專利名稱：海上地震數(shù)據(jù)采集方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般地，本發(fā)明涉及海上地震系統(tǒng)，更具體地，涉及針對地震波場特征使用質(zhì)點運動傳感器的海上地震數(shù)據(jù)采集。
背景技術(shù)：
地震勘探廣泛用于地下地質(zhì)地層的定位和/或測量以尋找碳氫化合物儲藏。由于許多有商業(yè)價值的碳氫化合物儲藏位于水體之下，所以發(fā)展了各種海上地震測量技術(shù)。在一個典型海上地震測量中，如在圖1中概念性顯示的示例測量100，在一艘測量船110的后面拖曳一條或多條海上地震拖纜。地震拖纜105可以有幾千米長并含有大量傳感器115，如水中檢波器及其附屬電子設(shè)備，它們沿每條地震拖纜的長度方向分布。測量船110還包括一個或多個地震源120，如空氣槍或其他震源。
當拖纜105被拖曳在測量船115后面時，由地震源120產(chǎn)生的聲波信號125(通常稱作“爆炸(shot)”)向下穿過水體130進入水底面145以下的地層135、140，在那里這些聲波信號被各種地下地層150反射。反射信號由地震拖纜電纜105中的傳感器接收，數(shù)字化，然后被傳輸?shù)綔y量船110。數(shù)字化的信號被稱作“記錄道(trace)”，它們被記錄下來并至少是部分地由測量船110上的信號處理單元160加以處理。這一處理的最終目的是構(gòu)建拖纜105下的地下地層150的表示，分析這種表示可以指示出地下地層150中碳氫化合物儲藏的可能位置。
利用采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)處理連續(xù)域信號(如反射信號155)是一種眾所周知的技術(shù)。Whittaker-Kotel’nikov-Shannon采樣定理指出了這些技術(shù)在理論上的缺陷，該定理說，對于任意信號f(x)，如果其均勻間隔采樣的采樣間隔小于該信號中最高頻率分量周期的一半，那么由這些均勻間隔的樣本能夠重建這一信號。由采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)能準確處置的最大頻率分量稱作它的奈奎斯特(Nyquist)極限。這樣，如果f(x)的頻帶限于波數(shù)σ/2(它稱作奈奎斯特數(shù))，則采樣理論提供下列公式由均勻間隔值f(m/σ)內(nèi)插任何函數(shù)值f(x)=Σ-∞∞f(m/σ)sinπ(σx-m)π(σx-m)]]>這樣，采樣定理提供了當采樣率足夠高時由其均勻間隔樣本“完全地”重建信號的一種途徑。
對于海上應(yīng)用，地震信號的空間采樣間隔，例如傳感器115之間的間距，通常選為3.125m的倍數(shù)。通過使用這一采樣間隔，其波長大于地震傳感器間距的任何地震信號都能被準確地處置。然而，大于奈奎斯特數(shù)的空間分量可能會“混淆”(即移動)到有意義的空間帶寬之中。這樣，其波長小于地震傳感器間距的地震波可能欠采樣并產(chǎn)生混淆?；煜遣幌Ｍ母毙?yīng)，因為混淆通常是對數(shù)據(jù)的一種不可逆變換，故可能難于從數(shù)據(jù)中去除。對由地震源115提供的反射信號155進行采樣采用3.125m的傳感器間隔通常是適當?shù)?，因為在水中的聲波速度約為1500m/s。于是，約為3.125m的傳感器間距可以提供頻率高達250Hz的無混淆數(shù)據(jù)。
地震傳感器115，如質(zhì)點運動傳感器，可以感知地震電纜105中存在的振動噪聲。所以，質(zhì)點運動傳感器，如加速度計、地震檢波器以及壓力梯度傳感器，可能對振動噪聲很敏感，與此相反，水中檢波器可以平均掉電纜中存在的振動噪聲。振動噪聲是高度不穩(wěn)定的，有很小的相干長度，而且可以在幾乎所有頻率存在。所以，有傳統(tǒng)間距(例如間距3-25m)的地震檢波器115感知的振動噪聲可能不表現(xiàn)出相干性。地震傳感器115還可能感知其他類型的噪聲，如膨脹波(bulgewave)和涌浪噪聲(swell noise)。然而，這些類型的噪聲通常有比振動噪聲長得多的相干長度。膨脹波和涌浪噪聲通常還以比水中聲速低得多的速度傳播。
圖2(a)、2(b)和2(c)顯示在連續(xù)(即未采樣)域中地震信號和振動噪聲的空間特征。圖2(a)(顯示在右上方)是頻率-波數(shù)(FK)圖，它指出信號和噪聲的能量作為波數(shù)和頻率二者的函數(shù)。圖2(a)是彩色編碼的，從而使較淡的灰色陰影代表低能量區(qū)，而較深的灰色陰影代表高能量區(qū)。圖2(a)顯示的FK圖中噪聲能量質(zhì)心的斜率給出振動噪聲的主導(dǎo)速度。這樣，振動噪聲有依賴于頻率(等效地，依賴于波數(shù))的速度。FK圖表明，振動噪聲的速度隨頻率和波數(shù)的增大而增大，這與理論一致。
圖2(a)中所示FK圖在水平軸(圖2(b))和在垂直軸(圖2(c))上的投影分別顯示信號和噪聲的功率譜分布(PSD)作為波數(shù)和頻率的函數(shù)。圖2(b)和圖2(c)顯示，在所示頻率和波數(shù)范圍上噪聲可與信號相比較或者比信號強，而且在100Hz以下噪聲和信號在所有頻率都存在。由于振動噪聲和地震信號占有相同頻帶，所以只使用時間域處理不可能將它們分開。而且，地震信號多半會被掩蓋，因為振動噪聲與地震信號相比是比較強的。圖2(b)和2(c)還表明，信號(實線)局限于低波數(shù)(約0.11/m)，但振動噪聲(虛線)的波數(shù)可以延伸到約2.51/m(即達到低于40cm波長)。因此，在大約10Hz的范圍上地震信號和振動噪聲的波長相差懸殊。結(jié)果，如果將傳統(tǒng)的地震傳感器115間距用于連續(xù)空間數(shù)據(jù)的數(shù)字化便可能造成嚴重的混淆，而且不可能將信號與振動噪聲鑒別開。
圖3顯示一個實施例，其中地震信號可能難于與振動噪聲分開。在所示實施例中使用3.125m的空間采樣間隔對地震數(shù)據(jù)采樣。由于在本例中的振動噪聲有約30m/s的速度，它在低達4.8Hz左右的頻率會造成混淆。于是，在整個有意義的頻帶上振動噪聲和地震信號有許多重疊，已不再可能將信號譜部分與噪聲分開。因此，混淆是很嚴重的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上文提出的問題中的一個或多個問題的影響。下面給出對本發(fā)明的簡單概括，以提供對本發(fā)明一些方面的基本理解。這一概括不是對本發(fā)明的完全描述。它不想標識本發(fā)明的關(guān)鍵或臨界要素，或者勾畫本發(fā)明的范圍。它的唯一目的是以簡化的形式展現(xiàn)一些概念，作為對下文要討論的更詳細描述的序言。
在本發(fā)明的一個實施例中提供了一種地震數(shù)據(jù)采集方法。該方法的一個實施例包括訪問至少兩個地震傳感器采集的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)包括地震信號和噪聲信號，并且這至少兩個地震傳感器以基于噪聲相干性長度所確定的長度分開。該方法也可包括處理所訪問的數(shù)據(jù)以去除部分噪聲信號。
在本發(fā)明的另一實施例中提供了一種地震數(shù)據(jù)采集裝置。該裝置可包括至少兩個地震傳感器，它們以基于噪聲相干性長度所確定的長度彼此分開并被配置成接收包括地震信號或噪聲信號的數(shù)據(jù)。該裝置還可包括一個處理單元，它在通信方面與這至少兩個地震傳感器耦合。該處理單元可被配置成訪問由這至少兩個地震傳感器采集的數(shù)據(jù)并處理所訪問的數(shù)據(jù)以去除部分噪聲信號。
在本發(fā)明的另一實施例中提供了一種地震數(shù)據(jù)采集方法。該方法的一個實施例包括訪問由至少兩個地震傳感器采集的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)包括地震信號和噪聲信號。該方法還可包括在海中處理所訪問的數(shù)據(jù)以去除部分噪聲信號。
在本發(fā)明的另一實施例中提供了一種地震數(shù)據(jù)采集裝置。該裝置可包括至少兩個地震傳感器，被配置成接收包括地震信號和噪聲信號的數(shù)據(jù)。該裝置還可包括一個處理單元，它在通信方面與這至少兩個地震傳感器耦合。該處理單元可被配置成訪問由這至少兩個地震傳感器采集的數(shù)據(jù)并在海中處理所訪問的數(shù)據(jù)以去除部分噪聲信號。


參考下文中結(jié)合附圖給出的描述可理解本發(fā)明，在附圖中相似的參考數(shù)字標識相似的元素，其中圖1概念性說明傳統(tǒng)的海上地震測量系統(tǒng)；圖2(a)、2(b)和2(c)顯示在連續(xù)域中地震信號和振動噪聲的空間特征；圖3顯示一個實施例，其中地震信號可能難于與振動噪聲分開；圖4概念性說明根據(jù)本發(fā)明的一個海上地震測量系統(tǒng)的示例性實施例；圖5概念性說明根據(jù)本發(fā)明的一個海上地震測量系統(tǒng)中的地震傳感器的一個示例性實施例；圖6概念性說明根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集方法的一個示例性實施例600；圖7說明傳感器長度對海中處理的噪聲衰減性能的影響；圖8說明噪聲衰減性能作為濾波器孔徑的函數(shù)；圖9(a)、9(b)、9(c)和9(d)顯示根據(jù)本發(fā)明的海中處理第一示例性實施例的噪聲衰減；以及圖10(a)、10(b)、10(c)和10(d)顯示根據(jù)本發(fā)明的海中處理第二示例性實施例的噪聲衰減。
盡管本發(fā)明容許各種修改和不同的形式，但在附圖中以舉例方式顯示了本發(fā)明的具體實施例并在這里詳細描述。然而，應(yīng)該理解，這里對具體實施例的描述不是要把本發(fā)明限定于所公開的特定形式，與此相反，本發(fā)明要覆蓋落入所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的一切修改、等效物和變體。
具體實施例方式
下面描述本發(fā)明的示例性實施例。為了清楚起見，在本說明書中不描述一個實際實現(xiàn)的全部特性。當然，應(yīng)該理解，在開發(fā)任何這樣的實際實施例時，為實現(xiàn)開發(fā)者的目標，應(yīng)該做出大量的針對具體實現(xiàn)的決定，如遵從與系統(tǒng)有關(guān)的或與業(yè)務(wù)有關(guān)的約束，這些約束將會因每個不同的具體實現(xiàn)而改變。再有，應(yīng)該理解，這樣的開發(fā)努力可能是復(fù)雜的和費時的，然而，對于受益于這一公開說明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，這種努力應(yīng)該是一種常規(guī)性任務(wù)。
本發(fā)明的一些部分及其相應(yīng)的詳細描述是以軟件或算法以及對計算機存儲器內(nèi)數(shù)據(jù)位操作的符號表示的形式展現(xiàn)的。這些描述和表示是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員向本領(lǐng)域其他普通技術(shù)人員有效傳遞他們的工作主題的方式。一個算法，作為這里使用的術(shù)語，也是作為一般使用的術(shù)語，被認為是能導(dǎo)致預(yù)期結(jié)果的一個自給的步驟序列。這些步驟是要求對物理的量進行物理操作的那些步驟。通常，盡管不是必須，這些量采取能被存儲、傳送、組合、比較和其他操作的光、電或磁信號的形式。已經(jīng)證明，主要是為了通用性，把這些信號稱作二進位、值、元素、符號、字符、項、數(shù)字等往往是方便的。
然而，應(yīng)該記住，所有這些術(shù)語或類似術(shù)語都是與適當?shù)奈锢砹肯嚓P(guān)聯(lián)的，它們僅只是應(yīng)用于這些量的方便的標簽。除非特別說明，或者是由本討論顯而易見的，否則，諸如“處理”或“計算”或“求值”或“確定”或“顯示”等術(shù)語都是指一個計算機系統(tǒng)或類似的電子計算裝置的行動和過程，該計算機系統(tǒng)或類似的電子計算裝置對計算機系統(tǒng)寄存器和存儲器內(nèi)的物理的、電子的量所代表的數(shù)據(jù)進行處理，并將它們變換成類似地由計算機系統(tǒng)存儲器或寄存器或其他這類信息存儲、傳輸或顯示裝置內(nèi)的物理量所代表的其他數(shù)據(jù)。
還應(yīng)指出，本發(fā)明由軟件實現(xiàn)的方面通常在某種形式的程序存儲介質(zhì)上被編碼，或在某種傳輸介質(zhì)上實現(xiàn)，程序存儲介質(zhì)可以是磁的(如軟盤或硬盤驅(qū)動器)或光的(如光盤只讀存儲器或稱“CD-ROM”)，可以是只讀的或隨機存取的。類似地，傳輸介質(zhì)可以是雙絞線、同軸電纜、光纖或本領(lǐng)域已知的其他合適的傳輸介質(zhì)。本發(fā)明不受任何給定實現(xiàn)的這些方面的限制。
現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明。在附圖中只為解釋的目的而示意性給出各種結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)和裝置，從而不使本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的細節(jié)模糊了本發(fā)明。盡管如此，仍包括了一些附圖用于描述和解釋本發(fā)明的一些示例。這里所用詞匯和短語應(yīng)被理解和解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員理解的那些詞匯和短語一致的含義。沒有打算由這里一致性使用的術(shù)語或短語來隱含對該術(shù)語或短語的特殊定義(即與本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的一般和習慣的含義不同的定義)。對于要使一個術(shù)語或短語擴展為具有特殊含義的情況(即不同于技術(shù)人員所理解的含義)，這個特殊的定義將以一種定義性的方式在本說明書中明確地提出，以這種方式直接地和明確地提供該術(shù)語或短語的特殊定義。
圖4概念性顯示一個海上地震測量系統(tǒng)示例性實施例400。在所示實施例中，一條或多條海上地震拖纜405被拖曳在測量船410的后面。雖然在圖4中顯示的是單條海上地震拖纜405，受益于本公開說明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明不限于單條海上地震拖纜405。在另一些實施例中，多條海上地震拖纜405可被拖曳在測量船410的后面。例如，測量船410可拖曳一個海上地震拖纜陣列405。測量船410還可伴有一個或多個地震震源415，如空氣槍之類。在所示實施例中，震源415與測量船410耦合。然而，本發(fā)明不限于與測量船410耦合的震源415。在其他實施例中，震源415可布設(shè)在任何位置(如在測量船410的下方)，固定在一個或多個浮標或浮子(未畫出)上，或者在另一條獨立的震源船上(未畫出)。
在操作中，拖纜405被拖曳在測量船410的后面，由震源415產(chǎn)生的聲波信號420(通常稱作“爆炸(shot)”)向下穿過水體425進入水底面440以下的地層430、435，在那里這些聲波信號被各種地下地層445反射，形成反射信號450。部分反射信號450可被沿地震電纜405布設(shè)的一個或多個地震傳感器455(圖4中未全部指出)檢測或感知。地震傳感器455包括但不限于被配置成測量矢量波場的地震傳感器455，如質(zhì)點運動傳感器、加速度計、壓力梯度傳感器等。
在所示實施例中，多個地震傳感器455在通信方面與一個或多個處理單元460耦合。為便于說明，圖4描繪了沿地震電纜405并布設(shè)在地震電纜405外部時的地震傳感器455和處理單元460以及這些部件彼此之間的互連。然而，受益于本公開說明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，地震傳感器455、處理單元460以及這些部件彼此之間的互連可以不是布設(shè)在地震電纜405的外部。例如，一個或多個部件可以布設(shè)在作為地震電纜405一部分的護套內(nèi)。
處理單元460可以在海中處理由伴隨的地震傳感器455提供的數(shù)據(jù)，然后將經(jīng)過部分處理的數(shù)據(jù)提供給船上的處理單元465。如這里使用的那樣，術(shù)語“在海中(in-sea)”將被理解為是指當海上地震電纜405從測量船410布設(shè)出去并且進行操作的處理單元460被浸沒在水中或在水面上時所進行的操作。例如，在海中處理由地震傳感器455提供的部分數(shù)據(jù)的處理單元460可以在正當進行地震測量時處理這些數(shù)據(jù)。在海中處理部分數(shù)據(jù)可以減少沿地震電纜405傳輸?shù)臄?shù)據(jù)體量。例如，如果每個處理單元460耦合4個地震傳感器455，則與4個獨立操作的地震傳感器455沿地震電纜405傳送的數(shù)據(jù)體量相比，沿地震電纜405傳輸?shù)臄?shù)據(jù)體量可減少為其四分之一左右。
除了與部分反射信號450相關(guān)聯(lián)的地震信號外，地震傳感器455還可檢測各種噪聲信號。噪聲信號可包括涌浪噪聲、膨脹波等。在所示實施例中，噪聲信號還可能包括可能沿地震電纜405傳送的振動噪聲467。例如，振動噪聲467可能是由測量船410和/或布設(shè)在測量船410上的設(shè)備產(chǎn)生的。諸如振動噪聲等噪聲可在一些長度范圍上相干。例如，實驗確定，振動噪聲467可在小于大約1m的長度范圍上相干，這將在下文中更詳細地討論。因此，短語“振動噪聲的相干長度”在這里將被理解為是指有顯著非零振幅的振動噪聲存在的最小波長。
一些地震檢波器455可以以近似對應(yīng)于預(yù)期噪聲相干長度的間距放置。在一個實施例中，兩個或更多個地震傳感器455的間距可能小于或近似等于噪聲相干長度的一半。然而，受益于本公開說明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，傳感器間距可選為近似等于(或者甚至稍大于)噪聲相干長度。例如，兩個或更多個地震傳感器455可以布設(shè)在地震電纜405上，使它們間隔近似1m或更小，它可能對應(yīng)于振動噪聲467的預(yù)期相干長度。例如，地震傳感器455可以以大約30cm至大約40cm范圍內(nèi)的一個長度分開。在一些實施例中，可以用噪聲速度確定噪聲的相干長度。例如，地震傳感器455的分開長度可對應(yīng)于在20m/s和75m/s范圍內(nèi)的振動噪聲速度。
相對于傳統(tǒng)實踐而言，基于預(yù)期噪聲相干長度間隔放置地震傳感器455可能增加布設(shè)在地震電纜405上的地震傳感器455總數(shù)量。因此，可以向處理單元460提供由加密放置的地震傳感器部分455收集的地震數(shù)據(jù)，處理單元460可如上文討論的那樣在海中處理這些數(shù)據(jù)。在一些實施例中，這些經(jīng)過部分處理的數(shù)據(jù)可通過樣本抽取變成具有較長的組間距。處理單元460可以實現(xiàn)多種海中處理技術(shù)，包括但不限于模擬成組(analog group forming)或平均、數(shù)字成組(digital groupforming)、時間濾波、空間濾波、空間-時間濾波、基于噪聲物理模型的自適應(yīng)濾波等。
圖5概念性顯示在海上地震測量系統(tǒng)505中的地震傳感器一個示例性實施例500。在所示實施例中，地震傳感器500是布設(shè)在地震電纜510內(nèi)的質(zhì)點運動檢測器。所以，地震傳感器500可以能測量在一維或多維中的質(zhì)點運動。例如，地震傳感器500可以是多分量質(zhì)點運動傳感器500，它們能檢測在三維中的質(zhì)點運動。示例地震傳感器500包括但不限于加速度計、地震檢波器、壓力梯度傳感器等。
地震傳感器500有地震傳感器長度515，它們可以是對全部地震傳感器500都相同，或者可能因不同地震傳感器500而不同。例如，地震傳感器長度515可以從用于點測量的幾個毫米到使用機械平均時的幾米。還可能由于把地震傳感器500放在一個機身中而使地震傳感器長度515變長，該機身(未畫出)可能布設(shè)在地震電纜510中。該機身的剛度應(yīng)該比較大，從而使它的固有頻率在有意義的地震頻帶以上。例如，機身的一種典型材料可能有體積剛度大于1.0GPa左右，而機身長度可能達到60cm左右。噪聲可在這個“剛性”傳感器長度上被平均。受益于本公開說明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，地震傳感器500總數(shù)以及地震傳感器500的類型是設(shè)計的選擇，對本發(fā)明并不重要。
地震傳感器500可以分成一組或多組517、518。在各種不同的實施例中，地震傳感器500每個可被指定不同的組517、518，或者一些地震傳感器500可被指定屬于不只一組517、518。受益于本公開說明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在組517、518中地震傳感器500的數(shù)量是設(shè)計的選擇。再有，每組517、518中地震傳感器的數(shù)量可以彼此不同。
每組中有兩個或更多個地震傳感器可布設(shè)成其間距基于噪聲相干長度而定，如上文討論的那樣。例如，在一個地震傳感器組中的地震傳感器500可以按基于振動噪聲相干長度確定的第一間隔長度520來布設(shè)。然而，受益于本公開說明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，并非所有地震傳感器500都必須按第一間隔長度520分開。例如，一些地震傳感器500可以按第二間隔長度525分開，而第二間隔長度525比第一間隔長度520要長。按第一間隔長度520分開一部分地震傳感器500，再按第二間隔長度525分開另一部分地震傳感器500，這可以改善數(shù)據(jù)的壓低噪聲特性，同時還允許地震傳感器500分布在比較長的地震電纜510上。再有，在每組517、518中地震傳感器500之間的分開長度520、525可以因組而異。
地震傳感器500的各組可在通信方面與一個或多個處理單元530耦合，以允許處理單元530訪問由該組中地震傳感器500收集的數(shù)據(jù)。在各種實施例中，處理單元530可以使用上文描述的一種或多種技術(shù)來處理部分被訪問的數(shù)據(jù)，然后將經(jīng)過部分處理的數(shù)據(jù)提供給例如總線或電纜535，該總線或電纜535可以將這些經(jīng)過部分處理的數(shù)據(jù)提供給外部處理單元，例如位于測量船上的處理單元。雖然為了清楚起見在圖5中把總線或電纜535描繪成在地震電纜510的外部，但總線或電纜535可以布設(shè)在也可以不布設(shè)在地震電纜510內(nèi)。
處理單元530和/或相關(guān)聯(lián)的各組地震傳感器500可以以組長度540分開，該長度540可以沿地震電纜510的長度方向為一常數(shù)，或者可以沿地震電纜510的長度方向改變。在每組中的地震傳感器500還定義一個濾波器孔徑545。如這里使用的那樣，術(shù)語“濾波器孔徑(filter aperture)”在空間濾波中是指在一組中第一個和最后一個傳感器500之間從傳感器中心到傳感器中心的距離和/或在時間域濾波中第一個和最后一個時間樣本之間的時間差。在一個實施例中，濾波器孔徑545可能比組長度540要長，這至少是部分地由于在每組中的一些地震傳感器500還屬于相鄰的一組。另一種情況是，濾波器孔徑545可能等于或小于組長度540，這至少是部分地由于傳感器500每個只屬于單一一組。再有，濾波器孔徑545沿地震電纜510長度方向可以改變也可以不變。受益于本公開說明的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，構(gòu)成組(并定義濾波器孔徑)的地震傳感器500是可以改變的。例如，處理單元530可以在不同時間訪問由不同地震傳感器500提供的數(shù)據(jù)。
在一個實施例中，處理單元530可以提供電連接，其作用是可以將來自一組中的每個獨立傳感器500接收的電信號組合和/或平均，以形成一個組輸出信號。這一技術(shù)可稱作模擬成組。從傳感器500接收的電信號中的噪聲可能由振動噪聲產(chǎn)生，該振動噪聲有較小的相干長度，而在電信號中代表的地震信號可能由具有較大相干長度的振蕩產(chǎn)生。因此，通過組合和/或平均從一組中的傳感器500接收的電信號，該組中傳感器之間選定的空間間隔(或者說傳感器500之間的特征長度)大于振動噪聲的相干長度，于是在組輸出信號中代表地震信號的那部分電信號可能被保持，而在組輸出信號中代表振動噪聲的那部分電信號可能被減小。
處理單元530還可以定義和/或修改一個或多個權(quán)重(例如一個或多個數(shù)字濾波器的權(quán)重)，它們可應(yīng)用于由各組中不同地震傳感器500采集的數(shù)據(jù)。例如，較靠近組中心的地震傳感器500可以比在該組邊緣處的地震傳感器500有更大的權(quán)重，例如使用高斯加權(quán)函數(shù)。另一個例子是，如果一個或多個地震傳感器500表現(xiàn)出運行不那么可靠，或者在以一種不希望的方式運行，則可對這些地震傳感器500給予較小權(quán)重。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，任何加權(quán)模式(例如無加權(quán)模式)可以應(yīng)用于地震傳感器500。
圖6概念性說明地震數(shù)據(jù)采集方法的一個示例性實施例600。在所示實施例中布設(shè)一個或多個被拖曳的海上地震電纜(在步驟605)。被拖曳的海上地震電纜包括兩個或更多個地震傳感器，它們按基于預(yù)期噪聲相干長度確定的至少一個長度分開放置。地震傳感器可以檢測或發(fā)送包括地震信號和噪聲信號的信號。由例如處理單元從傳感器訪問指示被檢測信號的數(shù)據(jù)(在步驟610)。然后，被訪問的數(shù)據(jù)可在海中被處理(在步驟615)。在一個實施例中，處理過程(在步驟615)包括按照基于預(yù)期噪聲相干長度確定的長度對地震傳感器提供的數(shù)據(jù)進行數(shù)字成組(在步驟615)。然后，經(jīng)過部分處理的數(shù)據(jù)可提供(在步驟620)給測量船，在那里可對數(shù)據(jù)進行進一步處理。
圖7說明傳感器長度對海中處理的噪聲衰減性能的影響。在所示實施例中，垂直軸指示基于每個傳感器的測量噪聲水平(單位是相對于1μBar2s的dB(分貝)值)，水平軸指示頻率，單位為赫茲。虛線曲線顯示由點測量得到的PSD。實線曲線顯示信號PSD作為參考。對于具有有限傳感器長度SL的傳感器，在海中處理時按下式計算PSDy(t,x)=1SL∫uSLs(t,x-u)du]]>其中t是時間維，x是空間維，s是地震信號和振動噪聲，SL是傳感器長度，y是該機械濾波器的輸出。由此方程可清楚看出，機械濾波對應(yīng)于波場在持續(xù)SL米的滑動窗上的平均。
在所示實施例中，地震信號有波長大于5-10m，而振動噪聲覆蓋更寬的波長范圍。長度為L的傳感器衰減那些波長為L或更小的質(zhì)點運動。如果L選為小于地震信號波長，則能實現(xiàn)噪聲衰減而不影響信號。在圖7中，測量的噪聲水平(基于每個傳感器)作為傳感器長度的函數(shù)顯示為各種虛線，如圖例中指出的那樣。傳感器長度L為0.3m的噪聲PSD由長劃虛線表示。傳感器長度L為0.5m的噪聲PSD由適中短劃虛線表示。傳感器長度L為1.0m的噪聲PSD由點虛線表示。畫出的數(shù)據(jù)表明，噪聲衰減存在頻率選擇性。在所示例子中，在高頻段有較好的噪聲衰減，而且噪聲衰減功率隨機械濾波器的孔徑(傳感器長度)而增大。
圖8顯示噪聲衰減性能作為濾波器孔徑的函數(shù)。在所示實施例中，垂直軸指示基于每個傳感器的測量噪聲水平(單位是相對于1μBar2s的dB(分貝)值)，水平軸指示頻率，單位為赫茲。短劃虛線曲線顯示點測量的噪聲PSD。實線曲線顯示信號PSD作為參考。使用下式給出的時間—空間濾波器進行數(shù)字海中處理以確定濾波后的信號y(t,x)=Σj=0J-1Σk=0K-1Cjks(t-jT,x-xk)]]>
其中t是時間維，x是空間維，s是地震信號和振動噪聲，k是該組中的傳感器個數(shù)，xk是相鄰傳感器(例如傳感器k-1和傳感器k，取xo＝0)之間的傳感器間距，T是時間采樣間隔，Gjk是數(shù)字濾波器系數(shù)，y是數(shù)字濾波器輸出。在這些模擬中使用的濾波器系數(shù)被設(shè)計成對低波數(shù)有平坦響應(yīng)，而對高波數(shù)有高度衰減。這些類型的濾波器也稱作去假頻混淆濾波器。
在所示實施例中，傳感器間距選為大約31cm。對應(yīng)于不同濾波器孔徑的數(shù)字濾波器系數(shù)選擇為使噪聲能量減至最小而同時保持信號。例如，能使用有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器設(shè)計技術(shù)?？臻g濾波器的濾波器孔徑選為1.5625m和3.125m。長劃虛線指示濾波器孔徑為1.5625m時的噪聲PSD。適中短劃虛線指示濾波器孔徑為3.125m時的噪聲PSD。進行時間和空間域濾波以改善性能也是可能的。例如，短劃線和點線曲線顯示的噪聲PSD對應(yīng)于孔徑為6.25m×0.08s的時間—空間濾波器。
圖9(a)、9(b)、9(c)和9(d)顯示海中處理第一示例性實施例的噪聲衰減。在所示實施例中，首先使用如上文結(jié)合圖7和圖8描述的那些技術(shù)對信號進行海中處理，以得到對應(yīng)于海中處理的數(shù)據(jù)。然后這些數(shù)據(jù)被抽取為組間距1.5625m。對于這些數(shù)據(jù)(采樣時間間隔＝2ms，空間間距1.5625m)(假定它們被傳送到船上)使用標準的FK濾波器以去除信號圓錐外部的剩余噪聲。
在所示實施例中，傳感器長度LS＝FA＝50cm，傳感器間距SS＝1.5625m，組間距GS＝1.5625m。圖9(a)-9(c)顯示傳送到船上采集系統(tǒng)的各單組噪聲特性(例如發(fā)送到船上的各組的FK譜及PSD)。在PSD圖上，上方的實線曲線顯示原始數(shù)據(jù)的噪聲水平。下方的實線曲線顯示海中處理后的剩余噪聲。在所示實施例中，處于高頻的振動噪聲以及波數(shù)被衰減。圖9(d)顯示通過在測量船上使用有大量計算的數(shù)字成組技術(shù)能得到的進一步噪聲衰減。在噪聲與地震信號發(fā)生假頻混淆的頻率，圖9(a)-9(d)表現(xiàn)出數(shù)字成組可能做不到把噪聲水平進一步降低到由海中處理實現(xiàn)的噪聲水平以下。特別是，圖9(d)顯示在某些頻率有高噪聲水平(短劃線)。
圖10(a)、10(b)、10(c)和10(d)顯示海中處理第二示例性實施例的噪聲衰減。在所示實施例中，首先使用如上文結(jié)合圖7和圖8描述的那些技術(shù)對信號進行海中處理，以得到對應(yīng)于海中處理的數(shù)據(jù)。然后這些數(shù)據(jù)被抽取為組間距1.5625m。對于這些數(shù)據(jù)(采樣時間間隔＝2ms，空間間距1.5625m)(假定它們被傳送到船上)使用標準的FK濾波器以去除信號圓錐外部的剩余噪聲。
在所示實施例中，傳感器長度SL＝8cm，傳感器間距SS＝30cm，濾波器孔徑FA＝6.25m，組間距GS＝1.5625m。請注意，由于濾波器孔徑大于組間距，多個海上噪聲衰減濾波器在空間中是重疊的。圖10(a)-10(c)顯示傳送到船上采集系統(tǒng)的各單組噪聲特性。在PSD圖上的適中短劃虛線曲線顯示原始數(shù)據(jù)的噪聲水平。實線顯示海中處理后的剩余噪聲。在所示實施例中，頻率和波數(shù)高的振動噪聲被衰減。圖10(d)顯示通過在船上使用有大量計算的數(shù)字成組技術(shù)能得到的進一步噪聲衰減。在噪聲與信號發(fā)生假頻混淆的頻率，在測量船上進行的數(shù)字成組可能做不到把噪聲水平進一步降低到由海中處理實現(xiàn)的噪聲水平以下。例如，在圖10(d)中能看到在某些頻率有高噪聲水平(短劃線曲線)。
上文公開說明的具體實施例只是演示性的，因為能以不同的但等效的方法對本發(fā)明加以修改和實踐，這些方式對于受益于這里所述技術(shù)的本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯然的。再有，除了在權(quán)利要求中描述的之外，對于這里所示結(jié)構(gòu)或設(shè)計的細節(jié)沒有任何限制。所以，顯然上文公開說明的具體實施例可以被改變或修改，而所有這些變化都被認為是落入本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)。因此，這里尋求的保護是在權(quán)利要求中提出的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種方法，包含訪問由至少兩個地震傳感器采集的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包含地震信號和噪聲信號，所述至少兩個地震傳感器以基于振動噪聲相干長度確定的長度分開；以及處理所訪問的數(shù)據(jù)以去除部分噪聲信號。
2.權(quán)利要求1的方法，其中訪問包含地震信號和噪聲信號的數(shù)據(jù)的步驟包含訪問由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)，被訪問的數(shù)據(jù)包含振動噪聲信號。
3.權(quán)利要求2的方法，其中訪問由所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)的步驟包含訪問以基于振動噪聲相干長度確定的長度分開的至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)。
4.權(quán)利要求3的方法，其中訪問由所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)的步驟包含訪問由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)，這些傳感器的分開間距小于大約1m。
5.權(quán)利要求3的方法，其中訪問以基于振動噪聲相干長度確定的長度分開的至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)的步驟包含訪問以基于振動噪聲速度確定的長度分開的至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)。
6.權(quán)利要求5的方法，其中訪問由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)的步驟包含訪問由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)，這些傳感器的分開長度與振動噪聲速度相關(guān)聯(lián)，振動噪聲速度在20m/s到75m/s的范圍內(nèi)。
7.權(quán)利要求1的方法，其中處理數(shù)據(jù)的步驟包含在海中處理一部分數(shù)據(jù)。
8.權(quán)利要求7的方法，其中在海中處理一部分數(shù)據(jù)的步驟包含使用數(shù)字成組和模擬成組二者中的至少一種來處理由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)。
9.一種裝置，包含至少兩個地震傳感器，它們以基于噪聲相干長度確定的長度分開并被配置成接收包含地震信號和噪聲信號的數(shù)據(jù)；以及處理單元，它以通信方式與所述至少兩個地震傳感器耦合，該處理單元被配置成訪問由所述至少兩個地震傳感器采集的數(shù)據(jù)；以及處理被訪問的數(shù)據(jù)以去除部分噪聲信號。
10.權(quán)利要求9的裝置，其中所述至少兩個地震傳感器包含至少兩個質(zhì)點運動傳感器，并且其中的處理單元被配置成訪問包含振動噪聲信號的數(shù)據(jù)。
11.權(quán)利要求10的裝置，其中所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器以基于振動噪聲相干長度確定的長度分開。
12.權(quán)利要求11的裝置，其中所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器以小于大約1m的長度分開。
13.權(quán)利要求10的裝置，其中所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器以基于振動噪聲速度確定的長度分開。
14.權(quán)利要求13的裝置，其中所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器以與振動噪聲速度相關(guān)聯(lián)的長度分開，該振動噪聲速度在20m/s到75m/s的范圍內(nèi)。
15.權(quán)利要求10的裝置，其中部分處理單元被布設(shè)在海中。
16.權(quán)利要求15的裝置，其中布設(shè)在海中的那部分處理單元被配置成使用數(shù)字成組和模擬成組二者中的至少一種來處理由所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)。
17.權(quán)利要求9的裝置，進一步包含至少一條地震電纜，其中所述至少兩個地震傳感器與所述至少一條地震電纜相耦連。
18.權(quán)利要求17的裝置，進一步包含至少一艘測量船，被配置成在地震測量期間拖曳所述至少一條地震電纜。
19.一種方法，包含訪問由至少兩個地震傳感器采集的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包含地震信號和噪聲信號；以及使用數(shù)字成組技術(shù)在海中處理被訪問的數(shù)據(jù)，以去除部分噪聲信號。
20.權(quán)利要求19的方法，其中訪問包含地震信號和噪聲信號的數(shù)據(jù)的步驟包含訪問由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)，被訪問的數(shù)據(jù)包含振動噪聲信號。
21.權(quán)利要求20的方法，其中訪問數(shù)據(jù)的步驟包含訪問以基于振動噪聲相干長度確定的長度分開的至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)。
22.權(quán)利要求21的方法，其中訪問由所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)的步驟包含訪問由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)，這些傳感器的分開間距小于大約1m。
23.權(quán)利要求21的方法，其中訪問以基于振動噪聲相干長度確定的長度分開的至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)的步驟包含訪問以基于振動噪聲速度確定的長度分開的至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)。
24.權(quán)利要求21的方法，其中訪問由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)的步驟包含訪問由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)，這些傳感器的分開長度與振動噪聲速度相關(guān)聯(lián)，振動噪聲速度在20m/s到75m/s的范圍內(nèi)。
25.權(quán)利要求19的方法，其中在海中處理一部分數(shù)據(jù)的步驟包含使用數(shù)字成組和模擬成組二者中的至少一種來處理由所述至少兩個地震傳感器采集的數(shù)據(jù)。
26.一種裝置，包含至少兩個地震傳感器，被配置成接收包含地震信號和噪聲信號的數(shù)據(jù)；以及處理單元，它以通信方式與所述至少兩個地震傳感器耦合，該處理單元被配置成訪問由所述至少兩個地震傳感器采集的數(shù)據(jù)；以及在海中處理被訪問的數(shù)據(jù)以去除部分噪聲信號。
27.權(quán)利要求26的裝置，其中所述至少兩個地震傳感器包含至少兩個質(zhì)點運動傳感器，并且其中所述至少兩個地震傳感器被配置成接收包含振動噪聲信號的數(shù)據(jù)。
28.權(quán)利要求27的裝置，其中所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器以基于振動噪聲相干長度確定的長度分開。
29.權(quán)利要求28的裝置，其中所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器以小于大約1m的長度分開。
30.權(quán)利要求27的裝置，其中所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器以基于噪聲速度確定的長度分開。
31.權(quán)利要求30的裝置，其中所述至少兩個質(zhì)點運動傳感器以與振動噪聲速度相關(guān)聯(lián)的長度分開，該振動噪聲速度在20m/s到75m/s的范圍內(nèi)。
32.權(quán)利要求26的裝置，其中處理單元被配置成使用數(shù)字成組和模擬成組二者中的至少一種在海中處理數(shù)據(jù)。
33.權(quán)利要求26的裝置，進一步包含至少一條地震電纜，其中所述至少兩個地震傳感器與所述至少一條地震電纜相耦連。
34.權(quán)利要求33的裝置，進一步包含至少一艘測量船，被配置成在地震測量期間拖曳所述至少一條地震電纜。
全文摘要
本發(fā)明提供一種地震數(shù)據(jù)采集方法和裝置。該方法的一個實施例包括訪問由至少兩個質(zhì)點運動傳感器采集的數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)包括地震信號和噪聲信號，這至少兩個質(zhì)點運動傳感器以基于噪聲相干長度確定的長度分開。該方法還可以包括處理被訪問的數(shù)據(jù)以去除部分噪聲信號。
文檔編號G01V1/36GK101071176SQ20071010323
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月11日
發(fā)明者阿密特·科馬爾·奧祖德米爾, 厄于溫·泰根, 拉爾斯·博登, 維達·A·哈斯姆 申請人:維斯特恩格科地震控股有限公司