CN101548200A - 多分量海洋地震电缆允许的宽拖曳 - Google Patents

Abstract

一种用于拖曳阵列、海洋地震勘测的技术，该技术包括一种方法和设备。所述方法包括以下步骤：访问在宽拖曳海洋地震勘测中获取的一组多分量地震数据；和在联络测线方向上插入来自获取的地震数据的一组地震数据，以使组合起来的所获取的和插入的地震数据满足用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的离散空间取样理论的要求。在一些方面，该技术包括使用编程存储介质和/或编程计算机来执行这样的方法。所述设备是一个宽拖曳阵列，包括被电缆间隔所间隔开的多个拖缆，所述电缆间隔大于由离散空间取样理论确定的、用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的最大电缆间距。

Description

多分量海洋地震电缆允许的宽拖曳

技术领域

本发明涉及海洋地震勘测，并且具体地说，涉及拖曳阵列勘测。

背景技术

地震勘测包括勘测用于碳氢化合物沉积物的地下地层。勘测典型地包括在预定位置部署声源和声学传感器。声源将声波传入地层中。由于其传播方式，声波有时是指“压力波”。地层的特征将压力波反射到传感器。传感器接收反射的波，该波被检测、调节并且处理以产生地震数据。地震数据的分析可以指示碳氢化合物沉积物的可能位置。

一些勘测被称为“海洋”勘测，这是因为它们在海洋环境中进行。注意海洋勘测不仅可以在咸水环境中进行，也可以在淡水及海水和淡水混合物中进行。一种海洋勘测可以被称作“拖曳阵列”勘测。在拖曳阵列勘测中，一个勘测船拖曳从勘测船的船尾直线延伸的一排地震电缆。每一个地震电缆或“拖缆”包括提供一些功能的多种仪器。这些仪器中有一些，即典型地被称作“水中听音器”的声接收器接收反射的波并产生上述数据。

在传统的拖曳阵列勘测中，地震电缆通常拖曳50-100米远。本发明说明书源于离散空间取样理论，其规定了用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的最大电缆间距。最大电缆间隔又对整体联络测线接收器阵列覆盖设置了限制，这是因为地震电缆的总数由任何给定的地震船的拖曳能力所限制。

电缆间隔的限制导致了许多重要的结果。例如，它限制了阵列的最大广度，从而增加了勘测船和拖曳阵列为覆盖勘测阵列而必须通过的次数。这增加了勘测的成本。这也对勘测设置了技术限制。例如，它限制了声波在地下地层中的反射体和拖缆的接收器处的入射角度。

本发明旨在解决或至少减少上述的一个或所有问题。

发明内容

本发明包括，在其许多方面和实施例中，一种用于拖曳阵列、海洋地震勘测的方法和设备。更具体地说，该方法包括：访问一组在宽拖曳海洋地震勘测中获取的多分量地震数据；在联络测线方向上插入来自所获取的地震数据的一组地震数据，以使组合起来的所获取的和插入的地震数据符合用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的离散空间取样理论的要求。在一些方面，本发明包括程序存储介质和/或用于执行这样的方法的程序计算机。该设备是一个宽拖曳阵列，包括被电缆间隔所间隔开的多个拖缆，所述电缆间隔大于由离散空间取样理论确定的、用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的最大电缆间距。

附图说明

可以结合附图参考下述说明来理解本发明，图中相同的附图标记指代相同的部件，其中：

图1A和图1B描绘了根据本发明的一个方面来应用的海洋地震勘测；

图2概念性地描绘了用于图1A和图1B的海洋地震勘测的传感器装置；

图3示出了可以在本发明的一些方面中使用的计算设备的硬件和软件架构的选择部分；

图4描绘了在一些实施例中的其上可以应用本发明的一些方面的计算系统；

图5图示了在示例性实施例的描述中应用的笛卡儿坐标系统；

图6图示了根据本发明的一个方面应用的方法的具体实施例；

图7图示了可以迭代以满足离散空间取样理论的技术要求的单个接收器位置的插入；

图8图示了对于图7所示的插入可替换的单个接收器位置的插入；

图9图示了根据本发明的另一方面应用的方法的具体实施例；

尽管本发明可容许各种修改和替换的形式，附图在此以实例的形式图示了详细描述的具体实施例。然而，应该理解为此处对具体实施例的说明不旨在将本发明限制为公开的具体形式，而相反，在由所附的权利要求限定的本发明的实质和范围内，旨在覆盖所有修改、等同和替换形式。

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，本说明书中不描述实际应用的所有特征。当然要意识到在对任何这样的实际实施例的改进中，许多具体应用的决定是为了达到研制者的具体目标，诸如服从系统相关和商业相关的限制，这对每一个应用都不同。此外，还应意识到这样的研制工作，即使复杂并且耗时，也是收益于本发明的本领域普通技术人员采取的常规工作。

总体来讲，在第一方面中，本发明包括使用“宽拖曳”阵列获取地震数据的一种方法和设备。“宽拖曳”阵列是其中电缆间隔超过了由离散空间取样理论确定的用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的最大电缆间距的阵列。总体来讲，这是指联络测线电缆间距超过了约100m的阵列。从获取的数据插入/外推另外的数据以满足离散空间取样理论的技术要求。获取的数据和插入/外推的数据一起合理地逼近从传统的拖曳阵列检测得到的数据。然而，组合的数据可以被更经济地获取并且提供传统地获取的拖曳阵列数据所不具备的技术优点。

在示例性实施例中，由于下述使用的插入/外推技术，该方法基于多分量地震数据的获取。图1A和图1B图示了拖曳阵列勘测101中的拖曳阵列勘测系统100，这两张图是本发明的各个方面的示例性实施例。在该具体实施例中，勘测系统100总体包括由其上是计算设备109的勘测船106拖曳的阵列103。拖曳阵列103包括8个海洋拖缆112(仅示出了一个)，例如，其中每一个海洋拖缆可以有6km长。注意拖曳阵列103中的拖缆112的数目不是本发明实施的实质。因此，可供替换的实施例可以应用不同数目的拖缆112。在一些实施例中，与传统距离例如700m相对，阵列103的最外面的拖缆112可以分开例如差不多770m-1120m。

注意此处讨论的距离是“近似的”。此处使用的术语“近似的”是指本领域公知的含义，即难以始终如一地在整个地震勘测101中保持拖缆112的位置。在地震勘测101中，诸如潮汐和风的环境条件有时将全部或部分拖缆112推离其想要的位置。因此，如下所述，拖缆112包括定位装置以帮助抵消这些类型的因素。尽管如此，从想要的位置偏移还是会发生并且它们可以影响联络测线电缆间隔。术语“近似的”反映了这个现实并且在上下文中表明从修正的距离的偏移在工业中的人员可以普遍接受的程度之内。

拖曳阵列103是宽“阵列”，这是由于拖缆112被“宽”联络测线电缆间隔所间隔开。本领域技术人员应意识到最大电缆间隔是进行勘测所使用的地震信号的频率的函数。因此，上述100m的示例性传统联络测线电缆间隔是根据传统实施中典型地使用的信号频率，例如6Hz-120Hz确定的。相似地，770m-910m的示例性联络测线广度是那些相同频率的函数。如果显著不同的频率被用于地震勘测信号，最大联络测线间隔的实际距离将因此而变化。因此，根据本发明联络测线间隔是否是“宽”的不完全是距离的函数，而是相对于在没有实施本发明的传统的实施中达到的距离的距离的函数。

如图所示，地震源115也在被勘测船106所拖曳。注意，在可供替换的实施例中，地震源115可以不被勘测船106所拖曳，而是被第二艘船(未示出)所拖曳，悬挂在浮标(未示出)上，或者以本领域中熟知的其它方式部署。熟知的地震源包括诸如爆炸物和气枪的脉冲源、以及发射具有更可控的振幅和频谱的波的振动源。使用本领域熟知的任何这样的源来实现地震源115。在示例性的实施例中，地震源115包括气枪或气枪阵列。

在每一个拖缆112的前面是一个偏转器118，并且在每一个拖缆112的后面是一个拖尾浮标120(仅示出了一个)。偏转器118水平地或在联络测线方向上定位离勘测船106最近的拖缆112的前端113。拖尾浮标120在离勘测船106最远的拖缆112的尾部114处产生拖拉。由偏转器118和拖尾浮标120在拖缆112上产生的张力导致图1所示的拖缆112的大体线性形状。

在偏转器118和拖尾浮标120之间是多个被称为为“吊舱”122的地震电缆定位装置，吊舱122以规律的间隔，诸如每200到400米沿地震电缆设置。在该具体实施例中，吊舱122用于控制拖曳拖缆112的深度，典型地为几米。在一个具体实施例中，由受让人Western Geco在它们的地震勘测中所使用的Q-fin^TM可控吊舱来实现可控吊舱118。

设计、操作和使用这样的可控吊舱的原理可在根据专利合作条约由斯伦贝谢公司(Services Petroliers Schlumberger)作为发明人Oyvind Hillesund等的受让人于1999年9月28日提出的PCT国际申请WO 00/20895，“用于定位海洋地震拖缆的控制系统(ControlSystem for Positioning of Marine Seismic Streamers)”(“′895申请”)的申请中找到。然而，可以使用任何类型的可控装置。例如，以作为发明人Simon Bittleston的受让人Geco AS的名义于1997年12月19日提出的PCT国际申请No.WO 98/28636，“用于控制海洋地震拖缆的控制装置(Control Devices for Controlling the Position of a MarineSeismic Streamer)”(“′636申请”)的申请中公开的第二实施例。在一些实施例中，甚至可以省略吊舱118。

拖缆112还包括沿其长度分布的多个探测仪124(仅示出了一个)。在示例性的实施例中，探测仪124包括本领域中已知的声学传感器200(例如水中听音器)和质点运动传感器203，这两个都在图2中概念性地示出了。质点运动传感器203不仅勘测通过的波阵面的振幅，还可以勘测它们的方向。质点运动传感器的感应元件可以是例如速率计或加速计。下述文件公开了合适的质点运动传感器：

●以发明人S·R·L·藤哈姆和A·施藤策尔的名义于2004年3月3日提出的美国申请序列号为10/792511，发明名称为“用于海洋地震传感器拖缆的质点运动传感器(Particle Motion Sensor for MarineSeismic Sensor Streamers)”的申请(于2005年9月8日公开，公开号为2005/0194201)；

●以发明人S·R·L·藤哈姆等的名义于2002年8月30日提出的美国申请序列号为10/233266，发明名称为“多分量海洋地球物理数据收集的装置和方法(Apparatus and Methods for MulticomponentMarine Geophysical Data Gathering)”的申请(于2004年3月4日公开，公开号为2004/0042341)；以及

●于1966年11月1日发表的美国专利证书3283293，发明人为G.M.Pavey，Jr等，发明名称为“质点速度检测器和用于消除对其应用的运动干扰的效果的装置(Particle Velocity Detector and Meansfor canceling the Effects of Motional Disturbances Applied thereto)”的专利。

本领域熟知的任何合适的质点运动传感器可用于实现质点运动传感器203。因此，可以区分诸如反射135的表示向上传播的波阵面和诸如多次反射150的向下传播的波阵面。

总体来讲，希望在离声学传感器200获取的地震数据的点尽可能近的位置进行质点运动传感器203的噪声勘测。噪声数据获取和地震数据获取之间的距离越大意味着在地震数据获取的点的噪声的勘测的准确度越小。然而，也没有必要在探测仪124之内将质点运动传感器203与声学传感器200设置在一起。质点运动传感器203只需要在离声学传感器200足够近的位置以使其获得的噪声数据合理地表示获取的地震数据的噪声分量。

探测仪124的传感器通过拖缆112的电线发送表示检勘测的数据。可通过分离的线发送来自声学传感器200和质点运动传感器203的数据。然而，这对于本发明的实施不是必需的。但是，大小、重量和功率的限制将典型地使其如想要的那样。因此，质点运动传感器203产生的数据需要与地震数据交织。用于将信息与其交织的技术在本领域中是熟知的。例如，两种数据可以被多路复用。可以使用本领域中熟知的用于交织数据的任何合适的技术。

因此，通过地震电缆将由探测仪124的传感器产生的数据传送至计算设备109。本领域技术人员将意识到在地震勘测期间，拖缆112将来来往往地发送各种信号。例如，功率被发送至电子元件(例如声学传感器200和质点运动传感器203)，控制信号被发送至定位元件(未示出)，并且数据被发送回船110。为了这个目的，拖缆112提供了许多线(即功率线206、命令和控制线209和数据线212)，可以通过这些线发送数据。本领域中的人员还将意识到有许多技术可以用于实现该目的，这些技术可以改变线的数目。此外，拖缆112还典型地包括诸如加强部件(未示出)的其它结构，为了清楚起见省略了这些结构。

回到图1A和图1B，计算设备109接收地震数据(水中听音器和质点运动传感器数据)并且记录了该数据。质点运动传感器数据被记录在例如数据存储装置中，该数据存储装置可以具有本领域熟知的任何数据结构。然后与水中听音器数据一起处理质点运动传感器数据，以例如抑制不想要的倍数(multiples)。计算设备109与勘测船106的导航系统(未示出)通过接口连接。根据导航系统，计算设备109获得了诸如拖曳方向、拖曳速率和当前方向和勘测的当前速率的全系统参数的估计值。

在示例性的实施例中，计算设备109监视吊舱122每一个的实际位置并利用拖缆112的想要的位置或拖缆112之间的想要的最小间隔进行编程。可以使用本领域中熟知的各种技术得到吊舱122的水平位置。使用附于吊舱122的压力传感器(未示出)典型地监视吊舱122的垂直位置或深度。

尽管来自拖尾浮标120的拖拉倾向于保持拖缆112是直的，并且尽管吊舱122可以帮助控制拖缆112的位置，诸如风和水流的环境因素还是可以改变它们的形状。这又影响探测仪124的位置、从而影响传感器200、203的位置(如图2所示)。可以使用本领域熟知的各种技术中的任何一个来确定拖缆112的形状。例如，基于卫星的全球定位系统(“GPS”)可以用于确定设备的位置。可以利用在拖缆前部和尾部的GPS接收器(未示出)使用全球定位系统(“GPS”)、或差分GPS。除了基于GPS的定位，通过声定位系统监视拖缆和拖缆部分的相对位置，所述声定位系统包括发送并接收声或音速信号的音速收发器123(仅示出了一个)的网络。

还参考图1A-图1B，在预定图案的勘测区域上勘测船106拖曳阵列103。预定图案基本包括多个“航线”，勘测船106将沿所述“航线”拖曳阵列103。因此，在勘测期间的任何给定时间，勘测船106都将在沿预定航线153拖曳着阵列103。地震源115根据勘测船106拖曳阵列103的传统实施产生多个地震勘测信号。地震勘测信号125传播并被地下地层130反射。地层130具有地震反射体145。受益于本发明的本领域人员将意识到勘测的地层可以更复杂。例如，可以呈现具有多个陷落事件的多个反射体。为了清楚起见，图1A-图1B省略了这些附加的复杂层，以使本发明明白易懂。传感器200、203以传统的方式检测从地层130反射的信号135。

然后，探测仪124中的传感器200、203(图2所示)产生表示反射135的数据，并将地震数据嵌入到电磁信号中。注意，产生的数据是多分量地震数据，并且在该具体实施例中，该数据包括压力数据和质点运动数据。将传感器200和203产生的信号通信至计算设备109。计算设备109收集地震数据以进行处理。计算设备109位于勘测船110的中央。然而，本领域技术人员应意识到在可供替换的实施例中计算设备109的各个部分可以全部或部分地分布在例如地震记录阵列105上。

计算设备109可以处理地震数据本身，存储地震数据以稍后进行处理，将地震数据发送至远程地点以进行处理，或上述几种处理的组合。典型地，处理在勘测船106上进行，或由于想要保持产量稍后进行，而不在勘测船106中进行。因此，根据本发明，数据被存储在便携磁存储介质中(未示出)或从勘测船106无线地发送至处理中心以进行处理。典型地，在海洋勘测中是通过卫星链路142和卫星143。注意一些可供替换的实施例可以使用多数据收集系统120。

在一个方面中，本发明是软件实现方法。图3示出了本发明的一些方面中可以使用的计算设备300的硬件和软件架构的选择部分。计算设备300包括通过总线系统315与存储装置310进行通信的处理器305。存储装置310可以包括硬盘和/或随机存取存储器(“RAM”)和/或诸如软磁盘317和光盘320的可移除存储装置。

利用获取的地震数据325和插入的地震数据326对存储装置310进行编码。获取的地震数据325是相对于图2如上所述获取的。获取的地震数据325是多分量数据，并且在该具体实施例中，包括来自传感器200和203的数据。尽管插入的地震数据也被示为在存储装置310上被编码，如下所述，这对于本发明的实施不是必需的。

利用操作系统330、用户接口软件335和应用365也可以对存储装置310编码。用户接口软件355与显示器340相结合实现用户接口345。用户接口345可以包括诸如键区或键盘350、鼠标355或操纵杆360的外围I/O装置。处理器305在操作系统330的控制下运行，操作系统330可以是实际上本领域熟知的任何操作系统。应用365基于操作系统330的实施在启动、重启、或两者之后被操作系统330调用。当被调用时，应用365执行本发明的方法。用户可以通过用户接口345以传统方式调用该应用。

注意获取的地震数据325不需要与处理该数据的应用365一样驻留在相同的计算设备300上。因此，可以在计算系统上实现本发明的一些实施例，例如图4中的计算系统400，包括不只一个计算设备。例如，获取的地震数据325可以以驻留在服务器403和应用365’上的数据结构驻留，所述应用365’在工作站406上处理所述数据，其中在工作站406上计算系统400使用联网的客户/服务器结构。此外，尽管基线组326被示出驻留在服务器403上，获取的地震数据325和插入的地震数据组326不需要一起驻留。

然而，计算系统400不需要联网。可供替换的实施例可以使用例如对等结构或对等和用户/服务器结构的某种混合。计算系统400的大小和地理范围不是本发明的实质。大小和范围可以是从位于相同房间内的局域网(“LAN”)的几个机器到企业计算系统中全球分布的成百上千个机器中的任何一种。

回到图3，获取的地震数据325包括如上所述获取的多分量地震数据。注意对于本发明的实施，获取的地震数据325不必需是最新获取的。获取的地震数据325可以是已经存档有一段时间的“遗留”地震数据，只要该数据是多分量地震数据。

如之前已经注意到的，当传统地处理时，在拖曳阵列103中的拖缆112的电缆间隔超过了由离散空间取样理论确定的用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的最大电缆间距。也就是说，获取的地震数据325对联络测线方向上的通过波阵面进行了不充分地取样。因此，本发明插入另外的数据，即插入的地震数据326以抵消这个缺陷。

因此，一方面，本发明包括宽拖曳阵列，所述宽拖曳阵列包括以超过由离散空间取样理论确定的用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的最大电缆间距的电缆间隔间隔开的多个拖缆。在示例性实施例的宽拖曳阵列中，拖缆包括电缆；沿电缆设置的声学传感器；与声接收器协同定位的质点运动传感器；定位装置；以及位置确定装置。在示例性实施例中，宽拖曳阵列还可以包括发射0Hz-200

Hz范围内的地震勘测信号的声源。因此，拖缆被间隔开的最大电缆间隔超过了约100m并且可能在约110m-130m的范围内。

另一方面，本发明包括图6所示的方法600，该方法包括部署宽拖曳阵列(在603)；以预定图案在勘测区上拖曳宽拖曳阵列(在606)；并且利用宽拖曳阵列在其被拖曳的同时获取多分量地震数据(在609)。在示例性的实施例中，部署宽拖曳阵列包括以约110m-约130m的最大电缆间隔部署拖缆的阵列。在示例性的实施例中，获取多分量地震数据包括获取压力数据和质点运动数据。

如上所述，在获取的数据上插入/外推另外的数据以满足离散空间取样理论的技术要求。此处描述的插入技术允许使用超过由离散空间取样理论确定的用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的最大电缆间距的最大电缆间隔。本领域中已经长时间地体会到了需要将痕量记录插入或外推到接收器的区域空白中。通常，波场及其导数仅在多个离散的位置是已知的。然而，在实际应用中，经常需要使用插入、外推或插入和外推的组合(有时被称为内插)，将波场的知识延伸到其它点。在此处使用的术语“插入”将总体指代插入、外推和内插中的任何一种，除非注释具体指除外推和内插之外的插入。

Johan Olof Anders Robertsson于2004年6月21日提出的发明名称为“多分量地震拖缆记录的插入和/或外推(Interpolation and/orExtrapolation of Multi-Component Seismic Streamer Recordings)”、公开日为2005年11月23日的英国专利申请GB2414299A(“299’申请”)中公开了一种合适的插入技术。此申请在此通过引用而被并入，如同其关于插入/内插的教导被逐字在此陈述过一样。

为了进一步理解本发明，在此摘录‘299申请的选择部分。在这个具体技术中，使用来自多分量拖缆的勘测数据导出插入或外推远离拖缆的位置的压力数据的滤波器。该滤波器可以部分地基于压力数据的扩展级数。扩展级数总体被定义为用在一个点或围绕一个点的空间的函数或数据组的渐增的高阶导数的和来表示该函数或数据组。

最常用的扩展级数之一是泰勒级数。而泰勒级数总体不适用于大距离的外推振动函数，该技术基于这样的实现：在地震应用中波以近于垂直的入射到达接收器。对于某些应用，特别是对于在数据组的已知点之间的插入，本发明的另一种优选形式是使用具有修改的权重的泰勒级数，更优选地使用被称作重心或三角权重的权重。

尽管已经在地震理论中提出了扩展级数，在实际应用中扩展级数是严重受限制的，这是因为这样的扩展导致难以评估的联络测线项。缺少准确的质点速率导致进一步的问题：没有这些数据，内插和外推造成的误差使得结果不可靠。现在已经发现多分量拖缆能够提供与数据直接或间接相关的准确的质点速率。在一个实施例中，滤波器或扩展级数中数据的第一阶联络测线导数仅替换为波场量的主测线勘测。在另一个实施例中，滤波器或扩展级数中数据的第二阶联络测线导数进一步替换为波场量的主测线导数和勘测。扩展级数的第一阶是准确的，更优选地其第二阶扩展项也是准确的。希望将级数扩展为波场量的可用勘测允许的最高阶。然而，项包括越来越多的勘测数据的复杂的导数。从而，这样的扩展被优选地限制到可被准确地勘测的数据替换或表示的项。

更技术地说，在勘测100期间，间或地激活源115，如图2A所示传感器200、203在频率和时间窗内“听”诸如由发射的波场的路径中的地震特征引起的反射和/或折射信号的声信号。作为这样的勘测的结果，在位置x，y和时间t处获得一组压力数据P(x，y，t)和一组速率相关数据：

V(x，y，t)＝(V_x(x，y，t)，V_y(x，y，t)，V_z(x，y，t))          (1

其中该组速率相关数据是通过使用拖缆的多分量能力获得的。注意记录的数据总体仅沿跟随拖缆的3D空间中的1D曲线可用。典型地，拖缆在大致恒定的深度z大约位于xy平面内。速率是具有例如x、y和z方向的分量的向量。坐标是笛卡尔坐标，如图5所示，其中x作为与拖缆112的主轴线平行的主测线方向，并且y作为与拖缆112的轴线垂直并与(理想)海面或海平面平行的联络测线方向，其中平行拖缆在所述(理想)海面或海平面中被拖曳。z方向被取为垂直并正交于x和y。

应用公知的泰勒定理，可以将解析波场外推以远离波场及其导数是已知的位置：

$P(x+\mathrm{\Δx},y+\mathrm{\Δy}=P(x,y)+[\mathrm{\Δx}{\∂}_{x}P(x,y)+\mathrm{\Δy}{\∂}_{y}P(x,y)]$

$\frac{1}{2!}[{\left(\mathrm{\Δx}\right)}^2{\∂}_{\mathrm{xx}}P(x,y)+2\mathrm{\Δx\Δy}{\∂}_{\mathrm{xy}}P(x,y)+{\left(\mathrm{\Δy}\right)}^2{\∂}_{\mathrm{yy}}P(x,y)]+$

                                         (2

$\frac{1}{3!}[{\left(\mathrm{\Δx}\right)}^3{\∂}_{\mathrm{xxx}}P(x,y)+3{\left(\mathrm{\Δx}\right)}^2\mathrm{\Δy}{\∂}_{\mathrm{xxy}}P(x,y)+3\mathrm{\Δx}{\left(\mathrm{\Δy}\right)}^2{\∂}_{\mathrm{xyy}}P(x,y)+{\left(\mathrm{\Δy}\right)}^3{\∂}_{\mathrm{yyy}}P(x,)]$

$+O\left({\mathrm{\Δ}}^4\right)$

其中O(Δⁿ)表示泰勒扩展中忽略的项的阶(在等式(2)中n＝4)，并且操作符

表示空间偏导数-在本例中是相对于x方向。泰勒级数是无限的并且对于远离波场及其导数是已知的位置的任何距离的外推都是有效的。通过截断泰勒级数来限制外推的范围。在下述实例中，压力数据被外推。

运动的一般等式的应用产生：

${\∂}_{x}P(x,y)=\mathrm{\ρ}{\stackrel{\·}{V}}_x(x,y)---(3$

和

${\∂}_{y}P(x,y)=\mathrm{\ρ}{\stackrel{\·}{V}}_y(x,y),---(4$

其中

分别表示Vx和Vy的时间导数，ρ是水的密度。使用等式(4)替换压力的联络测线导数，可获得压力的远离多分量拖缆的第一阶准确的泰勒扩展所需要的所有项：

$P(x+\mathrm{\Δx},y+\mathrm{\Δy})=P(x,y)+[\mathrm{\Δx}{\∂}_{x}P(x,y)+\mathrm{\Δy\ρ}{\stackrel{\·}{V}}_y(x,y)]+O\left({\mathrm{\Δ}}^2\right).---(5$

在等式(5)中，存在是否通过等式(3)将关于压力的主测线导数表示为质点速率的主测线分量的导数的选择。然而，在本实例中，始终使用压力的主测线导数。可以将等式(5)的变量应用于z方向上的扩展。

从在海面的附近(例如在6米深处)拖曳的多分量拖缆的压力的第二阶联络测线导数可以表示为：

${\∂}_{\mathrm{yy}}P(x,y)=$

                               (6

$\frac{3}{1+\frac{2}{15}{k}^2{h}^2}[\frac{k\cot \left(\mathrm{kh}\right)}{h}P(x,y)-\frac{\mathrm{i\ω\ρ}}{h}{V}_z(x,y)]-$

${\∂}_{\mathrm{xx}}P(x,y)+O\left(h\right)$

等式(6)被表示为空间-频率域，h表示作为时间和空间的函数的每一个记录元件的瞬间深度，并且k＝ω/c是波数目，其中ω是角速度，c是水中的速率。为了应用于时间不同的风大浪急的海面，使用了使用等式(6)的压缩滤波器的空间-时间实施。这可以通过由缩短的泰勒扩展(等于时间域中的时间导数)近似等于取决于k的项、或者通过重叠其中浪高在每一个窗内都被认为是恒定的三角窗来成功地实现。

结合等式(2)、等式(4)和等式(6)，可以将远离多分量拖缆的压力的泰勒扩展写为精确到第二阶：

$P(x+\mathrm{\Δx},y+\mathrm{\Δy})=$

$P(x,y)+[\mathrm{\Δx}{\∂}_{x}P(x,y)+\mathrm{\Δy\ρ}{\stackrel{\·}{V}}_y(x,y)]$

$+\frac{1}{2}[{\left(\mathrm{\Δx}\right)}^2{\∂}_{\mathrm{xx}}P(x,y)+2\mathrm{\Δx\Δy\ρ}{\∂}_x{\stackrel{\·}{V}}_y(x,y)]$

$+\frac{{\left(\mathrm{\Δy}\right)}^2}{2}[\frac{3}{1+\frac{2}{15}{k}^2{h}^2}[\frac{k\cot \left(\mathrm{kh}\right)}{h}P(x,y)-\frac{\mathrm{i\ω\ρ}}{h}{V}_z(x,y)]-{\∂}_{\mathrm{xx}}P(x,y)]$      (7

$+O\left({\mathrm{\Δ}}^3\right)$

已经导出以可勘测数据表示的第一和第二阶泰勒扩展的表达式，这些表达式可用作为滤波器应用于关于地震勘测和数据分析的各种问题。一个实际的滤波器可以通过导数的对应的有限差近似值来逼近诸如导数的分析表达式。

因此，根据本发明用于滤波器的应用大致包括使用多分量拖缆获得多分量数据，使用具有如上替换的联络测线项的扩展等式并使用合适的计算装置来确定插入或外推数据。

这些问题中的第一个涉及沿拖缆方向上的压力数据的插入和内插以得到在接收器的位置之间的占的数据集的值。在已知波场及其导数中的一些的值的两个点之间插入波场的问题在一维上是公知的，并且可以通过使厄密多项式与数据相适应来解决。

如果P和V_x都被记录，则多分量拖缆将在主测线勘测中具有一些冗余。可以使用该冗余以使多分量拖缆中的噪声衰减。对于存在P和V_x的记录值的情况，并且为了通过滤波来抑制P上的噪声，最大所需传感器间距可以放松，如果可以通过插入产生足够密集的数据值的栅格。由于水中听音器分量上的噪声将被空间混淆，该方法可以需要一个用于一旦已知压力分量上的噪声即可预测水中听音器分量上的噪声的模型。

厄密多项式允许我们在x＝x₀和x＝x₁之间插入根据相邻的P和V_x记录的P数据，即使可以在P记录本身上空间混淆传播得最慢的噪声模式：

$P(x,y_0)=P(x_0,y_0)(2s^3-3s^2+1)+P(x_1,y_0)(-2s^3+3s^2)+$           (8

$\mathrm{\ρ}{\stackrel{\·}{V}}_x(x_0,y_0)(s^3-2s^2+s)+\mathrm{\ρ}{\stackrel{\·}{V}}_x(x_1,y_0)(s^3-s^2)$

其中厄密多项式被写作下式的函数：

$s=\frac{(x-x_0)}{(x_1-x_0)}---(9$

第二个应用是远离拖缆的外推。

为了将压力数据外推以远离多分量拖缆，但又不进入另一个多分量拖缆的方向中，可以沿拖缆向到外推数据的点具有最短的距离的沿拖缆的点应用一维厄密插入。可以通过计算具有光谱精确度的泰勒外推(等式(5)或等式(7))所需要的不同的项在拖缆方向上的导数将沿拖缆的插入执行到任意精确度，只要所需要的项没有空间混淆。然而，厄密插入不能任意延伸，这是因为在包括更高阶的导数的同时将放大更多噪声。

第三个问题涉及两个多分量拖缆之间的压力数据的插入和内插。厄密插入很可能不能在拖缆之间联络测线使用，这是因为用于后续的泰勒外推的项可能被混淆。取而代之，对于这个特殊的情况，需要得到泰勒内插公式的修改形式以限制相邻拖缆之间的外推波场。

如果波场及其导数在三角形的角处已知并且想要将波场插入到三角形内部的一个点，则第一种可能的方法是对三个点中的每一个使用2D泰勒扩展(等式(1))，然后根据它们的重心权重线性插入或加权三个值。然而，已经示出了这将导致内插的波场具有比可以达到的小一级的精确度，如果稍微修改泰勒扩展系数使得插入值与在三角形的所有角处的数据一次不止一个地相适应。修改的泰勒扩展的实例可以例如在D.Kraaijpoel近期的论文“地震放射场和放射场地图：理论及算法(Seismic Ray Fields and Ray Field Maps：Theory andAlgorithms)”，乌得勒支大学(Utrecht University)(2003)中找到。

因此，为了在两个多分量拖缆之间内插波场，接收器位置的域被分成三角形，以使在两个拖缆中间的每一个点都落于每一个角都具有接收器位置的三角形之内。然后使用修改的泰勒扩展将波场从三个记录位置中的每一个外推至内部的点。然后使用重心(三角形)权重平均数据。压力的第一和第二阶修改的泰勒扩展是(见例如kraaijpoel，2003)：

$\tilde{P}(x+\mathrm{\Δx},y+\mathrm{\Δy})=P(x,y)+\frac{1}{2}[\mathrm{\Δx}{\∂}_{x}P(x,y)+\mathrm{\Δy\ρ}{\stackrel{\·}{V}}_y(x,y)]+O\left({\mathrm{\Δ}}^2\right)---\left(10\right)$

对于第一阶扩展和第二阶扩展

$\tilde{P}(x+\mathrm{\Δx},y+\mathrm{\Δy})=$

$P(x,y)+\frac{2}{3}[\mathrm{\Δx}{\∂}_{x}P(x,y)+\mathrm{\Δy\ρ}{\stackrel{\·}{V}}_y(x,y)]$

$+\frac{1}{6}[{\left(\mathrm{\Δx}\right)}^2{\∂}_{\mathrm{xx}}P(x,y)+2\mathrm{\Δx\Δy\ρ}{\∂}_x{\stackrel{\·}{V}}_y(x,y)]$              (11)

$+\frac{{\left(\mathrm{\Δy}\right)}^2}{6}[\frac{3}{1+\frac{2}{15}{k}^2{h}^2}[\frac{k\cot \left(\mathrm{kh}\right)}{h}P(x,y)-\frac{\mathrm{i\ω\ρ}}{h}{V}_z(x,y)]-{\∂}_{\mathrm{xx}}P(x,y)]$

$+O\left({\mathrm{\Δ}}^3\right).$

与传统的泰勒扩展(等式(5)和等式(7))相比，等式(10)和等式(11)的项前具有不同的系数。当在2D中插入数据并且不是用于外推时最好使用等式(10)和等式(11)。当在高度退化的三角形上的拖缆之间内插时也可以使用三角形化。这样的三角形的一边由接收器间距形成而其余两边由拖缆之间大得多的距离确定。因此，上述等式可以应用于Δx→0的极限。

可以对其应用根据本发明的方法的第四个问题是在源偏移的附近内插压力数据。

这是对于在多抑制的场中的应用特别重要的一种特殊情况。总体来讲，勘测从图1所示的多个相邻拖缆获取数据。但是在源附近的区域中没有获得数据。然而，在源位置，可以在插入中使用对称条件以使压力数据相对于源的位置对称。换句话说，远离源位置的波场的泰勒扩展将只包括对称的偶数项，而没有反对称的奇数项。对于直达波和地球的一维(1D)模型来说该意见是正确的，但对于地下有变化的情况，该意见不成立。然而，对称性可能对于到附近的偏移的外推是另一个有力的限制。如果已知近场源标记(例如通过使用WesternGeco的CMS^TM技术)，则可以添加这样的信息以限制直接到达的插入。

最后，另一个特殊情况是与仅记录P数据(P和所有的主测线空间导数是已知的)的传统的拖缆平行地被拖曳的多分量拖缆。对于这种情况，上述限制外推的泰勒内插公式的修改形式也可以受益于沿传统拖缆的压力波场及其主测线导数已知这一事实。

因此，多分量拖缆包括压力记录和质点运动的记录。运动等式教导我们如何根据质点运动记录直接计算压力数据的梯度，见′299申请。另外，注意在’299申请中，当在海面附近拖曳多分量拖缆时也可以计算压力波场的拉普拉斯算子。当可获得压力波场的第一和可能更高阶导数时，我们可以依靠插入技术提供更好的空间取样数据(根据尼奎斯特取样定理)，即使多分量拖缆本身相隔太远而无法允许仅使用压力数据的插入。

注意，然而，’299申请中首先公开的插入/外推技术是可以实现本发明的一种技术。根据其在其它上下文中的使用，其它合适的技术在本领域中也是已知的。可以使用本领域中公知的任何合适的技术将获取的多分量地震数据插入/外推到想要的源/接收器位置。

图7图示了对于地震勘测101中的单个接收器位置603，到基线勘测601中的对应的接收器位置606的一个插入。注意上述公开的插入/外推技术在多维中操作。在图7中，如虚线的箭头所图示的，在主测线和联络测线方向上都将接收器位置606插入到位置603。然而，之前提到过，该插入是软件实现的处理技术的结果。图7图示的实施例仅在主测线和联络测线方向插入，但该技术还可应用于在垂直或z轴方向上的插入。

图8图示了对于地震勘测101中的单个接收器位置803和基线勘测601中的对应的接收器位置806的可替换的插入。此处电缆间隔超过了额定的110m-130m的距离，在该距离上，上述公开的插入方法准确地并且可靠地在主测线、联络测线、垂直维度中的一个或多个进行插入/外推。然而，偏移不超过额定范围的两倍，或160m。在图8中，接收器位置803、806在主测线和联络测线方向上被插入/外推至以虚线的箭头图示的这两个位置中间的位置809。然而，之前提到过，该插入/外推是软件实现的处理技术的结果。图8图示的实施例仅在主测线和联络测线方向上插入/外推，但该技术还可应用于在垂直或z轴方向上的插入/外推。

因此，另一方面，本发明包括图9中图示的方法900，包括访问在宽拖曳海洋地震勘测中获取的一组多分量地震数据(在903)；在联络测线方向插入来自获取的地震数据的一组地震数据(在906)，以使结合的获取的和插入的地震数据满足对于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的离散空间取样理论要求。在示例性实施例中，访问地震数据可以包括访问遗留数据，并且获取的地震数据可以包括压力和质点运动数据。插入联络测线地震数据可以包括将联络测线数据插入到从获取的数据被获取的位置偏移约110m-160m的位置。插入联络测线地震数据还可以包括将联络测线数据插入到两个联络测线位置中间的一个点，在该点处根据在这两个联络测线位置获取的地震数据获取地震数据。

如上所述，此处详细的说明的一些部分是以包括计算系统或计算装置的存储装置内的数据位的操作的符号表示的软件实现处理的形式呈现的。这些说明和表示是本领域人员使用的能最有效地将他们的工作的实质传达给本领域其它的人员的工具。处理和操作要求对物理量的物理操纵。通常，尽管不是必需的，这些量的形式是能够被存储、传送、组合、比较和其它操作的电、磁或光信号。主要出于通用的原因，有时已经证明将这些信号称作位、值、元素、符号、字符、术语、数字之类是方便的。

应该注意，然而，所有这些和相似的项将与适当的物理量相结合并且仅仅是施加于这些量的方便的标签。除非特别声明或显而易见，在本发明中这些说明是指电子装置的行为和处理，该电子装置操纵并将一些电子装置的存储装置中的表示为物理(电子、磁或光)量的数据变换为存储装置中、或传输中、或显示装置中相似地表示为物理量的其它数据。表示这样的说明的术语的无限制的例子有“处理”、“计算机计算”、“计算”、“确定”、“显示”等。

还应注意，发明的软件实现的方面典型地在一些形式的程序存储介质上编码，或在一些类型的传输介质中实现。程序存储介质可以是磁性的(例如软盘或硬驱动器)或光学的(例如，压缩盘只读存储装置或“CD-ROM”)，还可以是只读的或随机存取的。相似地，传输介质可以是双绞线、同轴电缆、光纤、或本领域中熟知的一些其它合适的传输介质。本发明不限于这些方面的任何给定实现。

本发明因此陈述了通过比传统的拖曳阵列所使用的“更宽”、或具有更大的最大电缆间距的拖曳的多分量接收器电缆或拖缆记录的海洋地震数据的新的使用。具体地说，本发明揭示了在获取中获得的在改进的勘测效率、上好的图像质量和减少的相关噪声方面的益处，以及这些类型的声勘测的使用。

例如，在传统的海洋地震获取中，地震电缆通常以大约50-100米的间隔被拖曳。该设计规格源于离散空间取样的理论，该理论规定了用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的最大电缆间距。最大电缆间隔又对整体联络测线接收器阵列覆盖区设置了限制，这是因为地震电缆的总数由任何给定的地震船的拖曳能力所限制。利用沿电缆的其它多分量勘测，可以执行插入以准确地覆盖实际数据记录之间的地震场值。

因此，由于这样的插入是基于声波动方程而不是离散空间取样理论，联络测线电缆间隔不再受传统的经验法则的束缚。对于更宽的电缆间隔和更宽的全面接收器阵列，船覆盖给定勘测区所需通过的次数减少了，附带改进了勘测操作成本和整体获取时间。还可以从“宽”拖曳阵列的使用获得其它益处。

对于另一个实例，更宽的拖曳部署的另一个益处是更宽的接收器阵列可以对任何给定的声反射器负担更大的3D照明和角度覆盖。总体来讲，这导致了在地下更好的地震特性分辨率，这是由于可能会被不规则的声散射物质(例如盐)变模糊的反射器现在可以通过潜在的更宽的视角范围被看穿。更宽的反射器成像角度范围还增强了诸如AVO(“振幅对偏移”)和DHI(“直接碳氢化合物指示器”)的标准地震反相方法的分解能力，这是由于这些属性的分解取决于尽可能不同地多“看”声反射器。得益于本发明，对于本领域技术人员来说还有其它的优点也是显而易见的。

综上所述，上述具体实施例仅是示例性的，得益于此处的教导，可以按照对本领域技术人员显而易见的、不相同但等同的方式修改和应用本发明。此外，不限制于此处示出的详细架构和设计，除非在下述权利要求中进行了说明。因此，显然上述具体实施例可以被改变或修改并且所有这样的变形都被认为在本发明的范围和实质之内。因此，此处要求的保护如同下述权利要求中所阐明的。

Claims (15)

1.一种地震勘测方法，包括以下步骤：

访问在宽拖曳海洋地震勘测中获取的一组多分量地震数据；和

在联络测线方向上插入来自所获取的地震数据的一组地震数据，以使组合起来的所获取的和插入的地震数据满足用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的离散空间取样理论的要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其中访问所述获取的地震数据的步骤包括访问一组遗留多分量地震数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其中访问所述获取的地震数据的步骤包括访问一组压力和质点运动相关数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其中插入联络测线地震数据的步骤包括内插或外推所述联络测线地震数据。

5.根据权利要求1所述的方法，其中插入联络测线地震数据的步骤包括插入和外推所述联络测线地震数据。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所获取的多分量地震数据包括压力和质点运动相关数据。

7.根据权利要求1所述的方法，其中插入联络测线地震数据的步骤包括将所述联络测线数据插入到从获取的数据被获取的位置偏移约110m-160m的位置。

8.根据权利要求1所述的方法，其中插入联络测线地震数据的步骤还包括将所述联络测线数据插入到两个联络测线位置之间的一个点，在该点处根据在所述两个联络测线位置处所获取的地震数据获取地震数据。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括下述步骤中的至少一个：

在访问所述所获取的数据之前对所述所获取的数据存档；并且

获取所述所获取的数据。

10.一种计算设备，包括：

计算装置；

总线系统；和

通过总线系统与计算装置进行通信的存储装置；以及

驻留在存储装置上的软件应用，当被计算装置激活时，该软件应用执行权利要求1-9中任一项所述的方法。

11.一种地震勘测的方法，包括以下步骤：

部署宽拖曳阵列；

以预定图案在勘测区域上拖曳所述宽拖曳阵列；

利用所述宽拖曳阵列在其被拖曳的同时获取多分量地震数据；和

利用权利要求1-9中任一项所述的方法处理所述多分量地震数据。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括部署地震源的步骤。

13.一种宽拖曳阵列，包括被电缆间隔所间隔开的多个拖缆，所述电缆间隔大于由离散空间取样理论确定的、用于阵列检测舷侧地震信号、分辨和抑制舷侧线性噪声的最大电缆间距。

14.根据权利要求13所述的宽拖曳阵列，其中至少一个所述拖缆还包括：

电缆；

沿电缆的长度分布的多个声学传感器；

沿电缆的长度分布的多个质点运动传感器，每一个所述质点运动传感器都与所述声接收器中相应的一个协同定位；

多个定位装置；以及

多个位置确定装置。

15.根据权利要求13所述的宽拖曳阵列，其中电缆间隔为约110m-约160m。

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