專(zhuān)利名稱(chēng)：在多軸地震傳感器模塊中得出傾斜校正的地震數(shù)據(jù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及在具有沿多個(gè)軸布置的多個(gè)傳感元件的地震傳感器模塊中得出傾斜校正的地震數(shù)據(jù)。
背景技術(shù)：
地震勘測(cè)被用來(lái)識(shí)別地下組成，例如碳?xì)浠衔飪?chǔ)層、淡水層、噴氣儲(chǔ)層(gas injection reservoirs)等。在執(zhí)行地震勘測(cè)時(shí)，地震源被布置于地表或海底之上的各個(gè)位置，地震源被激活以產(chǎn)生引入地下結(jié)構(gòu)中的地震波。地震源的示例包括爆炸、氣槍?zhuān)蛘弋a(chǎn)生地震波的其他源。在海洋地震勘測(cè)的操作中，地震源能夠在水中拖曳。由地震源產(chǎn)生的地震波傳播到地下結(jié)構(gòu)中，一部分地震波反射回到表面以由地震傳感器(例如，地震檢波器、水聽(tīng)器等)接收。這些地震傳感器產(chǎn)生表示所測(cè)得的地震波的信號(hào)。來(lái)自地震傳感器的信號(hào)被處理以產(chǎn)生關(guān)于地下結(jié)構(gòu)的組成和特性的信息。對(duì)于基于陸地的地震數(shù)據(jù)獲取，地震傳感器被植入地表之內(nèi)。典型地，在垂直方向上傳播的地震信號(hào)有利于表征地下結(jié)構(gòu)的組成。由于基于陸地的地震數(shù)據(jù)獲取布置典型地包括相對(duì)大量的地震傳感器，因而試圖在完全垂直的取向上植入地震傳感器通常是不切實(shí)際的。如果地震傳感器(例如地震檢波器)相對(duì)于垂直的取向傾斜，那么垂直的地震信號(hào)(也稱(chēng)為“壓縮波”或“P波”)將被記錄具有減小的振幅。而且，在水平取向上的地震信號(hào)(也稱(chēng)為“剪切波”或“S波”)將漏入壓縮波中，其中地震信號(hào)向壓縮波中的泄漏被看作噪聲。由于在基于陸地的地震數(shù)據(jù)獲取布置中的地震傳感器的傾斜是未知的并且可能隨機(jī)性地不同，因而噪聲在地震傳感器與地震傳感器之間將是非相干的，這使得難以通過(guò)執(zhí)行過(guò)濾來(lái)校正噪聲。

發(fā)明內(nèi)容
總體上，根據(jù)實(shí)施例，地震傳感器模塊包括沿多個(gè)軸布置以在多個(gè)相應(yīng)的方向上檢測(cè)地震信號(hào)的傳感元件。地震傳感器模塊還包括從傳感元件接收數(shù)據(jù)并確定軸相對(duì)特定取向的傾角的處理器。處理器還將使用所確定的傾角來(lái)組合從傳感元件接收的數(shù)據(jù)以得出對(duì)于特定取向的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)。其他或另選的特征根據(jù)下面的描述、附圖和權(quán)利要求書(shū)將變得顯而易見(jiàn)。


圖1示出了根據(jù)某些實(shí)施例的包括地震傳感器模塊的示例性勘測(cè)布置。圖2-3示出了地震傳感器模塊的示例性部署。圖4是根據(jù)實(shí)施例的地震傳感器模塊的示意圖。圖5是根據(jù)實(shí)施例的在圖4的地震傳感器模塊中得出傾斜校正的地震數(shù)據(jù)的方法的流程圖。
具體實(shí)現(xiàn)方式在下面的描述中，闡述了眾多的細(xì)節(jié)以便于本發(fā)明的理解。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以在沒(méi)有這些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)現(xiàn)并且對(duì)所描述的實(shí)施例的眾多改變或修改是可能的。圖1示出了包括地震傳感器模塊102的陣列的示例勘測(cè)布置(分布)。根據(jù)某些實(shí)施例，地震傳感器模塊是各自包括處理器的多軸地震傳感器模塊，所述處理器執(zhí)行傾斜校正以獲得沿著垂直取向(垂直方向)的地震數(shù)據(jù)并且去除或降低因沿著水平取向傳播的地震信號(hào)漏入垂直的地震信號(hào)中所致的噪聲。更一般地，處理器能夠獲得沿著目標(biāo)取向 (該目標(biāo)取向可以是垂直取向、水平取向或任意其他取向)的地震數(shù)據(jù)，并且處理器能夠去除或降低因沿著其他取向傳播的地震信號(hào)漏入在目標(biāo)取向上傳播的地震信號(hào)中所致的噪聲。地震傳感器模塊102通過(guò)通信鏈路104 (例如，該通信鏈路104可以采用電纜的形式)連接至相應(yīng)的路由器106和108(也稱(chēng)為“集中器”)?！凹衅鳌敝傅氖窃诳睖y(cè)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)之間路由數(shù)據(jù)的通信模塊。作為選擇，代替通過(guò)電纜進(jìn)行有線(xiàn)通信，地震傳感器模塊102能夠進(jìn)行與相應(yīng)的集中器的無(wú)線(xiàn)通信。集中器108由通信鏈路110連接。由地震傳感器模塊102獲取的地震數(shù)據(jù)通過(guò)集中器106、108傳送到中央記錄站112(例如，記錄車(chē))。記錄站112包括存儲(chǔ)子系統(tǒng)以存儲(chǔ)從地震傳感器模塊102收到的地震數(shù)據(jù)。記錄站112還負(fù)責(zé)管理地震傳感器模塊和集中器， 以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。提供一個(gè)或多個(gè)地震源114，其中地震源114能夠被激活以將地震信號(hào)傳播到地表之下的地下結(jié)構(gòu)之內(nèi)，在該地表上部署了地震傳感器模塊102的配置。地震波由地下結(jié)構(gòu)反射，所反射的地震波由在勘測(cè)分布中的勘測(cè)傳感器模塊接收。圖2示出了植入地表200之內(nèi)的三個(gè)地震傳感器模塊102A、102B、102C。每個(gè)地震傳感器模塊102A、102B或102C包括具有尖端以使得植入容易的相應(yīng)的植入部件(例如， 錨)202A.202B或202C。地震傳感器模塊102B被植入地表200之內(nèi)以具有基本上垂直的取向(垂直方向)使得地震傳感器模塊102B沒(méi)有相對(duì)于垂直取向傾斜(傳感器模塊102B的 Z軸平行于垂直取向)。同樣示出了 X和Y軸，該X和Y軸是彼此正交并且正交于Z軸的水平的軸。地震傳感器模塊102C被植入成具有輕微的傾斜使得Z軸相對(duì)于垂直方向成角β。 地震傳感器模塊102Α相對(duì)于垂直方向具有較大的傾斜；實(shí)際上，地震傳感器模塊102Α未被正確植入以致側(cè)面擱置，使得Z軸相對(duì)垂直取向的偏差大于90°。如圖2所進(jìn)一步描繪的，每個(gè)地震傳感器模塊102Α、102Β和102C都包括相應(yīng)的處理器210Α、210Β和210C。每個(gè)處理器210Α、210Β或210C都能夠執(zhí)行根據(jù)某些實(shí)施例的傾斜校正以校正相應(yīng)的地震傳感器模塊相對(duì)于垂直取向的傾斜。在傾斜校正之后，Ζ、Χ和Y 軸被正確地取向，如圖3所示。更具體而言，在圖3中，每個(gè)地震傳感器模塊210Α、210Β和 210C的Z軸大致地平行于垂直取向。結(jié)果，沿著Z軸的地震數(shù)據(jù)相對(duì)于垂直取向進(jìn)行了傾斜校正。圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的地震傳感器模塊102。地震傳感器模塊102具有界定其
5中能夠提供各種部件的內(nèi)部腔室303的外殼302。所述部件包括分布沿著Z、X和Y軸的地震傳感元件304、306和308。在一種實(shí)施例中，地震傳感元件304、306和308可以是加速度計(jì)。地震傳感元件304、306和308與地震傳感器模塊102中的處理器210電連接?！疤幚砥鳌笨梢灾笀?zhí)行預(yù)定的處理任務(wù)的單個(gè)處理部件或多個(gè)處理部件。例如，處理部件可以包括專(zhuān)用集成電路(ASIC)部件或數(shù)字信號(hào)處理器。處理部件可通過(guò)固件或軟件來(lái)編程以執(zhí)行此類(lèi)任務(wù)。“處理器”還可以包括濾波電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等(該“處理器”可以是處理電路的一部分或者在處理電路之外)。處理器210與其中能夠存儲(chǔ)由處理器210計(jì)算出的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)214的存儲(chǔ)器件212連接。地震傳感器模塊102還包括能夠?qū)A斜校正的地震數(shù)據(jù)通過(guò)通信鏈路 104(該通信鏈路104可以是有線(xiàn)的或無(wú)線(xiàn)的鏈路)的遙測(cè)模塊216。根據(jù)某些實(shí)施例，不是發(fā)送全部三個(gè)軸上的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)，而是只發(fā)送沿著單一軸(例如，Z軸)的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)。結(jié)果，因?yàn)楸仨毎l(fā)送的地震數(shù)據(jù)的量減少了，因此節(jié)省了通信鏈路帶寬。 在一種實(shí)現(xiàn)方式中，遙測(cè)模塊216以一個(gè)單獨(dú)的遙測(cè)信道來(lái)發(fā)送Z軸的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)，而不是以多個(gè)遙測(cè)信道來(lái)傳送全部三個(gè)軸的地震數(shù)據(jù)。短語(yǔ)“遙測(cè)信道”指的是通信鏈路帶寬的一部分，其可以是時(shí)間段、多個(gè)頻率中的特定一個(gè)等。進(jìn)一步參考圖5，地震傳感元件304、306和308(例如，加速度計(jì))記錄(在502) 相應(yīng)的Z、X和Y三個(gè)軸上的地震信號(hào)(粒子運(yùn)動(dòng)信號(hào))。同樣，每個(gè)地震傳感元件304、306 和308記錄重力場(chǎng)沿著相應(yīng)的Z、X或Y軸的分量。由每個(gè)地震傳感元件記錄的重力場(chǎng)分量是DC分量。在另選的實(shí)現(xiàn)方式中，地震傳感元件304、306和308能夠通過(guò)三分量(3C)動(dòng)圈式地震檢波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。處理器210確定(在504)地震傳感元件304、306和308的傾角。各個(gè)相應(yīng)的地震傳感元件的傾角通過(guò)提取來(lái)自地震傳感元件的記錄信號(hào)的DC分量(用g或重力來(lái)表示) 來(lái)確定。DC部件能夠通過(guò)取得所記錄信號(hào)相對(duì)于時(shí)間的均值，或者通過(guò)(使用低通濾波器) 過(guò)濾掉所記錄信號(hào)的高頻分量來(lái)提取。DC分量的反余弦提供了每個(gè)軸(Z、X或Y)相對(duì)于垂直取向的傾角。作為選擇，如果地震傳感元件304、306和308通過(guò)3C動(dòng)圈式地震檢波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，則能夠使用測(cè)斜儀來(lái)測(cè)量元件的傾角。如果地震傳感元件304、306和308被布置成完全彼此正交，那么地震傳感元件 304,306和308相對(duì)于垂直取向的傾角將是相同的值。但是，由于制造公差，地震傳感元件 304、306和308可能沒(méi)有完全彼此正交，使得傾角可能略有不同。一旦知道了地震傳感元件304、306和308的傾角，處理器210就將由地震傳感元件304、306和308記錄的地震數(shù)據(jù)分別旋轉(zhuǎn)(在506)至垂直取向以及兩個(gè)正交的水平取向。旋轉(zhuǎn)地震數(shù)據(jù)包括將所記錄的(傾斜的)地震數(shù)據(jù)外推到相應(yīng)的垂直或水平取向，以及去除由其他取向(例如，水平取向)上的地震信號(hào)漏入沿著第一取向(例如，垂直取向) 的地震信號(hào)之內(nèi)所引起的任何噪聲。然后，只有垂直的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)通過(guò)地震傳感器模塊102發(fā)送(在508)。通過(guò)只發(fā)送垂直的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)而不是水平的地震數(shù)據(jù)，通信鏈路寬帶得以節(jié)省。在另選的實(shí)施例中，不是只發(fā)送垂直的地震數(shù)據(jù)，而是能夠發(fā)送水平的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)。 實(shí)際上，地震傳感器模塊102能夠通過(guò)記錄站112選擇性地編程或指示(例如響應(yīng)于操作者的命令)來(lái)發(fā)送沿著特定取向的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)。此外，操作者能夠選擇發(fā)送沿著一個(gè)或多個(gè)取向的非傾斜校正的地震數(shù)據(jù)，這對(duì)測(cè)試、故障查找或質(zhì)量控制的目的可能是有用的。作為又一種選擇，不同的信號(hào)取向能夠由處于不同空間間距的不同的傳感器模塊來(lái)發(fā)送。例如，能夠?yàn)槿康膫鞲衅髂K選擇垂直方向，以及能夠只為這些傳感器模塊的子集選擇水平方向。 在不同的實(shí)現(xiàn)方式中，根據(jù)某些實(shí)施例的技術(shù)能夠應(yīng)用于只使用剪切波地震源 (例如，剪切波聲振子)的地震數(shù)據(jù)獲取布置中。結(jié)果，地震傳感器模塊將只在X和Y水平取向上記錄。如果地震傳感器模塊還包括羅盤(pán)或磁力儀，則能夠旋轉(zhuǎn)X和Y地震信號(hào)以對(duì)相對(duì)于任意目標(biāo)方位角(例如，源-接收器方向或者垂直于源-接收器方向，以從由剪切波地震源產(chǎn)生的剪切波中獲得徑向的或橫向的能量)的傾角予以考慮。在旋轉(zhuǎn)之后，只有沿著一個(gè)方向的地震數(shù)據(jù)必須發(fā)送。 在相同的勘測(cè)中，還能夠激活壓縮波地震源，地震傳感器模塊記錄沿著垂直取向的地震信號(hào)。在這種情況下，只是垂直地震數(shù)據(jù)將由地震傳感器模塊傳輸以記錄在記錄站 112(圖 1)中。除了圖5所描繪的任務(wù)之外，另選的實(shí)現(xiàn)方式還能夠在任務(wù)502和504之間執(zhí)行地震傳感器模塊校準(zhǔn)。此外，過(guò)濾能夠應(yīng)用于任務(wù)502和504之間，和/或在506和508之間，以過(guò)濾掉例如地滾波噪聲的噪聲，所述地滾波噪聲是由地震源產(chǎn)生的地震源信號(hào)中沿著地面?zhèn)鞑ザ皇莻鞑サ降叵陆Y(jié)構(gòu)之內(nèi)的部分。雖然本發(fā)明已經(jīng)針對(duì)有限數(shù)量的實(shí)施例進(jìn)行了公開(kāi)，但是得益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)意識(shí)到所述實(shí)施例的眾多的修改和變化。希望所附的權(quán)利要求覆蓋此類(lèi)屬于本發(fā)明的真正主旨和范圍之內(nèi)的修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種地震傳感器模塊，包括沿多個(gè)軸布置以在多個(gè)相應(yīng)的方向上檢測(cè)地震信號(hào)的傳感元件；以及處理器，用于從所述傳感元件接收數(shù)據(jù)；確定所述軸相對(duì)于特定取向的傾角；使用所確定的傾角來(lái)組合從所述傳感元件接收的數(shù)據(jù)，以得出對(duì)于所述特定取向的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震傳感器模塊，還包括遙測(cè)模塊，以單一遙測(cè)信道來(lái)發(fā)送對(duì)于特定取向的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)而不發(fā)送其他取向上的地震數(shù)據(jù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震傳感器模塊，其中所述特定取向包括垂直取向。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震傳感器模塊，其中所述處理器通過(guò)使用所確定的傾角來(lái)確定因沿其他取向傳播的地震信號(hào)所導(dǎo)致的漏入沿所述特定取向的地震信號(hào)中的噪聲，從而組合從所述地震傳感元件接收的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的地震傳感器模塊，其中所述特定取向是垂直取向，而所述其他取向是水平取向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震傳感器模塊，其中所述傳感元件是加速度計(jì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震傳感器模塊，其中所述傳感元件沿三個(gè)正交的軸布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的地震傳感器模塊，其中所述處理器用于提取由所述地震傳感元件所測(cè)得的地震信號(hào)的DC值，以確定所述傾角。
9.一種方法，包括通過(guò)沿著多個(gè)軸布置的多個(gè)地震傳感元件來(lái)記錄地震信號(hào)；旋轉(zhuǎn)所記錄的地震信號(hào)以對(duì)相對(duì)于目標(biāo)取向的傾角予以考慮；以及通過(guò)通信鏈路發(fā)送沿著目標(biāo)取向的旋轉(zhuǎn)的地震信號(hào)，而不通過(guò)通信鏈路發(fā)送在其他取向上的任何其他地震信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中通過(guò)通信鏈路發(fā)送沿著所述目標(biāo)取向的旋轉(zhuǎn)的地震信號(hào)包括通過(guò)通信鏈路發(fā)送傾斜校正的垂直地震信號(hào)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括從所述傾斜校正的垂直地震信號(hào)去除噪聲。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中從所述傾斜校正的垂直地震信號(hào)中去除噪聲包括去除由于水平地震信號(hào)漏入沿著垂直取向的地震信號(hào)中而引起的噪聲。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括確定所述地震傳感元件相對(duì)于垂直取向的傾角，其中所述旋轉(zhuǎn)基于所確定的傾角。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中確定所述地震傳感元件相對(duì)于垂直取向的傾角包括提取所記錄的地震信號(hào)的DC分量。
15.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中通過(guò)多個(gè)地震傳感元件記錄地震信號(hào)包括通過(guò)多個(gè)加速度計(jì)記錄所述地震信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中旋轉(zhuǎn)所記錄的地震信號(hào)以對(duì)相對(duì)于目標(biāo)取向的傾角予以考慮包括旋轉(zhuǎn)所記錄的地震信號(hào)以對(duì)相對(duì)于所述地震傳感器模塊的目標(biāo)方位角的傾角予以考慮。
17.一種執(zhí)行地下勘測(cè)的系統(tǒng)，包括多個(gè)地震傳感器模塊，其中所述地震傳感器模塊中的至少一個(gè)包括沿多個(gè)軸布置以在多個(gè)相應(yīng)的方向上檢測(cè)地震信號(hào)的傳感元件；以及處理器，用于從所述傳感元件接收數(shù)據(jù)；確定所述軸相對(duì)于特定取向的傾角；使用所確定的傾角來(lái)組合從所述傳感元件接收的數(shù)據(jù)以得出對(duì)于所述特定取向的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)地震傳感器模塊還包括遙測(cè)模塊，以單一遙測(cè)信道發(fā)送對(duì)于所述特定取向的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)而不發(fā)送其他取向上的地震數(shù)據(jù)。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述特定取向包括垂直取向。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述處理器通過(guò)使用所確定的傾角來(lái)確定因在其他取向上傳播的地震信號(hào)所導(dǎo)致的漏入沿著所述特定取向的地震信號(hào)中的噪聲，從而組合從所述地震傳感元件接收的所述數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種地震傳感器模塊，包括沿多個(gè)軸布置以在多個(gè)相應(yīng)的方向上檢測(cè)地震信號(hào)的傳感元件，以及接收來(lái)自傳感元件的數(shù)據(jù)并且確定軸相對(duì)于特定取向的傾角的處理器。所確定的傾角被用來(lái)組合從傳感元件所收到的數(shù)據(jù)以得出對(duì)于特定取向的傾斜校正的地震數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01V1/22GK102308230SQ201080006631
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2010年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月5日
發(fā)明者N·古炯 申請(qǐng)人:格庫(kù)技術(shù)有限公司