专利名称：海洋地震学测量中船舶移动影响的校正方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明总地涉及海洋地震等，其中移动的船舶产生地震波并检测其反射。更具体地，本发明涉及用于船舶移动的检测地震波的校正。
地震学领域集中致力于使用人工产生的弹性波来定位矿层，如碳氢化合物、矿石、水及地热储藏。地震学亦用于考古之目的并用来获得工程的地质信息。勘探地震学可提供数据，当它与另外可得到的地球物理、钻孔及地质数据相结合时可提供关于岩型的结构及分布和它们内含的信息。
许多石油公司依靠地震学测量数据的分析选择将投资营建石油勘探钻井的地点。尽管地震学数据用于描绘地质结构而非直接地发现石油，但地震学数据的收集已成为选择勘探及开发矿井地点的不可缺少部分。经验表明，使用地震学数据大大地改善了成功投资的几率。
地震学数据的采集将在陆地上及海上按程序进行。在海上，地震学船舶当其向前移动时使用船后方的飘带或缆绳。该飘带包括总地如
图1中所示构型的多个接收器。飘带110跟在船100后面移动，船沿箭头101方向移动。如图1中所示，源112也拖在船100的后面。源112及接收器114通常展开在海平面70以下。飘带110也包括电缆或光导纤维缆，用于使接收器114及船100上的地震学设备相连接。飘带通常由25至100米长度的绳段构成，及包括多至35或更多均匀间隔的接收器组。飘带可为数英里长并且通常一个地震学船后面跟随多个飘带以增加地震学数据的采集量。数据在接收器114附近被数字化并通过电缆以每秒7(或更高)百万数据位的速率发送给船100。船上的处理设备控制尾随源及接收器的工作并处理收集数据。
地震学技术可估算海表面70及海表面下层结构、如低于海床63的结构层60之间的距离。通过估算到海下结构层的距离，可以确定出该结构层的几何或地形状况。一定的地形特征将指示石油和/或天然气的储藏。
为了确定到达海下结构层60的距离，源112发射地震波115，它被海下结构60反射。反射波被接收器114检测到。通过确定地震波115从源112进行到海下结构60并到接收器114的时间间隔，可以获得对到达海下结构60的距离的评估。
在海洋地震学中使用的接收器被通称为水听器(hydrophones)或海压听收器，并通常使用压电传感器构成。合成压电材料，如硅酸钡，钛酸钡或铌酸铅(leadmataniobate)通常被使用。压电材料片当遭受到机械弯曲时将在两对立面上发生电压差。这些表面上的薄电镀层允许对该器件形成电连接，由此可以测量这些电压。该电压正比于作为通过水传播的地震波能量结果的、由接收器受到的机械弯曲或压力变化的量。可以获得各种类型的水听器，如盘式水听器及圆柱型水听器。
对于地震学测量使用了两种类型的地震波源来产生地震波。第一类型的源包括脉冲源，它产生高能短时间宽度的脉冲。由源发射脉冲到由接收器检测反射脉冲之间的时间用于在勘测中确定到达海下结构层的距离。脉冲源及相应的数据采集及处理系统是相对简单的。但是，在某些情况下，地震学技术使用脉冲源所需的能量幅值可能对源112紧邻的海洋生物有害。
与脉冲源有关的环境保护导致使用另一类型的地震波源，它产生低幅值的振动能量。使用这种源的测量技术被称为高保真度震动地震波(“HFVS”)技术。不是将高幅值压力脉冲在很短时间周期中压入海洋，振动源是在典型为5及7秒之间的时间周期上发射低幅值压力波。此外，振动源的频率可从5至150HZ地变化，尽管具体的低及高频？系统而异。源的频率可相对时间线性地或非线性地变化。频率的变化通常称为“扫频”。因此，扫频在5从150HZ之间及其周期为5至7秒。地震波振荡的幅度是可变的或保持为恒定幅度。但该振荡的幅值远低于脉冲源的幅值，使用HFVS地震波技术几乎没有环境保护问题。
地震学测量船必须前进，因为地震波的测量将对于许多原由作出记录。参照图1，设在飘带上的水听器114、连接导线及应力件被放置在一个直径为4-5英寸的氯丁橡胶管(未在图1中示出)的内部。然后使该管注入足够的比水轻的液体以使飘带自然飘浮。约为300英尺长的飘带110的导入部分及各约50米长的多段部分跟随在船尾及包括接收器的飘带部分116之间。一个偏置器113将飘带部分116拖到适合的工作宽度上。深度控制器(未示器)被固定在沿飘带长度各处的飘带上。这些装置检测流体静态压力并使鸟翅倾斜，以便使其上的水流能升高或降低飘带至所需深度。控制器企图保持的深度可通过由飘带电缆传送的信号的控制，因此其深度可根据需要改变。为使飘带深度控制系统有效地工作，船100必须以接收四节的速度通过海水前进。
其次，飘带110通常是柔性的缆绳，因此船必需前进，以保持源及飘带之间及各飘带本身之间的所需固定间隔。源及飘带之间的间隔在海洋地震学测量中是重要的，并当作出地振波测量时该间隔需保持不变。
第三，地震波测量船常使用多个飘带，其中使用偏置器使飘带之间保持固定间隔。当船向前时偏置器从侧面压着飘带。如果没有偏置器，各飘带可能相互缠绕。船速将确定飘带之间的间隔量。
第四，地震波测量船每天必须覆盖尽可能多的海洋表面，因为船的操作费用大。为了这些及另外的原因，地震波船必须向前移动并同时进行测量，及前进速度必须合理地恒定。典型的船速约为每秒2-3米。由于飘带展开在船后方，源及接收器也以每秒约2.5米移动。
虽然如上所述，船的移动是必须的，但移动使收集地震波数据失真或“模糊”。概括地说，由于当进行数据采集时船及由此源和接收器的移动，使结果模糊。通常可理解，船移动对地震波数据的模糊影响是出于两个可分解的单独现象-源移动及接收器移动。虽然，接收器从源被拖在船后方，并由此与船以相同速度移动，但源移动对数据的影响经分析与接收器移动的影响无关。在基于脉冲源的地震波系统中源移动比接收器移动的影响小，因为当源发射短脉冲期间，源移动了可忽略的量。在HFVS系统中数据的模糊包括来自接收器及源移动的重大影响。因此，该HFVS采集数据应对接收机及源移动两者进行校正。
与地震波船工作相关的高成本要求所使用的方法及处理是高效率的。因此希望在尽可能短的时间中作最大的数据收集。因为扫频的长度(通常为5秒或更多)，HFVS源典型每10至20秒再启动。因为船速(2-3米/每秒)关系，HFVS系统必须每25至37.5米就被启动。如果船以较低速移动时在一个地点可采集较多数据，飘带的控制将会失去，且每天只能覆盖较小的海面，由此增加了在所需海洋区域作地震波测量所需的成本。
至少已作出一种尝试来校正接收器及源的移动对HFVS记录数据的影响。在题为“源及接收器的移动对地震波数据的影响”(Hampson及Jakubowicz著，Geophysical Prospecting，1995，p221-244)的文章中，公开了一种用于校正接收器及源移动的方法。虽然Hampson及Jakubowicz的方法具有理论上的优点，该方法使用在传统的海洋地震学系统上是不实际的，因为要求HFVS源的起动具有时间及空间上的间隔，这是不实际的。众所周知，对于以速度V通过介质如水、及具有频率F(即每秒完整周期的波形数)的波，速度V将通过波长度即波长(λ)与频率F相关，其关系为V＝F·λ (1)因此波长λ为V/F。在水中，地震波以约1500米/秒(约每小时3325英里)的已知速度传播。如果最高扫频频率假定为每秒60周(或60“Hz”)则这种地震波的波长为25米(1500/60)。为了避免已知为“aliasing”的一定类型的数据失真，源必须在至少半波长间隔上再启动。因此，要使Hampson及Jakubowicz的方法能工作，振动源必须至少每12.5米起动，最好更快些。为了能以这样窄的间隔起动源，船必须以比优选的3-4米/秒低得多的速度前进。
因此有利的是，提供一种用于海洋应用的实际地震学系统，它能校正船移动的数据，而没有Hampson及Jakabowicz方法固有的低效率。这种系统最好对接收机及源移动两者进行校正，并以低成本高效率方式达到。尽管这有明显的优点，但至今开发这种系统的所有尝试均失败。
以上所列问题的大部分将被本发明的地震波测量及处理系统得到解决。这里所公开的系统消除了由船移动产生的海洋地震波数据中的失真。根据本发明，当船以恒速前进时，在船后拖有一个或多个地震波源及飘带。该地震波源发射地震波，它通过水传播并在海床以下岩层之间的界面上被反射回来。源及接收器的移动导致记录的地震波数据的失真，这可使用Doppler理论来模拟。对于源移动的数据校正最好与接收器移动的校正无关。根据一个优选实施例，首先使用各种技术中的任一种对于接收器移动校正地震波数据然后再对于源移动校正数据。
用于校正源移动的技术包括使接收机校正数据与参考扫频信号相关，执行转换(如F-K转换)，基于选择的转换数据子集执行逆转换(如逆F-K转换)，及对于由逆F-K转换的结果数果计算适应的校正滤波系数。逆转换数据相应于从海下结构以称为倾(dip)角的具体角度向上移动的地震波能量。对于每组逆转换数据计算适应的Doppler校正滤波系数，及对于所有F-K转换数据子集重复该处理。将Doppler滤波系数施加给地震波数据，及将滤波的数据加在一起。
对于本领域的熟练技术人员来说，在阅读了以下本发明的详细说明时将会明白本发明的这些及另外的优点。
当以下对本发明的详细说明是结合附图考虑时将能得到对本发明的更好理解。
图1表示作地震波测量的船及拖带的包括地震波源和多个接收器的飘带组；图2表示根据本发明优选实施例的地震波测量系统；图3表示对由源和接收器移动引起失真的地震波数据校正的优选方法；图4表示来自多个接收器的示例压力及接收器移动对数据的失真影响；图5表示对由接收器移动引起失真的地震波数据校正的优选方法；图6表示在F-K域中地震波数据的示例图；图7表示多接收器的示范点记录，其中仅是恒定浸入角上的数据被包括在点记录中；图8表示视在波速及真实波速之间的关系；图9表示对图6的点记录构成及施加Doppler位移滤波系数的优选方法；图10表示与移动源、单点散射器及接收器相关的几何图；图11表示对于多个散射器计算Doppler位移校正滤波系数的优选方法。
本发明对于拖动的地震波接收器及源的移动校正由海洋地震波系统收集的地震波数据。为简明起见，将参照“散射器”(也称为“scatterer”)来描述该技术，散射器是位于相邻海下岩层之间物理界面上的反射点。因为海下界面由许多点散射器组成，可通过仅将来自每点散射器的结果相叠加来描绘整个界面。
现在参照图2，根据该优选实施例构成的地震波系统50包括地震波测量及处理系统51，用户输入装置59(最好为键盘、按钮、开关及控制手柄)，显示装置52，一个或多个地震波源112及地震波接收器114的一个或多个电缆(也称飘带)。接收器电缆也称“收集器”。地震波测量及处理系统51包括与数据存储单元54相关的处理单元53及源和接收器接口单元56。应理解，地震波测量系统50可包括图2中未示出的另外部分。用户输入装置59允许用户将指令及结构信息输入到系统50中。显示装置52对用户提供数据、结构信息及状态信息的可视显示。源及接收器最好通过光导纤维缆57与地震波测量系统相连接。源112包括任何合适的地震波源、如HFVS源及脉冲源。接收器114包括合适的听水器式接收器，它包括基于压电的器件或任何另外合适类型的地震波接收器。
处理单元最好控制地震波测量系统50的操作，将数据存储到存储单元54中(它最好为磁带、硬盘或CD ROM驱动器)，并操制源112及接收器114的操作。由接收器检测到的地震波信号被传送到地震波测量系统，由处理单元52处理并存储在存储单元54中。
现在参考图2及3，在以下讨论中作更详细的解释，地震波测量及处理系统51最好根据流程图150所示的方法对于接收器114及源112的移动校正所记录的地震波数据。另一方式是，可将地震波数据记录在磁带或磁盘上，并再传送到远离地震波船位置上的另外计算机系统，用于根据该优选实施例的技术进行分析。首先在步骤160上该优选数据校正方法校正接收器移动的影响，然后在步骤170-240中对于源移动的影响校正数据。这些步骤中的每个解释如下。对于接收器移动的校正(步骤160)现在参照图4，接收器125、126、127、128的收集器114用每个接收器记录的压力信号120来表示。压力信号120被通称为“点记录”。时间沿垂直轴表示，及距离沿水平轴表示。对于一个接收器125表示一个示范扫迹，为简明起见，使用直线来代表剩余点记录。
如果在记录点记录时接收器没有移动，扫迹120将记录在固定位置上，因此它仅将是时间的函数，而非空间的函数。因为接收器被拖在移动船的后面(假定移动到图4的右边)，因此每个点记录不仅作为时间而且也作为空间的函数，如对于每个接收器用扫迹122表示。扫迹122表示接收器拖在船后时的扫迹。因此，在点记录122上的每个数据点代表在具体时间及空间点上由接收器传感到的地震波压力。
仍参照图4，假定每个接收器在点记录开始时定位在位置r0处。因此，接收器125开始于位置r1250，接收器126开始于位置r1260，接收器127开始于位置r1270，及接收器128开始于位置r1280。起始位置r0及终点位置之间的距离是接收器速度的函数。为了讨论的目的，假定接收器速度及源的速度与船速相同，虽然在理论上，由于飘带110弹性的因素，速度可稍有区别。
在图4中点记录122表示为斜直线。因为假定接收器速度恒定，这些线(代表压力波)为直线。如果接收器速度为Ur，则在点记录时，任何时间t上每个接收器的位置为r0+Urt。点记录122的线性斜距等于随时间变化的空间位移。如果P(s，Ur，S(t)，r，Urt)代表作为源位置S，源速度Us，由源产生的地震波信号Sct)，接收器位置r，接收器速度Ur及时间t的函数的点记录幅值(压力)P，则随时间变化的空间位移可数学模拟为P(s，Us，S(t)，r，Ur，t)与“狄拉克”δ函数(也称为“单位脉冲”)的卷积。
P(S，Us，S(t)，r＝R0+Urt，Ur，t)＝P(s，Us，S(t)，r＝r0，Ur，t)*δ(r0+Urt)(2)式中算子*表示卷积及δ表示δ函数。两个函数(一个函数代表在时间或空间各个点上的一系列值)的卷积是公知的数学运算，它涉及用根据输入元幅值定算的输出函数来取代一个函数的每个元，然后将输出值叠加。对于卷积更详细的说明，可参考“勘探地震学”(Sheiriff及Geldart著剑桥大学董事会出版社发行，1995，第279-281页)。
式(2)中由δ(r0+Urt)表示的空间位移可通过在反方向用空间位移转动式(2)的结果来消除。因此对接收器移动的校正为P(S，Us，S(t)，r0，0，t)＝P(s，Us，S(t)，r＝r0+Urt，Ur，t)*δ(r0-Urt) (3)在式(3)中，空间位移点记录与δ函数δ(ro-Urt)的卷积产生出使接收器固定(Ur＝0)在位置r0上的点记录。因此，接收器移动对点记录的影响被用代表空间位移的δ函数来转换点记录而得到校正。应该理解，以上的分析涉及作为时间和空间(所谓时间域及空间域)函数出现的函数及其数学运算。
用来校正接收器移动点记录的另外方式也可得到。例如，在式(3)中作出的校正可用频域来表示，其中所有函数不随时间而是随频率变化。可以使用称为傅里叶变换的数学运算使函数从其时域或空间域表达转换到频域。涉及傅里叶变换的频率包括时间及空间频率。δ函数δ(r0-Urt)的傅里叶变化为e-i2πkurt，其中i表示虚数(-1的平方根)，K表示空间频率(也称为波数)及π是公知常数并公知，时间及空间域中的卷积等效于频域中的乘法。因此，等式(3)中导入的用于校正由接收器移动引起的空间位移的空间位移可在频域中表示为点记录的傅里叶变换与e-i2πkurt的积P(f，k)·e-i2πkurt(4)式中P(f，k)是点记录的傅里叶变换并为时间频率f及空间频率K的函数。符号“·”表示乘。
现在参照图2、3及5，该地震波测量系统50通过首先在步骤162中使用式(4)计算点记录的傅里叶变换来消除接收器移动的影响。地震波测量及处理系统51使用任何一种公知技术，如快速傅里叶变换来计算该傅里叶变换。在步骤164中，该地震波测量及处理系统51将点记录的傅里叶变换乘以表示为e-i2πkurt的式(3)δ函数的傅里叶变换。最后，在步骤166中，通过称为逆傅里叶变换的公知技术运算将步骤164中的积转换回时间及空间域。
再参照图4来描述校正接收器移动的另一方法，以校正接收机移动的点记录。该方法将参考一种接收器、如接收器127来描述。在该方法中，地震波测量及处理系统51选择来自接收器的数据，而接收器这时接近点记录被固定的地点。例如，为将点记录固定在位置r1270上，当每个接收器接近位置r1270时，地震波测量系统选择来自接收器127，126及125的点记录位置。被地震波测量及处理系统51选择的点记录部分用标记127a，127b及127c表示。于是，地震波测量系统选择来自接收器127的点记录的开始部分127a，直到接收器移动距离约等于距地点r1270的半组间隔时为止。在此时，地震波测量及处理系统51选择来自接收器126点记录的中间部分127b，直到接收器也移动到距地点r1270半组间隔时为止。最后，由系统51选择来自接收器125的最后点记录部分127c上。
上述方法仅是校正接收器移动方法的示例，但本发明并不企图局限于任何具体方法。最好，在接收器移动校正随后，地震波测量及处理系统51对于源移动校正数据。对于源移动的校正(步骤170-240)参照图3，在对于源移动的数据校正优选方法150中，地震波测量及处理系统51使数据与HFVS参考扫频信号相关(现在该数据是由步骤160对于接收器移动校正后的数据)。HFVS参考扫频信号可为任何所需的扫频信号，并可包括线性扫频(在扫频时频率以恒定速率变化)或非线性扫频(在扫频时频率以可变速率变化)。如以下将解释的，在HFVS系统中相关步骤170是必需的，以便使相对长的扫频压缩到短间隔的扫频。
地球可被理解为地震波能量的滤波器。即，如果地震波能量被输入到地中，定位在地面上的接收器将接收地震波能量，但其特性已被地改变。当地震波经过地中时改变它的各种因素包括(a)靠近源的区域能量的强度及吸收常为最大；(b)包括海下界面的散射器的响应(地震波工作企图寻找的信号)；(c)近表面区域，它对改变波具有不成比例的作用；及(d)由于吸收，波转换，多重及散射等的附加改变作用。实际上，接收的记录不仅有原始地震波反射，而且有多重、绕射、散射波、反射折射、表面波等，所有的在时间上相重叠。
通常，滤波器是对于给定输入信号产生输出信号的系统。如果滤波器的脉冲响应是已知的输出信号可被计算。脉冲响应是由滤波器对于给定脉冲输入信号产生的输出信号。输出信号为输入信号与滤波器脉冲响应的卷积。
由接收器检测到的地震波信号代表受上述各因素影响的输入参考信号。地震波数据(或“Seismograms”)对确定油及气的储藏位置是有用的，此时数据代表仅被包括海下界面的散射器作用的输入参考信号，它与也受上述信号变化影响的参考输入信号形成对照。散射器对地震波通过地传播的影响被称为地的脉冲响应。由于上述附加信号改变因素，在HFVS中被接收器接收的地震波信号与地的脉冲响应信号具有很少相似性。地震学工作是希望确定地的脉冲响应，由此除去对数据的影响，后者不是地震学测量者感兴趣的。
为了从记录数据中消除长扫频间隔，地震波测量系统50最好使记录数据与参考扫频信号相关。两个数据组的相关是公知的数学运算，其中一数据组相对另一数据组移动可变的量，两组数据的相应值彼此相乘及将各乘积相加，给出相关值。在步骤170中，如图3中所示，来自步骤160的已被对于接收移动校正的数据将与参考扫频信号相关。
在步骤180中，对来自步骤170的相关数据执行F-K变换(F表示时间频率，及K表示空间频率或波数)，但也可使用另外合适的变换，如拉普拉斯变换，radon变换及τ-P变换。F-K变换是傅里叶变换，其中作为时间t及空间×的函数的信号被变换成频率f及波数K的函数的信号。变换信号可被绘制成称为F-K图的图，如图6中所示。将时间及空间域的函数转换成频率及波数域的变换称为正向F-K变换。类似地，将频率及波数域的函数变换回时间及空间域被称为反向F-K变换。正向F-K变换在数学上用双重积分表达P(k，f)＝∫∫p(x，t)e-i2π(Kx+ft)dxdt (5)式中P(k，f)为P(x，t)的F-K变换。反向F-K变换(在步骤200中执行)被表示为P(x，t)＝∫∫P(k，f)e-i2π(kx+ft)dkdf (6)再参照图3，在步骤190中，地震波测量系统从F-K图中选择恒定时间数据斜段(如下所述)。该步骤参考图6、7及8可最好地理解。图6表示图7的变换点记录的F-K图。以每秒周期数或“赫兹”(Hz)为单位的测量频率表示在垂直轴上，及以每米周期数为单位的测量波数表示在水平轴上。F-K变换数据在F-K图中由部分191表示。
起始于F-K轴原点及向外延伸的每根直线、如线194、195、196代表具有具体现有速度的地震学数据。此外，每个直线的斜率等于现有速度。参照图7，它表示接收器125、126、127、128及地震波132在箭头129方向上通过大地(包括水)传播。线130代表地震波132的传播方向并与垂直线134形成一角度。该角度称为到达角、视在倾角，或简称为倾角，它在图7及8中表示为QDIP。于是，在此应用中，线130被称为到达倾线。
参照图8，直线133垂直于倾线130，由于它们以角度QDIP向上移动，被概称为波132的波前。波前133以称为真空速度Vtrue的确定速度通过大地传播。通过水传播的地震波真空速度约为1500米/秒(3325英里/小时)，并通常考虑是恒定的。该速度可易于使用任何一种公知技术来确定。
参照图8，真空速度矢量的水平分量被称为视在速度Vapp。该视在速度Vapp为Vapp＝Vtrue/Sin(QDIP) (7)式中“Sin”是三角正弦函数。视在速度具有的物理意义是，它作为被接收器检测的地震波132的速度。当波前133向上移动时，接收器128将在接收器127以前检测到它。此外，由于接收器127及128之间的距离及其之间的时间间隔，这时波前先被接收器128检测到然后再被接收器127检测到，被前可视为在水平方向以速度Vapp传播。
如由等式(7)可看到的，当Vtrue为恒定时，Vapp反比于倾角QDIP的正弦函数。因此，图6中F-K图的每根直线其斜率为Vapp，它确定了图7和8中的倾角QDIP。此外，在图6的F-K图中沿直线、如直线195的数据仅代表以具体倾角传播的地震波能量，不包括以所有另外速度向上传播地震波能量。
现在参照图3、6及7，地震波测量及处理系统51最好通过在步骤190(图3)中从F-K域选择恒定时间斜段来对源移动校正数据。一个示例的恒定时间斜段在图6中表示为以直线194及196为边界的数据部分191。因为在F-K图中线194及196确定出馅饼状楔形，包含在线194、196之间的数据被称为恒定时间斜段或“？饼段”。在步骤200中，通过选择F-K数据的馅饼段及将所选的？饼段作反向F-K变换，地震波测量及处理系统51仅选择在由直线194及196的斜率确定的倾角范围内通过大地向上传播的地震波能量。因此，根据本发明的该优选实施例，在步骤199中选择F-K数据的恒定时间斜段，及在步骤200中作反向F-K变换。该馅饼段可选任何所需尺寸，并通常是所需精度的函数。因此该馅饼段的尺寸涉及角度QDIP±ΔQDIP的区域。
步骤200的结果是对接收器移动校正的点记录，及代表相应于倾角QDIP±ΔQDIP区域的地震波能量，它涉及如上所述的由馅饼段确定的视在速度。应当理解，在倾角QDIP上的地震波能量包括沿线130被散射器折射数百万次地震波的叠加。使用基于传统Doppler理论上的原理，可对源移动作出数据校正。
为了理解Doppler理论的应用，可参照图7，其中源112从HFVS扫频开始的位置S0移动到扫频结束时的位置Send。点散射器140、142、144代表沿线130分布的示例散射器。线145及146代表地震波分别从起始源位置S0及终点源位置Send移动到点散射器140的方向。可对散射点142、144画出地震波的类似线段。被散射点140、142、144反射的地震波向上以倾角QDIP沿线130传播。
如图所示，源112从左向右移动并由此从散射器140移开。因为源从散射器移开，发射的扫频源信号周期将好象变长。换一种方式，扫频的长度好象从散射器140的主点开始而变长。这种频率的变化及扫频长度的变化在Doppler理论中称为频移。但是，在该例中，在扫频时源接近散射器144，因此扫频从散射器144的主点开始变短。散射器142在其扫频中移动时位于源轨迹中点以下，因此与散射器142相关的是零净频移。此外，由源移动产生的失真可使用Doppler理论用频移幅值来表示。如下面能看到的，可对每个散射器位置或散射器位置区计算Doppler位移幅值，并可设计合适的滤波器来校正数据的失真。
现在参照图9，用于计算及施加Doppler校正滤波来校正源移动的优选步骤210包括首先在步骤212中计算失真的幅值。因为Doppler频移在每个散射器位置上改变了扫频的长度，由源移动产生的失真幅值可以通过对每个散射器扫频的长度改变的计算来表示。以毫秒为单位的扫频长度的改变被称为扩张(或压缩)，因此，在步骤212中对于每个散射器计算扩张值。扩张值随散射器位置改变并由此在步骤214中被分成定时门，由此地震波测量及处理系统51能在步骤216中对每个定时门提供校正滤波。最后，在步骤218中，地震波测量及处理系统51对点记录提供校正滤波以校正扩张。
现在参照图10，与求得对于散射器140扩张有关的几何图包括从开始扫频时的起始位置S0移到扫频结束时的终点Send的源112。散射器140位于静态接收器127以下深度Z处并距该接收器的距离为X。距离H表示接收器及在起始位置S0上的源112之间的距离。角θr是从倾线130到水平轴的角度。角度θr与角度QDIP相关，有θr＝90-QDIP。一旦从F-K域中选出数据的恒定时间馅饼段，则Qr就被确定。来自位置S0上源的地震波沿线145按指定方向传播，从散射器140反射出来并沿线130传播到接收器127。类似地，由位置Send上的源112反射的地震波沿线146在所指方向上传播，及从散射器140反射出来并沿线130传到接收器127。扩张量被计算为地震波从起始位置S0的源112传到接收器127的时间与从源在其终点位置Send时源到接收器的传播时间之间的差。考虑到地震波沿线130在散射器140及接收器127之间以相同时间量传播，扩张值可简化为波从位置S0的源沿线145到散射器140的传播时间与波从位置Send的源沿线146到散射器140的传播时间之间的差。如果TS0表示沿线145的前一时间，及Tsend表示沿线146的时间，则扩张值为DIL＝Tsend-TS0(8)式中DIL为扩张量。当Tsend大于TS0时DIL为正(即源移开散射器)及当Tsend小于TS0时为负(源移向散射器)。
再参考图10，运用勾股定律VT=X2+Z2+(H-X)2+Z2---(9)]]>和 Z＝Xtan(θr)(10)式中V是地震波在水平的传播速度(1500米/秒)。T是地震波从S0处的源沿线145传到散射器140与沿线130传到接收器127的时间。式(9)可改写成二次方程并可解出X有，X=-B±R2-4AC2A---(11)]]>C＝H4+V4T4-2H2V2T2(12)A-4(H2-V2T2[1+tan2(θr)])(13)B＝4H(V2T2-H2)(14)应当指出，当线向下倾斜到右方时，式(11)中的X为正值，而当向上倾斜到右方时X为负值。使用式(11)，可在时间T时计算X，一旦X已知，可使用式(10)计算Z。对于每个常量Qr计算X及Z可对地震波测量提供时间T时的散射器位置。
式(8)可改写为DIL=(H+usTSL-X)2+Z2-(H-X)2+Z2---(15)]]>式中Us是源速度及TSL是扫频的时间长度。如在检验式(11)-(15)时可看到的，DIL是散射器位置(X及Z)、T、船速Us及扫频长度TSL的函数。此外，与T＞H/V时式(14)仅有一个解。
现在参照图9及11，其中表示对于源112及接收器127的作为时间函数的扩张量DIL的图。如图所示，正的DIL值被绘在轴188的右边及负DIL值绘在轴左边。虽然基于逐个采样可计算校正的滤波系数(最好如此)，但如果扩张曲线被分成段及对于每段构成校正滤波系数时，则可比包括段的采样用更少的时间获得满意的结果。因此，根据该优选实施例，扩张值DIL被分离为段252、253、254、255及相关的定时门256、257、258、259、260。段252-255的大小及由此定时门256-260的大小可被设置成任何所需大小。
可以得到多种技术来构成合适的滤波，以对每定时门中的扩张值补偿点记录。例如，扫频可在Δt’被重采样，有Δt′=TSLTSL+DILΔt---(16)]]>式中Δt是用于短记录的采样周期。在采样后，放弃新采样率，并重使用Δt以提供新的记录点。作为一个夸张的例子，对于扩张值为1秒及以2毫秒速率(每2毫秒一个采样)采样的1秒扫频，扫频以1毫秒重采样，以提供两倍的采样。然后以2毫秒采样给出重采样数据，以使记录二倍地长。然后用非扩张扫频使扩张扫频相关。产生的相位即为所需的相位校正。
由于船移动产生的Doppler位移，数据的相位分量是非零值。此外，由源移动产生的主要失真影响仅在数据相位频谱中可以看到。可以通过迫使数据的相位分量到达恒定值，如零相位来消除失真。因此，根据该优选实施例，地震波测量及处理系统51抽取与参考扫频交叉相关的扩张模型的相位分量。将选择一种标准型全通反向滤波器，例如Wiener-Levinson滤波器，用于在与参考扫频信号相关后消除记录数据的相位值。一种全通反向滤波器不会改变数据的幅值，而仅改变相位。最好构成仅消除相位值的滤波器，以使滤波器输出信号具有零相位。
最好对所有数据记录施加校正滤波，然后从每个校正记录中选择合适的数据段，并将它们组合起来形成完整的校正数据组。因此，例如对数据组施加1秒定时门的数据校正。类似地，也对数据组施加2秒、3秒、4秒等的校正，由此产生四个数据组，每个被具体校正滤波器校正。然后仅从第一数据组中选择0至1.5秒的校正数据，从第二数据组中选择1.5至2.5秒的校正数据，从第三数据组中选择2.5至3.5秒的校正数据，从第四数据组选择3.5至4.5秒的校正数据等。
在步骤210(图3)中对于恒定时间斜段作对接收器及源移动的地震波数据校正后，在步骤240中选择F-K数据的下一斜段并重复步骤200-210，直到所有F-K数据被选择为止。一旦对于每个F-K数据斜段的所有数据校正后，在步骤230中将其结果相加，以产生所需的对源及接收器移动校正的数据。
对于本领域的熟练技术人员，一旦对上述公开内容完全理解后其各种变型及修改将是显而易见的，因此希望以下的权利要求书能解释为包括所有这些变型及修改。
权利要求
1.用于校正由于地震波源的移动及地震波接收器的移动可引起的地震波数据失真的方法，包括(a)对于接收器的移动校正地震波波数据；(b)使来自步骤(a)的接收器校正地震波信号与所述地震波源使用来产生地震波的参考频率扫频信号相关；(c)对来自步骤(b)的相关数据计算正向F-K变换，以产生F-K变换数据；(d)选择所述F-K变换数据的恒定斜段；(e)计算所述F-K变换数据的所述恒定斜段的反向F-K变换，以产生反向F-K变换数据；及(f)对所述反向F-K变换数据计算适合的校正滤波值。
2.根据权利要求1的方法，其中所述选择所述F-K变换数据的恒定斜段的步骤包括选择对应于确定倾角范围的F-K变换数据。
3.根据权利要求2的方法，其中所述各步骤，即选择所述F-K变换数据的恒定斜段(步骤(d))，计算所述选择的数据恒定斜段的反向F-K变换(步骤(e))，及对于所述反向F-K转换数据计算适合的校正滤波值(步骤(f))被重复地对F-K数据的另外恒定斜段进行。
4.根据权利要求3的方法，其中所述校正滤波值施加给所述地震波数据以校正所述源移动。
5.根据权利要求4的方法，其中所述计算合适校正滤波值的所述步骤包括至少对于反向F-K变换数据计算一个扩张值。
6.根据权利要求5的方法，其中通过使用所述参考扫频信号由所述源发射地震波信号来产生所述地震波数据，及通过由地震波在扫频开始点从源传播到接收器的时间减去在扫频终点时从源传播到接收器的时间来计算所述扩张值。
7.根据权利要求6的方法，其中所述反向F-K变换数据包括由沿相应于所述倾角预定区域的线分布的多个散射点反射回的地震被数据，及对于所述多个地震被计算多个扩张值。
8.根据权利要求7的方法，其中所述扩张值被分成段。
9.根据权利要求8的方法，其中所述计算合适校正滤波值的步骤包括用不同于原始采样所述地震波数据所用采样周期的采样周期重采样所述地震波数据。
10.根据权利要求9的方法，其中所述计算合适校正滤波值的步骤还包括计算多个全通反向滤波器，每个全通反向滤波器相应于所述扩张值的具体段。
11.根据权利要求10的方法，其中对所述地震波数据施加所述校正滤波的结果被加在一起。
12.用于校正由地震波源的移动引起的海洋地震波数据失真的方法，包括将所述地震被数据分离成各部分，每部分相应于一个倾角区；对于所述各部分计算Doppler校正滤波值，及对所述各部分施加所述Doppler校正滤波值。
13.根据权利要求12的方法，其中所述将所述地震波数据分离成各部分的步骤包括计算所述地震波数据的变换以产生变换数据；选择所述变换数据的子集；及计算所述子集的反向变换。
14.根据权利要求13的方法，其中所述计算变换的步骤包括计算F-K变换，及所述计算反向变换的步骤包括计算反向F-K变换。
15.根据权利要求14的方法，其中所述计算变换的步骤包括计算τ-P变换，及所述计算反向变换的步骤包括计算反向τ-P变换。
16.根据权利要求15的方法，其中所述计算变换的步骤包括计算拉普拉斯变换，及所述计算反向变换的步骤包括计算反向拉普拉斯变换。
17.根据权利要求16的方法，其中所述Doppler校正滤波值包括全通反向滤波值。
18.一种地震波系统，包括地震波测量及处理系统；与所述地震波测量及处理系统相连接的用户输入装置；与所述地震波测量及处理系统相连接的显示装置；其中所述地震波测量及处理系统包括处理单元及存储单元，及所述地震波测量及处理系统通过计算所述地震波数据的F-K变换，计算所述F-K变换数据的恒定斜段的反向F-K变换，及对每个F-K变换数据的恒定斜段计算并施加适合的校正滤波值，来对源移动校正地震波数据。
19.根据权利要求18的地震波系统，其中所述地震波测量及处理系统选择相应于预定倾角区的所述F-K变换的恒定斜段。
20.根据权利要求19的地震波系统，其中所述地震波测量及处理系统选择F-K变换数据的多个馅饼状段(pie slices)，对于每个所选恒定斜段数据计算一组适合的校正滤波值，将所述该组适合的校正滤波值施加给所述接收器检测的所述地震波数据，及在用所述该组校正滤波值滤波后将地震波数据加在一起。
21.一种地震波系统，包括地震波测量及处理系统；至少一个与所述地震波测量及处理系统相连接的地震波源；至少一个与所述地震波测量及处理系统相连接的地震波接收器；与所述地震波测量及处理系统相连接的用户输入装置；及与所述地震波测量及处理系统相连接的显示装置；其中所述地震波测量及处理系统包括源及接收器接口单元，处理单元，及存储单元，及所述地震波测量及处理系统通过计算由接收器检测的地震波数据的F-K变换，计算所述F-K变换数据的恒定斜段的反向F-K变换，及对每个F-K变换数据的斜段计算及施加适当的校正滤波值。
22.根据权利要求21的地震波系统，其中所述地震波测量及处理系统选择与预定倾角区相应的所述F-K变换数据的恒定斜段。
23.根据权利要求22的地震波系统，其中所述地震波测量及处理系统选择F-K变换数据的多个恒定斜段，对每个所选恒定斜段数据计算一组合适的校正滤波值，将所述该组适合的校正滤波值施加给由所述接收器检测的所述地震波数据，及在用所述该组校正滤波值滤波后将地震波数据加在一起。
全文摘要
在一种消除由船舶移动产生的海洋地震波数据失真的装置及方法中,船舶拖动一个或多个地震波源及接收器并向前以已知速度移动。地震波源发射地震波,它穿过水并从海床下岩层之间的界面反射回来。源及接收器的移动导致记录的地震波数据的失真,后者可使用Doppler理论来模拟。对于源移动的数据校正最好与对于接收器移动的校正无关。首先对于接收器的移动校正数据及然后对于源移动校正数据。用于源移动的校正技术包括接收器校正数据与参考扫频信号相关,执行F－K变换,对F－K变换数据的选择子集执行反向F－K变换,及对于由反向F－K变换产生的数据计算合适的校正滤波值。对于F－K变换数据的所有子集重复该处理及将产生的滤波数据加在一起。
文档编号G01V1/36GK1246623SQ99119190
公开日2000年3月8日 申请日期1999年7月22日 优先权日1998年7月22日
发明者K·P·艾伦 申请人:美孚石油公司