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专利名称：改进的地震勘探方法
技术领域：
本发明一般涉及地震勘探方法，更具体地说，涉及一种使用多个振动地震源的改进地震勘探方法。
地震振动器多年来一直用在陆地上以获得地震数据，并且许多公司正在努力把类似的源用在海洋环境中。使用这些类型的地震源的地球物理和环境好处是众所周知的。
当使用多个振动地震源获得地震数据时，振动器按常规组织成一个行进源阵列。振动器一般以一个特定的分离距离，如40米，放置在一个源点(也称作“振动器点”或“振动点”)附近或沿其放置。振动器然后产生一定数量的扫描，这些扫描由多个地震传感器接收、记录和叠加(即组合)以便为每个具体源点/接收器点配对产生一条地震数据迹线。振动器然后作为一组行进到其中他们以类似方式使用的下个源点。
然而，关于使用地震振动器获得地震数据有几个已知的问题，包括对于每个源点/接收器点对获得大量较长记录的需要以产生具有足够高信噪比的地震数据。关于使用地震振动器的地震数据获得的其他已知问题包括谐波、接地耦合差、基板弯曲、及源阵列影响。
已经进行努力以解决这些问题，并且一种有希望的手段是多个振动器在不同源点处的同时使用，使每个振动器产生可分离的、编码扫描。一种使用这种手段的方法，称作高保真振动地震源(“HFVS”)方法，已经由Mobil Oil Corporation和Atlantic Richfield Company开发，并且在美国专利No.5,550,786(1996年8月27日)、No.5,570,833(1997年12月30日)、No.5,715,213(1998年2月3日)、及No.5,721,710(1998年2月24日)中描述，所有这些通过参考包括在这里。主要产生了HFVS方法以改进振动地震数据的保真。
HFVS方法在原理上可以描述成包括如下步骤1.对于每个振动器和每次扫描测量振动器运动S，一般使用安装到振动器基板上的加速表。测量信号S与真实振动器输出U和最小相位传递函数T1有关。在频域中，描述测量信号S的公式是S＝U*T1。
2.记录地震数据R。该地震数据表示在地球反射性E、振动器输出U及最小相位传递函数T2之间的频域中的乘积R＝U*T2*E。
3.通过把记录R与振动器运动U的倒数相乘得到在振动器位置处的地球反射性R/U＝T1/T2*E。
对于同时扫描的4个振动器V1、V2、V3、及V4的一个阵列，在频域中通过如下线性公式描述听地器响应RR＝m11*h1+m12*h2+m13*h3+m14*h4。该公式包含4个未知数h1、h2、h3、及h4(在振动器位置V1、V2、V3、及V4处的地球响应)，并且包含已知值R(听地器响应)及m11、m12、m13、及m14(测量信号)。
如果在相同位置产生另外3次扫描，并且如果以这样一种方式编码扫描，从而测量信号矩阵是可逆的，则能确定未知数h1、h2、h3、及h4。线性公式系统是R1＝m11*h1+m12*h2+m13*h3+m14*h4R2＝m21*h1+m22*h2+m23*h3+m24*h4R3＝m31*h1+m32*h2+m33*h3+m34*h4R4＝m41*h1+m42*h2+m43*h3+m44*h4。
在矩阵符号中，这能写成R＝m×h其中R=R1R2R3R4,m=m11m12m13m14m21m22m23m24m31m32m33m34m41m42m43m44,]]>和h=h1h2h3h4.]]>在该领域中的HFVS方法的典型实施涉及常常为四个、布置在相等数量的连续站或源点上的振动器的一个阵列或组。振动器在相同位置处扫描一定数量的扫描，比如说N次(N大于或等于振动器数量)。扫描具有相同的频率分量，但不同地编码相位以保证矩阵M是可逆的。在N次扫描之后，振动器向前移动等于振动器数量的多个站，并且重复该程序。
HFVS方法的这种实施在具有浅目标和良好信噪比的区域一般表现良好。对于较深目标或差的信噪比区域，HFVS方法的标准实施可能表现不好。对于每个源/接收器对(“折叠”)需要的迹线数量也很大，使得使用该方法的地震数据获得较昂贵。
因此希望一种使用多个振动地震源实现获得地震数据的改进方法，该方法克服由先有技术地震数据获得方法呈现的问题。
本发明的一个目的在于，提供一种使用多个振动地震源获得地震数据的改进方法。
本发明的一个优点在于，对于相同的获取努力和费用，可以得到具有较高信噪比的地震数据。
本方法的另一个优点在于，如果在地震数据中的相干噪声是频带限制的，则它可以仅在特定频率范围内衰减，使地震数据的其余频率分量不受影响。
本发明提供一种使用多个振动地震源的地震勘探的改进方法，该方法包括步骤布置至少一个地震传感器；在不同源点处布置多个振动地震源；同时致动所述地震源；使用所述地震传感器获得可归因于所述地震源的地震数据；重新布置所述地震源，从而他们的至少一个定位在由他们的另一个以前占据的一个源点处；同时致动所述重新布置的地震源；使用所述地震传感器获得可归因于所述重新布置的地震源的地震数据；
把所述获得地震数据分解成可归因于每个所述地震源的分量；及把可归因于布置在一个公共源点处的地震源的分量叠加在一起。
参照下面的详细描述和附图将更好地理解本发明和其好处。


图1是过程流程图，表示与发明方法有关的步骤；图2是举例地震数据设备布局方案的示意平面图；图3是用于多个振动器的举例振幅相对于频率曲线；图4是使用先有技术地震数据获得方法产生的折叠分布和地震数据段；图5是使用本发明的站移动技术产生的地震数据段；及图6是使用本发明的站移动和分频技术产生的地震数据段。
图1是过程流程图，表示与本发明方法有关的步骤。联系图2中表示的布置陆地地震获得设备的示意平面视图，将讨论图1中的步骤。
如图1中提到的那样，一般方法程序10的第一步是“布置地震传感器”步骤12。在图2中，多个地震传感器40，常常是听地器，表示成沿多条平行线布置并且连接到一根数据遥测电缆42上，该电缆42把传感器的输出传输到一辆其中记录和经常初始处理获得地震数据的记录卡车44。图2描绘一种典型的3D陆地地震勘探布局，但只有大量可选择地震传感器布置方案的一种能联系本发明的方法使用。
一般方法程序10的第二步是“布置地震源”步骤14。在图2中，源点46表示成三角形，并且在这种地震勘探中使用四个振动器V1、V2、V3、及V4(表示为圆)。最初，在该例子中，振动器V1布置在源点48处，振动器V2布置在源点50处，振动器V3布置在源点52处，及振动器V4布置在源点54处。
一般方法程序10的第三步是“同时致动地震源”步骤14，其中同时致动所有四个振动器以便每个产生四次连续扫描。总之，如果有N个振动器，则致动每一个以产生M次连续扫描，其中M不小于N。振动器常常都相位和频率编码，以提供的增强信号分离性。相位编码方案例如能包括如下
V1V2V3V4扫描1 90 00 0扫描2 090 0 0扫描3 0090 0扫描4 000 90在较早包括的参考资料中描述用于相位编码的振动器扫描的其他方法。该相位编码保证振动器运动矩阵的可逆性。
为了增强信号的分离性，在振动器中使用分频技术分离扫描带宽以把辅助程度的正交性提供给源信号。如果在某一地质区域中需要的扫描带宽在f1与f2之间，并且四个振动器的一个阵列用来获得地震数据，则带宽可以按如下方式分离V1[f1，f1+(f2-f1)/4]；V2[f1+(f2-f1)/4，f1+(f2-f1)/2]；V3[f1+(f2-f1)/2，f1+(f2-f1)*3/4]；和V4[f1+(f2-f1)*3/4，f2]然而，地震振动器一般是液压驱动的机械器件，这些器件缺乏在任何特定频率下刚性切断地震能量产生的能力。一般他们渐减或降低在最高和最低希望频率下产生的能量。考虑到称作“扫描渐减”的这种行为，对于每个振动器在带宽之间的一个小重叠可能是希望的。这以曲线形式表示在图3中。
如以上讨论的那样，频率的希望范围由振动器的数量(在这种情况下为四个)划分，并且另外，振动器的每一个可以分配不同的(和稍微重叠的)频率范围。在图3中，频率的希望范围是从8至97Hz。通过按照以上描述的频率分离方案，振动器V1试图产生匹配第一曲线60(8-31Hz)的地震能量，振动器V2试图产生匹配第二曲线62(30-53Hz)的地震能量，振动器V3试图产生匹配第三曲线64(52-75Hz)的地震能量，及振动器V4试图产生匹配第四曲线66(74-97Hz)的地震能量。在30与31Hz之间，第一扫描渐减区域68重叠第二扫描渐减区域70。类似的扫描渐减重叠出现在52与53Hz之间和74与75Hz之间。
按照接收信号的分离性，最好消除这些渐减区的任何重叠。然而，在多种情况下，希望产生一个频谱扁平的，即在整个频率范围上基本上具有相同振幅的，源信号。如果信号是相位(以及频率)编码的，频谱扁平好处可能超过频谱的这种微小重叠产生的分离性减小。然而，本发明的方法不要求产生频谱扁平的信号。在某些情况下，例如，可能最好相对于特定频率范围或诸范围加重或集中地震能量，特别是如果在特定区域中的地质条件显著衰减在某一窄频率范围或诸范围外的反射地震能量。
对于产生的四次扫描的每一次，当同时致动地震源V1至V4时，地震传感器40在“获得地震数据”步骤18中接收地震数据。地震数据一般最好与来自代表振动器运动的每个振动器的上的相应加速表一起传输回其中记录它的一辆记录卡车44。
当已经得到需要的记录数量时，在“移动地震源”步骤20中重新布置地震源。使用站移动技术的一种实施，把振动器V4移动到源点56，把振动器V3移动到源点54，把振动器V2移动到源点52，及把振动器V3移动到源点50。然后对于该特定设备布局把“同时致动地震源”步骤22和“获得地震数据”步骤24重复需要次数。
一般地，振动器将在其分配的分频范围内继续产生地震能量，如以上讨论的那样，但能容易地想象其他频率范围分配方案。因为源分离性原因，重要的是，由一个同时致动地震源产生的地震能量的频率范围基本上在由另一个同时致动地震源产生的地震能量的频率范围外。最好由一个地震源产生的地震能量的至少一半占据除由另一个同时致动的地震源产生的地震能量半之外的一个不同频谱。如以上提到的那样，频率范围的一些重叠实际上可能是希望的，但这种频率分离的目的在于，允许接收的地震数据分解成可归因于至少部分基于其不同频率含量的不同源点的分量。
路径26表示重复该过程，直到对于用于每个源点的振动器已经获得需要数量的记录。下次移动地震源，把振动器V4移动到源点58，把振动器V3移动到源点56，把振动器V2移动到源点54，及把振动器V1移动到源点52。在这种配置布置中获得需要数量的迹线之后，振动器向图2的顶部再移动一个站，并且在这种新配置布置中获得需要数量的迹线。在完成这四次获得地震数据步骤之后，将认识到振动器(V1、V2、V3、及V4)的每一个已经布置在源点54处。
然后在“分散获得地震数据”步骤28中，分解或分离在一个振动器布置在源点54处的同时由一个特定地震传感器获得的迹线的每一条。一般这种分解过程对于每个振动器在特定源点处产生的每次扫描，导致各条迹线。如果使用四个振动器，并且他们每个在源点处产生四次扫描，则有16条输出迹线，在四个分离频带组中每组四条。总起来说，这四个分离频率带组覆盖地震勘探需要的整个地震带宽。
为了增大地震数据的信噪比，在“叠加分解地震数据”步骤30中把这些迹线组合(“垂直叠加”)。在某些区域中，诸如地滚噪声或电力线噪声之类的噪声是频带限制。在这些情况下，可能希望在叠加他们之前，例如滤波包含这种噪声的频率限制迹线。这可能是便利的，因为噪声衰减方法可以用在噪声影响数据上，而不担心噪声衰减方法可能损坏在其他扫描频率范围内的地震信号。这种叠加过程可以仅包括平均所有信号，或者可以使用更复杂的叠加方法，如在授予P.Embree的美国专利No.3,398,396中讨论的相异叠加方法或在授予G.Baeten的我们的PCT专利申请PCT/GB98/03819(WO 99/32903)中讨论的协变叠加方法，这两个专利通过参考包括在这里。应该注意，词“叠加”当在该上下文中使用时，简单地指组合，而不意味着标准时差校正或至零偏移的减小。
与先有技术地震数据获得方法相比本发明方法的一个显著优点在于，可以显著改进地震数据的信号环境噪声的比。使用如下公式可以计算使用振动地震源获得的地震数据的信噪比信号/环境噪声＝NV*SQRT(NS*L*W)其中NV＝振动器的数量；
NS＝扫描数量；L＝扫描长度；及W＝扫描带宽。
通过增大在每个源点处布置的振动器的数量(虽然顺序地，不是同时地)，能减小扫描数量和扫描长度，而同时改进获得地震数据的信噪比。
使用分离带宽技术改进源的可分离性，因为用于每次扫描的基频是不同的，并且由第三和第四振动器产生的一阶谐波不会重叠第一和第二扫描频率。本发明方法能够不仅衰减空气引入的谐波，而且也衰减振动器基板/大地界面引入的谐波。
由振动器产生的振幅频谱也具有用于窄带的较大值和相同的扫描长度。
振幅频谱＝Af*SQRT(T/4*W)其中Af＝基频的振幅；T＝扫描长度；及W＝扫描带宽。
通过限制扫描的带宽，振动器的每一个因此能够每时间单位把较大量的地震能量传输到大地。
即使使用的扫描带宽对于每一个振动器是相同的(即不使用分频技术)，垂直叠加/站移动方法也仍将改进获得地震数据的信号环境噪声比。当使用垂直叠加/站移动技术时，衰减任何特定振动器相关噪声，因为与特定源/接收器对有关的地震数据包括与振动器每一个有关的数据。另外，与任何特定源/接收器对有关的数据一般在较长时间窗口上获得，由此有助于衰减是时间变量的任何环境噪声。
由本发明方法产生的地震数据然后一般将经受其他的地震数据处理技术，如滤波、迁移等，这些技术在地震数据处理技术中是熟知的。
使用合成数据和在现场试验中证实了与本发明方法有关的好处。在Delaware Basin，Ward Country，West Texas进行的现场试验的结果表示在图4、5、及6中。应该注意，与图1中表示的3D获得几何条件不同，使用2D获得几何条件进行这些现场试验，其中源(振动器)和接收器(听地器)沿一条公共线布置。
图4表示一种常规2D HFVS地震勘探的结果。在该试验中，使用四个振动器，扫描频率从8至96赫兹，扫描长度是10秒，在每个振动器点处产生的扫描数量是8，接收器间隔空隙是200英尺，射击间隔空隙是50英尺，在每次扫描后听取时间是五秒，及每个振动器在完成其扫描之后移动的站数量是4(200英尺)。如能在图4顶部处的折叠条图80中看到的那样，由这些获得参数产生的折叠近似为60。然后使用标准HFVS处理程序(分离、尖峰消卷积、NMO校正、导出和应用统计学、CMP分类、及叠加)处理地震数据，以产生图4中表示的基准地震数据段82。
该基准地震数据段82能相对于图5中表示的改进地震数据段86比较。在该试验中，使用参数的多个与在以前试验中使用的那些相同使用四个振动器，扫描频率从8至96赫兹，接收器间隔空隙是200英尺，射击间隔空隙是50英尺，及在每次扫描后听取时间是五秒。对于该试验使用相同的振动器、传感器、及记录设备，并且在与第一试验相同的区域上进行它。然而，扫描长度从10减小到4秒，在每个振动器点处的扫描数量从8减小到4，及每个振动器在完成其扫描之后移动的站数量是1(50英尺)。如能在图5顶部处的折叠条图84中看到的那样，由这些获得参数产生的折叠近似为15(从前面试验减小四倍)。然后使用相同的处理程序处理获得的地震数据以产生改进地震数据段86。在该改进地震数据段86中比在基准地震数据段82中能看到更多的相干反射体。
使用一站站移动技术和频率分离技术也进行了一种试验。该试验的结果表示在图6中。在该试验与其结果表示在图5中的以前试验之间的唯一差别在于，四个振动器使用8-31、30-53、52-75、及74-97Hz的分离扫描频率，如以前讨论的那样。折叠因此不变，保持为约15，如在图6顶部处的折叠条图88中表示的那样。也应该注意，仅使用8-31Hz带宽产生地震数据段90，因为在试验区域中的频率响应非常窄。增强地震数据段90显得提供甚至比改进地震数据段86更清楚的地下地质描绘。
容易理解，与本方法的公开实施例有关的步骤和过程能够具有各种各样的可选择实施方法，而以上仅讨论了来自一种实际地震勘探的一个限制段。描述的试验设想压力-压力传输模式地震能量，但该方法不限于这种特定地震能量传输模式，并且能例如设想压力-剪力转换传输模式、剪力-剪力传输模式、或多分量地震数据。获得的地震数据可以使用记录的振动器输出(使用HFVS类方法)转换，可以根据理论或最优振动器输出倒置，或者可以使用其他类型的处理算法处理。本方法也决不限于或约束于上述步骤的特定顺序。
权利要求
1.一种使用多个振动地震源的地震勘探方法，该方法包括步骤布置至少一个地震传感器；在不同源点处布置多个振动地震源；同时致动所述地震源；使用所述地震传感器获得可归因于所述地震源的地震数据；重新布置所述地震源，从而他们的至少一个定位在由他们的另一个以前占据的一个源点处；同时致动所述重新布置的地震源；使用所述地震传感器获得可归因于所述重新布置的地震源的地震数据；把所述获得地震数据分解成可归因于每个所述地震源的分量；及把可归因于布置在一个公共源点处的地震源的分量叠加在一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述同时致动步骤每个包括在每个源点处同时致动每个地震源M次，其中M不小于地震源的数量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，进一步包括在把所述分量叠加在一起之前噪声衰减所述分量至少一个的步骤。
4.根据任何以上权利要求所述的方法，其中所述地震源的相应输出被记录，并且用在处理所述获得的地震数据中。
5.根据任何以上权利要求所述的方法，其中使用理论或最佳地震源输出倒置所述地震数据。
6.根据任何以上权利要求所述的方法，其中当同时致动所述地震源时，每个所述地震源能够产生在相应频率范围内的地震能量，并且由一个所述地震源产生的地震能量的频率范围基本上在由另一个所述地震源产生的地震能量的频率范围之外。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述地震源具有扫描渐减区，并且一个所述地震源的扫描渐减区重叠另一个所述地震源的扫描渐减区。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中一个所述地震源的频率范围具有不重叠另一个所述地震源的频率范围的一阶谐波。
9.根据任何以上权利要求所述的方法，其中所述重新布置步骤包括在一个公共方向上沿一条公共路径移动所述地震源一个所述源点。
全文摘要
一种使用多个振动地震源获得地震数据的改进方法,包括步骤:布置一个地震传感器;在不同源点处布置多个振动地震源;同时致动地震源;使用地震传感器获得可归因于地震源的地震数据;重新布置至少两个地震源,一个地震源由此定位在以前由另一个地震源占据的一个源点处;同时致动重新布置的地震源;及使用所述地震传感器获得可归因于重新布置的地震源的地震数据。本发明也涉及一种使用多个振动地震源获得地震数据的改进方法,其中每一个地震源能够产生在给定频率范围内的地震能量,包括步骤:布置一个地震传感器;在不同源点处布置多个振动地震源;同时以这样一种方式致动地震源,从而由一个地震源产生的地震能量的频率范围基本上在由另一个地震源产生的地震能量的频率范围之外;及使用地震传感器获得可归因于地震源的地震数据。
文档编号G01V1/00GK1355890SQ00808991
公开日2002年6月26日 申请日期2000年5月16日 优先权日1999年5月19日
发明者尼科雷·摩尔德维努 申请人:施鲁博格控股有限公司