CN101680957B - 用于地震振动器数据采集的动态源参数选择 - Google Patents

Abstract

一种用于操作单一振动器源点以进行地震数据采集的方法和系统，包括：采集第一多个地震振动器的实时现场勘测位置；作为现场勘测位置的函数，确定所述第一多个地震振动器中每一个之间的至少一个几何关系；作为所述至少一个几何关系的函数，从所述第一多个振动器中选择第二多个地震振动器；作为现场勘测位置的函数，选择所述第二多个地震振动器的源参数数据；和驱动所述第二多个地震振动器，以使地震能量传播到大地中。根据几何关系选择第三多个振动器，并根据振动器位置确定相关联的源参数。多个振动器组可连续、无间断地采集数据。

Description

用于地震振动器数据采集的动态源参数选择

相关申请的交叉引用

本申请要求于2006年12月8日申请的美国临时专利申请60/869,318以及2007年2月8日申请的美国临时专利申请60/888,938的优先权。

技术领域

本发明一般地涉及地震数据采集领域中的方法及处理，具体而言，涉及地震数据的采集及处理。

背景技术

地震勘测是通过向大地传递声能并记录从下面岩石层返回的反射能量或“回波”，从而绘制大地的地表下覆盖层的图像或地图。声能的来源通常是通过爆炸或地震振动器、或者在海洋环境中通过气枪(及海洋振动器)来产生。

在地震勘测过程中，将能量源定位在大地表面上或附近。每当能源被激活时，其会产生地震信号，该地震信号传播到大地中，部分地被反射，且在其返回时可在地面上的许多个位置将其记录为传播时间的函数。

用于探测返回的地震能量的传感器通常呈如地震检波器或加速度计(陆地勘测)及水下地震检波器(海中勘测)的传感器形式。返回的地震能量是从代表位移、速度或加速度的连续信号采集得到的，其中所述位移、速度或加速度可被表示为振幅随时间的变化。

然后，将多个源激活/记录组合依次相组合，以形成地表下覆盖层的接近连续的图像。勘测会产生一宗数据(data volume)，该宗数据是位于勘测区域之下的地表下覆盖层的声学图像。

地震振动器一般为卡车或其它具有可与大地相接触的底座的车辆的形式。与底座相关联的反应体在一系统的驱动下产生振动运动，该振动运动通过底座向下传播到大地中。在海洋振动器中，由致动装置构成的类似系统进行操作。勘测可被设计成使用多个振动器，每一振动器均被同时激活，从而使记录仪器捕捉具有来自所有振动器的贡献的复合信号。该复合信号形成一可分离的源振动器记录，该源振动器记录允许通过数据反演进行源分离。

一种用于采集可分离的源振动器记录的振动性地震数据采集方法称为高保真可控震源地震(high fidelity vibratory seismic)。在该方法中，多个地震振动器同时操作，从而形成复合的源信号，其中在后续处理过程中可分离出来自各单独振动器或振动器组的单独源信号。

在可单独进行的扫描应用中，可从在多振动器式勘测中所记录的复合信号中分离出每一个单独振动器的贡献。改变每一振动器的扫描信号以使后续分离能够可行。这可涉及到对每一振动器的信号，相对于组中的另一振动器扫描使用具有恒定相移的相位编码。当使用振动器的多次扫描时，可对每一扫描采用一不同的相位编码方案。

源分离的保真度在很大程度上取决于恰当振动器扫描参数的选择，好的方案是能实现更好(意味着信噪比较高)源分离的方案。而更好的源分离又将使数据质量得到提高。

下文对本发明的说明以及附图不应被视为将本发明限制为本文所示及所述的实例或实施例。这是因为本发明所属领域的技术人员将能够在所附权利要求书的范围内设想出本发明的其它形式。

发明内容

以下提供对本公开的许多可能实施例的部分实施例的大体概述，以提供对本公开的基本理解。该概述并不是对本公开的所有实施例的详尽的综述。该概述也不旨在指出本公开的关键或最重要的元件、抑或描述或以其它方式限制权利要求书的范围。以下概述以大体形式提供本公开的某些概念来作为下文更详细说明部分的前序。

在可分离的源地震振动器(source seismic vibrator)的一个实施例中，操作第一组地震振动器(在勘测中工作运行的基本上所有的振动器)包括：从在现场勘测区域中的该第一组地震振动器中选择作为各振动器之间的几何关系的函数的第二组地震振动器。激活该第二组，以使地震能量传播到大地中。可从第一组中选择第三组振动器。激活第三组振动器，以使地震能量传播到大地中。在其中一组(如第二组)的扫描结束与下一组(如第三组)的激活开始之间可不存在延时，或者它们可同时被激活且来自各个单独组的扫描可在时间上重叠。

在另一实施例中，提供一种操作第一组多个地震振动器的方法，所述第一组多个地震振动器在每一振动器之间具有作为实时勘测位置的函数的至少一个几何关系，所述方法包括：选择作为所述第一多个几何的函数的第二组多个地震振动器。为所述第二组多个地震振动器选择源参数数据，并激活所述第二组多个地震振动器，以使地震能量传播到大地中。

可在即将进行每一扫描之前为所述第二组多个地震振动器中的每一个提供源参数数据，因为在采集过程中，状态可能是动态变化的。可在每一振动器内预置一扫描参数查找表，从而有利于进行参数分配。作为现场勘测位置的函数的所述第一组多个地震振动器中每一个之间的几何关系包括所述第一组多个地震振动器中每一个之间的距离和所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器其中另两个之间的夹角。用于选择所述第二组多个地震振动器的几何关系函数可以是所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最小预定距离、所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最大预定距离、所述第一组多个地震振动器中每一个之间的加权距离、或者所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器其中另两个之间的夹角。可将源参数数据选择为振动器数量或者与至少一个现场勘测位置相关联的地面状况的函数。源参数确定可包括对在与所述第一组多个地震振动器相关联的现场勘测位置处传播的能量进行均衡。

在另一方面中，该方法可包括：在现场传感器处记录响应于所述第二组多个地震振动器的至少一个信号，并记录与所述第二组多个地震振动器中每一地震振动器相关联的传播信号以获得多个振动器传播信号，并随后以所述多个振动器传播信号处理所述数据。

可作为所述第一组多个地震振动器中每一个之间的几何关系的函数来选择第三组多个地震振动器，并作为所述第三组多个地震振动器中至少一个振动器的位置的函数来确定源参数数据。然后，激活所述第三组多个地震振动器，以使能量传播到大地中。所述第二组及第三组多个地震振动器可利用升频扫描及降频扫描。

地震振动器的源参数数据包括：扫描持续时间；所有扫描的总时间；扫描开始时间；扫描停止时间；扫描开始频率；扫描停止频率；扫描与幅值及时间的函数关系；扫描相位编码；振动器下压力(hold downforce)；扫描段的数量；扫描前及扫描后锥度(taper)及持续时间；和各扫描之间的扫描收听时间。

在另一实施例中，用于与第一组多个地震振动器进行数据通信的地震数据采集系统的控制单元包括：与存储器相关联的处理器和与所述处理器相关联以供执行的应用程序。所述应用程序包括：用于选择作为几何关系的函数的第二组多个地震振动器的指令，所述几何关系的函数与所述第一组多个地震振动器的每一现场勘测位置相关联；用于确定作为所述第二组多个地震振动器中至少一个振动器的位置的函数的源参数数据的指令；和用于激活所述第二组多个地震振动器以使能量传播到大地中的指令。

所述应用程序还可包括：用于选择作为所述第一组多个地震振动器中每一个之间的至少一个几何关系的函数的第三组多个地震振动器的指令；用于确定作为所述第三组多个地震振动器中至少一个振动器的现场勘测位置的函数的源参数数据的指令；以及用于激活所述第三组多个地震振动器以使能量传播到大地中的指令。

所述控制单元可包括用于探测地震事件的多个传感器，每一传感器均具有可指示地震事件的输出。所确定的与所述第一组多个地震振动器的每一位置相关联的几何关系可包括所述第一组多个地震振动器中每一个之间的距离，或所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器中至少另两个之间的夹角。

用于选择所述第二组多个地震振动器的与所述第一组多个地震振动器的每一位置相关联的几何关系的函数可包括：所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最小预定距离、所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最大预定距离、所述第一组多个地震振动器中每一个之间的加权距离、或者所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器其中另两个之间的夹角。可将源参数数据选择作为振动器数量或者与至少一个现场勘测位置相关联的地面状况的函数。

所述应用程序可包括用于根据预选择的源采集工作使在各现场勘测位置传播的能量基本上均衡的指令。所述应用程序可包括用于向所述第二组多个地震振动器提供升频扫描数据和向所述第三组多个地震振动器提供降频扫描数据的指令。

在另一实施例中，一组应用程序界面实施于计算机可读介质上，用于与应用程序相结合地在处理器上执行以激活第一组地震振动器，所述一组应用程序界面包括：第一界面，接收用于选择作为几何关系的函数的第二组多个振动器的数据，所述几何关系与所述第一组多个地震振动器的现场勘测位置相关联；和第二界面，接收所述第二组多个振动器的作为该振动器相关现场勘测位置的函数的源参数数据。

在另一方面中，所述一组应用程序界面包括：第三界面，所述第三界面接收用于激活所述第二组多个振动器以向大地传递能量的指令数据；第四界面，所述第四界面可接收用于选择作为至少一个几何关系的函数的第三组多个振动器的数据；和第五界面，所述第五界面接收所述第三组多个振动器的作为所述振动器相关现场勘测位置的函数的源参数数据；第六界面，所述第六界面可接收用于激活所述第三组多个振动器的指令数据；第七界面，所述第七界面可发送用于选择作为所述第一组多个地震振动器中各振动器相互之间偏移距离范围的函数的所述第二组多个地震振动器的数据；第八界面，所述第八界面可发送用于选择作为所述第一组多个地震振动器中各振动器相互之间偏移距离范围内的位置的函数的所述第三多个地震振动器的数据；第九界面，所述第九界面可向所述第二组多个地震振动器提供升频扫描参数数据和向所述第三组多个地震振动器提供降频扫描参数数据。

附图说明

以下各图例示了本公开的诸多可能实施例中的某些实施例，以提供对本公开的基本理解。这些附图并不提供对本公开的所有实施例的详尽的综述。这些附图也不旨在指出本公开的关键或最重要的元件、抑或描述或以其它方式限制权利要求书的范围。以下各图以一般形式仅提供本公开的某些概念。因此，为详细地理解本公开，应结合附图参阅下文的具体实施方式部分，在各附图中，相同的元件被赋予相同的编号。

图1是连续数据采集的实施例的流程图；

图2是以所选最小偏移距离及相对最大偏移距离为参照的一个振动器与其它振动器相关联地进行工作的示意图；

图3是在一实例性地震现场勘测布局中，一振动器相对于其它振动器的示意图；

图4是一流程图，示出了采集数据的非限制性实施例，其中源参数数据被选择为现场位置参数的函数；

图5是一流程图，示出了采集数据的非限制性实施例，其中为在勘测区域中工作的振动器子集选择了源参数数据，所述源参数数据选择为现场勘测状况的函数；

图6是一流程图，示出了在现场勘测中使用多组振动器采集数据的非限制性实施例，其中所述多组振动器可由不同数量的振动器构成；

图7是示出了一非限制性实施例的流程图，其中作为几何关系的函数来选择多组振动器；

图8是示出了多组振动器的连续数据采集的非限制性实施例的流程图；

图9示出了一种地震数据采集系统及一种地震数据处理系统或主控制装置，该系统或装置内一组指令可使所述系统执行本文所公开的非限制性实施例或其等价实施例中的任一个。

具体实施方式

以下提供用于选择振动器单元及其相关联源参数数据的系统和方法的非限制性例示性实施例，该实施例是通过例如下文所述的其不同方面中的一个或多个方面来展示。下文描述用于选择同时工作的可分离单一振动器源点和相关地震振动器-源采集参数的特定非限制性实施例。本文所公开的实施例和所属领域的技术人员所显而易见的其等价形式能大大提高采集高质量地震数据的效率。

这些系统及方法包括操作单一振动器源的各种非限制性方案，包括连续、不间断的数据记录，最佳的且可变的扫描编码参数，根据可用的现场资源和现场位置状况进行的动态扫描编码参数选择，为所有源点保持基本一致的源能量预算，根据可用的实时现场资源动态地选择用于采集工作的振动器单元，和为使采集效率最大化而进行的实时资源管理。该“实时”能力确保在预定的精度内得知振动器的现场勘测定位，例如位置询问或报告可从每几秒进行一次到每几分钟进行一次。实时管理功能确保，只要在现场中存在采集资源，相关数据便持续地或接近持续地被采集。

对每一源点应用的扫描时间的正常期间为“填充时间(padtime)”。填充时间是指扫描所花费的总秒数。在扫描所花费的时间之后的时间称为收听时间(listen time)。振动器-源地震采集工作人员在零停机时间情况下在一个工作周期内可实现的最大生产时间是填充时间加上收听时间。

放弃整个或基本上整个扫描后的收听时间(即“零”收听时间)会缩短总的采集工作时间。或者，增大扫描时间会增大传递到大地中的能量并因此增大返回到记录传感器的电位信号。可分离的扫描地震振动器采集方法要求具有稳定的矩阵才能成功地反演，因此需要具有至少与在设置中所涉及的现用振动器一样多的扫描。对于可分离的扫描振动器方法，收听时间不是基本的要求。

使收听时间最小或不存在收听时间会增大使振动器向大地施加源能量的有效填充时间。此这可通过增大每一源点及每一生产性工作周期的有效扫描时间而提高数据质量。根据振动器及电子器件而定，为使振动器复位并开始下一扫描，可能需要几十或几百毫秒的最小收听时间。不同振动器及电子控制系统的复位时间是不同的。对地震数据采集进行连续记录会降低勘测采集的成本，同时提高总体数据质量。通过使收听时间最小化并通过增大源的效用或实际上增大填充时间而增大每一源点的有效源能量大小，会提高所采集数据的信噪比。

为得到连续的、不间断的源输出，地震数据记录系统的操作可使得随时间连续地进行记录而不出现任何间断。地震记录可以是整天的记录或甚至更长的记录。存在数种用于使源事件时间与数据记录之间的定时相关联的已知方法。

图1示出了用于在现场勘测区域中从第一组地震振动器连续地记录地震数据(方框101)的实施例。该实施例(可包括以下中的一或多个(按任何次序))包括从现场勘测区域中的第一组地震振动器中选择第二组地震振动器(方框103)。激活第二组振动器，以使地震能量传播到大地中(方框105)。与第二组的能量传播同时地或者在第二组的扫描结束的同时立即选择第三组振动器(方框107)。激活第三组振动器，以使地震能量传播到大地中(方框109)。对其中一组(如第二组)的扫描结束与下一组(如第三组)的激活开始之间的延时不做要求，且第三组的扫描可在第二组正在扫描期间的任意时刻被开始激活。在明确地确定了可分离的源参数数据的情况下，各单一源振动器及振动器组可任意地开始和结束扫描，使各扫描之间存在重叠。

利用同时的且可分离的扫描从多个振动器采集地震数据的各种方法均公开了使用四个振动器，每一设置进行四次扫描，其中各振动器被定位为一组，每一振动器距其它振动器几米至几十米且一般使用共同的扫描频率。各扫描只因相位旋转而存在差异，在其它方面这些扫描具有相同的参数。

然而，对于可分离的扫描操作，对振动器的组数、特定频率范围或特定相位分隔量不做要求。与此前的作法相比，使用间隔很远的各个单一振动器有助于信号分离。扫描频率参数及其它与源相关的变量在各振动器扫描之间可有所不同，以进一步优化扫描分离。振动器源参数数据可以是每一振动器所独有的，且无须为整组同时工作的振动器中的任何几个振动器所共有。可利用升频扫描和降频扫描以及具有非线性扫描参数的其它变化来改善对反演矩阵的调节，以改善信号分离并增大同时工作的振动器的数量。

在一非限制性实例中，可使用同时工作的各单独振动器源站(source station)来采集升频扫描及降频扫描数据。可使由三个、四个或五个单独振动器形成的一个组专门用于采集可分离的升频扫描数据，同时使由三个、四个或五个单独振动器形成的另一个组也专门用于采集可分离的降频扫描数据。这样能够从六个到十个源站同时采集数据。当然，在任意时刻工作的源站的数量可取决于设备现场位置。

当使用各个单一振动器作为单独的源站时，有利的作法是确定距其它同时工作的振动器的距离范围以优化源效能。如果过于靠近地操作两个振动器，则这些振动器将干扰振动器上的或振动器附近的传感器，从而使源信号分离会差于在空间分离更大时所能得到的最佳情况。同时，还存在如下振动器距离：其使各振动器之间的分离得很远，以致于来自各振动器的能量会通过压制在距该振动器很远距离的振动器附近的传感器上所接收到的任何反射而起干扰作用，而所述反射代表将被反演的源信号。

如图2中以地图形式所示意性地例示，对于由十字符号表示的振动器A，显示了近源最小偏移范围m。为进行比较，显示最大范围M。大于m且小于M的区域是以振动器A为基准的区域，在该区域内，其它振动器可最佳地工作而不会压制靠近振动器的传感器。对于不同的区域，甚至在各个勘测区域以内，这些距离m和M可以是局部可变的。可针对不同的区域和被认为可以接受的不同的干扰水平可作出调整或折衷。

在图3中针对振动器A至J示出了10个振动器的示意性布局。图中示出了每一振动器的最小所选择距离。振动器A至F(在图中显示为黑十字符号，以表示在选择参数条件下的可用性)所处的位置使得由其中1至6个所形成的任何组均可被选作潜在的采集设置。振动器I和J距振动器G和H过远(反之亦然)，以致于如果在本例中采用不使用相隔超过等于M的距离的振动器的限制，则这些振动器将无法使用。然而，A至F则距振动器A至J中的其它任一个不超过等于M的距离。

当使用多个组时，例如当已标称地选取每一设置有三个振动器的多个组时，可实现图3的振动器集合的进一步优化形式。可选择振动器A、B和C作为一个组，并可选取振动器D、E和F作为另一个组。然而，这两个组可使冲击选择(shot selection)具有线性定点区。通过选择A、B和D作为一个组并选择C、E和F作为另一个组，可避免该定点区，并且因此可提供更好的一组记录。

可采用计算机模拟来测试扫描参数，以确定能在用于任何特定设置的振动器之间提供有效源分离的最佳一组参数。这些计算机模拟可在进行采集工作之前确定。另外，也可使用在现场工作过程中所发现的采集参数执行模拟。这些参数可针对所用振动器数量、扫描次数和甚至将要同时工作的一个或多个振动器附近的环境状况(例如地面状况及该组振动器的间隔量或偏移量)来定制。当一个或多个振动器在软的土壤上扫描时，有利的作法可以是在所使用的标称数量上加上一次扫描。例如，如果原先对一勘测区域标称地使用五次扫描，则现在可使用六次扫描，由此为任何反演增加冗余度(redundancy)以及“调节”表面，这有利于能量传播。另外，可通过在重复的设置期间例如以不同的扫描带宽或级联的扫描，使多于一个振动器占据同一源点来采集该所选源点的多个成形源子波。

在一组振动器的每一地震振动器中使用共同的一组扫描频率、扫描类型及相对相位旋转量可能无法得到最佳的一组扫描参数。任何扫描参数变量均可针对扫描分离进行优化，而非只有用于扫描相位编码的相对相位旋转量才可如此。可在任意时刻确定并提供这些可变扫描参数来输入至振动器控制器，包括在一组振动器即将完成其设置之前。为提供一组振动器的最佳的一组扫描参数，一组同时工作的振动器中的一个或多个可对该设置使用不同于任何其它振动器的一组扫描或级联的扫描。

图4示出了一种用于操作多个地震振动器的方法(方框401)的实施例(其可包括以下中的一个或多个(按任意次序))，所述方法包括：采集一组地震振动器的实时现场勘测位置(方框403)，并确定至少一个相关现场位置参数(方框405)。作为所述多个振动器中振动器数量以及所述振动器中任一个处的任何相关现场位置参数(例如可影响扫描参数的具体地面状况)的函数，为所述多个地震振动器中的每一个选择源参数数据(方框407)。将所选源参数数据传送到所述多个振动器(方框409)，并激活所述振动器以使地震能量传播到大地中(方框411)。

在另一个方面中，可影响源参数的相关现场位置参数可包括所述地震振动器中任一个的重量或者用于驱动任何地震振动器的地面力参数。传送到振动器的源参数数据包括但不限于：扫描持续时间，扫描开始和停止时间，扫描开始和停止频率，停留时间(dwell time)和类型，前、后锥度(taper)及速率，相位编码，下压力，升频/降频扫描，和扫描次数。可对这些源参数进行调整，以利用任何已知的用于估计信号传播的方法使在整个勘测中传递给各源点位置的能量基本上均衡。

采集还包括响应于地震振动器在现场传感器处记录信号、记录与每一地震振动器相关联的传播信号以获得多个振动器传播信号(例如地面力信号或另一用于计算反信号(designature)运算符的其他信号)、和以所述反信号运算符处理或反演所述响应信号以获得供进一步处理的地震记录。反信号的一实例是去卷积以去除所测量或被建模的子波，亦即估计具有宽的带宽或振动源的所测带宽的冲击源将会造成什么结果。反信号和去卷积方法是地震处理方法领域的技术人员众所周知的。

图5例示用于操作第一组地震振动器的一实施例(方框501)(其可包括以下中的一个或多个(按任意次序))，这些地震振动器可以是在勘测区域中工作的所有振动器，该实施例包括：确定振动器的实时现场勘测位置(方框503)，并根据第一组地震振动器中任何振动器之间的相对距离，从第一组中选择第二组振动器(方框505)。作为第二组振动器和与所选振动器附近的现场勘测位置相关联的现场勘测状况的函数，确定源参数数据(方框507)。将所述源参数数据发送到第二组地震振动器(方框509)，并激活这些振动器，以使地震能量传播到大地中(方框511)。

现场勘测状况可以是第二组中地震振动器的数量、第二组地震振动器中任一个的重量、现场勘测位置处的地面状况或者激活所述地震振动器中任一个时所用的地面力信号。在第二组地震振动器被激活后可激活所选的第三组地震振动器，除非可能存在设备复位要求。

偏移参数会影响是否在一特定设置中包含任一组的振动器，该偏移参数包括：选择其位置距任何其它振动器超过预定的组间最小距离(例如图3中的m)的地震振动器，选择其位置距任何其它振动器小于预定的组间最大距离(例如图3中的M)的地震振动器，或者选择所述第一组多个地震振动器中其位置处于任何其它振动器的预定的勘测内最大距离以内的地震振动器。或者，可赋予这些距离权重，以便选择最佳的组，且组中可包括某些振动器对，若不是为了使尚未实现足够覆盖的区域中的记录采集最大化，所述振动器对将不会被选取。

在可分离的扫描振动器-源记录中使用的源参数数据可涉及到将相位编码的固定的参数组载入用于振动器扫描编码器的查找表中。然后，对于每一次设置，振动器扫描编码器均遍历该固定数量的相位编码。在设置完成后，振动器移动至下一源点且被复位到或已被复位到第一查找位置。这些参数常常是在进行勘测现场工作之前被载入，且在采集程序中不改变。因此，此种类型的程序具有相当大的刚性，并且当任何组件(例如单个振动器单元)不能运行时总是容易效率低下和存在停机时间。

固定数量的扫描和不变的参数可能无法为一组同时工作的地震振动器提供最佳的一组扫描。一组地震振动器可能会因机械故障而失去其中一个振动器成员，从而使整组振动器处于待用状态直到被更换或修复为止。

用于多重单一振动器站数据采集的最佳的一组扫描可取决于现场中的环境状况和可用资源，如在任意特定时刻可供用于记录的振动器的数量。对于可分离的振动器-源扫描记录的反演的一个要求是具有稳定的矩阵，所述矩阵包含与在采集设置中所涉及的现用振动器至少一样多的扫描。不同的相位编码参数和其它扫描参数可提供比在进行现场工作之前可得知的更多的最佳可分离记录。如果组中的一个振动器不能执行工作，则可将最佳扫描参数复位，否则采集可能会处于停顿。另外，可进一步调整扫描参数，以便可通过提供施加到每一源点的大小一致的能量来使地震数据的处理、解释和分析变得明显地更加容易。

现有技术的现场操作常常涉及到在开始下一设置的采集之前等待一组振动器做好准备。在此停机时间中，不采集数据。可通过使用不止一组地震振动器来使该停机时间最小化，但在工作日中仍可能有很大一部分需要记录人员等待振动器做好准备。通过将一组或多组振动器定位成一旦第一组结束采集工作，下一组振动器便可立即开始数据采集，使得能在设备处于现场时间数据一直被采集。

在采集工作期间通过实时传输的参数动态地调整现用振动器的数量以及它们的其它源参数数据可提供最佳的采集方案，而无须等待预设或预选择的一组振动器。这一点非常重要，尤其是当各种振动器设备不以峰值效率工作或者预选择的一组振动器不具有完整或标称的定额设备时。通过可实时提供的补偿参数选择，现场工作便不会引起任何待机时间。

例如，当在现场工作中正使用一组地震振动器时，另一组振动器可能正在准备进行与采集源点相关联的下一次工作，并且此种准备可包括从一中央位置接收源参数数据。或者，源参数数据可补充或修改由不同数量地震振动器的可选择的相位编码、地面力设定值和其它源参数构成的查找表，该查找表可被载入和/或驻存于振动器扫描控制器中。中央位置或控制位置可根据在设置中所涉及的振动器的数量和被选择接下来采集数据记录的组附近的环境状况，动态地确定振动器扫描控制器参数。由此，实时地选择并提供最佳数量的扫描和相关联的参数，以保持均匀一致的源点能量，从而得到最佳的数据质量和连续、不间断的源能量传播。

如果勘测操作员已选择了每一源点所需能量的量是期望的标称量，则可将具有相关联相位编码的扫描次数和/或扫描长度提供给所选的一组地震振动器，以帮助确保执行该工作。根据可用的振动器和其它环境状况这些参数是可变的。根据可用的所选振动器数量以及将提供给振动器控制器的代表所涉及振动器的最佳相位编码的所选相位编码，动态地调整传播到大地中的能量以使每一源点的源工作(source effort)保持均匀一致。

动态地调整所要使用的振动器数量，并可几乎立即提供最佳的一组相位编码或这些振动器的其它参数，这在设备故障时可能非常重要。逐一源点地调整扫描的数量和扫描的长度，以使能量保持均匀一致。

图6示出了用于操作位于现场勘测位置的第一组地震振动器(方框601)(在勘测中工作的基本所有振动器)的实施例(其可包括以下中的一个或多个(按任意次序))，该实施例包括：从第一组地震振动器中选择第二组振动器(方框603)和从第一组地震振动器中选择第三组振动器(方框605)。第二组与第三组包含不同数量的地震振动器。作为预选择的标称现场采集工作的函数，确定源参数数据(方框607)。例如，可将勘测规划成使标称源工作(source efforts)将由扫描五次的五个振动器构成。然后，激活该第二组振动器(方框609)，以将地震能量传播到大地中。选择要提供给第三组的源参数数据(方框611)，以使在这些第三组现场勘测位置处传播的能量基本上均衡，使其与在第二组多个地震振动器的位置处传播的能量一样大。

在另一方面中，可进一步作为与第一组多个地震振动器的现场勘测位置相关联的表面状况的函数来选择源参数数据。在再一方面中，激活第三组地震振动器，以使地震能量传播到大地中。预选择的源采集工作标称地包括：使在与第一组多个地震振动器相关联的所有现场勘测位置处传递的振动能量的大小基本上均衡。可作为振动器各自的现场勘测位置的函数来选择第二组和第三组中的振动器。从第一组振动器中选择第二组和第三组振动器是基于振动器位置之间的距离进行的。

对于在可分离的扫描振动器-源地震数据采集勘测中所用的地震振动器，与现用源点无关的振动器会表现为噪声源，会在设置期间干扰所采集的数据。甚至在采用最佳相位编码的设置中所涉及的不同振动器之间也可能存在某些噪声泄露。

三维勘测的地震采集设计存在以下自然的趋势：其趋于在与源具有中等及较远偏移量之处具有数量增多的轨迹，这是由于与较近的偏移量相比，与源的距离增大。因此，可能需要保护较近的偏移量不受噪声污染。现场测试和计算机模拟表明，在可分离的扫描振动器-源数据采集操作中，在较远的偏移量处(或在距现用源的偏移量增大时)，在所述设置中所涉及的振动器的噪声最终会超过由表面上的地震检波器或传感器所记录的信号。因此，如果振动器靠近接收器的位置，则它们可能会干扰附近的源传感器，而如果相隔非常远，则它们趋于超过偏移很远的传感器中的地质信号。对于特定的现场勘测区域或勘测区域的一部分，可有利地将任一特定设置中所涉及的振动器选择成处于该组的设置中各振动器相互之间一定的偏移范围内。

在一个实施例中，可在计算机存储器中实时地存储与地震数据采集勘测相关联的一个可用振动器队列。然后，由软件或硬件-软件组合动态地选择由任意数量的振动器构成的最佳格局或表面排列，以使各记录之间的交叉噪声污染最小化。这种格局分组位置(即分布式源阵列或设置)可以是高度地可变的(不相对于其它振动器线性地定位)，以使振幅随方位角影响的变化以及定点区问题最小化，并通过以有利的方式使炸测记录的交叉污染噪声分散而实现最终数据质量的优化。

图7示出了用于操作地震振动器(方框701)的实施例(其可包括以下中的一个或多个(按任意次序))，该实施例包括：采集在勘测区域中工作的第一组地震振动器的实时现场勘测位置(方框703)。作为现场勘测位置的函数，确定第一组地震振动器中每一个之间的至少一个几何关系(方框705)。作为至少一个几何关系的函数，从第一组中选择第二组振动器(方框707)。然后，作为现场勘测位置的函数，选择源参数数据(方框709)。然后，激活这些振动器(方框711)，以使能量传播到大地中。然后，记录数据以供进一步处理。

第一组地震振动器中每一个之间的作为现场勘测位置的函数的几何关系包括所述第一组多个地震振动器中每一个之间的距离和所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器中至少另两个之间的夹角。用于选择所述第二组多个地震振动器的至少一个几何关系的函数可以是所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最小预定距离、所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最大预定距离、所述第一组多个地震振动器中每一个之间的加权距离、或者所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器中至少另两个之间的夹角。此外，用于选择源参数数据的现场勘测位置的函数可以是所选振动器的数量或者与所述现场勘测位置中的至少一个相关联的地面状况。源参数可被选择成使在与所有地震振动器源采集工作相关联的现场勘测位置处传播的能量基本上均衡。

图8示出了用于操作地震振动器(方框801)的另一实施例(其可包括以下中的一个或多个(按任意次序))，该实施例包括：确定在勘测区域中工作的第一组地震振动器的现场勘测位置(方框803)。从第一组中选择第二组振动器(方框805)和从第一组中选择第三组振动器(方框807)，作为现场勘测位置参数的函数。例如，各振动器的分隔距离和每一组与另一组的距离是影响所述选择的因素。这些距离参数可在勘测区域中变化。作为每一振动器现场勘测位置参数的函数，选择第二组和第三组的源参数数据(方框809)。激活第二组振动器(方框811)以使地震能量传播到大地中，并可激活第三组振动器(方框813)，以基本上在所述第二组多个地震振动器停止向大地中传播能量时传播地震能量，从而使振动器连续而无间断地进行扫描。或者，第三组振动器可在第二组振动器的激活期间的任意随机时刻进行扫描，从而使从第二组与第三组进行的采集在时间上重叠。当在各扫描之间不存在收听时间时，多组振动器可连续而无间断地进行扫描。

利用多个组连续记录进行的采集包括在现场传感器处记录响应于地震振动器的信号、记录与每一地震振动器相关联的传播信号以获得多个振动器传播信号(例如地面力信号或另一用于计算反信号运算符的信号)、和以所述反信号运算符处理或反演所述响应信号以获得供进一步处理的分离的地震记录。

可分离的扫描振动器-源地震数据采集技术的保真度取决于振动器相位编码方案的设计和相关的扫描参数、振动器在空间中的位置、功能强大的反演算法和现场操作方法。该技术要求多个振动器同时扫描以产生多振动器聚集。在振动器阵列内，每一振动器均具有唯一的扫描。在相同源位置处将该过程重复某一次数或预定的多次扫描。

可通过提供一种用于确定可用振动器(位置)选择、扫描次数和该振动器子集的最佳扫描方案的方法来优化采集效率。该方法包括使用可用振动器子集，该可用振动器子集会使来自不同振动器的噪声对经过反演的炸测记录(shot record)的交叉干扰最小化。

图9示出了一种地震数据采集系统，所述采集系统可包括用于该采集系统的控制单元10。控制单元10包括本文所示和所述的组件中的一个或多个。所述地震数据采集系统包括第一组地震振动器(例如用于地震勘测的振动器显示为A至J，类似于图3)，视需要包括用于探测和记录地震事件的多个传感器901，每一传感器均具有可指示地震事件的输出。

所述系统包括主控制单元10，主控制单元10可包括在地震数据处理系统中作为其一部分，并与第一组地震振动器和视需要与多个传感器进行数据通信。传感器记录，包括提供实时位置数据的传感器，不需要作为所述系统的一部分，尽管可能需要为振动器非常准确地确定各源与各接收器之间的定时。主控制单元10的位置可相对于地震勘测设备(振动器和传感器)的实体布局处于任何位置，并可位于远程地点处。

与主控制单元10相关联的计算机程序(13、15、21、27和29的中的一个或其组合)包括供执行的指令。这些指令包括：用于确定与第一组地震振动器的每一现场勘测位置相关联的几何关系的指令，用于作为与第一组地震振动器的每一位置相关联的几何关系的函数来选择第二组地震振动器的指令，用于作为第二组地震振动器中至少一个振动器的现场勘测位置的函数来确定源参数数据的指令，和用于激活第二组地震振动器以使能量传播到大地中的指令。

所述计算机程序还可包括：用于作为第一组地震振动器中每一个之间的几何关系的函数来选择第三组地震振动器的指令，用于作为第三组地震振动器中至少一个振动器的位置的函数来确定用于传送到第三组地震振动器中每一振动器的源参数数据的指令，以及用于激活第三组地震振动器以使能量传播到大地中的指令。所述程序还可包括用于激活第三组地震振动器以使能量传播到大地中的指令。

所确定的与第一组地震振动器的每一位置相关联的几何关系可以是第一组地震振动器中每一个之间的距离或者第一组地震振动器其中一个与第一组地震振动器中至少另两个之间的夹角。用于选择第二组地震振动器的与第一组地震振动器的每一位置相关联的几何关系可以是以下中的一个：第一组地震振动器中每一个之间的最小预定距离、第一组地震振动器中每一个之间的最大预定距离、第一组地震振动器中每一个之间的加权距离、或者第一组地震振动器其中一个与第一组地震振动器其中另两个之间的夹角。用于确定源参数数据的第二组地震振动器中至少一个振动器的位置的函数可以是所选振动器的数量或者与至少一个现场勘测位置相关联的地面状况。所述计算机程序可包括用于根据预选择的源采集工作使在各现场勘测位置传播的能量基本上均衡的指令。

在再一实施例中，一组应用程序界面实施于计算机可读介质(例如与图9中针对主控制单元10所示的一个或多个元件相关联)上，用于与用于激活第一组地震振动器的应用程序(29)相结合地在处理器(15)上执行，所述一组应用程序界面可包括用于接收振动器相关现场勘测位置数据的界面，以识别或确定用于作为与所述第一组多个地震振动器的振动器相关现场勘测位置相关联几何关系的函数来选择第二组多个振动器的数据。另一界面接收用于作为几何关系的函数来选择第二组多个振动器的数据。再一界面接收作为振动器相关现场勘测位置的函数的所述第二组多个振动器的源参数数据。另一界面接收用于激活所述第二组多个振动器以向大地中传递能量的指令数据。所述程序还可包括接收用于作为至少一个几何关系的函数来选择第三组多个振动器的数据的界面、和接收作为振动器相关现场勘测位置的函数的所述第三组多个振动器的源参数数据的界面。又一界面可接收用于激活所述第三组多个振动器的指令数据。另一界面还可发送数据用于作为所述第一组多个地震振动器中各振动器相互之间偏移距离范围的函数来选择所述第二组多个地震振动器。再一界面可发送数据用于作为所述第一组多个地震振动器中各振动器相互之间偏移距离范围内的位置的函数来选择所述第三组多个地震振动器。

本公开的实施例及其等价实施例的各个方面可由地震数据处理系统执行。地震数据处理系统可包括任何计算机硬件和软件组合，可用于出于商业、科学、控制或其它目的而对任意形式的地震信息、情报或数据进行计算、分类、处理、传送、接收、提取、创立、切换、存储、显示、显现、探测、记录、复制、操纵、或利用。例如，地震数据处理系统可以是个人计算机、超级计算机、网络存储装置、或任何其它适宜的装置，并且在规格、形状、性能、功能和价格方面可以变化。地震数据处理可包括随机访问存储器(RAM)、一个或多个处理资源，例如中央处理器(CPU)或者硬件或软件控制逻辑、ROM、和/或其它类型的非易失性存储器。地震数据处理系统的其它组件可包括一个或多个磁盘驱动器、一个或多个用于与外部装置进行通信的网络端口以及各种输入和输出(I/O)装置，例如键盘、鼠标和视频显示器。地震数据处理系统还可包括一个或多个可用以在不同硬件组件之间传输通信的总线。

图9中示出了具有主控制器的地震数据处理系统的一个例子，其为地震数据处理系统的一个实施例，在所述地震数据处理系统中，一组指令可使所述系统执行本文所公开的非限制性实施例或其等价实施例中的任一个。地震数据处理系统可以是包括至少单元10、具有任何其它计算机、主计算机、服务器或叶片的独立系统，或者可连接至网络内的其它系统。用于地震数据处理系统的主控制单元10可包括连接到天线的无线电收发器11，以提供对系统、网络和装置的无线访问。例如，收发器11能够实现与地震勘测中多个振动器(例如A至J)的无线通信，并可使用天线33。在联网的部署中，地震数据处理系统可在服务器-客户机联网环境中用作服务器或客户机，或者用作分布式网络环境的成员装置。存储器13可以是具有指令和数据的易失性或非易失性存储器。中央处理器(CPU)15或其它处理器可包含有指令。这些指令在执行过程中可至少部分地驻存于存储器13内和/或处理器15内。存储器13和处理器15可包括机器可读介质。

机器可读介质包括固态存储器，例如卡或其它非易失性存储器、随机访问存储器或其它易失性存储器、磁-光学介质或光学介质(例如碟片或带)，或者包括传输介质中的信号，所述信号实施计算机指令。用于本文所公开的实施例的机器可读介质包括等价介质和后继介质。

提供一种输入/输出装置17，以向其它系统组件或装置发送数据或从这些系统组件或装置接收数据。至少一个地震数据处理系统总线31提供各组件之间的通信。

另外，用于地震数据处理系统的主控制单元10可包括外围设备21(键盘、GPS接收器、USB适配器、耳机、麦克风、无线音频发射器、打印机适配器、鼠标、串行适配器等等)。可将各种类型的显示装置23附接或链接到主控制单元10上。网络接口设备，例如网络接口控制器25(NIC)，可提供对基础结构的硬接线访问。其它界面可包括PCI总线、USB端口等等。带有指令27的机器可读介质可位于磁盘驱动装置上并为主控制单元10提供附加的软件和数据存储能力。

处理器15可执行图形/存储器控制器集线器功能，并能实现输入/输出(I/O)装置17和相关联外围设备21的I/O功能。例如鼠标、键盘及图形输入板等外围设备21还根据用户的选择而耦接到其它组件。地震数据处理系统总线31可连接到I/O装置17。地震数据处理系统总线的非限制性实例可包括外围组件互连(PCI)总线、PCI Express总线、SATA总线或其它总线，这些总线被耦接成使地震数据处理系统总线31能够连接到为主控制单元10提供附加功能的其它装置上。任意类型的应用程序界面均可根据需要通过通往其它组件的总线31与应用程序29连接。通用串行总线(USB)或其它I/O总线可耦接到地震数据处理系统总线31，以利于将外围设备21连接到主控制单元10。系统基本输入-输出系统(BIOS)可耦接到处理器15。BIOS软件存储于非易失性存储器13中，例如CMOS或FLASH存储器中。网络接口控制器(NIC)25耦接到处理器15，以利于将单元10连接到其它数据、信息或地震数据处理系统。一种介质驱动控制器(未显示)通过总线21耦接到处理器15。介质驱动控制器的例子可包括底板管理控制器(BMC)。可耦接到介质驱动控制器的装置包括CD-ROM驱动器、DVD驱动器、硬盘驱动器和其它固定式或可抽换式介质驱动器。应理解，本文所公开的技术不仅适用于图9所示的实施例，而且还适用于其它类型的地震数据处理系统。

尽管上文已显示和描述了各种实施例，然而也可对其作出各种修改和替代，这并不脱离本发明的精神和范围。因此，应理解，上文只是以例示方式而非限制方式描述本发明。

Claims (20)

1.一种操作第一组多个地震振动器的方法，在所述第一组多个地震振动器的每一个振动器之间具有作为实时勘测位置的函数的至少一个几何关系，所述方法包括：

a)作为所述至少一个几何关系的函数，从所述第一组多个振动器中选择第二组多个地震振动器；

b)为所述第二组多个地震振动器选择源参数数据；和

c)激活所述第二组多个地震振动器，以使地震能量传播到大地中。

2.如权利要求1所述的方法，进一步包括在马上要进行每一扫描之前，将所述源参数数据提供给所述第二组多个地震振动器中的每一个。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述第一组多个地震振动器中每一个之间作为所述实时勘测位置的函数的至少一个几何关系包括以下中的至少一个：i)所述第一组多个地震振动器中每一个之间的距离；和ii)所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器其中另两个之间的夹角。

4.如权利要求1所述的方法，其中用于选择所述第二组多个地震振动器的所述至少一个几何关系的函数包括以下中的至少一个：i)所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最小预定距离；ii)所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最大预定距离；iii)所述第一组多个地震振动器中每一个之间的加权距离；和iv)所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器其中另两个之间的夹角。

5.如权利要求1所述的方法，进一步包括将所述源参数数据作为以下中至少一个的函数进行选择：i)所选振动器的数量；和ii)与所述实时勘测位置中的至少一个相关联的地面状况。

6.如权利要求1所述的方法，其中选择源参数数据进一步包括使在与所述第一组多个地震振动器相关联的实时勘测位置处传播的能量基本上均衡。

7.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

在现场传感器处记录响应于所述第二组多个地震振动器的至少一个信号；

记录与所述第二组多个地震振动器中每一地震振动器相关联的传播信号以获得多个振动器传播信号；和

以所述多个振动器传播信号处理响应于所述第二组多个地震振动器的所述至少一个信号。

8.如权利要求1所述的方法，进一步包括：

选择作为所述第一组多个地震振动器中每一个之间的所述几何关系的函数的第三组多个地震振动器；

确定作为所述第三组多个地震振动器中至少一个振动器的位置的函数的源参数数据；和

激活所述第三组多个地震振动器，以使能量传播到大地中。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述第二组多个地震振动器的源参数数据进一步包括至少一个升频扫描和至少一个降频扫描。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述第二组多个地震振动器的源参数数据包括以下中的至少一个：(1)扫描持续时间；(2)所有扫描的总时间；(3)扫描开始时间；(4)扫描停止时间；(5)扫描开始频率；(6)扫描停止频率；(7)作为幅值及时间的函数的扫描；(8)扫描相位编码；(9)振动器下压力；(10)扫描段的数量；(11)扫描前和扫描后锥度和持续时间；和(12)各扫描之间的收听时间。

11.一种用于操作第一组多个地震振动器的装置，在所述第一组多个地震振动器的每一个振动器之间具有作为实时勘测位置的函数的至少一个几何关系，所述装置包括：

a)用于作为所述至少一个几何关系的函数，从所述第一组多个地震振动器中选择第二组多个地震振动器的模块；

b)用于为所述第二组多个地震振动器选择源参数数据的模块；和

c)用于激活所述第二组多个地震振动器，以使能量传播到大地中的模块。

12.如权利要求11所述的装置，进一步包括用于在马上要进行每一扫描之前，将所述源参数数据提供给所述第二组多个地震振动器中的每一个的模块。

13.如权利要求11所述的装置，其中与所述第一组多个地震振动器中的每一个之间作为所述实时勘测位置的函数的至少一个几何关系包括以下中的至少一个：i)所述第一组多个地震振动器中每一个之间的距离；和ii)所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器中另两个之间的夹角。

14.如权利要求11所述的装置，其中用于选择所述第二组多个地震振动器的所述至少一个几何关系的函数包括以下中的至少一个：i)所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最小预定距离；ii)所述第一组多个地震振动器中每一个之间的最大预定距离；iii)所述第一组多个地震振动器中每一个之间的加权距离；和iv)所述第一组多个地震振动器其中一个与所述第一组多个地震振动器其中另两个之间的夹角。

15.如权利要求11所述的装置，进一步包括用于将所述源参数数据作为以下中的至少一个的函数进行选择的模块：i)所选振动器的数量；和ii)与所述实时勘测位置中的至少一个相关联的地面状况。

16.如权利要求11所述的装置，其中所述用于选择源参数数据的模块进一步包括用于使在与所述第一组多个地震振动器相关联的实时勘测位置处传播的能量基本上均衡的子模块。

17.如权利要求11所述的装置，进一步包括：

用于在现场传感器处记录响应于所述第二组多个地震振动器的至少一个信号的模块；

用于记录与所述第二组多个地震振动器中每一地震振动器相关联的传播信号以获得多个振动器传播信号的模块；和

用于以所述多个振动器传播信号处理响应于所述第二组多个地震振动器的所述至少一个信号的模块。

18.如权利要求11所述的装置，进一步包括：

用于选择作为所述第一组多个地震振动器中每一个之间的至少一个几何关系的函数的第三组多个地震振动器的模块；

用于确定作为所述第三组多个地震振动器中至少一个振动器的位置的函数的源参数数据的模块；和

用于激活所述第三组多个地震振动器以使能量传播到大地中的模块。

19.如权利要求11所述的装置，其中所述第二组多个地震振动器的源参数数据进一步包括至少一个升频扫描和至少一个降频扫描。

20.如权利要求11所述的装置，其中所述第二组多个地震振动器的源参数数据包括以下中的至少一个：(1)扫描持续时间；(2)所有扫描的总时间；(3)扫描开始时间；(4)扫描停止时间；(5)扫描开始频率；(6)扫描停止频率；(7)作为幅值及时间的函数的扫描；(8)扫描相位编码；(9)振动器下压力；(10)扫描段的数量；(11)扫描前和扫描后锥度和持续时间；和(12)各扫描之间的收听时间。

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