CN101071176B

CN101071176B - 海上地震数据采集方法和装置

Info

Publication number: CN101071176B
Application number: CN2007101032368A
Authority: CN
Inventors: 阿密特·科马尔·奥祖德米尔; 厄于温·泰根; 拉尔斯·博登; 维达·A·哈斯姆
Original assignee: Westerngeco Seismic Holdings Ltd
Current assignee: Westerngeco Seismic Holdings Ltd
Priority date: 2006-05-11
Filing date: 2007-05-10
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2027-05-10
Also published as: GB2464876B; AU2007201235A1; CN102262246A; NO20072430L; US20070265786A1; GB2438079B; FR2901027A1; MX2007005663A; US7426439B2; GB2464876A; GB0709011D0; GB201002768D0; AU2007201235B2; AU2008249205B2; CN102262246B; GB2438079A; AU2008249205A1; CN101071176A

Abstract

本发明提供一种地震数据采集方法和装置。该方法的一个实施例包括访问由至少两个质点运动传感器采集的数据。该数据包括地震信号和噪声信号，这至少两个质点运动传感器以基于噪声相干长度确定的长度分开。该方法还可以包括处理被访问的数据以去除部分噪声信号。

Description

海上地震数据采集方法和装置

技术领域

一般地，本发明涉及海上地震系统，更具体地，涉及针对地震波场特征使用质点运动传感器的海上地震数据采集。

背景技术

地震勘探广泛用于地下地质地层的定位和/或测量以寻找碳氢化合物储藏。由于许多有商业价值的碳氢化合物储藏位于水体之下，所以发展了各种海上地震测量技术。在一个典型海上地震测量中，如在图1中概念性显示的示例测量100，在一艘测量船110的后面拖曳一条或多条海上地震拖缆。地震拖缆105可以有几千米长并含有大量传感器115，如水中检波器及其附属电子设备，它们沿每条地震拖缆的长度方向分布。测量船110还包括一个或多个地震源120，如空气枪或其他震源。

当拖缆105被拖曳在测量船115后面时，由地震源120产生的声波信号125(通常称作“爆炸(shot)”)向下穿过水体130进入水底面145以下的地层135、140，在那里这些声波信号被各种地下地层150反射。反射信号由地震拖缆电缆105中的传感器接收，数字化，然后被传输到测量船110。数字化的信号被称作“记录道(trace)”，它们被记录下来并至少是部分地由测量船110上的信号处理单元160加以处理。这一处理的最终目的是构建拖缆105下的地下地层150的表示，分析这种表示可以指示出地下地层150中碳氢化合物储藏的可能位置。

利用采样数据系统处理连续域信号(如反射信号155)是一种众所周知的技术。Whittaker-Kotel’nikov-Shannon采样定理指出了这些技术在理论上的缺陷，该定理说，对于任意信号f(x)，如果其均匀间隔采样的采样间隔小于该信号中最高频率分量周期的一半，那么由这些均匀间隔的样本能够重建这一信号。由采样数据系统能准确处置的最大频率分量称作它的奈奎斯特(Nyquist)极限。这样，如果f(x)的频带限于波数σ/2(它称作奈奎斯特数)，则采样理论提供下列公式由均匀间隔值f(m/σ)内插任何函数值：

f (x) = Σ_{- \infty}^{\infty} f (m / σ) \frac{\sin π (σx - m)}{π (σx - m)}

这样，采样定理提供了当采样率足够高时由其均匀间隔样本“完全地”重建信号的一种途径。

对于海上应用，地震信号的空间采样间隔，例如传感器115之间的间距，通常选为3.125m的倍数。通过使用这一采样间隔，其波长大于地震传感器间距的任何地震信号都能被准确地处置。然而，大于奈奎斯特数的空间分量可能会“混淆”(即移动)到有意义的空间带宽之中。这样，其波长小于地震传感器间距的地震波可能欠采样并产生混淆。混淆是不希望的副效应，因为混淆通常是对数据的一种不可逆变换，故可能难于从数据中去除。对由地震源115提供的反射信号155进行采样采用3.125m的传感器间隔通常是适当的，因为在水中的声波速度约为1500m/s。于是，约为3.125m的传感器间距可以提供频率高达250Hz的无混淆数据。

地震传感器115，如质点运动传感器，可以感知地震电缆105中存在的振动噪声。所以，质点运动传感器，如加速度计、地震检波器以及压力梯度传感器，可能对振动噪声很敏感，与此相反，水中检波器可以平均掉电缆中存在的振动噪声。振动噪声是高度不稳定的，有很小的相干长度，而且可以在几乎所有频率存在。所以，有传统间距(例如间距3-25m)的地震检波器115感知的振动噪声可能不表现出相干性。地震传感器115还可能感知其他类型的噪声，如膨胀波(bulgewave)和涌浪噪声(swell noise)。然而，这些类型的噪声通常有比振动噪声长得多的相干长度。膨胀波和涌浪噪声通常还以比水中声速低得多的速度传播。

图2(a)、2(b)和2(c)显示在连续(即未采样)域中地震信号和振动噪声的空间特征。图2(a)(显示在右上方)是频率—波数(FK)图，它指出信号和噪声的能量作为波数和频率二者的函数。图2(a)是彩色编码的，从而使较淡的灰色阴影代表低能量区，而较深的灰色阴影代表高能量区。图2(a)显示的FK图中噪声能量质心的斜率给出振动噪声的主导速度。这样，振动噪声有依赖于频率(等效地，依赖于波数)的速度。FK图表明，振动噪声的速度随频率和波数的增大而增大，这与理论一致。

图2(a)中所示FK图在水平轴(图2(b))和在垂直轴(图2(c))上的投影分别显示信号和噪声的功率谱分布(PSD)作为波数和频率的函数。图2(b)和图2(c)显示，在所示频率和波数范围上噪声可与信号相比较或者比信号强，而且在100Hz以下噪声和信号在所有频率都存在。由于振动噪声和地震信号占有相同频带，所以只使用时间域处理不可能将它们分开。而且，地震信号多半会被掩盖，因为振动噪声与地震信号相比是比较强的。图2(b)和2(c)还表明，信号(实线)局限于低波数(约0.11/m)，但振动噪声(虚线)的波数可以延伸到约2.51/m(即达到低于40cm波长)。因此，在大约10Hz的范围上地震信号和振动噪声的波长相差悬殊。结果，如果将传统的地震传感器115间距用于连续空间数据的数字化便可能造成严重的混淆，而且不可能将信号与振动噪声鉴别开。

图3显示一个实施例，其中地震信号可能难于与振动噪声分开。在所示实施例中使用3.125m的空间采样间隔对地震数据采样。由于在本例中的振动噪声有约30m/s的速度，它在低达4.8Hz左右的频率会造成混淆。于是，在整个有意义的频带上振动噪声和地震信号有许多重叠，已不再可能将信号谱部分与噪声分开。因此，混淆是很严重的。

发明内容：

本发明的目的是克服上文提出的问题中的一个或多个问题的影响。下面给出对本发明的简单概括，以提供对本发明一些方面的基本理解。这一概括不是对本发明的完全描述。它不想标识本发明的关键或临界要素，或者勾画本发明的范围。它的唯一目的是以简化的形式展现一些概念，作为对下文要讨论的更详细描述的序言。

在本发明的一个实施例中提供了一种地震数据采集方法。该方法的一个实施例包括访问至少两个地震传感器采集的数据。该数据包括地震信号和噪声信号，并且这至少两个地震传感器以基于噪声相干性长度所确定的长度分开。该方法也可包括处理所访问的数据以去除部分噪声信号。

在本发明的另一实施例中提供了一种地震数据采集装置。该装置可包括至少两个地震传感器，它们以基于噪声相干性长度所确定的长度彼此分开并被配置成接收包括地震信号或噪声信号的数据。该装置还可包括一个处理单元，它在通信方面与这至少两个地震传感器耦合。该处理单元可被配置成访问由这至少两个地震传感器采集的数据并处理所访问的数据以去除部分噪声信号。

在本发明的另一实施例中提供了一种地震数据采集方法。该方法的一个实施例包括访问由至少两个地震传感器采集的数据。该数据包括地震信号和噪声信号。该方法还可包括在海中处理所访问的数据以去除部分噪声信号。

在本发明的另一实施例中提供了一种地震数据采集装置。该装置可包括至少两个地震传感器，被配置成接收包括地震信号和噪声信号的数据。该装置还可包括一个处理单元，它在通信方面与这至少两个地震传感器耦合。该处理单元可被配置成访问由这至少两个地震传感器采集的数据并在海中处理所访问的数据以去除部分噪声信号。

在本发明的另一实施例中提供了一种用于海上地震数据采集的方法，包含：访问由被配置成测量矢量波场的至少两个地震传感器采集的数据，该数据包含地震信号和噪声信号，所述至少两个地震传感器的一部分以基于振动噪声相干长度确定的第一间隔长度分开，所述至少两个地震传感器的另一部分以第二间隔长度分开，第二间隔长度比第一间隔长度长；以及处理所访问的数据以去除部分噪声信号。

在本发明的另一实施例中提供了一种用于海上地震数据采集的装置，包含：被配置成测量矢量波场并被配置成接收包含地震信号和噪声信号的数据的至少两个地震传感器，所述至少两个地震传感器的一部分以基于振动噪声相干长度确定的第一间隔长度分开，所述至少两个地震传感器的另一部分以第二间隔长度分开，第二间隔长度比第一间隔长度长；以及处理单元，它以通信方式与所述至少两个地震传感器耦合，该处理单元被配置成：访问由所述至少两个地震传感器采集的数据；以及处理被访问的数据以去除部分噪声信号。

附图说明

参考下文中结合附图给出的描述可理解本发明，在附图中相似的参考数字标识相似的元素，其中：

图1概念性说明传统的海上地震测量系统；

图2(a)、2(b)和2(c)显示在连续域中地震信号和振动噪声的空间特征；

图3显示一个实施例，其中地震信号可能难于与振动噪声分开；

图4概念性说明根据本发明的一个海上地震测量系统的示例性实施例；

图5概念性说明根据本发明的一个海上地震测量系统中的地震传感器的一个示例性实施例；

图6概念性说明根据本发明的数据采集方法的一个示例性实施例600；

图7说明传感器长度对海中处理的噪声衰减性能的影响；

图8说明噪声衰减性能作为滤波器孔径的函数；

图9(a)、9(b)、9(c)和9(d)显示根据本发明的海中处理第一示例性实施例的噪声衰减；以及

图10(a)、10(b)、10(c)和10(d)显示根据本发明的海中处理第二示例性实施例的噪声衰减。

尽管本发明容许各种修改和不同的形式，但在附图中以举例方式显示了本发明的具体实施例并在这里详细描述。然而，应该理解，这里对具体实施例的描述不是要把本发明限定于所公开的特定形式，与此相反，本发明要覆盖落入所附权利要求定义的本发明精神和范围内的一切修改、等效物和变体。

具体实施方式

下面描述本发明的示例性实施例。为了清楚起见，在本说明书中不描述一个实际实现的全部特性。当然，应该理解，在开发任何这样的实际实施例时，为实现开发者的目标，应该做出大量的针对具体实现的决定，如遵从与系统有关的或与业务有关的约束，这些约束将会因每个不同的具体实现而改变。再有，应该理解，这样的开发努力可能是复杂的和费时的，然而，对于受益于这一公开说明的本领域普通技术人员而言，这种努力应该是一种常规性任务。

本发明的一些部分及其相应的详细描述是以软件或算法以及对计算机存储器内数据位操作的符号表示的形式展现的。这些描述和表示是本领域普通技术人员向本领域其他普通技术人员有效传递他们的工作主题的方式。一个算法，作为这里使用的术语，也是作为一般使用的术语，被认为是能导致预期结果的一个自给的步骤序列。这些步骤是要求对物理的量进行物理操作的那些步骤。通常，尽管不是必须，这些量采取能被存储、传送、组合、比较和其他操作的光、电或磁信号的形式。已经证明，主要是为了通用性，把这些信号称作二进位、值、元素、符号、字符、项、数字等往往是方便的。

然而，应该记住，所有这些术语或类似术语都是与适当的物理量相关联的，它们仅只是应用于这些量的方便的标签。除非特别说明，或者是由本讨论显而易见的，否则，诸如“处理”或“计算”或“求值”或“确定”或“显示”等术语都是指一个计算机系统或类似的电子计算装置的行动和过程，该计算机系统或类似的电子计算装置对计算机系统寄存器和存储器内的物理的、电子的量所代表的数据进行处理，并将它们变换成类似地由计算机系统存储器或寄存器或其他这类信息存储、传输或显示装置内的物理量所代表的其他数据。

还应指出，本发明由软件实现的方面通常在某种形式的程序存储介质上被编码，或在某种传输介质上实现，程序存储介质可以是磁的(如软盘或硬盘驱动器)或光的(如光盘只读存储器或称“CD-ROM”)，可以是只读的或随机存取的。类似地，传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤或本领域已知的其他合适的传输介质。本发明不受任何给定实现的这些方面的限制。

现在将参考附图描述本发明。在附图中只为解释的目的而示意性给出各种结构、系统和装置，从而不使本领域技术人员公知的细节模糊了本发明。尽管如此，仍包括了一些附图用于描述和解释本发明的一些示例。这里所用词汇和短语应被理解和解释为具有与相关领域技术人员理解的那些词汇和短语一致的含义。没有打算由这里一致性使用的术语或短语来隐含对该术语或短语的特殊定义(即与本领域技术人员所理解的一般和习惯的含义不同的定义)。对于要使一个术语或短语扩展为具有特殊含义的情况(即不同于技术人员所理解的含义)，这个特殊的定义将以一种定义性的方式在本说明书中明确地提出，以这种方式直接地和明确地提供该术语或短语的特殊定义。

图4概念性显示一个海上地震测量系统示例性实施例400。在所示实施例中，一条或多条海上地震拖缆405被拖曳在测量船410的后面。虽然在图4中显示的是单条海上地震拖缆405，受益于本公开说明的本领域普通技术人员应该理解，本发明不限于单条海上地震拖缆405。在另一些实施例中，多条海上地震拖缆405可被拖曳在测量船410的后面。例如，测量船410可拖曳一个海上地震拖缆阵列405。测量船410还可伴有一个或多个地震震源415，如空气枪之类。在所示实施例中，震源415与测量船410耦合。然而，本发明不限于与测量船410耦合的震源415。在其他实施例中，震源415可布设在任何位置(如在测量船410的下方)，固定在一个或多个浮标或浮子(未画出)上，或者在另一条独立的震源船上(未画出)。

在操作中，拖缆405被拖曳在测量船410的后面，由震源415产生的声波信号420(通常称作“爆炸(shot)”)向下穿过水体425进入水底面440以下的地层430、435，在那里这些声波信号被各种地下地层445反射，形成反射信号450。部分反射信号450可被沿地震电缆405布设的一个或多个地震传感器455(图4中未全部指出)检测或感知。地震传感器455包括但不限于被配置成测量矢量波场的地震传感器455，如质点运动传感器、加速度计、压力梯度传感器等。

在所示实施例中，多个地震传感器455在通信方面与一个或多个处理单元460耦合。为便于说明，图4描绘了沿地震电缆405并布设在地震电缆405外部时的地震传感器455和处理单元460以及这些部件彼此之间的互连。然而，受益于本公开说明的本领域普通技术人员应该理解，地震传感器455、处理单元460以及这些部件彼此之间的互连可以不是布设在地震电缆405的外部。例如，一个或多个部件可以布设在作为地震电缆405一部分的护套内。

处理单元460可以在海中处理由伴随的地震传感器455提供的数据，然后将经过部分处理的数据提供给船上的处理单元465。如这里使用的那样，术语“在海中(in-sea)”将被理解为是指当海上地震电缆405从测量船410布设出去并且进行操作的处理单元460被浸没在水中或在水面上时所进行的操作。例如，在海中处理由地震传感器455提供的部分数据的处理单元460可以在正当进行地震测量时处理这些数据。在海中处理部分数据可以减少沿地震电缆405传输的数据体量。例如，如果每个处理单元460耦合4个地震传感器455，则与4个独立操作的地震传感器455沿地震电缆405传送的数据体量相比，沿地震电缆405传输的数据体量可减少为其四分之一左右。

除了与部分反射信号450相关联的地震信号外，地震传感器455还可检测各种噪声信号。噪声信号可包括涌浪噪声、膨胀波等。在所示实施例中，噪声信号还可能包括可能沿地震电缆405传送的振动噪声467。例如，振动噪声467可能是由测量船410和/或布设在测量船410上的设备产生的。诸如振动噪声等噪声可在一些长度范围上相干。例如，实验确定，振动噪声467可在小于大约1m的长度范围上相干，这将在下文中更详细地讨论。因此，短语“振动噪声的相干长度”在这里将被理解为是指有显著非零振幅的振动噪声存在的最小波长。

一些地震检波器455可以以近似对应于预期噪声相干长度的间距放置。在一个实施例中，两个或更多个地震传感器455的间距可能小于或近似等于噪声相干长度的一半。然而，受益于本公开说明的本领域普通技术人员应该理解，传感器间距可选为近似等于(或者甚至稍大于)噪声相干长度。例如，两个或更多个地震传感器455可以布设在地震电缆405上，使它们间隔近似1m或更小，它可能对应于振动噪声467的预期相干长度。例如，地震传感器455可以以大约30cm至大约40cm范围内的一个长度分开。在一些实施例中，可以用噪声速度确定噪声的相干长度。例如，地震传感器455的分开长度可对应于在20m/s和75m/s范围内的振动噪声速度。

相对于传统实践而言，基于预期噪声相干长度间隔放置地震传感器455可能增加布设在地震电缆405上的地震传感器455总数量。因此，可以向处理单元460提供由加密放置的地震传感器部分455收集的地震数据，处理单元460可如上文讨论的那样在海中处理这些数据。在一些实施例中，这些经过部分处理的数据可通过样本抽取变成具有较长的组间距。处理单元460可以实现多种海中处理技术，包括但不限于模拟成组(analog group forming)或平均、数字成组(digital groupforming)、时间滤波、空间滤波、空间—时间滤波、基于噪声物理模型的自适应滤波等。

图5概念性显示在海上地震测量系统505中的地震传感器一个示例性实施例500。在所示实施例中，地震传感器500是布设在地震电缆510内的质点运动检测器。所以，地震传感器500可以能测量在一维或多维中的质点运动。例如，地震传感器500可以是多分量质点运动传感器500，它们能检测在三维中的质点运动。示例地震传感器500包括但不限于加速度计、地震检波器、压力梯度传感器等。

地震传感器500有地震传感器长度515，它们可以是对全部地震传感器500都相同，或者可能因不同地震传感器500而不同。例如，地震传感器长度515可以从用于点测量的几个毫米到使用机械平均时的几米。还可能由于把地震传感器500放在一个机身中而使地震传感器长度515变长，该机身(未画出)可能布设在地震电缆510中。该机身的刚度应该比较大，从而使它的固有频率在有意义的地震频带以上。例如，机身的一种典型材料可能有体积刚度大于1.0GPa左右，而机身长度可能达到60cm左右。噪声可在这个“刚性”传感器长度上被平均。受益于本公开说明的本领域普通技术人员应该理解，地震传感器500总数以及地震传感器500的类型是设计的选择，对本发明并不重要。

地震传感器500可以分成一组或多组517、518。在各种不同的实施例中，地震传感器500每个可被指定不同的组517、518，或者一些地震传感器500可被指定属于不只一组517、518。受益于本公开说明的本领域普通技术人员应该理解，在组517、518中地震传感器500的数量是设计的选择。再有，每组517、518中地震传感器的数量可以彼此不同。

每组中有两个或更多个地震传感器可布设成其间距基于噪声相干长度而定，如上文讨论的那样。例如，在一个地震传感器组中的地震传感器500可以按基于振动噪声相干长度确定的第一间隔长度520来布设。然而，受益于本公开说明的本领域普通技术人员应该理解，并非所有地震传感器500都必须按第一间隔长度520分开。例如，一些地震传感器500可以按第二间隔长度525分开，而第二间隔长度525比第一间隔长度520要长。按第一间隔长度520分开一部分地震传感器500，再按第二间隔长度525分开另一部分地震传感器500，这可以改善数据的压低噪声特性，同时还允许地震传感器500分布在比较长的地震电缆510上。再有，在每组517、518中地震传感器500之间的分开长度520、525可以因组而异。

地震传感器500的各组可在通信方面与一个或多个处理单元530耦合，以允许处理单元530访问由该组中地震传感器500收集的数据。在各种实施例中，处理单元530可以使用上文描述的一种或多种技术来处理部分被访问的数据，然后将经过部分处理的数据提供给例如总线或电缆535，该总线或电缆535可以将这些经过部分处理的数据提供给外部处理单元，例如位于测量船上的处理单元。虽然为了清楚起见在图5中把总线或电缆535描绘成在地震电缆510的外部，但总线或电缆535可以布设在也可以不布设在地震电缆510内。

处理单元530和/或相关联的各组地震传感器500可以以组长度540分开，该长度540可以沿地震电缆510的长度方向为一常数，或者可以沿地震电缆510的长度方向改变。在每组中的地震传感器500还定义一个滤波器孔径545。如这里使用的那样，术语“滤波器孔径(filter aperture)”在空间滤波中是指在一组中第一个和最后一个传感器500之间从传感器中心到传感器中心的距离和/或在时间域滤波中第一个和最后一个时间样本之间的时间差。在一个实施例中，滤波器孔径545可能比组长度540要长，这至少是部分地由于在每组中的一些地震传感器500还属于相邻的一组。另一种情况是，滤波器孔径545 可能等于或小于组长度540，这至少是部分地由于传感器500每个只属于单一一组。再有，滤波器孔径545沿地震电缆510长度方向可以改变也可以不变。受益于本公开说明的本领域普通技术人员应该理解，构成组(并定义滤波器孔径)的地震传感器500是可以改变的。例如，处理单元530可以在不同时间访问由不同地震传感器500提供的数据。

在一个实施例中，处理单元530可以提供电连接，其作用是可以将来自一组中的每个独立传感器500接收的电信号组合和/或平均，以形成一个组输出信号。这一技术可称作模拟成组。从传感器500接收的电信号中的噪声可能由振动噪声产生，该振动噪声有较小的相干长度，而在电信号中代表的地震信号可能由具有较大相干长度的振荡产生。因此，通过组合和/或平均从一组中的传感器500接收的电信号，该组中传感器之间选定的空间间隔(或者说传感器500之间的特征长度)大于振动噪声的相干长度，于是在组输出信号中代表地震信号的那部分电信号可能被保持，而在组输出信号中代表振动噪声的那部分电信号可能被减小。

处理单元530还可以定义和/或修改一个或多个权重(例如一个或多个数字滤波器的权重)，它们可应用于由各组中不同地震传感器500采集的数据。例如，较靠近组中心的地震传感器500可以比在该组边缘处的地震传感器500有更大的权重，例如使用高斯加权函数。另一个例子是，如果一个或多个地震传感器500表现出运行不那么可靠，或者在以一种不希望的方式运行，则可对这些地震传感器500给予较小权重。然而，本领域普通技术人员应该理解，任何加权模式(例如无加权模式)可以应用于地震传感器500。

图6概念性说明地震数据采集方法的一个示例性实施例600。在所示实施例中布设一个或多个被拖曳的海上地震电缆(在步骤605)。被拖曳的海上地震电缆包括两个或更多个地震传感器，它们按基于预期噪声相干长度确定的至少一个长度分开放置。地震传感器可以检测或发送包括地震信号和噪声信号的信号。由例如处理单元从传感器访问指示被检测信号的数据(在步骤610)。然后，被访问的数据可在海中被处理(在步骤615)。在一个实施例中，处理过程(在步骤615)包括：按照基于预期噪声相干长度确定的长度对地震传感器提供的数据进行数字成组(在步骤615)。然后，经过部分处理的数据可提供(在步骤620)给测量船，在那里可对数据进行进一步处理。

图7说明传感器长度对海中处理的噪声衰减性能的影响。在所示实施例中，垂直轴指示基于每个传感器的测量噪声水平(单位是相对于1μBar²s的dB(分贝)值)，水平轴指示频率，单位为赫兹。虚线曲线显示由点测量得到的PSD。实线曲线显示信号PSD作为参考。对于具有有限传感器长度SL的传感器，在海中处理时按下式计算PSD：

y (t, x) = \frac{1}{SL} {&Integral;}_{u = 0}^{SL} s (t, x - u) du

其中t是时间维，x是空间维，s是地震信号和振动噪声，SL是传感器长度，y是该机械滤波器的输出。由此方程可清楚看出，机械滤波对应于波场在持续SL米的滑动窗上的平均。

在所示实施例中，地震信号有波长大于5-10m，而振动噪声覆盖更宽的波长范围。长度为L的传感器衰减那些波长为L或更小的质点运动。如果L选为小于地震信号波长，则能实现噪声衰减而不影响信号。在图7中，测量的噪声水平(基于每个传感器)作为传感器长度的函数显示为各种虚线，如图例中指出的那样。传感器长度L为0.3m的噪声PSD由长划虚线表示。传感器长度L为0.5m的噪声PSD由适中短划虚线表示。传感器长度L为1.0m的噪声PSD由点虚线表示。画出的数据表明，噪声衰减存在频率选择性。在所示例子中，在高频段有较好的噪声衰减，而且噪声衰减功率随机械滤波器的孔径(传感器长度)而增大。

图8显示噪声衰减性能作为滤波器孔径的函数。在所示实施例中，垂直轴指示基于每个传感器的测量噪声水平(单位是相对于1μBar²s的dB(分贝)值)，水平轴指示频率，单位为赫兹。短划虚线曲线显示点测量的噪声PSD。实线曲线显示信号PSD作为参考。使用下式给出的时间—空间滤波器进行数字海中处理以确定滤波后的信号：

y (t, x) = Σ_{j = 0}^{J - 1} Σ_{k = 0}^{K - 1} C_{jk} s (t - jT, x - x_{k})

其中t是时间维，x是空间维，s是地震信号和振动噪声，k是该组中的传感器个数，x_k是相邻传感器(例如传感器k-1和传感器k，取x_o＝0)之间的传感器间距，T是时间采样间隔，C_jk是数字滤波器系数，y是数字滤波器输出。在这些模拟中使用的滤波器系数被设计成对低波数有平坦响应，而对高波数有高度衰减。这些类型的滤波器也称作去假频混淆滤波器。

在所示实施例中，传感器间距选为大约31cm。对应于不同滤波器孔径的数字滤波器系数选择为使噪声能量减至最小而同时保持信号。例如，能使用有限脉冲响应(FIR)滤波器设计技术。空间滤波器的滤波器孔径选为1.5625m和3.125m。长划虚线指示滤波器孔径为1.5625m时的噪声PSD。适中短划虚线指示滤波器孔径为3.125m时的噪声PSD。进行时间和空间域滤波以改善性能也是可能的。例如，短划线和点线曲线显示的噪声PSD对应于孔径为6.25m×0.08s的时间—空间滤波器。

图9(a)、9(b)、9(c)和9(d)显示海中处理第一示例性实施例的噪声衰减。在所示实施例中，首先使用如上文结合图7和图8描述的那些技术对信号进行海中处理，以得到对应于海中处理的数据。然后这些数据被抽取为组间距1.5625m。对于这些数据(采样时间间隔＝2ms，空间间距1.5625m)(假定它们被传送到船上)使用标准的FK滤波器以去除信号圆锥外部的剩余噪声。

在所示实施例中，传感器长度LS＝FA＝50cm，传感器间距SS＝1.5625m，组间距GS＝1.5625m。图9(a)—9(c)显示传送到船上采集系统的各单组噪声特性(例如发送到船上的各组的FK谱及PSD)。在PSD图上，上方的实线曲线显示原始数据的噪声水平。下方的实线曲线显示海中处理后的剩余噪声。在所示实施例中，处于高频的振动噪声以及波数被衰减。图9(d)显示通过在测量船上使用有大量计算的数字成组技术能得到的进一步噪声衰减。在噪声与地震信号发生假频混淆的频率，图9(a)—9(d)表现出数字成组可能做不到把噪声水平进一步降低到由海中处理实现的噪声水平以下。特别是，图9(d)显示在某些频率有高噪声水平(短划线)。

图10(a)、10(b)、10(c)和10(d)显示海中处理第二示例性实施例的噪声衰减。在所示实施例中，首先使用如上文结合图7和图8描述的那些技术对信号进行海中处理，以得到对应于海中处理的数据。然后这些数据被抽取为组间距1.5625m。对于这些数据(采样时间间隔＝2ms，空间间距1.5625m)(假定它们被传送到船上)使用标准的FK滤波器以去除信号圆锥外部的剩余噪声。

在所示实施例中，传感器长度SL＝8cm，传感器间距SS＝30cm，滤波器孔径FA＝6.25m，组间距GS＝1.5625m。请注意，由于滤波器孔径大于组间距，多个海上噪声衰减滤波器在空间中是重叠的。图10(a)—10(c)显示传送到船上采集系统的各单组噪声特性。在PSD图上的适中短划虚线曲线显示原始数据的噪声水平。实线显示海中处理后的剩余噪声。在所示实施例中，频率和波数高的振动噪声被衰减。图10(d)显示通过在船上使用有大量计算的数字成组技术能得到的进一步噪声衰减。在噪声与信号发生假频混淆的频率，在测量船上进行的数字成组可能做不到把噪声水平进一步降低到由海中处理实现的噪声水平以下。例如，在图10(d)中能看到在某些频率有高噪声水平(短划线曲线)。

上文公开说明的具体实施例只是演示性的，因为能以不同的但等效的方法对本发明加以修改和实践，这些方式对于受益于这里所述技术的本领域技术人员是显然的。再有，除了在权利要求中描述的之外，对于这里所示结构或设计的细节没有任何限制。所以，显然上文公开说明的具体实施例可以被改变或修改，而所有这些变化都被认为是落入本发明的范围和精神之内。因此，这里寻求的保护是在权利要求中提出的内容。

Claims

1.一种用于海上地震数据采集的方法，包含：

访问由被配置成测量矢量波场的至少两个地震传感器采集的数据，该数据包含地震信号和噪声信号，所述至少两个地震传感器的一部分以基于振动噪声相干长度确定的第一间隔长度分开，所述至少两个地震传感器的另一部分以第二间隔长度分开，第二间隔长度比第一间隔长度长；以及

处理所访问的数据以去除部分噪声信号。

2.权利要求1的方法，其中访问包含地震信号和噪声信号的数据的步骤包含访问由至少两个质点运动传感器采集的数据，被访问的数据包含振动噪声信号。

3.权利要求2的方法，其中访问由所述至少两个质点运动传感器采集的数据的步骤包含访问以基于振动噪声相干长度确定的第一间隔长度分开的所述至少两个质点运动传感器的一部分采集的数据。

4.权利要求3的方法，其中振动噪声相干长度小于1m。

5.权利要求3的方法，其中用振动噪声速度确定振动噪声相干长度。

6.权利要求5的方法，其中振动噪声速度在20m/s到75m/s的范围内。

7.权利要求2的方法，其中处理数据的步骤包含在海中处理一部分数据。

8.权利要求7的方法，其中在海中处理一部分数据的步骤包含使用数字成组和模拟成组二者中的至少一种来处理由至少两个质点运动传感器采集的数据。

9.一种用于海上地震数据采集的装置，包含：

被配置成测量矢量波场并被配置成接收包含地震信号和噪声信号的数据的至少两个地震传感器，所述至少两个地震传感器的一部分以基于振动噪声相干长度确定的第一间隔长度分开，所述至少两个地震传感器的另一部分以第二间隔长度分开，第二间隔长度比第一间隔长度长；以及

处理单元，它以通信方式与所述至少两个地震传感器耦合，该处理单元被配置成：

访问由所述至少两个地震传感器采集的数据；以及

处理被访问的数据以去除部分噪声信号。

10.权利要求9的装置，其中所述至少两个地震传感器包含至少两个质点运动传感器，并且其中处理单元被配置成访问包含振动噪声信号的数据。

11.权利要求10的装置，其中所述至少两个质点运动传感器的一部分以基于振动噪声相干长度确定的第一间隔长度分开。

12.权利要求11的装置，其中振动噪声相干长度小于1m。

13.权利要求10的装置，其中用振动噪声速度确定振动噪声相干长度。

14.权利要求13的装置，其中该振动噪声速度在20m/s到75m/s的范围内。

15.权利要求10的装置，其中部分处理单元被布设在海中。

16.权利要求15的装置，其中布设在海中的那部分处理单元被配置成使用数字成组和模拟成组二者中的至少一种来处理由所述至少两个质点运动传感器采集的数据。

17.权利要求9的装置，进一步包含至少一条地震电缆，其中所述至少两个地震传感器与所述至少一条地震电缆相耦连。

18.权利要求17的装置，进一步包含至少一艘测量船，被配置成在地震测量期间拖曳所述至少一条地震电缆。