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专利名称：地震振子的串接扫描法的制作方法
技术领域：
本发明涉及地球物理勘探领域，具体地说，涉及到一种利用串接扫描来产生地震振子数据的方法。
在油气工业中，已普遍采用地球物理勘探技术来辅助对地下烃类沉积物的普查与评估。一般，是用地震能源来产生一传播到地内且至少是部分地由地下地震反射体(即在具有不同声阻抗的地下结构之间的界面)所反射的地震信号。这种反射由位于地面的或在一水体中或已知深度的钻孔中的临近地面处的地震探测器记录，然后对所得的地震数据进行处理，以获取有关此地下反射体的位置以及有关此地下结构的物理性质。
有一类地球物理勘探方法是利用黄色炸药或一种海空大炮之类脉冲能源来产生地震信号的。这是利用脉冲或能源将大量的能于短时间内注入到地球之中的。因此，获得的数据具有较高的信噪比，有便于随后的数据处理作业。但另一方面，脉中能源的应用则会提出某些与安全和环境有关的问题。
五十年代末与六十年代初，Conoco公司率先开发了一种新型的地球物理勘探方法，一般称之为震动源勘探法(Vibroseis)。这种震动源勘探法利用陆地或海上的地震振子作为能源。与脉冲能源相反，地震振子传送到地球内的信号则具有远低的能级但却有长得多的持续时间。
由地震振子产生的地震信号是一种受控的波列(即一种扫描)，它被施力到地球的表面或水体中。通常，扫描是一种连续变频的正弦振动，随给定的频率范围单调地上升或下降，在一扫描周期内持续应用2至20秒或甚至一段更长的时间。频率则可随时间作线性或非线性的变化。同时，此频率可从低值开始而随时间升高(上扫描)或从高值开始而逐渐降低(下扫描)。
在震动源勘探中记录下的地震数据(下面称之为“振子数据”)是复合信号，每一个都包括许多长的相互叠置的反射波列。由于这些复合信号通常要较两次反射间的区间长许多倍，就不可能从所记录下的信号中区分出各个反射。这正如熟悉本项技术的人周知的，在处理地震振子数据的第一批步骤中之一便是使记录下的数据与扫描信号(也称作为“参考信号”)互相关。例如参看KirK，P.的“震动源勘探法”(A.Fitch编辑的《地球物理勘探法的发展》中的第二章37—52页，该书由伦敦的“应用科学出版社于1981年出版)。求得的互相关数据逼近于能源为脉冲式能源时所记录下的数据。
这种传统的互相关法带来的一个不希望有的副产品是在获得的小波中存在有过量的旁瓣能。最近已发展了一种新型的称之为“整形”(shaped)扫描的扫描技术来解决上述问题。整形扫描的主要优点在于，这种相关的振子数据具有简单的小波形状和最小的旁瓣能。它在共同未决美国专利申请系列08/086776号(1993年7月1日提交)中有过较详细的描述，是对扫描进行整形使之产生一特定的功率谱而得以实现的。
在传统的振子扫描中，注入地球内的能量数量是受振子的大小与扫描的持续时间支配。由于当前对振子尺寸与扫描时间的实际限制。常必须在各个源点发生若干次扫描。每次扫描通常都接着一段振子不进行扫描的监所时间，但地震探测器却仍然接收着反射能。然后将各次扫描中求得的数据与该次扫描的参考信号互相关联，并将所得到的各次数据轨，加和或“叠加”以求得相应源点的最终复合数据轨迹。各个源点所需要的时间中有显著一部分是与两次扫描间的监听时间相关联。显然，若能消除部分或全部的这种监听时间，就可大大提高这种震动源勘探法的效率。
另一个与传统震动源勘探法有关的问题基于这一事实由于振子水力学中的非线性效应以及地壳对于由振子基板所施加的力的非线性反应的结果，振子会产生出谐波畸变，并且是以二次、三次与四次谐波构成为绝大部分这种畸变的原固。这些谐波出现在记录下的数据中，在相关数据中导致了称之为谐波鬼线的相关噪声列。这类谐波鬼线特别会在下降扫描中带来麻烦，这种情形下的鬼线发生在主相关峰之后(即正延时)，因而能够干扰后面的，也即是较弱的反射。在上扫描情形，谐波鬼线由于超前于主相关峰(即负延时)，引起的麻烦多少要少一些。但不论是在上扫描或下扫描中，谐波鬼线总会在数据的处理与解释中造成困难。
S.Sorkin在他于1972年的著作中描述了一种从相关数据中除去偶次谐波的方法。参看S.Sorkin在1972年3月9～10日，于加利福尼亚Bakersfield的“勘探地球物理学家与美国石油地质学家协会1972年太平洋海岸联合会”上提出的“用来减少基板畸变影响的一种方法”。Sorkin的方法利用了这样的事实最终的复合数据轨迹乃是若干个独立数据轨迹的代数和。在Sorkin的方法中，只有一半的独立数据轨迹是依传统方式产生的。另一半则是以相反极性的扫描形成的。在加和或叠加过程，来自第二组数据的极性在输入记录系统中时反向，使第二组数据轨迹与第一组的一致。但偶次谐波不受此第二组极性反向的影响，因而叠加过程使得偶次谐波从第二组轨迹中抵销了第一组中的偶次谐波。
E.Rietsch于1981年推广了Sorkin的方法，可以消除高达任意所需次数的谐波。参看Rietsch.E.“在振动源记录数据中减少谐波畸变”，《Geophysical Prospecting》，V.29，PP178—188，1981。Rietsch的方法要求把一列M信号用在每个信号所具的初相角与前一信号的初相角相差一个2π/M角的条件下。在叠加之前，使各个数据轨迹与它们相应的扫描信号相关。通过采用这一方法，所有的高达第M个并包括第M个在内的谐波得以消除。第M＋1次谐波则存在于这种相关数据内，而相继的M－1个谐波被消除，等等。
还就抑制噪声提出了其它一些方法。1982年，Edelmann与Werner提出过两种可能抑制噪声的方法。参看Edelmann，H.A.K.and Werner.H.“与噪声抑制相关的组合式扫描信号”，《GeophysicalProspecting》V.30，PP786—812，1982。他们的第一种方法称之为“结合式扫描”技术，包括采用两或多个具有不同频率范围的常规的时序扫描。通过重叠不同扫描的频谱可以对复合的轨实现对称或非对称的频率加权。第二种方法称之为“编码扫描”技术，用一系列短的扫描组合成无时间间隔的代码序列。在代码和补码间存在一段监听时间的这样两种代码序列构成了最终的编码扫描。但上述两种方法的目的并不在于改进震动源勘探技术的效率，一般地说，并不比传统的振子技术更为有效。
1989年4月18日公布的R.M.Ward的美国专利4823326号中描述了一种地震数据的获取技术，它允许同时利用位于不同源点的两或多个地震振子。每个振子用到了一列至少四个独立的扫描。各个振子的导频信号有一批分立的相角，而每个振子的扫描序列不同于其它振子的扫描序列。这样便对于各个扫描产生出不同的相关记录，把它们以适当方式加和而分离出来自各个源点的数据。Ward利用了上述Rietsch的方法抑制了谐波鬼线。但是Ward并不是通过消除部分的或全部的在不同的两次扫描之间的监听时间而提高了振子效率。确切地说，对效率所做的任何改进都是由于采用了多个振子所致。
Ward等在1990年的论文中指出，将扫描经与适当的相位编码作连续扫描可以消除介入中间的监听时间来提高震动源勘探的效率。参看Ward，R.M.，Brune，R.H.，Ross，A.，and Kumamoto，L.H.“用来同时从多个源点获取数据的震动源信号的相位编码”，该文是在1990年9月23～27日于加利福尼亚州旧金山市的勘探地球物理学家学会的第16届国际会议与展览会上提出的。但Word等失误在于未能注意到，相连续的一批扫描在一起组成的序列当相关时，会在负延时与正延时产生谐波鬼线而不论扫描方向如何。为此，当前的用来将一批扫描连接或串接到一起的方法，要求采用成对的振子扫描序列以抑制鬼线。此外，为使这种方法有效，两种扫描序列必须在同一源点振动。
于是，显然需要有这样一种方法来将一批扫描连接或串接到一起，以减少或消除无效益的监听时间而不需采用成对的振子扫描序列就能达到抑制谐波鬼线的目的。本发明便提供了这种方法。
本发明的第一个目的在于提供一种方法，将一列振子扫描串接或串连到一起以形成一串接的扫描序列。
本发明的第二个目的在于提供一种方法，通过消除部分的或所有的在两个不同扫描之间的无效益的监听时间，来提高震动源勘探法的效率。
本发明的第三个目的在于提供一种方法，使通过一患接的扫描序列所产生的振子数据相互关联。
本发明的第四个目的在于提供一种相关方法，可在不需采用成对的振子扫描序列的前提下，消除正、负延时两者的谐波鬼线。
本发明的第一个特点是，任何类型的扫描(线性的或非线性的)都可用这里所述的方法串连或串接成一扫描序列。
本发明的第二个特点是，在一扫描序列内各个独立扫描段的初相角是渐次地转过一约360/N度的恒定的相角增量，这里的N是此扫描序列内的扫描段数。
本发明的第三个特点是，相关参考序列或振子扫描序列中有而且只有一个包含一附加的扫描段，后者定位和定相成能在相关过程中基本上抑制谐波鬼线。
本发明上述的与其它的目的与特点，对于熟悉本项技术的人，在这里所描述的原理的基础上将是显而易见的。
本发明是一种利用地震振子来产生地震数据的方法。在第一实施例中，本发明的方法包括以下步骤(a)产生出第一个由N个头尾相连的扫描段组成的串接扫描序列，这里的N≥2，这N个扫描段基本上一致，不同的只是这N个扫描段的初相角是相续地转过一约360/N度的恒定的相角增量；(b)产生出第二个串接的扫描序列，它包括(1)N个头尾相连的连续扫描段，这N个连续扫描段对应于上述第一个串接的扫描序列，以及(2)一个连接到此N个连续的扫描段的附加扫描段，此附加的扫描段定位并定相成能在所说地震数据相关时基本上消除谐波鬼线；(c)将上述两个串接扫描序列之一用作振子扫描序列，由此产生一传播到地内的地震信号；(d)记录下由地下地质结构反射回的地震信号所造成的不相关地震数据；(e)把上述另一个串接扫描序列用作相关的参考序列；以及(f)用此相关参考序列使所说地震数据相关联。
任何类型的扫描都可用作上述各个扫描段，只要在一特定扫描序列内的所有扫描段是基本上一致而例外的仅仅是相续转过的初相角不同即可。上述的可以而且只能位于相关参考扫描序列或振子扫描序列中某一个的辅助扫描段，对于由单一的振子扫描序列来消除正、负两种延时的谐波鬼线提供了适当平衡。
参考下面的详细描述和附图当可更好地理解本发明及其优点，在附图中

图1A至1D说明具有各种初相角的振子的上扫描与下扫描；图2A至2D以框图形式说明本发明的四个主要实施例；图3说明本发明一实施例的相关参考序列与振子扫描序列；图4A至4D说明图3中相关参考序列与振子扫描序列的互相关结果；图5说明本发明另一实施例的相关参考序列与振子扫描序列；图6说明包括本发明一附加扫描段的模拟振子力序列与对应的相关参考序列互相关的结果；图7说明一模拟的振子力序列与对应的相关参考序列在都未包括一附加扫描段时的互相关结果；而图8A、8B与8C则分别表明叠置上四个传统扫描、本发明的串级扫描序列、以及一不平衡的串级扫描序列(即没有附加的扫描段)，这三者的试验现场数据的摄影记录的比较。
尽管本发明将结合它的最佳实施例予以描述，但应认识到本发明并不局限于这些实施例。相反，应把本发明看作是可包括在其由后附权利要求所规定的精神与范围内的，所有可替换形式、变更形式以及等效形式。
下面详述本发明的实施例。
本发明是一种用来将地震振子扫描串级或连接到一起以克服现行方法中前述缺陷的方法。本发明的编码技术能由单一的一个振子扫描序列来完全消除正、负两种延时的谐波鬼线。因此，为了消除谐波，不需要成对的振子扫描序列。根据下面的详细描述，熟悉本项技术的人将能很快地认识到本发明的其它优点。就下面对本发明一特定实施例或特殊应用所具体给出的详细描述而论，其目的在于说明而不是用来限制本发明的范围。本发明结合了使用每一源点上多个短扫描(即能产生较少的相干噪声和能更好地抑制随机噪声)以及使用为数较少的长扫描而能提高所得效率两方面的优点。这里的串接扫描序列是通过把若干个短扫描头尾相连形成一长扫描序列而形成的。在一个序列内的每个扫描定义为一个段，而各个扫描段则能以在其间有或没有填充位(监听时间)连接起。每个扫描段通常约1—16秒长，最好是4—8秒长。填充量的范围可以从零到传统震动源勘探法所用的标准监听时间。但最好是使这些扫描段在没有填充位的条件下相连接，因为这时能提供最有效的运行。例如四个传统的6秒扫描可以由四个6秒扫描段组成的一个串级扫描序列代替，据此就可将监听时间的次数从四个减到一个，同时却保持着相同的总的扫描效果(24扫描秒)。
正如本项技术中内行的人所周知，各个扫描(或扫描段)通常具有下述形式S(t)＝A(t)sin(φ(t)＋φi)(1)式中的A(t)表示此扫描的振幅包络线，一般是一应用到此扫描上的窗函数用来防止扫描开始或终止时振幅突变，φ(t)是此扫描的瞬时相位函数(此函数的导数产生扫描的瞬时频率)，而φi是一常数，表示此扫描的初相角，范围从零至360度。这些特点确定出此扫描(或扫描段)。
根据本发明，在一序列中的各扫描段除初相角外基本一致(即具有一级的特点)。内行的人当可认识到，在一特定序列中的扫描段上述特性(除初相角外)最好应尽可能地接近一致，一或几个扫描特性的细致变化是可以接收的。每个扫描段的初相角是渐次转过一个约360/N度的恒定相角增量。例如连接到一起的四个扫描段可以分别有0°、90°、180°与270°的初相角。应知起始的角度可在0°至360°的范围内而无关紧要，在上述例子中，起始角经任意设定到0°。此外，转动的方向可以沿正(反时针)或负(顺时针)方向，但在整个的特定扫描序列应该一致。为了合适地抑制噪声，相角的转动是必须的。正如Rietsch指出，转过N个角度就能消除前N个谐波。一个序列中的扫描段的典型个数(即N的值)可从3至8，“3”大体上是提供名义噪声抑制的最小数，而“8”基本上能使此种序列的长度不超过现行设备限制的最大数。自然，将来在振子仪表设计上的发展可使之实用于含有8个以上扫描段的序列。同时本发明也可用到大到两个扫描段的情形，但这时将只能消除偶次谐波。
为了能回收所需的数据，相关参考序列(用来使记录的地震数据相关)与振子扫描序列(用来产生地震数据)必须相互“对应”。按照这里及权利要求书中的规定，所谓两个扫描序列“对应”是只当它们所包含的扫描段具有基本相同的瞬时相位函数中(t)，且只当它们的初相角转动具有相同的方向并具有基本相同的增量。然而不必要求两个序列中等效定位的扫描段具有相同的振幅包络线A(t)或初相角φi。内行的人当知，显然最好是使相关参考序列与振子扫描序列尽可能接近一致，因为这样可使操作最简便。
重要的是要注意到，与常规的上扫描(于相关记录上只在负延时处产生谐波鬼线)和常规的下扫描(于相关记录上只在正延时处产生谐波鬼线)不同，串接的或串连的一批扫描在一起却于相关记录上产生正、负两种延时的谐波鬼线而与扫描方向无关。因而除了上面讨论的相角转动方式外，还要求在由单一振子扫描序列来消除正、负延时两种谐波鬼线时提供必要的适当的平衡。正如后面较详细讨论的，前述那种附加扫描段可以设置于相关参考序列或振子扫描序列的任一个之中，但不得同时设于它们两个之中。确切地说，正是这种附加扫描段才使得本发明有了牢靠的基础。
本发明可以利用熟悉这项技术的人所周知的任何一类振子扫描(例如上扫描、下扫描、线性扫描、非线性扫描、整形扫描，等等)。唯一要求的只是在一特定扫描序列内的各个扫描段除前述的初相角转动不同外应该基本上一致。
图1A至1D阐明了这种概念。图1A表明初相角为0°的一种上扫描10(即在低频处开始而逐渐上升)。上扫描10取决于频率是随时间作线性或是非线性变换而可以是线性的或非线性的扫描。图1B示明了初相角为90°的一种上扫描12。同样，上扫描12也可以是线性或非线性的扫描。图1C示明初相角为180°的一种下扫描14(即在高频处开始而逐渐下降)，图1D表明具有270°初相角的下扫描16。与上述扫描10和12的情形相同，下扫描14与16可以是线性的或是非线性的。其它形式的组合与变化对于熟悉本项技术的人是易于明了的。但应注意到，上面谈到的所谓“整形扫描”只是一种特定类型的非线性扫描，其中的频率已改变成可产生出所需的功率谱。
图2A至2D说明了本发明的四个基本实施例，其中的每一个都以框形说明各扫描段。在各个框中指出了扫描方向(上或下)以及初相角(IPA)。这些扫描段的其它特性，例如振幅包络线A(t)与瞬时相位函数φ(t)由于可由用户任意选定，故予以略去。如前所述，唯一要求的是，各个在一特定序列内的扫描段，除了渐次进行的IPA转动外必须是基本一致的。这些IPA转动只要它在整个序列中始终保持一致，可以是正或负的。在两个独立段之间的填充18(即监听时间)可以从零到正常的监听时间，但据上所述，零充填最为理想，因为它可使作业最为有效。
图2A至2D所示四个实施例中的每一个都包括两个串接的扫描序列相关参考序列与振子扫描序列。振子扫描序列用来驱动地震振子，相关参考序列用来使获得的地震数据相关。在每一实施例中，相关参考序列与振子扫描序列相互对应，除了其中有而且只有一个包括着一个附加的扫描段。但如上所述，最好是使相关参考序列与振子扫描序列(除附加的扫描段外)基本一致。此附加段的位置及其IPA与扫描的方向(上或下)有关，而不论此附加段是位于相关参考序列或位于振子扫描序列中。下面描述附加扫描段的功能。
现在参看图2A所示的实施例，相关参考序列20包括N个基本一致的上扫描段。段1的IPA任意设定在φA(它可取从0°至360°之中的任何值)，每个相继段的IPA转过一约360/N度的恒定增量。于是段2的IPA是 ，而段N的IPA是 式中的负号(-)表明这种转动可取两个方向中的任一方向。振子扫描序列22包括N＋1个段，其中前N个段对应于相关参考序列20的N个段。附加扫描段24业已设置在振子扫描序列22的末端。此附加扫描段与振子扫描段22的段1基本一致。注意振子扫描序列22的段1的初相角是φB，它可取从0°至360°间的任何值。φB最好是组并非必须等于φA。
在图2B所示本发明的实施例中，相关参考序列26包括N个基本一致的下扫描段。段1的IPA是φA，每个相继段的IPA转过一个约360/N度的恒定增量。此外，这种转动的方向可以任选，但要求这一方向在整个序列中保持一致。振子扫描序列28包括N＋1个段，它的最后的N个段对应于相关参考序列26的N个段。在振子扫描序列28的开始处已设有一附加扫描段30，后者与振子扫描序列28的段N基本一致。
在图2C至2D所示的实施例中，这种附加扫描段是包括在相关参考序列中而不是在振子扫描序列中。在图2C中，振子扫描序列34包括N个上扫描段，它们所具有的IPA渐次(于任一方向中)转过一个约360/N度的恒定增量。相关参考序列32包括N＋1个扫描段，它的后N个对应于振子扫描序列34的N个段。附加扫描段36设在相关参考序列32的起始处，且与相关参考序列32的段N基本一致。
在图2D，振子扫描序列40包括N个下扫描段，它们所具有的IPA是以与上述其它实施例相同的方式渐次转过。相关参考序列38包括N＋1个段，其中前N个对应于振子扫描序列40中的N个段。附加扫描段42设在相关参考序列38的末端，且与相关参考序列38的段1基本一致。
下面联系含有N个上扫描段的串接扫描序列(即图2A与2C中所示的实施例)来说明附加扫描段的作用。对于逐级的为负相关的延时，各个相关参考段的渐次增高的频率关联着由模拟振子扫描段(即在振子扫描序列中所具位置与相关参考段在相关参考序列中所具位置相同的振子扫描段)所产生的渐次增高的高次谐波。这是在所有振子上扫描数据中存在的仅有的为大家所熟悉的负时谐波鬼线。但对于渐增的正相关延时，这种谐波并不在模拟扫描段之间相关而是在相邻扫描段之间相关。各个参考段的高频端首先与相邻振子段产生的高次谐波相关。当相关参考序列随时间向前运动时，它的低频部分便开始与相邻振子段的低次谐波相关。于是，串级或串连的扫描段在一起同样产生出必须消除的正时的谐波鬼线。(这些正时的谐波鬼线实际上是相邻扫描段的负时谐波鬼线。)消除这些正时鬼线是关键所在，因为它们会干扰随后的从而属较弱的反射数据。于是必须要有这种附加的扫描段，为所有的存在于相邻扫描段之间的N个转动角度，对于正的延时提供适当的平衡。此附加扫描段则可位于振子扫描序列的末端(图2A)或位于相关参考序列的始点(图2C)。
对于下扫描，情况正好与上述相反。附加的扫描段给负的相关延时提供了适当平衡。于是对下扫描来说，附加的扫描段则设在振子描述到的始点(图2B)或设在相关参考序列的端部(图2D)。
这种串接扫描法利用了带有一个具有重复段的长的相关参考序列的长的连续数据记录。经相关后，便在等于扫描段长度的延时处引起了重复性记录。但便是周知的基本鬼线，而来自继后记录段的鬼线则可以干扰所需的记录段。本发明可用来把任何类型的扫描段(线性或非线性的扫描段以及上或下扫描方向)串连到一起，但是可以由单一的振子扫描序列通过采用在相关后显示出低旁瓣能的扫描段，以及由适当地选择靶区使所需数据落入扫描段长度内，而大大消除基本鬼线污染。前面引述的共同未决专利申请描述了一种称之为整形扫描的特殊扫描类型，它与线性扫描不同，产生出在相关后具有最小旁瓣能的简单小波。整形扫描经设计成可产生出能最佳地抑制旁波瓣的特定功率谱；于是整形扫描可理想地备用于串连或串级成序列。
下面结合图3所示的扫描序列来描述本发明的实施，此图绘出了在振子扫描序列48中的附加扫描段44(例如图2A中的实施例)。这一特殊构型可用来由单一串接振子扫描序列来置换叠置的四个传统的6秒上扫描，因而能把整个的监听与相关的往返时间从四个监听周期减少到一个。最好是采用整形的扫描段，因为它们在相关后的形式简单，但应知是可以使用任何扫描类型的。相关参考序列46包括四个串接的基本一致的6秒的整形扫描段，每个转过90°(360°/4)以形成-24秒长的扫描序列。振子扫描序列48与相关参考序列46基本一致，不同的是它包含一位于它自身序列末端的与第一段基本一致的附加扫描段44，而由此使得振子扫描序列达到30秒长。附加扫描段44在整个监听时间范围与振动相对应，提供了由单一振子扫描序列来消除正、负两种延时谐波鬼线所需的适当平衡。重要的是应注意到这一附加扫描段44可以在所需监听时间的尾端截断而不影响零延时相关值。例如，要是需要4秒的监听时间，则振子扫描序列48可以在相关前所需最小记录长度28秒处截断。
如上所述，除附加段44外，并不必要而只是最好使振子扫描序列48与相关参考序列基本一致。唯一要求的是振子扫描序列48能按以上定义的方式与相关参考序列46对应。
图4A至4D表明了图3中所示两个扫描序列相关的结果。图4A表明了相关延时从-24秒至+30秒时的互相关结果。图4B、4C和4D分别是在-6秒、0秒与+6秒处所发生的相关峰的展开图。在零延时处的零相位脉冲(见图4C)是在这两个扫描序列如图3所示按时精确一致的情形下发生。当相关参考序列46准时地向后或朝前移动时，在相关参考序列与振子扫描序列再次一致时，每隔6秒便将发生一新的相关峰(参看图4B与4D)。(这些新的峰定义为相关构架边界，它们导致基本鬼线)。但是由于在段与段之间的相位转动而在相关峰之间存在一顺序的±90°的相位关系(即在6秒延时处为+90°，在零延时处为0°，在-6秒延时处为-90°，等等)。此外，相关峰的振幅随着正或负延时的加大而下降，这是因为只有较少的几个扫描段相关。零延时相关(见图4C)事实上对应于一个单一扫描相关的振幅的四倍；因而一个串接扫描序列的相关能提供每个源点上多重单一扫描通常所起到的叠置功能。在上述例子中，零延时相关的信号功率等价于四个相关单一扫描垂直叠层的信号功率。
整形扫描段能提供极度清晰的相关构架边界。通过将所希望的靶区定位于一扫描段长度(在上例中为±6秒)内，可精确地恢复所需数据。事实上，实际的振子相关小波将具有某种旁瓣的和剩余的谐波能。于是，为了保证来自下一个相关构架的旁瓣不会显著地干扰所需的靶区，这个靶(即所需的相关输出记录长度)通常限制在一扫描段长度减去约1～2秒(例如对于6秒段长度为±4—5秒)范围内。一般，对于例如整形扫描那种具有低旁瓣能的扫描取约1秒的缓冲是较为适当的，而对于例如线性扫描那种具有高旁瓣能的扫描取约2秒的缓冲则较为合适。因此，扫描段的长度应大于或等于所需相关输出记录长度(通常即监听时间)加上约1～2秒。
每个源点上的成对振子扫描序列可以用来消除标志着构架边界的大的相关峰。但不必要精确到在相同的填充位置来振动这两个序列，因为在每个扫描序列内可以凭自身完全消除谐波鬼线，同时靶本身如上所述也是受到约束的。通过与图3所示方向相反的方向(即0°、270°、180°、90°)来转动第二个振子扫描序列(和它的相应的相关参考序列)，来自这些序列的垂直叠置的相关记录将会消除在±6秒处发生的构架边界。在绝大多数情形下，靶区不会延伸到上述范围之外，因为实际能抑制的量限制在约24～30dB。于是，剩余的峰仍有可能屏蔽掉在这段时间前后所发生的任何反射。但是这一方法可以用来将有效的靶区延伸到接近于相关的构架边界。
应该澄清有关这种靶区的一个附带问题。如上所述，这里的串接扫描方法利用了带有一个具有重复段的长的相关参考序列的长的连续数据记录。要是存在着这样的强力而处于深处的反射体，此种反射体的两端传播时间较单个扫描段长，则它们将与下一端相关，尽管此下一个段具有不同的初相角。这些事件会在较短的时间内出现在相关的输出中并使所需数据的有效性降低。例如，假设此扫描段的长度是6秒，而所需的相关输出是4秒，但有一强的反射体出现了8秒钟，那就会有一个对应于此8秒事件的2秒的相关输出上的事件。于是，靶区的定义应包括所有具有显著振幅的事件。
对于振子扫描序列中包括有附加扫描段的用于上扫描的串接扫描法(即图2A的实施例)，它的一个一般算式如下RS±=Σi=1N↑S(i-1)L,iL[φA±(i-1)360/N]-----(2)]]>VS±=RS±+↑SNL,(N+1)L[φA]-----(3)]]>式中RS±是相关参考序列，具有一个通常从0至NL秒的长度。
RS上的±上标说明相续的扫描段的初相角可依任一方向渐次转动。转动的方向不重要，但在整个序列中应该一致。
VS±是振子扫描序列，所具的长度通常是从零至(N＋1)L秒。此序列等价于将加和的指标上限设定为N＋1。此附加扫描段对应于在整个正常监听时间内的振动，因而在有必要时，可在所需监听时间的尾端处予以截断。
S是各个待串连或串接到一起来形成这种序列的扫描段，箭头则指扫描方向。S的下标指扫描段的时间位置，而上标则指扫描段的初相角φi)；φA是一任选的起动相位，它可取从0至360度中的任意值，但为简便起见通常取0。L是各个扫描段的长度加上任意的填充。段与段之间的填充可从零至常规的监听时间；N是待连接到一起的扫描段数，通常的段数从约为3到约为8；而在相关前的最小记录长度等于约NL加上所需的已相关的输出记录长度(通常即监听时间)减去扫描段的填充长度(如果存在的话)。
方程2中的和式实际上是把这些扫描段串连成为扫描序列，而指标之即指扫描段的编号。对于有附加扫描段加入到振子扫描序列中的下扫描序列(即图2B中的实施例)，此附加扫描段的时间顺序与初相角均有改变，但概念是一致的。
式2与式3适用于本发明的其中的振子扫描序列除附加的扫描段外与相关参考序列基本一致的实施例。在本发明的其中的振子扫描序列与相关参考序列相对应的实施例中，式3应修正如下VS±=Σi=1N+1↑S(i-1)L,iL′[φA±(i-1)360/N]----(3′)]]>式中的S’是各个待串连或串接到一起来形成此序列的各个扫描段，它们具有与S相同的瞬时相位函数；而相角的转动方向(+或-)对VS±与对于RS±的相同。
在振子扫描序列中包括着附加扫描段(即图2A与2B所示的实施例)，显然能会妨碍振子在附加的时间内上移而将在作业效率中造成某种损失。这种损失可以用以下述方式避免，即把附加扫描段设于相关参考序列(图2C与2D所示的实施例)内，由此可使振子在监听时间内运动。例如在图5中说明了本发明的一种实施形式，其中的振子序列50是由串接的四个一致的6秒上扫段组成，每个转过90°以形成一个24秒长的扫描序列。相关参考序列52除在其始端有一附加扫描段54外是同振子扫描序列基本一致。这里的附加扫描段则与使得此相关参考序列总长为30秒的最后一段基本一致，并具有以负时发生的最初6秒。应该注意到，此附加扫描段54虽可截去一等于所需监听时间(从零时反向计算)的长度，但这样做却几乎无任何益处，特别是当所需用来从事相关作业的时间不受影响时。此附加扫描段54不影响零延时相关值。
使图5中的两个序列相关会形成与图4A至4D所示的基本一致的输出(假定图5实施例中所用的扫描段基本上与图3实施例中所用的扫描段相同)。于是，通过把此附加扫描段加入到相关参考序列中，振子就不会在监听时间内运动而造成最有效的作业。但重要的是应该注意到，这种相关算子是不标准的(即它的的一部分是负时的)，而必须正确地适时的输入。
用于在相关参考序列中加有附加扫描段(即图2C中的实施例)的串接扫描法的一般数字式如下VS±=Σi=1N↑S(i-1)L,iL[φA±(i-1)360/N]----(4)]]>RS±=↑S-L,0[φA±(N-1)360/N+VS±----(5)]]>式中的符号意义与前面相对于式2与式3所描述的一致。此振子扫描序列VS±所具有的长度通常从0至NL秒。相关参考序列RS±的长度通常从一L至NL秒，相当于在加和中将下限指标设定在零。为有需要，可将附加扫描段截去从时间0反向计算到监听时间的长度。例如，假定此扫描段的长度是6秒，而所需的监听时间是4秒，则附加扫描段可在-4秒处截断。对于在相关参考序列中加入有附加扫描段的下扫描序列(即图2D中的实施例)，上述附加扫描段的时间顺序与初相角改变3，但在概念上是一致的。
式4与式5适用于本发明的其中的相关参考序列除附加扫描段外与振子扫描序列基本一致的实施例。对本项技术有一般知识的人易于修正式5(用上面相对于式3所述的相同方式)，使之符合本发明的其中的相关参考序列与振子扫描序列相对应的实施例。
如上所述，可在各个源点上采用成对的振子扫描序列以提高抑制噪声的能力。在此种情形下，此成对的振子序列最好取下述构型(适用于本发明的所有实施例)；序列组#1相关参考序列＝RS±振子扫描序列＝VS±序列组#2相关参考序列＝RS振子扫描序列＝VS第二序列组中的±上标符号的取消说明，要是第一序列组中扫描段的初相角按反时针走向转动，则第二序列组中扫描段的初相角按顺时针走向转动，反过来也如此。此外，尽管上述两个序组中的任选的起动相角φA是相同的，但并非必须为此而只是最好如此。
实例作为本发明的一个例子，通过给图3中的振子扫描信号48添加以此扫描的二次、三次与四次谐波，可产生一合成的振子—力信号。这些谐波是一实际振子的力输出中所存在的绝大多数畸变的原因。这样得到的合成的振子—力序列与图3中的相关参考序列46是互相关的，其结果示明于图6中。其中还示明了各个主相关峰的80毫秒的展开图。注意到，通过上述构型已在整个所需的靶区上完全消除了正与负的延时鬼线，而恰巧地恢复了所需的数据(与图4A的靶区比较)。谐波的污染只发生在有关的区域之外。
相反，图7中表明了上述的合成振子—力序列减去附加扫描段后与相关参考序列46互相关(它对应于一致的相关参考序到与振子扫描序列)结果。这一互相关结果表明，此时的靶区由于有超出认可范围的正延时谐波鬼线而受到破坏。此种构型称作“不平衡的”。
图8A、8B与8C表明下述三种扫描情形中的，在同一源点由同一振子所获得的试验现场的相关的摄影记录将四个各转过90°的6秒的通常的上扫描叠置(图8A)；构型如图3的一种单一的串接的振子扫描序列(图8B)；以及一种不平衡的构型，这里的相关参考序列与振子扫描是一致的，即其中任一个都没有附加扫描段(图8C)。以上各种情形中的扫描段与扫描效应(24扫描秒)都是一致的。每个段或各次扫描都是一个6秒形的上扫描，具有的峰值频率为36Hz，频率的跨度范围为1～99Hz。对上述各段或扫描的尾端施加-0.375秒的振幅锥度。注意图8C在3秒处和3秒以下的噪声。这是由于上述不平衡构型导致的正延时谐波鬼线。这类鬼线起源于直接到达的谐波并和相邻的扫描段相关联。相反，本发明的方法(图8B)则已显著地消除了(～30dB)这些谐波鬼影，同时在外观与数据质料上非常类似于传统的摄影记录(图8A)。这样，与常规的方法相比，本发明的方法使监听与往返时间减少了约3/4，同时却保持了相同的数据质量。
熟悉本项技术的人当知上述的串接扫描方法可实际用于任何类型的地震振子，包括而且不限于陆地振子、海洋振子与井下振子。此外应知本发明不应局限于上面为解释目的所列述的内容。在不脱离本发明的按后附权利要求书所规定的实际范围内，熟悉本项技术的人应该能了解到它的各种变改型式与替代型式的。
权利要求
1.一种利用地震振子来产生地震数据的方法，它包括以下各步骤(a)产生出第一个由N个头尾相连的扫描段组成的串接扫描序列，这里的N≥2，这N个扫描段基本上一致，不同的只是这N个扫描段的初相角是相续地转过一约360/N度的恒定的相角增量，(b)产生出的第二个串接的扫描序列，它包括(1)N个头尾相连的连续扫描段，它们对应于上述第一个串接的扫描序列，以及(2)一个连接到此N个连续扫描段的附加扫描段，此附加的扫描段定位并定相成能在所说地震数据相关时基本上消除谐波鬼线；(c)将上述两个串接扫描序列2一用作振子扫描序列，由此产生一传播到地内的地震信号；(d)记录下由地下地质结构反射回的地震信号所造成的不相关地震数据；(e)把上述另一个串接扫描序列用作相关的参考序列；以及(f)用此相关参考序列使所说地震数据相关联。
2.如权利要求1所述的方法，特征在于所说的各个扫描段是上扫描段；所说的第一串接扫描序列是用于所说的相关参考序列；所说的第二串接扫描序列是用于所说的振子扫描序列，向所说的附加扫描段则位于前述N个相续扫描段之后，且其所具有的初相角基本上等于该第二串接扫描序列的第一扫描段的初相角。
3.如权利要求1所述的方法，特征在于所说的各个扫描段是下扫描段；所说的第一串接扫描序列是用于所说相关参考序列；所说第二串接扫描序列是用于所说振子扫描序列；而所说附加扫描段是位于前述N个相续扫描段之前，且其所具有的初相角基本上等于该第二串接扫描序列的最后扫描段的初相角。
4.如权利要求1所述的方法，特征在于所说的各个扫描段是上扫描段；所说第一串接扫描序列是用于所说振子扫描序列；所说第二串接扫描序列是用所说相关参考序列，而所说附加扫描段是位于前述N个相续扫描段之前，且其所具有的初相角基本上等于该第二串接扫描序列的最后扫描段的初相角。
5.如权利要求1所述的方法，特征在于所说的各个扫描段是下扫描段；所说第一串接扫描序列是用于所说振子扫描序列；所说第二串接扫描序列是用于所说相关参考序列；而所说附加扫描段则位于前述N个相续扫描段之后，且其所具的初相角等于该第二串接序列的第一扫描段的初相角。
6.如权利要求1至5中任一项所述的方法，特征在于所说的N个扫描段的初相角是依反时针走向相续转过的。
7.如权利要求1至5中任一项所述的方法，特征在于所说的N个扫描段的初相角是依顺时针走向相续转过的。
8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，特征在于所说的各个扫描段包括一其频率随时间作线性变化的正弦波列。
9.如权利要求1至7中任一项所述的方法，特征在于所说的各个扫描段包括一其频率随时间呈非线性变化的正弦波列。
10.如权利要求9所述的方法，特征在于所说各个扫描段经整形成可使旁瓣相关噪声显著地减至最小限度。
11.如上述任一项权利要求所述的方法，特征在于各个相续的成对扫描段是由一段其中无信号产生的时间相分开。
12.一种利用超声振子来产生地震数据的方法，它包括下述各步骤(a)产生出第一序列组，它具有(i)由N个头尾相连的扫描段组成的第一串接扫描序列，其中的N≥2，此N个扫描段基本上一致，只是此N个扫描段的初相角是相续地转过一个约360/N度的恒定的相角增量，以及(ii)由后述(A)与(B)两部分组成的第二串接扫描序列(A)头尾相连的N个相续的扫描段，此N个相续的扫描段对应于前述的第一串接扫描序列；(B)连接到此N个相续扫描段上的一个附加扫描段，此附加扫描段定位和定向成可在相关过程中显著地消除谐波鬼线；(b)产生出第二序列组，它具有(i)与前述第一串接扫描序列基本一致的第三串接扫描序列，只是此第三串接序列的初相角是与前述第一串接扫描序列的初相角的转动方向相反，以及(ii)与上述第二串接扫描序列基本一致的第四串接扫描序列，只是此第四串接扫描序列的初相角与该第二串接扫描序列的初相角的转动方向相反；(c)将上述第一与第二串接扫描序列中之一用作振子扫描序列来驱动所说地震振子，由此在一预选定的源位置产生一地震信号；(d)记录下上述地震信号从地下地质结构反射回所形成的不相关地震数据；(e)将上述第一与第二串接扫描序列中的另一个用作一使所说地震数据相关联的相关参考序列，由此产生出用于上述选定的源位置的第二组相关的地震数据；以及(g)将上述第一组相关数据加到此第二组相关数据上。
全文摘要
依据将地震振子扫描串接成扫描序列的方法，形成含有N个扫描段的第一串接扫描序列，各扫描段的初相角相续有约360/N度的恒定相角增量。第二串接扫描序列，它包括与第一序列相对应的N个相续扫描段以及一与后者相连且定位与定相使得在相关过程中消除谐波鬼线的附加扫描段。将两种序列之一用于振子扫描序列而另一用于相关参考序列。据本方法可串接任何类型的扫描并可在扫描段之间插入任意长短的监听时间。
文档编号G01V1/00GK1118071SQ9510606
公开日1996年3月6日 申请日期1995年5月12日 优先权日1994年5月13日
发明者肯尼斯·D·安德森 申请人:埃克森生产研究公司