專利名稱：增強(qiáng)鹽下成像的低頻采集和處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實(shí)施方案通常涉及海洋地震勘探，尤其涉及采集地震數(shù)據(jù)的方法。
背景技術(shù)：
地震勘探廣泛用于定位和/或勘探碳水沉積物的地下地質(zhì)建造。因?yàn)樵S多商業(yè)上有價(jià)值的碳水沉積物位于水體下面，已經(jīng)發(fā)展出各種類型的海洋地震勘探。在典型的海洋地震勘探中，地震拖纜被牽引在勘探船后面。地震拖纜可能幾千米長并且包含沿著每個(gè)地震拖纜的長度而分布的大量傳感器，例如水中聽音器、地震檢波器和相關(guān)電子設(shè)備。勘探船也包括一個(gè)或多個(gè)震源，例如氣槍等。
因?yàn)榈卣鹜侠|被牽引在勘探船后面，由一個(gè)或多個(gè)震源產(chǎn)生的聲信號(hào)，通常稱作“爆破(shot)”，被指引向下通過水到達(dá)水底下面的地層中，在那里它們從各種地下地質(zhì)建造反射。反射的信號(hào)由傳感器接收，數(shù)字化，然后傳送到勘探船。數(shù)字化信號(hào)稱作“跡線”并且記錄并由在勘探船上使用的信號(hào)處理單元至少部分處理。該處理的最終目的是構(gòu)建拖纜下面的地下地質(zhì)建造的表示。表示的分析可以指示地下地質(zhì)建造中碳水沉積物的可能位置。
許多地下地質(zhì)建造使用低頻地震信號(hào)更好地表示。因此，本領(lǐng)域中存在對(duì)從使用低頻地震信號(hào)更好表示的地下地質(zhì)建造中采集地震信號(hào)的一種或多種方法的需求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案涉及一種采集地震信號(hào)的方法。在一種實(shí)施方案中，該方法包括在水中一個(gè)或多個(gè)第一深度處牽引一個(gè)或多個(gè)氣槍陣列，其中第一深度的至少一個(gè)是至少10米；使用一個(gè)或多個(gè)氣槍陣列指引聲信號(hào)向下通過水到達(dá)鹽區(qū)下面的大地，在水中一個(gè)或多個(gè)第二深度處牽引一個(gè)或多個(gè)地震拖纜，其中第二深度的至少一個(gè)是至少10米，其中每個(gè)拖纜包括沿著其布置的多個(gè)水中聽音器；以及使用水中聽音器記錄從鹽區(qū)下面的大地中的地層反射的地震信號(hào)。
本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案也涉及一種從大地中鹽區(qū)下面采集地震信號(hào)的方法。在一種實(shí)施方案中，該方法包括將氣槍陣列調(diào)諧到第一汽包振蕩，在水中至少10米的深度處牽引氣槍陣列，其中氣槍陣列具有大約6780立方英寸至大約10,170立方英寸范圍的總體積；使用氣槍陣列指引聲信號(hào)向下通過水到達(dá)鹽區(qū)下面的大地中；在水中一個(gè)或多個(gè)深度處牽引一個(gè)或多個(gè)地震拖纜，其中深度的至少一個(gè)是至少10米，其中每個(gè)拖纜包括沿著其布置的多個(gè)水中聽音器；以及使用水中聽音器記錄從鹽區(qū)下面的大地中的地層反射的地震信號(hào)。


所以，本發(fā)明的上述特征可以詳細(xì)理解的方式，上面簡述的本發(fā)明的更特別描述，可以參考實(shí)施方案進(jìn)行，其一些在附加附圖中說明。但是，應(yīng)當(dāng)注意，附加

本發(fā)明的僅典型實(shí)施方案，因此并不認(rèn)為是其范圍的限制，因?yàn)楸景l(fā)明可以允許其他等效的實(shí)施方案。
圖1說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案可以用來采集地震數(shù)據(jù)的地震勘探船。
圖2說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案可以用來采集地震數(shù)據(jù)的具有連接定位設(shè)備的地震拖纜的一部分。
圖3說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案用于增強(qiáng)鹽下成像的低頻地震信號(hào)采集的方法的流程圖。
圖4A說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案氣槍陣列配置的橫截面視圖。
圖4B說明根據(jù)本發(fā)明另一種實(shí)施方案氣槍陣列配置的平面圖。
圖4C說明根據(jù)本發(fā)明又一種實(shí)施方案的氣槍陣列配置的橫截面視圖。
圖4D說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的地震拖纜配置的橫截面視圖。
圖5說明在可以結(jié)合本發(fā)明一種實(shí)施方案使用的海洋地震勘探中與至少一個(gè)提供的聲信號(hào)，或爆破相對(duì)應(yīng)的上行和下行波場。
圖6說明可以結(jié)合本發(fā)明一種或多種實(shí)施方案使用的、使用一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器形成上/下組合的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
圖1說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案可以用來采集地震數(shù)據(jù)的地震勘探船10。地震勘探船10顯示牽引一排氣槍14。地震勘探船10也顯示牽引一排八個(gè)地震拖纜12。每個(gè)拖纜12可能6000米長。陣列中的最外拖纜12可能相隔700米，導(dǎo)致每個(gè)拖纜之間100米的水平間距。
氣槍陣列14包含不同大小的氣槍。氣槍陣列14的總體積是6000立方英寸或更大。在一種實(shí)施方案中，氣槍陣列14的總體積在6780至10,170立方英寸的范圍。在另一種實(shí)施方案中，氣槍陣列14的總體積是8475立方英寸。具有大體積的氣槍陣列通常允許鹽區(qū)下面的較大穿透性。結(jié)合本發(fā)明各種實(shí)施方案使用的氣槍陣列14可以包括各種類型的氣槍，例如Bolt LL槍，Gl噴霧槍等。雖然本發(fā)明的各種實(shí)施方案參考?xì)鈽屆枋?，其他類型的發(fā)射器例如海洋振動(dòng)器組也由本發(fā)明考慮。
氣槍陣列14也可以調(diào)諧到第一氣泡振蕩。將氣槍陣列14調(diào)諧到第一氣泡振蕩包括交錯(cuò)陣列中每個(gè)氣槍的點(diǎn)火使得由氣槍產(chǎn)生的第一氣泡振蕩一致，從而以低頻發(fā)射具有高幅度的震源特征。從每個(gè)氣槍發(fā)射的氣泡的周期取決于該氣槍的體積。例如，具有小體積的氣槍發(fā)射具有短周期的氣泡。因此，通過使用延遲適當(dāng)?shù)亟诲e(cuò)每個(gè)氣槍的點(diǎn)火，來自氣槍陣列14中所有氣槍的第一氣泡振蕩可以協(xié)調(diào)以同時(shí)發(fā)生。氣槍可以使用延遲點(diǎn)火，該延遲隨著減小氣槍體積而增加。氣槍的點(diǎn)火可以根據(jù)頒發(fā)給Dragoset，Jr.的共同轉(zhuǎn)讓美國專利4,739,858號(hào)的各種技術(shù)交錯(cuò)，在此引用作為參考。在另一種實(shí)施方案中，氣槍陣列14可以調(diào)諧到前鋒。同樣地，氣槍同時(shí)點(diǎn)火以增強(qiáng)主脈沖，并且使得破壞性干擾引起的氣泡混響達(dá)到最小，從而以高頻產(chǎn)生具有高幅度的震源信號(hào)。
作為將氣槍陣列14調(diào)諧到第一氣泡振蕩的結(jié)果，氣槍陣列14的震源特征可能包含混合相位譜，其在處理期間需要確定性反褶積以形成震源特征。但是，確定性反褶積可能需要確定氣槍陣列14的震源特征。氣槍陣列14的震源特征可以通過首先與氣槍相鄰但是與其間隔一定距離放置一組水中聽音器，使得沒有水中聽音器穿透由氣槍產(chǎn)生的氣泡來確定。然后，測量在其相對(duì)于氣槍陣列的位置已知的n個(gè)獨(dú)立點(diǎn)處氣槍陣列近場中的發(fā)射壓力波。然后測量通過考慮氣槍之間的交互作用而處理以構(gòu)造具有n個(gè)等效特征的n個(gè)非交互獨(dú)立震源的至少概念上等效陣列，其可以疊加以提供氣槍陣列14的震源特征。氣槍陣列14的震源特征然后通過疊加n個(gè)等效特征來確定。在一種實(shí)施方案中，氣槍陣列的震源特征是氣槍陣列的遠(yuǎn)場震源特征。上面引用的處理可以在頒發(fā)給Ziolkowski等人的美國專利4,868,794號(hào)中更詳細(xì)地描述，在此引用作為參考。氣槍陣列的震源特征然后可以用來根據(jù)爆破基礎(chǔ)設(shè)計(jì)關(guān)于爆破的反信號(hào)運(yùn)算符。在一種實(shí)施方案中，氣槍陣列診斷信息例如每個(gè)氣槍的點(diǎn)火時(shí)間，每個(gè)氣槍的深度等對(duì)每個(gè)爆破而記錄。氣槍陣列14的震源特征然后可以使用氣槍陣列診斷信息以及震源特征計(jì)算機(jī)建模程序來計(jì)算，如本領(lǐng)域技術(shù)人員共同已知的。
關(guān)于拖纜12，每個(gè)拖纜12包括位于前部的偏轉(zhuǎn)器16和位于后部的尾部浮標(biāo)20。偏轉(zhuǎn)器16用來水平定位拖纜12最接近地震勘探船10的一端，而尾部浮標(biāo)20用來在拖纜12最遠(yuǎn)離地震勘探船10的一端產(chǎn)生拖動(dòng)。由偏轉(zhuǎn)器16和尾部浮標(biāo)20在地震拖纜12上產(chǎn)生的張力導(dǎo)致圖1中所示地震拖纜12的粗略線形。
稱作鳥(bird)的多個(gè)拖纜定位設(shè)備18位于偏轉(zhuǎn)器16和尾部浮標(biāo)20之間。優(yōu)選地，定位設(shè)備18可垂直和水平操縱。這些定位設(shè)備18可以例如沿著拖纜12以規(guī)則間隔定位，例如每200至400米。垂直和水平定位設(shè)備18可以用來在垂直(深度)和水平方向上限制偏轉(zhuǎn)器16和尾部浮標(biāo)20之間地震拖纜12的形狀。定位設(shè)備18的控制系統(tǒng)分布在位于地震勘探船10上或附近的全局控制系統(tǒng)22和位于定位設(shè)備18內(nèi)部或附近的局部控制系統(tǒng)36(圖2中所示)之間。全局控制系統(tǒng)22典型地連接到地震勘探船的導(dǎo)航系統(tǒng)并且從船的導(dǎo)航系統(tǒng)獲得系統(tǒng)范圍參數(shù)的估計(jì)，例如船的牽引方向和速度以及當(dāng)前方向和速度。
全局控制系統(tǒng)22監(jiān)控每個(gè)定位設(shè)備18的實(shí)際位置并且使用地震拖纜12的期望位置或地震拖纜12之間的期望最小間隔編程。定位設(shè)備18的水平位置可以例如使用在共同轉(zhuǎn)讓美國專利4,992,990號(hào)中描述的聲學(xué)定位系統(tǒng)得到，在此引用作為參考。作為選擇，或者另外地，基于衛(wèi)星的全球定位系統(tǒng)可以用來確定裝備的位置。定位設(shè)備18的垂直位置典型地使用連接到定位設(shè)備18的壓力傳感器監(jiān)控，如下面討論的。
全局控制系統(tǒng)22優(yōu)選地維持每個(gè)地震拖纜12的動(dòng)態(tài)模型并且使用定位設(shè)備18的期望和實(shí)際位置來定期計(jì)算定位設(shè)備18應(yīng)當(dāng)施加在地震拖纜12上的更新的期望垂直和水平力，并且將它們從它們的實(shí)際位置移動(dòng)到它們的期望位置。全局控制系統(tǒng)22優(yōu)選地基于每個(gè)拖纜12的行為來計(jì)算期望的垂直和水平力，并且也考慮全部拖纜陣列的行為。因?yàn)榕c水平位置確定系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的相對(duì)低的采樣率和時(shí)間延遲，全局控制系統(tǒng)22運(yùn)行位置預(yù)測程序軟件來估計(jì)每個(gè)定位設(shè)備18的實(shí)際位置。全局控制系統(tǒng)22也檢查從船的導(dǎo)航系統(tǒng)接收的數(shù)據(jù)。全局控制系統(tǒng)22將典型地從船的導(dǎo)航系統(tǒng)采集下面的參數(shù)船速(m/s)，船首方向(度)，當(dāng)前速度(m/s)，當(dāng)前船首方向(度)，以及船固定坐標(biāo)系中水平面中每個(gè)定位設(shè)備18的位置。當(dāng)前速度和船首方向也可以基于由定位設(shè)備18作用在拖纜12上的平均力來估計(jì)。全局控制系統(tǒng)22將優(yōu)選地發(fā)送下面的值到局部鳥控制器需要的垂直力、需要的水平力、牽引速度以及逆流速度。
圖2說明具有連接定位設(shè)備18的地震拖纜12的一部分，該定位設(shè)備18能夠在垂直和水平方向上控制地震拖纜12的位置。地震拖纜12還包括通信線路12，其可以由一束光纖數(shù)據(jù)傳輸電纜和電力傳輸線組成。通信線路24沿著地震拖纜12的長度而過，并且連接到沿著拖纜12長度分布的地震傳感器(沒有顯示)，水中聽音器26，以及連接到定位設(shè)備18。定位設(shè)備18優(yōu)選地具有一對(duì)可獨(dú)立移動(dòng)的翼28，其連接到可由翼電機(jī)34旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸32。定位設(shè)備18允許翼28相對(duì)于定位設(shè)備主體30的方向改變。
翼電機(jī)34可以包括能夠改變翼28方向的任何類型的設(shè)備。翼電機(jī)34可能是電動(dòng)機(jī)或液壓傳動(dòng)裝置。局部控制系統(tǒng)36通過計(jì)算翼28角度的期望變化并且選擇性地驅(qū)動(dòng)電機(jī)34以實(shí)現(xiàn)該變化來控制翼28的移動(dòng)。
上面引用的控制系統(tǒng)的一個(gè)好處在于，翼28方向的期望變化使用定位設(shè)備18速度的估計(jì)而不是簡單地依賴于以相同方式操作的反饋回路型控制系統(tǒng)而不管船速來計(jì)算。因?yàn)橛梢?8產(chǎn)生的力與設(shè)備速度的平方成比例，翼方向的期望變化的更精確計(jì)算可以通過使用設(shè)備速度的估計(jì)來進(jìn)行。如上所述，全局控制系統(tǒng)22與局部控制系統(tǒng)36共享責(zé)任。全局控制系統(tǒng)22任務(wù)是監(jiān)控拖纜12的位置并且將期望力或期望位置信息提供給局部控制系統(tǒng)36。每個(gè)定位設(shè)備18內(nèi)部的局部控制系統(tǒng)36任務(wù)是調(diào)節(jié)翼張開角以旋轉(zhuǎn)定位設(shè)備18到正確的位置以及調(diào)節(jié)翼公共角以產(chǎn)生所需的總期望力的量值。定位設(shè)備18，包括全局控制系統(tǒng)22和局部控制系統(tǒng)36在共同轉(zhuǎn)讓GB/2,342,081中更詳細(xì)描述，在此引用作為參考。本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案也考慮定位設(shè)備18的其他設(shè)計(jì)，包括利用一個(gè)具有副翼的全移動(dòng)翼，三個(gè)全移動(dòng)翼，四個(gè)全移動(dòng)翼的那些，以及在共同轉(zhuǎn)讓美國專利6,671,223號(hào)中描述的那些，在此引用作為參考。
關(guān)于水中聽音器26，在一種實(shí)施方案中，水中聽音器26可能不布線以形成產(chǎn)生單個(gè)輸出的組。相反地，每個(gè)水中聽音器26設(shè)置以產(chǎn)生獨(dú)立的輸出，其隨后由自適應(yīng)波束生成器濾波。自適應(yīng)波束生成器包括兩個(gè)或多個(gè)具有兩個(gè)或多個(gè)通道的空間和/或時(shí)間局部多通道自適應(yīng)濾波器。自適應(yīng)波束生成器配置以根據(jù)輸入信號(hào)的空間和/或時(shí)間頻譜內(nèi)容來區(qū)分其響應(yīng)。這樣，濾波后的輸出信號(hào)可以對(duì)每個(gè)水中聽音器產(chǎn)生并記錄。水中聽音器26可能以3.125米的間距相隔以削弱接收的地震信號(hào)中的多余噪聲。水中聽音器26之間的間距可能基于許多因素，例如數(shù)據(jù)傳輸?shù)目捎脦捯约坝涗浕蛑圃斐杀?。與自適應(yīng)波束生成器組合的水中聽音器26之間的間距被配置以減小多余噪聲，特別是相干噪聲，例如暴漲噪聲、浪涌噪聲和交叉流動(dòng)噪聲。水中聽音器配置和自適應(yīng)波束生成器在共同轉(zhuǎn)讓美國專利6,684,160號(hào)中更詳細(xì)描述，在此引用作為參考。
圖3說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案增強(qiáng)鹽下成像的低頻地震信號(hào)采集的方法300的流程圖。在步驟310，氣槍陣列14在10.2米或更深處牽引。在一種實(shí)施方案中，氣槍陣列14可能在10-25米深牽引。通過將氣槍陣列放置在這種深度，震源伴隨波(ghost)響應(yīng)的通帶遷移至較低的頻率，從而允許低頻信號(hào)保留。因此，氣槍陣列14的深度可以選擇使得伴隨波響應(yīng)的通過區(qū)與由氣槍陣列14產(chǎn)生的能量的頻率范圍一致。
在步驟320，地震拖纜12在10.2米或更深處牽引。在一種實(shí)施方案中，地震拖纜12可能在10-25米深牽引。通過將地震拖纜12放置在這種深度，震源伴隨波響應(yīng)的通帶遷移至較低的頻率，從而允許低頻信號(hào)保留。因此，地震拖纜12的深度可以選擇使得伴隨波響應(yīng)的通過區(qū)與由氣槍陣列14產(chǎn)生的能量的頻率范圍一致。
在步驟330，從鹽區(qū)下面的大地中的地層反射的地震信號(hào)由位于地震拖纜12上的水中聽音器接收。在采集期間，低頻截止濾波器經(jīng)常用來減少浪涌噪聲污染。但是，低頻截止濾波器也去除低頻信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案，地震信號(hào)由水中聽音器記錄而不使用任何低頻截止濾波器或者關(guān)閉低頻截止濾波器選項(xiàng)。這樣，低頻信號(hào)的幅度可以增強(qiáng)。
根據(jù)本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案，地震信號(hào)可以使用各種氣槍陣列和拖纜配置而采集。圖4A說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案氣槍陣列配置的橫截面視圖，其包括氣槍陣列402和404。氣槍陣列402配置以增強(qiáng)高頻地震信號(hào)，而氣槍陣列404配置以增強(qiáng)低頻地震信號(hào)。氣槍陣列402峰值調(diào)諧，也就是，氣槍陣列402調(diào)諧到前鋒，而氣槍陣列404氣泡調(diào)諧，也就是，氣槍陣列404調(diào)諧到第一氣泡振蕩。在一種實(shí)施方案中，氣槍陣列402可以氣泡調(diào)諧，而氣槍陣列404可以峰值調(diào)諧。氣槍陣列404的總體積大于氣槍陣列402的總體積。例如，氣槍陣列402具有5085立方英寸的總體積，而氣槍陣列404具有6780立方英寸的總體積。
氣槍陣列404位于比氣槍陣列402更大的深度處。例如，氣槍陣列402位于大約6至8米的深度，而氣槍陣列404位于大約14至18米的深度。氣槍陣列402和氣槍陣列404之間的深度差可以選擇使得1/dt＜fmax，其中fmax是地震數(shù)據(jù)中的最大頻率。時(shí)間dt由兩個(gè)發(fā)射器陣列之間的深度差以及作為已知量的水中地震能量的速度確定。
除了在垂直方向(z方向)上相隔之外，兩個(gè)氣槍陣列在水平方向(x方向)上位移水平距離dx。兩個(gè)發(fā)射器陣列之間的水平位移基本上等于海洋地震勘探方案的爆破點(diǎn)間距。作為實(shí)例，對(duì)于產(chǎn)生37.5m爆破點(diǎn)間距的地震勘探方案，氣槍陣列的水平位移大約為37.5m。
但是，兩個(gè)氣槍陣列在延伸出紙張并且垂直于氣槍陣列移動(dòng)方向的y方向上沒有位移。地震勘探船10配置以速度V牽引兩個(gè)氣槍陣列402和404。
在使用中，氣槍陣列402和404在陣列沿著其位移的方向上移動(dòng)通過水。氣槍陣列402和404以相等爆破點(diǎn)間距，例如37.5m以“觸發(fā)器”順序點(diǎn)火。較接近地震勘探船10的陣列，也就是氣槍陣列402上的氣槍最初點(diǎn)火。這些氣槍可能連續(xù)地或同時(shí)點(diǎn)火。在等于牽引船行進(jìn)37.5m所需時(shí)間的時(shí)間延遲(也就是dx/V)之后，較遠(yuǎn)離地震勘探船10的氣槍陣列，也就是氣槍陣列404的氣槍點(diǎn)火。兩個(gè)氣槍陣列的點(diǎn)火之間的時(shí)間延遲dx/V保證一個(gè)陣列的每個(gè)氣槍在與另一個(gè)陣列的對(duì)應(yīng)氣槍相同的x和y坐標(biāo)，但是在不同的深度點(diǎn)火。同樣地，兩個(gè)爆破記錄在具有相同x和y坐標(biāo)，但是不同z坐標(biāo)(深度)的點(diǎn)產(chǎn)生。在一種實(shí)施方案中，氣槍陣列402和404使用信源編碼技術(shù)同時(shí)點(diǎn)火，使得每個(gè)波場用特征編碼以指示編碼后波場與其相關(guān)聯(lián)的氣槍陣列。各種編碼技術(shù)在共同轉(zhuǎn)讓美國專利5,924,049號(hào)中更詳細(xì)地討論，在此引用作為參考。
圖4B說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氣槍陣列配置的平面圖，其包括氣槍陣列412，422，414和424。氣槍陣列412和422由地震勘探船420牽引，而氣槍陣列414和424由地震勘探船430牽引。地震勘探船430顯示直接位于地震勘探船420后面。但是，地震勘探船430可能位于相對(duì)于地震勘探船420的任何地方。例如，地震勘探船430可能位于地震勘探船420旁邊。兩個(gè)地震勘探船可能相隔基于地球物理學(xué)或勘探設(shè)計(jì)考慮，例如偏移量范圍的距離。
氣槍陣列412和422配置以增強(qiáng)高頻地震信號(hào)，而氣槍陣列414和424配置以增強(qiáng)低頻地震信號(hào)。氣槍陣列412和424峰值調(diào)諧，而氣槍陣列414和424氣泡調(diào)諧。在一種實(shí)施方案中，氣槍陣列412和422可以氣泡調(diào)諧，而氣槍陣列414和424可以峰值調(diào)諧。氣槍陣列414和424的總體積大于氣槍陣列412和422的總體積。例如，氣槍陣列412和422的每個(gè)具有5085立方英寸的總體積，然而氣槍陣列414和424的每個(gè)具有6780立方英寸的總體積。
氣槍陣列414和424位于比氣槍陣列412和422更大的深度處。例如，氣槍陣列412和422可能位于大約6至8米的深度，而氣槍陣列414和424可能位于大約14至18米的深度。
氣槍陣列412和422在y方向上相隔交叉線距離dy。氣槍陣列412和422之間的交叉線距離dy依賴于拖纜12之間的間距。優(yōu)選地，交叉線距離dy是拖纜間距的一半。但是，氣槍陣列412和422在x方向上沒有位移。類似地，氣槍陣列414和424由相隔氣槍陣列412和422的相同交叉線距離dy相隔，而在x方向上沒有位移。
在使用中，氣槍陣列412，422，414和424使用信源編碼技術(shù)同時(shí)點(diǎn)火，使得每個(gè)波場用特征編碼以指示編碼后波場與其相關(guān)聯(lián)的氣槍陣列。如上所述，各種編碼技術(shù)在共同轉(zhuǎn)讓美國專利5,924,049號(hào)中更詳細(xì)討論，在此引用作為參考。
圖4C說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的氣槍陣列配置的橫截面視圖，其包括氣槍陣列432，434和436。氣槍陣列432，434和436位于水中三個(gè)不同深度處。氣槍陣列432基本上垂直地位于氣槍陣列434上面，而氣槍陣列434基本上垂直地位于氣槍陣列436上面。這樣，氣槍陣列432，434和436具有相同的x和y坐標(biāo)但是不同的z坐標(biāo)。該方案可以稱作氣槍陣列的上/下組合。術(shù)語“上”典型地與較淺氣槍陣列相關(guān)聯(lián)，而術(shù)語“下”典型地與較深氣槍陣列相關(guān)聯(lián)。在使用中，氣槍陣列412，422，414和424可能以“觸發(fā)器”順序，或者使用信源編碼技術(shù)同時(shí)點(diǎn)火，使得每個(gè)波場用特征編碼以指示編碼后波場與其相關(guān)聯(lián)的特定氣槍陣列。各種編碼技術(shù)在共同轉(zhuǎn)讓美國申請(qǐng)5,924,049號(hào)中更詳細(xì)討論，在此引用作為參考。
圖4D說明根據(jù)本發(fā)明一種實(shí)施方案的地震拖纜配置的橫截面視圖，其包括地震拖纜452，454，456和氣槍陣列460。地震拖纜452，454，456位于水中三個(gè)不同深度處。地震拖纜452基本上垂直地位于地震拖纜454上面，而地震拖纜454基本上垂直地位于地震拖纜456上面。這樣，地震拖纜452，454和456具有相同的x和y坐標(biāo)，但是不同的z坐標(biāo)。該方案可以稱作地震拖纜的上/下組合。術(shù)語“上”典型地與較淺地震拖纜相關(guān)聯(lián)，而術(shù)語“下”典型地與較深地震拖纜相關(guān)聯(lián)。雖然僅一個(gè)氣槍陣列顯示結(jié)合地震拖纜452，454和456操作，本發(fā)明的一種或多種實(shí)施方案考慮地震拖纜452，454和456與各種氣槍陣列配置一起操作，例如參考圖4A，4B和4C描述的那些。
圖5說明在海洋地震勘探中與至少一個(gè)提供的聲信號(hào)或爆破相對(duì)應(yīng)的上行和下行波場500，505，510，515，520，525。雖然上行和下行波場被討論好像它們是獨(dú)立的實(shí)體一樣，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上行和下行波場500，505，510，515，520，525可能代表由單個(gè)爆破產(chǎn)生的單個(gè)波場的部分或者由多個(gè)爆破產(chǎn)生的多個(gè)波場的部分。
“上”地震傳感器540在水體535的表面530下面的深度Zo處使用，而“下”地震傳感器550在表面530下面的深度Zu處使用?！吧稀钡卣饌鞲衅?40檢測表現(xiàn)出上行和下行波場510，515的一個(gè)或多個(gè)物理量。在一種實(shí)施方案中，“上”地震傳感器540檢測“上”地震傳感器540的位置處的壓力波場P(Zo)?！跋隆钡卣饌鞲衅?50檢測表現(xiàn)出上行和下行波場520，525的一個(gè)或多個(gè)物理量。在一種實(shí)施方案中，“下”地震傳感器550檢測“下”地震傳感器550的位置處的壓力波場P(Zu)。
由U(Zu)表示的“下”地震傳感器550處的上行波場520可以通過表達(dá)式與“上”地震傳感器540的位置處的壓力波場P(Zo)和“下”地震傳感器550的位置處的P(Zu)相關(guān)U(Zu)=WDP(Zu)-P(Zo)WD-WU,]]>其中WD和WU分別是下行和上行波場的波場外推線運(yùn)算符。類似地，由D(Zu)表示的“下”地震傳感器550處的下行波場525可以通過表達(dá)式與壓力波場P(Zo)和P(Zu)相關(guān)D(Zu)=P(Zo)-WUP(Zu)WD-WU.]]>在一種實(shí)施方案中，波場外推線運(yùn)算符WU由表達(dá)式給出WU=e-j2πf1-k2v2/f2(Zo-Zu)]]>以及波場外推線運(yùn)算符WD由表達(dá)式給出WD=e-j2πf1-k2v2/f2(Zu-Zo),]]>其中v是水流速度，f是波頻率，以及k是波數(shù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，波場外推線運(yùn)算符WU的表達(dá)式僅對(duì)非漸消波，也就是1-k2v2/f2＞0有效。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解，類似的表達(dá)式可以衍生以將“上”地震傳感器540處的上行和下行波場510，515與壓力波場P(Zo)和P(Zu)相關(guān)。
恰好表面530下面的上行波場500由表達(dá)式給出U(0)=U(Zu)e-j2πf1-k2v2/f2(Zu),]]>以及恰好表面530下面的下行波場505由表達(dá)式給出D(0)=D(Zu)ej2πf1-k2v2/f2(Zu).]]>上行和下行波場500，505的上面表達(dá)式假設(shè)表面530在Z＝0處。
如果表面530假設(shè)非常平靜，在實(shí)踐中實(shí)際上決不會(huì)實(shí)現(xiàn)的情況，那么表面530處上行和下行波場500，505絕對(duì)值相等并且具有相反的符號(hào)。在數(shù)學(xué)術(shù)語中，表面530認(rèn)為是壓力波場消失，也就是P(Z＝0)＝0的自由表面，使得上行和下行波場500，505由平坦海洋邊界條件相關(guān)P(Z＝0)＝U(0)+D(0)＝0。
通過以形式U(0)＝-D(0)，也就是表面反射率為-1利用平坦海洋邊界條件，對(duì)于直接達(dá)到下面的數(shù)據(jù)窗口，下面的表達(dá)式可以獲得P(Zo)[ej2λf1-k2v2/f2Zu(1-e-j2λf1-k2v2/f2Zu)]=P(Zu)[ej2λf1-k2v2/f2Zo(1-e-j2λf1-k2v2/f2Zo)].]]>本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，括弧中的表達(dá)式是分別上和下地震數(shù)據(jù)的伴隨波運(yùn)算符Fo和FU，在非常平靜的表面530的情況下。因此，上面的表達(dá)式陳述“上”地震接收器540處的壓力乘以“下”地震接收器550的伴隨波運(yùn)算符FU等于“下”地震接收器550處的壓力乘以“上”地震接收器540的伴隨波運(yùn)算符Fo。在數(shù)學(xué)術(shù)語中，上面的表達(dá)式可以寫成簡化的形式P(Zo)Fo＝P(Zu)FU。
但是，如上討論的，表面530實(shí)際上決不會(huì)平坦，如上面假設(shè)以及在常規(guī)實(shí)踐中。而且，上面的表達(dá)式?jīng)]有說明水流速度、表面530的反射率、拖纜定位誤差以及在實(shí)際海洋地震勘探中頻繁遇到的其他非理想條件的時(shí)間和空間變化。為了至少部分地說明前述非理想條件的結(jié)果，一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器以下面將詳細(xì)討論的方式確定。校準(zhǔn)濾波器然后用來形成由“上”地震接收器540和“下”地震接收器550采集的海洋地震數(shù)據(jù)的上/下組合。例如，上/下組合可以通過使用一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器修改表面邊界條件來形成。使用修改的邊界條件形成的上/下組合可能導(dǎo)致相對(duì)于使用平坦海洋邊界條件的上/下組合形成的數(shù)據(jù)集，具有減小噪聲的組合數(shù)據(jù)集。
圖6說明根據(jù)本發(fā)明一種或多種實(shí)施方案使用一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器形成上/下組合的方法600的流程圖。選擇第一和第二數(shù)據(jù)集(在610)。在一種實(shí)施方案中，選擇第一和第二數(shù)據(jù)集(在610)以作為由上/下拖纜組合中連接到“上”拖纜的至少一個(gè)地震傳感器和連接到“下”拖纜的至少一個(gè)地震傳感器采集的疊前上和下數(shù)據(jù)集。但是，本發(fā)明并不局限于選擇(在610)疊前數(shù)據(jù)集中的全部數(shù)據(jù)。在一種備選實(shí)施方案中，可以選擇(在610)在所選時(shí)間窗口和/或所選偏移量內(nèi)采集的疊前數(shù)據(jù)集的部分。在另一種備選實(shí)施方案中，可以選擇(在610)來自所選聚集，例如爆破聚集和/或接收器聚集的疊前數(shù)據(jù)集的部分。
第一和/或第二數(shù)據(jù)集可以經(jīng)由有線和/或無線介質(zhì)上的傳輸來提供。例如，上和下數(shù)據(jù)集可以從數(shù)據(jù)中選擇，在它從地震勘探中聚集時(shí)，或者在它收集之后不久。作為選擇，第一和/或第二數(shù)據(jù)集可以記錄在記錄帶、磁盤、光盤、DVD等上以及經(jīng)由它們傳輸。因此，在一些實(shí)施方案中，第一和第二數(shù)據(jù)集可以從先前收集并且存檔在某個(gè)磁性或光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)上的數(shù)據(jù)中選擇。
一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器使用所選上和下數(shù)據(jù)集確定(在620)。在一種實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器通過初始假設(shè)，如上所述，“上”地震接收器440處的壓力乘以“下”地震接收器450的伴隨波運(yùn)算符FU等于“下”地震接收器450處的壓力乘以“上”地震接收器440的伴隨波運(yùn)算符Fo，也就是P(Zo)Fo＝P(Zu)FU來確定(在620)。該技術(shù)經(jīng)常稱作交叉伴隨波技術(shù)。
但是，如上所述，該關(guān)系通常對(duì)于采集的上/下地震數(shù)據(jù)不精確。一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器，a(f)，可能因此使用表達(dá)式a(f)P(Zo)Fo＝P(Zu)FU來確定。例如，一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器可以通過根據(jù)最小二乘方標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)表達(dá)式a(f)P(Zo)Fo＝P(Zu)FU來確定。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于應(yīng)用最小二乘方標(biāo)準(zhǔn)到表達(dá)式a(f)P(Zo)Fo＝P(Zu)FU。此外，任何期望表達(dá)式可以使用用來確定校準(zhǔn)濾波器的任何期望技術(shù)來評(píng)價(jià)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)當(dāng)理解，一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器可以確定使得表達(dá)式a(f)P(Zo)Fo＝P(Zu)FU在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上成立，即使它可能對(duì)于用來確定校準(zhǔn)濾波器的所有采集的地震數(shù)據(jù)不精確成立。
一個(gè)多個(gè)校準(zhǔn)濾波器然后用來組合(在630)第一和第二數(shù)據(jù)集以形成第三數(shù)據(jù)集，例如上/下組合數(shù)據(jù)集。一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器可以用來使用上和下數(shù)據(jù)集定義擾動(dòng)邊界條件。擾動(dòng)邊界條件然后合并到用來組合(在630)上和下地震數(shù)據(jù)的所選上/下組合技術(shù)中。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限于使用一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器組合(在630)上和下地震數(shù)據(jù)的任何特定技術(shù)。在各種備選實(shí)施方案中，使用一個(gè)或多個(gè)校準(zhǔn)濾波器組合(在630)上和下地震數(shù)據(jù)的任何期望技術(shù)可以使用。
雖然前述針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以設(shè)計(jì)本發(fā)明的其他和另外實(shí)施方案而不背離其基本范圍，并且其范圍由下面的權(quán)利要求確定。
權(quán)利要求
1.一種采集地震信號(hào)的方法，包括在水中一個(gè)或多個(gè)第一深度處牽引一個(gè)或多個(gè)氣槍陣列，其中第一深度的至少一個(gè)是至少10米；使用所述一個(gè)或多個(gè)氣槍陣列指引聲信號(hào)向下通過水到達(dá)鹽區(qū)下面的大地；在水中一個(gè)或多個(gè)第二深度處牽引一個(gè)或多個(gè)地震拖纜，其中第二深度的至少一個(gè)是至少10米，其中每個(gè)拖纜包括沿著其布置的多個(gè)水中聽音器；以及使用水中聽音器記錄從鹽區(qū)下面的大地中的地層反射的多個(gè)地震信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每個(gè)氣槍陣列包括至少6000立方英寸的總體積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每個(gè)氣槍陣列包括大約6780立方英寸至大約10,170立方英寸范圍的總體積。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括將一個(gè)或多個(gè)氣槍陣列調(diào)諧到第一氣泡振蕩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中每個(gè)拖纜包括沿著其布置的一個(gè)或多個(gè)定位設(shè)備，其中每個(gè)定位設(shè)備包括第一翼和第二翼，其中第一翼和第二翼可獨(dú)立移動(dòng)以水平和垂直地操縱定位設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中水中聽音器以大約2.0米至大約3.30米的間距相隔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括分開地?cái)?shù)字化每個(gè)水中聽音器的輸出；以及濾波該輸出以產(chǎn)生具有減小噪聲內(nèi)容的地震信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中使用水中聽音器的記錄包括記錄地震信號(hào)而不使用低頻截止濾波器。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中牽引一個(gè)或多個(gè)氣槍陣列包括在第一深度牽引第一氣槍陣列并且在大于第一深度的第二深度牽引第二氣槍陣列。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中第一氣槍陣列調(diào)諧到前鋒而第二氣槍陣列調(diào)諧到第一氣泡振蕩。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中第一氣槍陣列具有大約5085立方英寸的總體積而第二氣槍陣列具有大約6780立方英寸的總體積。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中第一氣槍陣列與第二氣槍陣列相隔基本上等于爆破點(diǎn)間距的距離。
13.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中第一氣槍陣列與第二氣槍陣列相隔大約37.5米。
14.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中第一和第二氣槍陣列以速度V在x方向上牽引，其中第一氣槍陣列與第二氣槍陣列在x方向上相隔距離dx，其中第一氣槍陣列位置比第二氣槍陣列更接近地震勘探船，其中第一和第二氣槍陣列由地震勘探船牽引；并且還包括點(diǎn)火第一氣槍陣列；以及在第一氣槍陣列點(diǎn)火之后時(shí)間dx/V時(shí)點(diǎn)火第二氣槍陣列。
15.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括順序地點(diǎn)火第一和第二氣槍陣列。
16.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括同時(shí)點(diǎn)火第一和第二氣槍陣列。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中牽引一個(gè)或多個(gè)氣槍陣列包括在第一深度牽引第一氣槍陣列和第二氣槍陣列；以及在大于第一深度的第二深度牽引第三氣槍陣列和第四氣槍陣列。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中第一和第二氣槍陣列調(diào)諧到前鋒，以及第三和第四氣槍陣列調(diào)諧到第一氣泡振蕩。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中第一和第二氣槍陣列的每一個(gè)具有小于第三和第四氣槍陣列的每一個(gè)的總體積的總體積。
20.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中第一和第二氣槍陣列相隔取決于拖纜間距的交叉線距離。
21.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中第三和第四氣槍陣列相隔取決于拖纜間距的交叉線距離。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的方法，還包括同時(shí)點(diǎn)火第一、第二、第三和第四氣槍陣列以產(chǎn)生多個(gè)波場，其中每個(gè)波場用指示波場與其相關(guān)聯(lián)的氣槍陣列的特征來編碼。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中氣槍陣列的每個(gè)位于不同的z坐標(biāo)以及基本上相同的x和y坐標(biāo)上。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中地震拖纜的每個(gè)位于不同的z坐標(biāo)以及基本上相同的x和y坐標(biāo)上。
25.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括確定氣槍陣列的震源特征。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，其中確定震源特征包括測量在n個(gè)獨(dú)立點(diǎn)處氣槍陣列近場中的發(fā)射壓力波，n個(gè)獨(dú)立點(diǎn)的位置相對(duì)于包含在每個(gè)氣槍陣列中的一個(gè)或多個(gè)氣槍已知；構(gòu)造具有n個(gè)等效特征的n個(gè)非交互獨(dú)立震源的至少概念上等效陣列，n個(gè)等效特征是可疊加的，以提供氣槍陣列的震源特征；以及疊加該n個(gè)等效特征。
27.一種從大地中鹽區(qū)下面采集多個(gè)地震信號(hào)的方法，包括將氣槍陣列調(diào)諧到第一汽包振蕩；在水中至少10米的深度處牽引氣槍陣列，其中氣槍陣列具有大約6780立方英寸至大約10,170立方英寸范圍的總體積；使用氣槍陣列指引聲信號(hào)向下通過水到達(dá)鹽區(qū)下面的大地中；在水中一個(gè)或多個(gè)深度處牽引一個(gè)或多個(gè)地震拖纜，其中該深度的至少一個(gè)是至少10米，其中每個(gè)拖纜包括沿著其布置的多個(gè)水中聽音器；以及使用水中聽音器記錄從鹽區(qū)下面的大地中的地層反射的地震信號(hào)。
全文摘要
一種從大地中鹽區(qū)下面采集地震信號(hào)的方法和裝置。在一種實(shí)施方案中，該方法包括將氣槍陣列調(diào)諧到第一汽包振蕩；在水中至少10米的深度處牽引氣槍陣列，其中氣槍陣列具有大約6780立方英寸至大約10,170立方英寸范圍的總體積；使用氣槍陣列指引聲信號(hào)向下通過水到達(dá)鹽區(qū)下面的大地中；在水中一個(gè)或多個(gè)深度處牽引一個(gè)或多個(gè)地震拖纜，其中深度的至少一個(gè)是至少10米，其中每個(gè)拖纜包括沿著其布置的多個(gè)水中聽音器；以及使用水中聽音器記錄從鹽區(qū)下面的大地中的地層反射的地震信號(hào)。
文檔編號(hào)G01V1/38GK1954239SQ200480042959
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2004年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月4日
發(fā)明者馬克·S·伊根, 尼克·莫爾多韋亞努, 菲爾·克里斯蒂 申請(qǐng)人:維斯特恩格科地震控股有限公司