通过加权叠加同时采集的波场来压制4D噪音

摘要

一种用于产生地下特征的图像的方法，包括提供包含关于所述特征的信息的地震数据，包括i)第一数据集，包括第一上行波场和第一下行波场，ii)第二数据集，包括第二上行波场和第二下行波场，其中，在晚于所述第一数据集某时间间隔的时间收集所述第二数据集；通过从第一上行波场和第二上行波场中的一个减去另一个建立上行4D差异数据集U，以及通过从第一下行波场和第二下行波场中的一个减去另一个建立下行4D差异数据集D；建立作为差异数据集的相似度的函数的加权函数W；以及通过产生4D相似度叠加建立所述特征的图像，其中4D相似度叠加定义为(U+D)*W/2。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2011年12月28日提交的美国申请序列号61/580,693 的优先权，其内容在此引用作为参考。

技术领域

本发明涉及地震信号处理。更确切地说，本发明涉及用于产生两 个独立但同时的地下图像的方法，如使用上行波场和下行波场，以及 基于上行波场与下行波场的相似度使用其4D差异的加权叠加产生降 噪图像。

背景技术

在地震数据处理领域，“4D噪音”是用于描述地震观测期间记 录的在对比延时地震信号时不消失的非重复性噪音的表达。在深海地 震应用中，4D噪音可能起因于许多来源，包括采集几何形态的不完全 重复、由于水速变化导致的多次波能量差异、来自其他船舶的地震干 扰噪音、涌浪噪音等。同样，陆上4D噪音可能起因于地下浅层的季 节变化、时变检波器伴随波等。

在使用海底传感器比如节点(OBN)或电缆(OBC)进行地震 记录的深海环境中，有可能通过公知的镜像偏移技术分别使用常规上 行波场和下行波场产生两个独立的地下图像。有用的是思索如何对比 这两种类型的图像内的4D信号与4D噪音。一旦校正了信号在子波和 有效覆盖次数(fold)中的差异，起因于油气藏性质变化的4D信号在 上行和下行数据上都相同。相反，4D噪音的表现相当不同。例如，由 于因水速差异造成多次波污染的4D噪音将相对于上行波场和下行波 场上关注层在不同时间到达。在期望从两个独立但同时的地下图像产 生单一图像的任何情况下都会出现类似的问题，即两个图像中的信号 将相同但两个图像中的噪音将有所不同。

利用噪音信号差异的一种方法是叠加上行波场和下行波场，它有 效地加倍了观测的覆盖次数并统计地以因子压制噪音。不过这种 方法并不总是给出期望水平的增强，但是它对提供某种改善技术仍然 是可取的。

发明内容

本发明允许从4D地震信号产生降噪地震图像。在某些实施例中， 在应用了基于上行与下行4D差异彼此之间相似程度的加权函数后通 过叠加所述差异压制4D噪音。

根据某些实施例，一种用于产生地下特征的图像的方法包括以下 步骤：a)提供包含关于所述特征的信息的地震数据，包括第一数据集 和第二数据集，所述第一数据集包括第一上行波场和第一下行波场 (U₁，D₁)，所述第二数据集包括第二上行波场和第二下行波场(U₂， D₂)，其中在晚于所述第一数据集某时间间隔的时间收集所述第二数 据集；b)通过从第一上行波场和第二上行波场U₁、U₂中的一个减去另 一个建立上行4D差异数据集U，以及通过从第一下行波场和第二下 行波场D₁、D₂中的一个减去另一个建立下行4D差异数据集D；c)建 立作为上行4D差异数据集与下行4D差异数据集D的相似度的函数 的加权函数W；以及d)通过产生4D相似度叠加建立所述特征的图像， 其中4D相似度叠加定义为(U+D)*W/2。

加权函数W可以选自包括NRMSD、(1-NRMSD(U,D)/ NRMSD_cutoff、NRMSD²、绝对值的平均差异、手动加权以及上述函 数的幂的组中的函数。在优选实施例中，加权函数W定义为 W＝(1-NRMSD(U,D)/2)，其中NRMSD(U,D)＝2*RMS(U-D)/[RMS(U)+ RMS(D)]。

可以使用在海面的至少一个震源和在海底的至少一个检波器来 采集地震数据。

所述方法可以进一步包括以下步骤：在U₁、D₁、U₂和D₂之间彼 此对齐以及/或者U₁与U₂对齐和D₁与D₂对齐，并且也可以包括对齐 上行4D差异数据集U与下行4D差异数据集D的步骤。

在某些实施例中，所述方法包括缩放至少两个数据集中的数据以 便均衡多个门的每一个中的能量的步骤。所述加权函数还可以包含门 并且缩放所述数据所用的门可以大于所述加权函数中使用的门。确切 地说，加权函数可以是RMS计算，包含可以小于2个波长的门，并 且缩放所述数据所用的门可以大于RMS门。所以，进一步RMS门可 以选择为小于10m。

应用本方法的时间间隔可以是至少一个月或至少一年。

根据其他实施例，一种用于产生地下特征的图像的方法包括以下 步骤：a)提供包含关于所述特征的信息的地震数据，包括初级波场和 次级波场(A₁，B₁)；b)建立作为初级波场A₁与次级波场B₁的相似 度的函数的加权函数W；以及c)通过产生相似度叠加而建立所述特征 的图像，其中相似度叠加定义为(A₁+B₁)*W/2。所述方法可以进一步包 括在某个时间间隔之后重复步骤a)-c)以及通过对比最终的两个相似 度叠加而计算延时数据集的步骤。所述方法可以进一步包括缩放初级 波场和次级波场以便均衡多个门的每一个中的能量的步骤。在某些实 施例中，加权函数可以包含门并且缩放所述数据所用的门可以大于所 述加权函数中使用的门。加权函数可以是RMS计算，包含小于2个 波长的RMS门，其中缩放所述数据所用的门可以大于RMS门。

初级波场可以与次级波场时间对齐。

地震数据可以是使用在地表上的至少一个震源以及井眼中的至 少一个检波器采集的VSP数据，地震数据也可以是使用第一个井眼中 的至少一个震源以及在第二个井眼中的至少一个检波器采集的井间数 据。作为替代，地震数据可以是使用至少一个震源和位于不同深度的 至少两个检波器所采集，并且在每个检波器的地震数据可以包含上行 波场和包括检波器伴随波的下行波场。

在再另外的实施例中，可以使用至少两种类型的检波器，包括但 不限于压力传感器、应变传感器、速度传感器和加速度传感器，来采 集地震数据。

附图说明

为了更详细地理解本发明，对附图进行了参考，其中：

图1是能够在其中使用本发明的海上地震系统的示意展示；

图2是能够在其中使用本发明的VSP地震系统的示意展示；

图3是能够在其中使用本发明的井间地震系统的示意展示。

虽然下面关于海上地震系统介绍了本发明的优选实施例，但是应 当理解，本发明在任何地震系统中都适用。

具体实施方式

首先参考图1，在海上地震系统10中本发明是有利的，系统10 包括在海面14上的至少一个声源12以及在海底18上或附近的至少一 个感测节点16。展示为层位22的受关注地下特征位于海底18以下的 地下20中。

在系统10中，在每个源12与感测节点16之间有多条可能的声 波路径。确切地说，某些路径将引起上行波到达节点16，如在24所 展示，而某些路径将引起下行波到达节点16，如在26所展示。每个 下行波场都具有在气-水界面的反射系数接近-1.0的附加反射28。下行 波场具有超越上行波场的两个重要优势，即下行波场可以对近海底环 境成像，以及下行波场具有更大的照明区域，引起深部覆盖次数增加。

上行波场的数据或者下行波场的数据都将包含关于层位22(和/ 或其他地下特征)和感测之时存在的噪音这二者的信息。这在基线地 震数据的逆时偏移(RTM)深度图像中很明显。在优选实施例中，上 行数据与下行数据图像时间对齐和/或深度对齐以去除剩余时移并缩 放以均衡rms能量，正如本领域公知。未做进一步处理时，上行和下 行图像看来非常相似。

使用在不同时间点收集的RTM数据集，通过从一个数据集减去 另一个能够产生延时(4D)差异，并且典型情况下在基线与监测地震 数据时间对齐之后做到这一步。使用上行偏移或下行偏移能够产生4D 差异。当上行波场和下行波场的4D差异被对齐和对比时，许多4D信 号远超过噪音水平。如果已经执行了上述缩放以使能级与更高覆盖次 数的下行波场匹配，上行波场的浅层部分将包含多于更深层部分的噪 音。

无论如何，上行和下行4D差异部分都将既包含4D信号又包含 4D噪音。4D信号起因于油气藏性质随时间的变化，而且应当在上行 和下行数据上几乎一致，只能预期由于炮检距分布的改变和射线路径 透射成像问题而引起的微小差异。相反，预期上行波场和下行波场的 4D噪音完全不同。换言之，尽管来自一致源的噪音(如多次波、涌浪 噪音等)在两个波场中都存在，但是它们将在不同的时间和位置到达。

压制4D噪音的一种方法是上行和下行4D差异的简单叠加。叠 加是减小噪音的好方法并且对于纯随机噪音此方法产生的统 计改善。所产生图像的视觉检查揭示出4D差异的叠加在更深的部位 看起来噪音比两个输入都有某种程度减少，但是在浅层区域与仅仅下 行波场相比噪音更多，因为上行数据噪音更多。

根据本发明的优选实施例，结合这些数据集的替代方法必须使用 基于这两个输入数据集的相似度的加权函数建立上行与下行4D差异 的加权叠加。通过在输入不相似时选择加权函数接近0.0而在它们相 似时接近1.0，能够减弱4D噪音。

根据优选实施例，基于长度优选为0.5、1、1.5或2个波长的短 门中4D差异数据的归一化均方根(RMS)差异(NRMSD)，能够构 建良好的加权函数。在以下介绍的一个优选实施例中，这个门小于200 ft，小于100ft或在某些情况下小于10ft。

在U和D分别表示上行波场和下行波场的延时差异的优选实施 例中，NRMSD差异为：

NRMSD(U,D)＝2.*RMS(U-D)[RMS(U)+RMS(D)]

可能的NRMSD值的范围从0(一致)到2(一致但符号相反)，并 能够用于产生加权函数W＝(1-NRMSD(U,D)/2)。

虽然NRMSD是一种优选类型的加权函数，但是应当理解，任何 适宜的加权函数W只要是两个数据集相似度的函数都能够使用，包括 但不限于上述W＝(1-NRMSD(U,D)/2)。因此作为替代，W能够被定义 为(1-NRMSD(U,D)/NRMSD_cutoff，其中预定的截止值以上的NRMS 值被设定为零，或者能够基于NRMSD²，或基于绝对值的平均差异、 人工加权和/或任何前者的幂。

在W＝1-NRMSD/NRMSD_cuttoff的实施例中，截止值设定在或 低于1而不是允许在1与2之间的值。这具有更有效地压制噪音的效 果，但代价为损失部分信号。在这些实施例中，小于零的W的值被设 定为零。

应当理解，优选情况下按每个数据集的需要执行缩放和/或时间 对齐，优选情况下在计算差异、叠加或数据集的其他组合之前执行。 正如本领域公知，能够使用匹配滤波器执行缩放和对齐。

根据优选实施例，“4D相似度叠加”被定义为(U+D)*W/2。当 数据噪音很大时，加权函数W将接近0并且4D相似度叠加将不大， 有效地压制了4D噪音。在具有真实4D信号的区域中，W将接近1 并且信号将被保留。与非加权叠加相比，使用200英尺的RMS门得 到的4D相似度叠加图像显示出了4D噪音的显著压制。

为了量化在加权叠加中的降噪，能够对基线和监测数据应用 NRMSD函数。仅仅作为展示，为了对4D相似度叠加计算它，实际 早先的下行波场被用作基线数据并且通过从基线减去4D相似度叠加 产生了合成的后来(监测)数据集。对中心为15000ft的3000英尺门 中的上行、下行和4D相似度叠加数据计算的NRMSD(基线、监测) 的对比表明在4D相似度叠加结果上NRMSD值大为降低并且某些潜 在的4D信号从噪音中更加突出。

如上所述，相似度叠加有效地压制噪音同时保留期望的4D信号。 在以下段落中，我们从理论上对比在有和没有4D信号的区域中我们 期望什么。

在仅有随机噪音的区域，我们预期和W≈0.3。 在这个区域中的4D相似度叠加近似等于0.3*(U+D)/2，与常规叠加 (U+D)/2相比其降噪因子为3。

在一个卷中有大噪音而另一个没有的区域中，NRMSD(U,D)≈2 和W≈0。在这些区域中，4D相似度叠加在去除假4D同相轴时表现得 非常出色。

为了简化对本案例的计算，我们假设：1)上行波和下行波的4D 噪音水平是可比的，以及2)4D噪音在上行波与下行波之间或与4D信 号之间具有零相关。在这些假设下，

$W=1-\frac{1}{\sqrt{2+2*{\mathrm{SNR}}^2}}$

其中SNR＝RMS(4D信号)/RMS(4D噪音)是信噪比。SNR高时，W将 接近1，但是在噪音大的区域中此加权也将压制4D信号。当SNR＝10 时，W＝0.93并且保留了大部分4D信号。相反，当SNR＝1时，W＝0.5， 所以在噪音非常大的区域中4D相似度叠加将部分地削弱信号。

本文介绍的方法和示例显示了在使用海底传感器比如节点 (OBN)或电缆(OBC)进行地震记录的深海环境中能够获得更好的 延时地震数据。确切地说，可能使用上行波场和下行波场产生两个独 立的地下图像。4D信号在这些波场上应当几乎一致但4D噪音相差很 大。根据上行和下行4D差异的相似度对其进行加权叠加将压制4D噪 音同时保留信号。

更一般地说，每当两个独立的图像同时获得时，都能够假设两个 图像中的信号都将相同但两个图像中的噪音将不同。对于深海应用这 两个图像可以指上行波场和下行波场，正如以上的讨论，但是这两个 独立但同时的图像也可以指两个(相邻地)并列的检测器采集获得的 两个图像，例如压力传感器和速度传感器、在上/下配置中的两个邻近 的检测器或在不同深度的两个拖曳检波器拖缆。因此，在海上和陆上 都能够应用本发明概念。虽然在某些情况下前面的描述指上行波场和 下行波场，但是应当理解，这样的独立图像的任何组合都可以使用。

确切地说，本发明可以被应用到以图2示意地展示的，在垂直地 震剖面(VSP)的情况下，在地表上的一个或多个震源12以及在井眼 30中的一个或多个检波器16产生的图像。通过偏移从下面反射到达 检波器的上行波场产生常规反射图像。由镜像或多次波偏移技术使用 下行波场也可以产生图像。

在图3示意地展示的再另外的实施例中，本发明可以被应用到以 第一井眼30中的一个或多个震源12以及附近另一井眼32中的若干检 波器16产生的图像，正如在井间地震观测的情况下。对于给定反射界 面，使用上行波场24可以产生图像，这需要震源和检波器位于所关注 界面以上。使用下行波场26也可以产生图像，这需要震源和检波器位 于所关注界面以下。在实践中这两种情况都会发生，因为震源和检波 器通常被放置在受关注区域以上和以下。

在另一个实施例中，数据可以由在不同深度或具有不同波场的两 个或更多(n个)检波器采集。对于分别属于这两个或更多检波器的 汇聚的信号能够获得一个或多个加权函数W，并且这些数据可以使用 多检波器(MR)相似度叠加求和，定义为MR＝(R₁W₁+R₂W₂+… R_nW_n)/n，其中R_n是检波器数据，并且加权函数W_n能够被定义为每 个R_n与其他检波器之间相似度的函数。基于在不同时间采集的数据的 两个MR相似度叠加能够随后被用于产生降噪的4D图像。

在另一个实施例中，数据可以由在不同深度的两个或更多陆上检 波器采集。在这些情况下，可以期望增强上行反射波并且衰减从自由 界面反射的被称为检波器伴随波的下行波。这可以通过如上所述根据 两个检波器数据的相似度计算加权函数并产生加权叠加，在对齐上行 数据之后完成。对于浅层检波器，上行波与下行波之间的时间延迟可 能小于地震子波长度。此外，近地表性质的季节性变化能够导致检波 器伴随波的季节性变化，影响油气藏的延时信号。所以，对上行波之 后很短时间内到达的下行波的增强压制将改进延时信号。

在其他变形中，地震数据可以包含使用在地表的至少一个震源以 及在井眼的至少一个检波器采集的VSP数据，地震数据也可以是使用 在第一井眼的至少一个震源以及在第二井眼的至少一个检波器采集的 井间数据。作为替代，地震数据可以使用至少一个震源和位于不同深 度的至少两个检波器采集，并且在每个检波器的地震数据都可以包含 上行波场和含有检波器伴随波的下行波场。在再另外的变形中，可以 使用至少两种类型的检波器，包括但不限于压力传感器、应变传感器、 速度传感器和加速度传感器，来采集地震数据。

应当理解，对以上介绍的本发明能够做出其他改变而不脱离本发 明的范围，这在以下的权利要求书中陈述。应当理解，权利要求书中 若干步骤的顺序叙述并非意在要求顺序地执行这些步骤，除非明确地 叙述或逻辑上要求。