专利名称：海底电缆双检地震勘探的数据处理方法及数据处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及海洋地震勘探技术领域，尤其涉及一种海底电缆双检地震勘探的数据处理方法及数据处理装置。
背景技术：
利用地下介质在弹性和密度方面的差异，通过观测和分析人工激发的地震波信号，能够推断地下岩层的性质和形态，这种技术被称为地震勘探(包括陆地地震勘探和海洋地震勘探)，是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，同时在地质勘察、地壳研究等方面也得到了广泛的应用。
海洋地震勘探相比于陆地地震勘探，其采集的地震数据会受到一种在海水中上下来回传播的多次波-鸣震的干扰，其原理参见图1，其中，v为波速，h为海水深度，Kr为海底的反射系数，S为地震波激发点，R为地震波接收点海水表面作为一个非常强的反射界面，上行波入射到海水表面时的反射系数近似为-1；当海底也是一个较好的反射界面时，地震波就会在海水表面和海底上来回反射，产生海水中的多次波，即鸣震。由于鸣震与地下有效反射毫无关系，因此在地震剖面上严重干涉了有效反射，因此如何有效地消除地震数据中的鸣震干扰，是海洋地震资料处理过程中的重要课题。
目前，进行海洋地震勘探的方法主要有海上拖缆地震勘探和海底电缆的双检(水检和陆检)地震勘探等。对于海上拖缆地震勘探获得的地震数据，可以采用鸣震滤波器或者预测反褶积等处理来消除鸣震干扰。但对于海底电缆的双检地震勘探获得的地震数据，由于其鸣震在产生机制和表达形式上都与海上拖缆地震勘探获得的地震数据存在一定的差异，因此难以简单套用海上拖缆地震勘探的相应解决方案。
具体来说，海底电缆的双检地震勘探是通过海底电缆在海底(即海水与下伏底层的交界面)采用压力检波器(水检)和位移检波器(陆检)同时接收地震信号的一种地震资料采集方法。文献Fred J.Barr，Dual-sensor OBCtechnology.The Leading Edge，Jan 1997，vol.16(1)45-51提供了其其地震资料的处理方式，以获得一种压制了鸣震后的双检记录，如下 假设由海水入射时海底的反射系数为kr，地震波有效反射即地下地层的实际反射为x(t)。当地下反射回来的地震波x(t)从海底下方入射到海底时，会在海底产生反射与投射，如图2所示 (a)由海底为分界，海底上的波场为折射波，即水检记录的一次波为(1+kr)x(t)；海底下的波场为地震波x(t)与反射波-krx(t)之和，由于位移检波器时有方向的，由于此时反射波的位移与传播方向相反，即位移为负，因此位移检波器记录到的反射波为-[-krx(t)]＝krx(t)，即陆检记录的一次波为(1+kr)x(t)； (b)海水中的折射波传播到海面被全反射(反射系数为-1)回来，再次入射到海底，又发生反射与折射，因而水检和陆检的二次波分别为-(1+kr)2x(t-τ)和(1-kr2)x(t-τ)； (c)类似的，水检和陆检的三次波分别为(1+kr)2krx(t-2τ)和-(1-kr2)krx(t-2τ)，以下依次类推； 因此，水检接收到的总波场为 陆检接收到的总波场为 对上述水检和陆检的地震数据进行振幅归一化处理，即将水检和陆检波场分别乘以因子
，则 可以看出，水检记录的鸣震滤波器是混合相位的，不能简单的采用预测反褶积加以消除；同时，水检记录的鸣震总是存在的，而陆检记录的鸣震在海底是刚性界面即反射系数kr＝1时并不存在，这也就意味着，对于硬海底，陆检记录的鸣震干扰要比水检记录的鸣震干扰弱的多。
进一步的，由上述振幅归一化处理后得到的水检记录(1)和路检记录(2)，我们可以得到双检记录，即将陆检记录(2)乘以因子
，然后与水检记录(1)进行混波，如下 分别将式(1)和(2)代入式(3)，有x(t)＝x(t)。很显然，当kr为实际海底反射系数时，双检记录x(t)是不含鸣震的反应低下真实底层的反射记录，我们称之为精确混波双检记录；当海底反射系数kr＝0时，双检记录是水检与陆检的直接叠加，我们称之为均等混波双检记录；当海底反射系数变大时，双检记录中陆检的成分逐渐变大，我们称之为非均等混波双检记录。
由上述内容可以看出，获取压制鸣震的双检记录的关键在于求取海底反射系数kr，当求取的海底反射系数kr越接近真实的海底反射系数，那么双检记录就越接近于真实的地震波数据。
文献Fred J.Barr，Dual-sensor OBC technology.The Leading Edge，Jan1997，vol.16(1)45-51同时介绍了一种直观的kr求取方法，也可称为试参法，即采用一系列的kr应用于压制鸣震，得到相应的一系列共接收点双检记录，求其自相关并分析自相关函数的旁瓣能量，旁瓣能量最小的即为该接收点处的实际海底系数kr。
例如，图3A～图3F分别显示了根据海上某海底电缆水陆双检采集的地震资料的试验实例，在深度为17米左右、海水速度为1460米/秒的测试点进行测试的结果，依次示出了kr＝-1.0，kr＝0.0，kr＝0.32，kr＝0.48，kr＝0.64和kr＝1.0时的共接收点双检记录(共接收点道集)a、叠加剖面b、共接收点记录(共接收点道集)的自相关函数c及其叠加剖面的频谱d，其中kr＝-1.0和kr＝1.0的双检记录实际上就是纯水检和纯陆检记录。由上述图示可以看出，纯水检记录(图3A)存在明显的鸣震多次波，其自相关函数上旁瓣能量比较大，频谱也呈现明显的梳状形态；纯陆检记录(图3F)也存在鸣震现象，其频谱也呈现梳状形态，但形状与纯水检的情况正好相反；图3B是均等混波双检记录，鸣震仍然非常严重，而且其自相关函数及频谱与水检记录的情况有类似之处，说明水检的成分居多；图3C～图3E的情况比较接近，但图3C和图3D的鸣震压制效果要略微好一些，由此可以表明，该位置的海底反射系数应该在0.4左右。
通过上述处理，我们可以得到比较接近真实的双检记录，其鸣震获得了一定的压制。然而，上述通过试参法来获取消除鸣震的双检记录的过程相当繁琐，不但难于实现，而且精度也具有相当大的随机性。
发明内容
本发明的实施例旨在提供一种海底电缆双检地震勘探的数据处理方案，以简便、快捷和准确的获取压制鸣震后的双检记录。
为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种海底电缆双检地震勘探的数据处理方法，对于海底电缆双检地震勘探获得的地震数据执行以下步骤 S1、计算第一混波记录和第二混波记录，其中，第一混波记录为勘探获得的水检波场与陆检波场之和，第二混波记录为水检波场与陆检波场之差； S2、通过计算第二混波记录对第一混波记录的互相关函数，根据其最大值所在的时间获得地震波在海水中的双程传播时间； S3、通过计算第一混波记录的自相关函数次极值与最大值的比值，获得海底反射系数；其中，自相关函数次极值为第一混波记录的自相关函数在双程传播时间处的取值，自相关函数的最大值为第一混波记录的自相关函数在0时刻的取值； S4、利用所述海底反射系数压制地震数据中的鸣震干扰。
为了进一步压制残留鸣震干扰，还可以包括步骤S5对步骤S4处理后的地震数据进行预测反褶积处理。
为了便于进行地震数据的处理，步骤S1之前还可以包括步骤S0对勘探获得的水检波场和陆检波场进行振幅归一化处理。
作为一实施例，步骤S4可以包括将所述海底反射系数直接代入地震数据双检记录获得压制鸣震干扰后的地震数据；其中，x(t)为地震数据双检记录，
为勘探获得的水检波场，
为勘探获得的路检波场，kr为所述海底反射系数；或者，将第一混波记录和第二混波记录根据海底反射系数，按照公式
进行加权叠加获得地震数据双检记录；其中，x(t)为地震数据双检记录，
为第一混波记录，
为第二混波记录，kr为所述海底反射系数。
较佳的，本方法还可以包括根据地震波在海水中的双程传播时间计算海底深度的步骤。
本发明的实施例还提供了一种海底电缆双检地震勘探的数据处理装置，包括用于接收水检波场的压力检波器以及用于接收陆检波场的位移检波器；还包括 第一混波记录单元，用于计算并保存勘探获得的水检波场与陆检波场之和； 第二混波记录单元，用于计算并保存勘探获得的水检波场与陆检波场之差； 互相关函数单元，分别与该第一混波记录单元和第二混波记录单元连接，用于计算第二混波记录对第一混波记录的互相关函数，并根据该互相关函数最大值所在的时间获得地震波在海水中的双程传播时间； 自相关函数单元，分别与该第一混波记录单元和互相关函数单元连接，用于计算第一混波记录的自相关函数次极值与最大值的比值，获得海底反射系数；其中，该自相关函数次极值为第一混波记录的自相关函数在双程传播时间处的取值，该自相关函数的最大值为第一混波记录的自相关函数在0时刻的取值； 第一鸣震干扰压制单元，与该自相关函数单元连接，用于利用海底反射系数压制地震数据中的鸣震干扰。
为了进一步压制残留鸣震干扰，本装置还可以包括第二鸣震干扰压制单元，用于对该第一鸣震干扰压制单元处理后的地震数据进行预测反褶积处理。
为了便于进行地震数据的处理，本装置还可以包括振幅归一化处理单元，用于对勘探获得的水检波场和陆检波场进行振幅归一化处理后发送给该第一混波记录单元和第二混波记录单元。
作为一实施例，该第一鸣震干扰压制单元可以从压力检波器和位移检波器获取地震数据，将该海底反射系数直接代入地震数据双检记录获得压制鸣震干扰后的地震数据；或者，从第一混波记录单元和第二混波记录单元获取地震数据，将第一混波记录和第二混波记录根据该海底反射系数，按照公式
进行加权叠加获得地震数据双检记录；其中，x(t)为地震数据双检记录，
为勘探获得的水检波场，
为勘探获得的路检波场，
为第一混波记录，
为第二混波记录，kr为所述海底反射系数。
较佳的，本装置还可以包括海底深度计算单元，与该互相关函数单元连接，用于根据地震波在海水中的双程传播时间计算海底深度。
由上述技术方案可知，本发明的实施例替代原有的试参法获取海底反射系统的方案，通过对海底水检和路检的地震资料进行混波和建模获取海底反射系数，具有以下有益效果 1、提高了海底反射系数的求取精度，有效压制了海底电缆双检地震勘探中的鸣震； 2、建立了海底反射系数的求取模型，从而实现海底反射系数的快速、简便求取。
通过以下参照附图对优选实施例的说明，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更加明显。
图1显示了海洋地震勘探中鸣震传播的示意图； 图2显示了海底电缆的双检地震勘探中鸣震产生和传播的示意图； 图3A～图3F分别显示了试参法求取kr过程中，共接收点双检记录、叠加剖面、共接收点记录的自相关函数及其叠加剖面的频谱的示意图； 图4为本发明提供的海底电缆双检地震勘探的数据处理方法一实施例的流程图； 图5为采用本发明提供的数据处理方法后，一个实例中共接收点双检记录、叠加剖面、共接收点记录的自相关函数及其叠加剖面的频谱示意图； 图6为本发明提供的海底电缆双检地震勘探的数据处理装置一实施例的框图。
具体实施例方式 下面将详细描述本发明的具体实施例。应当注意，这里描述的实施例只用于举例说明，并不用于限制本发明。
首先，请结合附图4，对本发明海底电缆双检地震勘探的数据处理方法一实施例加以描述如下 S1、计算第一混波记录和第二混波记录，其中，第一混波记录为勘探获得的水检波场与陆检波场之和，第二混波记录为所述水检波场与陆检波场之差； 较佳的，为了便于进行地震数据的处理，步骤S1之前还包括步骤S0对勘探获得的水检波场和陆检波场进行振幅归一化处理，即首先将水检和陆检波场分别乘以因子
，获得 当然，此时也可不进行振幅归一化处理，而是在后续压制鸣震过程中或者鸣震压制完成后进行系数调整，本发明以振幅归一化处理后的地震数据为例进行说明。
该步骤S1具体执行步骤如下 将(1)和(2)相加，获得第一混波记录
将(1)和(2)相减，获得第二混波记录
可以看出，
S2、通过计算第二混波记录对第一混波记录的互相关函数，根据其最大值所在的时间获得地震波在海水中的双程传播时间； 具体的，第二混波记录对第一混波记录的互相关函数为
由于第一混波记录的自相关函数为
因此可知
由于第一混波记录的自相关函数
在λ＝0处达到最大，因此第二混波记录
对第一混波记录
的互相关函数
应该在λ＝-τ处达到负最大，因此其负最大值对应时间的负值，也就是其最大值对应的时间就是地震波在海水中的垂直双程传播时间τ。
一般情况下，通过求取第一混波记录和第二混波记录的叠加剖面，再对得到的叠加剖面计算互相关，就可以直观的根据最大值所在的时间求得τ。
较佳的，为了便于识别，在对叠加剖面计算互相关之前，还可以对第一混波记录和第二混波记录的叠加剖面进行加强处理。
S3、通过计算第一混波记录的自相关函数次极值与最大值的比值，获得海底反射系数；具体如下 计算第一混波记录
的自相关值
由于反射系数kr＜1，因此地震反射记录的自相关函数γxx(τ)＜＜γxx(0)，因此
从而，
即第一混波记录
自相关函数次极值与最大值的比值的负值，就可以被近似估算为海底反射系数kr。在实际使用中，可以通过对第一混波记录或者信号加强后的第一混波记录的叠加剖面计算自相关，以直观的获得次极值和最大值，从而求取海底反射系数。
有必要指出，由于海水中垂直双程传播时间τ是第二混波记录对第一混波记录互相关函数的最大值对应的时间，而海底反射系数是第一混波记录自相关函数在双程传播时间处的值(次极值)与最大值的比值，因此能够保证所求取的海底反射系数的精度。
同时，上述求取海底反射系数的过程是基于建立第一混波记录、第二混波记录以及求解该第一混波记录和第二混波记录的相关函数的数学模型进行的，无需反复试参，因此能够方便快捷的获得精确的海底反射系数。
S4、利用海底反射系数压制地震数据中的鸣震干扰； 我们将计算得到的海底反射系数用于压制鸣震，即将该海底反射系数代入双检记录，从而获得压制鸣震后的双检记录，完成对地震数据的精确混波双检处理。
在具体实现上，可以将海底反射系数直接代入地震数据双检记录获得压制鸣震干扰后的地震数据；其中，x(t)为地震数据双检记录，
为勘探获得的水检波场，
为勘探获得的路检波场，kr为所述海底反射系数； 也可以将第一混波记录和第二混波记录根据所述海底反射系数，按照公式
进行加权叠加获得地震数据双检记录；其中，x(t)为地震数据双检记录，
为第一混波记录，
为第二混波记录，kr为所述海底反射系数。
可以看出，利用精确的海底反射系数，能够保证地震数据处理的精度。请结合图5，显示了这种情况下共接收点双检记录(共接收点道集)、叠加剖面、共接收点记录(共接收点道集)的自相关函数及其叠加剖面的频谱，显然，共接收点记录的自相关函数旁瓣能量很弱，叠加剖面的频谱趋于正常，压制鸣震多次波效果非常理想。
由于上述计算得到的海底反射系数其精度受到野外资料采集质量(包括采集的仪器精度、电缆的沉放精度以及其他各种干扰)的影响，因此经过上述步骤S1～S4处理后得到的双检记录中，仍有可能含有鸣震干扰。
此时，双检记录为
对该双检记录求z变换之后为 显然，当反射系数满足时，上式的鸣震因子具有最小相位，因此可以在双检记录上继续采用预测反褶积进一步压制残留鸣震干扰。即执行步骤S5对步骤S4处理后的地震数据进行预测反褶积处理。
进一步的，在本发明的方法中，还可以同时根据地震波在海水中的双程传播时间计算海底深度。
如表1所示，显示了背景技术中试验实例的一组估算的海底深度与估算的海底反射系数 可以看出，表1得到的估算结果与实例中硬海底的情况比较吻合，而且与试参法获得的结果也非常一致。
相应的，本发明的实施例还提供了海底电缆双检地震勘探的数据处理装置100，如图6所示，包括用于接收水检波场的压力检波器101A以及用于接收陆检波场的位移检波器101B，还包括 第一混波记录单元103A，用于计算并保存勘探获得的水检波场与陆检波场之和； 第二混波记录单元103B，用于计算并保存勘探获得的水检波场与陆检波场之差； 较佳的，还包括振幅归一化处理单元102，用于对勘探获得的水检波场和陆检波场进行振幅归一化处理后发送给第一混波记录单元103A和第二混波记录单元103B。这样，第一混波记录单元103A保存的第一混波记录为
第二混波记录单元103B保存的第二混波记录为
互相关函数单元104，分别与第一混波记录单元103A和第二混波记录单元103B连接，用于计算第二混波记录对第一混波记录的互相关函数，并根据互相关函数最大值所在的时间获得地震波在海水中的双程传播时间，具体的，其最大值对应的时间就是地震波在海水中的垂直双程传播时间τ； 自相关函数单元105，分别与第一混波记录单元102和互相关函数单元104连接，用于计算第一混波记录的自相关函数次极值与最大值的比值，获得海底反射系数
其中，自相关函数次极值为第一混波记录的自相关函数在双程传播时间处的取值，自相关函数的最大值为第一混波记录的自相关函数在0时刻的取值； 第一鸣震干扰压制单元106，与自相关函数单元105连接，用于利用海底反射系数压制地震数据中的鸣震干扰，即将该海底反射系数代入双检记录，从而获得压制鸣震后的双检记录。
具体的，第一鸣震干扰压制单元106可以从压力检波器101A和位移检波器101B获取地震数据，将海底反射系数直接代入地震数据双检记录获得压制鸣震干扰后的地震数据；或者，从第一混波记录单元103A和第二混波记录单元103B获取地震数据，将第一混波记录和第二混波记录根据海底反射系数，按照公式
进行加权叠加获得地震数据双检记录；其中，x(t)为地震数据双检记录，
为勘探获得的水检波场，
为勘探获得的路检波场，
为第一混波记录，
为第二混波记录，kr为所述海底反射系数。图6显示了第二种情况。
通过上述装置，建模实现海底反射系数的求取，精确快捷；利用上述精确的海底反射系数，保证了地震数据处理的精度。
此外，为了克服上述处理后双检记录中仍可能含有的鸣震干扰，本装置100还可以包括第二鸣震干扰压制单元107，用于对第一鸣震干扰压制单元106处理后的地震数据进行预测反褶积处理。
同时，为了实现地震数据处理中海底深度的计算，本装置100还可以包括海底深度计算单元108，与互相关函数单元104连接，用于根据地震波在海水中的双程传播时间计算海底深度。
虽然已参照几个典型实施例描述了本发明，但应当理解，所用的术语是说明和示例性、而非限制性的术语。由于本发明能够以多种形式具体实施而不脱离发明的精神或实质，所以应当理解，上述实施例不限于任何前述的细节，而应在随附权利要求所限定的精神和范围内广泛地解释，因此落入权利要求或其等效范围内的全部变化和改型都应为随附权利要求所涵盖。
权利要求
1.一种海底电缆双检地震勘探的数据处理方法，其特征在于，对于海底电缆双检地震勘探获得的地震数据执行以下步骤
S1、计算第一混波记录和第二混波记录，其中，第一混波记录为勘探获得的水检波场与陆检波场之和，第二混波记录为所述水检波场与陆检波场之差；
S2、通过计算第二混波记录对第一混波记录的互相关函数，根据其最大值所在的时间获得地震波在海水中的双程传播时间；
S3、通过计算第一混波记录的自相关函数次极值与最大值的比值，获得海底反射系数；其中，所述自相关函数次极值为所述第一混波记录的自相关函数在所述双程传播时间处的取值，所述自相关函数的最大值为所述第一混波记录的自相关函数在0时刻的取值；
S4、利用所述海底反射系数压制所述地震数据中的鸣震干扰。
2.根据权利要求1所述的海底电缆双检地震勘探的数据处理方法，其特征在于，还包括步骤S5对步骤S4处理后的地震数据进行预测反褶积处理。
3.根据权利要求1或2所述的海底电缆双检地震勘探的数据处理方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括步骤S0对勘探获得的水检波场和陆检波场进行振幅归一化处理。
4.根据权利要求1或2所述的海底电缆双检地震勘探的数据处理方法，其特征在于，所述步骤S4包括将所述海底反射系数直接代入地震数据双检记录获得压制鸣震干扰后的地震数据；其中，x(t)为地震数据双检记录，
为勘探获得的水检波场，
为勘探获得的路检波场，kr为所述海底反射系数；或者，将第一混波记录和第二混波记录根据所述海底反射系数，按照公式
进行加权叠加获得地震数据双检记录；其中，x(t)为地震数据双检记录，
为第一混波记录，
为第二混波记录，kr为所述海底反射系数。
5.根据权利要求1所述的海底电缆双检地震勘探的数据处理方法，其特征在于，还包括根据地震波在海水中的双程传播时间计算海底深度的步骤。
6.一种海底电缆双检地震勘探的数据处理装置，包括用于接收水检波场的压力检波器以及用于接收陆检波场的位移检波器；其特征在于，还包括
第一混波记录单元，用于计算并保存勘探获得的水检波场与陆检波场之和；
第二混波记录单元，用于计算并保存勘探获得的水检波场与陆检波场之差；
互相关函数单元，分别与所述第一混波记录单元和第二混波记录单元连接，用于计算第二混波记录对第一混波记录的互相关函数，并根据所述互相关函数最大值所在的时间获得地震波在海水中的双程传播时间；
自相关函数单元，分别与所述第一混波记录单元和互相关函数单元连接，用于计算第一混波记录的自相关函数次极值与最大值的比值，获得海底反射系数；其中，所述自相关函数次极值为所述第一混波记录的自相关函数在所述双程传播时间处的取值，所述自相关函数的最大值为所述第一混波记录的自相关函数在0时刻的取值；
第一鸣震干扰压制单元，与所述自相关函数单元连接，用于利用所述海底反射系数压制所述地震数据中的鸣震干扰。
7.根据权利要求6所述的海底电缆双检地震勘探的数据处理装置，其特征在于，还包括第二鸣震干扰压制单元，用于对所述第一鸣震干扰压制单元处理后的地震数据进行预测反褶积处理。
8.根据权利要求6或7所述的海底电缆双检地震勘探的数据处理方法，其特征在于，还包括振幅归一化处理单元，用于对勘探获得的水检波场和陆检波场进行振幅归一化处理后发送给所述第一混波记录单元和第二混波记录单元。
9.根据权利要求6或7所述的海底电缆双检地震勘探的数据处理方法，其特征在于，所述第一鸣震干扰压制单元从压力检波器和位移检波器获取地震数据，将所述海底反射系数直接代入地震数据双检记录获得压制鸣震干扰后的地震数据；或者，从第一混波记录单元和第二混波记录单元获取地震数据，将第一混波记录和第二混波记录根据所述海底反射系数，按照公式
进行加权叠加获得地震数据双检记录；其中，x(t)为地震数据双检记录，
为勘探获得的水检波场，
为勘探获得的路检波场，
为第一混波记录，
为第二混波记录，kr为所述海底反射系数。
10.根据权利要求6所述的海底电缆双检地震勘探的数据处理方法，其特征在于，还包括海底深度计算单元，与所述互相关函数单元连接，用于根据地震波在海水中的双程传播时间计算海底深度。
全文摘要
本发明公开了一种海底电缆双检地震勘探的数据处理方法和装置。该方法对于海底电缆双检地震勘探获得的地震数据执行以下步骤计算第一混波记录和第二混波记录；通过计算第二混波记录对第一混波记录的互相关函数，根据其最大值所在的时间获得地震波在海水中的双程传播时间；通过计算第一混波记录的自相关函数次极值与最大值的比值，获得海底反射系数；利用所述海底反射系数压制所述地震数据中的鸣震干扰。通过本发明，提高了海底反射系数的求取精度，有效压制了海底电缆双检地震勘探中的鸣震；建立了海底反射系数的求取模型，从而实现海底反射系数的快速、简便求取。
文档编号G01V1/36GK101576621SQ200810095690
公开日2009年11月11日 申请日期2008年5月7日 优先权日2008年5月7日
发明者王振华 申请人:王振华