CN102121997B

CN102121997B - 用于海洋地震拖缆数据的完全带宽源消幻影的方法和设备

Info

Publication number: CN102121997B
Application number: CN201010576744.XA
Authority: CN
Inventors: R.G.范博尔塞伦; C.D.里延蒂; C.P.佩奇; J.T.富克马; P.M.范登伯格
Original assignee: PGS Geophysical AS
Current assignee: PGS Geophysical AS
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2010-12-07
Publication date: 2016-08-03
Anticipated expiration: 2030-12-07
Also published as: EA021201B1; US20110134718A1; US9025413B2; MY159822A; CA2720440C; EA201001751A2; AU2010241325A1; AU2010241325B2; CA2720440A1; EA201001751A3; EP2330443B1; BRPI1005340B1; EP2330443A3; CN102121997A; EG27052A; EP2330443A2; BRPI1005340A2; MX2010013434A

Abstract

本发明涉及用于海洋地震拖缆数据的完全带宽源消幻影的方法。获得海洋拖缆中所记录的地震数据，将其分类为共用接收机收集。使用复拉普拉斯频率参数将所述地震数据从空间?时间域变换到谱域。使用基于物理的预条件算子将迭代共轭梯度方案应用于所述变换后的地震数据，以将最小二乘解提供给用于源消幻影方程系统的正规方程集合。将解逆变换回到空间?时间域，以提供对地球地表下成像有用的源消幻影后的地震数据。

Description

用于海洋地震拖缆数据的完全带宽源消幻影的方法和设备

相关申请的交叉引用不适用。

联邦赞助研究或开发不适用。

序列清单、表、或计算机清单不适用。

技术领域

本发明大体涉及地球物理勘探的领域。更具体地说，本发明涉及对海洋地震拖缆数据进行消幻影（deghost）的领域。

背景技术

在石油和天然气产业中，地球物理勘探一般用于协助搜索并且评估地表下（subsurface）地球地层。地球物理勘探技术带来地球地表下结构的知识，这对于找寻并且提取有价值的矿物资源（尤其是例如石油和天然气之类的碳氢化合物沉积物来说）是有用的。地球物理勘探的一种已知技术是地震勘测。在基于陆地的地震勘测中，地震信号在地球表面上或其附近生成，然后下行进入地球地表下。在海洋地震勘测中，地震信号也可以下行通过覆盖地球地表下的水体。地震能量源用于生成地震信号，地震信号在传播进入地球之后至少部分地为地表下地震反射器所反射。这些地震反射器典型地是具有不同弹性特性（具体来说是声波速度和岩石密度，它们在界面处导致声阻抗的差异）的地下地层之间的界面。反射的地震能量在地球表面处或其附近、在覆盖水体中、或者在矿孔中的已知深度处由地震传感器（也称为地震接收机）检测。地震传感器根据检测到的地震能量产生信号，典型地是电信号或光信号，其被记录用于进一步处理。

在执行地震勘测中所获得的表示地球地表下的所得地震数据被处理，以产生与所勘测的区域中的地表下地球地层的特性以及地质构造有关的信息。处理后的地震数据被处理，以用于显示并且分析这些地下地层的潜在碳氢化合物含量。地震数据处理的目的是从地震数据提取关于地下地层的尽可能多的信息，以便足以对地表下地质进行成像。为了标识存在找到石油聚集的可能性的地球地表下中的位置，大量金钱耗费在收集、处理并且解释地震数据上。从所记录的地震数据构建对感兴趣的地下地球层进行限定的反射器表面的过程提供了深度或时间上的地球图像。

地球地表下的结构的图像得以产生，以便使得解释器能够选择石油聚集的可能性最大的位置。为了验证石油的存在性，必须钻井。钻井来确定石油沉积物是否存在是极度昂贵且耗时的任务。为此，一直需要改进地震数据的处理和显示，从而产生无论是由计算机还是人来进行解释都将改进解释器之能力的地球地表下的结构的图像，以评估石油聚集存在于地球地表下中特定位置处的可能性。

用于在陆地地震勘测中生成地震信号的适当地震源可以包括爆炸物或振动器（vibrator）。海洋地震勘测典型地采用舰船所拖拽并且被周期性激励以生成声学波场的潜水地震源。生成波场的地震源可以是若干类型的，包括小型爆炸物装料、电火花或电弧、海洋振动器、并且典型地是枪。地震源枪可以是水枪、蒸汽枪、并且最典型地是气枪。典型地，海洋地震源不是由单一源元件组成，而是由空间上分布的源元件阵列组成。这种排布对于气枪-海洋地震源的当前最常见的形式尤其如此。

适当类型的地震传感器典型地包括微粒速度传感器（尤其是在陆地勘测中）以及水压力传感器（尤其是在海洋勘测中）。有时，微粒加速传感器或压力梯度传感器用来代替微粒速度传感器，或者除了微粒速度传感器之外还使用微粒加速传感器或压力梯度传感器。微粒速度传感器和水压力传感器在本领域中通常分别称为地震检波器（geophone）和水中地震检波器（hydrophone）。地震传感器可以由自身来部署，但更通常的是按传感器阵列来部署。此外，压力传感器和微粒速度传感器可以在海洋勘测中部署在一起，按配对或阵列配对而并置排列（collocate）。

在典型的海洋地震勘测中，地震勘测船典型地以大约5海里/小时在水表面上行进，并且包含地震获取装备，例如导航控件，地震源控件、地震传感器控件、以及记录设备。地震源控制设备使得地震船在水体中拖拽的地震源在所选择的时间激励。地震拖缆（也称为地震缆线）是由拖拽地震源的地震勘测船或另一地震勘测舰船在水体中拖拽的伸长的缆线状结构。典型地，多个地震拖缆被拖拽于地震船后面。地震拖缆包含传感器，其用于检测地震源所发起并且从反射界面反射的反射波场。传统上，地震拖缆包含诸如水中地震检波器的压力传感器，但除了水中地震检波器之外，还已经利用了包含水微粒速度传感器（例如地震检波器）或微粒加速传感器（例如加速计）的地震拖缆。压力传感器和微粒运动传感器典型地部署得紧密靠近，沿着地震缆线按配对或阵列配对而并置排列。

在反射波到达拖缆缆线之后，该波继续传播到水表面处的水/空气界面，波从此处向下反射，并且再次由拖缆缆线中的水中地震检波器检测。水表面是一种良好的反射器，并且水表面处的反射系数在量级上近乎为1且对于地震信号符号为负。在表面处反射的波因而将相对于向上传播的波相移180度。接收机所记录的向下传播波一般被称为表面反射或接收机“幻影”信号。源幻影信号是在向下传播到地表下并返回到接收机之前首先从地震源向上传播到水表面的波。因为表面反射的缘故，水表面犹如过滤器，其在所记录的信号中产生谱凹陷，使得难以记录所选带宽之外的数据。因为表面反射的影响，所记录的信号中的某些频率得以放大，而某些频率却是衰减的。

当前在地球物理海洋地震勘探的领域中，船只拖拽非常长的拖缆，其具有很多附连的地震接收机，典型地，水中地震检波器（但可以采用其它类型的接收机）。这些接收机对源自地震源声探测（sounding）的散射的声学波场的一部分进行登记。地震源所生成的声学波场因地球上的反射和折射而被散射。在传统海洋地震获取中，拖缆的接收机位于海表面之下的特定深度位置处的阵列配置中。因为这种排布的缘故，所谓的一次（primary）反射，从源到地表下并且随后到接收机的直接响应为来自于从源到地表下行进并且随后经由海表面到接收机的波的幻影反射所遮蔽。从海洋地震数据移除接收机幻影反射在预处理数据中是第一阶段，用于增加解析能力。该过程被称为接收机“消幻影”。从海洋地震数据移除源幻影反射是预处理数据中的另一期望阶段，以进一步增加解析能力。这一过程被称为源消幻影。

因而，需要一种对海洋地震数据进行源消幻影的方法，其甚至在地震数据中存在谱凹陷的情况下在所有频率保持稳定。此外，该方法应在没有地表下的任何先验知识的情况下操作。

发明内容

本发明是一种方法，用于将海洋拖缆中所记录的地震数据转换为源消幻影后的地震数据。获得从所述海洋拖缆记录的地震数据，其被分类为接收机收集。使用复拉普拉斯频率参数来将所述地震数据从空间-时间域变换到谱域。使用基于物理的预条件算子（preconditioner）将迭代共轭梯度方案应用于所述变换后的地震数据，以将最小二乘解提供给用于源消幻影方程系统的正规（normal）方程集合。将所述解逆变换回到空间-时间域，以提供对地球地表下成像有用的源消幻影后的地震数据。

附图说明

通过参照以下详细描述和附图，可以更容易地理解本发明及其优点，其中：

图1是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的本发明第一实施例的流程图；

图2是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的本发明第二实施例的初始部分的流程图；

图3是示出始于图2的用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的本发明第二实施例的最后部分的流程图；以及

图4是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的迭代预条件共轭梯度方案的本发明实施例的流程图。

虽然将结合本发明优选实施例来描述本发明，但应理解，本发明不限于此。反之，本发明意欲覆盖可以包括于所附权利要求所限定的本发明的范围内的所有替换、修改以及等同。

具体实施方式

用于对海洋地震数据进行源消幻影的一个过程是：分解地震波场，以产生上行波场分量。用于将地震波场分解为上行波场分量和下行波场分量的一种方法是求解傅立叶类型方程系统，其中，解得自具有良好定义的傅立叶核的系统的求逆。在该方法的一个示例中，方程系统是在拉普拉斯域中推导的，其中，从空间-时间域（x，t）到拉普拉斯域（x，s）的前向拉普拉斯变换通常定义如下：

(1)

并且对应后向拉普拉斯变换定义如下：

, (2)

其中，对于，；。在此，t是时间，x是空间，是虚单位，s是拉普拉斯频率参数，以下更详细地进行讨论。

在以下，本发明将示出为作用于典型地由压力传感器（例如水中地震检波器）检测到的压力波场p（x，t），尽管波场类型以及所采用的传感器的类型并非是对本发明的限制。本发明可以用于任何类型的适当地震传感器及其所检测到的波场。举个例子，可以采用微粒运动波场和微粒运动传感器。修改以下方程来适应其它波场是直截了当的。

在方程(1)和(2)中以上给出的拉普拉斯变换中，拉普拉斯参数s（频率参数）按常规是纯虚数，并且定义如下：

, (3)

其中，ω是角频率，f是实频率。

当使用方程(3)中给出的传统拉普拉斯频率参数s时出现问题。所记录的地震数据中的谱凹陷出现在破坏性干扰发生在具有频率和波数的特定组合的地震波之间的时候。当对于其中谱凹陷出现的这些频率f求解傅立叶类型源消幻影方程集合时，于是，对于频率和波数的这些组合的所测量的信号为零，因为仅记录到背景噪声。当使用例如以上方程(3)所定义的纯虚拉普拉斯频率参数时，求逆过程变得不稳定。这种不稳定性于是导致不可修复的伪像被引入到用于源消幻影的地震波场分解的结果中。

为了处理由这些谱凹陷引起的不稳定性，本发明的方法采用具有实部和虚部的复变量的拉普拉斯频率参数s。因而，拉普拉斯频率参数s现在不是由方程(3)给出，而是由以下方程给出：

, (4)

其中，ε是复拉普拉斯频率参数s的附加实部。以下，术语“复”将用于指明拉普拉斯频率参数具有实部和虚部，如方程(4)中那样。该复拉普拉斯频率参数s将用在拉普拉斯和谱域变换以及本发明的源消幻影方程中，如下所述。

在一个实施例中，复拉普拉斯频率参数s的实部ε可以是常数。在其它实施例中，实部ε可以根据诸如时间、空间位置或频率之类的参数的组合而改变。因而，实部ε可以表示如下，但不限于此：

ε= 常数

ε= ε（x），其中x=（x₁，x₂，x₃）

(5)

在此，x₁和x₂是水平空间坐标，例如分别是纵测线（in-line）和横测线（cross-line）方向，x₃是垂直空间坐标，例如深度。

本发明是用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的方法。本发明在没有任何地表下的先验知识的情况下操作。源消幻影操作是分别针对每个接收机位置而对所记录的数据执行的。所记录的数据被分类为共用接收机收集，每个收集包含来自一个共用接收机位置的所有源数据。于是，对于每个频率，本发明包括用于求解源消幻影方程系统的方法。方程系统的解是使用预条件共轭梯度迭代方法而获得的。预条件算子所基于的是目前问题的物理方面，而非数学方面（如传统方法一样）。作为高效的预条件算子，采用水平源分布的逆，因为更普通的源分布可以被看作简单常规水平源分布的扰动（perturbation）。

然而，使用方程(3)的虚拉普拉斯频率参数的传统消幻影方法在频率域中的凹陷之处依然变得不稳定。因而，本发明的方法采用方程(4)的复拉普拉斯频率参数，其为源消幻影过程提供了稳定性。因而，甚至在地震数据中存在谱凹陷时，也可以对整个地震带宽应用波场分解。参照图2中的流程图以下在讨论中详细描述这种复拉普拉斯频率参数的使用情况。

图1是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的本发明第一实施例的流程图。

在块11中，从海洋拖缆记录的地震数据被分类成共用接收机收集。

在块12中，使用复拉普拉斯频率参数把来自块11的地震数据从空间-时间域变换到谱域。

在块13中，使用基于物理的预条件算子将迭代共轭梯度方案应用于所述变换后的地震数据，以将最小二乘解提供给用于源消幻影方程系统的正规方程集合。

在块14中，把来自块13的地震数据逆变换回到空间-时间域，以提供源消幻影后的地震数据。

图2是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的本发明第二实施例的初始部分的流程图。以下将参照图3中的流程图来讨论最后部分。

在块21中，利用海洋拖缆所记录的地震数据被分类成共用接收机收集。对于每一接收机位置并且对于所有所记录的时间t的发射（地震源激励）数据被取作输入地震数据。笛卡尔坐标系中的源的空间位置由给出。在本发明中，源深度是水平坐标和的单值函数。因而，源分布不是垂直的，但并不必定是水平的。相反，源的位置并非意图成为对本发明的限制。

在块22中，方程(4)中复拉普拉斯频率参数s的实部ε被确定。在各个实施例中，实部ε可以是如以上方程(5)中给出的示例中所表示的，但本发明不限于这些示例。通过使用拉普拉斯频率参数s中的实部ε的不同值，可以改变本发明的方法中的求逆的稳定性，以在求解以下源消幻影方程系统时提供进一步的稳定性。

在块23中，从块21中所获得的地震数据获得针对接收机位置的所记录的地震数据。

在块24中，把来自块23的针对接收机位置的所记录的地震数据临时从空间-时间域变换到拉普拉斯空间-频率域。在本发明实施例中，通过方程(1)中给出的前向拉普拉斯变换将源位置处的散射的波场从空间-时间域变换到拉普拉斯空间-频率域，从而：

, (6)

在该变换中使用本发明的复拉普拉斯频率参数s，其并非由传统方程(3)给出，而是由以上方程(4)给出。在此，是空间-频率域中的散射的声学波场，是纵测线源坐标，q是纵测线源数，是横测线源坐标，r是横测线源数，是作为和的函数的源深度，并且使用块22中所确定的ε作为复拉普拉斯频率参数s的实部。在源位置处针对每个接收机位置完成对散射的波场的这种变换。

在块25中，对于频率f获得来自块24的变换后的地震数据。

在块26中，把来自块25的针对频率的变换后的地震数据从拉普拉斯空间-频率域变换到谱域。在本发明实施例中，将散射的波场从拉普拉斯空间-频率域变换到谱域，方式如下：

(7)

其中：

(8)

以及：

(9)

在此，是谱域中的散射的声学波场，n是纵测线谱数，m是横测线谱数，是纵测线源采样距离，是横测线源采样距离，是纵测线谱傅立叶参数，是纵测线谱采样距离，是横测线谱傅立叶参数，是横测线谱采样距离，N是纵测线源的总数，并且M是横测线源的总数。本发明的复拉普拉斯频率参数s还用在到谱域的这种变换中。

在块27中，确定方程系统，用于对来自块26的用于频率的变换后的地震数据进行源消幻影。将使用本发明的拉普拉斯频率参数s来定义方程系统，以在求解方程时提供稳定性。在源位置是任意定位的一般情况下，无法明确地确定谱域中的波场。因此，本发明的源消幻影过程包括求解方程系统。对于在谱域中具有任意源位置的一般情况，源的深度由水平源坐标的单值函数给出。具体说来，源深度写为。在现代海洋采集系统中，这种源位置信息被记录。源消幻影操作可以于是紧凑地写为方程系统的解：

, (10)

其中，系统矩阵由下式给出：

(11)

在此，未知矢量是在零深度处源消幻影后的声学波场，并且在谱域给出如下：

, (12)

其中，已知矢量是空间-频率域中的所记录的地震数据，给出为：

, (13)

并且垂直传播系数是：

(14)

其中，c是水中的声波速度。系统矩阵是复拉普拉斯频率参数s的函数。

在块28中，该过程继续进行到图3的块31，用于求解块27中所确定的方程系统。使用来自方程(4)而非方程(3)的具有非零实部ε的完全复拉普拉斯频率参数s在求解方程时提供稳定性。

图3是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的本发明第二实施例的最后部分的流程图。该最后部分继续进行以上参照图2中的流程图所讨论的初始过程。

在块31中，从图2的块27中的源消幻影方程集合来确定正规方程集合。由于已知矢量被定义在拉普拉斯空间-频率域中，并且未知矢量被定义在谱域中，因此在本发明实施例中采用空间-频率域中的最小二乘解。方程(10)两边皆乘以系统矩阵的复共轭，并且结果分别遍历纵测线源数q和横测线源数r的所有值而求和。在交换遍历q和r的后面总和与遍历n和m的总和之后，获得正规方程系统，如下：

(15)

在此，矩阵（已知量）给出为：

, (16)

矢量（已知量）给出为：

, (17)

其中，n和是纵测线谱数，m和是横测线谱数，系统矩阵上面的上划线表示复共轭。

本发明提供一种方法，通过使用复拉普拉斯频率参数，即使在地震数据中存在谱凹陷时，以稳定的方式提供方程(15)中的正规方程的该线性集合的解。源位置的几何排布并非本发明的限制。本发明应用于常规水平源分布的简单情况以及非常规非水平源分布的一般情况。将首先对于简单情况然后对于一般情况说明本发明。

被看作严格水平配置的传统源分布的简单情况仅仅是本发明所处理的一般情况的特例。在这个简单水平情况下，源深度位置是常数，并且方程系统的求逆简化到标准源消幻影过程。可以通过逆离散傅立叶变换来求解方程系统。具体地说，方程(10)和(11)中通常给出的方程系统变为更简单的方程系统：

(18)

在此，可以在谱域中明确地执行对于常数的源消幻影。在零深度级别，谱域中的源消幻影后的场，方程(12)中定义的可以是如下直接获得的：

(19)

对于方程(15)中给出的正规方程中的线性方程的一般集合的解，很多有效解算机是可用的，例如直接解算机和迭代解算机。一种非常高效的迭代解算机是基于所测量的数据与建模的响应之间的差异之最小化的预条件共轭梯度迭代方法。在本发明另一实施例中，考虑方程(10)，并且采用共轭梯度迭代方案来开展谱源消幻影波场的求解，从而如下给出的误差ERR

(20)

得以最小化。

返回图3，在块32中，通过基于物理的预条件算子来对来自块31的正规方程进行预条件。预条件算子一般用在共轭梯度迭代方法中，以使方程被良好预条件（well-conditioned）。例如，标准预条件算子（例如多级ILU（不完全上下分解））类型总是基于系统矩阵的数学结构。遗憾的是，对于该问题，这些基于数学的预条件算子是低效的。在本发明实施例中，使用基于要解决的问题的物理特性的预条件算子，其是源分布的一般情况，如上所述。

非常规非水平源分布可以被看作常规水平源分布的扰动，因此非常规非水平源分布的系统矩阵的逆是通过常规水平源分布的系统矩阵的逆而得以近似的。因此，等效水平源分布的系统矩阵的逆被取作预条件算子。注意，如果源分布是水平的，则共轭梯度迭代方案终止于具有该预条件算子的单次迭代内。对于水平源分布，方程(15)的正规方程的系统是对角线的，并且解是直接获得为如下：

(21)

在本发明实施例中，所采用的预条件算子，以下方程(16)，是：

(22)

出于方便，方程(10)可以通过紧凑的形式写为：

(23)

其中，现在n代表（n，m），q代表（q，r）。预条件算子是复拉普拉斯频率参数s的函数。

在块33中，预条件共轭梯度迭代方案被应用于求解方程(23)中的方程系统，来自块32的预条件后的正规方程集合。在以数k指定的每一迭代中，获得谱源消幻影波场的近似值，具有残差。因而，在第k次迭代时，第k残差给出为：

(24)

以下参照图4中的流程图的讨论来描述用于预条件共轭梯度迭代方案的本发明特定实施例。

在块34中，确定是否留有图2的块25中所选择的任何频率。如果留有频率，则该过程返回图2的块25。如果未留有频率，则该过程继续进行到步骤35。因此，通过共轭梯度迭代的求解对于每一频率f而进行重复。

在块35中，确定是否留有图2的块23中所选择的任何接收机位置。如果留有接收机位置，则该过程返回图2的块23。如果未留有接收机位置，则该过程继续进行到步骤36。因此，通过共轭梯度迭代的求解对于每一接收机位置而进行重复。

在块36中，来自块33的源消幻影后的解从谱域变换回到空间-时间域。在谱域中获得源消幻影后的波场之后，在空间-时间域中的零深度处的源消幻影后的波场如下而获得：

(25)

源消幻影后的波场p^dgh是复拉普拉斯频率参数s的函数。

图4是示出用于对海洋地震拖缆数据进行源消幻影的迭代预条件共轭梯度方案的本发明实施例的流程图。这是以上参照图3的块33中的方案。

在块41中，选择对于迭代计数k=0的零初始估计。在一个实施例中，该估计是：

(26)

在其它实施例中，可以使用对于共轭梯度方案的初始估计的不同选取。例如，不同选取可以包括对于先前频率所获得的解或对于不同接收机位置的解，但不限于此。

在块42中，计算对于迭代计数k=1的估计。在一个实施例中，这些估计是：

(27)

在块43中，迭代计数k增加1。因而，k=k+1，依次得到k=2，3，……。

在块44中，使用对于迭代计数k-1的估计来计算对于迭代计数k的估计。在一个实施例中，该估计是：

(28)

在块45中，对于来自块44的残差的当前第k次迭代估计而计算误差准则。在一个实施例中，该误差准则是：

(29)

在块46中，确定是否满足块45中的误差准则。如果不满足误差准则，则迭代过程返回到块43，以继续另一估计集合。如果满足误差准则，则迭代过程结束。

当使用求逆方法并且利用复拉普拉斯频率参数s时，本发明的源消幻影分解方法可以再形成（reformulate）到不同的域，包括频率缓慢域或tau缓慢域或空间-时间域，但不限于此。

以上作为方法已经讨论了本发明，目的仅是说明性的，但本发明也可以实现为系统。本发明的系统优选地是凭借计算机（具体是数字计算机）连同另外的传统数据处理设备一起而得以实现的。本领域公知的此类数据处理设备将包括计算机处理设备的任何适当组合或网络，包括硬件（处理器、临时存储设备和持久存储设备、以及任何另外适当的计算机处理设备）、软件（操作系统、应用程序、数学程序库、以及任何另外适当的软件）、连接（电、光、无线、或其它）、以及外设（诸如键盘、指点设备和扫描仪之类的输入和输出设备；显示设备，例如监视器和打印机；计算机可读存储介质（例如磁带、盘、以及硬驱动器）、以及任何其它适当的设备），但不限于此。

在另一实施例中，本发明可以实现为上述方法，具体地使用可编程计算机而得以执行，以执行所述方法。在另一实施例中，本发明可以实现为计算机可读介质中存储的计算机程序，其中，程序具有操作时使得可编程计算机执行上述方法的逻辑。在另一实施例中，本发明可以实现为具有介质上所存储的计算机程序的计算机可读介质，从而程序具有操作时使得可编程计算机执行上述方法的逻辑。

应理解，前述内容仅仅是本发明具体实施例的详细描述，在不脱离本发明范围的情况下，可以根据在此的公开而对所公开的实施例进行大量改变、修改以及替换。因此，前面的描述并不意味着限制本发明的范围。而是，本发明的范围仅由所附权利要求及其等同物来确定。

Claims

1.一种方法，用于将从海洋拖缆记录的地震数据转换为源消幻影后的地震数据，包括：

使用可编程计算机来执行下述内容：

将从所述海洋拖缆记录的地震数据分类成共用接收机收集；

确定具有非零实部的复拉普拉斯频率参数；

获得针对地震接收机位置的所记录的地震数据；

使用所述复拉普拉斯频率参数来将针对地震接收机位置的所记录的地震数据从空间-时间域变换到空间-频率域；

获得针对频率的变换后的地震数据；

使用所述复拉普拉斯频率参数来将针对频率的变换后地震数据从空间-频率域变换到谱域；

使用基于物理的预条件算子将迭代共轭梯度方案应用于变换后的地震数据，以将最小二乘解提供给用于源消幻影方程系统的正规方程集合；以及

将所述解逆变换回到空间-时间域，以提供对地球地表下成像有用的源消幻影后的地震数据。

2.权利要求1所述的方法，其中，所述复拉普拉斯频率参数由如下给出：

,

其中，j是虚单位，ω是角频率，f是频率，ε是所确定的复拉普拉斯频率参数s的非零实部。

3.权利要求2所述的方法，其中，使用所述复拉普拉斯频率参数来变换所记录的地震数据包括：

使用拉普拉斯变换将散射的声学波场从空间-时间域变换到空间-频率域，从而：

,

其中，x₁ ^S和x₂ ^S是源水平坐标，以及x₃ ^S是源深度，是空间-频率域中的散射的声学波场，是纵测线源坐标，q是纵测线源数，是横测线源坐标，r是横测线源数，并且是作为和的函数的源深度。

4.权利要求3所述的方法，其中，使用复拉普拉斯频率参数来变换所述变换后的地震数据包括：

通过以下将散射的波场从空间-频率域变换到谱域：

其中：

以及：

是谱域中的散射的声学波场，n是纵测线谱数，m是横测线谱数，是纵测线源采样距离，是横测线源采样距离，是纵测线谱傅立叶参数，是纵测线谱采样距离，是横测线谱傅立叶参数，是横测线谱采样距离，N是纵测线源的总数，M是横测线源的总数。

5.权利要求4所述的方法，还包括：

确定方程系统，用于对针对频率的变换后的地震数据进行源消幻影；

确定源消幻影方程系统的正规方程集合；以及

将基于物理的预条件算子应用于正规方程集合。

6.权利要求5所述的方法，其中，确定用于源消幻影的方程系统包括：应用以下方程：

,

其中，系统矩阵由以下给出：

，

其中，是在零深度处源消幻影后的声学波场，P_q,r ^sct是空间-频率域中的所记录的地震数据，以及是垂直传播系数。

7.权利要求6所述的方法，其中，确定正规方程集合包括：应用以下方程：

,

其中，矩阵由以下给出：

,

已知矢量由以下给出：

,

并且n和是纵测线谱数，m和是横测线谱数，并且上划线表示复共轭。

8.权利要求6所述的方法，其中，所述预条件算子包括水平源分布的系统矩阵的逆。

9.权利要求8所述的方法，其中，应用预条件算子包括：应用以下方程：

。

10.权利要求1所述的方法，其中，应用迭代共轭梯度方案包括：

按照如下选择迭代计数k=0的初始估计：

;

按照如下计算对于迭代计数k=1的估计：

执行以下操作，直到满足误差准则：

通过k=k+1将迭代计数增加；以及

按照如下使用对于k-1计算出的先前估计来计算对于迭代计数k的估计：

，

其中，P_n ^dgh(k)是谱源消幻影波场，r^(k) _q是残差，p_q ^sct是空间-频率域中所记录的地震数据，K_q,n是系统矩阵,是预条件算子，以及下标q代表(q,r)且下标n代表(n,m)。

11.权利要求10所述的方法，其中，所述误差准则由以下给出：

。

12.权利要求4所述的方法，其中，对所述解进行逆变换包括：应用以下方程：

，

其中，是在零深度处的源消幻影后的声学波场。

13.一种设备，用于将从海洋拖缆记录的地震数据转换为源消幻影后的地震数据，包括：

用于将利用海洋拖缆记录的地震数据分类成共用接收机收集的装置；

用于确定具有非零实部的复拉普拉斯频率参数的装置；

用于获得针对地震接收机位置的所记录的地震数据的装置；

用于使用所述复拉普拉斯频率参数来将针对地震接收机位置的所记录的地震数据从空间-时间域变换到空间-频率域的装置；

用于获得针对频率的变换后的地震数据的装置；

用于使用所述复拉普拉斯频率参数以将针对频率的变换后的地震数据从空间-频率域变换到谱域的装置；

用于使用基于物理的预条件算子将迭代共轭梯度方案应用于变换后的地震数据，以将最小二乘解提供给用于源消幻影方程系统的正规方程集合的装置；以及

用于将所述解逆变换回到空间-时间域以提供源消幻影后的地震数据的装置。

14.权利要求13所述的设备，其中，所述复拉普拉斯频率参数由以下给出：

,

15.权利要求14所述的设备，其中，用于使用所述复拉普拉斯频率参数来变换所记录的地震数据的装置包括：

用于使用拉普拉斯变换将散射的声学波场从空间-时间域变换到空间-频率域的装置，从而：

,

其中，x₁ ^S和x₂ ^S是源水平坐标，以及x₃ ^S是源深度，是空间-频率域中的散射的声学波场，是纵测线源坐标，q是纵测线源数，是横测线源坐标，r是横测线源数，是作为和的函数的源深度。

16.权利要求15所述的设备，其中，用于使用所述复拉普拉斯频率参数来变换所述变换后的地震数据的装置包括：

用于通过以下将散射的波场从所述空间-频率域变换到谱域的装置：

其中：

以及：

并且是谱域中的散射的声学波场，n是纵测线谱数，m是横测线谱数，是纵测线源采样距离，是横测线源采样距离，是纵测线谱傅立叶参数，是纵测线谱采样距离，是横测线谱傅立叶参数，是横测线谱采样距离，N是纵测线源的总数，M是横测线源的总数。

17.权利要求16的设备，还包括：

用于确定方程系统以用于对针对频率的变换后的地震数据进行源消幻影的装置；

用于确定源消幻影方程系统的正规方程集合的装置；以及

用于将基于物理的预条件算子应用于正规方程集合的装置。

18.权利要求17所述的设备，其中用于确定用于源消幻影的方程系统的装置包括用于应用以下方程的装置：

,

其中，系统矩阵由以下给出：

，

19.权利要求18所述的设备，其中用于确定正规方程集合的装置包括用于应用以下方程的装置：

,

其中，矩阵由以下给出：

,

已知矢量由以下给出：

,

20.权利要求18所述的设备，其中，所述预条件算子包括水平源分布的系统矩阵的逆。

21.权利要求20所述的设备，其中，用于应用预条件算子的装置包括用于应用以下方程的装置：

。

22.权利要求13所述的设备，其中用于应用迭代共轭梯度方案的装置包括：

用于按照如下选择迭代计数k=0的初始估计的装置：

;

用于按照如下计算对于迭代计数k=1的估计的装置：

用于执行以下操作，直到满足误差准则为止的装置：

通过k=k+1将迭代计数增加；以及

按照如下使用对于k-1计算出的先前的估计来计算对于迭代计数k的估计：

，

其中，P_n ^dgh(k)是谱源消幻影波场，r^(k) _q是残差，p_q ^sct是空间-频率域中所记录的地震数据，K_q,n是系统矩阵,是预条件算子，以及下标q 代表 (q,r) 且下标n代表 (n,m)。

23.权利要求22所述的设备，其中，所述误差准则由以下给出：

。

24.权利要求16所述的设备，其中用于对所述解进行逆变换的装置包括用于应用以下方程的装置：

，

其中，是在零深度处源消幻影后的声学波场。