专利名称：用于海洋地震拖缆数据的完全带宽源消幻影的方法
技术领域：
本发明大体涉及地球物理勘探的领域。更具体地说，本发明涉及对海洋地震拖缆 数据进行消幻影(deghost)的领域。
背景技术：
在石油和天然气产业中，地球物理勘探一般用于协助搜索并且评估地表下 (subsurface)地球地层。地球物理勘探技术带来地球地表下结构的知识，这对于找寻并且 提取有价值的矿物资源(尤其是例如石油和天然气之类的碳氢化合物沉积物来说)是有用 的。地球物理勘探的一种已知技术是地震勘测。在基于陆地的地震勘测中，地震信号在地 球表面上或其附近生成，然后下行进入地球地表下。在海洋地震勘测中，地震信号也可以下 行通过覆盖地球地表下的水体。地震能量源用于生成地震信号，地震信号在传播进入地球 之后至少部分地为地表下地震反射器所反射。这些地震反射器典型地是具有不同弹性特性 (具体来说是声波速度和岩石密度，它们在界面处导致声阻抗的差异)的地下地层之间的界 面。反射的地震能量在地球表面处或其附近、在覆盖水体中、或者在矿孔中的已知深度处由 地震传感器(也称为地震接收机)检测。地震传感器根据检测到的地震能量产生信号，典型 地是电信号或光信号，其被记录用于进一步处理。在执行地震勘测中所获得的表示地球地表下的所得地震数据被处理，以产生与所 勘测的区域中的地表下地球地层的特性以及地质构造有关的信息。处理后的地震数据被处 理，以用于显示并且分析这些地下地层的潜在碳氢化合物含量。地震数据处理的目的是从 地震数据提取关于地下地层的尽可能多的信息，以便足以对地表下地质进行成像。为了标 识存在找到石油聚集的可能性的地球地表下中的位置，大量金钱耗费在收集、处理并且解 释地震数据上。从所记录的地震数据构建对感兴趣的地下地球层进行限定的反射器表面的 过程提供了深度或时间上的地球图像。地球地表下的结构的图像得以产生，以便使得解释器能够选择石油聚集的可能性 最大的位置。为了验证石油的存在性，必须钻井。钻井来确定石油沉积物是否存在是极度 昂贵且耗时的任务。为此，一直需要改进地震数据的处理和显示，从而产生无论是由计算机 还是人来进行解释都将改进解释器之能力的地球地表下的结构的图像，以评估石油聚集存 在于地球地表下中特定位置处的可能性。用于在陆地地震勘测中生成地震信号的适当地震源可以包括爆炸物或振动器 (vibrator)。海洋地震勘测典型地采用舰船所拖拽并且被周期性激励以生成声学波场的潜 水地震源。生成波场的地震源可以是若干类型的，包括小型爆炸物装料、电火花或电弧、海 洋振动器、并且典型地是枪。地震源枪可以是水枪、蒸汽枪、并且最典型地是气枪。典型地，海洋地震源不是由单一源元件组成，而是由空间上分布的源元件阵列组成。这种排布对于 气枪-海洋地震源的当前最常见的形式尤其如此。适当类型的地震传感器典型地包括微粒速度传感器(尤其是在陆地勘测中)以及 水压力传感器(尤其是在海洋勘测中)。有时，微粒加速传感器或压力梯度传感器用来代替 微粒速度传感器，或者除了微粒速度传感器之外还使用微粒加速传感器或压力梯度传感 器。微粒速度传感器和水压力传感器在本领域中通常分别称为地震检波器(geophone)和 水中地震检波器(hydrophone)。地震传感器可以由自身来部署，但更通常的是按传感器阵 列来部署。此外，压力传感器和微粒速度传感器可以在海洋勘测中部署在一起，按配对或阵 列配对而并置排列(collocate)。在典型的海洋地震勘测中，地震勘测船典型地以大约5海里/小时在水表面上行 进，并且包含地震获取装备，例如导航控件，地震源控件、地震传感器控件、以及记录设备。 地震源控制设备使得地震船在水体中拖拽的地震源在所选择的时间激励。地震拖缆(也称 为地震缆线)是由拖拽地震源的地震勘测船或另一地震勘测舰船在水体中拖拽的伸长的缆 线状结构。典型地，多个地震拖缆被拖拽于地震船后面。地震拖缆包含传感器，其用于检测 地震源所发起并且从反射界面反射的反射波场。传统上，地震拖缆包含诸如水中地震检波 器的压力传感器，但除了水中地震检波器之外，还已经利用了包含水微粒速度传感器(例如 地震检波器)或微粒加速传感器(例如加速计)的地震拖缆。压力传感器和微粒运动传感器 典型地部署得紧密靠近，沿着地震缆线按配对或阵列配对而并置排列。在反射波到达拖缆缆线之后，该波继续传播到水表面处的水/空气界面，波从此 处向下反射，并且再次由拖缆缆线中的水中地震检波器检测。水表面是一种良好的反射器， 并且水表面处的反射系数在量级上近乎为1且对于地震信号符号为负。在表面处反射的波 因而将相对于向上传播的波相移180度。接收机所记录的向下传播波一般被称为表面反射 或接收机“幻影”信号。源幻影信号是在向下传播到地表下并返回到接收机之前首先从地 震源向上传播到水表面的波。因为表面反射的缘故，水表面犹如过滤器，其在所记录的信号 中产生谱凹陷，使得难以记录所选带宽之外的数据。因为表面反射的影响，所记录的信号中 的某些频率得以放大，而某些频率却是衰减的。当前在地球物理海洋地震勘探的领域中，船只拖拽非常长的拖缆，其具有很多附 连的地震接收机，典型地，水中地震检波器(但可以采用其它类型的接收机)。这些接收机对 源自地震源声探测(sounding)的散射的声学波场的一部分进行登记。地震源所生成的声 学波场因地球上的反射和折射而被散射。在传统海洋地震获取中，拖缆的接收机位于海表 面之下的特定深度位置处的阵列配置中。因为这种排布的缘故，所谓的一次(primary)反 射，从源到地表下并且随后到接收机的直接响应为来自于从源到地表下行进并且随后经由 海表面到接收机的波的幻影反射所遮蔽。从海洋地震数据移除接收机幻影反射在预处理数 据中是第一阶段，用于增加解析能力。该过程被称为接收机“消幻影”。从海洋地震数据移 除源幻影反射是预处理数据中的另一期望阶段，以进一步增加解析能力。这一过程被称为 源消幻影。因而，需要一种对海洋地震数据进行源消幻影的方法，其甚至在地震数据中存在 谱凹陷的情况下在所有频率保持稳定。此外，该方法应在没有地表下的任何先验知识的情 况下操作。并且对应后向拉普拉斯变换定义如下
发明内容
本发明是一种方法，用于将海洋拖缆中所记录的地震数据转换为源消幻影后的地 震数据。获得从所述海洋拖缆记录的地震数据，其被分类为接收机收集。使用复拉普拉 斯频率参数来将所述地震数据从空间-时间域变换到谱域。使用基于物理的预条件算子 (preconditioner)将迭代共轭梯度方案应用于所述变换后的地震数据，以将最小二乘解提 供给用于源消幻影方程系统的正规(normal)方程集合。将所述解逆变换回到空间_时间 域，以提供对地球地表下成像有用的源消幻影后的地震数据。
通过参照以下详细描述和附图，可以更容易地理解本发明及其优点，其中
图1是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的本发明第一实施例的流程图； 图2是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的本发明第二实施例的初始部分 的流程图3是示出始于图2的用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的本发明第二实施例的 最后部分的流程图；以及
图4是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的迭代预条件共轭梯度方案的本 发明实施例的流程图。虽然将结合本发明优选实施例来描述本发明，但应理解，本发明不限于此。反之， 本发明意欲覆盖可以包括于所附权利要求所限定的本发明的范围内的所有替换、修改以及 等同。
具体实施例方式用于对海洋地震数据进行源消幻影的一个过程是分解地震波场，以产生上行波 场分量。用于将地震波场分解为上行波场分量和下行波场分量的一种方法是求解傅立叶类 型方程系统，其中，解得自具有良好定义的傅立叶核的系统的求逆。在该方法的一个示例 中，方程系统是在拉普拉斯域中推导的，其中，从空间-时间域(X，t)到拉普拉斯域(X，s) 的前向拉普拉斯变换通常定义如下
权利要求
1.一种方法，用于将从海洋拖缆记录的地震数据转换为源消幻影后的地震数据，包括使用可编程计算机来执行下述内容 将从所述海洋拖缆记录的地震数据分类成共用接收机收集； 使用复拉普拉斯频率参数来将所述地震数据从空间-时间域变换到谱域； 使用基于物理的预条件算子将迭代共轭梯度方案应用于所述变换后的地震数据，以将 最小二乘解提供给用于源消幻影方程系统的正规方程集合；以及将所述解逆变换回到空间-时间域，以提供对地球地表下成像有用的源消幻影后的地 震数据。
2.权利要求1所述的方法，其中，使用复拉普拉斯频率参数包括 确定所述复拉普拉斯频率参数的非零实部；获得针对地震接收机位置的所记录的地震数据；使用所述复拉普拉斯频率参数来将针对地震接收机位置的所记录的地震数据从空 间-时间域变换到空间-频率域；获得针对频率的变换后的地震数据；以及使用所述复拉普拉斯频率参数来将针对频率的变换后地震数据从空间-频率域变换 到谱域。
3.权利要求2所述的方法，其中，所述复拉普拉斯频率参数s由如下给出其中，j是虚单位，ω是角频率，f是频率，ε是所确定的复拉普拉斯频率参数s 的非零实部。
4.权利要求3所述的方法，其中，使用所述复拉普拉斯频率参数来变换所记录的地震 数据包括使用拉普拉斯变换将散射的声学波场从空间-时间
5.权利要求4所述的方法，其中，使用复拉普拉斯频率参数来变换所述变换后的地震 数据包括通过以下将散射的波场
6.权利要求5所述的方法，还包括确定方程系统，用于对针对频率的变换后的地震数据进行源消幻影； 确定源消幻影方程系统的正规方程集合；以及 将基于物理的预条件算子应用于正规方程集合。
7.权利要求6所述的方法，其中，确定用于源消幻影的方程系统包括应用以下方程其中，系统矩阵由以下给出
8.权利要求7所述的方法，其中，确定正规方程集合包括应用以下方程其中，矩阵由以下给出
9.权利要求7所述的方法，其中，所述预条件算子包括水平源分布的系统矩阵的逆。
10.权利要求9所述的方法，其中，应用预条件算子包括应用以下方程
11.权利要求1所述的方法，其中，应用迭代共轭梯度方案包括 按照如下选择迭代计数k=0的初始估计
12.权利要求11所述的方法，其中，所述误差准则由以下给出
13.权利要求5所述的方法，其中，对所述解进行逆变换包括应用以下方程
14.一种在其上存储有计算机程序的计算机可读介质，该程序具有在操作中使得可编 程计算机执行包括下述各项的步骤的逻辑将利用海洋拖缆记录的地震数据分类成共用接收机收集； 使用复拉普拉斯频率参数来将所述地震数据从空间-时间域变换到谱域； 使用基于物理的预条件算子将迭代共轭梯度方案应用于所述变换后的地震数据，以将 最小二乘解提供给用于源消幻影方程系统的正规方程集合；以及将所述解逆变换回到空间-时间域以提供源消幻影后的地震数据。
15.权利要求14所述的介质，其中，使用复拉普拉斯频率参数包括 确定所述复拉普拉斯频率参数的非零实部；获得针对地震接收机位置的所记录的地震数据；使用所述复拉普拉斯频率参数来将针对地震接收机位置的所记录的地震数据从空 间-时间域变换到空间-频率域；获得针对频率的变换后的地震数据；以及使用所述复拉普拉斯频率参数以将针对频率的变换后的地震数据从空间-频率域变 换到谱域。
16.权利要求15所述的介质，其中，所述复拉普拉斯频率参数s由以下给出
17.权利要求16所述的介质，其中，使用所述复拉普拉斯频率参数来变换所记录的地 震数据包括使用拉普拉斯变换将散射的声学波场从空间-时间 ^i^fd域变换到空间-频率 (Af Hs、域，从而
18.权利要求17所述的介质，其中，使用所述复拉普拉斯频率参数来变换所述变换后 的地震数据包括通过以下将散射的波场Jfcf从所述空间-频率域变换到谱域
19.权利要求18的介质，还包括确定方程系统以用于对针对频率的变换后的地震数据进行源消幻影； 确定源消幻影方程系统的正规方程集合；以及 将基于物理的预条件算子应用于正规方程集合。
20.权利要求19所述的介质，其中确定用于源消幻影的方程系统包括应用以下方程
21.权利要求20所述的介质，其中确定正规方程集合包括应用以下方程
22.权利要求20所述的介质，其中，所述预条件算子包括水平源分布的系统矩阵的逆t
23.权利要求22所述的介质，其中，应用预条件算子包括应用以下方程
24.权利要求14所述的介质，其中应用迭代共轭梯度方案包括 按照如下选择迭代计数k=0的初始估计
25.权利要求M所述的介质，其中，所述误差准则由以下给出
26.权利要求18所述的介质，其中对所述解进行逆变换包括应用以下方程
全文摘要
本发明涉及用于海洋地震拖缆数据的完全带宽源消幻影的方法。获得海洋拖缆中所记录的地震数据，将其分类为共用接收机收集。使用复拉普拉斯频率参数将所述地震数据从空间-时间域变换到谱域。使用基于物理的预条件算子将迭代共轭梯度方案应用于所述变换后的地震数据，以将最小二乘解提供给用于源消幻影方程系统的正规方程集合。将解逆变换回到空间-时间域，以提供对地球地表下成像有用的源消幻影后的地震数据。
文档编号G01V1/36GK102121997SQ20101057674
公开日2011年7月13日 申请日期2010年12月7日 优先权日2009年12月7日
发明者D. 里延蒂 C., P. 佩奇 C., T. 富克马 J., M. 范登伯格 P., G. 范博尔塞伦 R. 申请人:Pgs 地球物理公司