專利名稱：收集垂直地震剖面數(shù)據(jù)的高保真度震動源測地震方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及垂直地震剖面數(shù)據(jù)采集和處理，尤其涉及預(yù)處理垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法，其中，接收并為高分辨率或高保真度的數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)備由多個震動源所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
在垂直地震剖面數(shù)據(jù)中，常用的方法是利用將力加到鉆井附近地面的單個地震源。在鉆井內(nèi)的各個位置測量因施加該力而隨之產(chǎn)生的運動。具體做法是通過向地震源加能量，并在鉆井內(nèi)第一接收器位置檢測下行波和上行波或反射波。然后，接收器沿著鉆井的長度移動幾英尺，再次向地震源加能量。再次測量下行和上行地震波。通過選擇構(gòu)成有關(guān)地區(qū)的井的長度，周期性地重復(fù)該過程。控制力的持續(xù)時間和頻率，可以獲得具有足夠能量的寬帶信號。利用接收器移動和分離下行波以及反射波，通常對表示下行波的信號進行相關(guān)，或頻率域的倒置構(gòu)成一個地震圖。從該過程中，可以計算大地阻抗函數(shù)的特性。
本發(fā)明提供一種生成、記錄和預(yù)處理高分辨率震動源數(shù)據(jù)的方法，適用于垂直地震剖面技術(shù)。本發(fā)明的方法包括測量震動器的運動。這些運動因最小相位傳遞函數(shù)、因果、線性系統(tǒng)而與實際震動器所施加的力有關(guān)，并用于分離所收到的信號。這些信號應(yīng)用于反運算以處理所收到的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的系統(tǒng)使實際震動器的輸出與測得的震動器運動相關(guān)。按預(yù)定的方式給震動器加能量。這種方式根據(jù)用以產(chǎn)生檢測器運動的震動源分離所收到的數(shù)據(jù)。然后，處理所收到的數(shù)據(jù)，為每個震動源隔離下行波。然后，通過常規(guī)的相關(guān)法利用下行波數(shù)據(jù)產(chǎn)生地震圖，可以處理所分離的數(shù)據(jù)。另外，通過用震動地震數(shù)據(jù)除以所測得的每個震動器的運動，消去未知的所施加的力，留下大地反射率乘以時間導(dǎo)數(shù)，除以最小相位函數(shù)，可以確定一個比例。進行最小相位去褶積，消去時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)這一項。


圖1是一個典型的垂直地震剖面數(shù)據(jù)采集技術(shù)的示意圖。
圖2是應(yīng)用于本發(fā)明的一種配置的震動源的平面圖。
圖3是應(yīng)用于本發(fā)明的第二種配置的震動源的平面圖。
圖4是一個流程圖的方塊圖，它表示對由多個震動源產(chǎn)生的垂直地震剖面數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法。
本發(fā)明中采用多個地震源。每個地震源就是一個震動源，其中，在預(yù)處理中利用與震動器送到地面的實際信號直接有關(guān)的信號。這些信號由具有不同阻抗的界面分離形式反射。這些反射信號產(chǎn)生由置于鉆井內(nèi)的地震接收器，諸如地震檢波器所檢測的運動。該地震接收器置于鉆井內(nèi)的一點，通過震動源產(chǎn)生震動運動，并通過接收器檢測。然后使接收器向鉆井內(nèi)的不同位置移動一個預(yù)定距離并重復(fù)該過程。
為了構(gòu)成一個地震圖，必須確定哪一個震動源對所檢測的接收器的運動負責(zé)。由于所接收的數(shù)據(jù)將視各個震動源而改變，每個震動源都具有獨特的特征，有助于隔離產(chǎn)生力使接收器運動的震動源。根據(jù)另一個震動源所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對一個震動源進行估計將產(chǎn)生不精確的地震圖。為了提高產(chǎn)生地震圖的精度，必須按其生成的震動源對數(shù)據(jù)進行分離，以對來自相應(yīng)震動源的力作進一步處理。
在本發(fā)明的第一個實施例中，按照生成數(shù)據(jù)的震動源來分離數(shù)據(jù)。從這一點來看，通過任何一種已知的處理垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法，都可以隔離下行波，并可以進一步將數(shù)據(jù)加工為典型的數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的第二個實施例中，測量震動器的運動以提供一個信號，通過消除未知數(shù)利用該信號處理數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)除以在頻域內(nèi)與實際發(fā)送的信號有關(guān)的最小相位，從結(jié)果中消去實際發(fā)送的信號。當(dāng)求解大地反射率時，使所測數(shù)據(jù)(所發(fā)送的震動器地面力的時間導(dǎo)數(shù)乘以大地的反射率)除以一個量，該量等于震動器地面力乘以最小相位的傳遞函數(shù)。這樣就從該數(shù)據(jù)中消去了震動器力。這樣就留下了大地反射率乘以時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)，然后通過最小相位去褶積消去該比例。
在利用地震聲能收集地震數(shù)據(jù)方面，通過使一個大型物體與地面接觸，可以利用來自震動源的地面震動。可以將一個簡單的震動器用于本發(fā)明。一般，通過使反應(yīng)物內(nèi)容器中的水流反流而施加一個力，該反應(yīng)物由安裝到橫梁上的高架結(jié)構(gòu)的活塞和棒構(gòu)件所懸掛。
通常，通過將加速度計安裝在反應(yīng)物本身來測量反應(yīng)物的運動。通過安裝在高架結(jié)構(gòu)橫梁上的加速度計測量實際耦合到地面的底板的運動。本發(fā)明中，在每個位置上采用成對加速度計，由此可以比較其輸出，并判斷所產(chǎn)生的信號是否適合于進一步處理。
圖1是一個系統(tǒng)示意圖，它表示本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集過程。鉆井16如圖所示與震動器18、20、22和24有一個距離，這些震動器具有兩對加速度計26、28、30和32，它們分別設(shè)置在卡車34、36、38和40上。信號通過無線電線路42發(fā)送到主震動器存儲器44，在其中進行檢查，以確定其可靠性并保存下來供以后比較。
由震動器18、20、22和24向大地發(fā)出的信號，沿著界面在各個點I1，I2，…等處地下阻抗Im1和Im2之間反射離開該界面。這些反射信號由置于鉆井16內(nèi)的地震接收器D檢測。在檢測該信號后，地震接收器D向上孔移動一個預(yù)定距離，如虛線所示，震動器18、20、22和24被重新加能量。所產(chǎn)生的信號第二次沿著界面在各個點I1，I2，…等處地下阻抗Im1和Im2之間反射離開該界面。該過程反復(fù)幾次形成垂直排列的地震檢波器而不是傳統(tǒng)的水平排列的效果。
圖1中，卡車34、36、38和40上的震動源如圖所示沿徑向設(shè)置在離開鉆井16的一條直線上。圖2和圖3表示卡車34、36、38和40幾種可能的設(shè)置。
圖2中，各個震動源沿著由預(yù)定半徑限定的圓周均等間隔開。這一半徑可以是任一實際距離?？ㄜ?4、36、38和40沿著圓周的間隔無需采用相等的距離，但可以間隔得使所有卡車位于圓的上半部，即位于一個象限內(nèi)等等。
圖3中，卡車34、36、38和40按不同的半徑隨意圍繞鉆井16間隔。如圖所示，卡車34、36、38和40中有3輛位于以鉆井16為其中心的一個圓的上半部。然而，任何隨機的設(shè)置都是可行的，只要對來自震動源的信號的分離不受到影響即可。
當(dāng)卡車34、36、38和40上的震動器18、20、22和24所產(chǎn)生的信號傳送到反應(yīng)物存儲器44時，它們被轉(zhuǎn)送到記錄器46以傳送到磁帶48上，與從地震接收器D收到的未經(jīng)加工的地震數(shù)據(jù)組合。存儲在磁帶48上的未經(jīng)加工的地震數(shù)據(jù)和收到的數(shù)據(jù)信號可以傳送到另一處的計算機。
被測信號代表通過震動源技術(shù)形成于大地表面的實際信號。這些被測信號為最小相位，它與通過該技術(shù)形成于大地的實際信號有關(guān)。在本發(fā)明中，測量與形成于大地的實際的力有關(guān)的信號(最小相位)，并直接從震動源取出。這樣，在處理中就利用實際信號的關(guān)系。
本發(fā)明采用的方法與傳統(tǒng)的處理垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法不同。首先，本發(fā)明采用多個震動源，并認可震動器上測得的運動與通過該頻域的最小相位傳遞函數(shù)施加到地面上的實際輸出的力或信號有關(guān)。最小相位傳遞函數(shù)和實際輸出的力兩者都是未知的。其次，本發(fā)明的該項實施例進行倒置操作而不是傳統(tǒng)的垂直地震剖面處理的相關(guān)處理。
被測地震數(shù)據(jù)在頻域中用實際的力的時間導(dǎo)數(shù)與大地反射率的乘積表示。
利用經(jīng)最小相位帶通濾波器的反濾波，可以計算被測地震運動與被測震動器運動之比。該比例消去了未知的實際輸出的力。還需要定標(biāo)系數(shù)來保護通過該反濾波處理的總能量。
所產(chǎn)生的地震圖用被測地震運動與被測震動器運動之比表示，并作為所需的響應(yīng)，大地反射率由最小相位函數(shù)褶積。最小相位函數(shù)的性質(zhì)是其導(dǎo)數(shù)和其倒數(shù)也是最小相位。于是可以用最小相位去褶積法進一步處理地震圖，以獲得大地在頻域中的脈沖響應(yīng)。實質(zhì)上，被測地震運動與被測震動器運動之比的地震圖是限帶脈沖地震圖。這是與大地響應(yīng)有關(guān)的因果和最小相位。
由于實際和未知的震動運動已被消去，所以多個震動源的該方法總是正確的。
下面列出同步分離的兩種方法方法1掃描# 1234震動器A(相位) 0000震動器B(相位) 0180 0180震動器C(相位) 00180 180震動器D(相位) 0 180 180 0該方法避免了90度問題，且只要求在0度進行的掃描是在180度進行的掃描的鏡象。然而，為了實現(xiàn)有效分離，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保證震動器A的運動是可以實時重復(fù)的。
方法2掃描# 12 3 4震動器A 關(guān) 0 0 0震動器B 0關(guān) 0 0震動器C 00 關(guān) 0震動器D 00 0 關(guān)與第一種方法相同，證實分離的假設(shè)需要實時進行。
這種方法產(chǎn)生少量的信號，3個而不是4個，且對分離僅提出最低要求，即重復(fù)掃描。
至于這兩種方法，可以按類似的方式對必須處理的信號編碼，并可以求出單獨的震動器運動。這意味著對于每個掃描序列，只需遙測傳輸給記錄器一個信號。
現(xiàn)在參見圖4，它是用方塊形式表示的本發(fā)明方法的一個流程圖。該方法可以在本領(lǐng)域常用的任何數(shù)字計算機或工作站上采用。
首先，方塊50，接收存儲在磁帶48上的數(shù)據(jù)。所接收的數(shù)據(jù)可以是利用震動源技術(shù)產(chǎn)生的任何類型的多個源地震數(shù)據(jù)。
方塊52，分離所接收的數(shù)據(jù)。這一處理是在首先產(chǎn)生對該數(shù)據(jù)負責(zé)的地震能量時開始的。有幾種方法產(chǎn)生地震數(shù)據(jù)，允許分離前面討論的被測數(shù)據(jù)。前述任一種方法連同本領(lǐng)域常用的任何方法都可以用來分離收到的數(shù)據(jù)，然而，較佳實施例采用了前述的相位分離。
方塊54，對收到的帶被測信號的數(shù)據(jù)進行逆處理。此表示本發(fā)明與傳統(tǒng)方法之間的重大區(qū)別。傳統(tǒng)方法中，用形成于大地表面的下行波信號褶積所收到的數(shù)據(jù)。本發(fā)明中，采用前述能消除某些假設(shè)的逆處理。在頻域內(nèi)將被測數(shù)據(jù)除以被測信號，留下大地反射率乘以時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)。
方塊56，利用最小相位帶通濾波器對脈沖地震圖進行帶寬限制?，F(xiàn)在，用最小相位函數(shù)褶積的大地反射率表示在該點形成的地震圖，或該步驟后經(jīng)處理的被測數(shù)據(jù)。這是最小相位函數(shù)的特性，它們的導(dǎo)數(shù)和倒數(shù)也是最小相位。
方塊58，用最小相位去褶積法進一步處理地震圖，以在頻域內(nèi)獲得大地的脈沖響應(yīng)。實質(zhì)上，在逆處理和最小相位帶通濾波后形成的地震圖是限帶脈沖地震圖。它是與大地響應(yīng)有關(guān)的因果和最小相位。
方塊60，顯示所形成的地震圖。此顯示可以是本領(lǐng)域所用的任何一種類型，諸如計算機打印的紙、陰極射線管顯示器等等，只要阻抗變化可以確定即可。
以上描述了本發(fā)明產(chǎn)生、記錄和預(yù)處理高分辨率震動源垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法，它包括數(shù)據(jù)分離、將分離的數(shù)據(jù)除以被測信號和最小相位去褶積等步驟。如前所述，實際的震動器信號涉及預(yù)處理中所用震動器送到地面的信號。測量震動器的運動以提供一種信號用以處理數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)在頻域中除以實際傳送的信號。
權(quán)利要求
1.一種處理高分辨率震動源垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法，其中由位于鉆井內(nèi)一個位置的接收器接收由多個震動器產(chǎn)生的表示地震信息的電信號，其特征在于接收被測信號，該被測信號表示從所述多個震動器的每一個發(fā)出的地震波；分離相應(yīng)于所述多個震動器的每一個的所述電信號；將所述電信號除以所述被測信號，獲得大地反射率乘以時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)，以獲得最小相位數(shù)據(jù)組；用最小相位帶通濾波器對所述最小相位數(shù)據(jù)組濾波；以及對所述最小相位數(shù)據(jù)組進行最小相位去褶積，以獲得大地反射率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述分離步驟包括如下步驟改變所述多個震動器的每一個的產(chǎn)生序列。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于接收被測信號的步驟包括如下步驟測量實際發(fā)送到大地表面的地震信號；以及將所述被測地震信號轉(zhuǎn)換為被測電信號。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述分離步驟包括如下步驟改變所述多個震動器的每一個的產(chǎn)生序列。
5.如權(quán)利要求1至4所述的方法，其特征在于所述分離步驟包括如下步驟估計每個震動源的運動，它與震動器所施加的力乘以最小相位傳遞函數(shù)、因果、線性系統(tǒng)有關(guān)；以及使實際震動器輸出與所述估計的震動器運動相關(guān)。
6.一種記錄高分辨率震動源垂直地震剖面數(shù)據(jù)的設(shè)備，其中，由置于鉆井內(nèi)一個位置的用以接收電信號的裝置接收電信號，該電信號表示由形成于地面的一個力所產(chǎn)生的地震信息，其特征在于包括接收被測信號的裝置，該被測信號表示由多個震動源的每一個形成于地面的力；分離裝置，根據(jù)所述多個震動源的每一個分離所述電信號；將所述電信號除以所述被測信號以獲得大地反射率乘以時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)信號的裝置；對所述大地反射率乘以時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)信號去褶積的裝置；記錄裝置，記錄總的大地反射率乘以時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)信號；以及顯示裝置，顯示所述記錄的總的大地反射率乘以時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)信號。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述分離裝置包括改變所述多個震動器的每一個產(chǎn)生序列的裝置。
8.如權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其特征在于所述接收被測信號的裝置包括測量實際發(fā)送到大地表面的地震信號的裝置；以及將所述測得的地震信號轉(zhuǎn)換為被測電信號的裝置。
9.如權(quán)利要求6至8任一所述的設(shè)備，其特征在于所述分離裝置包括改變所述多個震動器的每一個產(chǎn)生序列的裝置。
10.如權(quán)利要求6至9任一所述的設(shè)備，其特征在于所述分離裝置包括隔離所述分離的電信號中的下行波的裝置；以及使所述分離的電信號與所述下行波相關(guān)，以獲得大地反射率的裝置。
全文摘要
一種接收和預(yù)處理垂直地震剖面高保真度震動的地震數(shù)據(jù)的方法,包括如下步驟:測量震動器的運動,它與震動器施加的力乘以最小相位傳遞函數(shù)、因果、線性系統(tǒng)(50)相關(guān),而線性系統(tǒng)使實際震動器輸出與被測震動器運動相關(guān);根據(jù)每個發(fā)生源分離信號(52);通過將震動的地震數(shù)據(jù)除以被測的震動器運動,消去未知的所施加的力,留下大地反射率乘以時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位函數(shù)(54)確定比例;對所產(chǎn)生的比例進行最小相位帶通濾波(56);以及進行最小相位去褶積(58),以消去時間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)這一項。
文檔編號G01V1/36GK1201529SQ96198077
公開日1998年12月9日 申請日期1996年10月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月13日
發(fā)明者K·P·艾倫 申請人:美孚石油公司