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专利名称：结合来自传感器的地震数据以衰减噪声的制作方法
结合来自传感器的地震数据以衰减噪声
背景技术：
地震勘探用来验明例如油气储层、淡水含水层、注气区等的地下元素。在地震勘探中，震源被放置在地表或海底上的不同位置，启动震源来产生指向地下结构的地震波。震源产生的地震波传播到地下结构中，一部分地震波被反射回地面以便被地震接收器(例如地震检波器、加速度仪等)接收。这些地震接收器产生表示检测到的地震波的信号。对来自地震接收器的信号进行处理以生成关于地下结构的内容和特性的信息。典型的基于陆地的地震勘探布置包括将地震接收器阵列部署在地面上，其中地震接收器以近似网格形式设置。这些地震接收器可以是能够在三个正交方向(竖直z、水平纵测线X和水平横测线y)上测量引入的波场的多分量地震检波器。
对于基于陆地的地震勘探来说，可能存在多种不想要的波场，包括地滚波噪声，例如瑞利或洛夫地面波。这些不想要的波场会污染由地震接收器采集的地震数据。尽管存在多种从地震数据去除不想要的波场的传统技术，但这种技术比较复杂并且可能成本不菲。

发明内容
总的来说，根据一种实施方式，一种用于地震勘探的噪声衰减方法包括在陆地表面上部署传感器组件，其中传感器组件具有测量经地下结构传播的地震波的地震传感器和包括测量噪声的压力传感器的发散传感器。将从地震传感器接收的第一数据和从发散传感器接收的第二数据结合以衰减第一数据中的噪声。其他或替代的特征通过下面的描述、附图和权利要求将变得更加明白。


图I表示根据一种实施方式可以部署成执行基于陆地的地震勘探的传感器组件的实例性布置的示意图；图2表示根据一种实施方式可以在图I的布置中采用的传感器组件；图3A-3B是表示根据一种实施方式可以由传感器组件检测的波场的传播的图解；图4A-4C是表示根据一些实施方式由传感器组件采集的时间偏移域中的数据的图解；以及图5是根据一种实施方式的执行地震勘探的过程的流程图。
具体实施例方式在下面的描述中，阐述了很多细节来提供对本发明的理解。然而，本领域技术人员将理解，本发明可以在没有这些细节的情况下实践，且来自所描述的实施方式的很多变型或修改是可行的。根据一些实施方式，为了衰减基于陆地的勘探布置中的地震数据中的噪声，采用均具有至少一个地震传感器和至少一个发散传感器(用于测量噪声)的传感器组件。在一些实施方式中，发散传感器使用填充有其中设置压力传感器(例如水听器)的物质的容器形成。这种布置的压力传感器能够记录主要的噪声，使得来自传感器组件中的压力传感器的数据可用来开发用于净化由地震传感器采集的地震数据的噪声参考模型。其中浸没有压力传感器的物质可以是液体、胶体或例如沙子或塑料的固体。一种噪声是地滚波噪声。地滚波噪声指的是震源产生的沿着地面朝着地震接收器基本上水平地传播的地震波。这些水平传播的地震波(例如瑞利波或洛夫波)是会污染地震数据的不希望的分量。通常，“噪声”指的是地震数据中不希望的任何信号分量(例如代表从地下元素反射的信号的数据)。其它类型的噪声包括在例如水体或永久冻土体的冰冻表面上采集的数据中存在的弯曲波、和由因诸如风、雨或像交通的人类活动、空气冲击、耀斑噪声或其它工业过程的环境造成的空气噪声。图I是用于基于陆地的地震勘探的传感器组件100的布置的示意图。传感器组件100部署在地面108 (以排或阵列的形式)上。传感器组件100在地面“上”的意思是传感器组件100设置在地面上面或上方或者埋置(完全或部分地)在地面下使得传感器组件100在地面附近10米内。地面108在含有感兴趣的至少一种地下元素106 (例如油气储层、淡水含水层、注气区等)的地下结构102的上方。一个或多个震源104(可以是振动器、气枪、爆炸装置等)部署在其中定位有传感器组件100的勘探场中。启动震源104引起地震波传播到地下结构102中。替代地，代替使用上面所述的受控震源来提供受控源或有源勘探，一些实施方式也可在无源勘探的环境下使用。无源勘探使用传感器组件100来执行下面的一项或多项(微)地震监控；水压裂监控，其中由于主动注射到地下(例如油气储层)的流体造成的岩石失效而观察到微地震；等等。从地下结构102反射(以及从感兴趣的地下元素106反射)的地震波向上朝着传感器组件100传播。相应传感器组件100中的地震传感器112 (例如水听器、加速度仪等)测量从地下结构102反射的地震波。而且，传感器组件100还包括发散传感器114，其被设计为测量噪声，例如地滚波噪声或其它类型的噪声。来自发散传感器114的数据可用来开发噪声参考模型以便衰减测量的地震信号中的噪声。在一种实施方式中，传感器组件100通过电缆线110互连到控制器116。替代地，代替通过电缆线110连接传感器组件100，传感器组件100可以与控制器116无线连通。在一些实施中，可以将中间路由器或集线器设置在传感器组件100的网络的中间点处，以使得传感器组件100和控制器116之间连通。图I所示的控制器116还包括能够在处理器122上执行的处理软件120。处理器122连接到存储介质124 (例如一个或多个基于盘的存储设备和/或一个或多个存储器设备)。在图I的例子中，存储介质124用来存储从传感器组件100的地震传感器112连通到控制器116的地震传感器数据126，并且存储从传感器组件100的发散传感器114连通的发散数据128。在操作中，软件120用来处理地震传感器数据126和水听器数据128。使用下面进一步讨论的技术，将水听器数据128与地震传感器数据126结合来衰减地震传感器数据126中的噪声(以产生净化形式的地震传感器数据)。软件120接着可产生输出以基于净化的地震传感器数据126描述地下结构102的特征。根据一些实施方式的传感器组件100在图2中更详细地描述。传感器组件中的地震传感器112可以是用于测量由地下结构102中的地震波引起的粒子速度的地震检波器，、或者替代地，地震传感器112可以是用于测量由经过地下结构102传播的地震波引起的加速度的加速度仪。在一些实施方式中，地震传感器112是用于测量竖直方向(图I中的轴线z表示的)上的地震波的竖直分量地震传感器。在替代实施方式中，传感器组件100可另外或替代地包括用于检测基本水平方向、例如与地面108基本平行的X或y方向上的地震波的地震传感器。也是传感器组件100的一部分的发散传感器114 (在传感器组件100的壳体101内)用于测量与地震传感器112测量的经过地下结构102传播的地震波不同的输入(例如噪声)。在替代实施方式中，传感器组件100的发散传感器114可以在物理上与地震传感器112间隔开一些预定距离。发散传感器114具有密封的封闭容器200。容器200容纳容器200内的一定体积的液体202 (或其它物质，例如胶体或像沙子或塑料的固体)。而且，容器200容纳浸没在液体202 (或其它物质)中的水听器204 (或者其它类型的压力传感器)。压力传感器浸没在物质中的意思是压力传感器被所述物质包围或者以其他方式附接到物质或与物质接触。在下面的讨论中，以浸没在液体202中的水听器204为参考，注意在替代实施方式中，其他类型的压力传感器可以浸没在其它类型的物质中。中立且悬浮地浸没在液体202中的水听器204在机械上与容器200的壁断开。因此，水听器204只对经容器200的壁感应到液体202中的声波敏感。为了保持固定的位置，水听器204通过联接机构206附接，该联接机构206抑制声波经其传播。液体202的例子包括煤油、矿物油、植物油、硅油和水。在其它实施方式中，可以采用其他类型的液体。可以使用具有更高粘性的液体来改变对不同类型的波的敏感度，包括P (压缩)波、S (剪切)波、瑞利波和洛夫波。而且，设置在发散传感器114的容器200中的液体202的量决定水听器204的敏感度。只部分填充液体的容器200记录较弱的信号。在一些实施方式中，容器200可部分填充液体以在容器200内提供扩张体积。液体202的扩张，例如由于液体202的温度升高，可以在扩张体积(填充有气体)中得到适应。如图2进一步所示，传感器组件100还包括与地震传感器112和发散传感器114都电联接的电路208。电路208可包括存储元件、处理元件和用于在电缆线110上将由地震传感器112和发散传感器114采集的数据连通到控制器116的通信元件(图I)。如图2所示，地震传感器112定位在发散传感器114的容器200的上方和外部。替代地，地震传感器112可具有相对于发散传感器114的一些其他布置。发散传感器114的 至少一部分在地面108下，使得水听器204可以在地面108处或者在地面108下方，而不是在地面108上方。当安置时，传感器组件100的发散传感器114与地面108下的土地介质稳固地接触，这改善了通过发散传感器114中的水听器204采集的信号的数据质量。在采用缆线110的实施方式中，经缆线110从远程电源(例如位于控制器116处的电源)向传感器组件100传输功率。在采用无线连通而不使用缆线110的实施方式中，传感器组件100可设有提供本地功率的电池。在基于陆地的地震勘探中，粒子位移(或速度或加速度)通过自由表面(地面108)正下方的地震传感器测量。因此，观测到的信号分量不仅包含即将到来的冲击地震波，而且包括在固体-空气界面(地面108)处向下反射/转变的波的额外贡献。图3A表示了引入的压缩波或P波的例子，图3B表示引入的剪切波或S波的例子。P波和S波从地下结构102引入(图I)。P波在地震波的传播方向上延伸，而S波在基本垂直于地震波传播方向的方向上延伸。在图3A和3B的每个中，z方向代表竖直方向，而X方向代表纵测线水平方向。空气-固体界面对应于图I中所示的地面108。即将到来的P波表示为Pup (图3A)，而即将到来的S波表示为Sup (图3B)。地震传感器112不仅记录即将到来的P波或S波，而且记录在固体-空气界面处向下反射/转变的波的额外贡献，包括响应于Pup波反射的Rup和Rps波(图3A)。类似地，从Sup波反射的反射/转变的波表示为图3B中的Rsp和Rss。Rpp波是从Pup波反射的P波，而Rps波是从Pup波反射的S波。类似地，Rsp波是从Sup波反射的P波，而Rss波是从Sup波反射的S波。
与地震传感器112相反，图2所示的传感器114中的填充有液体202的容器200内的水听器204对波的传播方向和角度不敏感。结果，这导致近乎竖直入射角(小慢度)处事件的破坏性总和，并且因此，水听器204的测量值(表示为％)记录主要的表面噪声(其具有大慢度)。慢度与视速度的倒数成比例小慢度由高视速度造成，而大慢度由小视速度造成。因此，UH(来自图2的发散传感器114中的水听器204的数据)KUX(由地震传感器测量的地震数据的X分量)提供更好的噪声表示。因此，基于自适应减法和/或极化，Uh可用于在Uz上去除噪声。Uz指的是在z方向上测量的地震波。在下面的讨论中，假设Ux、Uz和Uh测量自由表面正下方的粒子位移或速度或加速度或压力。Uz和Ux根据公式I和2表示如下Uz = (~qa a +Rppqa a -Rpsp β ) Pup+ (p β -Rssp β +Rspqaa) Sup (公式 I)Ux = (p a +Rppp α +Rpsq0 β ) Pup+ (q0 β +Rssq 0 β +RspP α ) Sup (公式 2)其中Pup和Sup是入射P波和S波(分别如图3Α和3Β所示)，α和β是接近地面的P波速度和S波速度，且P = sini/ α = Sinj/β是水平慢度。对于P波和S波的竖直慢度分别是qa = UHqe = (β_2-ρ2)0.5。Rij项是入射i波在传感器正上方的固体-空气界面处向后反射/转变成j波的反射/转变系数。公式I和2各自的左手侧涉及考虑到图3A所示的入射P波的自由表面效应，而公式I和2各自的右手侧涉及考虑图3B所示的入射S波的自由表面效应。注意，地震传感器(地震检波器或者加速度仪)信号分量是矢量测量-例如，如果即将到来的P波情形被认为在z分量上，则公式I和2各自的左手侧中的+和-涉及传播方向，即上行(_)或下行(+)，而项qaa (cosi)或Ρβ (sinj)涉及传播角度，其中i和j分别是P波和S波(相对于竖向)的传播角度。与以矢量方式记录P波和S波两者的地震传感器112(图2)相比，液体单元中的水听器(图2中的204)只记录P波场因为S波传播不受液体支持导致的压力波动。另外，假定该传感器(发散传感器114)对传播方向不敏感，因为压力是标量。因此，与公式I和2表示的地震传感器数据相比，对于完全各向同性的水听器传感器，角度-方向有关的项消失，且水听器数据Uh可表示为Uh = C1 (PUP+RppPup+RSpSup)(公式 3)其中C1是常数，包括(1)补偿水听器204(测量压力)和地震传感器112(测量位移或速度或加速度)之间的敏感度差异的校正系数，和(2)从土地到发散传感器114的容器的传输系数。水听器204不直接记录S波，但注意由于自由表面处的S-到-P转变(公式3的最后项)，S波场有关的能量将存在于水听器数据中。最后，通过将作为Uz和Ux的函数的Pup和Sup表示和用于反射系数的表示包括在公式3中，可以获得Uh = C2PUx(公式 4)其中C2取决于C1和接收器附近的近地面属性。在慢度域中，Uh仅仅是Ux的依赖P(P表示慢度)的换算形式。这意味着，在小慢度(小P)处，或者等同地在小入射角处，甚至与^相比，Uh分量上的波幅是极其小的。对于S波以及P波来说也是如此。Uh上的这种自然P波衰减源自于上行和下行反射事件之间的破坏性总和，在竖直入射(P = O)处Rpp等于-I。总而言之，通过比大慢度(慢表观波，通常为地滚波噪声)多得多地衰减小慢度(像反射那样的高视速度)，水听器204用作自然速度过滤器。
通过将公式4(慢度域中的)改写成传统时间偏移域(P= δ X/ δ t)中的，获得
权利要求
1.一种用于陆上地震勘探的噪声衰减方法，包括 在地表上部署传感器组件，其中所述传感器组件具有测量经地下结构传播的地震波的地震传感器以及包括测量噪声的压力传感器的发散传感器； 从所述地震传感器接收第一数据，从所述发散传感器接收第二数据；以及 结合所述第一数据和所述第二数据以衰减所述第一数据中的噪声。
2.根据权利要求I所述的方法，其中所述地震传感器和所述发散传感器在物理上间隔开预定距离。
3.根据权利要求I所述的方法，其中结合所述第一数据和所述第二数据包括从所述第一数据减去所述第二数据。
4.根据权利要求3所述的方法，其中从所述第一数据减去所述第二数据包括从所述第一数据减去所述第二数据和滤波器算子的乘积。
5.根据权利要求I所述的方法，其中所述发散传感器包括容纳物质和浸没在所述物质中的所述压力传感器的容器。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述物质选自包括液体、胶体和固体的组。
7.根据权利要求I所述的方法，其中来自所述发散传感器的所述第二数据提供比与来自所述地震传感器的所述第一数据正交或者接近正交的分量更好的噪声模型。
8.根据权利要求I所述的方法，其中通过所述发散传感器测量的噪声包括地滚波噪声。
9.根据权利要求I所述的方法，其中通过所述发散传感器测量的噪声包括弯曲波噪声和空气噪声中的一种。
10.根据权利要求I所述的方法，还包括在所述地表上部署另外的传感器组件，其中所述另外的传感器组件中的每个具有测量经地下结构传播的地震波的地震传感器和测量噪声的发散传感器。
11.根据权利要求10所述的方法，其中部署所述传感器组件包括在具有干扰传感器组件的规则形式的一个或多个障碍的环境中部署所述传感器组件，其中所述发散传感器的设置甚至能够在不具有传感器组件的规则形式下实现噪声衰减。
12.根据权利要求11所述的方法，其中部署所述传感器组件包括使得传感器组件彼此以大于由所述发散传感器记录的噪声的最短波长的一半的距离分开设置。
13.—种系统,包括 传感器组件，其用于部署在地表上以便执行地震勘探；和 控制器，其具有接收由所述传感器组件收集的数据的处理器，其中每个所述传感器组件具有测量经地下结构传播的地震波的地震传感器和包括测量噪声的压力传感器的发散传感器， 其中所述处理器能够将来自所述地震传感器的第一数据与来自所述发散传感器的第二数据结合以衰减来自所述地震传感器的第一数据中的噪声。
14.根据权利要求13所述的系统，其中每个所述发散传感器包括填充物质和浸没在所述物质中的相应压力传感器的容器。
15.根据权利要求14所述的系统，其中所述物质选自包括液体、胶体和固体的组。
16.根据权利要求14所述的系统，其中在每个所述传感器组件中，所述地震传感器设置在所述发散传感器的所述容器的上方和外部。
17.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器能够在缆线上与所述传感器组件连通。
18.根据权利要求13所述的系统，其中所述控制器能够与所述传感器组件无线连通。
19.根据权利要求13所述的系统，其中将所述第一数据和所述第二数据结合包括从所述第一数据减去所述第二数据。
20.根据权利要求19所述的系统，其中从所述第一数据减去所述第二数据包括从所述第一数据减去所述第二数据和滤波器算子的乘积。
21.一种物品，其包括至少一个包含指令的计算机可读存储介质，在执行所述指令时引起处理器 接收由布置在地表上的传感器组件收集的数据，其中每个所述传感器组件具有测量经地下结构传播的地震波的地震传感器和包括测量噪声的压力传感器的发散传感器；和将来自所述地震传感器的第一数据与来自所述发散传感器的第二数据结合以衰减来自所述地震传感器的数据中的噪声。
22.根据权利要求21所述的物品，其中从所述发散传感器接收第二数据包括从均包括填充物质和浸没在所述物质中的压力传感器的容器的发散传感器接收数据。
23.根据权利要求21所述的物品，其中将所述第一数据和所述第二数据结合包括从所述第一数据减去所述第二数据。
全文摘要
为了针对地震勘探进行噪声衰减，将传感器组件部署在地表上，其中传感器组件具有测量经地下结构传播的地震波的地震传感器和包括测量噪声的压力传感器的发散传感器。从地震传感器接收第一数据，从发散传感器接收第二数据。将第一数据和第二数据结合以衰减第一数据中的噪声。
文档编号G01V1/36GK102667528SQ201080052943
公开日2012年9月12日 申请日期2010年10月4日 优先权日2009年10月5日
发明者E·穆伊泽尔特, J·E·克拉格, J·O·A··罗伯特逊, P·埃德姆, 刘清林 申请人:格库技术有限公司