專利名稱：地震振動器特征反褶積的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地震數(shù)據(jù)處理領(lǐng)域，更確切地說涉及對通過利用陸上或海中的地震振動器所形成的地震數(shù)據(jù)的處理。
在石油和天然氣工業(yè)中，一般采用地球物理勘探技術(shù)來邦助對地下隱藏的碳?xì)浠衔锍练e礦層的探測和評估。這些地球物理勘探技術(shù)中的許多技術(shù)利用一種脈動沖擊的地震源，例如硝化甘油炸藥或海中空氣槍來產(chǎn)生地震信號，該信號向地中傳播并且至少部分地被地震反射層表面(即介于具有不同聲阻抗的地下構(gòu)造之間的界面)所反射。所產(chǎn)生的反射由各個地震探測器記錄下來，這些探測器位于處在或接近地表、在水本體中或者在已知深度的橫巷中;所形成的地震數(shù)據(jù)可以進行處理，以便獲得與地下反射層的位置和地下構(gòu)造的物理性質(zhì)有關(guān)的情報信息。
所有地震數(shù)據(jù)處理的目的都在于從該數(shù)據(jù)中盡可能多地提取關(guān)于地下構(gòu)造的情報。假如向地中傳播的能量事實上真正是一個脈沖，那么就能很好地實現(xiàn)這一目的。正如本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員所公知的那樣，一個完全理想化的脈沖是這樣一個脈沖，其持續(xù)時間為零并且包含等強度且零相位處的從零到無窮大的所有頻率。所反射的信號將被稱為地層的實際“脈沖響應(yīng)”(即地層對輸入脈沖的響應(yīng))。當(dāng)然，這樣一個理想化脈沖實際上是絕不會得到的。實際上，利用脈動沖擊源向地施加的信號一般有很短的持續(xù)時間(即幾毫秒)和有限帶寬(即包含高達某一上限的所有頻率)，但是相對于較低的頻率來說較高頻率有些衰減。
由各地震探測器所記錄的實際信號可以用這樣一個信號的褶積來表示，該信號為實際傳入地球的、并具有預(yù)期的地層的脈沖響應(yīng)和一些其它的濾波作用或相互作用，例如多次反射的信號，這種多次反射當(dāng)該信號從震源通過地層向探測器傳播時，使信號發(fā)生變化。為了恰當(dāng)?shù)卣斫忉屧摂?shù)據(jù)，預(yù)期的地層的脈沖響應(yīng)必須與所記錄的信號區(qū)分開，其它濾波作用的有害的影響必須排除。實施的方法一般被稱為“反褶積”并已實用多年。有幾種不同的類型的反褶積，其中的兩種，“自適應(yīng)”反褶積(也稱為“統(tǒng)計”或“預(yù)測”反褶積)和“定數(shù)”反褶積，下文將進一步討論。
一般用在對來自脈沖源的地震數(shù)據(jù)進行常規(guī)處理的反褶積是一種自適應(yīng)反褶積法，在該方法中，反褶積濾波器或者在時域或者在頻域都由對施加給地球的信號的帶寬的估算而派生。換句話說，由所記錄的數(shù)據(jù)估算信號的帶寬并推出反褶積濾波器，該濾波器能夠適用于該數(shù)據(jù)，以便估算地層的脈沖響應(yīng)。這種方法還被稱為(其中包括)類峰(Spiking)反褶積法，自適應(yīng)白化法和自適應(yīng)信號縮短法。
自適應(yīng)反褶積法也被應(yīng)用于各種的其它地震數(shù)據(jù)處理應(yīng)用場合。例如，在海中地震勘探中，向地球內(nèi)部傳播的能量是定向下行的能量，除此之外，還有由于從水表面反射上行能量所產(chǎn)生的原始信號的滯后形式(即虛反射)。在這種情況下，產(chǎn)生的地震數(shù)據(jù)將既包括實際信號的反射，又包括虛信號的反射。自適應(yīng)反褶積法可以設(shè)計一個“去虛”濾波器，以便從該數(shù)據(jù)中除去虛反射。在海中地震勘探中的另一個問題是在水層內(nèi)部的能量的減幅振蕩或混響。從該數(shù)據(jù)中消除這些混響(去混響)的方法通過自適應(yīng)反褶積來實現(xiàn)。
與自適應(yīng)反褶積法相對照，定數(shù)反褶積法使用一種已知的震源頻譜。代替由所記錄的數(shù)據(jù)估算震源的頻譜，根據(jù)標(biāo)定的各監(jiān)測器可以進行射出信號的實際測量。利用這一測量信號和所記錄的數(shù)據(jù)，假如輸入信號確是一個完全的脈沖，能夠確定所反射的信號將是什么樣的。參閱Arya和Holden“地球物理學(xué)應(yīng)用地震數(shù)據(jù)的反褶積”，數(shù)字信號處理的324-338頁Western Periodicals公司，加利弗尼亞N.Hollywood，1979。該定數(shù)反褶積然后再接續(xù)一種自適應(yīng)反褶積用以對稍早討論的某些其它影響進行補償。
由Arya和Holden公開的定數(shù)反褶積法存在某些缺點，從而限制了它的應(yīng)用。在某些環(huán)境下，例如淺水海域環(huán)境，射出信號的測量花費巨大，并且實施非常困難。此外，在推出反褶積濾波器以前，不得不對在各監(jiān)測器上所記錄的信號進行附加的處理。這是因為由各監(jiān)測器所記錄的信號對于震源輻射方位圖、虛反射以及由它通過介于震源和監(jiān)測器之間的媒體的通道所形成的其它影響要進行校正。
在50年代末和60年代初，Conoco公司開創(chuàng)性地發(fā)展了一種新型的地球物理勘探技術(shù)，一般稱為“連續(xù)震動法”勘探技術(shù)。連續(xù)震動法勘探采用一種陸上或海中地震振動器而不是脈動沖擊的能源。該地震振動器用于產(chǎn)生經(jīng)過地球向地震探測器傳播的可控的波列。在從2到20秒或甚至以上的持續(xù)掃描周期內(nèi)，一般將頻率連續(xù)變化的正弦振動施加到地球的表面(或者在水本體中)。頻率可隨時間線性或非線性地變化。此外，頻率可以起始低而隨時間增加(上升所描)或者起始高而逐漸降低(下降掃描)。
最近，一種稱為“定形掃描(shaped Sweep)”的新型信號已被開發(fā)用在連續(xù)震動法勘探技術(shù)中。這種定形掃描技術(shù)公開在正在審查過程中的序號為08/086776、在1993年7月1日申請的美國專利申請中。使用定形掃描的一個好處是該掃描設(shè)計成能有一個最佳脈沖寬度和所希望的脈沖響應(yīng)頻譜，其便利于其后的數(shù)據(jù)處理工作。
在連續(xù)震動勘探的過程中所記錄的地震數(shù)據(jù)(下文稱為振動數(shù)據(jù))是一種由很多彼此疊加的長反射波列所組成的復(fù)合信號。由于該復(fù)合信號一般要比在各次反射之間的時間間隔長很多倍，不可能根據(jù)所記錄的信號辨別各單次的反射。因此，在常規(guī)處理振動數(shù)據(jù)的過程中第一步是使所記錄的數(shù)據(jù)與掃描信號互相關(guān)。例如參閱，Kirk·P“連續(xù)震動法處理技術(shù)”地球物理勘探方法中的發(fā)展-2中的第2章，由A.Fitch編輯，Applied Science Publishers有限公司，倫敦，1981，第37-52頁。這種互相關(guān)步驟將數(shù)據(jù)的脈沖響應(yīng)的寬度從幾秒壓縮到幾十毫秒，使得假如該能源已是脈沖源，被相關(guān)的數(shù)據(jù)就應(yīng)接近于已被記錄的數(shù)據(jù)。接續(xù)這種互相關(guān)步驟，振動數(shù)據(jù)的處理可以按照對由脈沖源產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行處理的同樣方式繼續(xù)進行。
互相關(guān)法具有某些不夠理想的結(jié)果。互相關(guān)的數(shù)據(jù)表示地層對輸入信號的自相關(guān)的響應(yīng)而不是對輸入信號本身的響應(yīng)。換句話說，互相關(guān)法導(dǎo)致形成零相位數(shù)據(jù)。因此這一點，該數(shù)據(jù)不再是因果關(guān)系的(即有一個明確的時間起始點)，而是非因果的關(guān)系的(即即使在信號到達反射層以前，反射層的影響將變得明顯)。在地震數(shù)據(jù)處理中一般使用的其它一些方法，例如反混響法、假定因果法和在這些方法中導(dǎo)出的各種濾波器相對于非因果關(guān)系的數(shù)據(jù)都可能是不正確的?；ハ嚓P(guān)法的第二個實際局限性在于需要按照某一數(shù)量逐減少連續(xù)震動信號的頻譜。因為互相關(guān)法使信號的幅值頻譜形成矩形波(Square)，這種逐漸減少重點在相關(guān)的數(shù)據(jù)中。這會產(chǎn)生不希望出現(xiàn)的結(jié)果，在時域中產(chǎn)生一個長的取出(drawn out)信號，該信號勢必導(dǎo)致出現(xiàn)振蕩(ring)并使數(shù)據(jù)的整理解釋更困難。此外，雖然互相關(guān)法將數(shù)據(jù)的脈沖響應(yīng)的寬度顯著地降低，但進一步壓縮對更接近一個真正的脈沖會導(dǎo)致形成明晰的地震圖象，它比利用振動數(shù)據(jù)現(xiàn)行可能達到的分辨率更高。
由上述可以看出，需要一種在處理地震振動數(shù)據(jù)中的地層的脈沖響應(yīng)的方法，該方法克服了由于采用互相關(guān)法所產(chǎn)生的上述問題。
本發(fā)明是一種用于對由陸上或海中地震振動器所產(chǎn)所產(chǎn)生的地震數(shù)據(jù)進行處理的方法。在它的最主要的實施例中，本發(fā)明方法包含的步驟是選擇對于該數(shù)據(jù)所需要的脈沖響應(yīng)，確定該數(shù)據(jù)的特征，利用所需要的脈沖響應(yīng)和該特征來設(shè)計一個反褶積濾波器以及利用該反褶積濾波器來進行地震數(shù)據(jù)的定數(shù)特征反褶積。本發(fā)明可在時域或在頻域內(nèi)實施，盡管在頻域?qū)嵤┮话闶歉玫摹?br> 本發(fā)明方法可以或者代替互相關(guān)法或者與互相關(guān)法同時使用。對于非相關(guān)的數(shù)據(jù)，將振動器導(dǎo)向信號(掃描信號)用作該特征。對相關(guān)的數(shù)據(jù)，該特征是導(dǎo)向信號的自相關(guān)信號。對于陸上地震數(shù)據(jù)，這些特征最好應(yīng)當(dāng)旋轉(zhuǎn)90度，以便表示數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)。
選擇所需要的數(shù)據(jù)的脈沖響應(yīng)，使得在時域中將脈沖的寬度降到最小。為了便于其后的數(shù)據(jù)處理操作，可以按所選擇的方式對脈沖響應(yīng)頻譜施加某一相位移。
因為在勘探調(diào)查實際進行之前，所需要的脈沖響應(yīng)和振動器導(dǎo)向信號這兩者都是已知的，可以提前設(shè)計反褶積濾波器，并應(yīng)用于匯集數(shù)據(jù)時的匯集區(qū)域中的數(shù)據(jù)。另一方面，本發(fā)明方法可以在數(shù)據(jù)處理中心實施。
通過閱讀如下詳細(xì)介紹和參閱附圖，本發(fā)明及其優(yōu)點將會更好地被理解，其中

圖1是一般介紹要本發(fā)明的流程圖;
圖2是介紹對于非相關(guān)的數(shù)據(jù)在頻域?qū)嵤┍景l(fā)明的流程圖;
圖3是介紹對于相關(guān)的數(shù)據(jù)在頻域?qū)嵤┍景l(fā)明的流程圖;
圖4介紹對于一個有限的頻率范圍，對于一個最小寬度脈沖的理想的脈沖響應(yīng)頻譜;
圖5介紹對于一個有限的頻率范圍，對于一個最小寬度脈沖的較好的脈沖響應(yīng)頻譜。
當(dāng)結(jié)合本發(fā)明的各優(yōu)選實施例對本發(fā)明予以介紹時，應(yīng)理解，本發(fā)明并不為其所局限。恰恰相反，它意圖覆蓋所有的替換、改型和等效方案，只要它們能夠包含在本發(fā)明的構(gòu)思和由所附的權(quán)利要求書所限定的保護范圍之內(nèi)。
正如上面所指出的，在對陸上或海中地震振動數(shù)據(jù)的常規(guī)處理中的第一步驟是將數(shù)據(jù)與輸入掃描信號互相關(guān)。這種互相關(guān)導(dǎo)致對數(shù)據(jù)的脈沖響應(yīng)的壓縮，使得它們接近由脈沖能源所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。接續(xù)互相關(guān)步驟，像與利用其它類型的地震數(shù)據(jù)一樣，以同樣方式可以繼續(xù)進行數(shù)據(jù)的處理。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，經(jīng)過對非相關(guān)的數(shù)據(jù)的定數(shù)特征反褶積而不是經(jīng)互相關(guān)來實現(xiàn)所需要的脈沖響應(yīng)壓縮。在本發(fā)明的另一個實施例中，在進行互相關(guān)步驟之后，進行定數(shù)特征反褶積以便進一步壓縮數(shù)據(jù)的脈沖響應(yīng)。根據(jù)本文的陳述，本發(fā)明的這些和其它實施例對于地數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員將變得簡單易懂，本發(fā)明的如下介紹范圍是針對一個特定的實施例或一個特定的實施例或一個特定應(yīng)用，其意圖是說明性質(zhì)，不應(yīng)認(rèn)為是限制本發(fā)明的保護范圍的。
本發(fā)明可以結(jié)合任何類型的、采用振動器作為能源的、陸上或海中地震勘探調(diào)查使用，這些地震勘查包括地表地震勘查，垂直地震剖面測定，逆垂直地震剖面測定和橫巷層析X射線攝影勘查。替代或與常規(guī)的互相關(guān)法同時使用定數(shù)特征反褶積比單獨使用互相關(guān)法所可能得到的脈沖更短更清晰。因此，本發(fā)明更好地有利于后續(xù)的數(shù)據(jù)處理步驟，其又接著導(dǎo)致形成更明晰的地震圖像。特別是，假如數(shù)據(jù)的脈沖響應(yīng)被縮短，維納統(tǒng)計反褶積、疊加和偏移都得到改善。明晰的地震圖像能夠?qū)е逻M行更詳細(xì)和更精確的地震解釋，并因此更好地進行預(yù)定的計算和降低鉆井的風(fēng)險。此外，因為定數(shù)特征反褶積是根據(jù)所需要的脈沖響應(yīng)和輸入掃描信號來進行的，而這二者在實際進行勘查之前都是已知的，因而可以提前設(shè)計反褶積濾波器并將其應(yīng)用到匯集數(shù)據(jù)時在匯集范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)。另一方面，本發(fā)明方法可以在數(shù)據(jù)已被匯集之后在數(shù)據(jù)處理中心加以利用，在數(shù)據(jù)處理費用沒有任何明顯增加的情況下，就可以獲得本發(fā)明的這些以及其它優(yōu)點。
如圖1所介紹的，在本發(fā)明方法的最主要的實施例中包括的步驟是，確定地震數(shù)據(jù)100的特征，選擇對于數(shù)據(jù)所需要的脈沖響應(yīng)100。利用所需要的脈沖響應(yīng)和特征來設(shè)計一個反褶積濾波器120，利用反褶積濾波器進行數(shù)據(jù)的定數(shù)特征反褶積130。本發(fā)明方法的前兩步驟是彼此獨立的，并且可以同時地或按任一順序進行。
對地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說，很明顯，本發(fā)明方法的實施可以(1)在時域中，利用例如維納正規(guī)方程(例如參閱Robinson和Treitel，地球物理信號分析，Prentice-Hall有限公司，新澤西州Englewood Cliffs，1980)或者(2)在頻域中利用傅里葉分析技術(shù)。據(jù)信頻域?qū)嵤└靡恍?，因為一般反褶積在頻域比在時域更有效。因此，所需要的脈沖響應(yīng)一般在頻域中比在時域中更容易說明確定，以及為了穩(wěn)定反褶積，可以補充疊加在頻域中的噪聲，使得只有信號的幅值頻譜產(chǎn)生畸變，而同時時域反褶積疊加噪聲，該噪聲使信號的幅值和相位兩者都畸變。因此，本發(fā)明的說明書的其余部分將針對頻域?qū)嵤?。根?jù)對頻域?qū)嵤┑娜缦陆榻B，對于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說，本發(fā)明的時域?qū)嵤⑹且子诿髁说摹?br> 圖2和圖3分別介紹對于非相關(guān)的數(shù)據(jù)和相關(guān)的數(shù)據(jù)的本發(fā)明的頻域?qū)嵤┓椒āτ诜窍嚓P(guān)的振動數(shù)據(jù)，其特征是振動器導(dǎo)向信號(即掃描信號)。對于相關(guān)的數(shù)據(jù)，特征是自相關(guān)的導(dǎo)向信號。在陸上地震數(shù)據(jù)的情況下，這些特征應(yīng)當(dāng)最好旋轉(zhuǎn)90°，以表示該數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)。這一90°旋轉(zhuǎn)是由于該導(dǎo)向掃描用來提供在振動器基板上的驅(qū)動力的結(jié)果，然而，由數(shù)據(jù)匯集系統(tǒng)所記錄的地震數(shù)據(jù)是與信號的速度成比例的。眾所周知，聲速與作用在振動器基面上的力成導(dǎo)數(shù)關(guān)系，從而形成90°旋轉(zhuǎn)。參閱Miller和Pursey“在半無限長的各性同性固體上的自由表面上的機械振蕩器的場和輻射分布圖形”皇家學(xué)會(倫敦)學(xué)報，序號A233，第521-541頁，1954。這一90°旋轉(zhuǎn)的實施對于本技術(shù)領(lǐng)域的一般熟練人員來說是公知的，因此本文不再進一步介紹。
下面反過來看圖2，用200表示的第一步是選擇掃描信號S(t)作為對于數(shù)據(jù)的特征。該掃描信號是一電信號，用來控制振動器，并且如上指的，它一般是一個頻率連續(xù)變化的正弦信號。此外，在陸上地震數(shù)據(jù)的情況下，上述90°旋轉(zhuǎn)最好應(yīng)當(dāng)旋加到掃描信號上。用202表示的下一個步驟是對掃描信號S(t)進行傅里葉變換(或快速傅里葉變換)以便得到對于掃描信號的功率頻譜A2(f)。如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員所公知的，功率頻譜可能具有某些特定頻率，在該頻率處其數(shù)值為零。因此，如在204所指示的步驟，噪聲因數(shù)n加到功率頻譜上以便穩(wěn)定頻譜除運算(division)，下文將進一步介紹。此外，確定功率頻譜與噪聲因數(shù)之和的平方根，用于下文介紹的頻譜除運算。在步驟206，步驟204的結(jié)果通過除以一個移相因式e-iφ(f)而被移相對本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說是公知的。在移相因式中，φ(f)是該特征的相位頻譜。
與步驟200、202、204和206相并行，在用210表示的步驟選擇所需要的地層的脈沖響應(yīng)頻譜D(f)。D(f)利用一個作為頻率函數(shù)的幅值頻譜來說明確定。此外，為了便利于其后的數(shù)據(jù)處理操作，在步驟212，可能希望將一個任選的相位移加到所需要的脈沖響應(yīng)頻譜上。下文將進一步介紹脈沖響應(yīng)頻譜的選擇和任選的相位移。
接著在步驟220，進行頻譜除運算，以便得到反褶積濾波器F(f)。在每個頻率處，該濾波器是兩個數(shù)的比值。分子是所需要的脈沖響應(yīng)(具有任選的相位移)，分母是用移相因式相除的掃描信號的功率頻譜(具有附加的噪聲因數(shù))的平方根。按照數(shù)學(xué)方式，這個比值可以表示如下 公式(1a)可以安排變換如下 在步驟230，反褶積濾波器然后被用來對非相關(guān)數(shù)據(jù)進行濾波(反褶積)。
如上面所指出的，圖3介紹對相關(guān)的數(shù)據(jù)本發(fā)明方法的頻域?qū)嵤┎襟E。像對非相關(guān)數(shù)據(jù)一樣，第一步300是選擇掃描信號S(t)。下一步301是使該掃描信號自相關(guān)。然后在步驟302，進行自相關(guān)的掃描信號的傅里葉變換(或快速傅里葉變換)，以便得到功率頻譜A2(f)。在步驟330，將從頻譜除運算320形成的反褶積濾波器F(f)作用于相關(guān)的數(shù)據(jù)，所有其它的步驟(304、306、310和312)都與對非相關(guān)的數(shù)據(jù)先前介紹的那些對應(yīng)步驟是相同的。
所需要的脈沖響應(yīng)D(f)包含一個幅值頻譜，其確定了作為頻率的函數(shù)的所需要的子波的幅值。應(yīng)當(dāng)選擇脈沖響應(yīng)，以便在時域中將脈沖的寬度顯著地降到最小。這將導(dǎo)致形成的地震圖像上的各種各樣的相互作用的是佳分離。對于有限的頻率范圍，將產(chǎn)生最小脈沖寬度的脈沖響應(yīng)可以由如下公式來確定D(f)＝sin(π (f - f1)/(fh- f1) ) (2)其中f是頻率，fe是在該頻率范圍內(nèi)的最低頻率，fh是在該頻率范圍內(nèi)的最高頻率。參閱Berkhout，地震判別，地球物理出版社，英國倫敦，1984。圖4介紹由方程式(2)形成的幅值頻譜。這一頻譜的時域等效物具有一個很短的脈沖并且因為它具有高分辨率，對于地震解釋者來說是高度歡迎的。
雖然，方程式(2)在理論上對所規(guī)定的頻率范圍提供了可能是最短的脈沖，該脈沖往往會是“振蕩的”(ringy)。換句話說，該脈沖的時域的映射表達形式具有很多側(cè)瓣和一些過零點，它不是很快衰減。在實際實踐中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)D(f)由如下公式確定時會得到較好的結(jié)果。
D(f) = sin2( (π)/2 ()/() (f - f1)/(f3- f1) ) for f3＞f＞f1(3)D(f) = 1 for f4≥f≥f3(4) D(f) = sin2( (π)/2 ()/() (fh- f)/(fh- f4) ) for fh＞f＞f4(5)D(f) = 0 fpr f＜f1or f＞fh(6)
其中f3＝fl+0.4(fh-fl)以及f4＝fh-0.4(fh-fl)時，這些頻率限定了介于較低和較高限值fe和fh之間的20%的平坦頻譜。由方程式(3)到(6)所形成幅值頻譜表示在圖5。該幅值頻譜的時域等效物也具有一個很短的脈沖以及因為它的高分辨率，對于地震解釋者來說是高度歡迎的。使該頻譜形成矩形波要做兩件事。首先，使在兩邊界處的頻譜的分布斜度(即第一導(dǎo)數(shù))成為連續(xù)的，這就意味著在最低和最高頻率處的躍變是較高階的，因而導(dǎo)致在所形成的脈沖中產(chǎn)生較少的“減幅振蕩”。第二點，在實際上，在最低和最高頻率處的較低的截止速率意味著，較你的頻率fl和較高的頻率fh可以利用方程式(3)到(6)進行選擇，也可能利用方程式(2)進行選擇，下文將完整地介紹。
一般振動器掃描產(chǎn)生高于或低于“掃描范圍”的頻率。因此，fe和fh可以分別選擇得低于和高于掃描范圍。方程式(3)和(5)的較快的截止速率使得即使比方程式(2)所允許的分別較低和較高，fe和fh也能被采集。這個附加的帶寬的形成在于，理論上，方程式(3)到(6)對相同的頻率范圍比方程式(2)產(chǎn)生一個較寬的脈沖。實際上，由方程式(3)到(6)所產(chǎn)生的脈沖與由方程式(2)所產(chǎn)生的脈沖一樣短或者更短并且具有較少的“減幅振蕩”。
如上面所指出的，對所需要的脈沖響應(yīng)頻譜加以一任選的相位移(圖2中的步驟212和圖3中的步驟312)可能是所希望的。這種相位移的目的是將脈沖響應(yīng)頻譜從零相位變到一最小相位(即成因果性的，不過是具有一個將脈沖響應(yīng)持續(xù)時間降到最小的相位頻譜)。這便利于其后的數(shù)據(jù)處理。例如，用于從數(shù)據(jù)中消除多次反射的維納預(yù)測反褶積就常假設(shè)該數(shù)據(jù)為最小相位。因此，在為進行這一步而作準(zhǔn)備的過程中，使所需要的脈沖響應(yīng)的相位頻譜為最小相位是有利的。通過采用幅值頻譜的自然對數(shù)的希爾伯特變換能夠計算最小相位頻譜，對于本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員來說這是公知的(例如參閱Oppenheim和Schafer，數(shù)字信號處理，Prentice-Hall公司，新澤西州Englewood Cliffs，1975)。因此，本文將不再進一步介紹對所需要的脈沖響應(yīng)頻譜加以相位移的方法。
本發(fā)明可以應(yīng)用到所有類型的陸上或海中振動數(shù)據(jù)，包括從引證的新的定形掃描(shaped-sweep)技術(shù)所形成的數(shù)據(jù)。然而，對于定形掃描數(shù)據(jù)來說，為了確定對于該數(shù)據(jù)的所要的脈沖響應(yīng)并不是必須使用方程式(3)到(6)，因為定形掃描數(shù)據(jù)的幅值頻譜總是最佳的。對于定形掃描數(shù)據(jù)來說，所有必須要做的是進行數(shù)據(jù)的定數(shù)特征反褶積，以及可選擇進行的是將該相位變?yōu)樽钚∠辔?。對于陸上的地震?shù)據(jù)，最好應(yīng)當(dāng)加以上面所討論的90°旋轉(zhuǎn)。
上面介紹的各方程式僅是可以用于本發(fā)明的頻域?qū)嵤┑母鞣匠淌降膶嵗?。然而，不?yīng)認(rèn)為它們是對本發(fā)明的保護范圍的限定。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員都將會認(rèn)識到，用于在頻域?qū)嵤┍景l(fā)明的這些特定的方程只是為了方便，為個人所優(yōu)選。此外，如上面指出的，本發(fā)明也可以在時域中實施。所有這些實施都應(yīng)認(rèn)為在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于處理由地震振動器所產(chǎn)生的地震數(shù)據(jù)的方法，所述方法包含的步驟是(a)對于所述地震數(shù)據(jù)，選擇所需要的一個脈沖響應(yīng)；(b)確定所述地震數(shù)據(jù)的特征；(c)利用所述所需要的脈沖響應(yīng)和所述特征來設(shè)計一個反褶積濾波器，以及(d)利用所述反褶積濾波器來進行所述地震數(shù)據(jù)的定數(shù)反褶積。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征是對所述地震振動器的導(dǎo)向掃描。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述地震數(shù)據(jù)是互相關(guān)的地震數(shù)據(jù)，以及所述特征是對于所述地震振動器的自相關(guān)的導(dǎo)向掃描。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，對于所述地震數(shù)據(jù)的所述所要的脈沖響應(yīng)是根據(jù)下式來確定的，D(f)=sin(πf-f1fh-f1)]]>其中，D(f)是作為頻率的函數(shù)的、所需要的脈沖響應(yīng);f是頻率;fl是在所述地震數(shù)據(jù)中的最低頻率;以及fh進在所述地震數(shù)據(jù)中的最高頻率。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，對于所述地震數(shù)據(jù)的所述所需要的脈沖響應(yīng)是由下式確定的 D(f) = sin2( (π)/2 ()/() (f - f1)/(f3 - f1) ) for f3＞f＞f1D(f) = 1 for f4≥f≥f3D(f) = sin2( (π)/2 ()/() (fh - f)/(fh - f4) ) for fh＞f＞f4D(f) = 0 fpr f＜f1or f＞fh其中，D(f)是作為頻率的函數(shù)的、所需要的脈沖響應(yīng);f是頻率;fl是在所述的地震數(shù)據(jù)中的最低頻率;fh是在所述地震數(shù)據(jù)中的最高頻率;f3＝fl+0.4(fh-fl)以及f4＝fh-0.4(fh-fl)。
6.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所需要的脈沖響應(yīng)的相位頻譜是最小相位。
7.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述反褶積濾波器根據(jù)下式在頻域中設(shè)計 其中，F(xiàn)(f)是作為頻率的函數(shù)的反褶積濾波器;D(f)是作為頻率的函數(shù)的、所需要的脈沖響應(yīng);φ(f)是該特征的相位頻譜;A2(f)是該特征的功率頻譜;以及n是為了穩(wěn)定除運算所疊加的噪聲因數(shù)。
8.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述反褶積濾波器在時域中是利用各維納正規(guī)方程設(shè)計。
全文摘要
一種用于處理地震振動數(shù)據(jù)的方法。該方法利用振動數(shù)據(jù)的定數(shù)特征反褶積，以便壓縮數(shù)據(jù)的脈沖響應(yīng)，使所形成的地震圖像比利用互相關(guān)技術(shù)所能得到的地震圖像更明晰。該方法可以用于替代互相關(guān)法或與之同時使用。此外，該方法或者在時域中、或者在頻域中都可以實施。
文檔編號G01V1/37GK1106541SQ94109559
公開日1995年8月9日 申請日期1994年8月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年8月20日
發(fā)明者尤金·C·特蘭特哈姆 申請人:?？松a(chǎn)研究公司