用于压力传感器和质点运动传感器记录的地震数据中水底多次波的衰减的系统

摘要

从压力传感器信号和质点运动传感器信号计算传感器部位上的上行波场和下行波场(43，44)。从传感器部位上的上行波场和下行波场计算实际上没有水底多次波的水底部位上的上行波场。在一个实施例中，传感器部位上的上行波场被反向传播到水底，产生水底处的上行波场(45)。传感器部位上的下行波场被正向传播到水底，产生水底处的下行波场(46)。从水底处被反向传播的上行波场、水底处被正向传播的下行波场、以及水底的反射系数计算没有水底多次波的水底处的上行波场(48)。

说明书

技术领域

本发明一般涉及地球物理勘探领域。更准确地说，本发明涉及地震数据处理领域。明确地说，本发明是用于压力传感器和质点运动传感器记录的地震数据中的水底多次波的衰减的方法。

背景技术

在地球物理勘探领域中，对地球的地下构造的了解有助于发现并提取有价值的矿物资源，例如石油和天然气。一个众所周知的地球物理勘探工具是地震勘测。地震勘测将从适当的能量来源发出的声波发送到地下并用一个传感器阵列接收反射回的信号。对收集到的数据应用地震数据处理以评估地下构造。

在地震勘测中，地震信号是通过将声信号从地面或接近地面的地方注入而产生的，所述信号然后向下传播进入地下。在海上勘测中，声信号还可以向下传播穿过水体。适当的能量来源包括地上的炸药和振荡器以及水中的气枪或海上振荡器。当声信号遇到地震反射层(具有不同声阻抗的两个地下层之间的分界面)时，一部分声信号被反射回表面，反射回的能量被传感器检测到。地震传感器检测并测量经过的地震波的不同物理特征的幅度。

合适类型的地震传感器包括陆地勘测中的质点速度传感器(particle velocity sensor)以及海上勘测中的水压传感器(waterpressure sensor)。有时会用质点运动(particle motion)或质点加速(particle acceleration)传感器代替质点速度传感器。质点速度传感器在本领域中通常被称为地下听音器(geophone)，水压传感器通常被称为水下听音器(hydrophone)。震源和地震传感器都可以被单独部署或成组地部署(后者更常见)。另外，在海上勘测中，压力传感器和质点速度传感器可以被部署在一起，成对地共存或沿着地震电缆成对且成组地共存。

在典型的海上地震勘测中，船后一般会拖着多根飘带电缆。或者，地震电缆被保持在水体中一个固定的位置，或者是飘浮在所选择的深度上或者位于水体的底部。在这个替代情况中，震源可以被拖在船后以在不断变化的位置上产生声能，也可以将震源保持在固定的位置中。

在数据采集阶段中由每对震源和地震传感器记录的地震能量被称为一个地震轨迹。地震数据轨迹包含期望的地震反射，称为一次反射(primary reflection)或一次波(primary)。一次反射来自对从震源传播到传感器但只有一次来自地下地震反射层的反射的声信号的检测。不幸的是，地震轨迹通常包含很多称为多次反射(multiplereflection)或多次波(multiple)的附加反射，它们能够掩盖甚至淹没所期望的一次反射。多次反射来自对在被传感器检测到之前已经被反射过不止一次的声信号的记录。附加的多次反射在地上地震勘测中可能来自地下反射层或地表，在水上地震勘测中可能来自水-土(即水与水底的地面)分界面或空气-水(即水面上的空气与水)分界面。从多次波记录的信号掩盖了从一次波记录的信号，使得更难以识别和解释期望的一次波。因而，在很多环境中的地震数据处理中希望有一个步骤能够消除或至少衰减多次波。在海上地震勘测中更是如此，在海上地震勘测中多次中相对于一次波格外地强。多次波强是因为水-土分界面尤其是空气-水分界面是非常强的地震反射层，因为它们有非常高的声阻抗对比。

图1示出了典型的海上地震勘测的正视图的示意图(并非按比例绘制)。这个示意图展示了用于采集可由本发明的方法使用的地震数据的一种装置。地102上的水体101被水-空气分界面限制在水面103，被水-土分界面限制在水底104.在水底104之下，地102包含感兴趣的地下构造。地震勘测船105在水面103上航行并且包含地震采集控制设备，一般标记为106.地震采集控制设备106包括地震采集领域中众所周知的所有类型的导航控制器、震源控制器以及记录设备。

地震采集控制设备106使震源107被地震勘测船105拖在水体101中以在选定的时间开动。震源107可以是地震采集领域中任何众所周知的类型，包括气枪或水枪，尤其是气枪阵列。地震飘带108也被最初的地震勘测船105或另一地震勘测船(未示出)拖在水体101中。尽管这里为说明简便起见只示出了一个地震飘带，但通常可以在地震勘测船105后拖着多根地震飘带。地震飘带108包含一些传感器以检测由震源107发出并被环境中的分界面反射的反射波场。通常，地震飘带108包含水下听音器109等压力传感器，但通常被称为双传感器地震飘带的地震飘带108还包含了地下听音器110等水质点运动传感器。水下听音器109和地下听音器110通常成对共存或沿着地震飘带108以固定间隔地传感器阵列形式成对共存。但是，传感器109、110的类型以及它们在地震飘带108中的位置不是为了限制本发明。

震源107被拖在水体101中，并且被周期性地激活以在带有它的传感器109、110的地震飘带108的附近发出声波。该过程一直重复到地震检测完成。每次震源107被启动时，声波场都以球状扩大的波前向上或向下传播。传播中的波场由垂直于扩大中的波前的射线路径表示。由射线路径111表示的向上传播的波场向在水面103被水-空气分界面反射然后在射线路径112中向下传播，在射线路径112中所述波场可能被地震飘带108中的水下听音器109和地下听音器110检测到。不幸的是，在水面103的上述反射，例如射线路径112中，不包含与感兴趣的地下构造有关的有用信息。但是，上述分界面反射，也称为反常回波，充当了有时延的二次震源。

从震源107向下在射线路径113中传播的波场将在水底104被水-土分界面反射然后在射线路径114中向上传播，波场在射线路径114中可能被水下听音器109和地下听音器110检测到。在水底104上的上述反射，例如射线路径114中，包含与水底104有关的信息，因而应该被保留以作进一步的处理。射线路径114是具有水底104上的至少一个反射的水底多次波的一个例子。另外，向下传播的波场，如在射线路径113中的，可以在射线路径118中穿过水底104，被边界层(如l16)反射然后在射线路径117中向上传播。在射线路径117中向上传播的波场可以被水下听音器109和地下听音器110检测到。上述由边界层116引起的反射包含与感兴趣孤地下构造有关的有用信息，也是只有一次地下反射的一次反射(primary reflection)的一个例子。

不幸的是，声波场将继续被水底104、水面103和分界层116等分界面组合反射。例如，在射线路径114中向上传播的波场将被水面103反射，在射线路径118中继续向下传播，可能被水底104反射，并继续在射线路径119中向上传播，在射线路径119中所述波场可能被水下听音器109和地下听音器110检测到。射线路径119是具有至少一次来自水底104的反射被称为水底多次波(multiple)的多次反射(multiplereflection)的一个例子。同样，在射线路径117中向上传播的波场将被水面103反射，在射线路径120中继续向下传播，可能被水底104反射并继续在射线路径121中向上传播，在射线路径121中所述波场可能被水下听音器109和地下听音器110检测到。射线路径121是具有至少一次地下反射以及至少一次来自水底104的反射的被称为桩-脚(peg-leg)的多次反射的一个例子。多次反射包含与感兴趣的构造有关的冗余信息，并且多次波通常在进一步处理之前被从地震数据中去除。

在最后的显示和分析之前必须对进行勘测中获得的记录进行处理以补偿阻碍对原始记录的利用的多种因素。处理步骤中最棘手的问题之一涉及通过从原始记录衰减多次波和桩-脚而补偿它们。

从地震数据消除多次波需要将多次波和地震信号的剩余部分区分开的能力。这个区分需要从记录的地震数据和其它数据(例如水底的位置)预测多次波。当多次波的重复间隔只是震源波长的几倍时，产生的短周期多次波似乎是周期性的。接着，可以根据所述短周期多次波的周期性区分它们，并用众所周知的预测去卷积技术衰减它们。但是，当多次反射路径的长度在于源波持续时间时，多次波不再是周期性的并且预测去卷积也不再有效。地震数据处理领域中众所周知的一种用于衰减长周期多次波的技术是波动方程基准线化(wave-equation datuming)。Berryhill，John R. 于1979年在“Wave equation datuming”(Geophysics，Vol.44 No.8(August)，1329-1344页)中说明了用于针对不定的波传播速度将一组零-偏移轨迹的基准线从任意形状的一个表面改变到另一表面的波动方程基准线化过程。波动方程基准线化采用地震时间数据的向上或向下的继续重新定义地震面和传感器所处的基准面。Berryhill(1979)将该过程应用于速度替换基准线纠正以及多层正向建模。

Berryhill，John R.于1984年在“Wave equation datumingbefore stack(short note)”(Geophysics，Vol.49，No.11(November)2064-2067页)中将Berryhill(1979)的波动方程基准线化过程从零偏移轨迹扩展到了尚未叠加的地震数据。Berryhiss(1984)说明了一个两步骤方法。首先，通过操作公共震源集中分选的地震轨迹将传感器从一个基准线外推到另一基准线，然后通过操作公共传感器组中分选的地震轨迹外推震源。如果倾角的两个方向将被同等对待，公共震源和公共传感器组必须采用对称分裂散布，如果不是按那种形式记录，公共震源和公共传感器组必须被交互地人工构造。

Berryhill(1979，1984)介绍的波动方程基准线化方法在空间和时间上将上行波场(up-going wavefield)反向传播，将下行波场(down-going wavefield)正向传播。该传播可以将震源和传感器从第一个基准线平面(例如传感器部位)移动到第二个基准线平面(例如水底)。该传播的形成是来自Berryhill(1979，1984)的求和：