CN101285893B - 由海洋牵引双传感器地震拖缆数据预测涉及表面的多次反射的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及由海洋牵引双传感器地震拖缆数据预测涉及表面的多次反射的方法。其中将来自被牵引的海洋地震拖缆的粒子运动传感器信号和压力传感器信号数据相结合，产生上行压力波场分量和下行粒子运动波场分量。下行粒子运动波场分量从接收器位置深度水平外推到震源位置深度水平。将上行压力波场分量，乘以外推的下行粒子运动波场分量，得到第一个乘积。然后，利用第n-1级不含涉及表面的多次反射的数据和外推的下行粒子运动波场分量的乘积，迭代计算压力波场中的第n级涉及表面的多次反射。从所记录的压力波场中，迭代减去计算出来的第n级涉及表面的多次反射，得出第n级不含涉及表面的多次反射的数据。

Description

由海洋牵引双传感器地震拖缆数据预测涉及表面的多次反射的方法

相关申请的交叉引用

本申请要求在编号为35U.S.C.119(e)的美国临时申请序列号为60/922,796、并于2007年4月11日提交、标题为“通过海洋表面变化和反射系数波动的适当操作，从海洋牵引拖缆数据预测涉及表面的多次反射的方法”的专利申请的优先权，其中公开的内容全部引用在本申请中。

联邦赞助的研究或开发活动    不适用

顺序列表、表格或计算机列表  不适用

                                    美国非临时专利申请

                                    No.11/825,989

技术领域

本发明一般涉及地球物理勘探领域，特别是涉及海洋地震数据处理领域。更确切地说，本发明涉及双传感器牵引海洋地震拖缆的多次反射的减少。

背景技术

在石油和天然气工业中，地球物理勘探通常用来帮助搜索并评价地层构造。地球物理勘探技术积累了有关地球表层下结构的知识，这对寻找并提取贵重的矿物资源是很有用的，特别是石油和天然气等碳氢化合物矿藏。地球物理勘探的一项众所周知的技术是地震勘探。在陆地进行的地震勘探中，在地面或靠近地面产生一个地震信号，然后向下传播到地球的地表下面。在海洋地震勘探中，地震信号首先向下传播，穿过一层覆盖在地球的地下表层上的水域。

地震能源用来产生地震信号，地震信号传播进入地球后，至少部分通过地表下的地震反射体进行反射。这种典型的地震反射体为具有不同弹性特性的地层之间的界面，弹性特性尤其是指波速和岩石密度，可在界面上产生不同的声抗(acoustic impedance)。在地面或靠近地面，在覆盖地面的水域中，或者在已知深度的井中，可以通过地震传感器(也称为接收器)检测到这种反射。对所产生的地震数据进行记录和处理，可以得出有关地层及其潜在碳氢化合物藏量的地质构造和特性的信息。

地震勘探的适当能源在陆地上可以包括炸药或振动器，在水中包括气枪或海洋振动器。在陆地勘探时用作地震传感器的适当类型可以包括粒子运动传感器，在海洋勘探时则可包括水压传感器。典型的粒子运动传感器为粒子速度传感器，但是粒子位移传感器、粒子加速度传感器、或压力梯度传感器可以用来替代粒子速度传感器。业界通常把粒子传感器叫做地震检波器，水压传感器叫做水听器。地震源及地震传感器都可以单独使用，但更经常是组合在一起使用。

在典型的海洋地震勘探中，地震勘探船在水面航行，一般大约为每小时5海里，包含地震采集设备，例如航行控制、地震源控制、地震传感器控制及记录设备。地震源控制设备使水域中由地震船牵引地震源，在选定的时间启动。地震拖缆，也称为地震电缆，是由牵引地震源的地震勘探船或由另一艘地震勘探船在水域中牵引的像电缆一样的长形结构。典型情况是，多个地震拖缆被拖在一艘地震船后面。地震拖缆具备传感器，用来检测由地震源引起的、由反射界面反射的反射波场。按照惯例，地震拖缆包含压力传感器，例如水听器，但是已经有人建议，地震拖缆除了水听器之外，还应包含水粒子速度传感器例如地震检波器，或粒子加速度传感器例如加速度计。压力传感器和粒子运动传感器可以紧靠着使用，成对布置，或沿地震电缆成对排列布置。

被记录的地震数据包含：关于有用的初级反射(“初级反射”)的信号，也有关于噪声的信号，例如多次反射(“multiples”)的信号。初级反射是来自地表下地震反射体的有意义的单次反射，而多次反射是来自于反射体的任何结合的多次反射。在海洋地震勘探中，多次反射与初级反射相比特别强，因为水-地界面以及特别是空气-水界面具有很高的声抗对比，因此是强地震反射体。特别是，涉及表面的多次反射，是那些在自由表面(水-空气接触)具有至少一个向下反射的多次反射。在表面的向下反射的数量规定了涉及表面的多次反射的级数。在这个定义之下，初级反射刚好是零级的涉及表面的多次反射。因此，希望能有一种方法，能够除去第一级及更高级的涉及表面的多次反射。

许多常规方法只对压力传感器应用地震处理。但是，压力传感器数据具有由水面反射引起的频谱凹槽，通常被称为海洋表面的虚反射。这些频谱凹槽经常出现在地震采集频带中。因此，压力传感器数据的有用部分被限制在远离频谱凹槽而不能覆盖全部地震采集频带。采用“双传感器”拖缆形式的压力传感器和粒子运动传感器，可以消除这种限制。

L.Amundsen和A.Reitan在“多成分海底数据分解为上行和下行的P波及S波”(Geophysics，Vol.60，No.2，3-4月，1995，p.563-572)一文中描述了一种在水层和海底对双传感器电缆数据去虚反射的方法。Amundsen和Reitan提出了一种分解滤波器，应用于水听器记录的紧贴海底面上的压力，以及地震检波器记录的紧贴海底面下的粒子速度的径向及垂直分量。分解滤波器将数据分离为上行和下行的P波及S波，得出上行分量中的去虚反射波场。分解滤波器的系数取决于P波及S波的速度及海底密度。

Borresen，C.N.，在美国专利公开号为US 2006/0050611A1、发明名称为“用于减少由压力传感器和粒子运动传感器记录的地震数据中水底多次反射的方法”、转让给本发明的受让人联营公司的专利中，说明了一种减少海洋地震数据中水底多次反射的方法。该方法包括计算来自压力传感器和粒子运动传感器的信号中的上行和下行的波场分量，把波场外推到水底，利用外推波场和水底反射系数来产生一个基本上不含水底多次反射的向上行进的波场。

Ikelle，L.T.等人在文章“基尔霍夫分散级数：对多次反射减少方法的了解”(Geophysics，Vol.68，No.1，1-2月，2003，p.16-28)中描述了一种基尔霍夫分散级数，用来减少牵引拖缆数据中的涉及表面的多次反射。Ikelle等人(2003)展示了采用压力和垂直速度测量的基尔霍夫级数方法，如何与只用压力测量的Born级数方法相近似。

关于抑制涉及表面的多次反射的手段目前包括以反馈理论为基础的适配减法，以相互原理为基础的方法，以及逆分散推导法。所有这些工具，尽管以不同的理论推导为基础，但是都不需要对地表下模式有任何了解。而且，有些方法还不需要了解地震源特征。在本技术领域还知道一些其他抑制涉及表面的多次反射的方法。这些方法通常被称为SRME(涉及表面的多次反射的消除)。这些方法基本上是数据启动方法，即从已测量的数据预测多次反射，不需要了解地表下的地球模式。但是，这些方法中的某些方法还需要了解地震源特征。

但是，这些方法有一个共同缺点，就是应用于常规牵引拖缆数据时，除了拖缆偏转和接收器虚反射之外，还由于海洋表面深度的变化及海洋表面反射系数的波动产生误差。在恶劣的天气条件下，这些问题变得更加严重，恶劣的天气条件反过来影响海洋表面。对海洋表面和反射系数的认识，可以使多次反射预测的误差有所校正。因此，需要一种SRME的方法，即使在苛刻的天气条件下，也能有效地减少多次反射。

发明内容

本发明是对来自具有粒子运动传感器和压力传感器的双传感器牵引海洋地震拖缆的地震数据的一种处理方法。将来自牵引海洋地震拖缆的粒子运动传感器信号及压力传感器信号数据相结合，产生上行压力波场分量和下行粒子运动波场分量。下行粒子运动波场分量，从接收器位置深度水平被外推到地震源位置深度水平。上行压力波场分量，被外推的下行粒子运动波场分量缠绕(在频率范围多次反射)，产生第一级涉及表面的压力场的多次反射。然后，利用第n-1级不含涉及表面的多次反射(surface related multiples free)的压力数据和外推的下行粒子运动波场分量的乘积，迭代计算压力波场中的第n级涉及表面的多次反射。从所记录的压力波场中迭代减去计算出的第n级涉及表面的多次反射，产生第n级不含涉及表面的多次反射的数据。

附图说明

通过参考以下详细说明及附图，可以更容易地理解本发明及其优点，其中：

图1是本发明的方法中用来指示垂直速度场和压力场的两个射线束支柱的示意图；

图2是用本发明的方法处理之前的双传感器数据的上行压力场的NMO叠层；

图3是用本发明的方法处理的双传感器数据的NMO叠层；

图4是用常规方式处理的常规拖缆数据的NMO叠层；

图5是说明本发明的从海洋牵引拖缆的压力传感器和粒子运动传感器记录的地震数据中减少涉及表面的表面多次反射的方法的一个实施方案开始步骤的流程图；

图6是说明图5中开始的本发明方法的实施方案的结束步骤的流程图。

当结合优选实施方案说明本发明时，应该理解本发明并不局限于此。恰恰相反，本发明的意图是要覆盖可以包括在本发明范围之内的所有变化、修改、及等效方案，如所附权利要求所规定的。

具体实施方式

本发明是用于处理在海洋勘测过程中通过被牵引的拖缆获得的双传感器地震数据的一种方法。特别是，本发明是用于从双传感器数据的压力和粒子运动传感器信号中减少涉及表面的多次反射的一种方法。典型的粒子运动传感器是粒子速度传感器，但是其它粒子运动传感器，包括粒子加速度传感器，也可以用来在双传感器拖缆中取代粒子速度传感器。在技术领域中，粒子速度传感器通常称作地震检波器，而在本领域中粒子加速度传感器通常称作加速度表。本发明将根据采用地震检波器的实施方案进行说明，选择这种传感器只是为了简化说明，并无意对本发明加以限制。

本发明的方法运用从双传感器牵引拖缆采集中获得的双传感器数据，是一种利用下行的垂直速度场和上行的压力场、预测多次反射的方法。这种方法对海洋表面的不明显变化进行处理，可以减少因恶劣天气而暂停采集。双传感器牵引拖缆在同一空间位置上，同时用水听器检测压力场并用地震检波器检测垂直粒子速度场。然后，通过下面将说明的与角度相关的双传感器加减技术，可以将所获得的波场在接收器的深度水平上分离为上行和下行的压力波场分量，以及上行和下行的垂直速度波场分量。海洋的表面效应存在于涉及表面的多次反射中。因为根据定义，这些多次反射在自由表面至少具有一次下行反射。但是上行初级反射是没有表面效应的。因此，分开的波场分量可以适当地结合，将表面效应包含到多次反射预测步骤中去。作为波场分离(例如去虚反射)的另一个结果，电缆可以被牵引得更深(典型深度为大约15m)，以保证来自天气膨胀的噪音影响最小。以包含压力传感器和垂直速度传感器的牵引双传感器拖缆为基础，本发明的方法是一种纯粹以数据启动的涉及表面的多次反射的预测和抑制方法，这种方法可以有效地处理海洋表面变化。

在一个实施方案中，对粒子运动传感器检测到的信号进行换算，与压力传感器检测到的信号匹配。压力传感器信号与已换算的粒子运动传感器信号结合，产生上行和下行压力波场分量以及上行和下行垂直粒子速度分量。下行垂直速度波场从接收器的深度水平被向后外推到震源深度水平，并与上行压力缠绕，以便推算出第一次交互作用中压力波场的涉及表面的多次反射。下行速度场因此被分类在公共震源集合，而上行压力场被分类在公共接收器集合。在现有技术领域普遍知道，所预测的第一次交互作用中涉及表面的多次反射在以后的处理步骤要中从上行压力场中减去，最好是至少读出二次方。

在本发明的方法中，为了阐明四个分开的波场中，哪些必须包含到消除涉及表面的多次反射(SRME)的步骤中去，要采取角频率范围的标准SRME表达式：

$p(x_r,\mathrm{\ω};x_s)=p_p(x_r,\mathrm{\ω};x_s)-\frac{\mathrm{i\ω}}{s\left(\mathrm{\ω}\right)}\∫\mathrm{dS}\left(\mathrm{\χ}\right)p_p(\mathrm{\χ},0,\mathrm{\ω};x_r)v_z(\mathrm{\χ},0,\mathrm{\ω};x_s).---\left(1\right)$

此处，x_r＝(x_r，y_r，z_r)是笛卡尔坐标x＝(x，y，z)＝(χ，z)中的接收器位置，x_s＝(x_s，y_s，z_s)是震源位置，s(ω)是x_s处的震源符号。方程式(1)右边的第一项p_p(x_r，ω，x_s)是不含涉及表面的多次反射(或震源和接收器虚反射)的预期压力场的时间1D傅立叶变换，接收器在x_r处测量，并且点震源从没有水-空气表面的一个假定介质中的x_s处测量。方程式(1)的左边项p(x_r，ω，x_s)是所记录的压力数据，是由水听器在具有水-空气表面的实际介质中记录的。方程式(1)中积分的第一项是分类到公共接收器集合之后，在自由表面z＝0(水表面)以及水平位置x＝(x，y)的不含多次反射的压力场p_p(x，0，ω，x_r)。这一压力场在空间-频率域乘以垂直速度场v_z(x，0，ω，x_s)，这是在垂直速度场被分类到公共震源集合后，再一次处于表面z＝0。

在积分方程式能够解开之前，方程式(1)中积分的两个字段肯定都与在接收器水平z＝zr的测量量有关。第一项通常在SRME过程中，通过将去虚反射压力数据外推到表面z＝0获得。因此，在震源端的公共接收器区域，压力场可以从震源水平z＝z_s外推到表面z＝0。对于方程式(1)中被积函数的第二项——垂直速度项来说，可以向前外推上行垂直速度场v_z ^u或向后外推下行垂直速度场v_z ^d，从接收器水平z＝z_r达到自由表面z＝0。由于压力场在水表面消失，因此垂直速度场的上行和下行分量在自由表面是相等的。与上述Ikelle等人(2003)相反，本发明的方法利用下行垂直速度场，因为这一选择可以将海洋表面效应不明显地包含到自由表面多次反射预测之中。方程式(1)中的标准SRME方程式现在可以表示为：

$p(x_r,\mathrm{\ω};x_s)=p_p(x_r,\mathrm{\ω};x_s)-\frac{\mathrm{i\ω}}{s\left(\mathrm{\ω}\right)}\∫\mathrm{dS}\left(\mathrm{\χ}\right)p_p(\mathrm{\χ},z_s,\mathrm{\ω};x_r){\tilde{v}}_z^d(\mathrm{\χ},z_s,\mathrm{\ω};x_s),---\left(2\right)$

其中

${\tilde{v}}_z^d(\mathrm{\χ},z_s,\mathrm{\ω};x_s)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}\mathrm{dk}{v}_z^d(k,z_r,\mathrm{\ω};x_s)\exp \{-i{k}_z(z_r-z_s)\}\exp \left\{\mathrm{ik\χ}\right\}---\left(3\right)$

其中，v_z ^d(k，z_r，ω，x_s)是频率-波数域中下行垂直速度波场分量的2D(时间和空间)傅立叶变换，k＝(k_x，k_y)是x轴和y轴方向的水平波数。

方程式(3)中被积函数的第一个指数项exp{-ik_z(z_r-z_s)}是一个外推算子，表示在一个步骤中，下行速度场从接收器水平到震源水平的总的向后外推。换句话说，为了算数上等价说明，该外推项可以分成两项。外推算子中的exp{-ik_zz_r}项现在只与下行速度场v_z ^d从接收器水平z＝z_r到自由表面z＝0的向后外推有关。外推算子中的exp{ik_zz_s}项现在只与上行压力场p^u从震源水平z＝z_s到表面z＝0的向前外推有关。注意，如果数据还打算包含直接波场，下行速度场的向后外推就要包含一个附加项，以补偿由跨越震源水平造成的场中断。在这两者任何一种情况下，下行速度场都不明显地将海洋表面效应带入预测步骤。方程式(3)中的外推算子只需要震源和接收器深度水平之间的距离(z_r-z_s)。因此，本发明的多次反射预测不需要对海洋表面有任何了解，就可以进行震源和接收器之间不同深度水平的处理。

方程式(3)中的第二个指数项exp{ikx}是下行垂直速度场v_z ^d从波数-频率域(k，z，ω)到空间-频率域(x，z，ω)的反转空间2D傅立叶变换的变换核。核中所用的符号规定了如上所述的外推方向的符号规定。垂直速度场分为上行和下行分量，例如方程式(2)和(3)中采用的下行垂直速度v_z ^d，经常出现在波数-频率域的计算中，下面将更详细地描述，以说明本发明的方法。

图1是用来指示垂直速度波场11和压力波场12的两个射线束支柱的示意图，用于多次反射预测方式中，在上述方程式(2)和(3)中曾加以描述。示意图表示了波场射线束与震源深度水平13、接收器水平14、水表面15等的关系。

其次，与经典SRME方法相似，从方程式(2)的泰勒级数展开，建立基尔霍夫分散级数，以获得不含涉及表面的多次反射的压力波场p_p：

p_p(x_r，ω；x_s)＝p(x_r，ω；x_s)-p₁(x_r，ω；x_s)+p₂(x_r，ω；x_s)-...   (4)

其中p是所记录的压力数据，p₁包含已消除的一级多次反射，p₂包含已消除的二级多次反射，等等，重复进行。第n级涉及表面的多次反射预测p_n，在这种迭代方法中，通过用具有已经消除的第n-1级多次反射的压力波场p_n-1，从方程式(2)和(3)的组成部分中替代不含涉及表面的多次反射的压力波场p_p而获得，如下式所示：

$p_n(x_r,\mathrm{\ω};x_s)=-\frac{\mathrm{i\ω}}{s\left(\mathrm{\ω}\right)}\∫\mathrm{dS}\left(\mathrm{\χ}\right)p_{n-1}(\mathrm{\χ},z_s,\mathrm{\ω};x_r){\tilde{v}}_z^d(\mathrm{\χ},z_s,\mathrm{\ω};x_s).---\left(5\right)$

方程式(5)中的第一级多次反射预测，采用原始数据的上行压力场，以及从接收器水平外推到震源水平的原始数据的下行速度场。本发明的这一方法需要来自两个不同记录的两个数据集，从操作的观点看，这是和以反馈理论或以逆分散理论为基础的程序的主要区别。现有的后面这种方法只从压力场预测多次反射。垂直速度场的采用，将前述表面效应引进了多次反射预测。此外，垂直速度场的采用，还引入了所需要的角度相关的换算，这是用其它类型的方法不能轻易补偿的，即使采用了适配减法。

下列讨论描述了用于将波场分离为上行和下行分量的一种示例方法。波场，例如压力场p和垂直速度场v_z，包含一个上行波场分量和一个下行波场分量。例如，压力场p包含一个上行波场分量p^u和一个下行波场分量p^d，表示为：

p＝p^u+p^d.           (6)

下标u和d分别指示波场在任何位置的上行和下行移动方向。同样，垂直速度场v_z包含一个上行波场分量v_z ^u和一个下行波场分量v_z ^d，表示为：

$v_z=v_z^u-v_z^d.---\left(7\right)$

像地震检波器这样的粒子运动传感器具有方向灵敏度(按照惯例，在+z方向正偏转)，而像水听器这样的压力传感器则没有。压力传感器是无定向的。水表面的水/空气界面是地震波的良好反射器，因此水表面的反射系数在数量级上接近于一，对于压力信号的符号为负。因此，从水表面反射的向下传播的波场，相对于向上传播的波场来说，要将相位移动180°。于是，当下行波场信号分量记录为同相时，由靠近设置的地震检波器和水听器检测到的上行波场信号分量就会记录为有180°相位差。在本发明的例证中没有采用的一个替换符号规定中，当下行波场信号分量记录为有180°相位差时，上行波场信号分量将记录为同相。

当水听器记录全方向总波场时，在地震处理中典型采用的垂直地震检波器，只记录单方向波场的垂直分量。波场的垂直分量只等于垂直向下传播的信号的总波场。如果θ是信号波阵面和传感器定向之间的入射角，则按照惯例规定，垂直向上传播的入射角θ＝0。

因此，在本发明的方法中，垂直地震检波器记录的信号v_z，入射角为θ的平面波，必须调节到检测总波场的地震检波器记录的信号，然后，更进一步调节到匹配水听器所记录的压力波场p。这种调节在本发明的方法中通过用适当的波幅换算函数，对垂直地震检波器信号v_z进行换算而完成，例如下面空间-时间域中的w：

$w=\frac{\mathrm{\ρc}}{\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}.---\left(8\right)$

此处，因数ρc是水的声抗，其中ρ是水的密度，c是水的声速。在空间-时间域中，角度相关波幅换算函数w是将地震检波器记录的单向垂直速度场v_z转换为无定向压力波场p的一个多通道滤波器。

在频率-波数域中，垂直速度场v_z的波幅换算函数w₁可以表示为：

$w_1=\frac{\mathrm{\ρ\ω}}{k_z},---\left(9\right)$

其中

$k_z=\sqrt{\frac{{\mathrm{\ω}}^2}{c^2}-k_x^2-k_y^2}---\left(10\right)$

是垂直波数，ω＝2пf是频率f的角频率，k_x和k_y是两个正交水平方向的水平波数。典型地，两个水平方向要在海洋地震勘探的平行线和交叉线方向中选择。

另一方面，在平面波区域，垂直速度场v_z的波幅换算函数

也可以表示为：

${\tilde{w}}_1=\frac{\mathrm{\ρ}}{p_z},---\left(11\right)$

其中

$p_z=\sqrt{\frac{1}{c^2}-p_x^2-p_y^2}---\left(12\right)$

是垂直缓慢度，p_x和p_y是两个正交水平方向的水平缓慢度。

在其他替代实施方案中，波幅换算函数可以在空间-时间域作为一个立体滤波器，通过对方程式(9)的波幅换算函数的频率-波数域表达式w1施加傅立叶逆变换获得，或者通过对方程式(11)的波幅换算函数的平面波表达式

施加Radon逆变换获得。域的选择不作为本发明的限制，仅仅是为了简化说明。

总压力场p，例如由水听器在拖缆传感器位置上记录的总压力场，是上行压力波场分量p^u和下行压力波场分量p^d在传感器位置上的总和，如上文中方程式(6)中所示。垂直速度波场v_z，例如由地震检波器在拖缆传感器位置上记录的垂直速度场，并且通过(负)波幅换算因数-w₁进行换算之后作为压力波场，是上行压力波场分量p^u和下行压力波场分量p^d在传感器位置上的差，在频率-波数域中表示为：

-w₁v_z＝p^u-p^d.             (13)

与之相类似，波幅换算因数w₂，例如w₁的倒数，可以施加到压力波场p，将其转换为垂直速度波场。然后，由地震检波器在拖缆传感器位置上记录的总垂直速度波场v_z，是上行垂直速度波场分量v_z ^u和下行垂直速度波场分量v_z ^d在传感器位置上的差，如方程式(7)中所示。同样，在方程式(13)中，压力波场p，由水听器在拖缆传感器位置上记录并通过波幅换算因数-w₂进行换算之后作为垂直速度波场，是上行垂直速度波场分量v_z ^u和下行垂直速度波场分量v_z ^d在传感器位置的和，在频率-波数域中表示为：

$-w_{2}p=v_z^u+v_z^d.---\left(14\right)$

将方程式(6)和(13)结合，得出一种计算传感器位置的上行压力波场分量p^u和下行压力波场分量p^d的方法，用压力波场p和换算的垂直粒子速度波场w₁v_z表示，按照频率-波数域表示为：

$p^u=\frac{p-w_1{v}_z}{2}---\left(15\right)$

及

$p^d=\frac{p+w_1{v}_z}{2}.---\left(16\right)$

与之相类似，将方程式(7)与(14)结合，得出传感器位置的上行垂直速度波场分量v_z ^u和下行垂直速度波场分量v_z ^d的计算方法，用垂直粒子速度波场v_z和换算的压力波场w₂p表示，在频率-波数域表示为：

$v_z^u=\frac{v_z-w_{2}p}{2}---\left(17\right)$

及

$-v_z^d=\frac{v_z+w_{2}p}{2}.---\left(18\right)$

图5和图6是表示本发明方法的一个实施方案中各步骤的流程图，用于从海洋牵引拖缆中的压力传感器和粒子运动传感器记录的地震数据中减少涉及表面的多次反射。图5表示该方法的开始步骤，图6表示结束步骤。

在步骤51中，从牵引海洋地震拖缆中的压力传感器，例如水听器得到了压力波场的测量结果。仅仅为了便于说明，压力测量结果将被称为水听器信号。

在步骤52中，从放置在牵引海洋地震拖缆中与步骤51中的水听器相邻位置的垂直速度传感器，例如垂直地震检波器得到了垂直速度波场的测量结果。仅仅为了便于说明，垂直速度测量结果将被称为地震检波器信号。

在步骤53中，来自步骤51的压力波场数据被分类为公共接收器集合。

在步骤54中，来自步骤52的垂直速度波场数据被分类为公共震源集合。

在步骤55中，来自步骤52的垂直速度传感器信号被换算来校正压力和垂直速度波场测量的波幅中的相对差。一个与角度相关的波幅换算函数被选来将地震检波器信号的单方向垂直速度波场转换为来自步骤53的水听器信号的无定向压力波场。上文关于方程式(8)～(12)的讨论中，对波幅换算函数已作过说明。

在步骤56中，来自步骤52的压力传感器信号被换算来校正压力和垂直速度波场测量的波幅中的相对差。一个与角度相关的波幅换算函数被选来将水听器信号中的无定向压力波场转换为来自步骤54的地震检波器器信号的单方向垂直速度波场。

在步骤57中，从来自步骤53的压力传感器信号和来自步骤56的已换算的垂直速度传感器信号之间的差，计算在拖缆传感器位置的上行压力波场分量。分散的上行压力波场分量的计算，最好由上文中的方程式(15)得出。这一计算伴随有从震源直接发生的波场的第一次噪声抑制。

在步骤58中，从来自步骤54的垂直速度传感器信号和来自步骤55的已换算的压力传感器信号之间的和，计算在传感器位置的下行垂直速度波场分量。下行分散的垂直速度波场分量的计算，最好由上文中的方程式(18)得出。这一计算伴随有从震源直接发生的波场的第一次噪声抑制。

在步骤59中，来自步骤58的在传感器位置的下行垂直速度波场分量，从传感器位置的深度水平，在时间上向后外推，在空间上向上外推，到达震源位置的深度水平。下行垂直速度波场分量的外推最好如上文方程式(3)的讨论中所说明的那样进行。

在步骤60中，过程进到图6流程图的步骤61，继续进行此程序。

在图6的步骤61中，在空间-频率域，来自图5步骤57的上行压力波场分量乘以来自图5步骤59的外推的下行垂直速度波场分量，得出一个乘积。

在步骤62中，多次反射级的指数n设置为等于1。

在步骤63中，用该乘积计算第n级涉及表面的多次反射。如果n＝1，则乘积来自于步骤61。如果n＞1，则乘积来自于下面的步骤66。第n级涉及表面的多次反射的计算，最好如上所述，通过应用以该乘积作为被积函数的方程式(5)来完成。

在步骤64中，从图5中步骤51中测量的压力波场中，减去步骤63中计算的第n级涉及表面的多次反射，得出第n级不含涉及表面的多次反射的数据。减法最好是一种适配减法，最好用最小二乘法完成。如上文中方程式(4)中说明的，对逐级涉及表面的多次反射，以迭代方式进行这一减法。

在步骤65中，对步骤64中获得的压力波场中多次反射的减少是否充分应加以确定。如果充分，则迭代过程结束。如果不充分，则继续到步骤66。

在步骤66中，步骤64中获得的第n级不含涉及表面的多次反射的数据，乘以来自图5步骤59的外推的下行垂直速度波场分量，得出一个乘积。

在步骤67中，多次反射级的指数n增加1到n+1。其次，过程返回到步骤63，重复进行步骤63～66，获得更高级不含涉及表面的多次反射，采用减法，直至多次反射减少到足够的程度为止。

下面是说明本发明的优点的一个示例。在2005初夏进行了一次海洋地震勘探测试，同时将一个单独的常规拖缆在8米标称深度进行牵引，一个双传感器拖缆在15米深度牵引。常规拖缆数据根据相对简单的处理顺序进行处理，严格遵守不违反有关波场的预想。双传感器拖缆数据首先被分解为上行和下行分散的压力和垂直速度场。然后对各个已分解的波场应用常规拖缆处理中使用的相同处理顺序，进行对比。

双传感器SRME方法对比的基础是NMO叠层部分。图2表示用本发明的方法处理前，双传感器数据的上行压力场的一个NMO叠层。参考数字21所指示的是一些一级涉及表面的多次发射。为了对双传感器牵引拖缆数据应用本发明的方法，采用两个不同的波场来进行自由表面多次反射预测：原始数据的上行压力场以及下行垂直速度场，如方程式(4)和(5)所示。下行速度场从接收器水平向后外推到震源水平。其后，采用适配的最小二乘减法，从上行压力场中减去预测的多次反射。

本发明方法的应用结果见图3和4，与常规拖缆SRME进行对比。图3表示用本发明的方法处理后的双传感器数据的NMO叠层。图4表示用常规方法处理后的常规拖缆数据的NMO叠层。由于具有更可靠的自由表面多次反射预测，双传感器牵引拖缆方法中的多次反射能够更好地被抑制，从而能够更好地保持初级反射。例如图2中21指示的一级涉及表面的多次反射，用常规方法处理后略有抑制，见图4中41；而图3中31就得到好得多的抑制，其原因是应用了本发明的方法。

本发明是一种用于被牵引的双传感器拖缆SRME的方法。所获得的总压力场和总垂直速度场在接收器深度水平被分成上行和下行场。下行速度场和压力场一起用于自由表面多次反射预测。来自上行压力场的适配的最小二乘减法，可以产生自由表面实质上不含多次反射的上行压力。由于采用了下行速度场，通过不明显地将海洋表面变化引入多次反射预测过程，本方法使得多次反射的减少更加可靠。因此，本发明的方法可以正确处理海洋表面及反射系数的波动。

应该理解，前述内容仅仅是对本发明的一个具体实施方案的详细说明，可以根据本文所揭示的内容，对所公开的实施方案做出各种改变、修正及替换而并不脱离本发明的范围。因此，前述说明不表示对本发明范围的限制。相反，本发明的保护范围只能由附属的权利要求书及其等同的技术方案加以限定。

Claims (6)

1.用于处理来自具有粒子运动传感器和压力传感器的牵引的海洋地震拖缆的地震数据的方法，包含：

将粒子运动传感器信号与压力传感器信号进行结合来产生上行压力波场分量和下行粒子运动波场分量；

将下行粒子运动波场分量从接收器位置深度水平外推到震源位置深度水平；

在空间-频率域中，上行压力波场分量乘以外推的下行粒子运动波场分量，得出第一个乘积；

利用第n-1级不含涉及表面的多次反射的压力波场和外推的下行粒子运动波场分量的乘积，迭代计算压力波场中第n级涉及表面的多次反射；以及

从所记录的压力波场中迭代减去计算出来的第n级涉及表面的多次反射，得出第n级不含涉及表面的多次反射的压力波场。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述的粒子运动传感器信号和压力传感器信号的结合包含：

对粒子运动传感器检测到的信号进行换算来匹配压力传感器检测到的信号；

将已换算的粒子运动传感器信号和压力传感器信号相结合来产生上行压力波场分量；

对压力传感器检测到的信号进行换算来匹配粒子运动传感器检测到的信号；以及

将粒子运动传感器信号和已换算的压力传感器信号相结合来产生下行粒子运动波场分量。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述的将粒子运动传感器信号和压力传感器信号结合包含以下初始步骤：

将粒子运动传感器信号分类到公共震源集合；和

将压力传感器信号分类到公共接收器集合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述迭代计算和迭代减去的步骤包含：

将多次反射级指数n设置为等于1；

利用第一个乘积计算第n级涉及表面的多次反射；

从压力传感器信号中减去计算出来的第n级涉及表面的多次反射，得出第n级不含涉及表面的多次反射的数据；

确定第n级不含涉及表面的多次反射的数据中的多次反射是否充分减少；

第n级不含涉及表面的多次反射的数据乘以外推的下行粒子运动波场分量，得到乘积；

将多次反射级的指数n增加1到n+1；

重复进行计算、相减、确定、相乘、增加步骤。

5.根据权利要求1所述的方法，其中粒子运动传感器是垂直速度传感器。

6.根据权利要求4所述的方法，其中对第n级涉及表面的多次反射的计算中，要包含应用下列方程式：

$p_n(x_r,\mathrm{\ω};x_s)=-\frac{\mathrm{i\ω}}{s\left(\mathrm{\ω}\right)}\∫\mathrm{dS}\left(\mathrm{\χ}\right)p_{n-1}(\mathrm{\χ},z_s,\mathrm{\ω};x_r){\tilde{v}}_z^d(\mathrm{\χ},z_s,\mathrm{\ω};x_s),$

其中p_n(x_r，ω；x_s)是第n级涉及表面的多次反射，p_n-1(χ，z_s，ω；x_r)是第n-1级不含涉及表面的多次反射的数据；x_r＝(x_r，y_r，z_r)是笛卡尔坐标中接收器的位置，x_s＝(x_s，y_s，z_s)＝(χ，z_s)是震源位置，i是虚部

ω是角频率，s(ω)是在x_s处的震源符号，z_s是震源水平以及

${\tilde{v}}_z^d(\mathrm{\χ},z_s,\mathrm{\ω};x_s)={\∫}_{-\∞}^{+\∞}\mathrm{dk}{v}_z^d(k,z_r,\mathrm{\ω};x_s)\exp \{-{\mathrm{ik}}_z(z_r-z_s)\}\exp \left\{{\mathrm{ik}}_{\mathrm{\χ}}\right\}$

其中v_z ^d(k，z_r，ω；x_s)是频率-波数域中下行垂直速度波场分量，z_r是接收器水平，k＝(k_x，k_y)是x和y方向的水平波数，k_z是垂直波数，而dk是向量波数k的微分。

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