专利名称：改进空间分辨率的地震处理方法
技术领域：
本发明涉及地震数据处理领域。具体来说，本发明涉及获得改进的空间和/或时间2-D或3-D地震数据分辨率。
地震勘测表示通过向大地发送声音或弹性能，并接收从下面岩石层返回的“回声”试图映射出地表下面。下行的声音或弹性能源例如可来自地上的爆炸或地震震动器，以及在海洋环境中的气炮。在地震勘测期间，能源沿相关地质结构上地球表面移动。每当源被激发时，产生通过地球向下传播的地震信号，被反射和/或衍射，并在其返回时，在表面许许多多的位置被记录。然后多个表面-激发/记录组合被组合，而生成可延伸许多千米的地表下接近连续的轮廓。在二维(2-D)地震勘测中，震源和记录位置一般沿单一路线分布，而在三维(3-D)勘测中，震源和记录位置一般沿格栅模式的表面分布。简而言之，2-D地震路线可以想象为给出地层的截面画面(垂直切片)，反射层位置大体在震源位置与接收器位置中间。3-D勘测产生数据“立方体”或体积，就是说至少在概念上，位于勘测范围之下地表3-D画面，反射层位置大体在震源位置与采集格栅中接收器位置中间。
地震勘测由很大数目的各种地震记录或迹线组成。在典型的2-D勘测中，通常有几万个迹线，而在3-D勘测中，各种迹线的数目可能高达数百万迹线。可在Chapter 6，pages 384-427，of Seismic DataProcessing by Ozdogan Yilmaz，Society of Exploration Geophysicists，1987中找到有关3-D数据获取和处理的一般背景信息，该文献的公开在此结合以资对比。
未处理的地震数据只限于勘探工作者使用。在现场获得的地震数据很少被直接使用，而是首先返回处理中心，在此向数字地震数据施加各种数学算法，以便加强其信号内容，并一般使其更适于解释。典型的地震处理顺序关键的一个步骤是地震迁移。
如业内专业人员所熟知，未迁移的地震剖面上的反射层的倾角、位置和特征很少代表引起该反射层的结构或地层特性的实际的倾角、地表下位置和特征。除了在地表下由均匀的、水平层组成的情形，记录的结构或地层事件的地震表示，在其能够用来定位相关地表下特征之前，必须被迁移。在急剧倾斜的区域，在迁移之前明显位于特定表面点正下方的反射，在迁移之后实际上可能发现有几百米的差距。此外，在出现断层作用，严重非对称褶皱作用及锐利的向斜层的复杂结构区域中，衍射和多次反射可能与从初始反射层到没有迁移所得地震剖面，与实际的地表下结构相似性很小或没有的点的反射相干涉。
一般来说，迁移通过“聚焦”包含在其中的地震数据改进了地震剖面或体，该过程在概念上类似于通过滑动投影仪而“聚焦”产生的图象，以便获得锐利的屏幕图象。迁移改进了地震图象，这通过以下实现的，校正倾斜的地震反射层横向错位；削弱由点散射中心和地表下断裂端引起的衍射；分解交叉的反射层(冲突的倾斜)；并改进地震数据的垂直和横向分辨率，及许多其它方法。迁移改进地震数据的许多方法的一般描述，例如可在以下的文献中找到，Chapters 4 and5，and Appendix C，pages 240-383，and 507-518，of Seismic DataProcessing by Ozdogan Yilmaz，Society of Exploration Geophysicists，1987，该文献的公开在此结合以资对比。一般来说，已经适当迁移的地震数据揭示了强化的或比未迁移的地震数据更真实的地下画面，地震数据迁移的最终目的是要产生一种地震剖面体，精确表示地下地质构造和特征。
United States Patent 6,049,759 to Etgen公开了一种3-D地震数据叠前迁移方法。其中说道，有两种地震迁移的宽变量叠加后(叠后)迁移及叠加之前迁移(叠前)。顾名思义，叠后迁移，施加到它们已经被叠加的地震迹线—叠加的迹线是通过在正常时差校正之后把两个或多个迹线组合在一起的迹线，以形成单一组合的在该位置近似零偏移迹线的迹线。另一方面，叠前是在它们被叠加之前施加到地震迹线的。其它方面相同情形下，叠前迁移在理论上和实践上都总是较好的，因为它可潜在地产生更精确的地下地层和结构的画面。然而，在计算叠前迁移所涉及的计算量几倍于进行叠后迁移所需的计算量。对于2-D地震路线，这就附加的计算量一般是可管理的，并除了最长的路线之外，叠后迁移常常施加到纳入地下结构复杂的区域的叠置数据。另一方面，许多3-D数据集包含太多的迹线，以至不能通过传统的叠前算法进行效能成本合算的迁移。
在3-D甚至对于2-D地震采集逼近全叠前迁移的有吸引力的算法是使用叠前局部迁移，也称为倾斜时差校正(DMO)。DMO缓和了反射点模糊的效果，并使得事件能够相干地被叠加，缓和了倾斜和/或方位的效果。然后，数据能够按传统叠加及叠后迁移，但有很大程度的数据压缩。另一优点是DMO是一种相对小的校正，倾向于对用于NMO校正估计的速度中的误差不敏感。这是对NMO-叠置重要的改进。
DMO有各种等价的实现方式。最普遍的可能是Hale’s方法与Deregowski与Rocca的求和方法。Hale’s在其1983年5月提交给斯坦福大学地质系博士论文“Dip Moveout by Fourier Tranform”中提出的基于付立叶的方法，是在频率/波向量(f，k)域中进行的。在“Ceometrical Optics and Wave Theory of Constant Offset Sectionsin Layered Media，”Geophysical Prospecting 29，374-406(1981)中描述的Deregowski与Rocca的求和方法，是在时间/空间(t，x)域中进行的。该方法涉及沿“DMO轨迹”数据的求和。
先有技术中所公开及上述迁移和DMO方法以从单一地震路线或2-D地震路线格栅数字采样的数据开始，并在对应于采集过程中使用的地震源和检测器之间的中间位置的标称位置的位置获得输出。时域迁移和DMO方法都涉及到从记录的位置向输出的位置被移动的数据的求和。原则上，这类似于在地震数据路线中数据的NMO校正所进行的。
United States Patent 5,596,546 to Wisecup描述了通常在传统的NMO处理中损失的NMO被校正的叠置数据中，保存时间频率成分的一种方法。Wisecup说道向零偏移的偏移的地震数据数字采样的NMO校正，其中NMO-校正的数据可能不落在采样时间，在重复采样之前组合所有这样的NMO-校正贡献。这与传统的NMO方法相反，其中在NMO校正之前对偏移迹线进行内插以保证NMO-校正的采样落在离散采样时间上。所谓Wisecup的随机采样间隔成象(RSI2)方法比传统的NMO-叠置方法保留了更高频率的数据。与传统的处理中时间频率损失类似并除此之外，在传统的迁移和DMO运算中还有空间频率损失。本发明是使用由Wisecup所述的概念，在叠置数据的局部或完全迁移中保留这些较高的时间和空间频率的一种方法。
在一种方式中，本发明是使用DMO用于例如保留地震数据路线完全或局部迁移中时间频率的一种方法。这与Wisecup方法不同在于代替NMO运算，数据被迁移到由震源和/或接收器位置所定义的离散采样位置。这些位置在震源和接收器中间。迁移可以是诸如DMO的局部迁移，或可以是任何完全的时间-或深度-域迁移，诸如Kirchoff迁移。
在本发明的另一方式中，本发明是在地震数据路线的完全或局部迁移中，保留时间和空间频率的一种方法。这类似于上述的时间频率保留，但除此之外，输出空间位置可以是不限于在震源和接收器位置中间的一个位置。在本发明的另一方式中，只保留较高的空间频率。
最后，在本发明的另一方式中，在使用一个2-D面格栅，或用于迁移的输出格栅可能不同于来自输入格栅的多个2-D地震路线时间和/或空间频率，获取的地震数据的完全或局部3-D迁移期间，保留时间和/或空间频率。
至于运算的组织和结构两者上，与其对象和优点一同，可认为是本发明特性的新特征，从以下详细的说明和附图可更好地理解，其中本发明通过只是用来示例和描述的例子展示，这些例子不是作为本发明限制的定义
图1a，1b示出在多个一致的震源接收器位置对应于一点衍射器的辐射路径，传播时间和信号。
图2表示输入迹线到示出位置保留高频率的迁移。
图3示出从位于不对应于面采样位置的一点的点衍射器出发的辐射路径。
图4示出合成数据以输入采样间隔为200英尺向输出采样间隔5英尺迁移的结果。
图5示出对于偏移源接收器几何结构海洋地震数据的获取并示出公共偏移几何结构。
图6A-6D示出各种迁移运算中涉及的几何结构。
图7表示在获取3-D地震数据集中通常使用的几何结构。
本发明第一实施例是United States Patent 5,596,546 to Wisecup中公开的发明的一种改型，且该专利的内容在此完全结合以资对比。现在参见图1a和1b，其中示出使用一致的震源和接收器地震数据获取的方案表示。地球表面由1指示，并且一个点衍射器5在地下。一致的冲击接收器组合的表面位置由10a，10b，10c，...，10n指示，并对应于从表面位置出发的对应的辐射路径由7a，7b，7c，...，7n指示。在图1a中，垂直轴是深度，且水平轴是相对于从点衍射器出发的水平距离的距离。对于在地下中这一孤立的衍射器，将在表面位置记录的地震迹线由图1b中的18a，18b，18c，...，18n指示。在图1b中，垂直轴是时间，且水平轴是从点衍射器出发的距离。来自点衍射器的衍射由19a，19b，19c，...，19n指示，并一般具有由衍射曲线15表示的时间相关性。
由x表示衍射器与记录位置之间的水平距离，对于具有速度v的同质介质的衍射曲线的时间-距离相关性一般可由以下形式的关系给出tx2=t02+x2v2--(1)]]>
对于非同质介质可能有其它更复杂的关系。通过参照图1可更好地理解本发明第一实施例的实现。迹线再次表示一衍射器诸如图1a中的5，具有到1,000毫秒零偏移传感器6的声音两路传播时间。在典型的地震勘测中，每一传感器10a到10n的声音信号18a...18n被数字化。在信号数字化期间，以由每一传感器10a到10k产生的信号间隔开的时间间隔提取各采样。对于零偏移传感器6样本一般在26表示，而对于其它传感器在24表示。在图2的例子中，样本26，24通常以两个或四个毫秒预定的时间间隔提取，并以基本上一致的时间提取，就是说每四毫秒对所有传感器10a到10n探试采样。
在处理来自多个传感器10a到10n的数字化信号期间，衍射器5的图象能够通过组合来自每一传感器10a到10n的数字化信号产生，以形成组合的输出信号。如业内专业人员所熟知，在地下的每一反射器可认为由众多的衍射器，并通过沿衍射曲线诸如20适当的求和组成，反射器相干的图象可作为众多的衍射器图象的合成而获得。图2中的衍射曲线20与图1a中的曲线15相同。为了使组合信号适当地对衍射器5成象，信号组合必须出现，使得来自传感器10a到10n每一个的信号的振幅对应的部分，诸如子波19a到19n的峰值被组合。然而在产生组合信号中，一般在非零偏移迹线上28处所示的振幅对应点，可出现在与提取数字采样时间不同的时间，采样时间可一般如上所讨论在24处表示。在本发明的本实施例中，在每一非零偏移迹线中的所有数字采样24是按时间值被时间平移的，该值精确满足对应于对于每一非零偏移传感器的迁移距离方程式(1)的关系。
用于时间平移每一非零偏移迹线的时间值被计算到执行该计算的计算机(未示出)可能达到的精度。时间平移采样24存储在一缓冲器中，该缓冲器可形成计算机存储器的一部分。来自零偏移迹线18e的样本26在缓冲器中的组合，以及来自非零偏移迹线的时间平移样本24与衍射信号的结构干涉，按类似于Wisecup中所述类似的方式形成了组合信号。缓冲器的内容一般将包含等于传感器数乘以来自单个传感器的样本数的乘积的样本总数。
缓冲器的内容还能够形成叠置的，在比预定时间间隔小得多的样本26，24最初被提取的时间间隔相等物处被采样的单个传感器信号。
这里的衍射曲线与在Wisecup中给出的NMO曲线类似。如在Wisecup中所公开的，其中所获得的NMO叠置比先有技术方法保留较高的时间频率，在该先有技术方法中来自非零偏移迹线的样本在NMO校正和求和之前被内插。Wisecup中较高的时间频率的增加来自这样的事实，即平均采样率能够增加多达NMO聚集内的多重迹线并消除固有的内插非精确性。
由于相同的原因，使用本发明的这一第一实施例的衍射点(及通过时间或深度迁移过程获得的任何地震图象)的图象，比先有技术方法保留了较高的时间频率，其中在先有技术方法中在沿衍射曲线移动并求和之前对于非零迁移距离的样本暂时被内插。如在Wisecup中所讨论的，即使输入数据在时间上混淆，对应于输入时间数字化间隔的尼奎斯特频率之上的频率在输出中保留。在本发明的一个可选的实施例中，成象数据被以频率MxfNyq低通滤波，其中fNyq是输入的尼奎斯特频率，M是小于或等于N的一个整数，其中N是迁移算子的孔径中的迹线数。M与输出样本间隔相关，输出采样间隔小至输入样本间隔的1/N。
在许多地震处理和内插中，获得较高的空间分辨率比获得较高的时间分辨率是更大的外问题。于是，在本发明的另一实施例中，以改进的空间分辨率进行迁移，即衍射算子对于靠近的空间位置在离散的采样值处定义，且来自非零偏移的贡献在时间平移之前被内插。另外，改进的时间和空间分辨率都可获得。
改进的空间采样在为获取图3中描绘的几何结构示出。这类似于图1a在于，有单个的衍射器105和多个一致的震源-接收器位置110a，110b，...110i，110j...110n，带有对应的衍射辐射路径107a，107b...107n。重要的差别在于，对应于零迁移距离的表面位置106没有位于那里的获取点。这是一个更为实际的模型。以上就时间采样的讨论同样适用于由点106表示的空间采样位置。
现在转向图4，其中示出迁移合成数据集的结果。数据对于带有点衍射器的模型产生(未示出)并以4ms的数字化间隔及200英尺的空间采样被采样。迹线151a，151b，151c...示出以200英尺的数据迁移的结果，在输出位置的采样间隔只差5英尺。大体施用瑞利准则(Fundamentals of Optics，Jenkins，F.A.，White，H.E.，3rdedition，1957，p300)，如果相干振幅(从位置局部析出的能)不大于真实子波振幅的百分之81.06，则假设子波被分解。重构事件图表的研究表明，振幅表现为在正确位置的5到10英尺内满足瑞利准则，虽然输入数据在200’格栅上被空间采样。这是在研究峰值振幅图表时验证的。
一般，地震数据使用多个震源位置获取，其每一个在多个接收器位置记录。在这种情形下，通常使用倾斜时差(DMO)运算，典型地对如图5中所示的通常的偏移地震数据进行。图中所示是衍射器251和从震源位置S1，S2到衍射器251并到对应于震源位置的接收器位置R1，R2的辐射路径，震源-接收器距离为x。如在Deregowski&Roca中所述，DMO运算从通常的偏移板提取数据，并通过沿已经正确定义的DMO曲线求和产生零偏移地震剖面，正如零偏移剖面的迁移涉及由方程式(1)给出的沿衍射曲线求和那样。DMO运算熟知的且在这里不予讨论。在本发明的一个实施例中，沿地震路线获取的数据存储到普通的偏移板，其每一个是使用DMO算子和由Wisecup公开的RSI2方法被校正。然后可叠置各DMO校正的剖面。
另外，可对一个或多个叠置数据路线进行叠前或叠后Kirchoff迁移；如果使用叠后迁移，DMO可施加到叠前数据。United StatesPatent 4,964,103 to Johnson公开了一种方法，其中通过2-D或3-D模型进行辐射跟踪，以确定从任何震源到任何接收器的传播时间。然后这些传播时间可用来进行Kirhoff迁移，该迁移基本上组合沿从辐射跟踪传播时间确定的衍射曲线的数据。
以下，讨论本发明的方法对3-D迁移的应用。图6a以其上指示的路线303示出地下部分的视图。在路线303上的位置307之下垂直示出单个衍射器点301。对于一致的冲击接收器几何结构，曲线309示出对应于路线303方向的衍射器301的衍射曲线。这里的垂直轴作为时间示出，但它也可是深度。图6a中还对于沿垂直于路线303的方向305的一致冲击接收器位置示出衍射曲线311。
现在转向图6b，示出三个衍射器301，321和341，衍射器321和341分别垂直位于路线323，343上点327和347之下。如图6a那样，在同线路的方向即沿所示的323和343的方向示出对于一致冲击接收器几何结构的衍射曲线329，349。这些衍射曲线329和349类似于对于衍射器301的曲线309，并如果地下的地震速度不变，则曲线等同。在图6b中对于衍射器321和341对于沿路线303的观察点还示出衍射曲线330和350。
沿路线303观察的衍射作为曲线309，330和350再次在图6C中示出。然后，图6d示出使用对路线303正确的衍射算子迁移图6c的数据的结果。曲线309正确地坍陷到图象点301’，但衍射曲线330和350没有正确成象为单个点而是由曲线321’和341’表示的后迁移残余是这一迁移的结果。
数据从地下体3-D迁移的目的是要使平面外衍射曲线诸如330和350正确坍陷为单个点。这可由诸如Johnson所述的全3-D迁移实现。
现在转向非零震源接收器偏移更为实际的情形，本发明的一个实施例适用于在2-D地震路线诸如305，325，345的格栅中获取的数据迁移。同样的方法还可用在3-D数据集。首先沿诸如305，325，345路线进行DMO。这在以上参照图5b讨论过。按照DMO，数据沿路线305，325，345被叠置以模拟零偏移几何结构，并然后进行DMO-叠置数据的迁移。业内专业人员可看出，相同的过程还可用于沿路线诸如303，32，342获取的数据。
通常使用的对3-D叠置数据获取几何结构的一个例子示于图7，其中震源可位于沿地震路线诸如420a，420b...420n，接收器424沿路线426a，426b...426n配置。对于这种几何结构，可使用全3-D迁移。另外，诸如United States Patent 4,878,204 to Black et al中所述的方法，可用来进行数据的3-D DMO，该专利的内容在此全部结合以资对比。在本发明的一个实施例中，Black或其它适当的方法用来执行3-D DMO，带有使用上述的方法提高的时间和/或空间分辨率。
在本发明的另一实施例中，使用任何适当的Kirchoff迁移方法并在其中结合RSI2方法进行有提高时间和/或空间分辨率的3-DKirchoff迁移。
虽然以上的公开是针对本发明优选实施例的，但各种改型对于业内专业人员是显而易见的。在所附权利要求的范围和精神内所有各种变形都由上述公开包含。
权利要求
1.在超过与预定空间样本间隔相关的最大空间频率的空间和时间采样的信号中，保留空间频率成分的一种方法，所述信号对应于在间隔开的位置的多个传感器，所述方法包括(a)对每一所述多个传感器，在一输出位置产生时间调节样本，产生的所述调节样本是为了提供每一所述信号之间的振幅对应关系，这些信号是由每一所述多个传感器使用迁移算子产生的，该迁移算子与从相关能量源到每一所述多个传感器的不同能量传播时间相关；以及(b)把所有所述时间调节样本组合为组合的输出信号，组合的输出信号具有小于所述预定空间样本间隔的空间采样间隔。
2.权利要求1的方法，其中所述迁移算子从以下形成的组中选择(i)后叠时间迁移算子，(ii)后叠深度迁移算子，(iii)前叠时间迁移算子，(iv)前叠深度迁移算子，及(v)DMO算子。
3.权利要求1的方法，其中所述传感器和所述相关能源定义以下之一(i)信号地震路线，(ii)地震路线的格栅，以及(iii)3-D地震数据集。
4.在超过与预定空间采样间隔及时间采样间隔相关的最大空间频率与最大时间频率的空间和时间采样的信号中，保留空间和时间频率成分的一种方法，所述信号对应于在间隔开的位置配置的多个传感器，所述方法包括(a)对每一所述多个传感器，在一输出位置产生调节样本，产生的所述时间调节样本是为了提供每一所述信号之间的振幅对应关系，这些信号是由每一所述多个传感器使用迁移算子产生的，该迁移算子与从相关能量源到每一所述多个传感器的不同能量传播时间相关；以及(b)把所有所述时间调节样本组合为组合的输出信号，组合的输出信号具有小于所述预定空间样本间隔的空间采样间隔，以及小于所述预定时间采样间隔的时间采样间隔。
5.权利要求4的方法，其中所述迁移算子从以下形成的组中选择(i)后叠时间迁移算子，(ii)后叠深度迁移算子，(iii)前叠时间迁移算子，(iv)前叠深度迁移算子，及(v)DMO算子。
6.权利要求4的方法，其中所述传感器和所述相关能源定义以下之一(i)信号地震路线，(ii)地震路线的格栅，以及(iii)3-D地震数据集。
7.在超过与至少一个预定样本间隔相关的最大频率的采样信号中，保留至少一个频率成分的一种方法，所述信号对应于位于间隔开的位置的多个传感器，所述方法包括(a)对每一所述多个传感器，在一输出位置产生调节样本，产生的所述调节样本是为了提供每一所述信号之间的振幅对应关系，这些信号是由每一所述多个传感器使用迁移算子产生的，该迁移算子与从相关能量源到每一所述多个传感器的不同能量传播时间相关；以及(b)把所有所述调节样本组合为组合的输出信号，组合的输出信号具有小于所述预定样本间隔的采样间隔。
8.权利要求7的方法，其中所述至少一个频率从以下组成的组选择(i)时间频率，及(ii)空间频率。
9.权利要求7的方法，其中所述至少一个样本间隔从以下组成的组选择(i)空间样本间隔，及(ii)时间样本间隔。
10.权利要求7的方法，其中所述迁移算子从以下形成的组中选择(i)后叠时间迁移算子，(ii)后叠深度迁移算子，(iii)前叠时间迁移算子，(iv)前叠深度迁移算子，及(v)DMO算子。
11.权利要求7的方法，其中所述传感器和所述相关能源定义以下之一(i)信号地震路线，(ii)地震路线的格栅，以及(iii)3-D地震数据集。
全文摘要
在2－D和3－D的局部时间迁移(DMO)的全时间预定中，保存尼奎斯特频率之上采样的空间和数字2－D或3－D地震数据的时间和/或空间频率。使用这样的事实，即施加到输入地震数据的迁移算子产生一输出，该输出不必对应于预定的时间和空间采样值，并对于足够长的迁移算子，给出高于空间和时间尼奎斯特频率的速率的基本上一致的采样。在将它们组合以给出迁移输出之前，局部迁移的输出的确切值在一输出缓冲器中被累积，使高的时间和/或空间频率被保存。
文档编号G01V1/28GK1537238SQ02808245
公开日2004年10月13日 申请日期2002年3月13日 优先权日2001年3月13日
发明者R·丹尼尔·维斯卡普, R 丹尼尔 维斯卡普 申请人:维斯特恩格科有限责任公司