专利名称：用于海洋地震拖缆数据的完全带宽消幻影的方法
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，地震信号产生 在地球表面上或其附近，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 (具体说来是声波速度和岩石密度，它们在界面处导致声阻抗的差异)的各种地下地层之间 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，人们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构成。这种排布对于 气枪尤其如此，当前最常见的形式是海洋地震源。
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哩/小时在水表面上行进， 并且包含地震获取装备，例如导航控制器，地震源控制器、地震传感器控制器、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，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“幻影”信号。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，船只拖拽甚长拖缆，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 地震源声音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 模糊。从海洋地震数据移除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“消幻影”。因而，需要一种对海洋地震数据进行消幻影的方法，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。
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，其中，所述地震数据表示地表下地球地层的特 性。通过将多个地震接收机部署覆盖待评估的地表下地球地层的区域来获取所述地震数据，其中，所述地震接收机响应于地震能量而生成电信号和光信号中的至少一个。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 提供给用于消幻影方程系统的正则方程集合。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消幻影的本发明第一实施例的流程图2是示出用于对海洋地震拖缆数据进行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消幻影后的地震数据，包括 获得从所述海洋拖缆记录的地震数据，所述地震数据表示地表下地球地层的特性，并且是通过将多个地震接收机部署覆盖待估计的地表下地球地层的区域而获取的，所述地震 接收机响应于地震能量而生成电信号和光信号中的至少一个；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消幻影方程系统的正则方程集合；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 获得利用海洋拖缆记录的地震数据；确定所述复拉普拉斯频率参数的非零实部； 获得针对地震源激励所记录的地震数据；使用所述复拉普拉斯频率参数来将针对地震源激励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是圆周频率，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psci从空间-频率域(Y5Xf5^fj)变换到谱域
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消幻影； 确定消幻影方程系统的正则方程集合；以及 将基于物理的预条件算子应用于正则方程集合。
7.权利要求6所述的方法，其中，确定用于消幻影的方程系统包括应用以下方程
8.权利要求7所述的方法，其中，确定正则方程集合包括应用以下方程
9.权利要求7所述的方法，其中，所述预条件算子包括水平拖缆的系统矩阵的逆。
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. 一种设备，用于将从海洋拖缆记录的地震数据转换为消幻影后的地震数据，包括用于获得针对每一地震源激励和每一频率的地震数据的装置；用于使用复拉普拉斯频率参数来将所述地震数据从空间-时间域变换到谱域的装置；用于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，
15.权利要求14所述的设备，其中，用于使用复拉普拉斯频率参数的装置包括 用于获得利用海洋拖缆记录的地震数据的装置；用于确定所述复拉普拉斯频率参数的非零实部的装置； 用于获得针对地震源激励所记录的地震数据的装置；用于使用所述复拉普拉斯频率参数来将针对地震源激励所记录的地震数据从空 间-时间域变换到空间-频率域的装置；用于获得针对频率的变换后的地震数据的装置；以及用于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 域变换到谱域的装置。
16.权利要求15所述的设备，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所述的设备，其中，用于使用所述复拉普拉斯频率参数来变换所记录 的地震数据的装置包括用于使用拉普拉斯变换将散射的声学波场从空间-时间(<,<，<, )域变换到空 间-频率(jf，jK,J)域的装置，从而其中，pSCt是空间-频率域中的散射的声学波场，X^q是纵测线接收机坐标，q 是纵测线接收机数，X^r是横测线接收机坐标，r是横测线接收机数，X^yr坫作为
18.权利要求17所述的设备，其中，用于使用所述复拉普拉斯频率参数来变换所述变 换后的地震数据的装置包括用于通过以下将散射的波场psct从所述空间-频率域J)变换到谱域
19.权利要求18的设备，还包括用于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消幻影的装置； 用于确定消幻影方程系统的正则方程集合的装置；以及 用于将基于物理的预条件算子应用于正则方程集合的装置。
20.权利要求19所述的设备，其中，用于确定用于消幻影的方程系统的装置包括用 于应用以下方程的装置
21.权利要求20所述的设备，其中，用于确定正则方程集合的装置包括用于应用以 下方程的装置7
22.权利要求20所述的设备，其中，所述预条件算子包括水平拖缆的系统矩阵的逆。
23.权利要求22所述的设备，其中，用于应用预条件算子的装置包括用于应用以下 方程的装置
24.权利要求14所述的设备，其中，用于应用迭代共轭梯度方案的装置包括 用于按照如下选择迭代计数k=0的初始估计的装置
25.权利要求M所述的设备，其中，所述误差准则由以下给出
26.权利要求18所述的设备，其中，用于对所述解进行逆变换的装置包括用于应用 以下方程的装置
全文摘要
本发明涉及用于海洋地震拖缆数据的完全带宽消幻影的方法。获得海洋拖缆中所记录的地震数据，其中，所述地震数据表示地表下地球地层的特性，并且是通过将多个地震接收机部署覆盖待估计的地表下地球地层的区域而获取的，所述地震接收机响应于地震能量而生成电信号和光信号中的至少一个。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消幻影方程系统的正则方程集合。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消幻影后的地震数据。
文档编号G01V1/32GK102062874SQ20101054236
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月12日 优先权日2009年11月12日
发明者C·D·里延蒂, J·T·富克马, P·M·范登伯格, 博尔塞伦 R·G·范 申请人:Pgs 地球物理公司