專利名稱：由海洋牽引雙傳感器地震拖纜數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)涉及表面的多次反射的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及地球物理勘探領(lǐng)域，特別是涉及海洋地震數(shù)據(jù)處 理領(lǐng)域。更確切地說(shuō)，本發(fā)明涉及雙傳感器牽引海洋地震拖纜的多次 反射的減少。
背景技術(shù)：
在石油和天然氣工業(yè)中，地球物理勘探通常用來(lái)幫助搜索并評(píng)價(jià) 地層構(gòu)造。地球物理勘探技術(shù)積累了有關(guān)地球表層下結(jié)構(gòu)的知識(shí)，這 對(duì)尋找并提取貴重的礦物資源是很有用的，特別是石油和天然氣等碳 氫化合物礦藏。地球物理勘探的一項(xiàng)眾所周知的技術(shù)是地震勘探。在 陸地進(jìn)行的地震勘探中，在地面或靠近地面產(chǎn)生一個(gè)地震信號(hào)，然后 向下傳播到地球的地表下面。在海洋地震勘探中，地震信號(hào)首先向下 傳播，穿過(guò)一層覆蓋在地球的地下表層上的水域。
地震能源用來(lái)產(chǎn)生地震信號(hào)，地震信號(hào)傳播進(jìn)入地球后，至少部分通過(guò)地表下的地震反射體進(jìn)行反射。這種典型的地震反射體為具有 不同彈性特性的地層之間的界面，彈性特性尤其是指波速和巖石密度，
可在界面上產(chǎn)生不同的聲抗(acoustic impedance)。在地面或靠 近地面，在覆蓋地面的水域中，或者在已知深度的井中，可以通過(guò)地 震傳感器(也稱為接收器)檢測(cè)到這種反射。對(duì)所產(chǎn)生的地震數(shù)據(jù)進(jìn) 行記錄和處理，可以得出有關(guān)地層及其潛在碳?xì)浠衔锊亓康牡刭|(zhì)構(gòu) 造和特性的信息。
地震勘探的適當(dāng)能源在陸地上可以包括炸藥或振動(dòng)器，在水中包 括氣槍或海洋振動(dòng)器。在陸地勘探時(shí)用作地震傳感器的適當(dāng)類型可以 包括粒子運(yùn)動(dòng)傳感器，在海洋勘探時(shí)則可包括水壓傳感器。典型的粒 子運(yùn)動(dòng)傳感器為粒子速度傳感器，但是粒子位移傳感器、粒子加速度 傳感器、或壓力梯度傳感器可以用來(lái)替代粒子速度傳感器。業(yè)界通常 把粒子傳感器叫做地震檢波器，水壓傳感器叫做水聽(tīng)器。地震源及地 震傳感器都可以單獨(dú)使用，但更經(jīng)常是組合在一起使用。
在典型的海洋地震勘探中，地震勘探船在水面航行， 一般大約為 每小時(shí)5海里，包含地震采集設(shè)備，例如航行控制、地震源控制、地 震傳感器控制及記錄設(shè)備。地震源控制設(shè)備使水域中由地震船牽引地 震源，在選定的時(shí)間啟動(dòng)。地震拖纜，也稱為地震電纜，是由牽引地 震源的地震勘探船或由另一艘地震勘探船在水域中牽引的像電纜一樣 的長(zhǎng)形結(jié)構(gòu)。典型情況是，多個(gè)地震拖纜凈皮拖在一艘地震船后面。地 震拖纜具備傳感器，用來(lái)檢測(cè)由地震源引起的、由反射界面反射的反 射波場(chǎng)。按照慣例，地震拖纜包含壓力傳感器，例如水聽(tīng)器，但是已 經(jīng)有人建議，地震拖纜除了水聽(tīng)器之外，還應(yīng)包含水粒子速度傳感器 例如地震檢波器，或粒子加速度傳感器例如加速度計(jì)。壓力傳感器和 粒子運(yùn)動(dòng)傳感器可以緊靠著使用，成對(duì)布置，或沿地震電纜成對(duì)排列 布置。
被記錄的地震數(shù)據(jù)包含關(guān)于有用的初級(jí)反射("初級(jí)反射") 的信號(hào)，也有關(guān)于噪聲的信號(hào)，例如多次反射("multiples")的 信號(hào)。初級(jí)反射是來(lái)自地表下地震反射體的有意義的單次反射，而多 次反射是來(lái)自于反射體的任何結(jié)合的多次反射。在海洋地震勘探中， 多次反射與初級(jí)反射相比特別強(qiáng)，因?yàn)樗?地界面以及特別是空氣-水 界面具有很高的聲抗對(duì)比，因此是強(qiáng)地震反射體。特別是，涉及表面的多次反射，是那些在自由表面(水-空氣接觸)具有至少一個(gè)向下反 射的多次反射。在表面的向下反射的數(shù)量規(guī)定了涉及表面的多次反射 的級(jí)數(shù)。在這個(gè)定義之下，初級(jí)反射剛好是零級(jí)的涉及表面的多次反 射。因此，希望能有一種方法，能夠除去第一級(jí)及更高級(jí)的涉及表面 的多次反射。
許多常規(guī)方法只對(duì)壓力傳感器應(yīng)用地震處理。但是，壓力傳感器 數(shù)據(jù)具有由水面反射引起的頻譜凹槽，通常被稱為海洋表面的虛反射。 這些頻"i普凹槽經(jīng)常出現(xiàn)在地震采集頻帶中。因此，壓力傳感器數(shù)據(jù)的 有用部分被限制在遠(yuǎn)離頻譜凹槽而不能覆蓋全部地震采集頻帶。采用 "雙傳感器"拖纜形式的壓力傳感器和粒子運(yùn)動(dòng)傳感器，可以消除這 種限制。
L.Amundsen和A.Reitan在"多成分海底數(shù)據(jù)分解為上行和下 行的P波及S波，，(Geophysics, Vol.60, No. 2, 3-4月，1995, p.563-572 ) —文中描述了一種在水層和海底對(duì)雙傳感器電纜數(shù)據(jù)去 虛反射的方法。Amundsen和Reitan提出了 一種分解濾波器，應(yīng)用 于水聽(tīng)器記錄的緊貼海底面上的壓力，以及地震檢波器記錄的緊貼海 底面下的粒子速度的徑向及垂直分量。分解濾波器將數(shù)據(jù)分離為上行 和下行的P波及S波，得出上行分量中的去虛反射波場(chǎng)。分解濾波器 的系數(shù)取決于P波及S波的速度及海底密度。
Borresen,C.N.,在美國(guó)專利公開(kāi)號(hào)為US 2006/0050611Al、 發(fā)明名稱為"用于減少由壓力傳感器和粒子運(yùn)動(dòng)傳感器記錄的地震數(shù) 據(jù)中水底多次反射的方法，，、轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人聯(lián)營(yíng)公司的專利 中，說(shuō)明了一種減少海洋地震數(shù)據(jù)中水底多次反射的方法。該方法包 括計(jì)算來(lái)自壓力傳感器和粒子運(yùn)動(dòng)傳感器的信號(hào)中的上行和下行的波 場(chǎng)分量，把波場(chǎng)外推到水底，利用外推波場(chǎng)和水底反射系數(shù)來(lái)產(chǎn)生一 個(gè)基本上不含水底多次反射的向上行進(jìn)的波場(chǎng)。
Ikelle,L.T.等人在文章"基爾霍夫分散級(jí)數(shù)對(duì)多次反射減少 方法的了解，， (Geophysics, Vol. 68， No.l, 1-2月，2003， p.16-28)中描述了一種基爾霍夫分散級(jí)數(shù)，用來(lái)減少牽引拖纜數(shù)據(jù) 中的涉及表面的多次反射。Ikelle等人(2003)展示了采用壓力和 垂直速度測(cè)量的基爾霍夫級(jí)數(shù)方法，如何與只用壓力測(cè)量的Born級(jí)數(shù) 方法相近似。關(guān)于抑制涉及表面的多次反射的手段目前包括以反饋理論為基礎(chǔ) 的適配減法，以相互原理為基礎(chǔ)的方法，以及逆分散推導(dǎo)法。所有這 些工具，盡管以不同的理論推導(dǎo)為基礎(chǔ)，但是都不需要對(duì)地表下模式 有任何了解。而且，有些方法還不需要了解地震源特征。在本技術(shù)領(lǐng) 域還知道一些其他抑制涉及表面的多次反射的方法。這些方法通常被 稱為SRME (涉及表面的多次反射的消除)。這些方法基本上是數(shù)據(jù)啟 動(dòng)方法，即從已測(cè)量的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)多次反射，不需要了解地表下的地球 模式。但是，這些方法中的某些方法還需要了解地震源特征。但是，這些方法有一個(gè)共同缺點(diǎn)，就是應(yīng)用于常規(guī)牽引拖纜數(shù)據(jù) 時(shí)，除了拖纜偏轉(zhuǎn)和接收器虛反射之外，還由于海洋表面深度的變化 及海洋表面反射系數(shù)的波動(dòng)產(chǎn)生誤差。在惡劣的天氣條件下，這些問(wèn) 題變得更加嚴(yán)重，惡劣的天氣條件反過(guò)來(lái)影響海洋表面。對(duì)海洋表面 和反射系數(shù)的認(rèn)識(shí)，可以使多次反射預(yù)測(cè)的誤差有所校正。因此，需 要一種SRME的方法，即使在苛刻的天氣條件下，也能有效地減少多次 反射。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是對(duì)來(lái)自具有粒子運(yùn)動(dòng)傳感器和壓力傳感器的雙傳感器牽 引海洋地震拖纜的地震數(shù)據(jù)的一種處理方法。將來(lái)自牽引海洋地震拖 纜的粒子運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)及壓力傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)相結(jié)合，產(chǎn)生上行壓 力波場(chǎng)分量和下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量。下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量，從接 收器位置深度水平被外推到地震源位置深度水平。上行壓力波場(chǎng)分量， 被外推的下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量纏繞(在頻率范圍多次反射)，產(chǎn)生 第一級(jí)涉及表面的壓力場(chǎng)的多次反射。然后，利用第n-l級(jí)不含涉及 表面的多次反射(surface related multiples free)的壓力數(shù) 據(jù)和外推的下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量的乘積，迭代計(jì)算壓力波場(chǎng)中的第n 級(jí)涉及表面的多次反射。從所記錄的壓力波場(chǎng)中迭代減去計(jì)算出的第n 級(jí)涉及表面的多次反射，產(chǎn)生第n級(jí)不含涉及表面的多次反射的數(shù)據(jù)。


通過(guò)參考以下詳細(xì)說(shuō)明及附圖，可以更容易地理解本發(fā)明及其優(yōu) 點(diǎn)，其中圖1是本發(fā)明的方法中用來(lái)指示垂直速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的兩個(gè)射線束支柱的示意圖；圖2是用本發(fā)明的方法處理之前的雙傳感器數(shù)據(jù)的上行壓力場(chǎng)的nmo疊層；圖3是用本發(fā)明的方法處理的雙傳感器數(shù)據(jù)的nmo疊層； 圖4是用常規(guī)方式處理的常規(guī)拖纜數(shù)據(jù)的nmo疊層； 圖5是說(shuō)明本發(fā)明的從海洋牽引拖纜的壓力傳感器和粒子運(yùn)動(dòng)傳 感器記錄的地震數(shù)據(jù)中減少涉及表面的表面多次反射的方法的一個(gè)實(shí)施方案開(kāi)始步驟的流程圖；圖6是說(shuō)明圖5中開(kāi)始的本發(fā)明方法的實(shí)施方案的結(jié)束步驟的流 程圖。當(dāng)結(jié)合優(yōu)選實(shí)施方案說(shuō)明本發(fā)明時(shí)，應(yīng)該理解本發(fā)明并不局限于 此。恰恰相反，本發(fā)明的意圖是要覆蓋可以包括在本發(fā)明范圍之內(nèi)的 所有變化、修改、及等效方案，如所附權(quán)利要求所規(guī)定的。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明是用于處理在海洋勘測(cè)過(guò)程中通過(guò)被牽引的拖纜獲得的雙 傳感器地震數(shù)據(jù)的一種方法。特別是，本發(fā)明是用于從雙傳感器數(shù)據(jù) 的壓力和粒子運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)中減少涉及表面的多次反射的一種方法。典型的粒子運(yùn)動(dòng)傳感器是粒子速度傳感器，但是其它粒子運(yùn)動(dòng)傳 感器，包括粒子加速度傳感器，也可以用來(lái)在雙傳感器拖纜中取代粒 子速度傳感器。在技術(shù)領(lǐng)域中，粒子速度傳感器通常稱作地震檢波器， 而在本領(lǐng)域中粒子加速度傳感器通常稱作加速度表。本發(fā)明將根據(jù)采 用地震檢波器的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明，選擇這種傳感器只是為了簡(jiǎn)化說(shuō) 明，并無(wú)意對(duì)本發(fā)明加以限制。本發(fā)明的方法運(yùn)用從雙傳感器牽引拖纜采集中獲得的雙傳感器數(shù) 據(jù)，是一種利用下行的垂直速度場(chǎng)和上行的壓力場(chǎng)、預(yù)測(cè)多次反射的 方法。這種方法對(duì)海洋表面的不明顯變化進(jìn)行處理，可以減少因惡劣 天氣而暫停采集。雙傳感器牽引拖纜在同一空間位置上，同時(shí)用水聽(tīng) 器檢測(cè)壓力場(chǎng)并用地震檢波器檢測(cè)垂直粒子速度場(chǎng)。然后，通過(guò)下面 將說(shuō)明的與角度相關(guān)的雙傳感器加減技術(shù)，可以將所獲得的波場(chǎng)在接 收器的深度水平上分離為上行和下行的壓力波場(chǎng)分量，以及上行和下行的垂直速度波場(chǎng)分量。海洋的表面效應(yīng)存在于涉及表面的多次反射 中。因?yàn)楦鶕?jù)定義，這些多次反射在自由表面至少具有一次下行反射。 但是上行初級(jí)反射是沒(méi)有表面效應(yīng)的。因此，分開(kāi)的波場(chǎng)分量可以適 當(dāng)?shù)亟Y(jié)合，將表面效應(yīng)包含到多次反射預(yù)測(cè)步驟中去。作為波場(chǎng)分離 (例如去虛反射)的另一個(gè)結(jié)果，電纜可以被牽引得更深(典型深度為大約15m),以保證來(lái)自天氣膨脹的噪音影響最小。以包含壓力傳 感器和垂直速度傳感器的牽引雙傳感器拖纜為基礎(chǔ)，本發(fā)明的方法是 一種純粹以數(shù)據(jù)啟動(dòng)的涉及表面的多次反射的預(yù)測(cè)和抑制方法，這種 方法可以有效地處理海洋表面變化。在一個(gè)實(shí)施方案中，對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行換算， 與壓力傳感器檢測(cè)到的信號(hào)匹配。壓力傳感器信號(hào)與已換算的粒子運(yùn) 動(dòng)傳感器信號(hào)結(jié)合，產(chǎn)生上行和下行壓力波場(chǎng)分量以及上行和下行垂 直粒子速度分量。下行垂直速度波場(chǎng)從接收器的深度水平被向后外推 到震源深度水平，并與上行壓力纏繞，以便推算出第一次交互作用中 壓力波場(chǎng)的涉及表面的多次反射。下行速度場(chǎng)因此#1分類在公共震源 集合，而上行壓力場(chǎng)被分類在公共接收器集合。在現(xiàn)有技術(shù)領(lǐng)域普遍 知道，所預(yù)測(cè)的第一次交互作用中涉及表面的多次反射在以后的處理 步驟要中從上行壓力場(chǎng)中減去，最好是至少讀出二次方。在本發(fā)明的方法中，為了闡明四個(gè)分開(kāi)的波場(chǎng)中，哪些必須包含 到消除涉及表面的多次反射(SRME)的步驟中去，要采取角頻率范圍 的標(biāo)準(zhǔn)SRME表達(dá)式p(Xr,w;Xs)-j^(x,;Xs)--^丄必(x)^(X,0,";Xr)V2(5C,0，w;Xs). (1)此處，Xr = (Xr, yr, Zr)是笛卡爾坐標(biāo)X = (X, y, Z) = (X,z)中的接收器位置，xs =(xs, ys, Zs)是震源位置，s(o)是Xs處的震源符號(hào)。方程式(l)右邊的第一項(xiàng)pp (Xr,CO, Xs)是不含涉及表面的多次反射(或震源和接收器虛反射)的預(yù)期壓力場(chǎng)的時(shí)間ID傅立葉變換，接收器在Xr處測(cè)量，并且點(diǎn)震源從沒(méi)有水-空氣表面的一個(gè)假定介質(zhì)中的Xs處測(cè)量。方程式(l)的左邊項(xiàng)p G), XS)是所記錄的壓力數(shù)據(jù)，是由水聽(tīng)器在具有水-空氣表面的實(shí)際介質(zhì)中記錄 的。方程式(l)中積分的第一項(xiàng)是分類到公共接收器集合之后，在自由表面z - 0 (水表面)以及水平位置x - (x, y)的不含多次反射的 壓力場(chǎng)Pp (X, 0, w, xr)。這一壓力場(chǎng)在空間-頻率域乘以垂直速 度場(chǎng)vz(x, 0, (0, xs),這是在垂直速度場(chǎng)被分類到公共震源集合 后，再一次處于表面z - 0。在積分方程式能夠解開(kāi)之前，方程式(l)中積分的兩個(gè)字段肯定都與在接收器水平z = Zr的測(cè)量量有關(guān)。第一項(xiàng)通常在SRME過(guò)程中， 通過(guò)將去虛反射壓力數(shù)據(jù)外推到表面z - 0獲得。因此，在震源端的公共接收器區(qū)域，壓力場(chǎng)可以從震源水平Z = Zs外推到表面Z - 0。對(duì)于方程式(l)中^皮積函數(shù)的第二項(xiàng)——垂直速度項(xiàng)來(lái)說(shuō)，可以向前外推上行垂直速度場(chǎng)v/或向后外推下行垂直速度場(chǎng)vzd,從接收器水平Z = Zr達(dá)到自由表面Z = 0。由于壓力場(chǎng)在水表面消失，因此垂直速度場(chǎng)的上行和下行分量在自由表面是相等的。與上述Ikelle等人 (2003)相反，本發(fā)明的方法利用下行垂直速度場(chǎng)，因?yàn)檫@一選擇可 以將海洋表面效應(yīng)不明顯地包含到自由表面多次反射預(yù)測(cè)之中。方程 式(l)中的標(biāo)準(zhǔn)SRME方考呈式現(xiàn)在可以表示為; (Xr，(o;Xs)"p(VQ);Xs)^ pS(5C)/jp"，《;xr)《()c,2,;xs), (2)其中《(X, z,,xs) = C 6 k v〖(k, z,. ， w; xs) exp {—汰,(zr - z,)} exp {!'kx} (3)其中，vzd(k, zr, 0), xs)是頻率-波數(shù)域中下行垂直速度波 場(chǎng)分量的2D (時(shí)間和空間)傅立葉變換，k-(kx, ky)是x軸和y 軸方向的水平波數(shù)。方程式(3)中被積函數(shù)的第一個(gè)指數(shù)項(xiàng)exp {-ikz ( zr-zs))是 一個(gè)外推算子，表示在一個(gè)步驟中，下行速度場(chǎng)從接收器水平到震源 水平的總的向后外推。換句話說(shuō)，為了算數(shù)上等價(jià)說(shuō)明，該外推項(xiàng)可 以分成兩項(xiàng)。外推算子中的exp{-ikzzr}項(xiàng)現(xiàn)在只與下行速度場(chǎng)vzd 從接收器水平z == Zr到自由表面z - 0的向后外推有關(guān)。外推算子 中的exp {ikzzs}項(xiàng)現(xiàn)在只與上行壓力場(chǎng)pu從震源水平z - Zs到表面z = 0的向前外推有關(guān)。注意，如果數(shù)據(jù)還打算包含直接波場(chǎng)，下 行速度場(chǎng)的向后外推就要包含一個(gè)附加項(xiàng)，以補(bǔ)償由跨越震源水平造 成的場(chǎng)中斷。在這兩者任何一種情況下，下行速度場(chǎng)都不明顯地將海 洋表面效應(yīng)帶入預(yù)測(cè)步驟。方程式(3>中的外推算子只需要震源和接收器深度水平之間的距離(Zr-Zs)。因此，本發(fā)明的多次反射預(yù)測(cè)不需 要對(duì)海洋表面有任何了解，就可以進(jìn)行震源和接收器之間不同深度水 平的處理。方程式(3>中的第二個(gè)指數(shù)項(xiàng)exp {ikX}是下行垂直速度場(chǎng)vzd 從波數(shù)-頻率域(k, z, ta)到空間-頻率域(x, z, u)的反轉(zhuǎn)空間 2D傅立葉變換的變換核。核中所用的符號(hào)規(guī)定了如上所述的外推方向 的符號(hào)規(guī)定。垂直速度場(chǎng)分為上行和下行分量，例如方程式(2)和(3) 中采用的下行垂直速度vzd，經(jīng)常出現(xiàn)在波數(shù)-頻率域的計(jì)算中，下面 將更詳細(xì)地描述，以說(shuō)明本發(fā)明的方法。圖1是用來(lái)指示垂直速度波場(chǎng)11和壓力波場(chǎng)12的兩個(gè)射線束支 柱的示意圖，用于多次反射預(yù)測(cè)方式中，在上述方程式(2)和(3)中曾 加以描述。示意圖表示了波場(chǎng)射線束與震源深度水平13、接收器水平 14、水表面15等的關(guān)系。其次，與經(jīng)典SRME方法相似，從方程式(2)的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，建 立基爾霍夫分散級(jí)數(shù)，以獲得不含涉及表面的多次反射的壓力波場(chǎng)Pp:/^K'";Xs)"(x",s)-aK，";Xs)"2(x"";Xs)-… (4)其中P是所記錄的壓力數(shù)據(jù)，Pi包含已消除的一級(jí)多次反射，p2 包含已消除的二級(jí)多次反射，等等，重復(fù)進(jìn)行。第n級(jí)涉及表面的多 次反射預(yù)測(cè)pn ，在這種迭代方法中，通過(guò)用具有已經(jīng)消除的第n-l級(jí)多次反射的壓力波場(chǎng)Pn-;L,從方程式(2)和(3>的組成部分中替代不含涉及表面的多次反射的壓力波場(chǎng)Pp而獲得，如下式所示<formula>formula see original document page 11</formula>方程式(5)中的第一級(jí)多次反射預(yù)測(cè)，采用原始數(shù)據(jù)的上行壓力 場(chǎng)，以及從接收器水平外推到震源水平的原始數(shù)據(jù)的下行速度場(chǎng)。本 發(fā)明的這一方法需要來(lái)自兩個(gè)不同記錄的兩個(gè)數(shù)據(jù)集，從操作的觀點(diǎn) 看，這是和以反饋理論或以逆分散理論為基礎(chǔ)的程序的主要區(qū)別。現(xiàn) 有的后面這種方法只從壓力場(chǎng)預(yù)測(cè)多次反射。垂直速度場(chǎng)的采用，將 前述表面效應(yīng)引進(jìn)了多次反射預(yù)測(cè)。此外，垂直速度場(chǎng)的采用，還引 入了所需要的角度相關(guān)的換算，這是用其它類型的方法不能輕易補(bǔ)償 的，即使采用了適配減法。下列討論描述了用于將波場(chǎng)分離為上行和下行分量的 一種示例方 法。波場(chǎng)，例如壓力場(chǎng)p和垂直速度場(chǎng)vz,包含一個(gè)上行波場(chǎng)分量和 一個(gè)下行波場(chǎng)分量。例如，壓力場(chǎng)p包含一個(gè)上行波場(chǎng)分量pu和一個(gè) 下行波場(chǎng)分量pd，表示為<formula>formula see original document page 12</formula> (6) 下標(biāo)u和d分別指示波場(chǎng)在任何位置的上行和下^f亍移動(dòng)方向。同樣，垂直速度場(chǎng)Ve包含一個(gè)上行波場(chǎng)分量VzU和一個(gè)下行波場(chǎng)分量Vzd，表示為<formula>formula see original document page 12</formula>(7)像地震檢波器這樣的粒子運(yùn)動(dòng)傳感器具有方向靈敏度(按照慣例，在+z方向正偏轉(zhuǎn))，而像水聽(tīng)器這樣的壓力傳感器則沒(méi)有。壓力傳感 器是無(wú)定向的。水表面的水/空氣界面是地震波的良好反射器，因此水 表面的反射系數(shù)在數(shù)量級(jí)上接近于一，對(duì)于壓力信號(hào)的符號(hào)為負(fù)。因 此，從水表面反射的向下傳播的波場(chǎng)，相對(duì)于向上傳播的波場(chǎng)來(lái)說(shuō)， 要將相位移動(dòng)180° 。于是，當(dāng)下行波場(chǎng)信號(hào)分量記錄為同相時(shí)，由 靠近設(shè)置的地震檢波器和水聽(tīng)器檢測(cè)到的上行波場(chǎng)信號(hào)分量就會(huì)記錄 為有180°相位差。在本發(fā)明的例證中沒(méi)有釆用的一個(gè)替換符號(hào)規(guī)定 中，當(dāng)下行波場(chǎng)信號(hào)分量記錄為有180°相位差時(shí)，上行波場(chǎng)信號(hào)分 量將記錄為同相。當(dāng)水聽(tīng)器記錄全方向總波場(chǎng)時(shí)，在地震處理中典型采用的垂直地 震檢波器，只記錄單方向波場(chǎng)的垂直分量。波場(chǎng)的垂直分量只等于垂直向下傳播的信號(hào)的總波場(chǎng)。如果e是信號(hào)波陣面和傳感器定向之間 的入射角，則按照慣例規(guī)定，垂直向上傳播的入射角e = o。因此，在本發(fā)明的方法中，垂直地震檢波器記錄的信號(hào)vz,入射 角為e的平面波，必須調(diào)節(jié)到檢測(cè)總波場(chǎng)的地震檢波器記錄的信號(hào)， 然后，更進(jìn)一步調(diào)節(jié)到匹配水聽(tīng)器所記錄的壓力波場(chǎng)p。這種調(diào)節(jié)在本 發(fā)明的方法中通過(guò)用適當(dāng)?shù)牟ǚ鶕Q算函數(shù)，對(duì)垂直地震檢波器信號(hào)vz 進(jìn)行換算而完成，例如下面空間-時(shí)間域中的<formula>formula see original document page 13</formula>此處，因數(shù)pc是水的聲抗，其中p是水的密度，c是水的聲速。 在空間-時(shí)間域中，角度相關(guān)波幅換算函數(shù)w是將地震檢波器記錄的 單向垂直速度場(chǎng)VZ轉(zhuǎn)換為無(wú)定向壓力波場(chǎng)p的 一個(gè)多通道濾波器。在頻率-波數(shù)域中，垂直速度場(chǎng)vz的波幅換算函數(shù)Wl可以表示為<formula>formula see original document page 13</formula>其中<formula>formula see original document page 13</formula>是垂直波數(shù)，《 = 2nf是頻率f的角頻率，kx和ky是兩個(gè)正交水平 方向的水平波數(shù)。典型地，兩個(gè)水平方向要在海洋地震勘探的平行線 和交叉線方向中選擇。另一方面，在平面波區(qū)域，垂直速度場(chǎng)Vz的波幅換算函數(shù)^也可 以表示為A =2， (11)其中 _A=J4-W-g (12)是垂直緩慢度，Px和Py是兩個(gè)正交水平方向的水平緩慢度。在其他替代實(shí)施方案中，波幅換算函數(shù)可以在空間-時(shí)間域作為一個(gè)立體濾波器，通過(guò)對(duì)方程式(9)的波幅換算函數(shù)的頻率-波數(shù)域表達(dá)式V^施加傅立葉逆變換獲得，或者通過(guò)對(duì)方程式(11)的波幅換算函數(shù)的平面波表達(dá)式^施加Radon逆變換獲得。域的選擇不作為本發(fā)明 的限制，僅僅是為了簡(jiǎn)化說(shuō)明?？倝毫?chǎng)p,例如由水聽(tīng)器在拖纜傳感器位置上記錄的總壓力場(chǎng)， 是上行壓力波場(chǎng)分量pu和下行壓力波場(chǎng)分量pd在傳感器位置上的總 和，如上文中方程式(6)中所示。垂直速度波場(chǎng)vz,例如由地震檢波 器在拖纜傳感器位置上記錄的垂直速度場(chǎng)，并且通過(guò)(負(fù))波幅換算 因數(shù)-Wi進(jìn)行換算之后作為壓力波場(chǎng)，是上行壓力波場(chǎng)分量pu和下行 壓力波場(chǎng)分量pd在傳感器位置上的差，在頻率-波數(shù)域中表示為-W^z (13)與之相類似，波幅換算因數(shù)W2，例如V^的倒數(shù)，可以施加到壓力 波場(chǎng)P,將其轉(zhuǎn)換為垂直速度波場(chǎng)。然后，由地震檢波器在拖纜傳感器 位置上記錄的總垂直速度波場(chǎng)VZ,是上行垂直速度波場(chǎng)分量V^和下行垂直速度波場(chǎng)分量v/在傳感器位置上的差，如方程式(7)中所示。 同樣，在方程式(13)中，壓力波場(chǎng)p，由水聽(tīng)器在拖纜傳感器位置上記錄并通過(guò)波幅換算因數(shù)-W2進(jìn)行換算之后作為垂直速度波場(chǎng)，是上行 垂直速度波場(chǎng)分量vzu和下行垂直速度波場(chǎng)分量V^在傳感器位置的和，在頻率-波數(shù)域中表示為-W2p = /X (14)將方程式(6)和(13)結(jié)合，得出一種計(jì)算傳感器位置的上行壓 力波場(chǎng)分量pu和下行壓力波場(chǎng)分量pd的方法，用壓力波場(chǎng)p和換算的 垂直粒子速度波場(chǎng)WiVz表示，按照頻率-波數(shù)域表示為及P"=^|i^ (15)Pd-^±|i^. (16)與之相類似，將方程式(7)與(14)結(jié)合，得出傳感器位置的上行 垂直速度波場(chǎng)分量vj和下行垂直速度波場(chǎng)分量v/的計(jì)算方法，用垂 直粒子速度波場(chǎng)Vz和換算的壓力波場(chǎng)w2 p表示，在頻率-波數(shù)域表示 為及/廣w2p2(17)(18)圖5和圖6是表示本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案中各步驟的流程圖， 用于從海洋牽引拖纜中的壓力傳感器和粒子運(yùn)動(dòng)傳感器記錄的地震數(shù)據(jù)中減少涉及表面的多次反射。圖5表示該方法的開(kāi)始步驟，圖6表 示結(jié)束步驟。在步驟51中，從牽引海洋地震拖纜中的壓力傳感器，例如水聽(tīng)器 得到了壓力波場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果。僅僅為了便于說(shuō)明，壓力測(cè)量結(jié)果將被 稱為水聽(tīng)器信號(hào)。在步驟52中，從放置在牽引海洋地震拖纜中與步驟51中的水聽(tīng) 器相鄰位置的垂直速度傳感器，例如垂直地震檢波器得到了垂直速度 波場(chǎng)的測(cè)量結(jié)果。僅僅為了便于說(shuō)明，垂直速度測(cè)量結(jié)果將被稱為地 震檢波器信號(hào)。在步驟53中，來(lái)自步驟51的壓力波場(chǎng)數(shù)據(jù)被分類為公共接收器 集合。在步驟54中，來(lái)自步驟52的垂直速度波場(chǎng)數(shù)據(jù)被分類為公共震 源集合。在步驟55中，來(lái)自步驟52的垂直速度傳感器信號(hào)被換算來(lái)校正 壓力和垂直速度波場(chǎng)測(cè)量的波幅中的相對(duì)差。 一個(gè)與角度相關(guān)的波幅 換算函數(shù)被選來(lái)將地震檢波器信號(hào)的單方向垂直速度波場(chǎng)轉(zhuǎn)換為來(lái)自 步驟53的水聽(tīng)器信號(hào)的無(wú)定向壓力波場(chǎng)。上文關(guān)于方程式(8) ~ (12) 的討論中，對(duì)波幅換算函數(shù)已作過(guò)說(shuō)明。在步驟56中，來(lái)自步驟52的壓力傳感器信號(hào)被換算來(lái)校正壓力 和垂直速度波場(chǎng)測(cè)量的波幅中的相對(duì)差。 一個(gè)與角度相關(guān)的波幅換算 函數(shù)被選來(lái)將水聽(tīng)器信號(hào)中的無(wú)定向壓力波場(chǎng)轉(zhuǎn)換為來(lái)自步驟54的 地震檢波器器信號(hào)的單方向垂直速度波場(chǎng)。在步驟57中，從來(lái)自步驟53的壓力傳感器信號(hào)和來(lái)自步驟56 的已換算的垂直速度傳感器信號(hào)之間的差，計(jì)算在拖纜傳感器位置的 上行壓力波場(chǎng)分量。分散的上行壓力波場(chǎng)分量的計(jì)算，最好由上文中 的方程式(15)得出。這一計(jì)算伴隨有從震源直接發(fā)生的波場(chǎng)的第一次 噪聲抑制。在步驟58中，從來(lái)自步驟54的垂直速度傳感器信號(hào)和來(lái)自步驟 55的已換算的壓力傳感器信號(hào)之間的和，計(jì)算在傳感器位置的下行垂 直速度波場(chǎng)分量。下行分散的垂直速度波場(chǎng)分量的計(jì)算，最好由上文 中的方程式(18)得出。這一計(jì)算伴隨有從震源直接發(fā)生的波場(chǎng)的第一 次噪聲抑制。在步驟59中，來(lái)自步驟58的在傳感器位置的下行垂直速度波場(chǎng) 分量，從傳感器位置的深度水平，在時(shí)間上向后外推，在空間上向上外推，到達(dá)震源位置的深度水平。下行垂直速度波場(chǎng)分量的外推最好如上文方程式(3)的討論中所說(shuō)明的那樣進(jìn)行。在步驟60中，過(guò)程進(jìn)到圖6流程圖的步驟61,繼續(xù)進(jìn)行此程序。 在圖6的步驟61中，在空間-頻率域，來(lái)自圖5步驟57的上行壓力波場(chǎng)分量乘以來(lái)自圖5步驟59的外推的下行垂直速度波場(chǎng)分量，得出一個(gè)乘積。在步驟62中，多次反射級(jí)的指數(shù)n設(shè)置為等于1。 在步驟63中，用該乘積計(jì)算第n級(jí)涉及表面的多次反射。如果n=1,則乘積來(lái)自于步驟61。如果n>l,則乘積來(lái)自于下面的步驟66。第n級(jí)涉及表面的多次反射的計(jì)算，最好如上所述，通過(guò)應(yīng)用以該乘積作為凈皮積函數(shù)的方程式(5)來(lái)完成。在步驟64中，從圖5中步驟51中測(cè)量的壓力波場(chǎng)中，減去步驟63中計(jì)算的第n級(jí)涉及表面的多次反射，得出第n級(jí)不含涉及表面的多次反射的數(shù)據(jù)。減法最好是一種適配減法，最好用最小二乘法完成。如上文中方程式(4)中說(shuō)明的，對(duì)逐級(jí)涉及表面的多次反射，以迭代方式進(jìn)行這一減法。在步驟65中，對(duì)步驟64中獲得的壓力波場(chǎng)中多次反射的減少是否充分應(yīng)加以確定。如果充分，則迭4氣過(guò)^i結(jié)束。如杲不充分，則繼續(xù)到步驟66。在步驟66中，步驟64中獲得的第n級(jí)不含涉及表面的多次反射 的數(shù)據(jù)，乘以來(lái)自圖5步驟59的外推的下行垂直速度波場(chǎng)分量，得出 一個(gè)乘積。在步驟67中，多次反射級(jí)的指數(shù)n增加1到n+l。其次，過(guò)程返 回到步驟63,重復(fù)進(jìn)行步驟63~66,獲得更高級(jí)不含涉及表面的多 次反射，采用減法，直至多次反射減少到足夠的程度為止。下面是說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)的一個(gè)示例。在2005初夏進(jìn)行了一次海 洋地震勘探測(cè)試，同時(shí)將一個(gè)單獨(dú)的常規(guī)拖纜在8米標(biāo)稱深度進(jìn)行牽 引， 一個(gè)雙傳感器拖纜在15米深度牽引。常規(guī)拖纜數(shù)據(jù)根據(jù)相對(duì)簡(jiǎn)單 的處理順序進(jìn)行處理，嚴(yán)格遵守不違反有關(guān)波場(chǎng)的預(yù)想。雙傳感器拖個(gè)已分解的波場(chǎng)應(yīng)用常規(guī)拖纜處理中使用的相同處理順序，進(jìn)行對(duì)比。 雙傳感器SRME方法對(duì)比的基礎(chǔ)是NMO疊層部分。圖2表示用本發(fā)明的方法處理前，雙傳感器數(shù)據(jù)的上行壓力場(chǎng)的一個(gè)NMO疊層。參 考數(shù)字21所指示的是一些一級(jí)涉及表面的多次發(fā)射。為了對(duì)雙傳感器 牽引拖纜數(shù)據(jù)應(yīng)用本發(fā)明的方法，采用兩個(gè)不同的波場(chǎng)來(lái)進(jìn)行自由表 面多次反射預(yù)測(cè)原始數(shù)據(jù)的上行壓力場(chǎng)以及下行垂直速度場(chǎng)，如方 程式(4)和(5)所示。下行速度場(chǎng)從接收器水平向后外推到震源水平。 其后，采用適配的最小二乘減法，從上行壓力場(chǎng)中減去預(yù)測(cè)的多次反 射。本發(fā)明方法的應(yīng)用結(jié)果見(jiàn)圖3和4,與常規(guī)拖纜SRME進(jìn)行對(duì)比。 圖3表示用本發(fā)明的方法處理后的雙傳感器數(shù)據(jù)的NMO疊層。圖4表 示用常規(guī)方法處理后的常規(guī)拖纜數(shù)據(jù)的NMO疊層。由于具有更可靠的 自由表面多次反射預(yù)測(cè)，雙傳感器牽引拖纜方法中的多次反射能夠更 好地;陂抑制，從而能夠更好地保持初級(jí)反射。例如圖2中21指示的一 級(jí)涉及表面的多次反射，用常規(guī)方法處理后略有抑制，見(jiàn)圖4中41; 而圖3中31就得到好得多的抑制，其原因是應(yīng)用了本發(fā)明的方法。本發(fā)明是一種用于被牽引的雙傳感器拖纜SRME的方法。所獲得的 總壓力場(chǎng)和總垂直速度場(chǎng)在接收器深度水平被分成上行和下行場(chǎng)。下 行速度場(chǎng)和壓力場(chǎng)一起用于自由表面多次反射預(yù)測(cè)。來(lái)自上行壓力場(chǎng) 的適配的最小二乘減法，可以產(chǎn)生自由表面實(shí)質(zhì)上不含多次反射的上 行壓力。由于采用了下行速度場(chǎng)，通過(guò)不明顯地將海洋表面變化引入 多次反射預(yù)測(cè)過(guò)程，本方法使得多次反射的減少更加可靠。因此，本 發(fā)明的方法可以正確處理海洋表面及反射系數(shù)的波動(dòng)。應(yīng)該理解，前述內(nèi)容僅僅是對(duì)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方案的詳細(xì) 說(shuō)明，可以根據(jù)本文所揭示的內(nèi)容，對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施方案做出各種改 變、修正及替換而并不脫離本發(fā)明的范圍。因此，前述說(shuō)明不表示對(duì) 本發(fā)明范圍的限制。相反，本發(fā)明的保護(hù)范圍只能由附屬的權(quán)利要求 書及其等同的技術(shù)方案加以限定。
權(quán)利要求
1.用于處理來(lái)自具有粒子運(yùn)動(dòng)傳感器和壓力傳感器的牽引的海洋地震拖纜的地震數(shù)據(jù)的方法，包含將粒子運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)與壓力傳感器信號(hào)進(jìn)行結(jié)合來(lái)產(chǎn)生上行壓力波場(chǎng)分量和下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量；將下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量從接收器位置深度水平外推到震源位置深度水平；在空間-頻率域，上行壓力波場(chǎng)分量乘以外推的下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量，得出第一個(gè)乘積；利用第n-1級(jí)不含涉及表面的多次反射的壓力波場(chǎng)和外推的下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量的乘積，迭代計(jì)算壓力波場(chǎng)中第n級(jí)涉及表面的多次反射；從所記錄的壓力波場(chǎng)中迭代減去計(jì)算出來(lái)的第n級(jí)涉及表面的多次反射，得出第n級(jí)不含涉及表面的多次反射的壓力波場(chǎng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述的粒子運(yùn)動(dòng)傳感器信 號(hào)和壓力傳感器信號(hào)的結(jié)合包含對(duì)粒子運(yùn)動(dòng)傳感器檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行換算來(lái)匹配壓力傳感器檢測(cè) 到的信號(hào)；將已換算的粒子運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)和壓力傳感器信號(hào)相結(jié)合來(lái) 產(chǎn)生上行壓力波場(chǎng)分量；對(duì)壓力傳感器檢測(cè)到的信號(hào)進(jìn)行換算來(lái)匹配粒子運(yùn)動(dòng)傳感器 檢測(cè)到的信號(hào)；將粒子運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)和已換算的壓力傳感器信號(hào)相結(jié)合來(lái) 產(chǎn)生下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述的將粒子運(yùn)動(dòng)傳感器 信號(hào)和壓力傳感器信號(hào)結(jié)合包含以下初始步驟將粒子運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)分類到公共震源集合；和 將壓力傳感器信號(hào)分類到公共接收器集合。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述迭代計(jì)算和迭代減去 的步驟包含將多次反射級(jí)指數(shù)n設(shè)置為等于1; 利用第一個(gè)乘積計(jì)算第n級(jí)涉及表面的多次反射；從壓力傳感器信號(hào)中減去計(jì)算出來(lái)的第n級(jí)涉及表面的多次反射， 得出第n級(jí)不含涉及表面的多次反射的數(shù)據(jù)；確定第n級(jí)不含涉及表面的多次反射數(shù)據(jù)中的多次反射是否 充分減少；第n級(jí)不含涉及表面的多次反射的數(shù)據(jù)乘以外推的下行粒子 運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量，得到乘積；將多次反射級(jí)的指數(shù)n增加l到n + 1; 迭代進(jìn)行計(jì)算、相減、確定、相乘、增加等步驟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中粒子運(yùn)動(dòng)傳感器是垂直速 度傳感器。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中對(duì)第n級(jí)涉及表面的多次 反射的計(jì)算中，要包含應(yīng)用下列方程式A (xr ，"; xs) = —~^ J"必(x)(X， &,xr)《(x， & , w; xs)，其中Pn (Xr, (0, XS)是第n級(jí)涉及表面的多次反射，Pn-:t (Xr,to, xs)是第n-1級(jí)不含涉及表面的多次反射的數(shù)據(jù)；xr-(xr, yr, zr)是笛卡爾坐標(biāo)在接收器的位置，xs - (xs, ys, zs) = (x, zs)是震源位置，G)是角頻率，S(C0)是震源符號(hào)，以及《(X ;Xs)=〖> 《(k，z,,o);xs)exp(-汰:(zr -z,)} exp(一其中Vzd(k, Zr, 0), XS)是頻率-波數(shù)域中下行垂直速度波場(chǎng)分量，k = (kx, ky)是x和y方向的水平波數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及由海洋牽引雙傳感器地震拖纜數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)涉及表面的多次反射的方法。其中將來(lái)自被牽引的海洋地震拖纜的粒子運(yùn)動(dòng)傳感器信號(hào)和壓力傳感器信號(hào)數(shù)據(jù)相結(jié)合，產(chǎn)生上行壓力波場(chǎng)分量和下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量。下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量從接收器位置深度水平外推到震源位置深度水平。將上行壓力波場(chǎng)分量，乘以外推的下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量，得到第一個(gè)乘積。然后，利用第n-1級(jí)不含涉及表面的多次反射的數(shù)據(jù)和外推的下行粒子運(yùn)動(dòng)波場(chǎng)分量的乘積，迭代計(jì)算壓力波場(chǎng)中的第n級(jí)涉及表面的多次反射。從所記錄的壓力波場(chǎng)中，迭代減去計(jì)算出來(lái)的第n級(jí)涉及表面的多次反射，得出第n級(jí)不含涉及表面的多次反射的數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01V1/28GK101285893SQ200810087068
公開(kāi)日2008年10月15日 申請(qǐng)日期2008年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者W·澤爾納 申請(qǐng)人:Pgs地球物理公司