增强盐下成像的低频采集和处理

摘要

一种从大地中盐区下面采集地震信号的方法和装置。在一种实施方案中，该方法包括将气枪阵列调谐到第一汽包振荡；在水中至少10米的深度处牵引气枪阵列，其中气枪阵列具有大约6780立方英寸至大约10,170立方英寸范围的总体积；使用气枪阵列指引声信号向下通过水到达盐区下面的大地中；在水中一个或多个深度处牵引一个或多个地震拖缆，其中深度的至少一个是至少10米，其中每个拖缆包括沿着其布置的多个水中听音器；以及使用水中听音器记录从盐区下面的大地中的地层反射的地震信号。

说明书

技术领域

本发明的实施方案通常涉及海洋地震勘探，尤其涉及采集地震数据的方法。

背景技术

地震勘探广泛用于定位和/或勘探碳水沉积物的地下地质建造。因为许多商业上有价值的碳水沉积物位于水体下面，已经发展出各种类型的海洋地震勘探。在典型的海洋地震勘探中，地震拖缆被牵引在勘探船后面。地震拖缆可能几千米长并且包含沿着每个地震拖缆的长度而分布的大量传感器，例如水中听音器、地震检波器和相关电子设备。勘探船也包括一个或多个震源，例如气枪等。

因为地震拖缆被牵引在勘探船后面，由一个或多个震源产生的声信号，通常称作“爆破(shot)”，被指引向下通过水到达水底下面的地层中，在那里它们从各种地下地质建造反射。反射的信号由传感器接收，数字化，然后传送到勘探船。数字化信号称作“迹线”并且记录并由在勘探船上使用的信号处理单元至少部分处理。该处理的最终目的是构建拖缆下面的地下地质建造的表示。表示的分析可以指示地下地质建造中碳水沉积物的可能位置。

许多地下地质建造使用低频地震信号更好地表示。因此，本领域中存在对从使用低频地震信号更好表示的地下地质建造中采集地震信号的一种或多种方法的需求。

发明内容

本发明的一种或多种实施方案涉及一种采集地震信号的方法。在一种实施方案中，该方法包括：在水中一个或多个第一深度处牵引一个或多个气枪阵列，其中第一深度的至少一个是至少10米；使用一个或多个气枪阵列指引声信号向下通过水到达盐区下面的大地，在水中一个或多个第二深度处牵引一个或多个地震拖缆，其中第二深度的至少一个是至少10米，其中每个拖缆包括沿着其布置的多个水中听音器；以及使用水中听音器记录从盐区下面的大地中的地层反射的地震信号。

本发明的一种或多种实施方案也涉及一种从大地中盐区下面采集地震信号的方法。在一种实施方案中，该方法包括将气枪阵列调谐到第一汽包振荡，在水中至少10米的深度处牵引气枪阵列，其中气枪阵列具有大约6780立方英寸至大约10,170立方英寸范围的总体积；使用气枪阵列指引声信号向下通过水到达盐区下面的大地中；在水中一个或多个深度处牵引一个或多个地震拖缆，其中深度的至少一个是至少10米，其中每个拖缆包括沿着其布置的多个水中听音器；以及使用水中听音器记录从盐区下面的大地中的地层反射的地震信号。

附图说明

所以，本发明的上述特征可以详细理解的方式，上面简述的本发明的更特别描述，可以参考实施方案进行，其一些在附加附图中说明。但是，应当注意，附加附图说明本发明的仅典型实施方案，因此并不认为是其范围的限制，因为本发明可以允许其他等效的实施方案。

图1说明根据本发明一种实施方案可以用来采集地震数据的地震勘探船。

图2说明根据本发明一种实施方案可以用来采集地震数据的具有连接定位设备的地震拖缆的一部分。

图3说明根据本发明一种实施方案用于增强盐下成像的低频地震信号采集的方法的流程图。

图4A说明根据本发明一种实施方案气枪阵列配置的横截面视图。

图4B说明根据本发明另一种实施方案气枪阵列配置的平面图。

图4C说明根据本发明又一种实施方案的气枪阵列配置的横截面视图。

图4D说明根据本发明一种实施方案的地震拖缆配置的横截面视图。

图5说明在可以结合本发明一种实施方案使用的海洋地震勘探中与至少一个提供的声信号，或爆破相对应的上行和下行波场。

图6说明可以结合本发明一种或多种实施方案使用的、使用一个或多个校准滤波器形成上/下组合的方法的流程图。

具体实施方式

图1说明根据本发明一种实施方案可以用来采集地震数据的地震勘探船10。地震勘探船10显示牵引一排气枪14。地震勘探船10也显示牵引一排八个地震拖缆12。每个拖缆12可能6000米长。阵列中的最外拖缆12可能相隔700米，导致每个拖缆之间100米的水平间距。

气枪阵列14包含不同大小的气枪。气枪阵列14的总体积是6000立方英寸或更大。在一种实施方案中，气枪阵列14的总体积在6780至10,170立方英寸的范围。在另一种实施方案中，气枪阵列14的总体积是8475立方英寸。具有大体积的气枪阵列通常允许盐区下面的较大穿透性。结合本发明各种实施方案使用的气枪阵列14可以包括各种类型的气枪，例如Bolt LL枪，Gl喷雾枪等。虽然本发明的各种实施方案参考气枪描述，其他类型的发射器例如海洋振动器组也由本发明考虑。

气枪阵列14也可以调谐到第一气泡振荡。将气枪阵列14调谐到第一气泡振荡包括交错阵列中每个气枪的点火使得由气枪产生的第一气泡振荡一致，从而以低频发射具有高幅度的震源特征。从每个气枪发射的气泡的周期取决于该气枪的体积。例如，具有小体积的气枪发射具有短周期的气泡。因此，通过使用延迟适当地交错每个气枪的点火，来自气枪阵列14中所有气枪的第一气泡振荡可以协调以同时发生。气枪可以使用延迟点火，该延迟随着减小气枪体积而增加。气枪的点火可以根据颁发给Dragoset，Jr.的共同转让美国专利4,739,858号的各种技术交错，在此引用作为参考。在另一种实施方案中，气枪阵列14可以调谐到前锋。同样地，气枪同时点火以增强主脉冲，并且使得破坏性干扰引起的气泡混响达到最小，从而以高频产生具有高幅度的震源信号。

作为将气枪阵列14调谐到第一气泡振荡的结果，气枪阵列14的震源特征可能包含混合相位谱，其在处理期间需要确定性反褶积以形成震源特征。但是，确定性反褶积可能需要确定气枪阵列14的震源特征。气枪阵列14的震源特征可以通过首先与气枪相邻但是与其间隔一定距离放置一组水中听音器，使得没有水中听音器穿透由气枪产生的气泡来确定。然后，测量在其相对于气枪阵列的位置已知的n个独立点处气枪阵列近场中的发射压力波。然后测量通过考虑气枪之间的交互作用而处理以构造具有n个等效特征的n个非交互独立震源的至少概念上等效阵列，其可以叠加以提供气枪阵列14的震源特征。气枪阵列14的震源特征然后通过叠加n个等效特征来确定。在一种实施方案中，气枪阵列的震源特征是气枪阵列的远场震源特征。上面引用的处理可以在颁发给Ziolkowski等人的美国专利4,868,794号中更详细地描述，在此引用作为参考。气枪阵列的震源特征然后可以用来根据爆破基础设计关于爆破的反信号运算符。在一种实施方案中，气枪阵列诊断信息例如每个气枪的点火时间，每个气枪的深度等对每个爆破而记录。气枪阵列14的震源特征然后可以使用气枪阵列诊断信息以及震源特征计算机建模程序来计算，如本领域技术人员共同已知的。

关于拖缆12，每个拖缆12包括位于前部的偏转器16和位于后部的尾部浮标20。偏转器16用来水平定位拖缆12最接近地震勘探船10的一端，而尾部浮标20用来在拖缆12最远离地震勘探船10的一端产生拖动。由偏转器16和尾部浮标20在地震拖缆12上产生的张力导致图1中所示地震拖缆12的粗略线形。

称作鸟(bird)的多个拖缆定位设备18位于偏转器16和尾部浮标20之间。优选地，定位设备18可垂直和水平操纵。这些定位设备18可以例如沿着拖缆12以规则间隔定位，例如每200至400米。垂直和水平定位设备18可以用来在垂直(深度)和水平方向上限制偏转器16和尾部浮标20之间地震拖缆12的形状。定位设备18的控制系统分布在位于地震勘探船10上或附近的全局控制系统22和位于定位设备18内部或附近的局部控制系统36(图2中所示)之间。全局控制系统22典型地连接到地震勘探船的导航系统并且从船的导航系统获得系统范围参数的估计，例如船的牵引方向和速度以及当前方向和速度。

全局控制系统22监控每个定位设备18的实际位置并且使用地震拖缆12的期望位置或地震拖缆12之间的期望最小间隔编程。定位设备18的水平位置可以例如使用在共同转让美国专利4,992,990号中描述的声学定位系统得到，在此引用作为参考。作为选择，或者另外地，基于卫星的全球定位系统可以用来确定装备的位置。定位设备18的垂直位置典型地使用连接到定位设备18的压力传感器监控，如下面讨论的。

全局控制系统22优选地维持每个地震拖缆12的动态模型并且使用定位设备18的期望和实际位置来定期计算定位设备18应当施加在地震拖缆12上的更新的期望垂直和水平力，并且将它们从它们的实际位置移动到它们的期望位置。全局控制系统22优选地基于每个拖缆12的行为来计算期望的垂直和水平力，并且也考虑全部拖缆阵列的行为。因为与水平位置确定系统相关联的相对低的采样率和时间延迟，全局控制系统22运行位置预测程序软件来估计每个定位设备18的实际位置。全局控制系统22也检查从船的导航系统接收的数据。全局控制系统22将典型地从船的导航系统采集下面的参数：船速(m/s)，船首方向(度)，当前速度(m/s)，当前船首方向(度)，以及船固定坐标系中水平面中每个定位设备18的位置。当前速度和船首方向也可以基于由定位设备18作用在拖缆12上的平均力来估计。全局控制系统22将优选地发送下面的值到局部鸟控制器：需要的垂直力、需要的水平力、牵引速度以及逆流速度。

图2说明具有连接定位设备18的地震拖缆12的一部分，该定位设备18能够在垂直和水平方向上控制地震拖缆12的位置。地震拖缆12还包括通信线路12，其可以由一束光纤数据传输电缆和电力传输线组成。通信线路24沿着地震拖缆12的长度而过，并且连接到沿着拖缆12长度分布的地震传感器(没有显示)，水中听音器26，以及连接到定位设备18。定位设备18优选地具有一对可独立移动的翼28，其连接到可由翼电机34旋转的旋转轴32。定位设备18允许翼28相对于定位设备主体30的方向改变。

翼电机34可以包括能够改变翼28方向的任何类型的设备。翼电机34可能是电动机或液压传动装置。局部控制系统36通过计算翼28角度的期望变化并且选择性地驱动电机34以实现该变化来控制翼28的移动。

上面引用的控制系统的一个好处在于，翼28方向的期望变化使用定位设备18速度的估计而不是简单地依赖于以相同方式操作的反馈回路型控制系统而不管船速来计算。因为由翼28产生的力与设备速度的平方成比例，翼方向的期望变化的更精确计算可以通过使用设备速度的估计来进行。如上所述，全局控制系统22与局部控制系统36共享责任。全局控制系统22任务是监控拖缆12的位置并且将期望力或期望位置信息提供给局部控制系统36。每个定位设备18内部的局部控制系统36任务是调节翼张开角以旋转定位设备18到正确的位置以及调节翼公共角以产生所需的总期望力的量值。定位设备18，包括全局控制系统22和局部控制系统36在共同转让GB/2,342,081中更详细描述，在此引用作为参考。本发明的一种或多种实施方案也考虑定位设备18的其他设计，包括利用一个具有副翼的全移动翼，三个全移动翼，四个全移动翼的那些，以及在共同转让美国专利6,671,223号中描述的那些，在此引用作为参考。

关于水中听音器26，在一种实施方案中，水中听音器26可能不布线以形成产生单个输出的组。相反地，每个水中听音器26设置以产生独立的输出，其随后由自适应波束生成器滤波。自适应波束生成器包括两个或多个具有两个或多个通道的空间和/或时间局部多通道自适应滤波器。自适应波束生成器配置以根据输入信号的空间和/或时间频谱内容来区分其响应。这样，滤波后的输出信号可以对每个水中听音器产生并记录。水中听音器26可能以3.125米的间距相隔以削弱接收的地震信号中的多余噪声。水中听音器26之间的间距可能基于许多因素，例如数据传输的可用带宽以及记录或制造成本。与自适应波束生成器组合的水中听音器26之间的间距被配置以减小多余噪声，特别是相干噪声，例如暴涨噪声、浪涌噪声和交叉流动噪声。水中听音器配置和自适应波束生成器在共同转让美国专利6,684,160号中更详细描述，在此引用作为参考。

图3说明根据本发明一种实施方案增强盐下成像的低频地震信号采集的方法300的流程图。在步骤310，气枪阵列14在10.2米或更深处牵引。在一种实施方案中，气枪阵列14可能在10-25米深牵引。通过将气枪阵列放置在这种深度，震源伴随波(ghost)响应的通带迁移至较低的频率，从而允许低频信号保留。因此，气枪阵列14的深度可以选择使得伴随波响应的通过区与由气枪阵列14产生的能量的频率范围一致。

在步骤320，地震拖缆12在10.2米或更深处牵引。在一种实施方案中，地震拖缆12可能在10-25米深牵引。通过将地震拖缆12放置在这种深度，震源伴随波响应的通带迁移至较低的频率，从而允许低频信号保留。因此，地震拖缆12的深度可以选择使得伴随波响应的通过区与由气枪阵列14产生的能量的频率范围一致。

在步骤330，从盐区下面的大地中的地层反射的地震信号由位于地震拖缆12上的水中听音器接收。在采集期间，低频截止滤波器经常用来减少浪涌噪声污染。但是，低频截止滤波器也去除低频信号。根据本发明一种实施方案，地震信号由水中听音器记录而不使用任何低频截止滤波器或者关闭低频截止滤波器选项。这样，低频信号的幅度可以增强。

根据本发明的一种或多种实施方案，地震信号可以使用各种气枪阵列和拖缆配置而采集。图4A说明根据本发明一种实施方案气枪阵列配置的横截面视图，其包括气枪阵列402和404。气枪阵列402配置以增强高频地震信号，而气枪阵列404配置以增强低频地震信号。气枪阵列402峰值调谐，也就是，气枪阵列402调谐到前锋，而气枪阵列404气泡调谐，也就是，气枪阵列404调谐到第一气泡振荡。在一种实施方案中，气枪阵列402可以气泡调谐，而气枪阵列404可以峰值调谐。气枪阵列404的总体积大于气枪阵列402的总体积。例如，气枪阵列402具有5085立方英寸的总体积，而气枪阵列404具有6780立方英寸的总体积。

气枪阵列404位于比气枪阵列402更大的深度处。例如，气枪阵列402位于大约6至8米的深度，而气枪阵列404位于大约14至18米的深度。气枪阵列402和气枪阵列404之间的深度差可以选择使得1/dt＜fmax，其中fmax是地震数据中的最大频率。时间dt由两个发射器阵列之间的深度差以及作为已知量的水中地震能量的速度确定。

除了在垂直方向(z方向)上相隔之外，两个气枪阵列在水平方向(x方向)上位移水平距离dx。两个发射器阵列之间的水平位移基本上等于海洋地震勘探方案的爆破点间距。作为实例，对于产生37.5m爆破点间距的地震勘探方案，气枪阵列的水平位移大约为37.5m。

但是，两个气枪阵列在延伸出纸张并且垂直于气枪阵列移动方向的y方向上没有位移。地震勘探船10配置以速度V牵引两个气枪阵列402和404。

在使用中，气枪阵列402和404在阵列沿着其位移的方向上移动通过水。气枪阵列402和404以相等爆破点间距，例如37.5m以“触发器”顺序点火。较接近地震勘探船10的阵列，也就是气枪阵列402上的气枪最初点火。这些气枪可能连续地或同时点火。在等于牵引船行进37.5m所需时间的时间延迟(也就是dx/V)之后，较远离地震勘探船10的气枪阵列，也就是气枪阵列404的气枪点火。两个气枪阵列的点火之间的时间延迟dx/V保证一个阵列的每个气枪在与另一个阵列的对应气枪相同的x和y坐标，但是在不同的深度点火。同样地，两个爆破记录在具有相同x和y坐标，但是不同z坐标(深度)的点产生。在一种实施方案中，气枪阵列402和404使用信源编码技术同时点火，使得每个波场用特征编码以指示编码后波场与其相关联的气枪阵列。各种编码技术在共同转让美国专利5,924,049号中更详细地讨论，在此引用作为参考。

图4B说明根据本发明一种实施方案的气枪阵列配置的平面图，其包括气枪阵列412，422，414和424。气枪阵列412和422由地震勘探船420牵引，而气枪阵列414和424由地震勘探船430牵引。地震勘探船430显示直接位于地震勘探船420后面。但是，地震勘探船430可能位于相对于地震勘探船420的任何地方。例如，地震勘探船430可能位于地震勘探船420旁边。两个地震勘探船可能相隔基于地球物理学或勘探设计考虑，例如偏移量范围的距离。

气枪阵列412和422配置以增强高频地震信号，而气枪阵列414和424配置以增强低频地震信号。气枪阵列412和424峰值调谐，而气枪阵列414和424气泡调谐。在一种实施方案中，气枪阵列412和422可以气泡调谐，而气枪阵列414和424可以峰值调谐。气枪阵列414和424的总体积大于气枪阵列412和422的总体积。例如，气枪阵列412和422的每个具有5085立方英寸的总体积，然而气枪阵列414和424的每个具有6780立方英寸的总体积。

气枪阵列414和424位于比气枪阵列412和422更大的深度处。例如，气枪阵列412和422可能位于大约6至8米的深度，而气枪阵列414和424可能位于大约14至18米的深度。

气枪阵列412和422在y方向上相隔交叉线距离dy。气枪阵列412和422之间的交叉线距离dy依赖于拖缆12之间的间距。优选地，交叉线距离dy是拖缆间距的一半。但是，气枪阵列412和422在x方向上没有位移。类似地，气枪阵列414和424由相隔气枪阵列412和422的相同交叉线距离dy相隔，而在x方向上没有位移。

在使用中，气枪阵列412，422，414和424使用信源编码技术同时点火，使得每个波场用特征编码以指示编码后波场与其相关联的气枪阵列。如上所述，各种编码技术在共同转让美国专利5,924,049号中更详细讨论，在此引用作为参考。

图4C说明根据本发明一种实施方案的气枪阵列配置的横截面视图，其包括气枪阵列432，434和436。气枪阵列432，434和436位于水中三个不同深度处。气枪阵列432基本上垂直地位于气枪阵列434上面，而气枪阵列434基本上垂直地位于气枪阵列436上面。这样，气枪阵列432，434和436具有相同的x和y坐标但是不同的z坐标。该方案可以称作气枪阵列的上/下组合。术语“上”典型地与较浅气枪阵列相关联，而术语“下”典型地与较深气枪阵列相关联。在使用中，气枪阵列412，422，414和424可能以“触发器”顺序，或者使用信源编码技术同时点火，使得每个波场用特征编码以指示编码后波场与其相关联的特定气枪阵列。各种编码技术在共同转让美国申请5,924,049号中更详细讨论，在此引用作为参考。

图4D说明根据本发明一种实施方案的地震拖缆配置的横截面视图，其包括地震拖缆452，454，456和气枪阵列460。地震拖缆452，454，456位于水中三个不同深度处。地震拖缆452基本上垂直地位于地震拖缆454上面，而地震拖缆454基本上垂直地位于地震拖缆456上面。这样，地震拖缆452，454和456具有相同的x和y坐标，但是不同的z坐标。该方案可以称作地震拖缆的上/下组合。术语“上”典型地与较浅地震拖缆相关联，而术语“下”典型地与较深地震拖缆相关联。虽然仅一个气枪阵列显示结合地震拖缆452，454和456操作，本发明的一种或多种实施方案考虑地震拖缆452，454和456与各种气枪阵列配置一起操作，例如参考图4A，4B和4C描述的那些。

图5说明在海洋地震勘探中与至少一个提供的声信号或爆破相对应的上行和下行波场500，505，510，515，520，525。虽然上行和下行波场被讨论好像它们是独立的实体一样，本领域技术人员应当理解，上行和下行波场500，505，510，515，520，525可能代表由单个爆破产生的单个波场的部分或者由多个爆破产生的多个波场的部分。

“上”地震传感器540在水体535的表面530下面的深度Z_o处使用，而“下”地震传感器550在表面530下面的深度Zu处使用。“上”地震传感器540检测表现出上行和下行波场510，515的一个或多个物理量。在一种实施方案中，“上”地震传感器540检测“上”地震传感器540的位置处的压力波场P(Z_o)。“下”地震传感器550检测表现出上行和下行波场520，525的一个或多个物理量。在一种实施方案中，“下”地震传感器550检测“下”地震传感器550的位置处的压力波场P(Z_u)。

由U(Z_u)表示的“下”地震传感器550处的上行波场520可以通过表达式与“上”地震传感器540的位置处的压力波场P(Z_o)和“下”地震传感器550的位置处的P(Z_u)相关：