专利名称：对地震勘测的控制以降低振动噪声的影响的制作方法
技术领域：
本发明总地来说涉A^"地震勘测的控制，以降"f^^动噪声的影响。 背景牀
地震勘查包括对于^IL^^^^物的地下iik^结构勘测。勘测通常^fe 在预定位置处布置地震源和地震传感器。地震源产生地震波，^#播到顺结 构中，沿它们的路线生雖力变4沐振动。顺结构的举汰特性变化储地震 波， 它们的传播方向和其它特性。由源发射的一^分能量到舰震传感器， 一些地震传感器对压力变^4t感(水听器)，其它对质点运动敏感(例如地音探 测器)，并且工业勘测可以仅布置一^t传感器或布置这两者。响应于检测到的地 震事件，传感器生成电信号以产生地震数据。然后地震数据的分析能够指示存 ^il;f^^l^^^C^物的可淑立置。
一种特殊的海洋勘测可以包括在水面舰船后面的一个或多个拖缆
(streamer)上拖妙力和质点运动传感器。特定的运动传感器通常对^^动噪声 敏感。特别地，振动噪声很可能混叠到质点运动测量中，使得从测量值中将很 J^不能去除混叠的^M^^声。
一些勘测被称为是"海洋，，勘测，因为它们在海洋环境中实施。然而，"海 洋，，勘测不仅可以在盐水环境中实施，而且可以在淡^W肖咸的水中实施。在一 种被称为"拖曳式阵列"勘测的海^^*力测中，包扭震传感器的^i脉地震源的 阵列被拖^^K^船的后面。
发明内容
^"发明的一个实施例中，^t技术包括与地震勘测相关J^M点运动 传感器，并控制该勘测以使该质点运动传感器的频率响应中的陷波(notch)基 本上与混叠的振动噪声出现在该质点运动传感器的地震信号采集空间中的频带 相符。^^发明的另一个实施例中， 一种^^包括获得由与地震翻则相关ilM皮拖
曳的质点运动传感器采集的第一^a^震数据。该质点运动传感器具有包括陷波 的频率响应，该陷波^i^上与在该质点运动传感器的地震信号釆集空间中出现 混叠的振动噪声的频带相符。该技术包括获得由压力传感器在与地震勘测相关 ^M皮拖曳的同时采集的压力数据以M理第一和第二皿震数据。
4^发明的另一个实施例中， 一种系统包括接口，以舰由质点运动传感 器在与地震翻则相关^^皮拖曳的同时釆集的第一舰震数#由压力传感器在 与地震勘测相关地3皮拖曳的同时采集的第二^s^震数据。该第一^a^震数悟与 频率响应相关联，并包括J^上与在质点运动传感器的地震信号采集空间中出 现混叠的振动噪声的频带相符的陷波。该系^包括处理器以处理第一#第 二她震数据。
^^发明的另一个实施例中， 一种产品包^i十^^几可存:^4^介质，絲 储指令，该指4^在^LS^于处理器的系统^^亍时使得基于处理器的系,收由与 地震勘测相关^M皮拖曳的质点运动传感器采集的第一纟她震数据。该质点运动 传感器具有包括陷波的频率响应，该陷波I-^上与在质点运动传感器的地震信 号釆集空间中出现混叠的振动噪声的频带相符。该处理H^收由压力传感器在 与地震勘测相关i^皮拖戋的同时采集的压力数提以M理第一和第二多M震数 据。
由下面的附图、说明和^u，J^求，本发明的优点和其它特征将变得显而易见。
附图i是依据本发明实施例的海洋地震数据采集系统的示意图。 附图2是在多^J:传感，置处的振动噪声的频率—波数空间的例图。 附图3是在多^fr传感H^置处的地震信号成分以及振动噪声的频率 - 波 数空间的例图。
附图4是波数零附近的信号成#振动噪声的频率-波数空间的放大图。 附图5是在多^t传感雜置处的质点运动和压力信号的振幅对频率的例图。
附图6， 8, 9和10是依据本发明实施例，描述实;^震勘测^^的;i^呈图。
附图7是依据本发明实施例的描i^震数据处理才t^的流程图。 附图11是依据本发明实施例的地震数据处理系统。
附图l描述了才緣本发明的一些实施例的海洋地震数据采集系统的实施例 10。在系统10中，萄棵船20在该船20后拖曳一个或多个地震拖缆30(在附图 1中描述了两个示例性的拖缆30 )。该地震拖缆30可以为几千米长并包含^H1 支撑线缆(未示出)，以及可以^UfJ来支持沿皿30的通信的配线和/或电路(未 示出)。
每个地震^J苋30包扭震传感器，其记狄震信号。才緣本发明的一些 实施例，该地震传感器是多^f:地震传感器58,其每个都能够检测压力波场和
与接近多^i:地震传感器58的声辨号相关联的质点运动的至少一个^*。质 点运动的实例包括质点^f多的一个或多个^*、质点^L的一个或多个^f:(横 轴(x )，交叉轴(y)和垂直轴(z) (例如见轴59 )、和质点加i4A的一个
或多个分量。
依据本发明的特定实施例，多分量地震传感器58可以包括一个或多个水 听器、地音探测器、质点位移传感器、质点速度传感器、加速计、压力梯度传 感器、或其组合。
例如，##本发明的一些实施例，特定的多^*地震传感器58可以包括 用于测量压力的7jC听器55，和三个正交排列的加速计50，以测量地震传感器58 附近的质点速度和/或加^的三个对应的正^量。可以注意到，依据本发明 的特定实施例，该多^J:地震传感器58可以由单^H殳备实施(如附图1所述) 或可以由多个i殳备实施。特定的多^f:地震传感器58还可以包^^个或多个压 力梯度传感器56,其为另一种类型的质点运动传感器。该压力梯度传感器测量 特定点的压力波场相对于特^r向的变化。例如，压力梯度传感器56之一可以 采g示特定泉处的压力波场相对于交叉轴方向的偏导数的地震数据，以^ 力梯度传感器的另 一个可以采^4示特定点处的相对于横轴方向的压力数据的 地震数据。
该海洋地震数据采集系统10包括一个或多个地震源40 (在附图1中描述了一种示例性源40)，例如^等。在本发明的一些实施例中，地震源40可以 净iU^接到"K^船20或由萄探船20拖曳。可逸地，在^^发明的其它实施例中， 地震源40可以独立于l^则船20操怍，因为源40可以连接到其它船舶或浮#(仅
仅举;L^^子而已)。
当地震4^苋30^4^^船20后拖曳时，常被称为"发射(shot)，，的声音 信号42 (在附图1中描述了一种示例性声音信号42)由地震源40产生并向下 穿it7J^主44直达^JC底面24下面的地层62和68。该声音信号42从各绅不同的 地下地质结构，例如附图1中描述的示例',构65反射。
由源40采集的A4t声音信号42产生相应的^t声"^ff号，il医力波60， 其由多^J:地震传感器58检测。注意到，由多^f:地震传感器S8^^r测 的压力波包括^^N4^播到传感器58的"向上^i"的压力波，以及由压力 波60从空气-水分界线31 ^t产生的"向下^ii"的压力波。
多^J:地震传感器58生^f皮称为"4yr的信号(例如，数字信号)，其表 示压力波场和质点运动的采集测量值。依据本发明的一些实施例，该^it被记 录并可以至少部分地由布置在甚滩船20上的信号处理单元23处理。例如，特 定的多^*地震传感器58可以提^-个轨迹，其对应于由它的水听器55测量 的压力波场；并且传感器58可以提l个或多个轨速，其对应于由它的加速计 50测量的质点运动的一个或多个分量。
地絲集的目标^J^,区域的图像，以便识别地下顺结构，例如示 例性的地质结构65。随后的图象分析可以揭示^^^^^物a下地质结 构中的大概位置。^l据本发明的特定实施例，部分图象分析可以M震勘测船 20上执行，例如由信号处理单元23执行。^l据本发明的其它实施例，图象可以 由例如可以设卫在陆^^^1^船20上的地震数据处理系统(例如在附图6中描述 并在下面进一#^皮描述的示例性的地震数据处理系统320)处理。这样，许多变 型另L可能的并且^麵附加^U，J要求的范围内。
向下行进的压力波产生^^/^为"重影(ghost)"的干涉。将所记录的 波场分解为向上和向下^i^J:的技术经常被称为波场分离，或"消除重影"。 由多^J:地震传感器58提供的质点运动数据允许l^lit"重影，，数据，其會M 表示向上^^波场的lt才居。
质点运动传感器，例如上i^口速计和压力梯度传感器，可以对振动噪声非常灵敏。如果没有采用适当的测量，由质点运动传感器釆集的测量值可能因此 包含振动噪声，其可肯摊于錄集到的地震信号中分离。
振动噪声具有相对慢的沿换親线缆的视M变，例如作为一个示例，30 米每秒(m/s)的M;并且如影殳有iMl适当的测量，振动噪声可育^f皮混叠到 质点运动传感器在其中釆集地震信号的频率-波数(f-k)空间(被称为"信号 锥")。
作为更具体的实例，附图2描述了4^震勘测i^f呈中可^4在于特定传感 H^置处的振动噪声104的频率-波数(f-k)空间的示意图100。附图3是出 J脉传感雜置处的振动噪声和信号成分124的f-k空间的示意图120,
参见附图4 (其描述了附图3波数零附近的f-k空间的放大部分)，来自质 点运动传感器的信号成分在传感器的信号锥130中祐耒集。由于振动噪声的混 入，信号锥130还可能不期望地包^#动噪声，如附图才科己134所示。这样， 将m^完4^1f振动噪声^^斤釆集的地震信号中分离出来。通iW每个被记录 的质点运动传感器进行数字滤波，或通ii^t质点运动传感器硬i^M，对于高波 数(信号锥no夕卜部)，振动噪声104可以,錄减，树于振动噪声接近k=0的 一脉波数(位于134)，不^^tt减。
因为振动噪声具有相对慢的沿^i赋缆的浮J1^1, 一种狄混叠的振动 噪声的传统技术是沿线缆密集地间隔分布质点运动传感器。由于密集采样，在
信号锥中没有振动噪声，因为没有混叠。为了去除具有高波数的振动噪声，每 个质点运动传感器可以被记絲数字滤波，或者质点运动传感器可以按阵列被 硬连线。然而，密集釆样方法通常在技术"摊并且可能与相当数量的^f 关。
如附图4所示，混叠的振动噪声134位于f-k域中的相对窄的频带中。在 相对稀疏采样的具有混叠的振动噪声的数据组中，信号成分在振动噪声混回到 信号锥130中的频率处被污染但在更高频率直到下一个在k=0周围具有混叠的 振动噪声的频率(如果振动噪声itJL,率,恒定，那么其将^一个频率 的两倍)处不净皮污染。
依据i^E所述的本发明的实施例，通 '用混叠的振动噪声出踪信号锥 130中的频带间的频率处釆集的质点运动数据以絲it^'j用所采集的压力数据 来填充间隙，混叠的振动噪声的上述特4勤皮考虑。更^^,如下所述，地震
8勘测被控制以^t点运动传感器的频率响应中的陷》^i^上与混叠的振动噪声
出St^t点运动传感器的信号锥130中的频带相符。M点运动数据中导致相 应间隙的该陷波W皮考虑，因为质点运动数据(下文中被称为"Z数据")和压 力数据(下文中被称为"P数据")^^合以产生适当的地震数据的全带宽集。 质点运动数据Z的频i普中的陷波和压力数据P的频镨中的类似陷波归因于向上 ^^向下4f^力波之间的干涉，其形成P和Z波镨中互补的陷波^it。
更*#^,参见附图5，振幅对压力P数据的曲线160和振幅对质点运动 Z数据的频率的曲线150显示互补配置。如更详细的实例，质点运动数据Z曲 线150的峰值151^jt在压力数据P曲线160的陷波164处。类似地，压力数 据P曲线160的峰值161 U^t点运动数提Z曲线150的陷波152处。
感器的间距的函数。依据这里所述的本发明的实施例，勘测的一个或多个方面， 例如拖曳^JL和质点运动传感器间多^皮控制，目的是4吏混叠的振动噪声成分出 ^yuft应于质点运动传感器的频率响应中的陷波的频带中。这样，^il些陷波 频率附近，由质点运动传感器采集的信号成射目对较少，并iUyt频率g力 -质点运动数据組合的输出絲于压力P数据。因此，拟匕频率周围的质点运 动传感器的输出具有高噪声^i可M的并且不影响P-Z组合的输出质量。
参见附图6，概括来说，依据本发明的^^200包括与地震勘测相关g 曳(块202)质点运动传感器。该勘测被控制(块204)以^^点运动传感器的 频率响应中的陷波^^上与混叠的振动噪声出5tW点运动传感器的地震信号 采集空间(即信号锥)中的频带相符。
参见附图7， ^^棘220，勘测数据的处理包括，接收(块224)在拖曳 的同时获得的质点运动数据，使得质点运动传感器的频率响应中的陷^tt^上 与混叠的振动噪声出规M点运动传感器的地震信号釆集空间中的频带相符。
点运动和压力数据以获得数据的4^震带宽集。
振动狄沿4^苋的M可能不是恒定的，狄因为张力沿^i苋的变化。此
外，振动i4^可以在一个位置随时间变化(例如，可以由于拖:^4JL的变化而 变化)。结果是，振动噪声被混叠到信号锥的频带位置可以在时间上和空间上改 变。为了应对改变的振动噪声，几种不同的4H對1^可以被使用。例如，参见附图8,依据本发明的一些实施例，拖缆的深度4^震勘测过程中可以沿它的长
度tt，目的是州^4li动^l沿4^览狄的变化。
因为换^MiyE它的侧「部(即4yW:靠i^l^^船的端部)^T更大的张力， 所以换跳前部附近的振动噪声更快，并且因此，对于给定的间距，混叠发生在 较高的频率。在^i苋的尾部，噪声混叠^A^^f氐的频率。因此，通i^M^部 H^前部拖戋4^i更深，沿4^苋的^t点运动数据z的拖曳^H陷波和"^动 混叠频率匹配。换親深度的变化可以利用换4U:的j^^控制器实现。
因此，参见附图8，依据本发明的一些实施例，^L^250包括与地震勘测 相关地拖曳(块2S4)质点运动传感器。该技术250包#制(块258)勘测以 ^t点运动传感器的频率响应中的陷波^^上与混叠的振动噪声出规在每个质 点运动传感器的地震信号采集空间中的频带相符。该控制包括沿4^苋的狄改 变它的^1以州##动^1沿4^苋狄的变化(并且因此，州尝混叠的振动噪 声的频率变化)。
作为更M的实例，对于60米每秒(m/s)的振动i^^和1.6米(m)的 iJt点运动传感器间距,振动噪声混回到信号锥中的频率是37.5赫兹(Hz)。 为了稀点运动传感雜号的频语中形勤目应的陷波，^i苋的前部在10m的深 度被拖曳。在^i苋的尾部，振动^W:30m/s，并ib t于相同的质点运动传感器 间距，相应的频率陷》议18.75Hz。基于这些錄，4fei苋的尾部在20m的;狄 被拖曳。在^i览的前部和尾部之间，^i览狄随大略线性斷氐的4^i览线缆中的 张力从10到20m ，变化。
另一种^h^y麟缆中张力差的扭术是沿^i苋^l^主传感器间距。在 这方面，对于给定的换親g，质点运动^l:上的陷波频率沿栳^^恒定的。 沿相同拖缆的振动混叠频率("f，)等于i^c/d,其中"d，，是传感器间距，以及"c" 是振动传^1。振动传^i^ c在具有更大张力的^i苋的前^高，并且振 动传^lc沿4^览的^l从前部到尾部^f氐。为了##振动混叠频率恒定， 主传感器间距d沿繊制氐。换句^i兑，质点运动传感器的间5&^4^苋的前部 最大，在拖缆的尾部最小，并iL^前部到尾部i^斷氐。
因此，参见附图9，依据本发明，才t^270包括与地震勘测相关跳曳(块 274)质点运动传感器。该技术270包括控制(块278)该勘测以^t点运动传 感器的频率响应中的陷滋J4Ui与混叠的振动噪声出现M点运动传感器的地
10震信号采集空间的频带相符。》诚制包括改M点运动传感器沿4^览狄的间 距以4Mt^动^l沿4^苋M的变化。
作为更胁的实例，如果假设前部振动iH^60m/s和^^15m，那么 质点运动数据Z中的频率陷》狄25Hz。 ^^克的前部，间距"i5^2,4m以使 振动噪声在25Hz处混叠到信号锥。在拖缆的尾部，在同一深度，振动噪声为 40m/s。因此，在拖缆的尾部，间距为1.6m。在拖缆的前端和尾部，间3队2.4 到1.6m变化。
可以被用来^W尝混叠振动il^在时间上或空间上的差的技术是设计质点 运动传感器阵列来4M尝变化范围。极存、上，质点运动传感器的阵列可以被设 计在4^ith以^fcil"抹去"f-k空间中的振动噪声。因此，参见附图IO，依据本 发明的技术290包括与地震勘观湘关地拖曳(块294)质点运动传感器。该4MC 290包括控制(块298)勘测以4M点运动传感器的频率响应中的陷^i4Ui与 混叠的振动噪声出3^t点运动传感器的地震信号采集空间中的频带相符。该 控制包括以阵列形式设计质点运动传感器以在f-k波镨中^t混叠的振动噪声。
技术250、 270和290是可用来应对混叠的振动噪声的频率在空间上和时 间上的变化的技术的实例。^^据本发明的特定实施例，技术250、 270和2卯的 一个或多个可以^C^且合。
参见附图11，依据本发明的一些实施例，地震数据处理系统320可以"i^f亍 至少^l^^已y^开的用于^hj尝混叠的4^动"^声的才支术。^l据^^发明的一些 实施例，该系统320可以包括处理器350, *—个或多个#^理器和/或微控 制器。依据本发明的特定实施例，该处理器350可以^lrit^^E拖缆30上(附图 1 )、定#船20 Jiil定^^基于地面的处理设^^上(作为实例)。
该处理器350可以净i^接到通信接口 360，其目的是接^W"应于压力和质 点运动测量的地震lfc据。因此，依据这里所迷的本发明的实施例，处理器350 在^^##*震数据处理系统320的务賭器中的指令时，可以接收由多^"t 地震传感器在拖曳的同时采集的多^i:数据，并且可以结合压力和质点运动数 据以适应频率陷波来得到全带宽地震数据集。注意到，依据本发明的特定实施 例，多^数据可以是在数据i^^集时直接从多^t地震传感H^WJ的数 据(对于这种情况，处理器350是勘测系统的"^分，例如A^或4^苋的4 分)或者可以是由地震传感器先前在拖曳的同时采集^H絲和传iH^^如可以位于基于地面的设备中的处理器350的多^t数据。
作为实例，接口 360可以是USB串行总絲口、网絲口、可移动介质 (例如闪存卡，CD-ROM等)接口^1^##恭接口 (作为实例，IDE或SCSI 接口)。因此，依据^JL明的特定实施例，接口 360可以^M1多种形式。
依据本发明的一些实施例，接口 360可以净iCi^接到地震数据处理系统320 的务賭器340并可以存储例如涉及^M^200、 220、 250、 270和/或2卯的^Mt数 据集，如附图才封己348所示。依据本发明的一些实施例，賴器340可以絲 禾踏指令344，其在由处理器350旨时可以^^t理器350 ^ft^X所公开的一 个或多个技术，例如技术200、 220、 250、 270和/或290 (作为一个实例)，如 附图才封己348所示，并在系统320的显示器(未在附图11中示出)上显示经由 这些a^^得的结果。
尽管已4"h^有PIL^量的实施例描述了本发明，但是6#益于^/>^内容的 ^U页域的纟支^Mv员将从其可意识到众多变型^^务改。逸意pM后附的^，J要求 书泉l了所有这些落A^发明的真iE^申和范围内的变型^^"改。
权利要求
1、一种地球物理勘查方法，包括与地震勘测相关地拖曳质点运动传感器；以及控制该勘测以使该质点运动传感器的频率响应中的陷波基本上与混叠的振动噪声出现在该质点运动传感器的地震信号采集空间中的频带相符。
2、 冲M'漆求1的方法，其中该陷波随该质点运动传感器的拖曳深度而变化，以及 控制该勘测的行为包括基于该陷》:^i^上与混叠的振动噪声出#该质点运动传感器的地震信号釆集空间中的频率相符的深度，调整该拖戋深度。
3、 ；M'J^求1的方法，其中该质点运动传感器是位于^i览上的一M点运 动传感器的-^分，该组质点运动传感器中的^-"个在频率响应中具有相关联 的陷波，该方法进一步包拾沿4^苋的^ 4^苋的^>1,以使该相关联的陷波与混叠的振动噪声出 11Ut该质点运动传感器的地震信号采集空间中的频率相符。
4、 权矛决求l的方法，其中该陷波随其上设有质点运动传感器的拖缆的质点运动传感器间距而改变， 以及控制该勘测的行为包括基于该陷波^^上与混叠的振动噪声出现在该质 点运动传感器的地震信号采集空间中的频率相符的间距，选#^亥间距。
5、 ^'J^求1的方法，其中该质点运动传感器是位于4^tli并与传感器间 3M目关联的一^t点运动传感器的一^分，并且该^t点运动传感器中的— 个在频率响应中具有相关联的陷波，该方法进一步包括沿该拖缆的长度改变所述间距，以使该相关联的陷波与混叠的振动噪声出 JJ(L4^^点运动传感器的地震信号采集空间中的频率相符。
6、 权利要求1的方法，其中该质点运动传感器是位于4^苋上的一^t点运 动传感器的,分，该《咸点运动传感器中的^个在频率响应中具有相关联 的陷波，该方法进一步包括以阵列形式构造该^Lt点运动传感器以^t混叠的振动噪声出l^该质点 运动传感器的地震信号采集空间中的频带。
7、 权利要求l的方法，其中该地震信号采集空间包括与由该质,存逸动传感 器采集的地震信号成射目关联的频率-波数空间区域。
8、 一种 ^理勘查方法，包括获得由与地震勘测相关雄曳的质点运动传感器采集的第一《她震数据， 该质点运动传感器具有包括陷波的频率响应，该陷波^^上与混叠的振动噪声 出规在该质点运动传感器的地震信号采集空间中的频带相符；获得由压力传感器在与地震勘测相关^k^曳的同时采集的压力数据；处理该第""^第二^a^震数据。
9、 WJJ^求8的方法，其中该陷波随该质点运动传感器的拖曳^ 化。
10、 W'J^求8的方法，其中该陷波随沿着4^苋的质^逸动传感器间距而 变化，质点运动传感雜于所禱Jth。
11、 拟，JJ^求8的方法，其中该处理包括处理该第""^第二*她震数据 以在J^^该陷波的频率带宽上生M震数据成分。
12、 权矛漆求8的方法，其中该质点运动传感器包括多个质点运动传感器 之一，并且该多个质点运动传感器中的—个具有^^上与混叠的振动噪声出 JJi^该质点运动传感器的地震信号采集空间中的频带相符的陷波。
13、 权利要求8的方法，其中该陷滋M点运动传感器的频率响应中的多 个陷波之一，并且该多个陷波中的^个^J^上与混叠的振动噪声出现在该质 点运动传感器的地震信号采集空间中的频带相符。
14、 一种iW^/理勘查系统，包拾接口 ，用来接>1化与地震勘测相关脇曳的同时由质点运动传感器采集的 第一M震数据，和在与地震勘测相关^曳的同时由压力传感器采集的第二 桑JL^震数悟，该第一纟JL^震数据与包括陷波的频率响应相关联，该陷波^i^上 与混叠的振动噪声出现在该质点运动传感器的地震信号采集空间中的频带相 符；和处理器，利用:H5U'J^求1 -13的方法处理该第一姿脉第二姿她震数据。
全文摘要
一种技术包括与地震勘测相关联地拖曳质点运动传感器，并控制该勘测以使该质点运动传感器的频率响应中的陷波基本上与混叠的振动噪声出现在该质点运动传感器的地震信号采集空间中的频带相符。
文档编号G01V1/38GK101551468SQ20081017695
公开日2009年10月7日 申请日期2008年10月8日 优先权日2007年10月8日
发明者J·O·A·罗伯逊, N·高乔恩, 厄于温·泰根, 阿密特·科马尔·奥祖德米尔 申请人:格库技术有限公司