采用基于相關(guān)性的層疊的地震成像系統(tǒng)和方法
【專利摘要】所公開的系統(tǒng)和方法通過使用基于局部部分圖像和基準(zhǔn)圖像之間的相似度的部分圖像層疊加權(quán)來提供增強(qiáng)的地震圖像。至少一些方法實(shí)施例包括獲得勘測(cè)區(qū)域的部分圖像以及層疊這些部分圖像以產(chǎn)生基準(zhǔn)圖像。然后這些部分圖像被重新組合以形成增強(qiáng)的圖像，其中重新組合包括：測(cè)量在每個(gè)點(diǎn)處的該基準(zhǔn)圖像與每個(gè)部分圖像的相似性；并從部分圖像中的相應(yīng)值的加權(quán)組合中確定每個(gè)點(diǎn)處的增強(qiáng)圖像值，該加權(quán)組合將從該點(diǎn)處的基準(zhǔn)圖像的相似性中推導(dǎo)出的權(quán)重用至每個(gè)部分圖像。
【專利說明】采用基于相關(guān)性的層疊的地震成像系統(tǒng)和方法
【背景技術(shù)】
[0001]地震學(xué)用于需要地質(zhì)信息的勘探、考古研究、以及工程項(xiàng)目?？碧降卣饘W(xué)提供數(shù)據(jù)，當(dāng)該數(shù)據(jù)與其它可用的地球物理、井眼、和地質(zhì)數(shù)據(jù)結(jié)合使用時(shí)可提供關(guān)于巖石類型結(jié)構(gòu)、的分布和它們的含量的信息。這樣的信息很大程度地有助于水、地?zé)醿?chǔ)層、以及諸如烴和礦石之類的礦床的勘察。多數(shù)石油公司依賴于勘探地震學(xué)以選擇在其中鉆探探索性油井的井址。
[0002]傳統(tǒng)的地震學(xué)采用人工產(chǎn)生的地震波來繪制地下結(jié)構(gòu)。地震波從源頭向下傳播至地殼并從地下結(jié)構(gòu)之間的邊界處被反射。地表接收機(jī)檢測(cè)并記錄經(jīng)反射的地震波以供將來分析。盡管對(duì)從所記錄的信號(hào)的一些直接檢驗(yàn)經(jīng)?？筛兄恍┐笮徒Y(jié)構(gòu)，但必須處理所記錄的信號(hào)以移除失真并展現(xiàn)地下圖像的更精細(xì)的細(xì)節(jié)。
[0003]典型地，來自每個(gè)沖擊(即，源的每次激發(fā))的所記錄的信號(hào)被處理以形成基于深度的地下部分圖像。這些部分圖像一般彼此具有很大程度的重疊性，提供大量的冗余以及通過“層疊”這些部分圖像來改進(jìn)圖像信噪比的機(jī)會(huì)。層疊傳統(tǒng)地意味著對(duì)重疊的各部分圖像值求平均。噪聲在各部分圖像部分圖像之間一般沒有相關(guān)性，因此求平均操作一般使噪聲抵消，尤其是在其中可從十個(gè)或更多個(gè)部分圖像的平均值推導(dǎo)出最終圖像的每個(gè)部分的情形下。然而，在許多情形下，最終圖像仍然具有不期望的殘留噪聲量。
[0004]附圖簡(jiǎn)述
[0005]因此，在附圖和下面的說明書中公開了具體的地震成像系統(tǒng)和方法實(shí)施例，它們采用基于相關(guān)性的層疊從而至少部分地解決這個(gè)問題。在附圖中:
[0006]圖1示出一說明性海上地震勘測(cè)環(huán)境的側(cè)視圖；
[0007]圖2示出一說明性海上地震勘測(cè)環(huán)境的俯視圖；
[0008]圖3不出一說明性中點(diǎn)圖案；
[0009]圖4不出一說明性地震勘測(cè)記錄系統(tǒng)；
[0010]圖5示出說明性的一組軌跡；
[0011]圖6示出三維的說明性數(shù)據(jù)體；
[0012]圖7示出說明性地震成像方法的流程圖；
[0013]圖8示出一說明性非線性加權(quán)函數(shù)；
[0014]圖9A-9B比較說明性的層疊圖像；以及
[0015]圖10示出一說明性成像系統(tǒng)。
[0016]然而應(yīng)當(dāng)理解，這里的附圖和詳細(xì)說明中給出的具體實(shí)施例不對(duì)本公開構(gòu)成限制，相反，它們提供本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員理解由所附權(quán)利要求書的范圍給出的實(shí)施例涵蓋的替代形式、等效物、和修改的基礎(chǔ)。
【具體實(shí)施方式】
[0017]所公開的系統(tǒng)和方法在諸如這里參照?qǐng)D1-6描述的海上地震勘測(cè)的背景下得到最好的理解。在海上，地震勘測(cè)船100如圖1所示地部署一列拖纜110。每條拖纜110隨著船向前移動(dòng)(沿箭頭102的方向)拖在船100后面，并且每條拖纜包括多個(gè)均勻間隔的接收機(jī)114。每條拖纜110可進(jìn)一步包括各可編程定位設(shè)備118，所述可編程定位設(shè)備118操縱拖纜使其與船的路徑具有一工作偏移距離(見圖2)并下至表面104下的期望工作深度(圖1)。
[0018]拖纜110可高達(dá)幾公里長(zhǎng)并一般被構(gòu)造為長(zhǎng)度為25-100米的區(qū)段，具有多組均勻間隔的接收機(jī)。每條拖纜Iio包括電纜或光纜，用于將接收機(jī)114和船100上的地震設(shè)備互連。數(shù)據(jù)在接收機(jī)114附近被數(shù)字化并通過纜線以7 (或更多)百萬(wàn)比特?cái)?shù)據(jù)每秒的速率被發(fā)送至船100。
[0019]如圖1所示，地震勘測(cè)船100也可牽引一個(gè)或多個(gè)源112。源112可以是振動(dòng)源或脈沖源，諸如氣槍陣列、水槍、或爆炸物。最常用于海上地震學(xué)的接收機(jī)114是壓電水聽器，但是已知并可使用其它傳感器。在船100上的數(shù)據(jù)獲取設(shè)備獲取地震勘測(cè)數(shù)據(jù)，并在許多情形下控制源和接收機(jī)的操作。
[0020]為了對(duì)地下結(jié)構(gòu)成像，源112發(fā)出地震波116，該地震波116穿透海底108并在其中聲阻變化處(例如邊界106)被部分地反射。反射波由接收機(jī)114所檢測(cè)。已從源112行進(jìn)至地下結(jié)構(gòu)并回到接收機(jī)114的地震波116被記錄為因變于時(shí)間并經(jīng)受各處理技術(shù)以提供地下結(jié)構(gòu)的圖像。經(jīng)處理的地震勘測(cè)數(shù)據(jù)也可展示地下層的多種其它有用的特性，例如流體界面、氣孔、以及應(yīng)力和斷裂取向。
[0021]圖2示出拖著一組拖纜110和兩個(gè)源112的地震勘測(cè)船100的俯視圖(不按比例)。隨著船100向前移動(dòng)，可用所謂的觸發(fā)器模式來交替地觸發(fā)這兩個(gè)源?？删幊潭ㄎ辉O(shè)備被用來提供拖纜之間大致均勻的間隔。在后面的討論中考慮接收機(jī)202的所選子集。
[0022]圖3示出對(duì)于兩次沖擊的說明性的源和接收機(jī)位置的俯視圖。對(duì)于第一次沖擊，在位置302處觸發(fā)一個(gè)源，并且接收機(jī)陣列的所選子集位于位置304(以虛線表示)處。對(duì)于第二次沖擊，在位置306處觸發(fā)一個(gè)源，并且接收機(jī)陣列的說明性部分位于位置308 (以實(shí)線表示)處。假設(shè)一旦反射地下結(jié)構(gòu)是水平，到達(dá)12個(gè)接收機(jī)中的每一個(gè)的地震波就從源和接收機(jī)位置之間的中點(diǎn)下面的位置反射。由此，第一次沖擊從12個(gè)中點(diǎn)308(用具有垂直陰影線的虛輪廓線表示)下面產(chǎn)生反射，而第二次沖擊從12個(gè)中點(diǎn)310 (用具有水平陰影線的實(shí)線輪廓表示)下面產(chǎn)生反射。
[0023]作為一個(gè)示例，向量312說明地震能量從沖擊302向中點(diǎn)314的傳播，并且等長(zhǎng)的向量316表示傳播至接收機(jī)位置的經(jīng)反射的地震能量。對(duì)于第二次沖擊306，向量318、320示出類似傳播路徑。注意，中點(diǎn)314是多次沖擊“命中”的中點(diǎn)之一，由此使得當(dāng)來自沖擊的信息被處理并組合時(shí)可從這些區(qū)域得到更多信號(hào)能量。地震勘測(cè)(對(duì)于陸地和海兩者)一般被設(shè)計(jì)成提供均勻分布的中點(diǎn)網(wǎng)格，其中對(duì)于每個(gè)中點(diǎn)具有相當(dāng)高的平均命中計(jì)數(shù)。
[0024]圖4示出一說明性地震勘測(cè)記錄系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有耦合至總線402以向勘測(cè)船100上的數(shù)據(jù)記錄電路406傳送數(shù)字信號(hào)的接收機(jī)114。定位信息和其它參數(shù)傳感器404也耦合至數(shù)據(jù)記錄電路406以使數(shù)據(jù)記錄電路存儲(chǔ)對(duì)于解釋所記錄數(shù)據(jù)有用的附加信息。說明性地，這樣的附加信息可包括陣列取向信息和速度信息。
[0025]通用目的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理系統(tǒng)408被圖示為耦合至數(shù)據(jù)記錄電路406，并進(jìn)一步被圖示為經(jīng)由總線402耦合至定位設(shè)備410和地震源112。處理系統(tǒng)408配置記錄電路406、定位設(shè)備410、和地震源112的操作。記錄電路406從接收機(jī)114獲取高速數(shù)據(jù)流(多個(gè))至諸如光盤或磁盤存儲(chǔ)陣列之類的非易失性存儲(chǔ)介質(zhì)。定位設(shè)備410 (包括可編程換向器和深度控制器)控制接收機(jī)114和源112的位置。
[0026]圖4的地震記錄系統(tǒng)可包括這里未特別示出的附加組件。例如，每條拖纜110可具有用于耦合至數(shù)據(jù)記錄電路的獨(dú)立總線402。處理系統(tǒng)408包括用戶接口，該用戶接口具有圖形顯示器和鍵盤或用于接收用戶輸入的其它方法，并且該用戶接口可進(jìn)一步包括用于將所存儲(chǔ)的地震勘測(cè)數(shù)據(jù)傳送至中央計(jì)算設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)接口，該設(shè)施具有用于處理地震勘測(cè)數(shù)據(jù)的強(qiáng)大計(jì)算資源。
[0027]圖5示出由接收機(jī)114檢測(cè)和采樣到的地震軌跡。每條軌跡具有相關(guān)的源位置和接收機(jī)位置、以及指示地震波能量的因變于時(shí)間的一些測(cè)量值(例如位移、速度、加速度、壓力)，并且它們可在可編程采樣速率下以高分辨率(例如24比特)被數(shù)字化。這樣的軌跡可以不同的方式被分組，當(dāng)如此分組時(shí)，它們被稱為“集合”。例如，“共同中點(diǎn)集合”是在所定義的區(qū)域內(nèi)具有中點(diǎn)的一組軌跡?！皼_擊集合”是對(duì)于地震源的單次激發(fā)所記錄的一組軌跡?！岸鄾_擊集合”是一組沖擊集合，它經(jīng)常包括沿海上地震勘測(cè)中的航線所記錄的所有軌跡。
[0028]當(dāng)維持在圖5的格式時(shí)，所記錄的地震勘測(cè)數(shù)據(jù)幾乎無用。盡管可在展示大規(guī)模地下結(jié)構(gòu)的圖中逐邊地繪出多種所記錄的波形，但這些結(jié)構(gòu)是失真的并且甚至無法被看到更精細(xì)的結(jié)構(gòu)。因此，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理以在兩個(gè)或三個(gè)空間維度上創(chuàng)建地下圖像，諸如圖6所示的數(shù)據(jù)值的三維陣列。
[0029]地下圖像表示整個(gè)勘測(cè)區(qū)域的一些地震屬性，一般具有均勻尺寸單元的網(wǎng)格，對(duì)于每個(gè)單元確定數(shù)據(jù)值。可表示多個(gè)地震屬性，且在一些實(shí)施例中，每個(gè)單元可具有多個(gè)數(shù)據(jù)值以表示多個(gè)地震屬性。合適的地震屬性的示例包括反射性、聲阻、聲速、和密度。均勻的網(wǎng)格數(shù)據(jù)格式有助于其本身用于計(jì)算機(jī)分析和視覺渲染。
[0030]在這種背景下，我們轉(zhuǎn)向圖7，圖7是說明性地震成像方法的流程圖。所說明的方法可被實(shí)現(xiàn)為存儲(chǔ)在通用目的計(jì)算機(jī)(例如計(jì)算機(jī)408 (圖4))或能夠訪問所記錄的地震數(shù)據(jù)的中央計(jì)算設(shè)施的存儲(chǔ)器中的軟件。處理器對(duì)軟件的執(zhí)行可配置計(jì)算機(jī)以執(zhí)行給定的操作，盡管不一定以給出的嚴(yán)格順序執(zhí)行。
[0031]在框702中，計(jì)算機(jī)從存儲(chǔ)中獲得地震勘測(cè)數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)體，數(shù)據(jù)可漸進(jìn)地被取回和處理，例如，每次一個(gè)沖擊集合。
[0032]在框704，計(jì)算機(jī)獲得勘測(cè)區(qū)域的速度模型，即在感興趣區(qū)域中每個(gè)點(diǎn)處的地震速度的指示。速度模型可從地震勘測(cè)數(shù)據(jù)中推導(dǎo)出。例如參見Jon F.Claerbout的Fundamentals of Geophysical Data Processing (地球物理數(shù)據(jù)處理的原理)，246-56 頁(yè)，該文獻(xiàn)通過引用被結(jié)合至此。可選地，可至少部分地從其它源推導(dǎo)出速度體，例如鉆井日志、之前的勘測(cè)、和/或分析員的專業(yè)判斷。地震軌跡的最初層疊和分析通常展示了感興趣區(qū)域內(nèi)的地下結(jié)構(gòu)的至少粗輪廓，該粗輪廓可用來建立速度模型。另外，諸如斷層偏移速度分析(TMVA)之類的技術(shù)能使基于共同圖像集合中的深度失配來精煉該速度模型。TMVA技術(shù)的原理在 1995 年由 T.Nemeth 作出的 UTAM年中報(bào)告“Tomographic Migration VelocityAnalysis on a Salt Model (鹽模型上的斷層偏移速度分析)”中有描述。一些系統(tǒng)可開始于任意速度模型并依賴TMVA以推導(dǎo)出更合適的速度模型。
[0033]軌跡集合表示在接收機(jī)陣列位置處觀察到的波場(chǎng)。這種觀察，與速度模型結(jié)合，證明了使用波動(dòng)方程來外推整個(gè)勘測(cè)區(qū)域的波場(chǎng)(即，“偏移”)是正當(dāng)?shù)?。許多偏移技術(shù)是已知的并可在框706中由計(jì)算機(jī)使用以從軌跡集合中獲得一系列部分圖像。這個(gè)過程的原理在 1985 年牛津 Blackwell 科學(xué)出版社的 Jon F.Claerbout 所著的“ Imaging the Earth’sInterior (地球內(nèi)部的成像)”的章節(jié)I中有描述。文獻(xiàn)中已經(jīng)提出了許多基于波動(dòng)方程的偏移技術(shù)，并可被用來獲得部分圖像。
[0034]該部分圖像可被表達(dá)為:
[0035]P(ix, iy, iz, ip),
[0036]其中ip是從1至N的索引，部分圖像的數(shù)量?？臻g索引ix、iy、iz標(biāo)識(shí)x、y和z維度的網(wǎng)格坐標(biāo)。在給定網(wǎng)格坐標(biāo)上的部分圖像值表示一些地震屬性，諸如，如所反射的能量的強(qiáng)度。在框708，部分圖像被層疊以形成基準(zhǔn)圖像:
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種地震成像方法，所述方法包括: 獲得勘測(cè)區(qū)域的部分圖像； 層疊所述部分圖像以產(chǎn)生基準(zhǔn)圖像；以及 組合所述部分圖像以形成增強(qiáng)的圖像，其中所述組合包括: 測(cè)量在每個(gè)點(diǎn)的基準(zhǔn)圖像與每個(gè)所述部分圖像的相似性；以及從所述部分圖像中的相應(yīng)值的加權(quán)組合中確定每個(gè)點(diǎn)處的增強(qiáng)圖像值，所述加權(quán)組合將從該點(diǎn)處的基準(zhǔn)圖像的相似性中推導(dǎo)出的權(quán)重用至每個(gè)部分圖像。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括: 顯示所述增強(qiáng)圖像的至少一些部分的視覺顯示。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量包括: 在每個(gè)點(diǎn)周圍的窗內(nèi)，確定所述基準(zhǔn)圖像和所述部分圖像的點(diǎn)積。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述窗具有梯形截止區(qū)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述權(quán)重是通過下列步驟推導(dǎo)出的: 歸一化所述點(diǎn)積；且 用非線性操作縮放經(jīng)歸一化的所述點(diǎn)積以產(chǎn)生所述權(quán)重。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述測(cè)量包括: 在每個(gè)點(diǎn)周圍的窗內(nèi)，對(duì)所述基準(zhǔn)圖像和所述部分圖像的相應(yīng)值求和。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述部分圖像是沖擊集合的偏移。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括在測(cè)量所述基準(zhǔn)圖像與每個(gè)部分圖像的相似性之前增強(qiáng)所述基準(zhǔn)圖像。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，還包括將所述增強(qiáng)圖像視為新的基準(zhǔn)圖像，以及使用所述新的基準(zhǔn)圖像來重復(fù)所述測(cè)量和確定操作。
10.一種地震成像系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 存儲(chǔ)地震成像軟件的存儲(chǔ)器；以及 至少一個(gè)處理器，所述處理器耦合至所述存儲(chǔ)器以執(zhí)行所述地震成像軟件中的指令，用于: 獲得勘測(cè)區(qū)域的部分圖像； 層疊所述部分圖像以產(chǎn)生基準(zhǔn)圖像；以及 組合所述部分圖像以形成增強(qiáng)的圖像，其中所述組合包括: 測(cè)量每個(gè)點(diǎn)處所述基準(zhǔn)圖像與每個(gè)部分圖像的相似性；且 從所述部分圖像中的相應(yīng)值的加權(quán)組合中確定在每個(gè)點(diǎn)處的增強(qiáng)圖像值，所述加權(quán)組合使用從該點(diǎn)處的所述基準(zhǔn)圖像的相似性中推導(dǎo)出的權(quán)重用至每個(gè)部分圖像。
11.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括: 耦合至至少一個(gè)處理器的監(jiān)視器，所述軟件包括用于在所述監(jiān)視器上顯示所述增強(qiáng)圖像的至少一些部分的視覺表示的指令。
12.如 權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量包括: 在每個(gè)點(diǎn)周圍的窗內(nèi)，確定所述基準(zhǔn)圖像和所述部分圖像的點(diǎn)積。
13.如權(quán)利要求12所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述權(quán)重是通過下列步驟推導(dǎo)出的: 歸一化所述點(diǎn)積；且用非線性操作縮放所述歸一化點(diǎn)積以產(chǎn)生所述權(quán)重。
14.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述測(cè)量包括: 在每個(gè)點(diǎn)周圍的窗內(nèi)，確定所述基準(zhǔn)圖像和所述部分圖像的相似度。
15.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軟件進(jìn)一步包括通過遷移沖擊集合來推導(dǎo)出所述部分圖像的指令。
16.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軟件進(jìn)一步包括在測(cè)量所述基準(zhǔn)圖像與每個(gè)部分圖像的相似性之前對(duì)過濾所述基準(zhǔn)圖像的指令。
17.如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述軟件進(jìn)一步包括指令以將所述增強(qiáng)圖像視為新的基準(zhǔn)圖像，以及使用所述新的基準(zhǔn)圖像來重復(fù)所述測(cè)量和確定操作。
【文檔編號(hào)】G01V1/36GK103907032SQ201180074194
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】S·M·康普頓, C·斯托克 申請(qǐng)人:界標(biāo)制圖有限公司