使用光纖分布式感測裝置的地震地球物理勘測的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于在地球物理勘測中使用的裝置。地球物理勘測典型地涉及利用震源（204）激發(fā)感興趣的區(qū)域以及在傳感器陣列中檢測響應(yīng)。本申請描述了一種光纖分布式感測裝置，其具有：電磁輻射的源（112），用于反復(fù)地將詢問電磁輻射發(fā)射到在所述感興趣的區(qū)域中部署的光纖（104）中；采樣檢測器（116），用于對從纖維反向散射的輻射進行采樣；以及處理器（108），被布置為處理反向散射的輻射，以對于光纖的多個縱向感測部分中的每一個提供影響該感測部分的任何入射聲信號的指示。采樣檢測器被布置為對于每個所述縱向感測部分獲得多個分集采樣。處理器被配置為處理分集信道中的分集采樣以確定指示任何聲干擾的測量信號；使來自每個信道的測量信號與指示所施加的地震激發(fā)的信號相關(guān)；以及組合相關(guān)的測量信號以提供用于縱向感測部分的總體測量信號。處理器可以在基于質(zhì)量度量執(zhí)行組合之前將質(zhì)量度量應(yīng)用到相關(guān)的數(shù)據(jù)。通過在執(zhí)行對用于光纖的特定縱向區(qū)段的測量信號的分析之前使各個分集信道與激發(fā)信號相關(guān)，能夠改進信噪比。
【專利說明】使用光纖分布式感測裝置的地震地球物理勘測
[0001]本發(fā)明涉及使用光纖分布式聲傳感器的地震地球物理勘測，并且具體地涉及用于在井孔中進行地震地球物理勘測(例如垂直地震剖面繪制)的改進方法和裝置。
[0002]地震地球物理勘測用于各種應(yīng)用。例如，在石油和天然氣行業(yè)中，可以在井的構(gòu)筑和操作的許多不同的階段進行地震勘測。具體地，一旦井的構(gòu)筑已經(jīng)完成并且井可供使用，可能希望執(zhí)行周期性的地震勘測，以便使隨著時間的井和/或貯藏處的條件方面的任何重大變化明確。
[0003]地震勘測也可以例如在二氧化碳封存方案中用于評定用于危險的或不需要的材料的貯藏的貯藏處。在這些應(yīng)用中，可能再次希望進行周期性的地震勘測以隨著時間的過去而監(jiān)視地點的條件。
[0004]一種類型的地震勘測是表面地震勘測，其涉及沿著將被勘測的區(qū)域的表面放置傳感器陣列——典型地為地震檢波器的線性陣列，以及在該表面處測量對地震激發(fā)的響應(yīng)。用于產(chǎn)生地震激發(fā)的各種類型的震源是已知的，例如能夠使用爆炸物或氣槍，但是特別在石油和天然氣工業(yè)中通常使用一個或多個常常被稱為Vitooseis?卡車的卡車安裝地震振動器。該地震振動器能夠?qū)⒌皖l率振動注入到地球內(nèi)，并且能夠利用隨時間變化的頻率掃描來施加激發(fā)，即，激發(fā)的頻率隨著時間而變化。
[0005]這個表面地震勘測技術(shù)依賴于地面結(jié)構(gòu)中的地球物理特征反射回到表面上的傳感器陣列的地震波。通過確定傳感器對聲激發(fā)的響應(yīng)，能夠確定關(guān)于貯藏處和/或鉆孔的信息。
[0006]被稱為垂直地震剖面繪制(VSP)的另一種類型的地震測量涉及檢波器陣列沿著井孔向下被安裝以及在表面上測量對地震激發(fā)的響應(yīng)。再次，通過確定傳感器對聲激發(fā)的響應(yīng)，能夠確定關(guān)于貯藏處和/或鉆孔的信息。
[0007]在表面勘測和VSP 二者中，可以將震源激發(fā)移離線性或區(qū)域井網(wǎng)中的傳感器。這些技術(shù)是已知的變井源距(walk-away)剖面繪制或3D剖面繪制。
[0008]最近，已經(jīng)提出在地震勘測中使用光纖分布式聲傳感器作為傳感器陣列。分布式聲學(xué)感測(DAS)是已知類型的感測，其中光纖被部署為感測纖維并且利用電磁輻射被詢問。從光纖內(nèi)部反向散射的輻射被檢測并且被分析以揭露關(guān)于作用于感測纖維的不同的縱向部分中的光纖的聲激發(fā)的信息。由此，DAS傳感器有效地充當光纖的感測部分的線性感測陣列。通過詢問輻射的特性以及應(yīng)用到反向散射的信號的處理來確定纖維的感測部分的長度，但是典型地可以在一些應(yīng)用中使用大約IOm的感測部分，并且對于更精確的應(yīng)用使用更小的感測部分。請注意，如在這里所使用的，術(shù)語聲學(xué)的將意指可能導(dǎo)致光纖上的張力的改變的任何類型的壓力波或干擾，并且為了避免引起疑惑，采取術(shù)語聲學(xué)來包括地震波以及也包括超聲波。
[0009]與檢波器陣列的使用相比，DAS具有若干潛在的優(yōu)勢。首先，檢波器陣列是昂貴的并且因此典型地針對個體勘測被部署，并且然后在另一個位置處使用的勘測之后被恢復(fù)。為了進行表面地震勘測，地震檢波器典型地以設(shè)定的間隔被安裝在設(shè)置在地面中的標樁上。然而，DAS使用相對便宜的光纖作為感測介質(zhì)。這意味著，光纖能夠例如通過以期望的布置被埋設(shè)(以使其免受表面環(huán)境效應(yīng))而被部署在將被勘測的區(qū)域中，并且然后在進行勘測之后留在原地。這是尤其有利的，其中因為僅僅存在與第一次部署光纖相關(guān)聯(lián)的部署成本，所以需要給定的位置的周期性勘測。同樣，對于任何隨后的勘測，光纖以及由此個體感測位置的位置將在與先前的勘測相同的地點。
[0010]此外，檢波器陣列的費用意味著陣列中的個體感測元件的數(shù)量典型地是受限的。通過DAS，在IOm長的感測部分的情況下，能夠使用大約40km的長度的纖維來提供4000個個體感測部分。
[0011]對于VSP，DAS的使用能夠允許一次性地勘測整個深井(比方說4km或更多)。在典型的檢波器陣列的情況下，對所使用的地震檢波器的數(shù)量存在限制，并且因此檢波器陣列必須被重新安置在井孔內(nèi)以勘測不同的部分。來自不同的部分的結(jié)果然后可以拼接在一起，但是精確地對準在不同的深度的地震檢波器的位置、在重定位檢波器陣列所耗費的時間方面可能有問題，環(huán)境條件可能已經(jīng)改變。此外，對于生產(chǎn)井，插入檢波器陣列將需要使
生產(chǎn)暫時停止的修井(well intervention)。因此,有時可以使用單獨的觀測孔-但是其
可以距其最希望勘測的所討論的井孔某距離。能夠?qū)AS與單個光纖一起使用，該單個光纖能夠在井建造期間被插入并且其甚至可以當井正在生產(chǎn)時被使用。
[0012]DAS因此提供用于地震勘測的若干優(yōu)勢并且已經(jīng)在地震勘測中被有用地采用。從地震勘測處獲得的結(jié)果的有用性明顯地取決于能夠在多大程度上確定對地震激發(fā)的響應(yīng)。因此希望改善在DAS傳感器接收的信號的處理。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種在涉及利用震源來激勵感興趣的區(qū)域的地球物理勘測中使用的光纖分布式感測裝置，所述裝置包括:電磁輻射的源，被布置為在使用中反復(fù)地將詢問電磁輻射發(fā)射到部署在所述感興趣的區(qū)域中的光纖中；采樣檢測器，用于對從所述光纖反向散射的電磁輻射進行采樣；以及處理器，被布置為處理反向散射的輻射以對于光纖的多個縱向感測部分中的每一個提供影響該感測部分的任何入射聲信號的指示，其中，采樣檢測器被布置為對于每個所述縱向感測部分獲取多個分集采樣，并且處理器被配置為對于每個所述縱向感測部分:把所述分集采樣劃分到多個分集信道中；處理所述分集信道中的每一個來確定指示任何聲干擾的測量信號；使來自每個信道的測量信號與指示所施加的地震激發(fā)的信號相關(guān)；以及組合相關(guān)的測量信號來提供用于縱向感測部分的總體測量信號。
[0014]在使用中，光纖分布式感測裝置利用詢問輻射來反復(fù)地詢問光纖并且檢測從纖維內(nèi)部反向散射的任何詢問福射。如同在分布式光纖傳感器中常規(guī)的那樣，傳感器分析根據(jù)詢問輻射的不同的發(fā)射從光纖反向散射的輻射來對于感興趣的縱向感測部分確定感興趣的任何入射聲信號的指示。對于在地球物理監(jiān)測中使用的常規(guī)DAS傳感器，然后能夠使用標準地震處理技術(shù)來處理來自纖維的每個縱向感測部分的測量信號，例如以大體上與來自個體地震檢波器相同的方式來處置來自縱向部分的測量信號。這可以涉及使來自測量信道的信號與指示所施加的地震激發(fā)的信號(即，震源的頻率-時間變化)相關(guān)。
[0015]然而，在根據(jù)本發(fā)明的該方面的分布式光纖感測裝置中，根據(jù)詢問輻射的每次發(fā)射對于每個縱向感測部分獲取反向散射的輻射的多個分集采樣。分集采樣均被分配到分集處理信道并且被處理以確定指示聲干擾的測量信號。然后在測量信號被組合以提供用于縱向感測部分的總體測量信號之前，使來自每個個體分集信道的信號與指示震源的信號相關(guān)。
[0016]因此，在進一步進行處理以產(chǎn)生用于有關(guān)的縱向感測部分的總體測量信號之前使來自每個分集信道的原始測量數(shù)據(jù)與源相關(guān)。這能夠提高用于縱向感測部分的結(jié)果得到的測量信號的信噪比。
[0017]處理器可以被布置為執(zhí)行來自分集信道的每個測量信號與指示地震激發(fā)的信號之間的互相關(guān)。
[0018]在一個實施例中，處理器被配置為向來自每個分集信道的相關(guān)的測量信號應(yīng)用質(zhì)量度量并且基于應(yīng)用所述質(zhì)量度量的結(jié)果來組合相關(guān)的測量信號。實際上，質(zhì)量度量確定來自特定信道的相關(guān)的測量信號具有高還是低的質(zhì)量。于是在組合來自各個信道的數(shù)據(jù)時考慮對來自信道的數(shù)據(jù)的質(zhì)量的該評定，以確保用于感興趣的感測部分的高質(zhì)量相位值。通過在應(yīng)用質(zhì)量度量之前使測量數(shù)據(jù)與指示震源的信號相關(guān)，能夠減小噪聲在測量信號中的效應(yīng)，并且因此質(zhì)量度量能夠有用地用來優(yōu)先地選擇高質(zhì)量數(shù)據(jù)。
[0019]在一個實施例中，指示任何聲干擾的測量信號是指示反向散射的輻射中的任何相位調(diào)制的相位信號。
[0020]到達檢測器的反向散射的輻射將從光纖內(nèi)的本征散射點被散射。在任何時刻到達檢測器的福射將對應(yīng)于從遍及光纖的一個或多個區(qū)段分布的散射點反向散射的福射(根據(jù)詢問輻射的形式)。各個反向散射信號將在檢測器處干涉，并且作為結(jié)果的干涉信號將具有取決于詢問福射的特性的相位特性、到散射點的光程長度(optical path length)以及也取決于散射點在光纖內(nèi)的分布。因為散射點的分布實際上是隨機的，所以結(jié)果得到的干涉信號具有隨機成分(element)。實際上，散射點形成干涉儀并且該干涉儀的相對相位偏差位置取決于纖維內(nèi)的散射點的分布(該分布是隨機的)。然而，在沒有任何外部激發(fā)的情況下，來自第一集合的散射點的反向散射特性將在詢問輻射的連續(xù)的發(fā)射之間是基本上相同的，即，相位偏差位置將在發(fā)射之間的時間標定上保持相同。
[0021]諸如光纖上的入射聲學(xué)的/地震的或其他壓力波或張力之類的導(dǎo)致光纖內(nèi)的光程長度改變的光纖上的任何激發(fā)可以導(dǎo)致光纖的有關(guān)部分的反向散射信號中的相位調(diào)制，即隨著時間的過去的來自光纖的給定部分的反向散射信號的相位特性中的改變。因此，通過確定影響感興趣的空間感測部分的任何相位調(diào)制的存在和程度，可以檢測影響該感測部分內(nèi)的光纖的諸如聲激發(fā)的任何激發(fā)。
[0022]質(zhì)量度量可以包括關(guān)于用于給定信道的相位信號與來自其他信道的相位信號之間的相似度的確定，并且處理器被配置為基于來自一個信道的相位信號與來自另一個信道的相位信號的如何地類似來確定分數(shù)。處理器可以通過使來自一個信道的相位數(shù)據(jù)與來自其他信道的相位數(shù)據(jù)相關(guān)來確定相似度。
[0023]對于上述類型的分布式光纖傳感器，當外部激發(fā)影響感興趣的感測部分時，有可能以基本上相同的方式影響與感興趣的感測部分相對應(yīng)的多個采樣。換句話說，在理想條件下，與感興趣的感測部分相對應(yīng)的多個分集采樣中的每一個將揭示相同程度的相位調(diào)制。
[0024]對于在地球物理勘測中使用的典型的分布式聲傳感器，感興趣的縱向感測部分的長度可以是IOm左右或更小的量級，并且某些實施例可以使用更短的縱向感測部分。對于IOm左右的量級的縱向感測部分，(從詢問輻射的每次個體發(fā)射)獲取與感測部分相對應(yīng)的多個分集采樣要求快速的采樣時間。采樣檢測器可以被配置為在所耗費的使詢問輻射在纖維中行進等于感興趣的縱向感測部分的長度兩倍的距離的時間中獲取多個采樣。例如，獲取與光纖的縱向感測部分相對應(yīng)的十個米樣要求獲取在所耗費的用于使福射在光纖中行進20m的時間(B卩，使光已經(jīng)進一步傳播IOm至纖維內(nèi)并返回的時間)中獲取十個采樣。因此，對于具有大約1.5的折射率的光纖，將要求大約IOOMHz的采樣率。因此可以以約百MHz左右量級的相對較高的采樣率獲取分集采樣，該采樣率比被測量的光纖上的干擾的演進速率快得多。隨著該時間標度，甚至可能被分布式光纖傳感器檢測到的最高頻率的聲信號也將不改變許多。對于其中光纖被埋設(shè)在地下或嵌入在材料中的分布式光纖傳感器，幾百Hz以上的頻率很可能被強烈地衰減并且傳感器將主要地檢測200Hz或更小的頻率。進一步，對于在地球物理勘測中預(yù)期的入射信號，很可能的是，任何入射聲波很可能影響纖維的IOm區(qū)段的大部分。因此，能夠做出下述假設(shè):與感興趣的縱向感測部分相對應(yīng)的多個分集采樣中的每一個測量相同的入射激發(fā)。
[0025]因此本發(fā)明的該實施例在下述假設(shè)下操作:在處理之后，在理想非衰落條件下，來自每個信道的測量信號顯示相同的相位調(diào)制。因此，在其中所處理的相位信號類似于來自其他信道的相位信號的信道可以指示有關(guān)的信道全部正確地測量相同的激發(fā)，而在其中所處理的數(shù)據(jù)與其他信道的處理的數(shù)據(jù)不匹配的任何信道可以指示衰落的或噪聲主導(dǎo)的采樣。
[0026]存在下述各種方式:其中，能夠考慮質(zhì)量度量來組合相關(guān)的測量信號，例如可以對于較低的質(zhì)量數(shù)據(jù)給予相比較高質(zhì)量數(shù)據(jù)更低的加權(quán)或者在組合中將較低的質(zhì)量數(shù)據(jù)完全地省略。例如，在組合中可以給予來自非常地類似于彼此的信道的數(shù)據(jù)相對高的加權(quán)，而在組合中可以給予較少地類似于彼此的相關(guān)的測量信號相對較低的加權(quán)。通過該方式，組合實際上給予優(yōu)質(zhì)的采樣較大的權(quán)重，并給予劣質(zhì)的采樣較小的權(quán)重，并因此提高信噪比。
[0027]另外或替換地，僅僅來自那些自相似的信道的所處理的測量信號的子集可以用于形成總體測量值。
[0028]子集可以包括來自預(yù)先確定的數(shù)量的信道的數(shù)據(jù)。換句話說，方法可以包括當預(yù)先確定N>M以及M的值時從N個可用的信道中選擇M個最自相似的結(jié)果的步驟。例如，如果存在所獲取的與纖維的特定縱向感測部分相對應(yīng)的大約10個采樣，并且在分離的信道(SPN=IO個信道)中處理每個采樣，那么例如可以選擇五個最自相似的所處理的信號(M=5)來進行組合。
[0029]替換地，用于形成子集的所處理的數(shù)據(jù)的信道的數(shù)量可以基于數(shù)據(jù)本身而可變。例如，質(zhì)量度量能夠被應(yīng)用到來自每個個體信道的信號以確定與來自其他信道的信號的自相似的程度，并且充分地類似于彼此的所有結(jié)果可以被組合，其可以在一些情況下包括所有信道。來自每個信道的信號可以被給予分數(shù)，并且可以在組合中使用具有大于所設(shè)置的閾值的分數(shù)的任何信道。因此，如果來自十個信道中的八個信道的相關(guān)的測量信號類似于彼此，例如分數(shù)足夠地高，則可以組合這八個類似的信號，但是，對于纖維的另一個縱向感測部分，如果僅僅四個信道產(chǎn)生類似于彼此的信號，則可以組合僅僅來自那四個信道的信號。改變被用來組合以產(chǎn)生總體測量信號的信道的數(shù)量將影響系統(tǒng)的噪聲屬性。處理器可以因此被布置為基于在組合中使用的信道的數(shù)量來校準總體測量信號。處理器也可以提供在執(zhí)行組合中使用的信道的數(shù)量的指示。[0030]還將理解，感興趣的縱向感測部分的相位中心可以取決于為了進行組合所實際地選擇的信道而變化。多個分集采樣中的每一個將包括來自光纖的稍有不同的區(qū)段的反向散射的輻射。因此，例如如果選擇來自十個可能的信道中的五個信道的數(shù)據(jù)來進行組合，那么如果前五個信道是被選擇的信道，則結(jié)果得到的組合的值的相位中心將偏斜到縱向感測部分的一邊。處理器因此也可以被布置為提供在組合和/或相位中心的估計中使用的有關(guān)的信道或至少信道的展開的指示。
[0031]有利地，對于每個縱向感測部分，多個分集采樣中的大多數(shù)基本上是獨立的分集采樣。
[0032]如上所述，在任何給定的時刻，在檢測器處接收的反向散射信號可以包括取決于詢問輻射的形式從光纖的一個或多個區(qū)段反向散射的輻射。典型地，詢問輻射將包括光輻射的一個或多個脈沖(請注意，如在這里所使用的，術(shù)語光輻射將包括紅外線或紫外線輻射以及在可見光波長的輻射)。例如，如果詢問輻射將包括由間距分離的兩個脈沖，那么在任何時刻到達檢測器的反向散射輻射將從纖維的兩個分離的區(qū)段而產(chǎn)生，這兩個起作用的區(qū)段由間距分離。
[0033]因此每個采樣實際上對應(yīng)于取決于詢問輻射的形式的來自一個或多個起作用的區(qū)段的反向散射信號。光纖的起作用的區(qū)段實際上限定采樣窗口。纖維中的采樣窗口的位置取決于詢問輻射的發(fā)射之后的時間。在任何兩個連續(xù)的采樣之間，光纖內(nèi)的相應(yīng)起作用的區(qū)段的位置、由此采樣窗口將已經(jīng)移動。
[0034]因此，有利地獲取多個采樣，使得對于每個采樣，來自光纖的每個起作用的區(qū)段的、能夠從詢問輻射的脈沖接收的反向散射信號基本上與多個采樣中的其余采樣中的大多數(shù)的對應(yīng)的起作用的區(qū)段無關(guān)。換句話說，在用于大多數(shù)采樣的對應(yīng)的起作用的區(qū)段之間基本上不存在重疊。因此，如果詢問輻射包括由間距分離的第一脈沖和第二脈沖，由此對于每個采樣限定第一起作用的區(qū)段和第二起作用的區(qū)段，那么獲取采樣，使得用于采樣的第一起作用的區(qū)段的位置基本上不與用于大多數(shù)其他采樣的第一起作用的區(qū)段的位置重疊，并且同樣地，用于該采樣的第二起作用的區(qū)段的位置基本上不與用于大多數(shù)其他采樣的第二起作用的區(qū)段的位置重疊。
[0035]詢問電磁輻射的源可以被配置為使得詢問電磁輻射至少包括具有第一脈沖持續(xù)時間的第一脈沖，并且采樣檢測器被配置為使得采樣之間的時間差比用于多個分集采樣中的大多數(shù)分集采樣的第一脈沖持續(xù)時間大。采樣檢測器可以被配置為使得所述多個采樣中的任何兩個分集采樣之間的時間差是第一脈沖持續(xù)時間的至少50%。
[0036]有利地，詢問電磁輻射包括將第一脈沖和第二脈沖包括在內(nèi)的脈沖對，第一脈沖后面是第二脈沖并且時間上與第二脈沖分離。就允許在傳感器的最大能實現(xiàn)的空間分辨率內(nèi)獲取分集采樣而言，與脈沖之間的間距相比具有相對窄的脈沖寬度的脈沖結(jié)構(gòu)能夠是有利的。第一和第二脈沖之間的持續(xù)時間可以因此等于或大于第一脈沖和/或第二脈沖的脈沖持續(xù)時間，并可以是第一脈沖和/或第二脈沖的脈沖持續(xù)時間的至少兩倍。
[0037]光源可以被配置為使得脈沖對的脈沖在它們之間具有頻率差。頻率差可以定義諸如在GB 2，442，745中描述的載波頻率。
[0038]在一個實施例中，光源被配置為反復(fù)地將脈沖對發(fā)射到光纖中，其中連續(xù)發(fā)射中的脈沖對彼此具有相同的頻率配置，并被生成為使得一個脈沖對的脈沖的相位關(guān)系與連續(xù)的脈沖對的相位關(guān)系具有預(yù)先確定的相對相位差。
[0039]根據(jù)該實施例的傳感器裝置確保脈沖對中的脈沖的相對相位關(guān)系是受控的。脈沖對因此具有已知的相對相位編碼。該已知的相位編碼確保來自由第一脈沖對照射的光纖中的任何給定的位置的反向散射干涉信號與由來自光纖中的相同位置的第二脈沖對生成的干涉信號具有相同的預(yù)先確定的相對相位差。通過控制該相位編碼，能夠生成干涉的分析版本。因此，對于光纖中的給定的位置，即使當干涉信號位于傳感器的基帶噪聲內(nèi)時，由第一和第二(即連續(xù)的)脈沖對生成的反向散射信號也能夠被處理以確定對于光纖的該區(qū)段的相位值。相位關(guān)系可以是90°的相對相位差。
[0040]在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種用于地球物理監(jiān)測的分布式光纖感測的方法，包括:當利用震源激發(fā)區(qū)域時，反復(fù)地將詢問輻射發(fā)射到部署在區(qū)域中的光纖中；對從所述光纖內(nèi)反向散射的詢問輻射進行采樣；以及對于所述光纖的至少一個縱向感測部分確定對所述激發(fā)的任何聲響應(yīng)，其中確定任何聲響應(yīng)的步驟包括:在每次發(fā)射之后取得與從感興趣的縱向感測部分的至少一部分反向散射的輻射相對應(yīng)的多個分集采樣；將所述多個分集采樣劃分到多個信道中，以及處理所述信道來針對所述信道確定指示聲干擾的測量信號；使針對每個信道的測量信號與指示震源的信號相關(guān)；以及將針對所述信道的相關(guān)的測量信號組合為用于所述縱向感測部分的總體測量信號。
[0041]上面關(guān)于本發(fā)明的第一方面描述的所有優(yōu)勢等同地適用于本發(fā)明的該方面的方法，并且該方法可以被實施在上述的任何實施例中。
[0042]使用中，光纖可以沿著井孔向下被布置，該井孔可以是生產(chǎn)或注入井或觀測井孔。該方法可以用于提供垂直地震剖面。該方法可以用于提供變井源距垂直地震剖面或3D垂直地震剖面。
[0043]替換地，光纖可以被布置在地面的表面上并且耦合到地面或可以被埋設(shè)在地面的表面之下。該方法可以用于提供表面地震剖面并可以用于提供變井源距表面地震剖面或3D表面地震剖面。
[0044]地震激發(fā)可以包括一個或多個車輛安裝的地震振動器。
[0045]本發(fā)明可以包括在這里所提及的特征和/或限制的任何組合(除互斥的此類特征的組合之外)。
[0046]現(xiàn)在將參考附圖通過示例來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中:
圖1圖示出光纖分布式聲傳感器的基本部件；
圖2圖示出井孔中的光纖分布式聲傳感器的部署；
圖3圖示出表面地震配置中的光纖分布式聲傳感器的部署；
圖4圖示出用于DAS的示例脈沖結(jié)構(gòu)；
圖5圖示出處理一個分析窗格中的分集采樣以生成用于每個信道的相位值；
圖6圖示出可以如何選擇分析窗格中的所選擇的數(shù)量的信道來進行組合。
[0047]圖1示出分布式光纖感測布置的示意圖。一段感測纖維104可移除地在一端處連接到詢問器106。來自詢問器106的輸出被傳遞到可以與詢問器處于同一位置或可以與其相距遙遠的信號處理器108，并且可選地，被傳遞到實際上可以由適當?shù)匾?guī)定的PC實現(xiàn)的用戶界面/圖形顯示器110。用戶界面可以與信號處理器處于同一位置或可以與其相距遙遠。[0048]感測纖維104可能是數(shù)千米的長度，并可以例如是至少長達可至少1.5km長的井孔的深度。感測纖維可以是諸如通常地在遠程通信應(yīng)用中使用的標準的、未改性的單模光纖，而沒有必要有意地引入諸如纖維布拉格光柵等等的反射點。使用未改性的長度的標準光纖以提供感測的能力意指可以使用低成本的現(xiàn)成的纖維。然而，在一些實施例中，纖維可以包括已被制造的對入射振動特別敏感的纖維。使用中，纖維104被部署為諸如在生產(chǎn)或注入井中沿著井孔的長度鋪設(shè)，或鋪設(shè)在將被勘測的區(qū)域的表面上，如以下將描述的那樣。
[0049]在操作中，詢問器106將可以例如包括一系列具有所選擇的頻率模式的光學(xué)脈沖的詢問電磁輻射發(fā)射到感測纖維中。光學(xué)脈沖可以具有如GB專利出版物GB 2，442，745中描述的頻率模式，其內(nèi)容特此通過引用合并于此。注意到，如在這里所使用的，術(shù)語“光學(xué)”不局限于可見光譜，并且光輻射包括紅外輻射和紫外線。反向散射導(dǎo)致輸入到纖維中的某小部分光反射回到詢問器，其中其被檢測以提供表示在纖維的附近的聲干擾的輸出信號。在一個實施例中，檢測器被布置為檢測已經(jīng)在所述纖維內(nèi)瑞利反向散射的輻射，但是使用其他類型的反向散射的其他類型的分布式聲傳感器是已知的。詢問器可以因此包括至少一個激光器112和至少一個光調(diào)制器114，用于反復(fù)地產(chǎn)生由已知的光頻差分離的至少兩個光學(xué)脈沖。詢問器還包括至少一個光電檢測器116，其被布置為檢測從纖維104內(nèi)的本征散射點瑞利反向散射的輻射。
[0050]來自光電檢測器116的信號由信號處理器108來處理。信號處理器例如基于光學(xué)脈沖之間的頻差來便利地對返回信號進行解調(diào)。因此能夠監(jiān)測來自光纖的各個區(qū)段的反向散射的光的相位。因此能夠檢測到諸如將由于引起纖維上的張力的入射壓力波而引起的、來自纖維的給定區(qū)段的有效路徑長度中的任何改變。以下將更詳細地描述信號處理器108。
[0051]光輸入的形式和檢測方法允許將單個連續(xù)纖維空間地分解成離散的縱向感測部分。也就是說，能夠基本上獨立于在相鄰的部分的感測的信號來提供在一個感測部分感測的聲信號。這樣的傳感器可以被視為完全分布式或本征傳感器，因為它使用在光纖中的內(nèi)在的處理的本征散射，并且因此遍及整個的光纖來分布感測功能。光纖的感測部分的空間分辨率例如可以是大約10m，其比方說對于沿著4km生產(chǎn)井的整個長度向下部署的連續(xù)長度的纖維提供沿著井的整個長度部署的能夠?qū)嶋H上提供對井孔的整個長度的同時監(jiān)測的400個左右的獨立的聲信道。
[0052]因為感測光纖相對便宜，所以感測纖維可以以永久的方式被部署在位置中，這是因為使纖維留在原地的成本不顯著。因此，如果期望隨后的地震勘測，則纖維可以被永久地部署在原地。在一些實施例中，適當?shù)睦w維可以在打井的階段期間被安裝，諸如圖2中所
/Jn ο
[0053]典型地，通過鉆探鉆孔201并且然后沿著鉆孔向下強加金屬套管202的區(qū)段來形成生產(chǎn)或注入井。套管的各個區(qū)段被結(jié)合在一起，由于套管的各個區(qū)段被插入以提供連續(xù)的外部套管。在生產(chǎn)套管已經(jīng)被插入到所要求的深度之后，利用水泥203回填鉆孔與套管之間的空隙至少至某深度，以防止任何流而不是通過井本身。如圖2中所示，要被用作感測纖維104的光纖可以被夾到外部套管202的外部，好像其被插入鉆孔中。通過這種方式，纖維104可以以沿著井孔的整個長度的線狀路徑被部署，并且隨后在井孔的至少一部分的位置中被注水泥。然而，光纖的其他部署可以是可能的，例如光纖能夠被部署在外部套管內(nèi)但是在某內(nèi)缸或油管的外部上。光纜是相對堅固的，并且一旦被固定在適當?shù)奈恢脛t能夠在下降流環(huán)境中存在多年。
[0054]纖維從井口伸出并且連接到可以如上所述進行操作的詢問器106。將理解的是，詢問器106將把詢問輻射傳送到光纖中并且通過檢測來自光纖內(nèi)的散射點的反向散射信號來進行操作。反向散射信號將是相對低的強度，并且因此在詢問器106中使用的光電檢測器可以相對靈敏。然而，取決于纖維如何終止，可能有來自纖維的遠端的相對強的反射，這將導(dǎo)致在詢問器反向接收的相對強的信號。該相對強的終端反射信號可以潛在地使檢測器飽和，這要求詢問輻射的發(fā)射之間的停滯時間，或者甚至可能導(dǎo)致對靈敏的光學(xué)部件的損害。因此光纖的遠端可以被配置為具有相對低的反射。在一些實施例中，纖維的末端可以涂有抗反射涂層和/或為裂開的，使得纖維的末端相對于垂直于光軸具有顯著的角度(使得光被反射到核外)。然而，在一個實施例中，纖維的末端可以被疊接至纖維的終止區(qū)段，其中在感測纖維與終止區(qū)段之間具有預(yù)有準備的偏移。通過控制感測纖維與終止區(qū)段之間的偏移，疊接能夠被布置為在纖維的末端處提供基本上零反射點，從而減小來自纖維末端的任何實質(zhì)上的反射。偏移可以是10-20微米左右的量級，并且可以要求3cm左右處的終止區(qū)段。可以使用具有高(例如最大)的衰減設(shè)置的標準疊接工具來將終止區(qū)段疊接至感測纖維。作為替代，纖維的遠端可以被疊接至無心纖維，即與感測纖維同樣直徑但是均一折射率的短長度的光纖。在其他實施例中，纖維的遠端可以被浸于與纖維芯具有相同折射率的折射率匹配凝膠中。
[0055]詢問器106可以永久地連接到纖維104以提供連續(xù)的聲學(xué)的/地震監(jiān)測并且可以監(jiān)測井操作的范圍。然而，在一些實施例中，當需要執(zhí)行地球物理勘探時，詢問器可移除地連接到纖維104，但是隨后當勘測被完成時能夠斷開且被移除。盡管纖維104保持原地并且因此為任何隨后的勘測作準備，由此確保在任何隨后的勘測中，該感測精確地位于與先前的勘測相同的地點中。這容易地允許在不同的時間進行對地震數(shù)據(jù)的獲得和分析，以提供時變地震分析。
[0056]為了執(zhí)行地球物理監(jiān)測，一個或多個震源204 (例如Vibroseis?卡車)位于表面處并且用于激勵表面處的地面，如所2中所圖示。
[0057]根據(jù)地球物理勘探的類型，震源204可以利用時變頻率模式來施加激發(fā)。
[0058]可以使用震源的多個不同布置。例如，為了執(zhí)行零偏移垂直地震剖面(Z0-VSP)，震源可以大體上位于井孔上方。在變井源距垂直地震剖面(WA-VSP)中，震源可以漸進地從井孔進一步移動離開。震源也可以用來在井管中引起管波。不同類型的勘測能夠例如在二氧化碳封存中用于監(jiān)測井的不同的方面，ZO-VSP可以用于監(jiān)測CO2密封度，WA-VSP可以用于跟蹤CO2注入羽流，并且管波監(jiān)測可以用于監(jiān)測套管完整性。
[0059]圖3示意地示出用于表面地震剖面繪制的布置，其中適當?shù)墓饫w104被埋設(shè)在將被勘測的區(qū)域中的地面302中。光纖104耦合到地面，或者被埋設(shè)地表以下，如所示的那樣，或者被耦合到表面。
[0060]纖維104耦合到可以如上所述進行操作的詢問器106。
[0061]為了執(zhí)行表面地球物理監(jiān)測，一個或多個震源204 (例如Vibroseis?卡車)位于表面處并且用于激勵表面處的地面，如圖3中所圖示。盡管震源被示出位于光纖104的遠端處，但其可以位于鄰近于詢問器的沿著光纖的長度的任一點，或者可能是其可以在勘測期間被移動。[0062]來自源204的地震信號傳播通過地面并且因在地下的地球物理特征304反射回到表面。通過測量如上所述在光纖接收的所反射的地震信號，能夠獲取地震剖面。
[0063]在圖2和3中示出的布置中，通過許多所謂的射擊，地震剖面繪制可以進行。換句話說，如上所述，由震源204施加給定形式的地震激發(fā)，并且對該激發(fā)的響應(yīng)被測量?？梢岳孟嗤牡卣鸺ぐl(fā)在相同或者不同的位置中執(zhí)行多個射擊，以便提供更多的數(shù)據(jù)以及更準確的地震剖面。
[0064]能夠從光纖的每個縱向感測部分檢測來自給定射擊的信號，即給定形式的地震激發(fā)。因此，可以從沿著纖維的整個長度的纖維的每個感測部分接收信號。結(jié)果將是一系列信號，其指示隨著時間的過去的在纖維的每個縱向區(qū)段中檢測到的地震信號。感測纖維因此有效地充當一系列點式地震檢波器。因此可以根據(jù)諸如應(yīng)用到檢波器陣列的已知的處理技術(shù)來處理來自纖維的縱向區(qū)段的信號。例如，來自多個縱向感測部分的聲信號能夠與地震激發(fā)(即指示由震源施加的頻率掃描的信號)相關(guān)。然后能夠使用地震堆疊技術(shù)來堆疊來自各個射擊的結(jié)果得到的地震道。
[0065]根據(jù)本發(fā)明的實施例，能夠使用地震激發(fā)的知識來處理由信號處理器108接收的數(shù)據(jù)，以提高作為結(jié)果的測量的信噪比。
[0066]在根據(jù)目前實施例的DAS傳感器中，詢問器被布置為將輻射發(fā)射到光纖中并且采樣來自光電檢測器116的輸出，以便獲取與光纖的每個縱向感測部分相對應(yīng)的多個分集米樣。換句話說，檢測器的采樣率是如此以至在所耗費的用于輻射在纖維內(nèi)移動等于縱向感測部分的長度的兩倍的距離的時間、即等于縱向感測部分的長度的距離的來回一次時間中獲取多個采樣。
[0067]然后能夠在多個信道中處理對于每個縱向感測部分的多個采樣?？梢栽诜治龃案裰蟹治鲇糜谔囟v向感測部分的多個信道，以提供用于每個縱向感測部分的單個測量。來自各個信道的測量信號因此被組合為用于感興趣的感測部分的總體測量值。雖然能夠通過簡單地對各個信號一起求平均來獲取總體測量信號，但是一種更好的方法將使用質(zhì)量度量來識別產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的信號的那些信道并且僅僅使用那些測量信號或者在組合中對這樣的信號給予較高的加權(quán)?；诿總€分集采樣應(yīng)當有效地測量相同的聲刺激的實現(xiàn)，一種可能的度量是測量信號之間的自相似程度。測量信號展現(xiàn)高度相似性的信道可以被假定為兩者都精確地記錄聲刺激，然而如果信道提供相當不同的信號，很可能是，至少一個信道是噪聲主導(dǎo)的和/或是衰落的。
[0068]使用質(zhì)量度量來提高總體測量信號的SNR是有用的，并且然后能夠根據(jù)如上所述的標準地震處理方法來進一步處理結(jié)果得到的總體測量信號。然而，根據(jù)本發(fā)明的實施例，通過在組合來自個體信道的測量信號以形成用于縱向感測部分的總體測量信號之前，將地震處理中的至少一些合并，能夠進一步提高信噪比。
[0069]因此，信號處理器可以分別地處理每個信道以提供指示影響反向散射的輻射的任何相位調(diào)制的信號。然后使來自每個信道的測量信號與指示在勘測中使用的地震激發(fā)的信號，即指示震源的頻率和任何頻率掃描的信號相關(guān)。通過使個體測量信號與用于驅(qū)動震源的信號相關(guān)，與任何不規(guī)則噪聲相比，將更明顯地識別由地震反射/折射引起的任何信號。在這樣的相關(guān)之后應(yīng)用質(zhì)量度量因此將更明顯地指示哪些信道對應(yīng)于優(yōu)質(zhì)的地震數(shù)據(jù)。
[0070]在一個實施例中，可以使用圖4中示出的形式的脈沖配置。圖4中示出的脈沖結(jié)構(gòu)包括間隔開且被布置為沿著光纖104傳播的第一脈沖對402、404和第二脈沖對406、408。脈沖結(jié)構(gòu)具有與脈沖之間的間距相比相對窄的脈沖，使得如果這些被用于進行DAS測量，則可以獲取許多不同的分集采樣，每個與基本上獨立的散射點相對應(yīng)并且其全部限定部分地重疊的纖維的各部分。因此，可以獲取與光纖的多個重疊的空間感測部分相對應(yīng)的多個分集采樣。
[0071]檢測器/信號處理器108的采樣率可以因此被設(shè)定在使得以所耗費的用于使脈沖在光纖中傳播等于標距長度的距離(脈沖之間的距離)的來回一次時間來獲取多個采樣的速率。明顯地，與從纖維的區(qū)段獲取單個采樣相比較，這能夠減小衰落的問題，所有采樣位置已經(jīng)衰落的可能性比個體采樣位置已經(jīng)衰落的概率低得多。因此，通過采取在標距長度內(nèi)的多個分集采樣，提高了傳感器的SNR。
[0072]可以在各個分析窗格中分析多個連續(xù)的分集采樣，以提供用于每個分析窗格的單個測量，每個分析窗格與光纖104的某個限定的縱向感測部分相對應(yīng)。換句話說，認為脈沖對配置使得標距長度例如是10m。這對應(yīng)于IOOns量級的脈沖間隔。分析窗格可以因此對應(yīng)于光纖的鄰接的IOm區(qū)段。采樣率可以使得例如在所耗費的用于使反向散射的輻射到達檢測器的時間中獲取10個左右的分集采樣以對應(yīng)于纖維的不同的IOm區(qū)段，即所耗費的用于使脈沖在光纖內(nèi)移動IOm的時間的兩倍(用于考慮使脈沖移動IOm到纖維中以及光返回額外的IOm距離的時間)。換句話說，將纖維的折射率取值為大約1.5，可以按大約IOOMhz的速率獲取采樣。
[0073]在該示例中，每個分析窗格可以因此包括十個信道，每個連續(xù)的信道接收在脈沖對的發(fā)射之后獲取的連續(xù)的分集采樣。每個信道因此對應(yīng)于纖維的IOm區(qū)段，其中有關(guān)的IOm區(qū)段在每個信道之間位移lm，并且將以脈沖對的發(fā)射速度來更新每個信道。有關(guān)的分析窗格所涉及的纖維的區(qū)段可以因此被定義為處于與分析窗格的所有信道相對應(yīng)的纖維的長度的中間中的纖維的10m。換句話說，如果分析窗格的第一信道從位置X至x+10m在纖維中定義纖維的IOm區(qū)段，并且第二信道從x+lm至x+1 Im定義區(qū)段，以此類推，直到第十信道從x+9m至x+19m定義位置,那么分析窗格可以被定義為涉及從x+4.5m至x+14.5m的纖維的區(qū)段。將顯而易見的是，通過這種方式將信道分組到窗格中意指影響與一個分析窗格相對應(yīng)的纖維的區(qū)段也將在相鄰的分析窗格中具有效應(yīng)。這確實對空間分辨率有影響，但是分集處理方案的優(yōu)勢補償空間分辨率中的此類降低。
[0074]然后可以處理每個信道中的分集采樣以確定用于該信道的相位信號以及與指示所使用的地震激發(fā)的信號相關(guān)的用于每個信道的結(jié)果得到的相位信號。然后可以使用質(zhì)量度量來評定相關(guān)的相位信號，并且在組合來自各個信道的采樣以形成用于分析窗格(即縱向感測部分)的總體測量信號中使用評定的結(jié)果。
[0075]每個信道被分別地處理以確定用于該信道的相位信號?？梢允褂脴藴式庹{(diào)技術(shù)對于每個信道確定相位信號。例如，當使用根據(jù)圖4的脈沖對時，解調(diào)方法可以被應(yīng)用到每個信道以獲取I和Q分量，如對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將顯而易見的那樣。
[0076]這樣的處理的結(jié)果是用于每個信道的相位值，并且可選地是用于每個信道的振幅值。隨時間的相位值形成然后與指示地震激發(fā)的信號相關(guān)的相位信號。
[0077]在一個示例中，對于信道導(dǎo)出的相位信號在與地震激發(fā)信號相關(guān)之后，可以基于來自每個信道的信號的自相似的程度、根據(jù)質(zhì)量度量加以分析。對于大多數(shù)應(yīng)用，能夠做出下述假設(shè):在從光纖的重疊感測部分獲取分集采樣的情況下，在該一般位置處作用于纖維的任何聲干擾將導(dǎo)致每個信道中的基本上相同的相位調(diào)制。因此，用于所有信道的所有相關(guān)的相位信號能夠彼此相比較，以確定來自每個信道的結(jié)果如何類似于彼此。展現(xiàn)高度相似性的信道能夠被假定為測量相同的激發(fā)，而與其他信道顯著不同的信道可能實際上是噪
聲主導(dǎo)的。
[0078]然后可以基于該質(zhì)量度量將相關(guān)的相位信號與應(yīng)用到每個相位信號的適當?shù)募訖?quán)組合。換句話說，在組合中可以給予來自非常地類似于彼此的相位信號相對高的加權(quán)，而在組合中可以給予較少地類似于彼此的相位信號相對較低的加權(quán)。通過該方式，與常規(guī)組合技術(shù)相比，該組合給予優(yōu)質(zhì)的采樣更大的權(quán)重，并且給予劣質(zhì)的采樣更小的權(quán)重，并且因此提聞/[目噪比。
[0079](在與地震激發(fā)信號相關(guān)之后)，可以通過將對于信道確定的相位值與對于其他信道確定的相位值進行比較來確定信號與其他信號的自相似的程度。優(yōu)選地，相對簡單且直接的相關(guān)用來最小化處理開銷。
[0080]第一度量Ml可以用于確定被比較的信道中的信號的變化的相似性。被應(yīng)用到來自信道A和B的信號A和B的度量Ml可以是如下形式:
Ml (A, B) = (A - <Α?.(B -〈B?等式(I)。
[0081]該度量能夠?qū)τ诰哂写驞C分量的信號給出大的結(jié)果。因此，有利的是，第二度量M2可以用于確定對兩個信號之間的差的量值的測量。度`量M2可以是如下形式:
M2 (A, B) = ((A - <Α? - (B -〈B〉))2 等式(2)。
[0082]可以對于分析窗格內(nèi)的信道的每個組合計算這兩個度量，并且這兩個度量可以用于確定最類似于彼此的信道。可以通過下式計算單個總體度量Mq:
Mq (Α, B) =Ml (Α, B) - M2 (Α, B) 等式(3)。
[0083]所計算的質(zhì)量度量Mq的值然后可以用來確定最自相似的那些信道。
[0084]圖5示出對于纖維的縱向區(qū)段的分析窗格中的各個信道可以如何確定有關(guān)的相位值的示例。
[0085]用于分析窗格中的η個信道中的每一個信道的I和Q分量可以被接收并且被低通濾波502以導(dǎo)出I和Q值。然后可以在邏輯單元504中通過平面到極坐標轉(zhuǎn)換將這些I和Q值轉(zhuǎn)換為相位信號。邏輯單元504還接收(未示出)指示在勘測期間使用的地震激發(fā)的信號，并且可以執(zhí)行原始相位信號與激發(fā)信號之間的相關(guān)。結(jié)果可以是使相位值Φ與振幅值A(chǔ)相關(guān)的輸出。
[0086]可以在后續(xù)處理506中使用來自每個信道的相位值Φ以確定自相似性。用于每個信道的相位值Φ也被傳遞到濾波器508，以執(zhí)行按時間平均并且產(chǎn)生平均相位值<Φ>。相位值Φ和用于每個信道平均相位值<Φ>然后可以被處理以確定上面討論的度量。一旦已經(jīng)識別了自相似的信道，就能夠組合來自有關(guān)的信道的相位值。然而，由于度量處理耗費了一些時間，因此用于每個信道的相位值Φ也可以被傳遞到緩沖器510作為延遲。延遲的相位值Od能夠被用作將被組合的值。在一個實施例中，組合涉及將電流之間的差與平均相位值組合，并且由此延遲的相位值Od也可以被濾波508以產(chǎn)生也可以在組合中使用的平均值。注意到，同樣的濾波塊508被示出為作用于相位值和延遲的相位值以提供有關(guān)的平均值。然而，將理解的是，實際上，可以應(yīng)用單獨的濾波器。[0087]由于基于對于多個射擊所接收的分集采樣來確定用于每個信道的I和Q分量，因此能夠更精確地確定用于特定信道的I和Q值，并且由此可以提高SNR。
[0088]后續(xù)處理可以確定用于信道的每個組合的度量并選擇用于組合的最自相似的預(yù)先確定數(shù)量的信道。換句話說，該方法可以包括從分析窗格內(nèi)部可利用的η個信道中選擇m個最自相似的信道的步驟。例如，如果在分析窗格內(nèi)存在10個信道，即，n=10，那么可以選擇來自信道的五個最自相似的結(jié)果(m=5)以進行組合。
[0089]被選擇以形成組合相位結(jié)果的信道的數(shù)量可以對于每個分析窗格是相同的，并可以隨時間恒定。這可以使一些稍后的處理容易，這是因為每個組合的相位值由相同數(shù)量的個體采樣形成。也將確保用于傳感器的恒定本底噪聲。然而，在一個實施例中，在組合中使用的信道的數(shù)量可由詢問器單位的用戶配置。
[0090]圖6圖示出用于選擇M個最自相似的信道的基于度量的處理的一個實施方式。對于每個頻道接收相位值Φ和平均值相位值<Φ>。對于每個信道，對于與每個其他信道的組合確定度量Mq，以形成度量分數(shù)的矩陣602。由于僅度量的量值是重要的，因此僅需要計算用于每個信道組合的度量一次，即，度量Mq(A，B)的量值將與Mq(B，A)的量值相同。
[0091]對于每個信道，這實際上導(dǎo)致用于其他信道中的每一個信道的一系列分數(shù)。在此階段處，可以識別用于信道的預(yù)定數(shù)量X個最高度量分數(shù)。例如可以在直方圖類型布置中識別和計數(shù)用于那些最高度量分數(shù)的對應(yīng)信道。因此，比方說對于信道1，如果最高的X個度量包括來自與信道2、5和6的組合的度量，那么用于信道2、5和6的直方圖計數(shù)將增加一。能夠?qū)τ谒行诺乐貜?fù)該處理。直方圖于是將指示哪些信道最類似于其他信道，并且，可以選擇具有最高直方圖計數(shù)的M個信道來進行組合。
[0092]對于每個所選擇 的信道，在組合中使用延遲的相位值Od，使得被組合的數(shù)據(jù)是根據(jù)其計算度量的相同數(shù)據(jù)。在一個實施例中，組合對于所選擇的信道中的每一個來說是求和:
Σ !,(Φ, - <Φ,?等式(4)
其中Wi是用于第i個信道的可選加權(quán)。例如，加權(quán)Wi可能基于直方圖計數(shù)。
[0093]在一些實施例中，也可以在應(yīng)用質(zhì)量度量之前包括地震處理的其他方面，以進一步改善結(jié)果。例如，在應(yīng)用質(zhì)量度量以產(chǎn)生用于縱向感測部分的總體測量信號之前，能夠從若干射擊中的每一個和來自被組合成用于每個信道的單個相位信號的各個射擊的結(jié)果來確定來自每個分集信道的相位信號。
[0094]應(yīng)當注意到，以上提及的實施例是進行說明而不是限制本發(fā)明，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員將能夠在不背離所附權(quán)利要求的范圍的情況下設(shè)計許多替換實施例。措詞“包括”不排除存在除了權(quán)利要求中列出的那些之外的元素或步驟，“一”不排除復(fù)數(shù)，并且單個處理器或其他的單元可以實現(xiàn)在權(quán)利要求中敘述的若干單元的功能。權(quán)利要求中的任何附圖標記將不會被理解為限制它們的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種在地球物理勘測中使用的光纖分布式感測裝置，地球物理勘測涉及利用震源激發(fā)感興趣的區(qū)域，所述裝置包括: 電磁輻射的源，被布置為在使用中反復(fù)地將詢問電磁輻射發(fā)射到在所述感興趣的區(qū)域中部署的光纖中； 采樣檢測器，用于對從所述光纖反向散射的電磁輻射進行采樣；以及 處理器，被布置為處理反向散射的輻射，以對于光纖的多個縱向感測部分中的每一個提供影響該感測部分的任何入射聲信號的指示， 其中，采樣檢測器被布置為對于每個所述縱向感測部分獲得多個分集采樣，并且處理器被配置為對于每個所述縱向感測部分執(zhí)行下述操作: 將所述分集采樣劃分到多個分集信道中； 處理所述分集信道中的每一個以確定指示任何聲干擾的測量信號； 使來自每個信道的測量信號與指示所施加的地震激發(fā)的信號相關(guān)；以及 組合相關(guān)的測量信號以提供用于縱向感測部分的總體測量信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中處理器執(zhí)行所述測量信號中的每一個與所述指示地震激發(fā)的信號之間的互相關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的裝置，其中處理器被配置為將質(zhì)量度量應(yīng)用到來自每個信道的相關(guān)的測量信號，并且基于應(yīng)用所述質(zhì)量度量的結(jié)果來組合相關(guān)的測量信號。`
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述指示任何聲干擾的測量信號是指示反向散射的輻射中的任何相位調(diào)制的相位信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中質(zhì)量度量包括關(guān)于用于給定信道的相位信號與來自其他信道的相位信號之間的相似度的確定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中處理器被配置為基于來自一個信道的相位信號與來自另一個信道的相位信號如何地類似來確定分數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或權(quán)利要求6所述的裝置，其中處理器被配置為使來自一個信道的相位數(shù)據(jù)與來自其他信道的相位數(shù)據(jù)相關(guān)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至7中的任何一項所述的裝置，其中處理器通過基于所述質(zhì)量度量向至少一些測量信號應(yīng)用加權(quán)來組合相關(guān)的測量信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求3至8中的任何一項所述的裝置，其中處理器基于所述質(zhì)量度量來僅僅組合相關(guān)的測量信號的子集。
10.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中，對于每個縱向感測部分，多個分集采樣中的大多數(shù)基本上是獨立的分集采樣。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中，在使用中，獲得所述多個分集采樣，使得對于每個分集采樣，來自其的反向散射信號能夠在檢測器處從詢問輻射的脈沖接收到的光纖的每個起作用的區(qū)段基本上與多個分集采樣中的其余分集采樣中的大多數(shù)的對應(yīng)的起作用的區(qū)段無關(guān)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的裝置，其中源被配置為使得詢問電磁輻射至少包括具有第一脈沖持續(xù)時間的第一脈沖，并且采樣檢測器被配置為使得采樣之間的時間差大于用于多個分集采樣中的大多數(shù)的第一脈沖持續(xù)時間。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中采樣檢測器被配置為使得所述多個采樣中的任何兩個分集采樣之間的時間差是第一脈沖持續(xù)時間的至少50%。
14.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中詢問電磁輻射包括脈沖對，所述脈沖對包括第一脈沖和第二脈沖，第一脈沖后面是第二脈沖并且在時間上與第二脈沖分離。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中第一和第二脈沖之間的持續(xù)時間等于或大于第一脈沖和/或第二脈沖的脈沖持續(xù)時間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中第一和第二脈沖之間的持續(xù)時間是第一脈沖和/或第二脈沖的脈沖持續(xù)時間的至少兩倍。
17.根據(jù)權(quán)利要求14至16中的任何一項所述的裝置，其中光源被配置為使得脈沖對的脈沖在它們之間具有頻率差。
18.根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的裝置，其中光源被配置為反復(fù)地將脈沖對發(fā)射到光纖中，其中，連續(xù)發(fā)射中的脈沖對具有彼此相同的頻率配置，并被生成為使得一個脈沖對的脈沖的相位關(guān)系與連續(xù)的脈沖對的相位關(guān)系具有預(yù)先確定的相對相位差。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述相位關(guān)系是90°的相對相位差。
20.一種用于地球物理監(jiān)測的分布式光纖感測的方法，包括: 當利用震源激發(fā)將被勘測的區(qū)域時，反復(fù)地將詢問輻射發(fā)射到部署在該區(qū)域中的光纖中； 對從所述光纖內(nèi)反向散射的詢問輻射進行采樣；以及 對于所述光纖的至少一個縱向`感測部分，確定對所述激發(fā)的任何聲響應(yīng)， 其中，確定任何聲響應(yīng)的步驟包括: 在每次發(fā)射之后取得與從感興趣的縱向感測部分的至少一部分反向散射的輻射相對應(yīng)的多個分集采樣； 將所述多個分集采樣劃分到多個信道中，并且處理所述信道以針對所述信道確定指示聲干擾的測量信號； 使針對每個信道的測量信號與指示震源的信號相關(guān)；以及 將用于所述信道的相關(guān)的測量信號組合為用于所述縱向感測部分的總體測量信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中使針對每個信道的測量信號與指示震源的信號相關(guān)包括:執(zhí)行所述測量信號中的每一個與所述指示地震激發(fā)的信號之間的互相關(guān)。
22.根據(jù)權(quán)利要求20或權(quán)利要求21所述的方法，包括:將質(zhì)量度量應(yīng)用到來自每個信道的相關(guān)的測量信號，并且基于應(yīng)用所述質(zhì)量度量的結(jié)果來組合相關(guān)的測量信號以形成所述總體測量信號。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述指示任何聲干擾的測量信號是指示反向散射的輻射中的任何相位調(diào)制的相位信號。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中應(yīng)用質(zhì)量度量包括確定用于給定信道的相位信號與來自其他信道的相位信號之間的相似度。
25.根據(jù)權(quán)利要求22至24中的任何一項所述的方法，包括:當組合測量信號時，基于所述質(zhì)量度量向至少一些測量信號應(yīng)用加權(quán)。
26.根據(jù)權(quán)利要求22至25中的任何一項所述的方法，包括基于所述質(zhì)量度量來僅僅組合相關(guān)的測量信號的子集。
27.根據(jù)權(quán)利要求20至26中的任何一項所述的方法，其中，對于每個縱向感測部分，多個分集采樣中的大多數(shù)基本上是獨立的分集采樣。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，包括:對反向散射的輻射進行采樣，使得對于每個分集采樣，來自其的反向散射信號能夠在檢測器處從詢問輻射的脈沖接收到的光纖的每個起作用的區(qū)段基本上與多個分集采樣中的其余采樣中的大多數(shù)的對應(yīng)的起作用的區(qū)段無關(guān)。
29.根據(jù)權(quán)利要求20至28中的任何一項所述的方法，其中詢問輻射至少包括具有第一脈沖持續(xù)時間的第一脈沖，并且獲得分集采樣，使得采樣之間的時間差大于用于多個分集采樣中的大多數(shù)的第一脈沖持續(xù)時間。
30.根據(jù)權(quán)利要求20至29中的任何一項所述的方法，其中詢問輻射包括脈沖對，所述脈沖對包括第一脈沖和第二脈沖，第一脈沖后面是第二脈沖并且在時間上與第二脈沖分離。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中脈沖對的脈沖在它們之間具有頻率差。
32.根據(jù)權(quán)利要求30或31中的任何一項所述的方法，其中，連續(xù)發(fā)射中的脈沖對具有彼此相同的頻率配置，并被生成為使得一個脈沖對的脈沖的相位關(guān)系與連續(xù)的脈沖對的相位關(guān)系具有預(yù)先確定的相對相位差。
33.根據(jù)權(quán)利要求20至32中的任何一項所述的方法，其中光纖沿著井孔向下被布置。
34.根據(jù)權(quán)利要求20至33中的任何一項所述的方法，用于提供垂直地震剖面。
35.根據(jù)權(quán)利要求20至33中的任何一項所述的方法，用于提供變井源距垂直地震剖面或3D垂直地震剖面。
36.根據(jù)權(quán)利要求20 至32中的任何一項所述的方法，其中光纖被布置在地面的表面上并被耦合到地面。
37.根據(jù)權(quán)利要求20至32中的任何一項所述的方法，其中，光纖被埋設(shè)在地面的表面以下。
38.根據(jù)權(quán)利要求36或37中的任何一項所述的方法，用于提供表面地震剖面。
39.根據(jù)權(quán)利要求36或37中的任何一項所述的方法，用于提供變井源距表面地震剖面或3D表面地震剖面。
40.根據(jù)權(quán)利要求20至39中的任何一項所述的方法，其中地震激發(fā)是一個或多個車輛安裝的地震振動器。
41.一種基本上如本文參考附圖描述的用于進行地球物理監(jiān)測的裝置。
【文檔編號】G01V1/22GK103782198SQ201280044880
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月15日
【發(fā)明者】A.路易斯, S.拉塞爾 申請人:光學(xué)感應(yīng)器控股有限公司