CN1201530A

CN1201530A - 多个震动器单步反演分离方法

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Publication number: CN1201530A
Application number: CN96198082.6A
Authority: CN
Inventors: K·P·艾伦
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1995-11-13
Filing date: 1996-10-03
Publication date: 1998-12-09
Anticipated expiration: 2016-10-03
Also published as: AR004311A1; US5703833A; DE69625507T2; DE69625507D1; EP0861450A4; EP0861450A1; DZ2124A1; CN1166963C; WO1997018491A1; NO982146D0; NO982146L; NO319272B1; EP0861450B1

Abstract

在利用多个震动源(18、20、22和24)的***中,一种产生、记录和预处理高保真度震动的地震数据的方法,包括如下步骤:测量每个震动器(18、20、22和24)的运动,通过将震动的地震数据除以震动器的被测运动,消去未知的施加的力,留下大地反射率乘以按时间的导数除以最小相位函数,确定一个比例,对所产生的比例进行最小相位带通滤波(54),并进行最小相位反褶积(56),消去按时间的导数除以最小相位传递函数。该方法也可以包括以下步骤,冲击综合反褶积(66),接收器综合反褶积(72),静力学校正(88),F－K噪声滤波(70),零相位尖峰信号反褶积(74)以及模型相移(76)。对震动器运动进行测量提供一个信号用以处理该数据。在频率域将该数据除以相对的实际传送的信号。

Description

多个震动器单步反演分离方法

本发明涉及地震数据处理，尤其涉及预处理地震数据，其中，利用高分辨率或高保真度数据处理接收和处理由多个震动源产生的数据。

相关现有技术

传统的做法是采用震动源将力施加到地面，并在各个接收器位置测量施加该力而随后产生的运动。通过控制该力的持续时间和频率，获得具有足够能量的宽带信号。通过利用接收器的运动假设的力的施加，构成一个震动图。这通常是利用收到的数据与所估计的施加的力的相关性而完成的，由此可以计算大地阻抗函数的特性。

为了经济上的利益，同时采用几个震动源。为了构成震动图，必须确定哪一个震动源对所测接收器的运动负责。由于所收到的数据相对每个震动源有变化，每个震动源具有独特的特性，有助于隔离产生该力引起接收器运动的震动源。利用对一个震动源的估计处理由另一个震动源产生的数据，将产生不精确的震动图。

传统做法的主要缺陷在于用对实际施加的力的估计形成一个震动图。已经做了许多工作以改善反馈信号质量和反馈回路及水压阀的操作。然而，谐波、设备挠曲以及可变地面耦合仍然是***中未知的，并不能完全消去。

在利用地面震动收集地震数据时，是将大的物块与地面接触。本发明可以采用简单的震动器。通常，利用安装在反应物块本身上的加速计测量反应物块的运动。通过安装在高架结构交叉构件上的加速计测量实际耦合到地面的基板的运动。

传统处理中，由震动源所产生的数据与基准扫描相关。基准扫描信号是一种理想信号，它表明震动器置于地面上，通常与所产生的实际信号有相当的差别。由于基准信号是一种假设的理想信号，对于所有的震动器都是相同的。

在某些例子中，对表示施加力的信号进行估计。对所施加的力的典型的估计，是用于震动源的基板的加速度和用于震动器结构的反应物块的加速度的物块加权和，称为地面力。两个信号的物块加权和，一个来自于基板，一个来自于其反应物块，物块加权和用于反馈回路，告诉执行器如何接近于基准扫描。对于该***，假设引入地面的力与基准扫描相同。然而，如前所述，实际信号与基准扫描信号通常有很大的差别。

进入地面的力可以或者用时域，或者用频域观察。同样，对大地的脉冲响应可以或者用时域或者用频域观察。时域上，加到地面的力的时间导数与大地的脉冲响应求褶积，而频域上，力的时间导数则乘以大地的脉冲响应。按其最基本的方式，通过设置在大地表面上的地震检波器或接收器，检测表示用大地的脉冲响应褶积地面力的导数的信号。在该信号已经被位于两个地下层(具有不同阻抗)之间的界面反射之后再对其检测。被测信号与反馈到执行器的基准扫描信号相关。只要加到地面的力与基准扫描信号相同，该相关就相当好。由于实际上很少有相同的，因此很少能实现对大地脉冲响应的精确估计。

频域上的相关性要求能够实现相关性的与时间可逆的信号相乘的数据。由于基准信号仅仅是对实际地面力的一种估计，故与基准信号的相关所产生的结果是数据中仍然有未知项。在被测信号与基准信号相关的情况下，只要基准信号的幅值和相位误差较小，未知项对结果的影响就可以减小，但仍然有误差。

发明概述

本发明提供一种记录和处理高分辨率震动源数据的方法，它包括测量震动器的运动，该运动通过最小相位、因果、线性***的传递函数，与实际震动器所施加的力有关。表示这些运动的信号应用于反演运算，以处理所收到的数据。该***显出被测震动器运动与实际震动器输出的关系。震动器用预定模式加能量。通过将震动地震数据除以震动器的被测运动确定一个比例，消去未知的所施加的力。该相除的结果留下了大地反射率乘以按时间的导数除以最小相位函数。进行最小相位反褶积，消去按时间的导数除以最小相位传递函数。该方法还可以包括如下步骤：冲击综合反褶积、接收整个反褶积、静力学校正、对噪声的F-K滤波、接收器反褶积、零相位峰值反褶积以及模式相移作为对收到的数据的进一步处理。

附图简述

图1是可以应用于本发明的一种典型的地震数据采集技术的示意图。

图2是一个流程方块图，它表示对多个震动源所产生的数据的一种预处理方法。

图3是一个流程方块图，它表示对多个震动源所产生的数据的第二种预处理方法。

较佳实施例描述

本发明中，将与震动器被送到地面的实际信号直接有关的信号应用于预处理。

实施本发明时，可以采用简单的震动器。这些通常具有大物块的地面震动器被设置成与地面接触。实施本发明时，通过安装在反应物块自身上的一对加速计测量反应物块的运动。通过安装在高架结构交叉构件上的第二对加速计测量基板的运动(它精确地耦合至地面)。

实施本发明时，利用成对的加速计，这样就可以对输出进行比较，判断所产生的信号是否适用于进一步的处理。测量震动器的运动，提供一个信号用于处理数据。这样，在频域上，该数据理论上与扫描信号无关，但该数据除以与实际传送信号有关的最小相位，它从判断式中消去了实际传送信号。当解出大地反射率时，数据基本上除以震动器地面力，乘以最小相位传递函数，从数据中消去震动器力。这样，在最小相位传递函数上就留下了大地反射率乘以按时间的导数。通过最小相位反褶积消去按时间的导数除以最小相位传递函数之比。

图1是说明本发明的数据采集过程的***示意图。震动器18、20、22和24的每一个都具有两对加速计26、28、30和32，它们分别设置在卡车34、36、38和40上，以测量产生进入大地的实际信号。然后，该信号通过无线电线路42发送到主震动器存储器44，在其中进行检验以确定其可靠性并存储以作以后比较。

由震动器18、20、22和24产生进入大地的信号，在沿着界面的各个点I₁、I₂等等，反射离开地下阻抗Im₁和Im₂之间的界面。这些反射信号分别由地震检波器D₁、D₂、D₃、和D₄检测。由卡车34、36、38和40上的震动器18、20、22和24所产生的信号传送到记录仪46，转换成磁带48，与地震检波器D₁、D₂、D₃、和D₄收到的原始地震数据组合。收到的数据信号和原始地震数据存储在磁带48上，它可以传送到位于他处的计算机。

这些被测信号是相对于实际信号的最小相位，它通过震动源技术产生进入大地。在现有技术的应用中，大多数处理是用打算产生进入大地表面的基准扫描信号进行的。在本发明中，测量相对于产生进入大地的实际力的最小相位的一个信号，并直接从震动器源取出。于是，将数学上与实际信号有关的信号而不是理论上的信号应用于处理。

采用本发明的方法，高保真度震动地震仪HFVS是以这样一种方式记录震动运动和处理所记录的地震数据的，即无需知道未知的实际施加的力。唯一重要的因素就是与实际施加的力有关的可量化的被测的量。采用该方式，通过除法可以消去实际的力。

在传统的处理中，将一个基准信号x馈送到执行器，后者将一个信号，即实际的震动器输出作用于地面。当该信号，即实际震动器输出经由大地传播时，在频域内它乘以大地的脉冲响应，或者在时域内与脉冲响应求褶积。正是该褶积的积，用大地脉冲响应褶积的实际信号的时间导数与基准扫描信号相关。当、仅当基准扫描信号等于实际的震动器输出时，该处理才准确。

本发明采用与传统方法不同的方式。首先，本发明的方法确认，对震动器测得的运动仅与作用于地面的实际输出的力或信号有关，但不相等。在频域中，它们是与最小相位传递函数相关的。最小相位传递函数和实际输出力都是未知的。本发明采取不同方式的第二方面是进行反演运算，而不是传统方法的相关处理。

经确认频域中对震动器测得的运动与通过最小相位传递函数作用于地面的实际输出力或信号有关，得到以下公式，其中，输出力信号乘以最小相位传递函数：

[\begin{matrix} M_{A 1} & M_{B 1} \\ M_{A 2} & M_{B 2} \end{matrix}] = T \cdot [\begin{matrix} G_{A 1} & G_{B 1} \\ G_{A 2} & G_{B 2} \end{matrix}]

或M＝T·G其中：M＝对震动器矩阵测得的运动

G＝频域中的实际震动器输出矩阵

T＝使G符合被测震动器运动的最小相位、因果、线性***的传递函数，以及

·＝频域中的乘法

矩阵下标表示震动器和扫描，例如，A1表示震动器A、扫描1，B1表示震动器B、扫描1等等。

该等式中，最小相位传递函数T和实际输出力G均为未知。

在频域中，用实际力G的时间导数与大地反射率E的褶积，表示或通过地震检波器或通过水听器检测的地震数据，如下式所示：

[\begin{matrix} D_{A 1} & D_{B 1} \\ D_{A 2} & D_{B 2} \end{matrix}] = jp \cdot [\begin{matrix} G_{A 1} & G_{B 1} \\ G_{A 2} & G_{B 2} \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} E_{A 1} & E_{B 1} \\ E_{A 2} & E_{B 2} \end{matrix}]

或D＝jp·G·E

其中：D＝被测地震数据矩阵

jp＝时间导数

E＝大地反射率矩阵

通过经最小相位带通滤波器的反向滤波可以计算D/M之比。该比例从如下等式中消去了未知项G，即输出力：

\frac{[\begin{matrix} D_{A 1} & D_{B 1} \\ D_{A 2} & D_{B 2} \end{matrix}]}{[\begin{matrix} M_{A 1} & M_{B 1} \\ M_{A 2} & M_{B 2} \end{matrix}]} = \frac{jp \cdot [\begin{matrix} G_{A 1} & G_{B 1} \\ G_{A 2} & G_{B 2} \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} E_{A 1} & E_{B 1} \\ E_{A 2} & E_{B 2} \end{matrix}]}{T \cdot [\begin{matrix} G_{A 1} & G_{B 1} \\ G_{A 2} & G_{B 2} \end{matrix}]}

或D/M＝jp.G·E/(G·T)

\frac{[\begin{matrix} D_{A 1} & D_{B 1} \\ D_{A 2} & D_{B 2} \end{matrix}]}{[\begin{matrix} M_{A 1} & M_{B 1} \\ M_{A 2} & M_{B 2} \end{matrix}]} = \frac{jp}{T} \cdot [\begin{matrix} G_{A 1} & G_{B 1} \\ G_{A 2} & G_{B 2} \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} E_{A 1} & E_{B 1} \\ E_{A 2} & E_{B 2} \end{matrix}] {[\begin{matrix} G_{A 1} & G_{B 1} \\ G_{A 2} & G_{B 2} \end{matrix}]}^{- 1}

或D/M＝(jp/T)G·E·G^-1其中因此，D/M＝(jp/T)·E

这样，未知的力G就从该等式中消去了。还要求一个比例因子通过反向滤波过程保存总的能量。G的伴随矩阵

震动图现在用D/M表示，并作为所要的答复，等于E，大地反射率与最小相位函数jp/T的褶积。最小相位函数的特征就是它的导数和倒数也是最小相位的。在频域上，震动图也可以进一步用最小相位反褶积处理，以获得E，即大地的脉冲响应。D/M震动图基本上为带限脉冲震动图。这是与大地响应有关的最小相位和因果。

D/M→最小相位反褶积→E

由于实际的和未知的震动运动已经消去，此方法总是正确的。

在频域上，被测地震数据由实际力的时间导数与大地反射率之乘积表示。

通过经最小相位带通滤波器的反向滤波，可以计算被测地震运动与被测震动器运动之比。该比例消去了未知的实际输出力。要求一个比例因子通过反向滤波过程保存总的能量。

所产生的震动图用被测地震运动与被测震动器的运动之比表示，作为所要的答复，是大地反射率与最小相位函数的褶积。最小相位函数的特征在于其导数和倒数也是最小相位的。这样，在频域上，震动图可以进一步用最小相位反褶积处理，以获得对大地的脉冲响应。被测地震运动与被测震动器运动之比的震动图基本上为带限脉冲震动图。这是与大地响应有关的因果和最小相位。由于实际的和未知的震动运动已经被消去，该方法总是正确的。

本发明的基本过程包括接收数据、将频域中的数据除以被测信号(来自产生该信号的震源)，并对该相除结果进行最小相位反褶积。

现在参见图2，用方块图形式说明本发明方法的较佳实施例的流程图。该方法可以在本领域常用的任何数字计算机或工作站上进行。

首先，方块50，接收存储在磁带48上的数据。所接收的数据可以是任何一类利用震动***技术产生的地震数据。

方块52，对收到的含有被测信号的数据进行反演处理。它表明本发明与传统处理之间的重大区别。传统处理中，用假设产生进入大地表面的信号褶积收到的数据。本发明中，用前述消去了某些假设的被测信号进行反演处理。

方块54，使反演数据通过最小相位带通滤波器。方块56，对经过反演处理和通过最小相位带通滤波器的数据进行最小相位反褶积。这样就消去了已经被加入的jp/T项的影响。于是，通过用最小相位反褶积处理震动图，获得频域内大地的脉冲响应。

图3中，以方块图形式说明本发明方法的第二个实施例的流程图。该方法也可以在本领域常用的任何数字计算机或工作站上进行。

首先，方块60，接收存储在磁带48上的数据。所收到的数据可以是利用震动***技术产生的任何一类地震数据。

方块62，对收到的含有被测信号的数据进行反演处理。此表明本发明与传统处理之间的重大区别。传统处理中，所收到的数据与假设产生进入大地表面的信号褶积。本发明中，用消去了某些前述假设的被测信号进行反演处理。

方块64，可以产生一个模型轨迹。该模型轨迹基本上是一种具有尖峰信号的轨迹，以记录原始数据的相位和幅值。在本发明的方法中，后面将利用该模型轨迹来消去由某些处理步骤所引入的相位误差。

方块66，来自方块62的经处理的信息，反演处理的结果可以经过冲击反褶积。本发明中较佳地采用维纳-雷文森尖峰信号反褶积，然而，任何利用常见冲击采集格式消除因个别冲击之间的变化而产生的影响的都可以采用。

方块68，可以对数据进行震源静力学校正。该较佳实施例中，采用相同的采集用于静力学校正和FK滤波，固定的接收器位置采集用以消去震源静力学。

方块70，利用固定的接收器位置可变冲击集合消除地面摇摆，可以进行FK滤波。方块72，通过数据进行接收器反褶积，它较佳地也是维纳-雷文森尖峰信号综合反褶积。这是一种通用的消除接收器噪声的接收器集合，然而，任何直接消除接收器噪声的反褶积都可接受。方块74，数据经历了零相位尖峰信号反褶积。这是一种消除单色噪声的光谱加白反褶积。

方块76，利用方块64产生的模型轨迹可以完成模型相移，以记录原始的相位和幅值。这可以通过消除由前述处理步骤引入的相位误差而实现。这样，本发明的方法已经完成了预处理，方块76后可以执行传统的处理。

于是，以上描述了本发明记录和预处理高分辨率震动源数据的方法，它包括除以被测信号、接收器和冲击综合反褶积、静力学校正、F-K噪声滤波、零相位尖峰信号反褶积以及模型相移等步骤。如前所述，在预处理中采用与送到地面的震动器有关的实际震动器信号。测量震动器运动以提供一种用以处理数据的信号。在频域中，该数据除以实际发送信号。

Claims

1.一种记录和预处理高保真度震动地震数据信号的方法，该信号由多个震动的震动源产生并通过多个地震接收机检测，其特征在于：

测量每个震动源的运动，该运动与震动器施加的力乘以最小相位、因果、线性***的传递函数有关；

使实际的震动器输出与所述被测震动器运动相符；

通过将震动的地震数据信号除以所述每个震动源的被测运动，消去未知的施加的力，留下大地反射率乘以按时间的导数除以最小相位函数，确定一个比例；

对所述形成的比例进行最小相位带通滤波；以及

对所述最小相位带通滤波的比例进行最小相位反褶积，以消去按时间的导数除以最小相位函数的传递函数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：

对所述最小相位带通滤波比例进行冲击综合反褶积。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：

对所述最小相位带通滤波比例进行接收器综合反褶积。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：

对所述最小相位带通滤波比例进行静力学校正。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：

对所述最小相位带通滤波比例进行F-K噪声滤波。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：

对所述最小相位带通滤波比例进行零相位尖峰信号反褶积。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于进一步包括：

从多个震动的震动源产生的所述震动的地震数据产生模型轨迹；以及

利用所述模型轨迹对所述最小相位带通滤波比例进行模型相移。