采用基于相關(guān)性的層疊的地震成像系統(tǒng)和方法
【專利摘要】所公開的系統(tǒng)和方法通過使用基于局部部分圖像和基準圖像之間的相似度的部分圖像層疊加權(quán)來提供增強的地震圖像。至少一些方法實施例包括獲得勘測區(qū)域的部分圖像以及層疊這些部分圖像以產(chǎn)生基準圖像。然后這些部分圖像被重新組合以形成增強的圖像，其中重新組合包括：測量在每個點處的該基準圖像與每個部分圖像的相似性；并從部分圖像中的相應(yīng)值的加權(quán)組合中確定每個點處的增強圖像值，該加權(quán)組合將從該點處的基準圖像的相似性中推導出的權(quán)重用至每個部分圖像。
【專利說明】采用基于相關(guān)性的層疊的地震成像系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]地震學用于需要地質(zhì)信息的勘探、考古研究、以及工程項目?？碧降卣饘W提供數(shù)據(jù)，當該數(shù)據(jù)與其它可用的地球物理、井眼、和地質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)合使用時可提供關(guān)于巖石類型結(jié)構(gòu)、的分布和它們的含量的信息。這樣的信息很大程度地有助于水、地熱儲層、以及諸如烴和礦石之類的礦床的勘察。多數(shù)石油公司依賴于勘探地震學以選擇在其中鉆探探索性油井的井址。
[0002]傳統(tǒng)的地震學采用人工產(chǎn)生的地震波來繪制地下結(jié)構(gòu)。地震波從源頭向下傳播至地殼并從地下結(jié)構(gòu)之間的邊界處被反射。地表接收機檢測并記錄經(jīng)反射的地震波以供將來分析。盡管對從所記錄的信號的一些直接檢驗經(jīng)?？筛兄恍┐笮徒Y(jié)構(gòu)，但必須處理所記錄的信號以移除失真并展現(xiàn)地下圖像的更精細的細節(jié)。
[0003]典型地，來自每個沖擊(即，源的每次激發(fā))的所記錄的信號被處理以形成基于深度的地下部分圖像。這些部分圖像一般彼此具有很大程度的重疊性，提供大量的冗余以及通過“層疊”這些部分圖像來改進圖像信噪比的機會。層疊傳統(tǒng)地意味著對重疊的各部分圖像值求平均。噪聲在各部分圖像部分圖像之間一般沒有相關(guān)性，因此求平均操作一般使噪聲抵消，尤其是在其中可從十個或更多個部分圖像的平均值推導出最終圖像的每個部分的情形下。然而，在許多情形下，最終圖像仍然具有不期望的殘留噪聲量。
[0004]附圖簡述
[0005]因此，在附圖和下面的說明書中公開了具體的地震成像系統(tǒng)和方法實施例，它們采用基于相關(guān)性的層疊從而至少部分地解決這個問題。在附圖中:
[0006]圖1示出一說明性海上地震勘測環(huán)境的側(cè)視圖；
[0007]圖2示出一說明性海上地震勘測環(huán)境的俯視圖；
[0008]圖3不出一說明性中點圖案；
[0009]圖4不出一說明性地震勘測記錄系統(tǒng)；
[0010]圖5示出說明性的一組軌跡；
[0011]圖6示出三維的說明性數(shù)據(jù)體；
[0012]圖7示出說明性地震成像方法的流程圖；
[0013]圖8示出一說明性非線性加權(quán)函數(shù)；
[0014]圖9A-9B比較說明性的層疊圖像；以及
[0015]圖10示出一說明性成像系統(tǒng)。
[0016]然而應(yīng)當理解，這里的附圖和詳細說明中給出的具體實施例不對本公開構(gòu)成限制，相反，它們提供本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員理解由所附權(quán)利要求書的范圍給出的實施例涵蓋的替代形式、等效物、和修改的基礎(chǔ)。
【具體實施方式】
[0017]所公開的系統(tǒng)和方法在諸如這里參照圖1-6描述的海上地震勘測的背景下得到最好的理解。在海上，地震勘測船100如圖1所示地部署一列拖纜110。每條拖纜110隨著船向前移動(沿箭頭102的方向)拖在船100后面，并且每條拖纜包括多個均勻間隔的接收機114。每條拖纜110可進一步包括各可編程定位設(shè)備118，所述可編程定位設(shè)備118操縱拖纜使其與船的路徑具有一工作偏移距離(見圖2)并下至表面104下的期望工作深度(圖1)。
[0018]拖纜110可高達幾公里長并一般被構(gòu)造為長度為25-100米的區(qū)段，具有多組均勻間隔的接收機。每條拖纜Iio包括電纜或光纜，用于將接收機114和船100上的地震設(shè)備互連。數(shù)據(jù)在接收機114附近被數(shù)字化并通過纜線以7 (或更多)百萬比特數(shù)據(jù)每秒的速率被發(fā)送至船100。
[0019]如圖1所示，地震勘測船100也可牽引一個或多個源112。源112可以是振動源或脈沖源，諸如氣槍陣列、水槍、或爆炸物。最常用于海上地震學的接收機114是壓電水聽器，但是已知并可使用其它傳感器。在船100上的數(shù)據(jù)獲取設(shè)備獲取地震勘測數(shù)據(jù)，并在許多情形下控制源和接收機的操作。
[0020]為了對地下結(jié)構(gòu)成像，源112發(fā)出地震波116，該地震波116穿透海底108并在其中聲阻變化處(例如邊界106)被部分地反射。反射波由接收機114所檢測。已從源112行進至地下結(jié)構(gòu)并回到接收機114的地震波116被記錄為因變于時間并經(jīng)受各處理技術(shù)以提供地下結(jié)構(gòu)的圖像。經(jīng)處理的地震勘測數(shù)據(jù)也可展示地下層的多種其它有用的特性，例如流體界面、氣孔、以及應(yīng)力和斷裂取向。
[0021]圖2示出拖著一組拖纜110和兩個源112的地震勘測船100的俯視圖(不按比例)。隨著船100向前移動，可用所謂的觸發(fā)器模式來交替地觸發(fā)這兩個源。可編程定位設(shè)備被用來提供拖纜之間大致均勻的間隔。在后面的討論中考慮接收機202的所選子集。
[0022]圖3示出對于兩次沖擊的說明性的源和接收機位置的俯視圖。對于第一次沖擊，在位置302處觸發(fā)一個源，并且接收機陣列的所選子集位于位置304(以虛線表示)處。對于第二次沖擊，在位置306處觸發(fā)一個源，并且接收機陣列的說明性部分位于位置308 (以實線表示)處。假設(shè)一旦反射地下結(jié)構(gòu)是水平，到達12個接收機中的每一個的地震波就從源和接收機位置之間的中點下面的位置反射。由此，第一次沖擊從12個中點308(用具有垂直陰影線的虛輪廓線表示)下面產(chǎn)生反射，而第二次沖擊從12個中點310 (用具有水平陰影線的實線輪廓表示)下面產(chǎn)生反射。
[0023]作為一個示例，向量312說明地震能量從沖擊302向中點314的傳播，并且等長的向量316表示傳播至接收機位置的經(jīng)反射的地震能量。對于第二次沖擊306，向量318、320示出類似傳播路徑。注意，中點314是多次沖擊“命中”的中點之一，由此使得當來自沖擊的信息被處理并組合時可從這些區(qū)域得到更多信號能量。地震勘測(對于陸地和海兩者)一般被設(shè)計成提供均勻分布的中點網(wǎng)格，其中對于每個中點具有相當高的平均命中計數(shù)。
[0024]圖4示出一說明性地震勘測記錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有耦合至總線402以向勘測船100上的數(shù)據(jù)記錄電路406傳送數(shù)字信號的接收機114。定位信息和其它參數(shù)傳感器404也耦合至數(shù)據(jù)記錄電路406以使數(shù)據(jù)記錄電路存儲對于解釋所記錄數(shù)據(jù)有用的附加信息。說明性地，這樣的附加信息可包括陣列取向信息和速度信息。
[0025]通用目的數(shù)字數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)408被圖示為耦合至數(shù)據(jù)記錄電路406，并進一步被圖示為經(jīng)由總線402耦合至定位設(shè)備410和地震源112。處理系統(tǒng)408配置記錄電路406、定位設(shè)備410、和地震源112的操作。記錄電路406從接收機114獲取高速數(shù)據(jù)流(多個)至諸如光盤或磁盤存儲陣列之類的非易失性存儲介質(zhì)。定位設(shè)備410 (包括可編程換向器和深度控制器)控制接收機114和源112的位置。
[0026]圖4的地震記錄系統(tǒng)可包括這里未特別示出的附加組件。例如，每條拖纜110可具有用于耦合至數(shù)據(jù)記錄電路的獨立總線402。處理系統(tǒng)408包括用戶接口，該用戶接口具有圖形顯示器和鍵盤或用于接收用戶輸入的其它方法，并且該用戶接口可進一步包括用于將所存儲的地震勘測數(shù)據(jù)傳送至中央計算設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)接口，該設(shè)施具有用于處理地震勘測數(shù)據(jù)的強大計算資源。
[0027]圖5示出由接收機114檢測和采樣到的地震軌跡。每條軌跡具有相關(guān)的源位置和接收機位置、以及指示地震波能量的因變于時間的一些測量值(例如位移、速度、加速度、壓力)，并且它們可在可編程采樣速率下以高分辨率(例如24比特)被數(shù)字化。這樣的軌跡可以不同的方式被分組，當如此分組時，它們被稱為“集合”。例如，“共同中點集合”是在所定義的區(qū)域內(nèi)具有中點的一組軌跡?！皼_擊集合”是對于地震源的單次激發(fā)所記錄的一組軌跡?！岸鄾_擊集合”是一組沖擊集合，它經(jīng)常包括沿海上地震勘測中的航線所記錄的所有軌跡。
[0028]當維持在圖5的格式時，所記錄的地震勘測數(shù)據(jù)幾乎無用。盡管可在展示大規(guī)模地下結(jié)構(gòu)的圖中逐邊地繪出多種所記錄的波形，但這些結(jié)構(gòu)是失真的并且甚至無法被看到更精細的結(jié)構(gòu)。因此，對數(shù)據(jù)進行處理以在兩個或三個空間維度上創(chuàng)建地下圖像，諸如圖6所示的數(shù)據(jù)值的三維陣列。
[0029]地下圖像表示整個勘測區(qū)域的一些地震屬性，一般具有均勻尺寸單元的網(wǎng)格，對于每個單元確定數(shù)據(jù)值。可表示多個地震屬性，且在一些實施例中，每個單元可具有多個數(shù)據(jù)值以表示多個地震屬性。合適的地震屬性的示例包括反射性、聲阻、聲速、和密度。均勻的網(wǎng)格數(shù)據(jù)格式有助于其本身用于計算機分析和視覺渲染。
[0030]在這種背景下，我們轉(zhuǎn)向圖7，圖7是說明性地震成像方法的流程圖。所說明的方法可被實現(xiàn)為存儲在通用目的計算機(例如計算機408 (圖4))或能夠訪問所記錄的地震數(shù)據(jù)的中央計算設(shè)施的存儲器中的軟件。處理器對軟件的執(zhí)行可配置計算機以執(zhí)行給定的操作，盡管不一定以給出的嚴格順序執(zhí)行。
[0031]在框702中，計算機從存儲中獲得地震勘測數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)體，數(shù)據(jù)可漸進地被取回和處理，例如，每次一個沖擊集合。
[0032]在框704，計算機獲得勘測區(qū)域的速度模型，即在感興趣區(qū)域中每個點處的地震速度的指示。速度模型可從地震勘測數(shù)據(jù)中推導出。例如參見Jon F.Claerbout的Fundamentals of Geophysical Data Processing (地球物理數(shù)據(jù)處理的原理)，246-56 頁，該文獻通過引用被結(jié)合至此?？蛇x地，可至少部分地從其它源推導出速度體，例如鉆井日志、之前的勘測、和/或分析員的專業(yè)判斷。地震軌跡的最初層疊和分析通常展示了感興趣區(qū)域內(nèi)的地下結(jié)構(gòu)的至少粗輪廓，該粗輪廓可用來建立速度模型。另外，諸如斷層偏移速度分析(TMVA)之類的技術(shù)能使基于共同圖像集合中的深度失配來精煉該速度模型。TMVA技術(shù)的原理在 1995 年由 T.Nemeth 作出的 UTAM年中報告“Tomographic Migration VelocityAnalysis on a Salt Model (鹽模型上的斷層偏移速度分析)”中有描述。一些系統(tǒng)可開始于任意速度模型并依賴TMVA以推導出更合適的速度模型。
[0033]軌跡集合表示在接收機陣列位置處觀察到的波場。這種觀察，與速度模型結(jié)合，證明了使用波動方程來外推整個勘測區(qū)域的波場(即，“偏移”)是正當?shù)?。許多偏移技術(shù)是已知的并可在框706中由計算機使用以從軌跡集合中獲得一系列部分圖像。這個過程的原理在 1985 年牛津 Blackwell 科學出版社的 Jon F.Claerbout 所著的“ Imaging the Earth’sInterior (地球內(nèi)部的成像)”的章節(jié)I中有描述。文獻中已經(jīng)提出了許多基于波動方程的偏移技術(shù)，并可被用來獲得部分圖像。
[0034]該部分圖像可被表達為:
[0035]P(ix, iy, iz, ip),
[0036]其中ip是從1至N的索引，部分圖像的數(shù)量?？臻g索引ix、iy、iz標識x、y和z維度的網(wǎng)格坐標。在給定網(wǎng)格坐標上的部分圖像值表示一些地震屬性，諸如，如所反射的能量的強度。在框708，部分圖像被層疊以形成基準圖像:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種地震成像方法，所述方法包括: 獲得勘測區(qū)域的部分圖像； 層疊所述部分圖像以產(chǎn)生基準圖像；以及 組合所述部分圖像以形成增強的圖像，其中所述組合包括: 測量在每個點的基準圖像與每個所述部分圖像的相似性；以及從所述部分圖像中的相應(yīng)值的加權(quán)組合中確定每個點處的增強圖像值，所述加權(quán)組合將從該點處的基準圖像的相似性中推導出的權(quán)重用至每個部分圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 顯示所述增強圖像的至少一些部分的視覺顯示。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量包括: 在每個點周圍的窗內(nèi)，確定所述基準圖像和所述部分圖像的點積。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述窗具有梯形截止區(qū)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述權(quán)重是通過下列步驟推導出的: 歸一化所述點積；且 用非線性操作縮放經(jīng)歸一化的所述點積以產(chǎn)生所述權(quán)重。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測量包括: 在每個點周圍的窗內(nèi)，對所述基準圖像和所述部分圖像的相應(yīng)值求和。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述部分圖像是沖擊集合的偏移。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在測量所述基準圖像與每個部分圖像的相似性之前增強所述基準圖像。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將所述增強圖像視為新的基準圖像，以及使用所述新的基準圖像來重復(fù)所述測量和確定操作。
10.一種地震成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 存儲地震成像軟件的存儲器；以及 至少一個處理器，所述處理器耦合至所述存儲器以執(zhí)行所述地震成像軟件中的指令，用于: 獲得勘測區(qū)域的部分圖像； 層疊所述部分圖像以產(chǎn)生基準圖像；以及 組合所述部分圖像以形成增強的圖像，其中所述組合包括: 測量每個點處所述基準圖像與每個部分圖像的相似性；且 從所述部分圖像中的相應(yīng)值的加權(quán)組合中確定在每個點處的增強圖像值，所述加權(quán)組合使用從該點處的所述基準圖像的相似性中推導出的權(quán)重用至每個部分圖像。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 耦合至至少一個處理器的監(jiān)視器，所述軟件包括用于在所述監(jiān)視器上顯示所述增強圖像的至少一些部分的視覺表示的指令。
12.如 權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量包括: 在每個點周圍的窗內(nèi)，確定所述基準圖像和所述部分圖像的點積。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述權(quán)重是通過下列步驟推導出的: 歸一化所述點積；且用非線性操作縮放所述歸一化點積以產(chǎn)生所述權(quán)重。
14.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測量包括: 在每個點周圍的窗內(nèi)，確定所述基準圖像和所述部分圖像的相似度。
15.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軟件進一步包括通過遷移沖擊集合來推導出所述部分圖像的指令。
16.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軟件進一步包括在測量所述基準圖像與每個部分圖像的相似性之前對過濾所述基準圖像的指令。
17.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軟件進一步包括指令以將所述增強圖像視為新的基準圖像，以及使用所述新的基準圖像來重復(fù)所述測量和確定操作。
【文檔編號】G01V1/36GK103907032SQ201180074194
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】S·M·康普頓, C·斯托克 申請人:界標制圖有限公司