处理具有多次反射噪声的地震数据的方法

专利名称：处理具有多次反射噪声的地震数据的方法
技术领域：
本发明涉及处理地震数据的一种方法。另一方面，本发明涉及处理具有多次反射噪声的地震数据的方法，还有一方面，本发明涉及在地震数据中隔离多次反射噪声的方法。
地震测定通常包含依靠一个或多个地震源在地表面所形成的地震脉冲。由于不同地下结构层的界面上具有不同的弹性，这些地震脉冲被反射和/或折射一小部分传送到地下。
检测器如地震仪，小型地震仪或水中地震检波器根据检测的地震波的反射和/或折射产生地震的模拟电信号或地震道信号。来自检测器的地震模拟电或地震道信号被记录。或者，来自检测器的地震模拟电信号或地震道信号在记录之前被采样和数字化，对两种方式记录的地震数据依次被处理和分析以确定地下结构层的性质和结构。
根据记录数据形成地震剖面图，地震剖面图是一个地震图，它沿地震轮廓线图描绘地球剖面的地下分层，地震剖面图是地质学家研究确定地球地面下结构层特性的重要工具而且，在地震采样阵列转换成地震剖面图之前，这些地震采样阵列亦可由地质学家解释，对地震数据必须处理，以减少噪声造成的退化。
地震解释通常包括对到达时间、到达振幅、到达速率、频率的特性的研究及从目标层位反射特性的研究。任何变化或异常的特性都特别引起人们兴趣。
多次反射能量，通常称为“多次波”(“multiples”)被称为地球物理学现象，这些多次波通常定义为已经反射多于一次的地震能量。多次波通常在一层内形成，这一层由很多不同密度的层定界。例如，由水底和水面对水定界。因此，水底趋于作为多次波的共源，虽然多次波亦能出现在陆地数据中。
当通过水传播的地震信号的一部分被反射离开水底时，水底多次波的发生就出现。然后，这个反射信号在水底中向水面传播，在水面经反射离开水面返回水底。在水底和水面之间的反射可以发生一次或多次。因为地震接收器仅测量信号的到达时间，而不在意传播路径。而地震信号已经受迂迴传播路径，所以在地震记录中显得比它们在地面下所处实际位置更深。
传统的现有技术方法从地震数据中移去多次波，例如，预测的解卷积通常已被利用，以适当处理多次波的周期性。即在第一次传播后，在道中的多次波将在每n毫秒重复一次。例如，在预测的解卷积中，来自地震道的较早部分的信息用来预测和解卷积道的后面部分的信息。
还有一种传统的技术方法，例如动校正(normal moveout)，这些方法要求起始和多次波之间有一明显的速度差异。例如，对相同到达时间长路径的多次波传播平均速度比起始反射波速度低，它们显示出更大的动校正，且随共深点(common—depth—point)迭层而被减弱。
遗憾地，这些周期性的或明显的速度差别的前提限制了应用和/或限制了预测解卷积或动校正技术的效率。
用来消除多次波作用的另一种技术方法。包括波方程方法，这种方法产生更严格的预测多次传播时间的处理方法，波方程方法能处理复杂的几何结构且无需地面下速度的知识。遗憾的是涉及的波方程方法的计算代价严重地限制了它的使用。
因此，在现有的技术中，需要处理包括多次波的地震数据的替换方法。
另外，在本技术领域中需要一种改进处理包括多次波的地震数据的方法，以克服技术方法的限制。
在现有技术中还需要一种改进处理包括多次波噪声的地震数据的方法，这种方法同数据的周期性无关。
在现有的技术中甚至还需要一种改进处理包括多次波噪声的地震数据的方法，这方法同起始事件和它的多次波之间的速度差无关。
在现有的技术中甚至还有另外要求，以改进处理包括多次波噪声的地震数据的方法，这些方法并无过分的计算耗费。
在本领域中的这些要求及其它要求，对熟知此技术的人来说，通过对本专利说明的回顾将会很清楚的。
本发明的一个目标是为处理具有多次波的地震数据提供一种可选择的方法。
本发明的另一目标是为处理具有多次波的地震数据提供一种方法，以克服现有技术的限制。
本发明的再一个目标是为处理具有多次波的地震数据提供一种方法，这种方法并不需要在初始事件和它的多次波之间有周期性。
本发明甚至还有一个目标是为处理具有多次波的地震数据提供一种方法，这种方法并无过分的计算耗费。
本发明也还有一个目标是为处理具有多次波的地震数据提供一种方法，这方法并不依靠初始事件和它的多次波之间速度差。
本发明的这些目标及其它目标对熟知地震数据处理技术的人，通过阅读本专利说明将会很清楚的。
根据本发明的优选实施例，提供了一种从包含多次波的地震数据中分离多次反射数据的计算简单而特殊的方法，在利用计算机时那种方法是优先采用的。这种方法通常包括这样一步，测定零偏移双向(two—way)传播时间以检测多次反射产生的事件。这种方法通常要包括这样一步，通过一个动校正操作的应用产生一个偏移校正数据集，并利用初始事件速度记录地震道。一旦动校正已用于数据，下一步就包括向下移动偏移校正数据集中的所有事件，产生一时间移动数据集。正像前面所定的那样，时间移动量等于推测的多次波生成事件的双向传播时间。一旦动校正操作和双传播时间移动已被用于数据，该方法包含通过把反向动校正操作用于时移数据集，利用扩充速度函数产生一多次波反射能量数据集。以函数是原来的初始速度函数和推测的多次波生成事件的双向传播时间的间隔速度的函数。结果数据集现在仅包括多次波的数据集。
根据本发明的另一实施例，那里包括提供处理多次波地震数据的计算简单而特殊的一种方法。这在利用计算机时是优选的方法。这个方法包括从地震数据中扣除多次波反射能量数据集。在优选实施例中，多次波反射能量数据是这样进行换算，使扣除的多次波反射能量数据为最小。


图1是表示本发明的方法的简图，图中显示了起始事件PE，水底WB，水面WS，源S和接收器R。
图2是一附图，它显示了关于动校正操作的地表面上在源S、接收器G(中点为M)之间单层几何关系。
图3是一附图，它显示了关于动校正操作的地表面上在源S、接收器G(中点M)之间多层几何关系。
图4是一附图，它显示了与图2或3的几何图形有关的综合共中心点(CMP)的道集。在图2或3中，对一平坦反射层的传播时间曲线是一双曲线，该曲线的顶点在零偏移点。
图5(a)和5(b)是一附图，它描述了非零偏移传输时间转成零偏移传输时间的图。图5(a)为动校正之前的道集，图5(b)为动校正之后的道集。
图6(a)和6(b)是一附图，它显示了利用计算机对动校正传输曲线的操作，对这些情况中，在t(x)值上的振幅A并不需要落在整数采样位置上。
图7(a)是例1中综合以上数据的道集。
图7(b)是显示了在动校正操作之后图7(a)的数据。
图7(c)是一道集，它显示了通过向水底推移0.2秒双向传输时间以后，图7(b)的动校正数据。
图7(d)是一道集，它显示了用反向NMO方程，用图8的扩充速率函数，在反向动校正操作应用之后图7(c)的数据。
图8是对例1的数据扩充速率函数的图。
图9(a)到9(c)是道集，它们分别显示了图7(a)的输入数据，图7(d)的噪声数据及利用本发明的方法之后的数据。
图9(d)是应用NMO及重叠以后，图9(a)的道数据及类似数据的重叠剖面。而图9(e)是依靠本发明的方法除去多次波以后图9(c)的道数据及类似数据的重叠剖面图。
在本发明的方法的实施中，可用任何适当方法获得地震数据，例如许多熟知的地震测定技术的任意一种。通常，声波源如在陆地上的甘油炸药或振动器或海上空气枪所提供的声波向下传输到地里再从地面下反射界面向上反射。这些反射波被诸如地震仪，小型地震仪或水中地震检波器这些检测器接收，并产生地震信号或地震道的模拟电信号。所收集到的数据然后用计算机经过各种地震处理技术处理。
本发明的方法可以参照图1作简要解释。图1是本发明的方法的图示表示。显示了初始事件PE，水底WB，水面WS，源S和接收器R。
在图1中，推测的多次波形成事件为水底WB，接收器R，源S有距离为S的偏移。传播的路径P是从源S传播到初始事件PE再到接收器R。符号a表示一动校正操作，在那里传播路径P用偏移C校正。初始的传播时间现在同在零偏移时采集的数据相同，符号d是双向传播时间，它指从水面WS到推测的多次波生成事件，即水底WB。符号b表示通过双向传播时间d对路径P移动零偏移传播时间，反向动校正然后应用到移动的零偏移传播时间b，以产生具有偏移c的路径p’，该路径表示一预测的水底多次波，这预测水底多次波被从地震数据中扣除。
处理包含多次波地震数据的本发明的实施中，通常需要某些有关初始事件的信息，尤其是那些形成任何多次反射的推测。一旦一个多次波生成的初始事件被确定，本发明的方法包括这一步，以确定双向零偏移传播时间的推测多次波生成事件。例如，在海上地震数据处理中，至少推测的多次波生成初始事件中一个将在水底形成，因此，需要确定到水底的双向传播时间。这双向传播时间到一推测多次波生成初始事件利用地震技术中所熟知的技巧很容易确定。
本发明的实施亦包括这一步，把动校正操作(通常称“NMO”)应用到利用初始速度记录的地震道。沿接收器的线记录的地震数据的动校正通常认为由于射点到接收器距离偏移变化，改变了反射到达时间而引起。动校正是速度的函数，对较小范围的偏移，下沉随反射时间降低。
本发明的实施中，动态校正还可用于本技术领域任何已知技艺的数据。例如，动校正可以应用于由Ozdogan Yilmaz在《地震数据处理》中第157至162页之间所述的地震数据，该书于1987年由勘探地理学家协会(Society of Exploration Geophysicists)出版。在此仅作为参考。
关于动校正的慨念可进一步参考图2的说明。图2中显示了单一水平层的简单情况下关于动校正操作在地面上对源S、接收器G中点M之间的几何关系。
在所给中点位置M上，从发射位置S沿射线路径到一深度点D，然后再返回到接收器位置G的传播时间是t(x)。用勾股定理作为偏移函数的传播时间方程是 这里x是源和接收器位置之间距离(偏移)v是反射界面上面介质的地震速度t(o)是沿垂直路径MD2次传播时间。
如图2所示，深度点D到表面的垂直投影，(沿法线到的反射层)同中点M重合。这仅仅适合当反层是在点P水平向时的情况。方程1描述了双向时间面同零偏移点为顶点双曲线关系。
多次波在多层地下的结构层中形成，典型的例子是由水底多次波被畸变的初始事件。对多层动校正如下说明。
图3所示水平向等速度层组成的地下结构，地表面上关于动校正操作在源S，接收器G，中点M之间的几何关系。在图3中，这些层的厚度依靠双向零偏移时间定义。这N层具有间隔速度v1，v2…vn。
对射线路径从源S到深度点D，返回到接收器R的传播时间方程为t2(x)＝c0＋c1x2＋c2x4＋c3x6＋…(方程2)这里C0＝t2(0)c1＝1/Vrms2c2，c3…是取决于层厚和间隔速度的复杂函数。rms(均方根)速度Vrms下到位于深度点D所在反射层。定义为 这里△ti是通过第i层的垂直双向时间当形成的偏移量近似值相对比是微小深度时，方程3各项可以如下项，
t2(x)＝t2(o)＋x2/Vrms2(方程4)比较方程1和方程4表明为动校正所需的速度，对于偏移同深度比较小时，水平分层地面下的速度等于rms速度。
现参考图4，那里显示图2的几何结构，按其中心点(CMP)采集的道集的例子。图4还表示一共深点(CDP)道集，因为所有的同每个源接收器对有关的射线路径从相同的地面下深度点D反射。在这共中心点道集的所有道包括来自同深度点的反射，在给定偏移x的双向时间t(x)和双向零偏移时间t(o)之间差称为动校正(“NMO”)，从方程4知，当偏移x和双向时间t(x)和t(o)已知时，rms速度可计算出来。
一旦动校正速度被估算出，传播时间能被校正以除去偏移的影响。现在参考图5(a)和图5(b)，动校正包括非零偏移传播时间t(x)到零偏移传播时间t(o)的变换，对图5(a)显示了动校正之前的道集。图5(b)显示了动校正之后的道集。然后，对NMO校正的道集中道累加以得到在一特殊CMP位置上一迭合道集，其说明如下这种动校正操作的应用最适宜利用计算机。然而，当用计算机时，对传播时间曲线t(x)的时间值A没有落在相应于x的时间值的整数位置时会产生某些问题。
现在参考图6(a)和6(b)，那里显示利用计算机对动校正所用技术。按所给的整数值t(o)，速度和偏移，用方程4计算t(x)，在那些例子中，作为传播时间曲线t(x)的时间值并不发生于相应于x时间值的输入的整数取样位置上，t(x)的每边的整数值(用实点表示整数值)被用来内插到整数值之间以计算t(x)的时间值。然后，这计算的时间值映射成相应偏移上整数的样值t(o)(用A’表示)。作为一般规则，动校正随着偏移而增加，随着深度而减少。
一旦动校正用于地震数据中，对于推测多次反射生成事件的双向传播时间就被确定，在本发明实施例中的下一步是通过等于双向零偏移传播时间的时间量，按时间向下移动道中所有事件，对预测的多次波生成事件。
一旦通过双向零偏移传播时间对预测的多次波生成事件已按时间向下移动数据。一个反动校正操作被用于利用扩充的速度函数道中。这个函数是起始速度函和对预测的多次波生成事件间隔速度的函数。
反向动校正可以从方程4中确定的t2(x)得到，方程4中所用扩充速度函数为rms速度，而时间值已由双向传播时间移到多次波生成事件。
作为时间t的函数的扩充速度函数如下所示Vextended(t)＝{(V2t＋Vm2tm)/(t＋t(o))}1/2………(方程5)这里Vm是多次反射生成层内的速度tm是多次反射生成层内的传播时间V是对关心的起始事件的rms速度t(o)是对多次反射生成事件的零偏移双向传播时间。
利用方程5的扩充速度函数和时间移动地震数据，可得到如下反向动校正方程t2(x)＝(t(o)＋tm(x))2＋(x2/vextended2(t))(方程6)在反向动校正操作应用后，可得到仅包含多次波的多次波道集。下一步，在消除多次反射噪声时是使原始道和如下所有时间深度的多次道之间能量差最小。
在原始道和所有时间深度的多次道之间能量差E亦称为“被扣除的道能”(“subtractecl trace energy”)并示于下面方程7中。其中Di为原始数据道集Mi为多次波道集所用下标i为时间索引 本发明的方法假设多次波，用小于1的反射系数，从界面反射。因此，利用振幅比例因子α。而且，剩余时间移动τ。是在最佳化中考虑用确定双向传播时间去推测多次波生成事件的误差。
对所给τ，α可以对方程7对α求导，设置方程7的导数为0得到 对α求解方程8*，得到方程9α＝(ΣDiMi)/(ΣMi2)(方程9)。
一旦α和τ相结合，最小被扣除的道能E被确定，多次波道集被从原始数据道集中减去得到一无多次波的道集。
例1本例子利用50米道间隔的综合海上数据，在本例中，双向零偏移水底时间为0.2秒，第一初始事件是在1.8秒时，第一个形成的浅层，多次波是在2.0秒时。
图7(a)是本例的输入数据的道集，图7(b)显示在应用了动校正后图7(a)的数据集。图7(c)显示在用0.2秒双向传播时间移动数据到水底以后图7(b)的数据。
用上面方程2和水底时间的间隔速度扩充的速度函数被确定本例的确定的扩充速度函数，显示在图8中。
图7(d)显示用上面方程6及在图8的扩充速度函数，在应用反向动校正操作之后的图7(c)的数据显示的仅是生成的多次波。
图9(a)到9(c)分别显示图7(a)的输入数据，图7(d)的噪声数据，及在应用本发明的方法后的数据。噪声数据用常数0.8调节，它用最小被扣除的道能来确定。
图9(d)是在应用NMO和迭合以后图9(a)的道集数据和相似数据的迭合剖面。而图9(e)是用本发明的方法，移去多次波以后图9(c)的道集数据和类似数据的迭合剖面。在图9(d)和图9(e)之间最值得注意的差别是在图9(d)中在2.0秒处存在水底多次反射，而在图9(e)处没有这种情况。
在此所给的说明想描述本发明的优选实施例。对于在本技术领域具有一般技艺的人可以在相当于本发明权利要求范围内对本发明的细节做各种变化，但并不脱离本发明的精神。因此，这意味着所有这些变化包含在本发明的权利要求范围之中。
权利要求
1.一种处理地面下的地震数据的方法，其中具有的多次波生成区，此区域至少一个面同多次波生成事件相连，且具有初始目标事件，其中地震数据包括由多次波生成事件反射出并在多次反射区传播的地震波生成的多次反射能量，而其中对多次波生成事件零偏移双向地震波传播时间在多次波生成区中地震波的速度和对初始事件的rms地震波速度是公知的，该方法包括(a)利用初始目标事件的rms地震 波速度，通过应用地震数据的动校正操作产生偏移校正数据集；(b)通过按时间下移偏移校正数据集中的所有事件，产生时移数据集，所移时间量等于对多次波生成事件的零偏移双向传播时间；(c)利用对步(b)的时间移位数据集的反向动校正操作产生一多次波反射能量数据集，其中反向动校正操作利用一个速度函数，这速度函数是初始目标事件的rms地震波速度及多次波生成区中地震波速度的函数；且(d)用从地震数据中减去多次波反射能数据集产生校正数据集。
2.权利要求1的方法，用步骤(c)中的速度函数v(t)表示如下v(t)＝{(v2t＋vm2tm)/(t＋t(0))}1/2这里vm是多次波生成区中地震波的速度tm是多次波生成区中地震波的传播时间v是感兴趣的初始事件的rms速度t(o)是多次波生成事件的零偏移传播时间。
3.权利要求1的方法中，多次波生成区域是水，多次波生成事件是水底。
4.权利要求1的方法中，步(d)的校正数据集是通过从地震数据中减去多次波反射能数据集生成，在那里多次波反射能是数据集用振幅比例因子和剩余时间移动来调节。
5.权利要求4的方法中振幅比例因子和剩余时间移动被选择为多次波反射能数据集和地震数据之间相减能量的最小平方，方程如下E2(α,τ)=Σi(Di-αMi(τ))2]]>这里E是被扣除的能量α是振幅比例因子τ是剩余时间移动D是地震数据M是多次反射能数据集i是时间索引。
6.权利要求1的方法中，多次波生成区是水，多次波生成事件是水底，用在步骤(c)中的速度函数v(t)如下所示v(t)＝{(v2t＋vm2tm)/(t＋t(o))}1/2这里vm是多次波生成区中地震波速度tm是多次波生成区中地震波速度v是感兴趣的初始事件的rms速度t(o)是多次波生成事件的零偏移传播时间；而步(d)的校正数据集是从地震数据中减去反射能量数据集产生的，其中多次波反射能量数据集通过振幅比例因子和剩余时间移动来调节，振幅比例因子和剩余时间移动选择成多次波反射能量数据集和地震数据之间相减能量的最小平方，方程如下E2(α,τ)=Σi(Di-αMi(τ))2]]>这里E是被扣除的能量α是振幅比例因子τ是剩余时间移动D是地震数据M是多次波反射能数据集i是时间索引。
7.处理地面下的地震数据的方法，所说地面下具有的多次波生成区至少一面同多次波生成事件相连，且具有初始目标事件，其中地震数据包括由多次波生成事件反射出并在多次波区传播的地震波生成的多次波反射能量；这方法包括(a)确定针对多次波生成事件的零偏置双向地震波传播时间，确定多次波生成区内地震波的速度及针对初始事件确定rms地震波速度；(b)利用对初始事件的rms地震波速度通过应用动校正操作产生一个偏移校正数据集；(c)通过按时间下移的偏移校正数据集中的所有事件，产生时移数据集，所移时间量等于对多次波生成事件的零偏移双向传播时间；(d)对步(c)的时间移动数据集应用反向动校正操作产生一多次波反射能量数据集，其中反向动校正操作利用一个速度函数，这速度函数是初始目标事件rms地震波速度及多次波生成区中的地震波速度的函数；且(e)用从地震数据中减去多次波反射能数据集产生校正数据集。
8.权利要求7的方法中，用在步骤(d)中的速度函数v(t)表示如下v(t)＝{(v2t＋vm2tm)/(t＋t(o))}1/2这里vm是多次波生成区中地震波的速度tm是多次波生成区中地震波的传播时间v是感兴趣的初始事件的rms速度t(o)是多次波生成事件的零偏移传播时间。
9.权利要求7的方法中多次波生成区域是水，而多次波生成事件是水底。
10.权利要求7的方法中步(e)的校正数据集通过从地震数据中减去多次波反射能数据集生成，在那里多次波反射能量数据集用振幅比例因子和剩余时间移动来调节。
11.权利要求10的方法中振幅比例因子和剩余时间移动被选择为多次波反射能数据集和地震数据之间相减能量的最小平方，方程如下E2(α,τ)=Σi(Di-αMi(τ))2]]>这里E是被扣除的能量α是振幅比例因子τ是剩作时间移动D是地震数据M是多次波反射能数据集i是时间索引
12.对地震数据的多次波反射能量数据集产生方法，所表示地面下具有多次波生成事件，初始目标事件，其中的地震数据包括由多次波生成事件生成的多次波反射能量，其中针对多次波生成事件的双向零偏移地震能量传播时间，针对多次波生成事件的地震能量速度是已知的，这方法包括(a)利用初始目标事件的动校正速度，通过应用地震数据的动校正操作产生偏移校正数据集；(b)通过按时间下移的偏移校正数据集中的所有事件，产生时移数据集，所移时间量等于对多次波生成事件的双向零偏移传输时间；且(c)对步(b)的时间移动数据集的反向动校正操作产生一多次波反射能量数据集，其中反向动校正操作的速度是初始目标事件的动校正速度和多次波生成事件地震能量速度的函数。
13.权利要求12的方法，用在步骤(d)中的速度函数v(t)表示如下v(t)＝{(v2t＋vm2tm)/(t＋t(o))}1/2这里vm是多次波生成区中地震波的速度tm是多次波生成区中地震波的传播时间v是感兴趣的初始事件的rms速度t(o)是多次波生成事件的零偏移传播时间。
14.权利要求12的方法中多次波生成区域是水，而多次波生成事件是水底。
全文摘要
本发明涉及处理包含多次波地震数据的方法，该方法对推测的多次波生成事件确定双向传播时间，对记录的地震进行动校正操作。一旦动校正被适用于这个数据，在道上的全部事件按时间向下移动。一旦动校正操作和双向传播时间移动已被用于道，反向动校正操作利用扩充速度函数而被用于道。结果道集现在仅包括多次波道。最后，多次波噪声可以利用比例因子和剩余时间移动从原始数据中扣除。
文档编号G01V1/36GK1118441SQ9511680
公开日1996年3月13日 申请日期1995年8月31日 优先权日1994年9月2日
发明者尤-瓦·奥古斯特·劳, 劳恩·东·法姆 申请人:埃克森生产研究公司