專(zhuān)利名稱(chēng)：收集垂直地震剖面數(shù)據(jù)的高保真度震動(dòng)源測(cè)地震方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及垂直地震剖面數(shù)據(jù)采集和處理，尤其涉及預(yù)處理垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法，其中，接收并為高分辨率或高保真度的數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)備由多個(gè)震動(dòng)源所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
在垂直地震剖面數(shù)據(jù)中，常用的方法是利用將力加到鉆井附近地面的單個(gè)地震源。在鉆井內(nèi)的各個(gè)位置測(cè)量因施加該力而隨之產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)。具體做法是通過(guò)向地震源加能量，并在鉆井內(nèi)第一接收器位置檢測(cè)下行波和上行波或反射波。然后，接收器沿著鉆井的長(zhǎng)度移動(dòng)幾英尺，再次向地震源加能量。再次測(cè)量下行和上行地震波。通過(guò)選擇構(gòu)成有關(guān)地區(qū)的井的長(zhǎng)度，周期性地重復(fù)該過(guò)程。控制力的持續(xù)時(shí)間和頻率，可以獲得具有足夠能量的寬帶信號(hào)。利用接收器移動(dòng)和分離下行波以及反射波，通常對(duì)表示下行波的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)，或頻率域的倒置構(gòu)成一個(gè)地震圖。從該過(guò)程中，可以計(jì)算大地阻抗函數(shù)的特性。
本發(fā)明提供一種生成、記錄和預(yù)處理高分辨率震動(dòng)源數(shù)據(jù)的方法，適用于垂直地震剖面技術(shù)。本發(fā)明的方法包括測(cè)量震動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)。這些運(yùn)動(dòng)因最小相位傳遞函數(shù)、因果、線性系統(tǒng)而與實(shí)際震動(dòng)器所施加的力有關(guān)，并用于分離所收到的信號(hào)。這些信號(hào)應(yīng)用于反運(yùn)算以處理所收到的數(shù)據(jù)。本發(fā)明的系統(tǒng)使實(shí)際震動(dòng)器的輸出與測(cè)得的震動(dòng)器運(yùn)動(dòng)相關(guān)。按預(yù)定的方式給震動(dòng)器加能量。這種方式根據(jù)用以產(chǎn)生檢測(cè)器運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)源分離所收到的數(shù)據(jù)。然后，處理所收到的數(shù)據(jù)，為每個(gè)震動(dòng)源隔離下行波。然后，通過(guò)常規(guī)的相關(guān)法利用下行波數(shù)據(jù)產(chǎn)生地震圖，可以處理所分離的數(shù)據(jù)。另外，通過(guò)用震動(dòng)地震數(shù)據(jù)除以所測(cè)得的每個(gè)震動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)，消去未知的所施加的力，留下大地反射率乘以時(shí)間導(dǎo)數(shù)，除以最小相位函數(shù)，可以確定一個(gè)比例。進(jìn)行最小相位去褶積，消去時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)這一項(xiàng)。


圖1是一個(gè)典型的垂直地震剖面數(shù)據(jù)采集技術(shù)的示意圖。
圖2是應(yīng)用于本發(fā)明的一種配置的震動(dòng)源的平面圖。
圖3是應(yīng)用于本發(fā)明的第二種配置的震動(dòng)源的平面圖。
圖4是一個(gè)流程圖的方塊圖，它表示對(duì)由多個(gè)震動(dòng)源產(chǎn)生的垂直地震剖面數(shù)據(jù)的預(yù)處理方法。
本發(fā)明中采用多個(gè)地震源。每個(gè)地震源就是一個(gè)震動(dòng)源，其中，在預(yù)處理中利用與震動(dòng)器送到地面的實(shí)際信號(hào)直接有關(guān)的信號(hào)。這些信號(hào)由具有不同阻抗的界面分離形式反射。這些反射信號(hào)產(chǎn)生由置于鉆井內(nèi)的地震接收器，諸如地震檢波器所檢測(cè)的運(yùn)動(dòng)。該地震接收器置于鉆井內(nèi)的一點(diǎn)，通過(guò)震動(dòng)源產(chǎn)生震動(dòng)運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)接收器檢測(cè)。然后使接收器向鉆井內(nèi)的不同位置移動(dòng)一個(gè)預(yù)定距離并重復(fù)該過(guò)程。
為了構(gòu)成一個(gè)地震圖，必須確定哪一個(gè)震動(dòng)源對(duì)所檢測(cè)的接收器的運(yùn)動(dòng)負(fù)責(zé)。由于所接收的數(shù)據(jù)將視各個(gè)震動(dòng)源而改變，每個(gè)震動(dòng)源都具有獨(dú)特的特征，有助于隔離產(chǎn)生力使接收器運(yùn)動(dòng)的震動(dòng)源。根據(jù)另一個(gè)震動(dòng)源所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對(duì)一個(gè)震動(dòng)源進(jìn)行估計(jì)將產(chǎn)生不精確的地震圖。為了提高產(chǎn)生地震圖的精度，必須按其生成的震動(dòng)源對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，以對(duì)來(lái)自相應(yīng)震動(dòng)源的力作進(jìn)一步處理。
在本發(fā)明的第一個(gè)實(shí)施例中，按照生成數(shù)據(jù)的震動(dòng)源來(lái)分離數(shù)據(jù)。從這一點(diǎn)來(lái)看，通過(guò)任何一種已知的處理垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法，都可以隔離下行波，并可以進(jìn)一步將數(shù)據(jù)加工為典型的數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例中，測(cè)量震動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)以提供一個(gè)信號(hào)，通過(guò)消除未知數(shù)利用該信號(hào)處理數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)除以在頻域內(nèi)與實(shí)際發(fā)送的信號(hào)有關(guān)的最小相位，從結(jié)果中消去實(shí)際發(fā)送的信號(hào)。當(dāng)求解大地反射率時(shí)，使所測(cè)數(shù)據(jù)(所發(fā)送的震動(dòng)器地面力的時(shí)間導(dǎo)數(shù)乘以大地的反射率)除以一個(gè)量，該量等于震動(dòng)器地面力乘以最小相位的傳遞函數(shù)。這樣就從該數(shù)據(jù)中消去了震動(dòng)器力。這樣就留下了大地反射率乘以時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)，然后通過(guò)最小相位去褶積消去該比例。
在利用地震聲能收集地震數(shù)據(jù)方面，通過(guò)使一個(gè)大型物體與地面接觸，可以利用來(lái)自震動(dòng)源的地面震動(dòng)。可以將一個(gè)簡(jiǎn)單的震動(dòng)器用于本發(fā)明。一般，通過(guò)使反應(yīng)物內(nèi)容器中的水流反流而施加一個(gè)力，該反應(yīng)物由安裝到橫梁上的高架結(jié)構(gòu)的活塞和棒構(gòu)件所懸掛。
通常，通過(guò)將加速度計(jì)安裝在反應(yīng)物本身來(lái)測(cè)量反應(yīng)物的運(yùn)動(dòng)。通過(guò)安裝在高架結(jié)構(gòu)橫梁上的加速度計(jì)測(cè)量實(shí)際耦合到地面的底板的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明中，在每個(gè)位置上采用成對(duì)加速度計(jì)，由此可以比較其輸出，并判斷所產(chǎn)生的信號(hào)是否適合于進(jìn)一步處理。
圖1是一個(gè)系統(tǒng)示意圖，它表示本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集過(guò)程。鉆井16如圖所示與震動(dòng)器18、20、22和24有一個(gè)距離，這些震動(dòng)器具有兩對(duì)加速度計(jì)26、28、30和32，它們分別設(shè)置在卡車(chē)34、36、38和40上。信號(hào)通過(guò)無(wú)線電線路42發(fā)送到主震動(dòng)器存儲(chǔ)器44，在其中進(jìn)行檢查，以確定其可靠性并保存下來(lái)供以后比較。
由震動(dòng)器18、20、22和24向大地發(fā)出的信號(hào)，沿著界面在各個(gè)點(diǎn)I1，I2，…等處地下阻抗Im1和Im2之間反射離開(kāi)該界面。這些反射信號(hào)由置于鉆井16內(nèi)的地震接收器D檢測(cè)。在檢測(cè)該信號(hào)后，地震接收器D向上孔移動(dòng)一個(gè)預(yù)定距離，如虛線所示，震動(dòng)器18、20、22和24被重新加能量。所產(chǎn)生的信號(hào)第二次沿著界面在各個(gè)點(diǎn)I1，I2，…等處地下阻抗Im1和Im2之間反射離開(kāi)該界面。該過(guò)程反復(fù)幾次形成垂直排列的地震檢波器而不是傳統(tǒng)的水平排列的效果。
圖1中，卡車(chē)34、36、38和40上的震動(dòng)源如圖所示沿徑向設(shè)置在離開(kāi)鉆井16的一條直線上。圖2和圖3表示卡車(chē)34、36、38和40幾種可能的設(shè)置。
圖2中，各個(gè)震動(dòng)源沿著由預(yù)定半徑限定的圓周均等間隔開(kāi)。這一半徑可以是任一實(shí)際距離?？ㄜ?chē)34、36、38和40沿著圓周的間隔無(wú)需采用相等的距離，但可以間隔得使所有卡車(chē)位于圓的上半部，即位于一個(gè)象限內(nèi)等等。
圖3中，卡車(chē)34、36、38和40按不同的半徑隨意圍繞鉆井16間隔。如圖所示，卡車(chē)34、36、38和40中有3輛位于以鉆井16為其中心的一個(gè)圓的上半部。然而，任何隨機(jī)的設(shè)置都是可行的，只要對(duì)來(lái)自震動(dòng)源的信號(hào)的分離不受到影響即可。
當(dāng)卡車(chē)34、36、38和40上的震動(dòng)器18、20、22和24所產(chǎn)生的信號(hào)傳送到反應(yīng)物存儲(chǔ)器44時(shí)，它們被轉(zhuǎn)送到記錄器46以傳送到磁帶48上，與從地震接收器D收到的未經(jīng)加工的地震數(shù)據(jù)組合。存儲(chǔ)在磁帶48上的未經(jīng)加工的地震數(shù)據(jù)和收到的數(shù)據(jù)信號(hào)可以傳送到另一處的計(jì)算機(jī)。
被測(cè)信號(hào)代表通過(guò)震動(dòng)源技術(shù)形成于大地表面的實(shí)際信號(hào)。這些被測(cè)信號(hào)為最小相位，它與通過(guò)該技術(shù)形成于大地的實(shí)際信號(hào)有關(guān)。在本發(fā)明中，測(cè)量與形成于大地的實(shí)際的力有關(guān)的信號(hào)(最小相位)，并直接從震動(dòng)源取出。這樣，在處理中就利用實(shí)際信號(hào)的關(guān)系。
本發(fā)明采用的方法與傳統(tǒng)的處理垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法不同。首先，本發(fā)明采用多個(gè)震動(dòng)源，并認(rèn)可震動(dòng)器上測(cè)得的運(yùn)動(dòng)與通過(guò)該頻域的最小相位傳遞函數(shù)施加到地面上的實(shí)際輸出的力或信號(hào)有關(guān)。最小相位傳遞函數(shù)和實(shí)際輸出的力兩者都是未知的。其次，本發(fā)明的該項(xiàng)實(shí)施例進(jìn)行倒置操作而不是傳統(tǒng)的垂直地震剖面處理的相關(guān)處理。
被測(cè)地震數(shù)據(jù)在頻域中用實(shí)際的力的時(shí)間導(dǎo)數(shù)與大地反射率的乘積表示。
利用經(jīng)最小相位帶通濾波器的反濾波，可以計(jì)算被測(cè)地震運(yùn)動(dòng)與被測(cè)震動(dòng)器運(yùn)動(dòng)之比。該比例消去了未知的實(shí)際輸出的力。還需要定標(biāo)系數(shù)來(lái)保護(hù)通過(guò)該反濾波處理的總能量。
所產(chǎn)生的地震圖用被測(cè)地震運(yùn)動(dòng)與被測(cè)震動(dòng)器運(yùn)動(dòng)之比表示，并作為所需的響應(yīng)，大地反射率由最小相位函數(shù)褶積。最小相位函數(shù)的性質(zhì)是其導(dǎo)數(shù)和其倒數(shù)也是最小相位。于是可以用最小相位去褶積法進(jìn)一步處理地震圖，以獲得大地在頻域中的脈沖響應(yīng)。實(shí)質(zhì)上，被測(cè)地震運(yùn)動(dòng)與被測(cè)震動(dòng)器運(yùn)動(dòng)之比的地震圖是限帶脈沖地震圖。這是與大地響應(yīng)有關(guān)的因果和最小相位。
由于實(shí)際和未知的震動(dòng)運(yùn)動(dòng)已被消去，所以多個(gè)震動(dòng)源的該方法總是正確的。
下面列出同步分離的兩種方法方法1掃描# 1234震動(dòng)器A(相位) 0000震動(dòng)器B(相位) 0180 0180震動(dòng)器C(相位) 00180 180震動(dòng)器D(相位) 0 180 180 0該方法避免了90度問(wèn)題，且只要求在0度進(jìn)行的掃描是在180度進(jìn)行的掃描的鏡象。然而，為了實(shí)現(xiàn)有效分離，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)保證震動(dòng)器A的運(yùn)動(dòng)是可以實(shí)時(shí)重復(fù)的。
方法2掃描# 12 3 4震動(dòng)器A 關(guān) 0 0 0震動(dòng)器B 0關(guān) 0 0震動(dòng)器C 00 關(guān) 0震動(dòng)器D 00 0 關(guān)與第一種方法相同，證實(shí)分離的假設(shè)需要實(shí)時(shí)進(jìn)行。
這種方法產(chǎn)生少量的信號(hào)，3個(gè)而不是4個(gè)，且對(duì)分離僅提出最低要求，即重復(fù)掃描。
至于這兩種方法，可以按類(lèi)似的方式對(duì)必須處理的信號(hào)編碼，并可以求出單獨(dú)的震動(dòng)器運(yùn)動(dòng)。這意味著對(duì)于每個(gè)掃描序列，只需遙測(cè)傳輸給記錄器一個(gè)信號(hào)。
現(xiàn)在參見(jiàn)圖4，它是用方塊形式表示的本發(fā)明方法的一個(gè)流程圖。該方法可以在本領(lǐng)域常用的任何數(shù)字計(jì)算機(jī)或工作站上采用。
首先，方塊50，接收存儲(chǔ)在磁帶48上的數(shù)據(jù)。所接收的數(shù)據(jù)可以是利用震動(dòng)源技術(shù)產(chǎn)生的任何類(lèi)型的多個(gè)源地震數(shù)據(jù)。
方塊52，分離所接收的數(shù)據(jù)。這一處理是在首先產(chǎn)生對(duì)該數(shù)據(jù)負(fù)責(zé)的地震能量時(shí)開(kāi)始的。有幾種方法產(chǎn)生地震數(shù)據(jù)，允許分離前面討論的被測(cè)數(shù)據(jù)。前述任一種方法連同本領(lǐng)域常用的任何方法都可以用來(lái)分離收到的數(shù)據(jù)，然而，較佳實(shí)施例采用了前述的相位分離。
方塊54，對(duì)收到的帶被測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)進(jìn)行逆處理。此表示本發(fā)明與傳統(tǒng)方法之間的重大區(qū)別。傳統(tǒng)方法中，用形成于大地表面的下行波信號(hào)褶積所收到的數(shù)據(jù)。本發(fā)明中，采用前述能消除某些假設(shè)的逆處理。在頻域內(nèi)將被測(cè)數(shù)據(jù)除以被測(cè)信號(hào)，留下大地反射率乘以時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)。
方塊56，利用最小相位帶通濾波器對(duì)脈沖地震圖進(jìn)行帶寬限制?，F(xiàn)在，用最小相位函數(shù)褶積的大地反射率表示在該點(diǎn)形成的地震圖，或該步驟后經(jīng)處理的被測(cè)數(shù)據(jù)。這是最小相位函數(shù)的特性，它們的導(dǎo)數(shù)和倒數(shù)也是最小相位。
方塊58，用最小相位去褶積法進(jìn)一步處理地震圖，以在頻域內(nèi)獲得大地的脈沖響應(yīng)。實(shí)質(zhì)上，在逆處理和最小相位帶通濾波后形成的地震圖是限帶脈沖地震圖。它是與大地響應(yīng)有關(guān)的因果和最小相位。
方塊60，顯示所形成的地震圖。此顯示可以是本領(lǐng)域所用的任何一種類(lèi)型，諸如計(jì)算機(jī)打印的紙、陰極射線管顯示器等等，只要阻抗變化可以確定即可。
以上描述了本發(fā)明產(chǎn)生、記錄和預(yù)處理高分辨率震動(dòng)源垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法，它包括數(shù)據(jù)分離、將分離的數(shù)據(jù)除以被測(cè)信號(hào)和最小相位去褶積等步驟。如前所述，實(shí)際的震動(dòng)器信號(hào)涉及預(yù)處理中所用震動(dòng)器送到地面的信號(hào)。測(cè)量震動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)以提供一種信號(hào)用以處理數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)在頻域中除以實(shí)際傳送的信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種處理高分辨率震動(dòng)源垂直地震剖面數(shù)據(jù)的方法，其中由位于鉆井內(nèi)一個(gè)位置的接收器接收由多個(gè)震動(dòng)器產(chǎn)生的表示地震信息的電信號(hào)，其特征在于接收被測(cè)信號(hào)，該被測(cè)信號(hào)表示從所述多個(gè)震動(dòng)器的每一個(gè)發(fā)出的地震波；分離相應(yīng)于所述多個(gè)震動(dòng)器的每一個(gè)的所述電信號(hào)；將所述電信號(hào)除以所述被測(cè)信號(hào)，獲得大地反射率乘以時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)，以獲得最小相位數(shù)據(jù)組；用最小相位帶通濾波器對(duì)所述最小相位數(shù)據(jù)組濾波；以及對(duì)所述最小相位數(shù)據(jù)組進(jìn)行最小相位去褶積，以獲得大地反射率。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述分離步驟包括如下步驟改變所述多個(gè)震動(dòng)器的每一個(gè)的產(chǎn)生序列。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于接收被測(cè)信號(hào)的步驟包括如下步驟測(cè)量實(shí)際發(fā)送到大地表面的地震信號(hào)；以及將所述被測(cè)地震信號(hào)轉(zhuǎn)換為被測(cè)電信號(hào)。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于所述分離步驟包括如下步驟改變所述多個(gè)震動(dòng)器的每一個(gè)的產(chǎn)生序列。
5.如權(quán)利要求1至4所述的方法，其特征在于所述分離步驟包括如下步驟估計(jì)每個(gè)震動(dòng)源的運(yùn)動(dòng)，它與震動(dòng)器所施加的力乘以最小相位傳遞函數(shù)、因果、線性系統(tǒng)有關(guān)；以及使實(shí)際震動(dòng)器輸出與所述估計(jì)的震動(dòng)器運(yùn)動(dòng)相關(guān)。
6.一種記錄高分辨率震動(dòng)源垂直地震剖面數(shù)據(jù)的設(shè)備，其中，由置于鉆井內(nèi)一個(gè)位置的用以接收電信號(hào)的裝置接收電信號(hào)，該電信號(hào)表示由形成于地面的一個(gè)力所產(chǎn)生的地震信息，其特征在于包括接收被測(cè)信號(hào)的裝置，該被測(cè)信號(hào)表示由多個(gè)震動(dòng)源的每一個(gè)形成于地面的力；分離裝置，根據(jù)所述多個(gè)震動(dòng)源的每一個(gè)分離所述電信號(hào)；將所述電信號(hào)除以所述被測(cè)信號(hào)以獲得大地反射率乘以時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)信號(hào)的裝置；對(duì)所述大地反射率乘以時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)信號(hào)去褶積的裝置；記錄裝置，記錄總的大地反射率乘以時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)信號(hào)；以及顯示裝置，顯示所述記錄的總的大地反射率乘以時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于所述分離裝置包括改變所述多個(gè)震動(dòng)器的每一個(gè)產(chǎn)生序列的裝置。
8.如權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其特征在于所述接收被測(cè)信號(hào)的裝置包括測(cè)量實(shí)際發(fā)送到大地表面的地震信號(hào)的裝置；以及將所述測(cè)得的地震信號(hào)轉(zhuǎn)換為被測(cè)電信號(hào)的裝置。
9.如權(quán)利要求6至8任一所述的設(shè)備，其特征在于所述分離裝置包括改變所述多個(gè)震動(dòng)器的每一個(gè)產(chǎn)生序列的裝置。
10.如權(quán)利要求6至9任一所述的設(shè)備，其特征在于所述分離裝置包括隔離所述分離的電信號(hào)中的下行波的裝置；以及使所述分離的電信號(hào)與所述下行波相關(guān)，以獲得大地反射率的裝置。
全文摘要
一種接收和預(yù)處理垂直地震剖面高保真度震動(dòng)的地震數(shù)據(jù)的方法,包括如下步驟:測(cè)量震動(dòng)器的運(yùn)動(dòng),它與震動(dòng)器施加的力乘以最小相位傳遞函數(shù)、因果、線性系統(tǒng)(50)相關(guān),而線性系統(tǒng)使實(shí)際震動(dòng)器輸出與被測(cè)震動(dòng)器運(yùn)動(dòng)相關(guān);根據(jù)每個(gè)發(fā)生源分離信號(hào)(52);通過(guò)將震動(dòng)的地震數(shù)據(jù)除以被測(cè)的震動(dòng)器運(yùn)動(dòng),消去未知的所施加的力,留下大地反射率乘以時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位函數(shù)(54)確定比例;對(duì)所產(chǎn)生的比例進(jìn)行最小相位帶通濾波(56);以及進(jìn)行最小相位去褶積(58),以消去時(shí)間導(dǎo)數(shù)除以最小相位傳遞函數(shù)這一項(xiàng)。
文檔編號(hào)G01V1/36GK1201529SQ96198077
公開(kāi)日1998年12月9日 申請(qǐng)日期1996年10月2日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月13日
發(fā)明者K·P·艾倫 申請(qǐng)人:美孚石油公司