處理步驟(圖3)，可以用從NES’j到NES”j的變化優(yōu)化數(shù)據(jù)的處理，并且將新的預(yù)先不確定性的估計傳遞到進一步的處理步驟或者最終結(jié)果中。由于保持了單個的傳感器的軌跡，原理上在處理序列中任意方便的點上將數(shù)據(jù)分組都是可能的，這種分組將通過使用公共信號的估計來表示在每一組中已經(jīng)優(yōu)化的信號，通過這樣做，可以減小計算和存儲的要求。
對于線性的、確定性的數(shù)據(jù)處理操作，序列NES’j集標志了在所估計的信號軌跡S′j中的不確定性，該序列足以在處理操作結(jié)束時確定不確定性。這包括涉及了組成多路軌跡的操作，如求和(summations)或者堆棧(stacking)，其中該不確定性可以通過對進入堆棧的時間采樣進行適當?shù)募訖?quán)來合并，加權(quán)是通過對離散度進行歸一化估計，或者是它的偏差，例如方差，來進行的。
在上面所述的實施例中，使用標準差與均值的絕對值的比值作為一組中每個單獨的傳感器的輸出的離散度量度，大約是這組的平均傳感器輸出。但是，本發(fā)明并不限于使用這一量度作為離散度的量度，而可以使用任何其他方便的量度。例如，在很多應(yīng)用中，最好使用方差(它是標準差的平方)作為離散度的量度，因為在多路軌跡結(jié)合中使用方差是很簡單的。在線性的處理操作中，包括那些涉及多路軌跡的操作，在處理步驟中采用方差相對直截了當。
除了經(jīng)過歸一化的標準差和方差，原理上也可以使用其他統(tǒng)計量來度量一個集合中傳感器輸出的離散度，例如，使用每個傳感器輸出和均值之間的絕對差的平均值，或者最大傳感器輸出和最小傳感器輸出之間的差的幅度。由于地震軌跡并不是時間靜態(tài)的序列，因此希望對離散度的量度進行歸一化，并且在本實施例中我們選擇使用臨時的集合均值的絕對值來表示，但是本發(fā)明并不限于選擇這樣的歸一化過程，也不限于選擇該集合中公共信號的估計。使用量度也是適合的，其中量度是在序列中開窗的部分中估計得到的，正如和臨時的值相反的那樣。
可以確定本發(fā)明傳感器輸出的離散度的一種量度，因為對噪聲場均值進行充分采樣是必要的，這樣傳感器陣列就必須對地震波場進行過采樣。
地震測量總是受到噪聲的影響，如環(huán)境噪聲，或者自噪聲(就是由地震傳感器檢測到的由地震測量系統(tǒng)產(chǎn)生的不希望的聲學噪聲)。影響地震測量系統(tǒng)的噪聲通常是相干的，并且相對于采集系統(tǒng)來講通常是本地的。在傳感器處的噪聲通常具有明顯的波長，該波長要比由地球內(nèi)部散射產(chǎn)生的地震信號的波長要短。因此，地震傳感器陣列的各個傳感器是相互隔開的，這樣它們就可以足夠精確地采樣噪聲波場，因此允許噪聲波場，而不會讓噪聲的能量不適當?shù)剡M入信號帶寬內(nèi)。在常規(guī)的地震陣列中將傳感器硬連接成組，并將一個組內(nèi)的各個傳感器的輸出信號進行平均的目的是在信號被處理之前減少其中的噪聲。但是，在常規(guī)系統(tǒng)的情況下，這一預(yù)先確定的傳感器劃分對于減小噪聲并不是最理想的，并且通常降低了已采集的地震信號的質(zhì)量。
SSS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了對由每個單獨的傳感器采集的數(shù)據(jù)的訪問，并且這可以對信號的處理進行優(yōu)化，以使干擾最小，同時提高了所采集信號的質(zhì)量，并且從信號中去除了大部分的本地噪聲。
在SSS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的情況下，在抽象分組中的傳感器的間隔由環(huán)境噪聲和自噪聲期望的衰減來確定，這些噪聲通常具有較短的波長或者相干的波長。由于這些傳感器并沒有硬連接成組，所以每一組中的傳感器的數(shù)目可在數(shù)據(jù)處理步驟中確定。
在SSS數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，組間距通過提供對地球內(nèi)部散射的地震能量在空間上進行充分采樣的需要來確定。(組的長度通常將是組間距的兩倍，由于采樣原理證明了波場應(yīng)該在每個波長上進行兩個或者更多點的抽樣。)因此在組間距內(nèi)的傳感器對地震場進行過采樣，并且根據(jù)本發(fā)明，使用對地震波場的過采樣來確定一組中單個傳感器輸出的離散度量度，它大約是在這組中傳感器輸出的均值。
顯示對地震波場過采樣的例子就是菲涅耳(Fresnel)區(qū)域半徑，它定義了地震反射器的大小，該反射器是主反射的幅度的主要來源(“主”反射就是指從地震源到地震傳感器的一條路徑上的地震能量，它僅僅包含單一的反射)。菲涅耳區(qū)域半徑定義了地震反射器的大小，該反射器是主反射的幅度的主要來源。在多數(shù)的過載模型中，和圖2中25m的組長度相比，對于處于兩路(two-way)時間是1s的50Hz的信號分量來說這一半徑大于100m。
可以通過考慮另外的情況來獲得另外的顯示，該情況就是數(shù)據(jù)可以通過以730m的水平距離隔開的一個地震源和一個傳感器陣列來采集，并且其中的地震能量被埋在地球表面下深度為1km反射器反射。在這種采集幾何關(guān)系中，在出射角是20°的時候，跨過長度為25m的傳感器集合的出射角的變化大約為0.6°?？邕^傳感器集合的路徑長度的變化大約為9m。這就導(dǎo)致了在海底測量中穿越集合的到達時間的時延將增加6ms，為了保留信號的帶寬，這將需要射束操縱傳感器的輸出。這樣的射束操縱可以補償穿過集合波陣面的傾角，或者是一階導(dǎo)數(shù)。在這里使用的模型中，假設(shè)整個集合的波場的高階導(dǎo)數(shù)，如曲率，是小的，并且可以假設(shè)它們是噪聲而將其忽略，而不會反過來影響隨后的對公共信號的估計，也不會影響其離散度的量度。如上面提到的，應(yīng)該對這樣的高階導(dǎo)數(shù)進行估計，并且在原理上用它來改進(refine)本發(fā)明公共信號的估計。但是，在這里描述的實施例中，為了解釋的簡便，這些高階的導(dǎo)數(shù)被當作噪聲處理。但是振幅對偏移(AVO)的影響以及幾何離散度對這些角度和路徑長度的變化來講是無關(guān)緊要的。因此，大約是平均傳感器輸出，傳感器集合的傳感器輸出的變化的估計可以從SSS傳感器的輸出中直接獲得。
本發(fā)明的第二個實施例在圖3中顯示。該實施例特別適合應(yīng)用在希望使用非線性操作處理地震數(shù)據(jù)的時候。
在使用非線性操作的數(shù)據(jù)處理過程中不確定性的跟蹤通常不像使用線性操作那樣直接。因此，和圖2的實施例相對比，省略了分配公共信號估計S′j的步驟，該估計表示了每個集合的輸出信號。在圖3所示的實施例中，所有由單個傳感器生成的數(shù)據(jù)序列將進入進一步的處理模塊，如集合。圖3所示的橢圓顯示了第j個集合和第k個集合所包含的數(shù)據(jù)序列。這些序列包含每個集合中的公共信號的估計以及數(shù)據(jù)的離散度，這些序列可以在數(shù)據(jù)處理的過程中在任何期望的時刻獲得，或者在數(shù)據(jù)經(jīng)過非線性處理模塊的處理之前或者之后獲得。
在本發(fā)明的另一個實施例中，可以使用一組中傳感器輸出的離散度量度為數(shù)據(jù)的預(yù)處理選擇參數(shù)，這樣做的目的是在每一個集合中減小噪聲對信號的比率。這就是說，在圖4中的模塊11和/或13中的預(yù)處理步驟的參數(shù)是根據(jù)步驟12和14的對歸一化離散度量度的變化進行計算得到的。該步驟在圖4中通過步驟23顯示——在傳感器的輸出被抽象分組之前。因此，在本發(fā)明的這個實施例中，預(yù)處理步驟11和13的參數(shù)的選擇是基于由傳感器輸出的數(shù)據(jù)序列的經(jīng)過歸一化的離散度量度(或者離散度的其他量度)來進行的。在這個實施例中，在步驟11，將傳感器輸出的數(shù)據(jù)序列的測試采樣抽象分組成各個集合，在步驟13對其進行預(yù)處理，并且在步驟12和14，再對經(jīng)過歸一化的離散度量度進行計算。根據(jù)在步驟15所看到的離散度的改善程度，預(yù)處理步驟11和13的參數(shù)可以是手動或者自動變化的，并且重新計算了歸一化的離散度量度；改變預(yù)處理步驟11和13參數(shù)的步驟將一直重復(fù)，直到歸一化的離散度的量度被最小化，該量度將被用來表示在預(yù)處理信號中噪聲對信號的比率。這一實施例的原理在圖4的步驟23中顯示。
在本發(fā)明另外的實施例中，經(jīng)過預(yù)處理最小化噪聲之后，由集合中傳感器輸出的歸一化的離散度量度序列NES’j，被用來控制由圖4中步驟17，18，19，20及22執(zhí)行的后續(xù)自適應(yīng)處理/反演步驟的參數(shù)，這些參數(shù)將作用于表示每個集合中信號的最佳估計的序列S′j。例如，對一個集合中傳感器輸出的離散度的適當?shù)牧慷龋褂妹總€集合中公共信號的估計進行歸一化，它將在預(yù)處理之后為每個集合提供一個信噪比的估計。
在本發(fā)明另外的實施例中，使用傳感器輸出的適當?shù)臍w一化量度來選擇圖4中預(yù)處理步驟11和13以及處理步驟18的參數(shù)。
在本發(fā)明另外的實施例中，在步驟15中顯示了輸出的輸出信號的標準差或者其他經(jīng)過歸一化的離散度的量度，并且在采集的過程中連續(xù)對其進行監(jiān)控。如果標準差或者其他經(jīng)過歸一化的離散度量度表明到傳感器輸出的噪聲超過預(yù)先設(shè)定的水平，則要改變操作器使之進行糾正操作。在這一實施例中，最好對標準差或者其他經(jīng)過歸一化的離散度量度進行實時的計算，這樣操作器就可以盡可能快地改變其操作。另外，如果希望減小所需的處理功率，標準差或者其他歸一化的離散度量度可以僅在所選擇的由傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)部分進行計算。
在對上面所述的實施例的描述中，假設(shè)傳感器測量了單個的參數(shù)。但是，本發(fā)明可以被應(yīng)用到具有多個傳感器部件的實施例中，如上所述，可以通過處理所有的或者部分的傳感器的輸出分量，或者它們的結(jié)合來進行。
在上面的描述中，假設(shè)傳感器陣列1的傳感器2產(chǎn)生了數(shù)字輸出。但是，原理上本發(fā)明可以通過使用輸出模擬信號的傳感器來實現(xiàn)，通過對傳感器的輸出進行適當?shù)牟蓸樱@樣每個傳感器的輸出可以存儲在適合的介質(zhì)中，以便在以后的處理中使用或者重復(fù)使用。
根據(jù)本發(fā)明的一個方法可以通過使用經(jīng)過適當編程的數(shù)據(jù)處理器來實現(xiàn)，例如集成了由Schlumberger開發(fā)的單一傳感器地震采集系統(tǒng)的處理器。
在上面所述的實施例的描述中，假設(shè)由每個傳感器進行的測量和其他傳感器進行的相應(yīng)測量是基本同步進行的，即tqm＝tqn。實際上，對數(shù)字化來說沒有“開始”所有的信道被連續(xù)地采樣，并且要根據(jù)地震源活動的時間以及所希望的記錄長度“砍斷”得到數(shù)據(jù)流。原理上，由一個傳感器進行的測量并不需要與另外的傳感器進行的測量完全同步。但是，如果在連續(xù)的信道中相同概念上的采樣操作之間具有累進的時延，就需要在進一步的數(shù)據(jù)處理之前對時延進行糾正。
假設(shè)采樣率對于模擬信號——包括噪聲的帶寬來講是足夠的，這些信號和噪聲經(jīng)過采樣(模擬信號的最高頻率由反混疊(anti-alias)濾波器限定在采樣頻率的一半)，那么得到的數(shù)字信號可以內(nèi)插到共同的采樣時間內(nèi)，即使在軌跡1的第一個采樣時間與軌跡2的第一個采樣時間存在延時。這在假設(shè)軌跡1的第一個采樣時間和軌跡2的第一個采樣時間之間的延時小于或者等于采樣間隔的時候是正確的。因此，如果每個軌跡中的采樣不是同時獲得的，最好在處理之前，將它們內(nèi)插到共同的時間參考內(nèi)。
前面描述的本發(fā)明參考了SSS地震數(shù)據(jù)的處理。但是，本發(fā)明并不限于處理地震數(shù)據(jù)。原理上，本發(fā)明可以被應(yīng)用到由任何單一傳感器采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)的處理過程中，這一系統(tǒng)允許對各個傳感器信號進行訪問，并且需要衰減本地短波長噪聲，這導(dǎo)致了感應(yīng)單元形成陣列，并對信號進行過采樣。例如，本發(fā)明除了可以處理地震數(shù)據(jù)以外，也可以應(yīng)用到處理聲音、超聲波或者電磁數(shù)據(jù)中。
圖5是設(shè)備24的原理框圖，該設(shè)備能夠執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。
設(shè)備24包含一個可編程的數(shù)據(jù)處理器25，以及程序存儲器26，例如，它可以是只讀存儲器(ROM)的形式，存儲用于控制數(shù)據(jù)處理器25的程序，處理器通過本發(fā)明的方法處理地震數(shù)據(jù)。該設(shè)備進一步包含非易失性讀/寫存儲器27，用于存儲例如在電源供電缺乏的時候需要保留的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理器的“工作(working)”存儲器或者“便箋本(scratch pad)”存儲器由隨機訪問存儲器RAM28提供。本發(fā)明還提供了輸入設(shè)備29，例如用于接收用戶的命令和數(shù)據(jù)。還提供了一個或多個輸出設(shè)備30，例如用于顯示與處理相關(guān)的信息以及處理的結(jié)果。輸出設(shè)備例如可以是打印機、可視顯示單元或者輸出存儲器。
用于處理的數(shù)據(jù)可以通過輸入設(shè)備29輸入，或者可以通過可選的機讀數(shù)據(jù)存儲器31提供。
處理的結(jié)果可以通過輸出設(shè)備30輸出，或者被存儲起來。
操作該系統(tǒng)以及執(zhí)行上文中所述方法的程序存儲在程序存儲器26中，它可以體現(xiàn)為一個半導(dǎo)體存儲器，例如已知的ROM類型。但是，程序也可以很好地存儲在其他適合的存儲介質(zhì)中，例如磁性數(shù)據(jù)載體26a(如“軟盤”)，或者CD-ROM 26b。
權(quán)利要求
1.一種處理數(shù)據(jù)的方法，它包括的步驟有從第一數(shù)據(jù)序列以及第二數(shù)據(jù)序列中確定表示第一和第二數(shù)據(jù)序列的離散度量度的序列，從而提供對信號中原始不確定性的估計，其中第一數(shù)據(jù)序列是通過在第一傳感器處對與不確定性相關(guān)聯(lián)的信號進行采樣獲得的，第二數(shù)據(jù)序列是通過在第二傳感器處對與前面信號基本相同的、并與不確定性相關(guān)聯(lián)的信號進行采樣獲得的，并且第一和第二傳感器在空間上相互分離。
2.如權(quán)利要求1的方法，進一步包括確定表示第一和第二數(shù)據(jù)序列中的公共信號的數(shù)據(jù)序列的步驟。
3.如權(quán)利要求2的方法，其中確定公共信號數(shù)字序列的步驟包括為第一數(shù)字序列中的每個值確定一個表示第一數(shù)據(jù)序列中的值與第二數(shù)據(jù)序列中的相應(yīng)值之間的共同性的值。
4.如權(quán)利要求1，2或3的方法，其中確定表示離散度量度的序列的步驟包括為第一數(shù)字序列中的每個值確定一個第一數(shù)字序列中的值與第二數(shù)據(jù)序列中的相應(yīng)的值之間的離散度量度。
5.如前面任一權(quán)利要求所述的方法，其中表示離散度量度的序列相對于公共信號數(shù)據(jù)序列的絕對值進行歸一化。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中確定表示離散度量度的序列的步驟包括為第一數(shù)據(jù)序列中的每個值確定一個第一數(shù)據(jù)序列中的值與第二數(shù)據(jù)序列中的相對應(yīng)的值之間的離散度量度，它將除以公共信號數(shù)字序列中相應(yīng)值的絕對值。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，所包括的步驟有a)從多個數(shù)據(jù)序列中選擇兩個或者更多的數(shù)據(jù)序列，其中每個序列在各個的傳感器處通過對信號采樣得到，每個傳感器在空間上與其它的傳感器分離；以及b)確定表示所選數(shù)據(jù)序列的離散度量度的序列。
8.如權(quán)利要求7的方法，進一步包括的步驟有c)從所選擇的數(shù)據(jù)序列中確定表示所選數(shù)據(jù)序列的公共信號的數(shù)據(jù)序列。
9.如權(quán)利要求8的方法，其中確定公共信號數(shù)字序列的步驟包括為第一個所選擇的數(shù)據(jù)序列中的每個值確定一個表示第一個數(shù)據(jù)序列中的值與其他所選數(shù)據(jù)序列中的相應(yīng)值之間的共同性的值。
10.如權(quán)利要求7，8或9的方法，其中確定表示離散度量度的序列的步驟包括為第一個所選擇的數(shù)據(jù)序列中的每個值確定一個第一個數(shù)據(jù)序列中的值與該數(shù)據(jù)序列中或者其他所選數(shù)據(jù)序列中相應(yīng)的值之間的離散度量度。
11.如權(quán)利要求6至10中任一項的方法，其中表示離散度量度的序列相對于公共信號數(shù)據(jù)序列的絕對值進行歸一化。
12.如權(quán)利要求11的方法，其中確定離散度量度的步驟包括為第一個所選擇的數(shù)據(jù)序列中的每個值確定一個第一數(shù)據(jù)序列中的值與該數(shù)據(jù)序列中或者其他所選數(shù)據(jù)序列中相應(yīng)的值之間的離散度量度，該量度相對于相應(yīng)的公共信號數(shù)據(jù)序列的絕對值進行歸一化。
13.如權(quán)利要求8至12中的任一項的方法，其中步驟(a)包括將數(shù)據(jù)序列分組為兩個或者更多的集合，并從數(shù)據(jù)序列的集合中選擇一個集合。
14.如權(quán)利要求13的方法，進一步包括從數(shù)據(jù)序列的集合中選擇另一個集合的步驟，并對另外所選擇的這個數(shù)據(jù)序列的集合重復(fù)步驟(b)。
15.如前面任一權(quán)利要求中所述的方法，進一步包括輸出表示離散度量度的序列的步驟。
16.如權(quán)利要求2或8或者任一直接或者間接引用了權(quán)利要求2或8的從屬權(quán)利要求的方法，進一步包括輸出公共信號數(shù)據(jù)序列的步驟。
17.如權(quán)利要求15或16的方法，其中公共信號數(shù)據(jù)序列和/或表示離散度量度的序列作為各自的軌跡被輸出。
18.如前面任一權(quán)利要求中所述的方法，其中離散度的量度由每個數(shù)據(jù)序列中相應(yīng)值的標準差構(gòu)成。
19.如權(quán)利要求1至17中任一項的方法，其中離散度的量度由每個數(shù)據(jù)序列中相應(yīng)值的方差構(gòu)成。
20.如前面任一權(quán)利要求中所述的方法，進一步包括處理公共信號數(shù)據(jù)序列的步驟。
21.如權(quán)利要求20的方法，進一步包括根據(jù)離散度量度控制處理公共信號數(shù)據(jù)序列的步驟。
22.如前面任一權(quán)利要求中所述的方法，進一步包括在執(zhí)行確定表示離散度量度的序列的步驟之前對這一數(shù)據(jù)序列進行預(yù)處理的步驟。
23.如權(quán)利要求22的方法，進一步包括根據(jù)所確定的離散度的量度控制一個或多個預(yù)處理步驟的參數(shù)的步驟，并重復(fù)該預(yù)處理的步驟。
24.如權(quán)利要求22或23的方法，當權(quán)利要求22或23引用了權(quán)利要求7或者引用了權(quán)利要求7的任一從屬權(quán)利要求的時候，其中預(yù)處理步驟要在選擇步驟之前執(zhí)行。
25.如前面任一權(quán)利要求中所述的方法，其中每個數(shù)據(jù)序列都是一個地震數(shù)據(jù)序列。
26.如前面任一權(quán)利要求中所述的方法，進一步包括采集每個數(shù)據(jù)序列的步驟。
27.如權(quán)利要求25的方法，進一步包括使用單一傳感器地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來采集每個地震數(shù)據(jù)的步驟。
28.用于處理數(shù)據(jù)的設(shè)備，該設(shè)備包括用于從第一數(shù)據(jù)序列以及第二數(shù)據(jù)序列中確定表示第一和第二數(shù)據(jù)序列的離散度量度的序列的裝置，從而提供對信號中原始不確定性的估計，其中第一數(shù)據(jù)序列是通過在第一傳感器處對與不確定性相關(guān)聯(lián)的信號進行采樣獲得的，第二數(shù)據(jù)序列是通過在第二傳感器處前面信號基本相同的、并與不確定性相關(guān)聯(lián)的信號進行采樣獲得的，并且第一和第二傳感器在空間上相互分離。
29.如權(quán)利要求28的設(shè)備，還包括可編程的數(shù)據(jù)處理器。
30.存儲有用于如權(quán)利要求29所述的設(shè)備中的數(shù)據(jù)處理器的程序的存儲介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種處理數(shù)據(jù)序列的方法，這些數(shù)據(jù)序列是同時在空間上相互分離的位置上得到的。確定了表示數(shù)據(jù)序列或者所選擇的數(shù)據(jù)序列的離散度量度的序列(步驟12)。還從該(所選擇的)數(shù)據(jù)序列中確定公共信號數(shù)據(jù)序列(步驟12)。數(shù)據(jù)序列的離散度量度最好是經(jīng)過歸一化的，例如相對于公共信號數(shù)據(jù)序列的絕對值進行歸一化。離散度量度是對原始得到的數(shù)據(jù)序列中的噪聲對信號的比率的量度?？梢杂盟鼇砜刂破渌麑?shù)據(jù)序列執(zhí)行的處理步驟(步驟11，13，18)中的參數(shù)?？蛇x地或者附帶地，離散度量度可以被輸出(步驟16)，例如用于觀察者的監(jiān)控。該方法可以應(yīng)用在使用單一傳感器地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對所采集的地震數(shù)據(jù)的處理過程中。
文檔編號G01V1/28GK1516814SQ02812011
公開日2004年7月28日 申請日期2002年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月16日
發(fā)明者菲利浦·A·F·克里斯泰, 安佐尼·D·柯蒂斯, D 柯蒂斯, 菲利浦 A F 克里斯泰 申請人:維斯特恩格科地震控股有限公司