海底地震检波器地震数据的噪声抑制的制作方法

优先权要求

本申请要求于2018年5月30日递交的美国专利申请no.15/992,443的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

本公开涉及海底地震检波器地震数据的噪声抑制，并且具体地，涉及应用垂直地震检波器去噪过程，以增强没有横波能量泄露(与横波能量泄露无关)的压缩波信号。

背景技术：

在使用节点或电缆进行海底地震采集期间，分别使用水用检波器(例如，一个水用检波器)和地震检波器/加速度计(例如，三个地震检波器)作为传感器，来记录压力和粒子速度/加速度。与等浮电缆数据相比，利用位于海底的传感器记录的数据带宽表现出更宽的信号带宽——在明显更安静的环境(例如，更靠近海床)中记录的数据质量比使用等浮电缆记录(例如，更靠近水表面)的数据优越。然而，数据的海底采集遭受由与海底耦接的次优传感器产生的各种类型的噪声，例如舒尔特波、后向散射噪声和经转换的横波。通过组合水用检波器(p)分量和垂直地震检波器(z)分量，即pz求和，如果多分量海底记录不能消除接收器侧反常回波和水层多次波，那么也使该反常回波和水层多次波最小化。pz求和依赖于垂直地震检波器分量上的去噪过程。这种噪声的抑制包括速度滤波、以及倾角和频率滤波。在各种数据变换域(例如，频率-波数和radon)中应用多通道(例如，多维)滤波。此外，通过使用从垂直地震检波器分量中自适应地减去横波，可以使用针对矢量失真度的解耦校正。

技术实现要素：

本公开讨论了海底地震检波器地震数据的噪声抑制。具体地，可以将使用洋底传感器(节点或电缆)获得的多分量数据(整个波场)分离为上行波径和下行波径。为了完全的上/下分离，可以将传感器的各个分量处记录的噪声最小化或消除。为此，在海底地震采集期间，记录了四个分量——一个水用检波器和三个地震检波器(一个垂直和两个水平)。然而，与水用检波器分量不同，在洋底处记录的垂直地震检波器分量可能被多种噪声特征(例如，舒尔特波、后向散射噪声和横向转换波)污染。这些类型的噪声在数据处理期间引起了许多问题，并且降低了上/下分离的有效性。

因此，本公开讨论了通过以下获得更完全的垂直地震检波器分量：i)应用掩蔽滤波器(maskingfilter)，以将垂直地震检波器地震道(trace)分解为对水平地震检波器地震道较不敏感且与水平地震检波器地震道相互依赖的部分；ii)从垂直地震检波器地震道中自适应地减去水平地震检波器地震道；以及iii)在水用检波器地震道和垂直地震检波器地震道之间对信号包络进行匹配。

本说明书中描述的主题的创新性方面可以体现为方法，该方法包括接收数据的动作，该数据标识：i)水用检波器地震数据分量；ii)垂直地震检波器地震数据分量；以及iii)第一水平地震检波器地震数据分量和第二水平地震检波器地震数据分量。使用掩蔽滤波器，基于第一水平地震检波器地震数据分量和垂直地震检波器地震数据分量，来将垂直地震检波器地震数据分量划分为第一垂直地震检波器地震数据分量和第二垂直地震检波器地震数据分量。从第二垂直地震检波器地震数据分量中自适应地减去第一水平地震检波器地震数据分量，以获得第一新的垂直地震检波器地震数据分量。对第一垂直地震检波器地震数据分量和第一新的垂直地震检波器地震数据分量求和，以获得经去噪的垂直地震检波器地震数据分量。使用掩蔽滤波器，基于第二水平地震检波器地震数据分量和经去噪的垂直地震检波器地震数据分量，来将经去噪的垂直地震检波器地震数据分量划分为第一经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量。从第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量中自适应地减去第二水平地震检波器地震数据分量，以获得第二新的垂直地震检波器地震数据分量。对第一经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和第二新的垂直地震检波器地震数据分量求和，以获得经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量；基于水用检波器地震数据分量和经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量，来在水用检波器地震数据分量和垂直地震检波器地震数据分量之间对信号包络进行匹配，以识别缩放系数；基于i)第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和ii)缩放系数，来获得最终的垂直地震检波器地震数据分量。

这些方面的其他实施例包括：被配置为执行在计算机存储设备上进行编码的方法的动作的对应的系统、装置和计算机程序。

这些和其他实施例可以各自可选地包括以下特征中的一个或多个。例如，第一垂直地震检波器地震数据分量对第一水平地震检波器地震数据分量的灵敏度比第二垂直地震检波器地震数据分量对第一水平地震检波器地震数据分量的灵敏度小。第二垂直地震检波器地震数据分量与第一垂直地震检波器地震数据分量互补(complement)。掩蔽滤波器是巴特沃斯滤波器。第一水平地震检波器地震数据分量和第二水平地震检波器地震数据分量包括横波能量。基于希尔伯特变换来匹配信号包络。最终的垂直地震检波器地震数据分量的幅度与水用检波器地震数据分量的幅度相似。经去噪的垂直地震检波器地震数据分量与第一水平地震检波器地震数据无关。经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量与第二水平地震检波器地震数据无关。

在本说明书中描述的主题的特定实施方式可以被实现，以便实现以下优点中的一个或多个。例如，该主题的实施方式提供了在洋底地震采集期间从海底记录的垂直地震检波器数据消除不希望的噪声，以产生更完全的垂直地震检波器分量。通过如此操作，因为数据比进行这种处理之前“完全”，所以该主题的实施方式通过最小化海底数据的后续处理(例如，pz求和、上/下反卷积、去谐波应用)而提供了计算机资源的有效利用。

在附图和说明书中阐述了本公开中所描述的主题的一个或多个实施方式的细节。通过说明书、附图和权利要求书，该主题的其他特征、方面和优点将变得明显。

附图说明

本专利或申请文件包含至少一个彩色附图。带有彩色附图的本专利或专利申请公开的拷贝将在提出请求并支付必要的费用后由当专利局提供。

图1是用于抑制海底地震检波器地震数据噪声的系统的示意图。

图2a和图2b示出垂直地震检波器地震数据分量和水平地震检波器地震数据分量的示例。

图3a和图3b示出垂直地震检波器地震数据分量的经分解的部分。

图4a示出经滤波的垂直地震检波器地震数据分量(地震道)。

图4b示出应用第二滤波步骤之后的经滤波的垂直地震检波器地震数据分量。

图5a至图5c示出水用检波器地震数据分量和经滤波的垂直地震检波器地震数据分量。

图6a至图6d示出水用检波器地震数据分量与去噪过程之前和去噪过程之后的相应的地震检波器地震数据分量之间的相关图。

图7示出用于抑制海底地震检波器地震数据噪声的流程图。

图8示出用于实现所描述的技术的示例计算环境。

具体实施方式

本公开描述了用于抑制海底地震检波器地震数据噪声的计算系统100，如图1所示。具体地，计算系统100应用垂直地震检波器去噪过程，以增强没有横波能量泄露(与横波能量泄露无关)的压缩波信号。这增强了垂直地震检波器分量的信噪(s/n)比，同时使垂直地震检波器分量与水用检波器分量一致。

计算系统100包括：计算设备102，其可以通过一个或多个网络(未示出)与一个或多个其他计算系统(未示出)和数据储存器(未示出)进行通信。系统100包括：掩蔽滤波器模块140、自适应减法模块142、求和模块144和信号包络匹配模块146。掩蔽滤波器模块140、自适应减法模块142、求和模块144和信号包络匹配模块146中的每一个可以是单独的服务器计算系统。掩蔽滤波器模块140、自适应减法模块142、求和模块144和信号包络匹配模块146中的每一个可以是服务器计算系统的组合。在一些实施方式中，掩蔽滤波器模块140、自适应减法模块142、求和模块144和信号包络匹配模块146中的每一个可以在物理硬件的相同集合中实现。

计算设备102接收数据120。数据120标识：i)水用检波器地震数据分量，ii)垂直地震检波器地震数据分量，以及iii)第一水平地震检波器地震数据分量和第二水平地震检波器地震数据分量。在一些示例中，第一水平地震检波器地震数据分量和第二水平地震检波器地震数据分量包括横波能量。

计算设备102，并且具体地，掩蔽滤波器模块140基于第一水平地震检波器地震数据分量和垂直地震检波器地震数据分量来应用掩蔽滤波器，以将垂直地震检波器地震数据分量划分为第一垂直地震检波器地震数据分量和第二垂直地震检波器地震数据分量。具体地，掩蔽滤波器模块140应用掩蔽滤波器，以摒弃不希望的噪声(例如，横波泄露)同时保留压缩波信号。在一些示例中，掩蔽滤波器包括巴特沃斯型滤波器。在一些示例中，掩蔽滤波器作为时间t的函数)如等式[1]中所示：

其中，a(t)包括辅助分量(水平地震检波器地震数据分量，x或y或者径向分量r或t)，并且z(t)表示垂直地震检波器地震数据分量。变量ε和n分别是加权系数和平滑系数(例如，1)。

在一些示例中，第一水平地震检波器地震数据分量和第二水平地震检波器地震数据分量(x和y、或者径向和横向分量)至少包括横波能量。在一些情况下，该横波能量的一部分泄露到垂直地震检波器地震数据分量中，并且将垂直地震检波器地震数据分量划分为如等式[2]和[3]所示的两部分：

其中i1与垂直地震检波器地震数据分量中对水平地震检波器地震分量较不敏感的部分相对应；并且其中，i2包括垂直地震检波器地震数据分量中与i1互补并且与水平地震检波器地震数据分量的一部分相对应的部分。换言之，i)第一垂直地震检波器地震数据分量对第一水平地震检波器地震数据分量的灵敏度比第二垂直地震检波器地震数据分量对第一水平地震检波器地震数据分量的灵敏度小。此外，第二垂直地震检波器地震数据分量与第一垂直地震检波器地震数据分量互补。图2a和图2b示出数据120的示例200、202，示例包括垂直地震检波器地震数据分量和水平地震检波器地震数据分量的地震道数量与时间。图3a和图3b示出使用等式[1]、[2]、[3]时，垂直地震检波器地震数据分量的经分解的部分(i1和i2)的示例300、302。

计算设备102，并且具体地，自适应减法模块142，从第二垂直地震检波器地震数据分量中自适应地减去第一水平地震检波器地震数据分量，以获得第一新的垂直地震检波器地震数据分量。具体地，在获得垂直地震检波器地震数据分量经分解的两部分(例如，i1和i2)之后，根据如等式[4]所示的以下目标函数(e(f))的最小化，从第二垂直地震检波器地震数据分量(例如，i2)中自适应地减去第一水平地震检波器地震数据分量：

其中，a是卷积矩阵，其包括元素a(t)(例如，水平地震检波器地震数据分量)。自适应减法模块142执行自适应减法，以促进对最小化等式[4]中的目标函数的整形滤波器f进行估计。为了解决这个最小二乘问题，自适应减法模块142利用具有迭代重加权最小二乘(irls)方法的共轭梯度最小二乘(cgls)求解器。

求和模块144对第一垂直地震检波器地震数据分量和第一新的垂直地震检波器地震数据分量求和，以获得经去噪的垂直地震检波器地震数据分量。具体地，通过根据等式[4]最小化目标函数，如果没有消除i2中发现的横波泄露，也将该横波泄露最小化。因此，使用x(水平)或r(径向)分量的经去噪的垂直分量z1由等式[5]表示：

z1＝i1+(i2-af)[5]

在一些示例中，经去噪的垂直地震检波器地震数据分量与第一水平地震检波器地震数据无关。

图4a示出在对垂直地震检波器地震数据分量应用等式[4]和[5]之后，经滤波的垂直地震检波器地震数据分量(地震道)的示例400。图4b示出应用等式[1]至[5]和第二水平地震检波器(横向分量)之后的经滤波的垂直地震检波器地震数据分量的示例402。

计算设备102基于经去噪的垂直地震检波器地震数据分量来重复划分、自适应减法和求和步骤。具体地，掩蔽滤波器模块140基于第二水平地震检波器地震数据分量和经去噪的垂直地震检波器地震数据分量来应用掩蔽滤波器。掩蔽滤波器模块140然后可以将经去噪的垂直地震检波器地震数据分量划分为第一经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量。也就是说，掩蔽滤波器模块140基于第二水平地震检波器地震数据分量和经去噪的垂直地震检波器地震数据分量来应用等式[1]、[2]、[3]，以将经去噪的垂直地震检波器地震数据分量划分为第一经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量。

此外，计算设备102，并且具体地，自适应减法模块142从第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量中自适应地减去第二水平地震检波器地震数据分量，以获得第二新的垂直地震检波器地震数据分量。也就是说，自适应减法模块142应用等式[4]，以从第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量中自适应地减去第二水平地震检波器地震数据分量，来获得第二新的垂直地震检波器地震数据分量。此外，求和模块144对第一经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和第二新的垂直地震检波器地震数据分量求和，以获得经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量。也就是说，求和模块144应用等式[5]，以对第一经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和第二新的垂直地震检波器地震数据分量求和，来获得经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量。在一些示例中，经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量与第二水平地震检波器地震数据无关。

计算设备102，并且具体地，信号包络匹配模块146基于水用检波器地震数据分量和经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量，来在水用检波器地震数据分量和垂直地震检波器地震数据分量之间对信号包络进行匹配，以识别缩放系数。在一些示例中，信号包络匹配模块146使用如等式[6]和[7]所示的希尔伯特变换来确定信号包络：

其中，h表示希尔伯特变换，e表示信号包络，并且z2是经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量。基于对水用检波器地震数据分量和垂直地震检波器地震数据分量的包络响应的确定，信号包络匹配模块146确定缩放系数，该缩放系数根据等式8相对于水用检波器地震数据分量(地震道)缩放垂直地震检波器地震数据分量(地震道)：

其中，下标h表示水用检波器地震数据分量，下标z表示地震检波器地震数据分量，并且σ表示缩放系数。

如图1所示，计算设备102基于i)第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和ii)缩放系数，来获得最终的垂直地震检波器地震数据分量160。因此，最终的垂直地震检波器地震数据分量160被表示为：

z3(t)＝σ(t)z2(t)[9]

图5a至图5c示出水用检波器地震数据分量和经滤波的垂直地震检波器地震数据分量(地震道)。具体地，图5a示出水用检波器地震数据分量的示例500作为参考。图5b示出初始(即被噪声污染的)地震检波器地震数据分量的示例502。图5c示出最终的垂直地震检波器地震数据分量160的示例504。

图6a至图6d示出水用检波器地震数据分量与去噪过程之前和去噪过程之后的相应的地震检波器地震数据分量之间的相关图。图6a示出通过水用检波器地震数据分量(地震道)的自相关而获得的参考的示例600。图6b示出水用检波器地震数据分量与初始垂直地震检波器地震数据分量的互相关的示例602。图6c示出在应用进一步描述的划分、自适应减法和求和步骤之后，水用检波器地震数据分量与地震检波器地震数据分量的互相关的示例604。图6d示出在获得最终的垂直地震检波器地震数据分量之后，水用检波器地震数据分量与地震检波器地震数据分量的互相关的示例606。参考水用检波器地震数据分量与垂直地震检波器地震数据分量之间的最高相干性表示了对垂直地震检波器地震数据分量应用的降噪的有效性。

图7示出说明用于抑制海底地震检波器地震数据噪声的方法的流程图。为了清楚地呈现，下文的描述在图1至图6d的上下文中总体地描述方法700。例如，如图所示，在计算系统100上或在计算系统100处执行方法700的特定步骤。然而，在适当时，方法700可以例如通过任何其他合适的系统、环境、软件和硬件，或者系统、环境、软件和硬件的组合来执行。方法700的操作可以包括一个或多个可选步骤，包括要执行的步骤中的仅一个步骤或多个步骤，此外，图7的步骤可以以任意顺序执行。

在步骤702处，计算设备102接收数据120。数据120可以标识：i)水用检波器地震数据分量(p)，ii)垂直地震检波器地震数据分量(vz)，iii)第一水平地震检波器地震数据分量(vx)，以及iv)第二水平地震检波器地震数据分量(vy)。在704处，掩蔽滤波器模块140基于第一水平地震检波器地震数据分量和垂直地震检波器地震数据分量来应用掩蔽滤波器，以将垂直地震检波器地震数据分量划分为第一垂直地震检波器地震数据分量和第二垂直地震检波器地震数据分量。在706处，自适应减法模块142从第二垂直地震检波器地震数据分量中自适应地减去第一水平地震检波器地震数据分量，以获得第一新的垂直地震检波器地震数据分量。在708处，求和模块144对第一垂直地震检波器地震数据分量和第一新的垂直地震检波器地震数据分量求和，以获得经去噪的垂直地震检波器地震数据分量。在710处，掩蔽滤波器模块140基于第二水平地震检波器地震数据分量和经去噪的垂直地震检波器地震数据分量来应用掩蔽滤波器，以将经去噪的垂直地震检波器地震数据分量划分为第一经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量。在712处，自适应减法模块142从第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量自适应地中减去第二水平地震检波器地震数据分量，以获得第二新的垂直地震检波器地震数据分量。在714处，求和模块144对第一经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和第二新的垂直地震检波器地震数据分量求和，以获得经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量。在716处，信号包络匹配模块146基于水用检波器地震数据分量和经进一步去噪的垂直地震检波器地震数据分量，来在水用检波器地震数据分量和垂直地震检波器地震数据分量之间对信号包络进行匹配。在718处，计算设备102基于i)第二经去噪的垂直地震检波器地震数据分量和ii)缩放系数，来获得最终的垂直地震检波器地震数据分量160。

图8示出可以结合此处描述的技术使用的通用计算机设备800和通用移动计算机设备850的示例。计算设备800旨在表示各种形式的数字计算机，例如膝上型计算机、台式计算机、工作站、个人数字助理、服务器、刀片服务器和大型机。计算设备850旨在表示各种形式的移动设备，例如个人数字助理、蜂窝电话和智能电话。在此处示出了组件，其连接及关系、以及其功能意在仅是示例性的，并且不意在限制本文档中描述的本发明的实施方式。

计算设备800包括处理器802、存储器804、存储设备806、连接到存储器804和高速扩展接口810的高速接口808、以及连接到低速总线814和存储设备806的低速接口812。组件802、804、806、808、810和812中的每一个组件使用各总线互连，并且可以安装在公用的母板上或在适当时采用其他方式。处理器802可以处理用于在计算设备800之中执行的指令，包括被存储在存储器804中或存储设备806上的用于在外部输入/输出设备(例如，耦合到高速接口808的显示器816)上显示图形用户界面(gui)的图形信息的指令。在其他实施方式中，在适当时，可以与多个存储器和多种类型的存储器一起使用多个处理器、多个总线、或二者。此外，可以连接多个计算设备800。每个计算设备可以提供所需要的操作的部分(例如，作为服务器组、刀片服务器的分组、或多处理器系统)。

存储器804存储计算设备800内的信息。在一个实施方式中，存储器804是一个或多个易失性存储单元。在另一个实施方式中，存储器804是一个或多个非易失性存储单元。存储器804也可以是另一形式的计算机可读介质，例如磁盘或光盘。

存储设备806能够为计算设备800提供大容量储存器。在一个实施方式中，存储设备806可以是或可以包含计算机可读介质，例如软盘设备、硬盘设备、光盘设备、或磁带设备、闪存或其他类似的固态存储器设备、或设备(包括存储区域网或其他配置中的设备)的阵列。计算机程序产品可以有形地体现在信息载体中。计算机程序产品也可以包含指令，在执行该指令时，执行一种或多种方法。信息载体是计算机或机器可读介质，例如存储器804、存储设备806或处理器802上的存储器。

高速控制器808管理计算设备800的带宽密集操作，低速控制器812管理轻的带宽密集操作。这样的功能分配仅是示例性的。在一个实施方式中，高速控制器808耦接到存储器804、显示器816(例如，通过图形处理器或加速器)，并且耦接到可以容纳各种扩展卡(未示出)的高速扩展端口810。在实施方式中，低速控制器812耦接到存储设备806和低速扩展端口814。可以包括各种通信端口(例如，usb(通用串行总线)、蓝牙、以太网、无线以太网)的低速扩展端口可以耦接到一个或多个输入/输出设备，例如，键盘、指示设备、扫描仪、或例如通过网络适配器的联网设备(例如，交换机或路由器)。

计算设备800可以以多种不同的形式实现，如附图所示。例如，它可以被实现为标准服务器820、或在这样的服务器的分组中实现多次。它也可以被实现为机架服务器系统824的一部分。此外，它可以被实现在诸如膝上型计算机822之类的个人计算机中。备选地，来自计算设备800的组件可以与移动设备(例如，设备850)中的其他组件(未示出)进行组合。这样的设备中的每一个设备可以包含计算设备800、850中的一个或多个，并且整个系统可以由相互通信的多个计算设备800、850组成。

计算设备850包括处理器852、存储器864、输入/输出设备(例如，显示器854)、通信接口860和收发机868、以及其他组件。设备850也可以设置有用于提供附加存储的存储设备，例如微型驱动器或其他设备。组件850、852、864、854、860和868中的每一个组件使用各总线互连，并且所述组件中的若干组件可以安装在公用的母板上或在适当时采用其他方式。

处理器852可以执行计算设备850之中的指令(包括被存储在存储器864中的指令)。处理器可以被实现为包括多个独立的模拟和数字处理器的芯片的芯片组。例如，处理器可以提供设备850的其他组件的协调，例如，控制用户接口、通过设备850运行应用程序、通过设备850的无线通信。

处理器852可以通过控制接口858和耦接到显示器854的显示器接口856与用户通信。例如，显示器854可以是tftlcd(薄膜晶体管液晶显示器)或oled(有机发光二极管)显示器、或其他适当的显示器技术。显示器接口856可以包括用于驱动显示器854以向用户呈现图形和其他信息的适当的电路。控制接口858可以接收来自用户的命令，并且对它们进行转换，以提交给处理器。