專(zhuān)利名稱(chēng)：用于海洋地震拖纜數(shù)據(jù)的完全帶寬消幻影的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體涉及地球物理勘探的領(lǐng)域。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及對(duì)海洋地震拖纜 數(shù)據(jù)進(jìn)行消幻影(deghost)的領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在石油和天然氣產(chǎn)業(yè)中，地球物理勘探一般用于協(xié)助搜索并且評(píng)估地表下 (subsurface)地球地層。地球物理勘探技術(shù)帶來(lái)地球地表下結(jié)構(gòu)的知識(shí)，這對(duì)于找尋并且 提取有價(jià)值的礦物資源(尤其是例如石油和天然氣之類(lèi)的碳?xì)浠衔锍练e物來(lái)說(shuō))是有用 的。地球物理勘探的一種已知技術(shù)是地震勘測(cè)。在基于陸地的地震勘測(cè)中，地震信號(hào)產(chǎn)生 在地球表面上或其附近，然后下行進(jìn)入地球地表下。在海洋地震勘測(cè)中，地震信號(hào)也可以下 行通過(guò)覆蓋地球地表下的水體。地震能量源用于生成地震信號(hào)，地震信號(hào)在傳播進(jìn)入地球 之后至少部分地為地表下地震反射器所反射。這些地震反射器典型地是具有不同彈性特性 (具體說(shuō)來(lái)是聲波速度和巖石密度，它們?cè)诮缑嫣帉?dǎo)致聲阻抗的差異)的各種地下地層之間 的界面。反射的地震能量在地球表面處或其附近、在覆蓋水體中、或者在礦孔中的已知深度 處由地震傳感器(也稱(chēng)為地震接收機(jī))檢測(cè)。地震傳感器根據(jù)檢測(cè)到的地震能量產(chǎn)生信號(hào)， 典型地是電信號(hào)或光信號(hào)，其被記錄用于進(jìn)一步處理。在執(zhí)行地震勘測(cè)中所獲得的表示地球地表下的所得地震數(shù)據(jù)被處理，以產(chǎn)生與所 勘測(cè)的區(qū)域中的地表下地球地層的特性以及地質(zhì)構(gòu)造有關(guān)的信息。處理后的地震數(shù)據(jù)被處 理，以用于顯示并且分析這些地下地層的潛在碳?xì)浠衔锖?。地震?shù)據(jù)處理的目的是從 地震數(shù)據(jù)提取關(guān)于地下地層的盡可能多的信息，以便足以對(duì)地表下地質(zhì)進(jìn)行成像。為了標(biāo) 識(shí)存在找到石油聚集的可能性的地球地表下中的位置，大量金錢(qián)耗費(fèi)在收集、處理并且解 釋地震數(shù)據(jù)上。從所記錄的地震數(shù)據(jù)構(gòu)建對(duì)感興趣的地下地球?qū)舆M(jìn)行限定的反射器表面的 過(guò)程提供了深度或時(shí)間上的地球圖像。地球地表下的結(jié)構(gòu)的圖像得以產(chǎn)生，以便使得解釋器能夠選擇石油聚集的可能性 最大的位置。為了驗(yàn)證石油的存在性，必須鉆井。鉆井來(lái)確定石油沉積物是否存在是極度 昂貴且耗時(shí)的任務(wù)。為此，人們一直需要改進(jìn)地震數(shù)據(jù)的處理和顯示，從而產(chǎn)生無(wú)論是由計(jì) 算機(jī)還是人來(lái)進(jìn)行解釋都將改進(jìn)解釋器之能力的地球地表下的結(jié)構(gòu)的圖像，以評(píng)估石油聚 集存在于地球地表下中特定位置處的可能性。用于在陸地地震勘測(cè)中生成地震信號(hào)的適當(dāng)?shù)卣鹪纯梢园ūㄎ锘蛘駝?dòng)器 (vibrator)。海洋地震勘測(cè)典型地采用艦船所拖拽并且被周期性激勵(lì)以生成聲學(xué)波場(chǎng)的潛 水地震源。生成波場(chǎng)的地震源可以是若干類(lèi)型的，包括小型爆炸物裝料、電火花或電弧、海 洋振動(dòng)器、并且典型地是槍。地震源槍可以是水槍、蒸汽槍、并且最典型地是氣槍。典型地， 海洋地震源不是由單一源元件組成，而是由空間上分布的源元件陣列構(gòu)成。這種排布對(duì)于 氣槍尤其如此，當(dāng)前最常見(jiàn)的形式是海洋地震源。
適當(dāng)類(lèi)型的地震傳感器典型地包括微粒速度傳感器(尤其是在陸地勘測(cè)中)以及 水壓力傳感器(尤其是在海洋勘測(cè)中)。有時(shí)，微粒加速傳感器或壓力梯度傳感器用來(lái)代替 微粒速度傳感器，或者除了微粒速度傳感器之外還使用微粒加速傳感器或壓力梯度傳感 器。微粒速度傳感器和水壓力傳感器在本領(lǐng)域中通常分別稱(chēng)為地震檢波器(geophone)和 水中地震檢波器(hydrophone)。地震傳感器可以由自身來(lái)部署，但更通常的是按傳感器陣 列來(lái)部署。此外，壓力傳感器和微粒速度傳感器可以在海洋勘測(cè)中部署在一起，按配對(duì)或陣 列配對(duì)而并置排列(collocate)。在典型的海洋地震勘測(cè)中，地震勘測(cè)船典型地以大約5哩/小時(shí)在水表面上行進(jìn)， 并且包含地震獲取裝備，例如導(dǎo)航控制器，地震源控制器、地震傳感器控制器、以及記錄設(shè) 備。地震源控制設(shè)備使得地震船在水體中拖拽的地震源在所選擇的時(shí)間激勵(lì)。地震拖纜(也 稱(chēng)為地震纜線(xiàn))是由拖拽地震源的地震勘測(cè)船或另一地震勘測(cè)艦船在水體中拖拽的伸長(zhǎng)的 纜線(xiàn)狀結(jié)構(gòu)。典型地，多個(gè)地震拖纜被拖拽于地震船后面。地震拖纜包含傳感器，用于檢測(cè) 地震源所發(fā)起并且從反射界面反射的反射波場(chǎng)。傳統(tǒng)上，地震拖纜包含諸如水中地震檢波 器的壓力傳感器，但除了水中地震檢波器之外，還已經(jīng)利用了包含水微粒速度傳感器(例如 地震檢波器)或微粒加速傳感器(例如加速計(jì))的地震拖纜。壓力傳感器和微粒運(yùn)動(dòng)傳感器 典型地部署得緊密靠近，沿著地震纜線(xiàn)按配對(duì)或陣列配對(duì)而并置排列。在反射波到達(dá)拖纜纜線(xiàn)之后，該波繼續(xù)傳播到水表面處的水/空氣界面，波從此 處向下反射，并且再次由拖纜纜線(xiàn)中的水中地震檢波器檢測(cè)。水表面是一種良好的反射器， 并且水表面處的反射系數(shù)在量級(jí)上近乎為1且對(duì)于地震信號(hào)符號(hào)為負(fù)。在表面處反射的波 因而將相對(duì)于向上傳播的波相移180度。接收機(jī)所記錄的向下傳播波一般被稱(chēng)為表面反射 或“幻影”信號(hào)。因?yàn)楸砻娣瓷涞木壒?，水表面猶如過(guò)濾器，其在所記錄的信號(hào)中產(chǎn)生譜凹 陷，使得難以記錄所選帶寬之外的數(shù)據(jù)。因?yàn)楸砻娣瓷涞挠绊?，所記錄的信?hào)中的某些頻率 得以放大，而某些頻率卻是衰減的。當(dāng)前在地球物理海洋地震勘探的領(lǐng)域中，船只拖拽甚長(zhǎng)拖纜，其具有很多附連的 地震接收機(jī)，典型地，水中地震檢波器(但可以采用其它類(lèi)型的接收機(jī))。這些接收機(jī)對(duì)源自 地震源聲音的散射的聲學(xué)波場(chǎng)的一部分進(jìn)行登記。地震源所生成的聲學(xué)波場(chǎng)因地球上的反 射和折射而散射。在傳統(tǒng)海洋地震獲取中，拖纜的接收機(jī)位于海表面之下的特定深度位置 處的陣列配置中。因?yàn)檫@種排布的緣故，所謂的一次反射，從源到地表下并且隨后到接收機(jī) 的直接響應(yīng)為來(lái)自于從源到地表下行進(jìn)并且隨后經(jīng)由海表面到接收機(jī)的波的幻影反射所 模糊。從海洋地震數(shù)據(jù)移除幻影反射在預(yù)處理數(shù)據(jù)中是第一階段，用于增加解析能力。該 過(guò)程被稱(chēng)為“消幻影”。因而，需要一種對(duì)海洋地震數(shù)據(jù)進(jìn)行消幻影的方法，其甚至在地震數(shù)據(jù)中存在譜 凹陷的情況下在所有頻率保持穩(wěn)定。此外，該方法應(yīng)在沒(méi)有地表下的任何先驗(yàn)知識(shí)的情況 下操作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種方法，用于將海洋拖纜中所記錄的地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為消幻影后的地震 數(shù)據(jù)。獲得從所述海洋拖纜記錄的地震數(shù)據(jù)，其中，所述地震數(shù)據(jù)表示地表下地球地層的特 性。通過(guò)將多個(gè)地震接收機(jī)部署覆蓋待評(píng)估的地表下地球地層的區(qū)域來(lái)獲取所述地震數(shù)據(jù)，其中，所述地震接收機(jī)響應(yīng)于地震能量而生成電信號(hào)和光信號(hào)中的至少一個(gè)。使用復(fù)拉 普拉斯頻率參數(shù)來(lái)將所述地震數(shù)據(jù)從空間-時(shí)間域變換到譜域。使用基于物理的預(yù)條件算 子(preconditioner)將迭代共軛梯度方案應(yīng)用于所述變換后的地震數(shù)據(jù)，以將最小二乘解 提供給用于消幻影方程系統(tǒng)的正則方程集合。將所述解逆變換回到空間-時(shí)間域，以提供 對(duì)地球地表下成像有用的消幻影后的地震數(shù)據(jù)。


通過(guò)參照以下詳細(xì)描述和附圖，可以更容易地理解本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，其中 圖1是示出用于對(duì)海洋地震拖纜數(shù)據(jù)進(jìn)行消幻影的本發(fā)明第一實(shí)施例的流程圖2是示出用于對(duì)海洋地震拖纜數(shù)據(jù)進(jìn)行消幻影的本發(fā)明第二實(shí)施例的初始部分的 流程圖3是示出始于圖2的用于對(duì)海洋地震拖纜數(shù)據(jù)進(jìn)行消幻影的本發(fā)明第二實(shí)施例的最 后部分的流程圖；以及
圖4是示出用于對(duì)海洋地震拖纜數(shù)據(jù)進(jìn)行消幻影的迭代預(yù)條件共軛梯度方案的本發(fā) 明實(shí)施例的流程圖。雖然將結(jié)合本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于此。反之， 本發(fā)明意欲覆蓋可以包括于所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的所有替換、修改以及 等同。
具體實(shí)施例方式用于對(duì)海洋地震數(shù)據(jù)進(jìn)行消幻影的一個(gè)過(guò)程是分解地震波場(chǎng)，以產(chǎn)生上行波場(chǎng) 分量。用于將地震波場(chǎng)分解為上行波場(chǎng)分量和下行波場(chǎng)分量的一種方法是求解傅立葉類(lèi)型 方程系統(tǒng)，其中，解得自具有良好定義的傅立葉核的系統(tǒng)的求逆。在該方法的一個(gè)示例中， 方程系統(tǒng)是在拉普拉斯域中推導(dǎo)的，其中，從空間-時(shí)間域(X，t)到拉普拉斯域(X，s)的前 向拉普拉斯變換通常定義如下
權(quán)利要求
1.一種方法，用于將從海洋拖纜記錄的地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為消幻影后的地震數(shù)據(jù)，包括 獲得從所述海洋拖纜記錄的地震數(shù)據(jù)，所述地震數(shù)據(jù)表示地表下地球地層的特性，并且是通過(guò)將多個(gè)地震接收機(jī)部署覆蓋待估計(jì)的地表下地球地層的區(qū)域而獲取的，所述地震 接收機(jī)響應(yīng)于地震能量而生成電信號(hào)和光信號(hào)中的至少一個(gè)；使用復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)來(lái)將所述地震數(shù)據(jù)從空間-時(shí)間域變換到譜域； 使用基于物理的預(yù)條件算子將迭代共軛梯度方案應(yīng)用于所述變換后的地震數(shù)據(jù)，以將 最小二乘解提供給用于消幻影方程系統(tǒng)的正則方程集合；以及將所述解逆變換回到空間-時(shí)間域，以提供對(duì)地球地表下成像有用的消幻影后的地震 數(shù)據(jù)。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其中，使用復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)包括 獲得利用海洋拖纜記錄的地震數(shù)據(jù)；確定所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)的非零實(shí)部； 獲得針對(duì)地震源激勵(lì)所記錄的地震數(shù)據(jù)；使用所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)來(lái)將針對(duì)地震源激勵(lì)所記錄的地震數(shù)據(jù)從空間-時(shí)間 域變換到空間-頻率域；獲得針對(duì)頻率的變換后的地震數(shù)據(jù)；以及使用所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)來(lái)將針對(duì)頻率的變換后地震數(shù)據(jù)從空間-頻率域變換 到譜域。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)s由如下給出其中，j是虛單位ω是圓周頻率，f是頻率，ε是所確定的復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù) s的非零實(shí)部。
4.權(quán)利要求3所述的方法，其中，使用所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)來(lái)變換所記錄的地震 數(shù)據(jù)包括使用拉普拉斯變換將散射的聲學(xué)波場(chǎng)從空間-時(shí)間
5.權(quán)利要求4所述的方法，其中，使用復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)來(lái)變換所述變換后的地震 數(shù)據(jù)包括通過(guò)以下將散射的波場(chǎng)psci從空間-頻率域(Y5Xf5^fj)變換到譜域
6.權(quán)利要求5所述的方法，還包括確定方程系統(tǒng)，用于對(duì)針對(duì)頻率的變換后的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行消幻影； 確定消幻影方程系統(tǒng)的正則方程集合；以及 將基于物理的預(yù)條件算子應(yīng)用于正則方程集合。
7.權(quán)利要求6所述的方法，其中，確定用于消幻影的方程系統(tǒng)包括應(yīng)用以下方程
8.權(quán)利要求7所述的方法，其中，確定正則方程集合包括應(yīng)用以下方程
9.權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述預(yù)條件算子包括水平拖纜的系統(tǒng)矩陣的逆。
10.權(quán)利要求9所述的方法，其中，應(yīng)用預(yù)條件算子包括應(yīng)用以下方程
11.權(quán)利要求1所述的方法，其中，應(yīng)用迭代共軛梯度方案包括 按照如下選擇迭代計(jì)數(shù)k=0的初始估計(jì)
12.權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述誤差準(zhǔn)則由以下給出
13.權(quán)利要求5所述的方法，其中，對(duì)所述解進(jìn)行逆變換包括應(yīng)用以下方程
14. 一種設(shè)備，用于將從海洋拖纜記錄的地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為消幻影后的地震數(shù)據(jù)，包括用于獲得針對(duì)每一地震源激勵(lì)和每一頻率的地震數(shù)據(jù)的裝置；用于使用復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)來(lái)將所述地震數(shù)據(jù)從空間-時(shí)間域變換到譜域的裝置；用于使用基于物理的預(yù)條件算子將迭代共軛梯度方案應(yīng)用于所述變換后的地震數(shù)據(jù)，
15.權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，用于使用復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)的裝置包括 用于獲得利用海洋拖纜記錄的地震數(shù)據(jù)的裝置；用于確定所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)的非零實(shí)部的裝置； 用于獲得針對(duì)地震源激勵(lì)所記錄的地震數(shù)據(jù)的裝置；用于使用所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)來(lái)將針對(duì)地震源激勵(lì)所記錄的地震數(shù)據(jù)從空 間-時(shí)間域變換到空間-頻率域的裝置；用于獲得針對(duì)頻率的變換后的地震數(shù)據(jù)的裝置；以及用于使用所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)以將針對(duì)頻率的變換后的地震數(shù)據(jù)從空間-頻率 域變換到譜域的裝置。
16.權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中，所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)s由以下給出
17.權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中，用于使用所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)來(lái)變換所記錄 的地震數(shù)據(jù)的裝置包括用于使用拉普拉斯變換將散射的聲學(xué)波場(chǎng)從空間-時(shí)間(<,<，<, )域變換到空 間-頻率(jf，jK,J)域的裝置，從而其中，pSCt是空間-頻率域中的散射的聲學(xué)波場(chǎng)，X^q是縱測(cè)線(xiàn)接收機(jī)坐標(biāo)，q 是縱測(cè)線(xiàn)接收機(jī)數(shù)，X^r是橫測(cè)線(xiàn)接收機(jī)坐標(biāo)，r是橫測(cè)線(xiàn)接收機(jī)數(shù)，X^yr坫作為
18.權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中，用于使用所述復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)來(lái)變換所述變 換后的地震數(shù)據(jù)的裝置包括用于通過(guò)以下將散射的波場(chǎng)psct從所述空間-頻率域J)變換到譜域
19.權(quán)利要求18的設(shè)備，還包括用于確定方程系統(tǒng)以用于對(duì)針對(duì)頻率的變換后的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行消幻影的裝置； 用于確定消幻影方程系統(tǒng)的正則方程集合的裝置；以及 用于將基于物理的預(yù)條件算子應(yīng)用于正則方程集合的裝置。
20.權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中，用于確定用于消幻影的方程系統(tǒng)的裝置包括用 于應(yīng)用以下方程的裝置
21.權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，用于確定正則方程集合的裝置包括用于應(yīng)用以 下方程的裝置7
22.權(quán)利要求20所述的設(shè)備，其中，所述預(yù)條件算子包括水平拖纜的系統(tǒng)矩陣的逆。
23.權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中，用于應(yīng)用預(yù)條件算子的裝置包括用于應(yīng)用以下 方程的裝置
24.權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中，用于應(yīng)用迭代共軛梯度方案的裝置包括 用于按照如下選擇迭代計(jì)數(shù)k=0的初始估計(jì)的裝置
25.權(quán)利要求M所述的設(shè)備，其中，所述誤差準(zhǔn)則由以下給出
26.權(quán)利要求18所述的設(shè)備，其中，用于對(duì)所述解進(jìn)行逆變換的裝置包括用于應(yīng)用 以下方程的裝置
全文摘要
本發(fā)明涉及用于海洋地震拖纜數(shù)據(jù)的完全帶寬消幻影的方法。獲得海洋拖纜中所記錄的地震數(shù)據(jù)，其中，所述地震數(shù)據(jù)表示地表下地球地層的特性，并且是通過(guò)將多個(gè)地震接收機(jī)部署覆蓋待估計(jì)的地表下地球地層的區(qū)域而獲取的，所述地震接收機(jī)響應(yīng)于地震能量而生成電信號(hào)和光信號(hào)中的至少一個(gè)。使用復(fù)拉普拉斯頻率參數(shù)將所述地震數(shù)據(jù)從空間-時(shí)間域變換到譜域。使用基于物理的預(yù)條件算子將迭代共軛梯度方案應(yīng)用于所述變換后的地震數(shù)據(jù)，以將最小二乘解提供給用于消幻影方程系統(tǒng)的正則方程集合。將解逆變換回到空間-時(shí)間域，以提供對(duì)地球地表下成像有用的消幻影后的地震數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01V1/32GK102062874SQ20101054236
公開(kāi)日2011年5月18日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者C·D·里延蒂, J·T·富克馬, P·M·范登伯格, 博爾塞倫 R·G·范 申請(qǐng)人:Pgs 地球物理公司