专利名称：使用具有标定函数的模型化源特征的震源监测方法
技术领域：
本发明通常涉及地球物理勘探领域。更具体地，本发明涉及地震数据采集领域。特殊地，本发明为使用具有标定函数的模型化源特征的震源监测方法。
背景技术：
海洋地震勘测通常采用水下震源，该震源由船只拖曳并且周期地启动以产生声波场(″发射″)。可以由小型炸药、电火花或电弧、振荡器、或通常由枪产生波场。这种枪可以是水枪、蒸汽枪、或最常见的气枪。每个气枪包括大量的空气，该空气通常被压缩到大约2000psi(磅每平方英寸)或更高。气枪突然释放其压缩空气以形成气泡，引起在水中扩展的声波。所引起的波前向下传播到水下的陆地中，从地下的土壤层反射，并向上返回到水面。地震接收器探测反射波前，把探测的波前转换为电信号，并且把这些信号传输到船只用于存储或处理，其中地震接收器通常为水听器的浮缆，该水听器也淹没在水中并由相同的或其它的船只拖曳。
当震源被触发时，在水中产生复合的输出压力脉冲。在震源为诸如单个气枪的点源的理想情况而且没有海面时，除了球面扩展之外，发射的波前与方向和距离无关。转换为电信号后，气枪的输出脉冲包括短波列，波列包络的振幅呈现初期短时间内快速正增加，随后则是好几个快速衰减的振荡。记录的波列称为震源的特征。
实际上，海面存在且通常距离震源只有几米。震源产生的声波通过球面扩展向所有方向辐射，所以存在向下传播的分量以及向上传播的分量。海面处海水-空气界面的反射系数通常接近-1的值。声波的向上传播分量被水面反射，且极性被反向而变成另一个向下的分量。这个附加的向下分量通常称为“重像”(ghost)。重像干涉直射波，使源特征变得复杂。
通常，震源不包括单个单元，而是包括空间分布的单元阵列，该单元阵列产生直接到达(direct attrival)加上重像分量。对这个目前海洋震源最一般形式的气枪而言，这尤为真实。源单元阵列的空间尺寸可能与有用的地震频率通带内声波本身的波长相当。因此，阵列没有单个源特征。相反，近场内阵列的源特征变成是方向和距离的连续函数。在与阵列尺寸相比的远距离处，任意特定方向上对距离的依赖性可以忽略。这个区域称为远场。正是远场特征对地震数据处理是有用的。对于通常延伸大约20米×20米的空间范围的气枪阵列，到远场的距离大约为250米量级。
尽管现代的气枪在实验室环境中产生稳定的波场，但部署在海洋中的气枪阵列所产生的波场并不如此稳定。在海洋环境中，不同发射之间的气枪阵列波场不相同，这是由于如下物理因素例如气枪丢失(drop-out)、影响重像的海面条件、以及阵列几何结构，气枪深度，压力，气枪定时，水流速度，或水温的变化。如果可以精确地监测这些源变化，则源变化数据可以用于显著提高引起的地震数据的质量。在诸如四维或时延地震，例如水库监测的情况下，源变化的校正尤其重要。在这些情况中，地震数据的非常小的差异会被源变化所淹没。
并非常常监测海洋震源的不同发射之间的变化，主要是由于这难以做到。然而，目前正在使用震源监测的方法。第一个方法为远场方法，通常使用远场水听器进行垂直传播的特征的测量。然而，由于传感器的位置漂移，仅仅测量波场内的单个点，而且难以把传感器(水听器)放置于距离源的所需要位置，所以远场方法是不可靠的。远场方法通常要求移动地震观测容器和设备到更深的海水中以进行远场测量。因此，远场方法的实施不仅困难且费用昂贵。
震源监测的第二个方法为近场方法，该方法进行近场特征的测量，可以分析这些特征而计算阵列的完整波场。本领域的普通技术人员公知的是，这个第二种方法的主要例子为概念上的源(notionalsource)方法。概念上的源特征为归一化、理想化的源特征，可在距离气枪1米处用水听器测量，并假设没有表面反射且气枪气泡和水听器之间没有相对运动。可以参考例如下面两个文献。第一篇文献为Ziolkowski，A.，Parkes，G.，Hatton，L.，和Haugland，T.，的“气枪阵列的特征从含有相互作用的近场测量中进行计算”(″The signatureof an airgun arrayComputation from near-field measurementsincluding interactions″)，Geophysics，第47卷，第10期(1982年10月)，1413页-1421页。第二篇文献为Parkes，G.，Ziolkowski，A.，Hatton，L.，和Haugland，T.，的“气枪阵列的特征从含有相互作用的近场测量中进行计算-实际考虑”(″The signatute of an airgunarrayComputation from near-field measurements includinginteractions-Practical considerations″)，Geophysics，第48卷，第2期(1984年2月)，105页-111页。
第一篇文献中，Ziolkowski等人(1982年)描述了气枪阵列产生的气泡之间互相作用的理论。假设和关注的地震波长相比，这些气泡小，则互相作用的振荡气泡阵列等效于无互相作用的振荡气泡的“概念上的”阵列。如果阵列中由n个气枪，那么可以使用整个阵列的近场压力场的n个独立测量来确定这n个概念上的源特征。于是可以通过这些n个概念上的源特征的线性叠加来计算该阵列在水中任意点的特征。还应用了球面校正，其中根据距离和方向对概念上的源特征进行调整和相互延时。然而，近场测量的数目不得小于阵列中气枪的数目n。
第二篇文献中，Parkes等人(1984年)改进了Ziolkowski等人(1982年)关于互相作用的气枪阵列特征的解。采用迭代法，使用置于靠近各个气枪(距离1米)的水听器的近场测量来计算概念上的源特征。用线性速度模式处理水听器前进运动和相对的气枪气泡向上运动的振幅变化影响。然而，如果气枪阵列的辐射改变或变得不稳定，则要求连续记录近场特征以重新计算波场。
美国专利4,476,550、4,476,553和4,868,794进一步讨论了概念上的源方法。这些专利的第一个为美国专利No.4,476,550，“例如对震源确定近场特征”(″Determination of far field signatures，for instance of seismic sources″)，1981年8月25日提交申请并于1984年10月9日授予Ziolkowski，A.M.和Stoffa，P.L.。第二个专利为美国专利No.4,476,553，“确定海水震源阵列的特征的方法”(″Method of determining the signatures of arrays of marineseismic sources″)，也是于1984年10月9日授予Ziolkowski，A.、Hatton，L.、Parkes，G.和Haugland，T.。第三个专利为美国专利No.4,868,794，“累积在确定海水震源阵列的特征中所用数据的方法”(″Method of accumulation data for use in determining thesignatures of arrays of marine seismic sources″)，该专利于1989年9月19日授予和′533专利相同的发明人。
第一专利，即Ziolkowski等的′550专利公开了这样的方法与拖曳式海洋地震浮缆一起使用，用于确定气枪阵列的远场特征，和关注的最高频率的波长相比，每个浮缆小。气枪射击，以便通过时间分离或者空间分离使得气枪之间互相作用保持为可忽略不计。对于时间分离，气枪按顺序射击，使得每个气枪在下一个气枪射击之前产生其所有的相当大的辐射。对于空间分离，气枪每次不止射击一下，但被隔离开所关注的最低频率的至少一个波长的距离。由靠近气枪的压敏探测器测量每个单位的远场特征，但是是在压力场相位谱与方位和范围无关的区域进行测量。由对测量的特征求和得到该阵列的远场特征。
第二和第三专利，即Ziolkowski等的′553和′794专利，公开了确定n个气枪阵列的远场特征的方法。阵列被启动，由位于n个独立点的n个水听器测量发射的压力波，该n个独立点位置相对于阵列是已知的。处理该n个测量以形成n个联立方程，随后解该方程以产生n个源的n个概念上的特征。联立方程的求解考虑气枪之间互相作用。随后通过叠加n个概念上的特征确定整个阵列的特征。
然而，概念上的源方法有着内在的实际困难。如Ziolkowski等(1982年)的文献中所描述的，震源(气枪)的数目必须等于独立测量(水听器)的数目，从而提供待求解的n个充分确定的联立方程。因此，所有的n个气枪和所有的n个水听器必须一直运行。此外，概念上的源方法假设，海面处的海水-空气界面为良好的平面反射器，反射系数接近-1。否则，如Ziolkowski等的′553和′794专利中所描述的，未知变量的数目翻倍成2n，这意味着水听器的数目必须翻倍为2n。
此外，如Parkes等(1984年)的文献中所述的，概念上的源方法通常使用距离每个气枪大约一米的水听器。置于靠近气枪阵列的水听器记录来自气枪的主要源特征加上来自海面的很小的重像反射。此外，每个水听器记录来自所有周围气枪的贡献。在概念上的源方法中，必须考虑重像反射以及水听器与水听器产生的气泡之间的相对运动。因此，概念上的源方法要求精确测量气枪和水听器之间的距离并精确测量阵列中气枪之间的间距。
因此，需要这样方法确定震源阵列的精确的远场震源特征。
发明内容
本发明为使用具有标定函数的模型化源特征的震源监测方法。测量多个震源的物理参数，优选地测量各个启动震源的物理参数。获得标定函数，且测量的物理参数和标定函数被应用于一个模型，该模型产生震源阵列的标定源特征。备选地，测量的物理参数被应用于一个模型，该模型产生模型化源特征，且标定函数随后被应用于模型化源特征以产生标定的源特征。备选地，产生每个震源的模型化源特征，并且标定函数随后被应用于模型化源特征，从而产生每个震源的标定的源特征。于是，每个震源的标定的源特征可以被结合，优选地采用线性叠加，以产生震源阵列的标定的源特征。
优选地，采用下面的方法确定标定函数。测量多个震源启动的物理参数。测量的物理参数被应用于一个模型，该模型产生每个震源的模型化源特征。测量该震源启动的源特征，这产生用于每个震源的测量的源特征。确定用于每个震源的模型化源特征和测量的源特征之间的差异。随后确定用于每个震源的标定函数，该标定函数校正模型化的源信号和测量的源信号之间的差异。
参照下面的详细描述和附图，可以更容易地了解本发明及其优点，其中图1为阐述用于震源监测的本发明方法的实施例的处理步骤的流程图；图2为阐述用于构建标定函数的本发明方法的实施例的处理步骤的流程图；图3为示出了单个气枪的模型化源特征和测量的远场源特征之间的比较曲线；图4为示出了气枪阵列的模型化源特征和测量的远场源特征之间的比较曲线；图5为示出了通过标定函数校正模型化源特征之前，气枪的模型化的概念上的源特征和测量的概念上的源特征之间的比较曲线；图6为示出了通过标定函数校正模型化源特征之后，气枪的模型化的概念上的源特征和测量的概念上的源特征之间的比较曲线；图7为示出了通过标定函数校正模型化源特征之前，气枪的模型化的概念上的源特征和测量的概念上的源特征之间的比较曲线；图8为示出了通过标定函数校正模型化源特征之后，气枪的模型化的概念上的源特征和测量的概念上的源特征之间的比较曲线；图9为示出了通过标定函数校正模型化源特征之前，气枪阵列的模型化的概念上的源特征和测量的概念上的源特征之间的比较曲线；图10为示出了通过标定函数校正模型化源特征之后，气枪阵列的模型化的概念上的源特征和测量的概念上的源特征之间的比较曲线；图11为示出了图9的气枪阵列的每个枪的典型相位标定函数；图12为示出了图9的气枪阵列的每个枪的典型振幅标定函数；图13为示出了气枪阵列的标定的模型化源特征和测量的远场源特征的比较曲线；以及图14为示出了通过在不同深度的标定函数校正模型化源特征之后，图13中的气枪阵列的模型化源特征和测量的远场源特征的比较曲线。
尽管将结合优选实施例描述本发明，但是将会了解到，本发明不限于此。相反地，本发明旨在覆盖由所附权利要求定义的本发明范围所包括的所有替换、修改和等效物。
具体实施例方式
本发明为用于震源阵列的震源监测方法。本发明利用对物理参数(影响阵列产生的波场)的测量，利用计算机模型由该物理参数测量评估阵列的源特征，并利用标定函数改进对来自该模型的源特征的评估。本发明的方法产生距离和方向的连续函数的源特征。因此，当结合本发明的方法使用时，术语“源特征”指三维波场而非传统的一维源特征。
在本发明的一个实施例中，对震源阵列启动的物理参数进行测量。这些物理参数的测量被应用于计算机模型，该模型输出对震源阵列的源特征的评估。通过把物理参数应用于该模型而产生的对源特征的评估，在这里称为模型化源特征。标定函数被应用于模型化源特征，从而产生对该阵列的源特征的改进的评估。在应用标定函数后源特征的这个改进的评估，在这里称为标定的源特征。
在另一个实施例中，标定函数被应用于该模型并包括在该模型中，因此通过把物理参数应用于该模型而产生标定的源特征。
在另一个实施例中，本发明使用一个模型，该模型输出震源的整个阵列的单个评估源特征。在另一个实施例中，本发明利用一个模型，该模型输出阵列中每个震源的单独评估源特征。随后，可以结合多个评估源特征以给出震源的整个阵列的单个评估源特征。
在另外的实施例中，由标定测试获得上面使用的标定函数。在这个标定测试中，对震源阵列启动的物理参数进行测量。这些物理参数的测量被应用于一个计算机模型，该模型输出模型化源特征。对于震源阵列的相同启动，优选地通过水听器对每个震源的源特征进行测量。这些源特征称为测量的源特征，以区别于模型化源特征。随后比较每个震源的模型化源特征和测量的源特征，以确定这些特征之间的差异。确定标定函数，这些标定函数校正每个震源的模型化源特征和测量的源特征之间的差异。
将通过采用枪阵列、特别是气枪阵列作为震源的实施例阐述本发明的方法，尽管本发明不限于以气枪作为震源。在气枪的情况中，测量物理参数的优选组包括单独的气枪参数、气枪阵列参数和环境参数。这些参数包括，但不限于，气枪深度、气枪压力、气枪丢失(drop-out)、阵列和子阵列的完整的三维几何结构、气枪定时、水温和大气压力。每次发射时(也就是说，每次整个气枪阵列被启动)测量部分这些参数。其它参数变化更慢，测量的频率可以更低。下面讨论该物理参数及其测量。
需要气枪深度参数，以计算海面反射或重像。此外，气枪深度可以用于计算气枪产生的空气泡上的外部压力，该外部压力对震源特征有着重大影响。空气泡上的这个压力是由气枪上水柱的重量加上水上空气柱的重量引起的。可以从大气压力的测量计算空气柱的重量。如果海面平静，则可以从气枪深度的测量计算水柱的重量。然而，如果海面异常，应该优选地直接测量气枪处的静水压，而不是根据可能不明确定义的气枪深度进行计算。通常测量每次发射的气枪深度和静水压参数。如果需要大气压力参数，当该压力稳定时，通常不测量每次发射的大气压力参数。然而，当压力波前到达时，大气压力会快速变化。
气枪压力参数是指气枪射击时的内部气枪压力。由通常位于供应气枪的空气管路(airline)内的压力传感器测量枪压力，但是本领域内的任何其它已知方法同样落入本发明的范围。通常测量每次发射的气枪压力。
气枪丢失参数是指气枪射击失败率，即每次发射时未能射击的一组气枪。气枪丢失因此可能对源阵列产生的源特征产生大的影响。阵列中的气枪通常为不同的尺寸，因此气枪的不同组合将会产生整个源阵列的不同的源特征。通常测量每次发射的气枪丢失。
三维几何结构参数是指气枪阵列所有单元的相对位置。由于气枪阵列也包括气枪子阵列，该几何结构包括子阵列内气枪的相对位置以及整个阵列内子阵列的相对位置。阵列几何结构确定气枪产生的各个空气泡如何相互作用。这些气泡的相互作用对整个源阵列的源特征的产生有着重大影响。可以由声波定位传感器或者本领域中已知的、能提供所需相对精度的任何其它定位系统来测量子阵列的相对定位。如果该阵列不是刚性的，则通常测量每次发射的气枪几何结构。
气枪定时参数是指每个气枪射击的相对定时。这个定时不仅影响总特征内的同步，也对气枪气泡之间的互相作用效应产生重大影响。因此，优选地高精度测量气枪定时。通常测量每次发射的气枪定时。
水温参数是指在气枪深度处的水温。水温以两种方式影响发射的波场。首先，水温影响膨胀气泡的热力学性能。其次，水温影响水的密度，并因此影响声音在水中的速度。这个速度的变化反过来影响时间延迟，该时间延迟与由不同气枪产生的气泡之间相互作用引起的效应相联系。在典型的阵列尺寸上，可以预期水温是稳定的。因此，无需测量阵列上每个震源位置的水温。只在整个阵列的一个位置测量就足够了。在水温变化时，在时标上测量水温，该时标无需非常短。
在备选的实施例中，可能测量描述海面条件的附加参数。在良好的天气条件下，海面对于声波辐射而言是稳定和接近完美的反射器。然而，随着海洋条件恶化，波浪和海涌(swell)高度开始影响源特征的重像反射部分。
在另外的备选实施例中，也可能要测量其它物理参数，并将其应用于一个模型以评估震源特征。对于气枪阵列的典型情况，这些其它参数可能包括，但不限于，气枪类型、气枪体积、气枪枪眼尺寸、和气枪枪眼打开时间。这些气枪参数可能影响气枪产生的空气泡的尺寸。在另外的备选实施例中，可能测量诸如水流速度和水含盐量分布的其它物理参数。这些水参数可能影响气枪水泡的膨胀和移动速度。这些水参数不会局部改变，在其它位置上可能会相差很大。
测量的物理参数被应用于一个模型。本发明优选地使用气枪阵列的计算机模型，以评估阵列中气枪的空气泡产生的声波场。在本领域中，使用这种模型评估震源的源特征是公知的。
图1示出了阐述本发明的实施例的处理步骤的流程图。在步骤101，启动待监测的震源阵列。通常，在周期启动(发射)序列内监测震源阵列。
在步骤102，测量在步骤101中启动的震源阵列的物理参数。对气枪阵列的每次启动进行部分测量，而其它测量则按照需要进行，且测量频率更低。上面描述了该物理参数及其测量。物理参数应该是那些确定阵列中震源产生的振荡空气泡特性的参数。优选地由邻近阵列的传感器系统进行测量。
在步骤103，在步骤102中测量的物理参数被应用于一个模型，且该模型产生模型化源特征。使用震源模型产生模型化源特征，这是本领域的技术人员所熟知的。在一个实施例中，该模型产生单个模型化源特征，作为整个阵列的评估源特征。在另一个实施例中，该模型产生单独的模型化源特征，作为源阵列中每个震源的评估源特征。
在步骤104，标定函数被应用于来自步骤103的模型化源特征，从而产生标定的源特征。在一个实施例中，其中由该模型产生单个模型化源特征，标定函数应用于该单个模型化源特征，产生整个源阵列的单个标定的源特征。在另一个实施例中，其中由该模型产生每个震源的模型化源特征，标定函数应用于每个模型化源特征，产生每个震源的标定的源特征。
在另外的实施例中，标定函数包含在参照步骤103讨论的震源模型中。在这个实施例中，该模型输出标定的源特征(或多个特征)，而非输出模型化源特征(或多个特征)。在另一个实施例中，应用标定函数的步骤和该模型分离。在这个实施例中，标定函数被应用于由该模型产生的模型化源特征(或多个特征)，以产生标定的源特征(或多个特征)。在图1的流程图中阐述本发明，其中由模型产生模型源特征的步骤103和把标定函数应用于模型化源特征的步骤104是分离的。模型和标定函数的这个分离仅仅是为了说明清楚，它并非限制本发明。
在步骤105，组合阵列中每个震源的标定的源特征，如果需要则产生整个阵列的单个标定的源特征。优选地，线性叠加标定的源特征。线性叠加包括但不限于线性添加和线性时间位移。
在本发明优选实施方案的复述中，启动震源阵列(步骤101)，测量所有阵列震源的物理参数(步骤102)并将该参数应用于该模型(步骤103)。随后标定函数被单独地应用于(步骤104)每个震源的模型化源特征，且单独标定的源特征随后被组合到一起(步骤105)以给出整个阵列的源特征。随后可重复所有这些步骤(101-105)。
本发明的方法产生源特征，该源特征为三维的波场且是距离和方向的连续函数，而非仅仅为一维的源特征。因此，本领域中所公知的，可以对三维源特征而非传统的一维源特征进行进一步的地震处理。这个进一步处理的一个例子为解决该三维源特征的三维去卷积，而非仅仅使用垂直传播的远场源特征作为源特征的一维近似。
本发明的震源监测方法使用物理参数的传感器测量，其中该物理参数的测量以一次发射接一次发射为基础地被应用于气枪阵列的模型。然而，该模型产生的模型化源特征只能精确到几个百分点。因此，本发明的方法使用标定函数以改进该模型产生的评估源特征。这些标定函数(被应用在图1的步骤104中)校正由模型获得的源特征和由现场测量获得的源特征之间的差异。
优选地，获得待监测的震源阵列中每个震源的标定函数。同样优选地，获得上面步骤102中测量的物理参数值的预期范围的标定函数。该标定函数构建后可以存储于计算机存储器内，且当需要将其应用于模型化源特征时检索该标定函数。在优选实施例中，由对阵列震源进行现场测试的测量构建标定函数。这些测量包括记录近场源特征以及测量启动的源阵列的物理参数。将测量的物理参数模型化以产生模型化源特征。将模型化源特征与测量的源特征进行比较。随后计算标定函数，以校正模型化源特征和测量的源特征之间的差异。图2示出了用于构建标定函数的本发明方法的实施例的单元流程图。
在步骤201，以一系列的射击启动震源阵列。每个射击为整个震源阵列的一个启动。优选地，震源阵列为上面图1的步骤101中所讨论的震源阵列。
在步骤202，测量来自步骤201的震源阵列的物理参数。优选地，该物理参数为如前所述的物理参数。
在步骤203，在步骤202中测量的物理参数被应用于一个模型，且该模型产生每个震源的模型化源特征。该模型优选地为上面参照图1的步骤103讨论的模型。
在步骤204，测量震源启动的每个震源的源特征。在优选实施例中，在整个震源阵列启动时，由水听器测量近场源特征，该水听器置于距离各个震源大约1米。存在其它可能的测量，这些其它测量可以用作标定的根据。这些测量包括中场和远场测量，或者近场、中场和远场测量的结合。用于典型震源阵列的近场会向外延伸大约几十米(约25米)量级的距离。远场从大约几百米(约250米)量级的距离开始。中场存在于这两个之间的距离。此外，可以从单个气枪射击的发射计算标定函数。这些现场测量应该尽可能精确，因为用于源特征的标定函数的质量取决于这些标定测量的质量。
在步骤205，确定来自步骤203的模型化源特征和来自步骤204的测量的源特征之间的差异。在本发明方法的优选实施例中，本领域技术人员所熟知的计算机算法检选任何源特征的主要的和气泡的峰。将这个算法应用于震源的模型化的特征和测量的特征，提供比较源特征的信息并随后计算相应的标定函数。在一个实施例中，比较模型化源特征和测量的源特征的相位。构建相应的标定函数，该标定函数伸长或压缩各对气泡峰之间的模型化源特征，使得模型化源特征和测量的源特征内的气泡峰相位匹配。类似地，比较模型化源特征和测量的源特征的振幅。这个相应的标定函数应用了时间相关的振幅比例因子(在气泡位置计算该因子并在这些气泡位置之间内插(interpolation)该因子)。
如果需要，来自步骤204的测量的源特征被转换为一种兼容的形式，与来自步骤203的模型化源特征进行比较。在本发明的优选实施例中，该模型以概念上的源特征的形式产生模型化源特征。因此，在优选实施例中，测量的源特征被转换成概念上的源特征用于比较。然而，本发明不要求概念上的源特征的转换。例如，该转换可能包括但不限于，除去重像并按照源和传感器之间的参考距离归一化该源特征，正如概念上的源特征具有的源和传感器之间的归一化距离为1米。
图3示出了部署在6米深度的单个110立方英寸气枪的模型化源特征301(实线所示)和测量的垂直传播的远场源特征302(虚线所示)之间的比较曲线。通常，模型化源特征在评估源特征方面的总体表现不错。着眼于特定的源特征，该模型在预计初始峰值振幅303时的精确度优于10％，而预计第一气泡304的相位和振幅的精确度优于5％。然而，对随后气泡的相位和振幅的预计精确度更低。因此，该模型化源特征的精确度随时间缓慢变化。
图4示出了部署在6.25米深度的2920立方英寸气枪阵列的模型化源特征401(实线所示)和测量的垂直传播的远场源特征402(虚线所示)之间的比较曲线。该阵列混合了套筒气枪(Sleevegun)和Bolt1500 LL气枪。再次，模型化源特征在评估该阵列源特征的主要特性方面的表现不错。对源特征的峰值振幅403及其主要的与气泡的比率的预计精确度优于5％。模型化源特征的整体形状非常好。最明显的误差为100到120毫秒(msec)之间气泡的部分相位特性。
步骤203中使用的模型可以精确地预计由不同发射之间的物理参数变化所引起的源特征的改变。然而，模型化源特征的绝对误差经常大于由物理参数变化引起的模型化源特征内不同发射之间的变化。本发明的方法改进具有标定函数的模型的评估源特征。
再次参照图2，在步骤206，构建每个震源的标定函数，该标定函数校正在步骤205中确定的、来自步骤203的模型化源特征和来自步骤204的测量的源特征之间的差异。下面进一步讨论标定函数。
在步骤207，确定震源阵列中是否还有仍未构建标定函数的任何震源。如果答案是确定的，即仍有更多的震源，则该过程返回至步骤206以构建阵列中另外震源的标定函数。如果答案是否定的，即未残留任何震源，则该过程继续到步骤208。
在步骤208，确定来自步骤201中的一系列发射中是否残留任何更多的发射(整个震源阵列的启动)。如果答案是确定的，即仍有更多的发射，则该过程返回至步骤201以再次启动震源阵列。如果答案是否定的，即未残留任何发射，则该过程继续到步骤209至结束。
在步骤209，该过程结束。已经确定阵列中每个震源在某个范围的物理参数值下每个发射序列的标定函数。在构建震源阵列的标定函数的本发明优选方法的复述中，启动整个阵列(步骤201)，测量阵列中所有震源的物理参数(步骤202)并将这些参数应用于该模型(步骤203)。随后测量源特征(步骤204)，将测量的源特征和模型化源特征进行比较(步骤205)，并将其用于单独地导出(步骤207)阵列中每个震源的标定函数(步骤206)。随后，对整个阵列的每个启动(208)重复所有这些步骤(201-207)概念上的源方法依赖于其数目与阵列中气枪数目相同的水听器信号。如果单个水听器出故障，该方程不能确定且无法求解，这导致该方法的严重问题。本发明的方法依赖于多种传感器测量。本发明的方法对传感器的失效不太敏感。例如，如果用于测量子阵列上物理参数的部分传感器出现故障，在其它传感器之间的内插(interpolation)仍然可以给出极好的结果。在产生(production)环境下，该坚固性赋予本发明的方法相对于概念上的源方法来讲具有宝贵的优越性。
本发明中使用标定函数以校正来自模型的源特征和来自测量的源特征之间的差异，而不妨碍该模型评估不同发射之间相对变化的精确度。一个实施例为检选正的气泡峰值的时间的标定函数。这允许校正这些气泡峰值内小的相位误差并允许应用简单的振幅校正函数。这个实施例将被称为第一标定函数。只利用这个第一标定函数可得到好的结果。最大误差通常存在于气泡脉冲之间标定源特征的负的部分。在另外的实施例中，通过检选气泡之间的最小值以及由气泡峰值定义的最大值，可以将这些误差最小化。
在另外的实施例中，每个标定函数包括一系列校正函数，调整这些校正函数并将其应用于每个模型化源特征。特别地，这些校正函数被应用于优选模型输出的概念上的源特征。这些是该模型输出的模型化源特征，该模型化源特征可以被叠加以计算任何方向上的阵列特征。在另外的实施例中，存在两个校正函数。
第一校正函数为应用于模型化源特征的相位校正函数。这个相位校正函数伸长或者压缩时域内的模型化源特征，以校正模型化源特征内的主要周期或相位误差。例如，如果第二气泡周期的误差为2％，这个校正函数将逐渐引入2％的时间伸长以校正该周期。这个随时间变化缓慢的相位校正函数保持该模型化源特征的不同发射之间的变化。
第二校正函数为应用于模型化源特征的振幅校正函数。这个振幅校正函数将源特征乘以时域内的比例函数，以校正模型化源特征内的主要振幅误差。例如，如果模型化特征内的第三气泡的振幅低了10％，这个校正函数将把该气泡放大10％。再次，这个随时间变化缓慢的振幅校正函数保持该模型化源特征的不同发射之间的变化。
在备选的实施例中，可以将一个或多个附加的校正函数添加到一系列校正函数。例如，附加的校正函数可以将多个另外的小校正应用于源特征的细节。这些校正可以为整型函数(reshaping function)。例如，如果最初的峰的预计形状轻微出错，则可以整型该峰。
在优选实施例中，本发明的方法依赖于计算每个气枪的一组标定函数，并将这组函数应用于模型化源特征。优选地，预先获得标定函数，并随后简单地将其应用于所有的模型化源特征。本发明并不排除具有不同参数范围和在其间内插的不同组的标定函数，例如2000psi的一组和2500psi的一组。如果阵列参数大幅偏离产生标定函数的测量的值(例如，如果该阵列部署在大不相同的深度处)，本发明方法的精确度可能变得更低。然而，通过在可能会遇到的变化范围内进行阵列的测量，可以克服这个问题。因此，可以包含附加的算法以选择或内插该标定函数。
可以结合前述的第一标定函数描述标定函数的许多备选实施例，该第一标定函数只对准气泡的峰。第二标定函数实施例对准每个峰的半高宽(FWHM)的中心。第三标定函数实施例对准各个峰以及各峰之间的最小值。第四标定函数实施例对准各个峰、最小值，也对准零交叉。第五标定函数实施例对准来自第四实施例的峰和谷的FWHM。最后，如第五实施例中完成初始的标定之后，第六标定函数实施例进行源特征分割。
标定函数有时在振幅校正曲线中呈现弯曲的外形。这是由正特征部分的振幅误差和负特征部分的振幅误差之间的对称差异所致。例如，考虑诸如主要影响气泡周期的深度的物理参数的变化。对于小的深度变化，相位校正后进行振幅校正的效果良好。然而，将改变的特征的峰移动到参考特征的谷(trough)，这样的气泡周期改变要求第一气泡非常大的参数改变，但随后气泡的参数改变逐渐变小。其结果为，负特征部分的振幅校正被应用于正特征部分。弯曲效应的存在在这点上引入重大误差。
为了校正弯曲效应引入的误差，另外的备选实施例采用发射适应的方法，该方法依赖于这样的事实模型化源特征内的误差主要是对称的。不像前面那样计算参考点处的标定函数，将记录特征的每个峰和谷的振幅和相位误差(以及可能的零交叉相位误差)。在执行地震观测时监测该源，从每次发射的未标定模型化源特征中检选各个峰和谷。随后将计算各个发射间不同的标定函数，这增强了振幅校正曲线应用中的峰对准。本发明方法的这个备选实施例也应改进标定曲线梯度高时的结果。如果关注源特征的后期部分，则这个发射适应的方法可以提供改进。
本发明方法的另一个备选实施例为，添加从测量的远场源特征获得的附加标定函数。可以使用简单的最后的振幅和相位校正函数。用于构建标定函数的所述方法使用概念上的源方法作为参考。在天气情况良好以及受控的条件下完成参考标定，其中拖曳源和传感器的船只移动缓慢。在这些条件下，概念上的源方法有望处于其最佳状态。然而，在地震观测的工作条件下，概念上的源方法的精确度大幅恶化，而标定方法应该保持其精确度。来自远场测量的最终标定可以提高本发明方法的精确度。
图5至图8所示的第一实例阐述了使用具有单个气枪的本发明方法。这个实例中用到的气枪为一支150立方英寸的套筒气枪。图5示出了通过标定函数来校正模型化源特征之前，这个气枪的模型化的概念上的源特征和测量的概念上的源特征之间的比较曲线。实线501示出了模型化的概念上的源特征，虚线502示出了由测量的近场源特征计算的概念上的特征。
图6示出了标定函数校正模型化源特征之后，这个气枪的模型化的概念上的源特征和测量的概念上的源特征之间的比较曲线。利用了前述的第三标定函数。检选图5中源特征的最大值和最小值以构建相位和振幅标定函数。实线601示出了标定的概念上的源特征，虚线602示出了由测量的近场源特征所计算的概念上的特征。匹配良好，在肩部(shoulder)603中最大的不相符逐渐导致第一气泡。通过在确定校正函数中检选这个区域内的附加点，可以容易校正这个不相符。
图7示出了通过第一标定函数校正模型化源特征之前，这个气枪的模型化的和测量的远场源特征之间的比较曲线。实线701示出了模型化的远场源特征，虚线702示出了测量的远场源特征。图8示出了通过第一标定函数校正模型化源特征之后，这个气枪的模型化的和测量的远场源特征之间的比较曲线。实线801示出了标定的远场源特征，虚线802示出了测量的远场源特征。再次，标定后吻合良好。
图9至图12所示的第二实例阐述了具有气枪阵列的本发明方法的使用。这个实例中用到的阵列为730立方英寸的气枪阵列，该阵列部署在6米的深度且混合了7支20至100立方英寸的套筒气枪和一支250立方英寸的Bolt 1500LL气枪。
图9示出了通过第一标定函数校正模型化源特征之前，这个气枪阵列的模型化的和测量的远场源特征之间的比较曲线。实线901示出了模型化的远场源特征，虚线902示出了通过概念上的源特征从近场测量计算的远场源特征。
图10示出了通过第一标定函数校正模型化源特征之后，这个气枪阵列的模型化的和测量的远场源特征之间的比较曲线。实线1001示出了标定的远场源特征，虚线1002示出了通过概念上的源特征从近场测量计算的远场源特征。即使使用第一标定函数，但现在这个匹配非常好。可以预期有甚至更好的匹配，即使这要求更多的工作量并采用更加精密复杂的标定函数。
图11和12分别示出了用于校正图10中的模型化源特征1001的典型相位标定函数1101和振幅标定函数1201的曲线。
图13和14所示的第三实例阐述了本发明方法的坚固性。图13示出了通过第一标定函数来校正模型化源特征之后，气枪阵列的标定的模型化的和测量的远场特征的比较曲线。实线1301示出了标定的远场源特征，虚线1302示出了测量的远场源特征。该气枪阵列位于6米的深度。模型化的和测量的远场源特征之间的吻合极好。海底反射1303明显(起始于约400msec处)。
图14示出了在不同深度通过第一标定函数来校正模型化源特征之后，该气枪阵列的模型化的和测量的远场源特征之间的比较曲线。实线1401示出了标定的远场源特征，虚线1402示出了测量的远场源特征。然而在这种情况下，该气枪阵列位于6.5米的深度，而标定函数的计算是针对6米的深度。虽然如此，吻合仍然非常好。因此，即使在根本不是理想的情形下，其中在标定进行和产生进行之间测量参数可能不同，本发明的方法仍如常工作。海底反射1303再次明显(起始于约460msec处)。
应该理解的是，前述内容只不过对本发明的特定实施例进行详细描述，而且在不离开本发明的范围下，根据这里的公开内容可以对所公开的实施例进行许多改变、修改和替换。因此，前述描述并非旨在限制本发明的范围。相反，本发明的范围只由所附权利要求书及其等效表述所确定。
权利要求
1.一种震源监测的方法，包括测量震源阵列的物理参数；获得标定函数；以及将所述测量的物理参数和所述标定函数应用于模型，由此产生所述震源阵列的标定的源特征。
2.权利要求1的方法，其中所述测量的物理参数包括下面的一个或多个震源丢失信息、震源深度、震源几何结构、震源内部压力、震源相对定时、水温、以及大气压力。
3.权利要求2的方法，其中所述测量的物理参数还包括海面条件。
4.权利要求2的方法，其中所述测量的物理参数还包括下面的一个或多个气枪类型、气枪体积、气枪枪眼尺寸、气枪枪眼打开时间、水流速度、以及水含盐量。
5.权利要求1的方法，其中从计算机存储器获得所述标定函数。
6.权利要求1的方法，其中所述模型为振荡气枪气泡的计算机模型。
7.权利要求1的方法，其中所述测量的物理参数被应用于所述模型，由此产生所述震源阵列的模型化源特征，而且所述标定函数被应用于所述模型化源特征，由此产生所述标定的源特征。
8.权力要求1的方法，其中产生所述震源阵列中每个震源的标定的源特征，而且组合每个震源的所述标定的源特征以产生所述震源阵列的所述标定的源特征。
9.权利要求8的方法，其中组合标定的源特征包括线性叠加标定的源特征。
10.权利要求1的方法，其中产生所述震源阵列中每个震源的模型化源特征，通过将所述标定函数应用于每个震源的所述模型化源特征，产生每个震源的标定的源特征，并且组合每个震源的所述标定的源特征以产生所述震源阵列的所述标定的源特征。
11.权利要求10的方法，其中组合标定的源特征包括线性叠加标定的源特征。
12.权利要求1的方法，其中标定函数的获得包括测量震源阵列启动的物理参数；将所述测量的物理参数应用于模型，由此产生每个震源的模型化源特征；测量所述震源阵列启动的源特征，由此产生每个震源的测量的源特征；确定每个震源的所述模型化源特征和所述测量的源特征之间的差异；以及确定校正每个震源的所述差异的标定函数。
13.权利要求12的方法，其中测量源特征的步骤包括将地震接收器置于每个源的近场区域；以及测量每个源的近场源特征。
14.权利要求13的方法，还包括由所述近场源特征计算概念上的源特征。
15.权利要求12的方法，其中测量源特征的步骤还包括将所述测量的源特征转换成形式上与所述模型化源特征相匹配。
16.权利要求12的方法，其中确定差异的步骤还包括检选定义源特征的初级峰的源特征特性；以及在所述检选的源特征特性处比较所述源特征。
17.权利要求12的方法，其中确定差异的步骤还包括检选定义所述源特征的至少一个气泡峰的源特征特性。
18.权利要求17的方法，其中检选源特征特性的步骤包括检选所述初级峰的最大值以及所述源特征的所述至少一个气泡峰。
19.权利要求18的方法，其中检选源特征特性的步骤还包括检选所述初级峰和所述源特征的所述至少一个气泡峰之间的最小值。
20.权利要求19的方法，其中检选源特征特性的步骤还包括检选所述源特征的零交叉。
21.权利要求20的方法，其中检选源特征特性的步骤包括检选半高宽的中心处的所述源特征特性。
22.权利要求1的方法，其中标定函数校正所述模型化源特征和所述测量的源特征之间的相位差异。
23.权利要求1的方法，其中标定函数校正所述模型化源特征和所述测量的源特征之间的振幅差异。
24.权利要求1的方法，其中每个标定函数包括相位校正函数，用于校正所述模型化源特征和所述测量的源特征之间的相位差异；振幅校正函数，用于校正所述模型化源特征和所述测量的源特征之间的振幅差异。
25.权利要求1的方法，其中，所述震源阵列每次启动时，发生测量所述物理参数和应用所述测量的物理参数的步骤。
全文摘要
测量震源阵列的物理参数，优选地测量每次震源启动时的物理参数。获得标定函数，并将测量的物理参数和标定函数应用于模型，产生震源阵列的标定的源特征。备选地，测量的物理参数被应用于模型，产生模型化源特征，而且标定函数随后被应用于模型化源特征以产生标定的源特征。备选地，产生每个震源的模型化源特征，并随后将标定函数应用于模型化源特征以产生每个震源的标定的源特征。随后组合每个震源的标定的源特征，优选地采用线性叠加，以产生震源阵列的标定的源特征。
文档编号G01V1/38GK1715955SQ20051007374
公开日2006年1月4日 申请日期2005年5月20日 优先权日2004年5月20日
发明者G·E·帕克斯 申请人:Pgs勘探(英国)有限公司