海洋延時地震勘測的製作方法

2023-10-11 13:51:29 2

專利名稱：海洋延時地震勘測的製作方法
技術領域：
本發明涉及對地下，尤其是地下的目標層的延時地震勘測。延時地震勘測或者監視涉及在不同的時間對地下的同一部分獲取地震數據。這種技術允許研究地下層面的地震特性作為時間的函數的變化，所述變化例如是由於地下地層中的流體流動、流體飽和度、壓強和溫度的空間和時間變化而導致的。地震數據可以被組合起來以產生圖像，顯示出所述變化。延時地震勘測技術的用途例如有繪製死油地圖，監測被注入的儲層流體比如水、蒸汽以及二氧化碳，估計與壓強分割有關的流體流的非均勻性以及斷層和裂隙的水力特性。時間延遲勘測也稱為四維地震勘測。
具體地，本發明涉及對地下進行海洋延時地震勘測的方法，該方法包括下列步驟(a)在預定的位置布置地震接收器；(b)在具有預定位置的位置布置地震源，並記錄作為對地震源發出的聲波的響應的來自地震接收器的信號；(c)在預定的時間段之後將所述地震源定位於步驟(b)的位置，並對每一個位置記錄作為對地震源發射的聲的響應的來自地震接收器的信號；以及(d)從先前獲得的信號中減去獲得的信號，得到一個差，用該差來探測目標層中作為時間的函數的變化。在本說明書和權利要求中，「信號」一詞既用來指原始的未經處理的數據，也指經過處理後的數據。術語「地下信號」用來指僅僅包括來自地下的信息的信號，不包括表面多次反射。這種地下信號也稱作主信號(primary signal)。地下的目標層是感興趣的一個層或者多個層。在後一種情況下，所述各層被不感興趣的層隔開。
眾所周知，可重複性是延時地震勘測成功的關鍵，並且主要關心的問題是源和接收器的位置(例如見下述文章Time-lapse seismicmonitoringSome shortcomings in nonuniform processing，C P Rossand M S Altan，The Leading Edge，June 1997)。其它關心的問題是源和接收器波形響應和耦合，以及各種形式的不希望有的噪聲。
本申請人發現，有另一個因素對海洋延時地震勘測的成功有負面影響，這就是海洋，尤其是海洋的特性。
在申請人的同時待審國際專利申請(公開號02/075 363)中，就是所謂的表面多次反射的效應。表面多次反射是地震能量在海面和海底之間多次反射導致的影響在記錄的信號中的反映。在該專利申請中，解釋了表面多次反射不會重複，因此當對在不同日期記錄的兩個信號進行減法時，得到的差信號中包含了來自表面多次反射的差異的未知部分。因此，該差可能與(沒有表面多次反射信號的)地下信號之間的差不同，因此該差並不能作為在記錄第一信號的日期和記錄第二信號的日期之間地下變化的指標。
為了提供一種在海洋進行地下地層中的目標層的延時勘測，並且可以以一種簡單的方式抑制表面多次反射導致的不可重複的效應的方法，在本申請人的所述國際專利申請中提出了在基本上重複的海洋條件下記錄信號。
申請人現在提出了該方法的一種替代方案，其中，用數學方法獲得對非重複的表面多次反射的效應的抑制。
為此，根據本發明，提供了一種對地下進行海洋延時地震勘測的方法，使用地震源和包括至少一個地震接收器的地震接收器系統，該方法包括下列步驟(a)將地震源定位於具有預定位置的源位置，並將所述地震接收器系統的所述至少一個地震接收器定位於具有預定位置的接收器位置；(b)對於每一個地震接收器，對所述源位置和接收器位置記錄從地震接收器獲得的、作為對所述地震源發射的一組至少兩個聲波的響應的一組至少兩個重複信號，其中，所述至少兩個聲波是在不同的海洋狀態下發射的，但是發射時間接近而使重複信號中因為地下的變化而產生的差異可以被忽略；在記錄所述重複信號時測量雙程水體傳播時間；(c)在預定時間段之後將所述地震源和所述至少一個地震接收器定位於步驟(a)的源和接收器位置，對每一個地震接收器記錄作為對所述地震源發射的一個聲波的響應的、來自所述地震接收器的監視信號，並在記錄所述監視信號時測量雙程水體傳播時間；(d)對所述信號採用一個模型，包括所述地下信號、由於地下的變化而在地下信號中產生的差異以及表面多次反射的影響；(e)確定一組能夠消除表面多次反射的濾波函數，這些濾波函數是在步驟(a)的地震源位置測量到的雙程水體傳播時間的函數；(f)從所述重複信號、監視信號和濾波函數，對每一個接收器計算所述地下信號中的估計的差異，所述估計的差異是在記錄所述重複信號和記錄所述監視信號之間過去的時間中目標層中的變化在地下信號中導致的變化的量度；以及(g)輸出所估計的差異。
本發明的上述實施例在地震源和所述至少一個地震接收器不固定時是合適的，例如當地震源和地震接收器是拖纜的一部分時。
最好，所述至少一個地震接收器是固定的，例如被永久地定位於預定的接收器位置，例如在海底，而源不是固定的。在這種情況下，本發明的方法包括下列步驟(a)將地震源定位於具有預定位置的源位置；(b)對於每一個地震接收器，對該源位置記錄從地震接收器獲得的、作為對所述地震源發射的一組至少兩個聲波的響應的一組至少兩個重複信號，其中，所述至少兩個聲波是在不同的海洋狀態下發射的，但是發射時間接近而使重複信號中因為地下的變化而產生的差異可以被忽略；在記錄所述重複信號時測量雙程水體傳播時間；(c)在預定時間段之後將所述地震源定位於步驟(a)的源位置，對每一個地震接收器記錄作為對所述地震源發射的一個聲波的響應的、來自所述地震接收器的監視信號，並在記錄所述監視信號時測量雙程水體傳播時間；(d)對所述信號採用一個模型，包括所述地下信號、由於地下的變化而在地下信號中產生的差異以及表面多次反射的影響；(e)確定一組能夠消除表面多次反射的濾波函數，這些濾波函數是在步驟(a)的地震源位置測量到的雙程水體傳播時間的函數；(f)從所述重複信號、監視信號和濾波函數，對每一個接收器計算所述地下信號中的估計的差異，所述估計的差異是在記錄所述重複信號和記錄所述監視信號之間過去的時間中目標層中的變化在地下信號中導致的變化的量度；以及(g)輸出所估計的差異。
或者，所述源和接收器都可以固定，位於預定的固定的位置。在這種情況下，根據本發明的方法包括下列步驟(a)對於每一個地震接收器，記錄從地震接收器獲得的、作為對所述地震源發射的一組至少兩個聲波的響應的一組至少兩個重複信號，其中，所述至少兩個聲波是在不同的海洋狀態下發射的，但是發射時間接近而使重複信號中因為地下的變化而產生的差異可以被忽略；在記錄所述重複信號時測量雙程水體傳播時間；(b)在預定時間段之後，對每一個地震接收器記錄作為對所述地震源發射的一個聲波的響應的、來自所述地震接收器的監視信號，並在記錄所述監視信號時測量雙程水體傳播時間；(c)對所述信號採用一個模型，包括所述地下信號、由於地下的變化而在地下信號中產生的差異以及表面多次反射的影響；(d)確定一組能夠消除表面多次反射的濾波函數，這些濾波函數是測量到的雙程水體傳播時間的函數；(e)從所述重複信號、監視信號和濾波函數，對每一個接收器計算所述地下信號中的估計的差異，所述估計的差異是在記錄所述重複信號和記錄所述監視信號之間過去的時間中目標層中的變化在地下信號中導致的變化的量度；以及
(f)輸出所估計的差異。
在本說明書和權利要求中，「多次反射」用來表示「表面多次反射」。雙程水體傳播時間是水體深度除以聲速的二倍。
下面結合附圖以舉例的方式描述本發明，附圖中

圖1簡要圖示了如何實施本發明的方法的勘測步驟；圖2簡要圖示了將信號相關起來的方法；圖3圖示了用在用於說明本發明的假設的例子中的模型的相關參數；圖4圖示了對於所述假設的例子，基礎勘測和根據本發明確定的差值勘測；圖5圖示了對於所述假設的例子，一般的海洋延遲勘測的結果以及根據本發明確定的差值勘測的結果。
圖6圖示了對於所述假設的例子，一般的海洋延遲勘測的結果以及根據本發明確定的差值勘測的結果，其中添加了非相關噪聲。
現在參見圖1。根據本發明的方法是一種在海洋對地下進行延時勘測的方法。在圖1中，簡要圖示了由海面2和海底3限定的表示海洋的水體1，以及海底3之下的地下5。所述地下5包括至少一個反射體6。
在本發明的方法中，包括至少一個地震接收器5的地震接收器系統位於預定的位置。在圖1中，所述地震接收器系統包括兩個地震接收器11和12，具有預定位置的接收器位置在海底3。
該方法的第一步是將地震源13置於具有預定位置15的源位置。該位置15是指源的水平位置，也就是地震源13的經緯度位置。源的水平位置在圖中簡要圖示為虛線。在豎直方向上，地震源位於海面2。
很清楚，在不同的時間，海面會有不同的高度，這例如是由潮汐差異造成的。在圖1中，只圖示了三種不同的高度，這些高度分別用附圖標記20a、20b和21表示。
本發明涉及在海洋進行延時地震勘測，這意味著進行一次基礎地震勘測，然後在後來的一個日期進行一次監視勘測，確定基礎勘測和監視勘測之間的差，以評估在兩次勘測之間在地下地層中發生的變化。
為了減少多次反射的影響，本發明的方法包括下述步驟在地震源13在水平位置15時，對每一個地震接收器11、12記錄作為對地震源13發射的一組至少兩個聲波的響應從地震接收器11或12獲得的一組至少兩個重複信號，其中，所述至少兩個聲波是在不同的海洋狀態(分別具有海面高度20a和20b)下發射的，但是時間上如此接近，使得重複信號中因為地下的變化而導致的差可以被忽略。另外，當記錄所述重複信號時，測量雙程水體傳播時間。我們會對記錄信號時的雙程水體傳播時間的差異感興趣，這樣，在勘測期間，可以在固定的位置測量雙程水體傳播時間。做這件事的一種方式是在海床6上設置一個固定的聲波換能器，拾取並記錄從海面2反射回來的換能器脈衝的雙程水體傳播時間。
屬於所述至少兩個聲波中的一個的重複信號構成所述基礎勘測。
然後，在預定的時間段之後，例如在一年之後，進行監視勘測。為此，再次將所述地震源13置於所述水平位置15，這裡的海面高度現在是在21。對於每一個地震接收器11、12，記錄作為在水平位置15的所述地震源發射的一個聲波的響應來自所述地震接收器11或者12的監視信號，並且在記錄該監視信號時測量雙程水體傳播時間。
這兩個步驟圖示於圖2中。在圖2中，地震接收器11和12位於軸30上，軸31是時間軸。
所述兩個地震接收器11和12中的每一個記錄的所述兩個重複信號對於地震接收器11分別是T0a，1和T0b，1，對於地震接收器12分別是T0a，2和T0b，2。進行記錄時地震源13在水平位置15(見圖1)，並且時間接近，因此地下信號響應沒有變化。在此例中，重複勘測是由信號T0a，1(t)和T0a，2(t)，以及T0b，1(t)和T0b，2(t)構成的，基礎勘測是由例如T0a，1(t)和T0a，2(t)構成的。
在隨後的時間記錄的所述監視勘測包括對於地震接收器11的監視信號T1，1和對於地震接收器12的監視信號T1，2。
下面說明如何確定地下地層中的變化。為此，我們首先假設一個信號模型，該模型包括地下信號、地下信號由於地下的變化而產生的差以及表面多次反射的影響。
對於單個信號(也稱為地震記錄跡)的模型由下面的模型等式給出Ti,j(t)=P0,j(t)+P0i,j(t)+k=1nMk(t)g(t-ktsi)+Ni,j(t)---(1)]]>其中，Ti，j(t)是用第j個地震接收器(在此例中j＝1，2)對信號的第i個記錄，P0，j(t)是第j個地震接收器接收到的地下地層在初始或者基礎狀態的主信號，ΔP0i，j(t)是第j個地震接收器的第i個主信號和在初始或者基礎狀態下的主信號之間的差，這就是所謂的第j個地震計數器的延時差(time-lapse difference)。
k=1nMk(t)g(t-ktsi)]]>是多次反射Mk(t)對信號的貢獻，其中g(t-ktsi)是時間為ktsi時的峰值函數(spike function)，其中tsi是已知的或者測量的雙程水體傳播時間，其中k是多次反射的階數(次數)，其中表示卷積。
Ni，j(t)是對於第j個地震接收器，噪聲對第i個記錄的貢獻。
一次勘測包括所有地震接收器的信號，第i個勘測被稱為Ti(t)。
請注意，雙程水體傳播時間tsi代表海洋狀態，它可以獨立於信號Ti(t)的記錄容易地被測量。
我們對估計延時差ΔP0i，j(t)感興趣，因為該差是表達地下地層，尤其是位於地下地層中的目標層，在記錄基礎信號和在以後的日子記錄監視信號之間過去的時間中的變化的指標。
為了抑制第一階多次反射的效應，假設第二階和更高階多次反射的效應可以被忽略，這樣可以假設n＝1。這樣模型等式(1)可以被簡化，得到下述的簡化模型等式Ti，j(t)＝P0，j(t)+ΔP0i，j(t)+M1(t)g(t-tsi)+Ni，j(t) (2)在本發明的方法中，在不同的海洋狀態下記錄兩個重複信號，但+++是它們的時間間隔很近，從而ΔP0i，j(t)可以被忽略。
每一個地震接收器的兩個重複信號是這樣的T0a，j(t)＝P0，j(t)+M1(t)g(t-ts0a)+N0a，j(t)T0b，j(t)＝P0，j(t)+M1(t)g(t-ts0b)+N0b，j(t)在後來的時間記錄所述監視信號，該信號是T1，j(t)＝P0，j(t)+ΔP01，j(t)+M1(t)g(t-ts1)+N1，j(t).
這樣，我們得到有三個未知量M1(t)，P01，j(t)和ΔP01，j(t)的三個等式，其中，我們希望消除頭兩個未知量，以獲得對ΔP0i，1(t)的估計。基礎勘測例如是T0a(t)。
使用隨後的表1的簡化符號，所述三個等式可以簡化，給出下述三個模型等式，其中兩個是重複信號的，一個是監視信號的T0a，j(t)＝P0，j(t)+M1(t)g1s0a+N0a，j(t) (3a)T0b，j(t)＝P0，j(t)+M1(t)g1s0b+N0b，j(t) (3b)T1，j(t)＝P0，j(t)+ΔP01，j(t)+M1(t)g1s1+N1，j(t)(3c)本發明的一個目的是消除M1和P0i，j(t)，對每一個地震接收器j獲得延時差的估計ΔP01，j(t))。
首先，我們討論如何在與監視勘測有關的海洋狀態和與重複勘測有關的海洋狀態不同(ts1≠ts0a≠ts0b)的情況下獲得估計的延時差。然後我們討論與監視勘測有關的海洋狀態與兩個重複勘測之一的海洋狀態基本上相同(ts1≈ts0a≠ts0b)的情況。
從三種海洋狀態不同的情況開始。該方法包括，首先將兩個重複信號相減，然後從監視信號減去兩個重複信號，這些減法給出下列三個等式T0b，j(t)-T0a，j(t)＝M1(t)(g1s0b-g1s0a)+N0b，j(t)-N0a，j(t)T1，j(t)-T0a，j(t)＝ΔP01，j(t)+M1(t)(g1s1-g1s0a)+N1，j(t)-N0a，j(t)T1，j(t)-T0b，j(t)＝ΔP01，j(t)+M1(t)(g1s1-g1s0b)+N1，j(t)-N0b，j(t)這三個等式可以如下簡化，以獲得重複差等式和兩個重複-監視信號差等式
Tba，j(t)＝M1(t)G1ba+Nba，j(t)(4a)T10a，j(t)＝ΔP01，j(t)+M1(t)G110a+N10a，j(t) (4b)T10b，j(t)＝ΔP01，j(t)+M1(t)G110b+N10b，j(t) (4c)後兩個等式是兩個所謂的延時差等式。我們對估計延時差ΔP0i，j(t)感興趣。
兩個延時差等式的和(被除以2)為T10a,j(t)+T10b,j(t)2=P01(t)+M1(t)(G110a+G110b2)---(5)]]>+N10a,j(t)+N10b,j(t)2]]>現在定義下面的濾波函數F(t)=(G110a+G110b2)(G1ba)-1---(6)]]>所述重複差等式(4a)與所述濾波函數(6)的卷積給出Tba,j(t)F(t)=M1(t)(G110a+G110b2)+Nba,j(t)F(t)]]>從等式(5)減去該等式給出T10a,j(t)+T10b,j(t)2-Tba,j(t)F(t)]]>=P01,j(t)+N10a,j(t)+N10b,j(t)2-Nba,j(t)F(t)=P01,j(t)>]]>對於每一個地震接收器，該等式的左邊是對延時差的估計，ΔP01，j(t)，它給出P01,j(t)>=T10a,j(t)+T10b,j(t)2-Tba,j(t)F(t)---(7)]]>該簡單的等式給出了對於每一個地震接收器j，該地震接收器的初始或者基礎記錄與監視記錄之間的差的估計，其中，第一階多次反射的效應被抑制。該估計的差可以用現有技術中已知的許多方法輸出，例如作為垂直或者水平剖面。或者，可以計算和輸出估計的差的屬性。
請注意，濾波函數F(t)是僅針對給定的水平位置15的海洋狀態的已知的或者測量的函數，並且如下所述，濾波函數是海洋狀態的差的函數。
對於示於圖中的實施例，等式(7)變為P01,1(t)>=T10a,1(t)+T10b,1(t)2-Tba,1(t)F(t)]]>P01,2(t)>=T10a,2(t)+T10b,2(t)2-Tba,2(t)F(t)]]>可以看到，在函數g(t-tsi)為德耳塔函數的情況下(該函數的傅立葉變換是e-2πistsi)，濾波函數F(t)的傅立葉變換為F(s)=e-2ists1-(e-2ists0a+e-2ists0b)/2e-2ists0b-e-2ists0a]]>用e-2πists0b除該等式得到F(s)=e-2ists1+2ists0b-(e-2ists0a+2ists0b+1)/21-e-2ists0a+2ists0b]]>或F(s)=e-2is(ts1-ts0b)-(e-2is(ts0a-ts0b)+1)/21-e-2is(ts0a-ts0b).]]>這表明，只有雙程水體傳播時間的差才是要緊的，雙程水體時間的絕對值對於濾波函數來說是無關的。這樣，濾波函數只是海洋狀態的差的函數。首先我們討論當雙程水體時間之間的差小時，濾波函數的傅立葉變換的性質，然後我們考察這樣的條件在該條件下，濾波函數的傅立葉變換中會出現極點(pole)。
當雙程水體傳播時間之間的差小時，對於小的s值，濾波函數變為F(s)=1-2is(ts1-ts0b)-(1-2is(ts0a-ts0b)+1)/21-1+2is(ts0a-ts0b)]]>=-2is(ts1-ts0b)+2is(ts0a-ts0b)/22is(ts0a-ts0b)]]>=ts1-(ts0a+ts0b)/2ts0b-ts0a]]>這樣，如果Ts0a≠Ts0b，則濾波函數F(t)的響應仍然是有界的。最好，當雙程水體傳播時間之間的差最大時，應當記錄兩個重複勘測。在這種情況下，濾波器頻率響應在信號頻帶上會小於1，噪聲Nba，j(t)不會被放大。
上述第一種方法的結果是，消除了第一階多次反射。在這種方法中，我們沒有假設出現重複的海洋狀態。
濾波函數的傅立葉變換的分母是Den(s)=1-e-2is(ts0a-ts0b)]]>，它可以被重寫為Den(s)=1-cos2s(ts0a-ts0b)+isin2s(ts0a-ts0b)]]>=(1-cos2s(ts0a-ts0b))2+sin22s(ts0a-ts0b)1-cos2s(ts0a-ts0b)-isin2s(ts0a-ts0b)]]>=2(1-cos2s(ts0a-ts0b))1-cos2s(ts0a-ts0b)-isin2s(ts0a-ts0b)]]>當1-cos 2πs(ts0a-ts0b)＝0時，或者當2πs(ts0a-ts0b)＝0，±1，±2時，等等，會出現極點。為了避免第一極點，雙程水體傳播時間應當不同。為了避免以後的極點，在計算估計的差之前，應當使信號適當地通過一個帶通濾波器，使頻率由發生極點的最低頻率限制。在這種情況下，通過頻率由s=12(tsoa-ts0b)]]>限制。避免極點是重要的，以免放大噪聲。
使用上述方法的修改版本也可以抑制第一階多次反射。假設進行監視記錄時的海洋狀態基本上等於所述兩個重複測量中的一個的海洋狀態，換句話說，ts1≈ts0a。
在這種情況下，我們使用所述重複差等式和所述兩個重複-監視信號差等式之一來消除第一階多次反射Tba，j(t)＝M1(t)G1ba+Nba，j(t)T10a，j(t)＝ΔP01，j(t)+M1(t)G110a+N10a，j(t)現在，下面的濾波函數由下式定義F′(t)＝G110a(G1ba)-1(8)延時差的估計值如下ΔP01，j(t)＝T10a，j(t)-Tba,j(t)F′(t)(9)如上所述，如果ts0a≠ts0b，濾波函數F』(t)的傅立葉變換的頻率響應仍然是有界的。在這種情況下，也能抑制高階多次反射。
為了明確地抑制高階多次反射，必須記錄更多的重複信號。這樣，為了抑制第一階和第二階多次反射，必須記錄三個重複信號，如下
T0a,j(t)=P0,j(t)+k=12Mk(t)g(t-kts0a)+N0a,j(t)]]>T0b,j(t)=P0,j(t)+k=12Mk(t)g(t-kts0b)+N0b,j(t)]]>T0c,j(t)=P0,j(t)+k=12Mk(t)g(t-kts0c)+N0c,j(t)]]>可以簡化上述等式，得到簡化的重複勘測等式T0a,j(t)=P0,j(t)+k=12Mk(t)gks0a+N0a,j(t)---(10a)]]>T0b,j(t)=P0,j(t)+k=12Mk(t)gks0b+N0b,j(t)---(10b)]]>T0c,j(t)=P0,j(t)+k=12Mk(t)gks0c+N0c,j(t)---(10c)]]>監視勘測具有下述等式T1,j(t)=P0,j(t)+P01,j(t)+k=12Mk(t)g(t-kts1)+N1,j(t)]]>這樣我們得到了有四個未知量M1(t)，M2(t)，P01，j(t)和ΔP01，j(t)的四個方程，其中，我們希望消除頭三個未知量，以獲得對ΔP01，j(t)的估計。解這四個方程的方程組的一種方法如下減去成對的方程(10a)-(10c)，並使用簡化符號，得到三個重複差等式Tba，j(t)＝M1(t)G1ba+M2(t)G2ba+Nba，j(t)(11a)Tcb，j(t)＝M1(t)G1cb+M2(t)G2cb+Ncb，j(t)(11b)Tac，j(t)＝M1(t)G1ac+M2(t)G2ac+Nac，j(t)(11c)從這三個等式，可以以多種方式消除第一階多次反射。最好，這個工作使用雙程水體傳播時間具有最大差的函數，令其為G1ac＝(gs0a-gs0c)現在定義第一濾波函數K(t)＝G1ba(G1ac)-1(12)取第三重複差方程(11c)與第一濾波函數K(t)的卷積，將結果從第一重複差等式(11a)中減去。然後定義第二濾波函數L(t)＝G1cb(G1ac)-1，取第三重複差等式(11c)與L(t)的卷積，並將結果從第二重複差等式(11b)中減去。得到兩個等式Tba，j(t)-Tac，j(t)K(t)＝M2(t)(G2ba-G2acK(t))+Nba，j(t)-Nac，j(t)L(t) (13a)以及Tcb，j(t)-Tac，j(t)L(t)＝M2(t)(G2cb-G2acL(t))+Ncb，j(t)-Nac，j(t)L(t) (13b)監視勘測可以被簡化，給出簡化的監視方程T1,j(t)=P0,j(t)+P01,j(t)+k=12Mk(t)gkts1+N1,j(t)---(14)]]>令重複勘測T0a(t)的雙程水體傳播時間最接近監視勘測的雙程水體傳播時間，然後選擇第一重複勘測方程(10a)作為用於估計延時差的方程。將該方程從簡化的監視勘測方程(14)中減去，得到簡化形式的T10a,j(t)=P01,j(t)+k=12Mk(t)Gk10a+N10a,j(t)---(15)]]>現在定義第三濾波函數O(t)＝G110a(G1ac)-1(16)取第三重複差方程(11c)與第三濾波函數的卷積。將結果從簡化的監視勘測函數(15)中減去，得到T10a，j(t)-Tac，j(t)O(t)＝ΔP01，j(t)+M2(t)(G210a-G2acO(t))(17)+N10a，j(t)-Nac，j(t)O(t)現在定義第四濾波函數Q(t)＝(G210a-G2acO(t))(G2ba-G2acK(t)-1(18)取(13a)與第四濾波函數的卷積。將結果從等式(17)中減去，得到
T10a，j(t)-Tac，j(t)O(t)-(Tba，j(t)-Tac，j(t)K(t))Q(t)＝ΔP01，j(t)+N10a，j(t)-Nac，j(t)O(t)-(Nba，j(t)-Nac，j(t)K(t))Q(t)＝ΔP01，j(t)
從而，延時差的估計值為ΔP01，j(t)＝T10a，j(t)-Tac，j(t)O(t) (19)-(Tba，j(t)-Tac，j(t)K(t))Q(t)等式(19)是可以用來消除頭兩個多次反射的簡單等式。每一個濾波函數K(t)、L(t)、O(t)和Q(t)是由峰值函數g(t-ktsi)構成的。通過適當地選擇在不同時間的海洋狀態下的不同重複勘測，可以使這些濾波函數穩定，所述時間這樣選擇，使得Ts0i不相等。必須確定濾波函數的傅立葉變換具有極點時的頻率，以確定帶通濾波器的通過頻率。
可以理解，也有其它的方法適合解上述四個方程的方程組。每一個濾波函數是時間的函數和時間的反函數的卷積。時間的反函數可以用傅立葉變換定義。時間的函數f(t)的傅立葉變換為F(s)=-f(t).e-2istdt,]]>時間的反函數為(f(t))-1，其選擇為使其傅立葉變換為1/F(s)。
當趨向更高頻率時，我們將使用對海洋狀態的雙程水體傳播時間測量(從海底量起)，以既測量雙程水體傳播時間，又測量有效海面反射響應，因為其隨著海面波浪條件而變化。在這種情況下，峰值函數g(t-ktsi)會稍微展寬，變成高阻濾波器。但是，上述方法仍然沒有改變。
示於圖1的地震接收器系統包括兩個地震接收器11和12。可以使用任何合適數量的地震接收器。地震接收器不需要安排在一條線上，而是可以布置為任何三維陣列，只要對於所有勘測它們的預定位置是一樣的就行。最好，地震接收器被永久定位，例如位於海底或者井中。另外，地震源也可以永久地定位於預定位置，例如在海底或者井中。
下面藉助於海洋延時勘測的一個假設的例子對本發明的方法作一演示。在該例子中，使用了在100m水層下的地下地層5的二維模型。該模型的相關參數圖示於圖3中。在圖3中，圖示為深度Z、密度40、P波速率41和S波速率42的函數。附圖標記45和46表示兩個厚沙層。層45和46的厚度這樣選擇，使得頂反射和底反射可以被分開。對於每一個勘測，在水面使用地震源的一次激發，用在海底以1m的間隔布置的多個在預定位置的地震接收器接收反射波。
圖4中右側的圖像圖示了計算出來的基礎勘測，它包括作為對地震源發射的一個聲波的響應，由接收器接收到的第一重複信號，其中每一個信號是垂直記錄跡(震跡道)。該信號集合稱為「勘測數據」。第一重複勘測的潮汐為0。附圖標記45』和46』指來自厚層45和46的主反射。附圖標記48和49分別指第一階和第二階表面多次反射。
對於同樣的源和接收器的布置，用6m的潮汐計算第二重複信號。對於同樣的源和接收器的布置，用3m的潮汐計算監視信號。圖中未圖示第二重複勘測和監視勘測。
假設一個如下式給出的模型，該等式為沒有噪聲的等式(1)Ti,j(t)=P0,j(t)+P0i,j(t)+k=1nMk(t)g(t-ktsi)]]>假設在重複勘測和監視勘測之間地下沒有發生變化。用本發明的方法獲得的作為結果的差值勘測圖示於圖4的左邊，其中，對於每一個接收器，根據等式(9)計算所述差，ΔP01，j(t)＝T10a，j(t)-Tba，j(t)F′(t)，其中，濾波函數被定義為F′(t)＝G110a(G1ba)-1。
圖4清楚地圖示了沒有發生一次反射(primaries)，第一階表面多次反射基本上被完全消除了。
為了圖解與一般海洋延時勘測之間的差異，可以參見圖5。圖5的右側圖示了一般的海洋延時勘測的結果，其中，監視勘測已從第一重複勘測中減去。可以清楚地看到，沒有消除第一階和第二階表面多次反射48』和49』。為了使圖面完整，圖5的左邊與圖4的左邊是一樣的。
圖6圖示了添加到勘測信號中的噪聲的效應。那麼信號的模型就變為Ti,j(t)=P0,j(t)+P0i,j(t)+k=1nMk(t)g(t-ktsi)+Ni,j(t)]]>其中，Ni，j(t)是噪聲。所添加的噪聲是隨機的、非相關的，這樣選擇噪聲幅度，使得信噪比約為1。圖6右側圖示了一般的海洋延時勘測，其中，監視勘測已經從第一重複勘測中減去，而圖6的左側圖示了應用本發明濾波器得到的差。在圖右側(附圖標記48″和49″)清楚可見的第一階和第二階表面多次反射未出現在圖左側中。
在該例子中，所有信號都通過一個帶通濾波器，以避免在約116Hz出現極點(pole)。
在上面，我們結合一個地震源的情況討論了本發明。當每一次勘測包括多次震源激發時，兩次激發之間的時間是這樣的，也就是預期所述雙程水體傳播時間已經發生了變化，必須對每一次激發測量雙程水體傳播時間，並且必須對每一次激發確定所述濾波函數，並分配給該次激發。可以理解，對於所有勘測，源的水平位置是相同的。
在後來進行監視勘測的情況下，需要重複下述步驟在預定時間段之後將所述地震源定位於步驟(a)的位置，對每一個地震接收器記錄作為對所述地震源發射的一個聲波的響應的、來自所述地震接收器的監視信號，並在記錄所述監視信號時測量雙程水體傳播時間；對所述信號採用一個模型，包括所述地下信號、由於地下的變化而在地下信號中產生的差異以及表面多次反射的影響；確定一組能夠消除表面多次反射的濾波函數，這些濾波函數是在地震源位置測量到的雙程水體傳播時間的函數；從所述重複信號、監視信號和濾波函數，對每一個接收器計算所述地下信號中的估計的差異，所述估計的差異是在記錄所述重複信號和記錄所述監視信號之間過去的時間中目標層中的變化在地下信號中導致的變化的量度；以及輸出所估計的差異。
在上面，討論了從本發明的許多種可能的實施方式中選出的幾個特定的例子。可以理解，可以從多次重複勘測，對迅速變化但是可以測量或者已知的海洋狀態取樣，我們能夠分離出變化更為緩慢的地下信號的變化，並從地下信號的變化中消除表面多次反射。在這種情況下，只是對本發明的方法的重複，因為新的重複勘測會取代前面的重複勘測。
在另一種實施方式中，可以通過在我們的多次反射抑制方法中代入一個接近實際進行監視勘測的海洋狀態的海洋狀態範圍來計算幾個「試探的多次反射抑制」。這會產生一組抑制了多次反射的差結果，我們可以對之進行檢查來選擇具有最佳抑制的結果。如果我們在工作站上象觀看電影那樣觀看所述各個抑制，我們可以看到，當掃描並通過最佳監視海洋狀態參數時，多次反射會減少到最小程度，而後又恢復。這可以用來優化對一階和高階多次反射的聯合抑制。用於第一階和第二階多次反射的聯合抑制的最優參數會是這樣的取決於在目標水平(target level)的第一階和第二階多次反射的相對強度，給出的「監視」與「基礎」之間的海洋狀態參數差在真實值及其兩倍之間的某處。
這種掃描會增加對小的雙程時間測量誤差的魯棒性。
在上面，我們討論了為了避免在濾波函數的傅立葉變換中產生極點，使信號通過一個帶通濾波器。或者，可以取得大量的基礎勘測數據，並可以這樣選擇勘測，使得基礎勘測的雙程水體傳播時間等於或者接近於監視勘測。這會導致對所有階的表面多次反射的較好抑制，並且可以選擇基礎海洋狀態差，以使高頻極點在監視勘測的頻帶之外。這樣，監視信號就不需要通過帶通濾波器。所述基礎海洋狀態差是與重複勘測有關的雙程水體傳播時間的差。
本發明提供了一種允許從地下信號的變化中分離和抑制表面多次反射的簡單方法。
表1用在等式中的簡化符號g1s0a＝g(t-ts0a)g1s0b＝g(t-ts0b)g1s0c＝g(t-ts0c)g1s1＝g(t-ts1)g2s0a＝g(t-2ts0a)g2s0b＝g(t-2ts0b)g2s0c＝g(t-2ts0c)g2s1＝g(t-2ts1)G1ba＝g1s0b-g1s0aG1cb＝g1s0c-g1s0bG1ac＝g1s0a-g1s0cG2ba＝g2s0b-g2s0aG2cb＝g2s0c-g2s0bG2ac＝g2s0a-g2s0cG110a＝g1s1-g1s0aG110b＝g1s1-g1sbG210a＝g2s1-g2s0aNba，j(t)＝N0b，j(t)-N0a，j(t)Ncb，j(t)＝N0c，j(t)-N0b，j(t)Nac，j(t)＝N0a，j(t)-N0c，j(t)N10a，j(t)＝N1，j(t)-N0a，j(t)N10b，j(t)＝N1，j(t)-N0b，j(t)Tba，j(t)＝T0b，j(t)-T0a，j(t)Tba，1(t)＝T0b，1(t)-T0a，1(t)
Tba，2(t)＝T0b，2(t)-T0a，2(t)Tac，j(t)＝T0a，j(t)-T0c，j(t)Tcb，j(t)＝T0c，j(t)-T0b，j(t)T10a，j(t)＝T1，j(t)-T0a，j(t)T10b，j(t)＝T1，j(t)-T0b，j(t)
權利要求
1.對地下進行海洋延時地震勘測的方法，使用地震源和包括至少一個地震接收器的地震接收器系統，該方法包括下列步驟(a)將地震源定位於具有預定位置的源位置，並將所述地震接收器系統的所述至少一個地震接收器定位於具有預定位置的接收器位置；(b)對於每一個地震接收器，對所述源位置和接收器位置記錄從地震接收器獲得的、作為對所述地震源發射的一組至少兩個聲波的響應的一組至少兩個重複信號，其中，所述至少兩個聲波是在不同的海洋狀態下發射的，但是發射時間接近而使重複信號中因為地下的變化而產生的差異可以被忽略；在記錄所述重複信號時測量雙程水體傳播時間；(c)在預定時間段之後將所述地震源和所述至少一個地震接收器定位於步驟(a)的源和接收器位置，對每一個地震接收器記錄作為對所述地震源發射的一個聲波的響應的、來自所述地震接收器的監視信號，並在記錄所述監視信號時測量雙程水體傳播時間；(d)對所述信號採用一個模型，包括所述地下信號、由於地下的變化而在地下信號中產生的差異以及表面多次反射的影響；(e)確定一組能夠消除表面多次反射的濾波函數，這些濾波函數是在步驟(a)的地震源位置測量到的雙程水體傳播時間的函數；(f)從所述重複信號、監視信號和濾波函數，對每一個接收器計算所述地下信號中的估計的差異，所述估計的差異是在記錄所述重複信號和記錄所述監視信號之間過去的時間中目標層中的變化在地下信號中導致的變化的量度；以及(g)輸出所估計的差異。
2.對地下進行海洋延時地震勘測的方法，使用地震源和包括至少一個位於預定接收器位置的地震接收器的地震接收器系統，該方法包括下列步驟(a)將地震源定位於具有預定位置的源位置；(b)對於每一個地震接收器，對該源位置記錄從地震接收器獲得的、作為對所述地震源發射的一組至少兩個聲波的響應的一組至少兩個重複信號，其中，所述至少兩個聲波是在不同的海洋狀態下發射的，但是發射時間接近而使重複信號中因為地下的變化而產生的差異可以被忽略；在記錄所述重複信號時測量雙程水體傳播時間；(c)在預定時間段之後將所述地震源定位於步驟(a)的源位置，對每一個地震接收器記錄作為對所述地震源發射的一個聲波的響應的、來自所述地震接收器的監視信號，並在記錄所述監視信號時測量雙程水體傳播時間；(d)對所述信號採用一個模型，包括所述地下信號、由於地下的變化而在地下信號中產生的差異以及表面多次反射的影響；(e)確定一組能夠消除表面多次反射的濾波函數，這些濾波函數是在步驟(a)的地震源位置測量到的雙程水體傳播時間的函數；(f)從所述重複信號、監視信號和濾波函數，對每一個接收器計算所述地下信號中的估計的差異，所述估計的差異是在記錄所述重複信號和記錄所述監視信號之間過去的時間中目標層中的變化在地下信號中導致的變化的量度；以及(g)輸出所估計的差異。
3.對地下進行海洋延時地震勘測的方法，使用位於預定源位置的地震源和包括至少一個位於預定接收器位置的地震接收器的地震接收器系統，該方法包括下列步驟(a)對於每一個地震接收器，記錄從地震接收器獲得的、作為對所述地震源發射的一組至少兩個聲波的響應的一組至少兩個重複信號，其中，所述至少兩個聲波是在不同的海洋狀態下發射的，但是發射時間接近而使重複信號中因為地下的變化而產生的差異可以被忽略；在記錄所述重複信號時測量雙程水體傳播時間；(b)在預定時間段之後，對每一個地震接收器記錄作為對所述地震源發射的一個聲波的響應的、來自所述地震接收器的監視信號，並在記錄所述監視信號時測量雙程水體傳播時間；(c)對所述信號採用一個模型，包括所述地下信號、由於地下的變化而在地下信號中產生的差異以及表面多次反射的影響；(d)確定一組能夠消除表面多次反射的濾波函數，這些濾波函數是測量到的雙程水體傳播時間的函數；(e)從所述重複信號、監視信號和濾波函數，對每一個接收器計算所述地下信號中的估計的差異，所述估計的差異是在記錄所述重複信號和記錄所述監視信號之間過去的時間中目標層中的變化在地下信號中導致的變化的量度；以及(f)輸出所估計的差異。
4.如權利要求1或2所述的方法，還包括重複步驟(c)到(g)。
5.如權利要求3所述的方法，還包括重複步驟(b)到(f)。
6.如權利要求1-5之一所述的方法，其中，在計算所述估計的差異之前，使所述信號通過一個帶通濾波器，使得通過頻率由在所述濾波函數的傅立葉變換中產生極點的頻率限定。
全文摘要
對地下進行海洋延時地震勘測的方法，使用在預定位置的地震源和地震接收器(11、12)，該方法包括將地震源(13)定位於預定位置(15)；對於該位置，對於每一個地震接收器，記錄在不同海洋狀態的一組至少兩個重複信號；對每一個地震接收器(11、12)記錄一個監視信號；對所述信號採用一個模型，包括所述地下信號、由於地下的變化而在地下信號中產生的差異以及表面多次反射的影響；確定一組能夠消除表面多次反射的濾波函數；對每一個接收器(11、12)計算所述地下信號中的估計的差異，所述估計的差異是在記錄所述重複信號和記錄所述監視信號之間過去的時間中目標層中的變化在地下信號中導致的變化的量度。
文檔編號G01V1/36GK1646941SQ03808577
公開日2005年7月27日 申請日期2003年4月16日 優先權日2002年4月16日
發明者羅德尼·W.·卡爾夫特, 彼德·B·維爾斯 申請人:國際殼牌研究有限公司