CN102257403A - 采用地震源信号估计并校正关于地震粒子运动传感器的扰动 - Google Patents

Abstract

一种计算机实施的方法，包括存取一组多分量海洋噪声数据，这组多分量海洋噪声数据在海洋地震勘测装置上多个协同定位的压力与粒子运动数据点中的每一个点处呈现出多个极化向量；以及根据所述极化向量确定用于海洋地震勘测装置的一组扰动噪声数据。计算机可读存储介质利用指令编码，当所述指令被处理器执行时，执行所述计算机实施的方法。一种计算装置，编程为执行所述计算机实施的方法。

Description

采用地震源信号估计并校正关于地震粒子运动传感器的扰动

对相关申请的交叉引用

不适用。

关于联邦政府赞助的研究或者开发的声明

不适用。

技术领域

本发明公开内容涉及海洋地震勘测，尤其涉及在这种勘测中对关于地震粒子运动传感器的扰动的估计与校正。

背景技术

本文献的该部分意在介绍本领域中可能与以下所述和/或要求保护的本发明各方面相关的各个方面。该部分提供了便于更好地理解本发明各个方面的背景信息。如这部分的标题所暗示的，这是相关技术的讨论。这种技术绝没有暗示它也是现有技术。相关技术可能是或者可能不是现有技术。因此，应当理解，本文献的该部分中的陈述要据此来阅读，而不认为是现有技术。

地震勘探涉及勘测地下的地质构造，来寻找碳氢化合物储藏。勘测一般涉及在预定位置部署地震源和地震传感器。地震源将声波施加到地质构造中。地质构造的特征将压力波反射到传感器。传感器接收反射的波，这种波被检测、调节并处理，以便生成地震数据。然后，对地震数据的分析可以指示碳氢化合物储藏的可能位置的存在或者不存在。

某些勘测被称为“海洋”勘测，因为它们是在海洋环境中进行的。应当指出，海洋勘测不仅可以在咸水环境中进行，还可以在淡水和半咸水中进行。海洋勘测有至少两种类型。在第一种类型中，地震线缆(称为“拖缆”)和地震源的阵列被拖曳在勘测船后面。在第二种类型中，地震线缆(称为“海底线缆”)的阵列被设置在海底或者海床上，而地震源被勘测船拖曳，其中每一条地震线缆都包括多个传感器。

从历史上来说，拖曳阵列的海洋地震勘测只采用压力波，而接收器检测任何经过的波阵面。这包括两种类型的波阵面。第一种是从地质构造向上反射到接收器的那些波阵面。第二种是从水表面向下反射的那些波阵面。向上的反射是期望的，因为它们通常包含关于所勘测地质构造的信息。向下的反射是不期望的，因为它们干扰向上的反射并且降低地震信号的带宽。

因此，本领域最近开始转向“多分量”勘测，其中，例如，不仅检测波阵面的经过，还检测其传播的方向。获知行进的方向允许确定例如哪些波阵面在向上行进以及哪些波阵面在向下行进。多分量拖曳阵列勘测包括不仅检测经过的波阵面的压力波还检测经过的波阵面的速度或者其时间导数(例如加速度)的多个接收器。这些接收器在下文中将称为“粒子运动传感器”，因为它们测量移位的粒子的速度或者加速度。压力传感器一般是水中听音器，而粒子运动传感器一般是地音探听器或者加速度计。

但是，多分量勘测对可以称为“扰动”的东西更敏感。一种类型的扰动是例如称为“对准扰动”的扰动。在形成拖曳阵列一部分的拖缆中的传感器常常是在正交的x-y-z坐标系中定向的，其中x-y-z轴定义为相对于拖缆的纵测线方向、相对于拖缆的横测线方向及深度方向。在对准扰动中，传感器相对于拖缆失准，使得其x-y-z轴中的一个或多个与拖缆的对应纵测线、横测线和深度轴不对准。但这只是扰动的一个例子，还存在其它的例子。另一种类型例如涉及振幅灵敏度。

扰动是不期望的，因为它们还导致勘测中获得的地震数据中的误差。数据中的误差又会导致对碳氢化合物储藏位置分析中的误差。因此，本领域技术人员已经开始开发可以消除或者至少减轻这种误差的技术。

本发明针对克服或者至少减少以上所述一个或多个问题的影响。

发明内容

在第一方面，本发明是计算机实施的方法，包括：存取一组多分量海洋校准数据，这组多分量海洋校准数据在海洋地震勘测装置上多个成对的压力与粒子运动数据点中的每一个点处呈现出多个极化向量；根据所述极化向量确定用于海洋地震勘测装置的一组扰动；以及确定对应于所述扰动的一组校准值。

在第二方面，本发明包括一种方法，包括：为包括成对的压力与粒子运动传感器的海洋勘测装置获得一组校准数据；利用所述成对的压力与粒子运动传感器执行海洋地震勘测，以获得一组地震勘测数据；及减轻地震勘测数据中的扰动噪声。获得校准数据包括：在不同的时间以及从海洋环境中的不同的深度给予多个地震信号；以及在成对的压力与粒子运动传感器处获得来自所述地震信号的反射的一组校准数据。减轻扰动包括：通过使用所获得的校准信号估计关于海洋勘测装置的响应的扰动；确定关于海洋勘测装置的响应的校准值，以消除扰动；以及去除所估计的关于海洋勘测装置的响应的扰动。

在第三方面，本发明是一种方法，包括：估计关于包括成对的压力与粒子运动传感器的海洋勘测装置的响应的一组扰动；利用所述成对的压力与粒子运动传感器执行海洋地震勘测，以获得一组地震勘测数据；以及减轻地震勘测数据中的扰动误差。估计扰动包括：在不同时间以及从海洋环境中的不同深度给予多个声学校准信号；在多个成对的压力与粒子运动传感器处获得所述声学校准信号的一组反射；将所获得的这组声学校准信号的极化参数与关于地震勘测装置的响应的扰动关联；以及基于该关系估计扰动与校准值。

在第四方面，本发明包括海洋地震勘测装置，包括：地震勘测船；至少一个能够在不同时间以及从海洋环境中不同深度给予多个地震校准信号的地震源；多条地震线缆，包括沿其长度分布的多个成对的压力与粒子运动传感器并且能够在所述成对的压力与粒子运动传感器处获得地震校准信号的一组反射；及位于地震勘测船上的计算装置。该计算装置能够：存取一组多分量校准数据，这组多分量校准数据在海洋地震勘测装置上多个成对的压力与粒子运动数据点中的每一个点处呈现出多个极化向量；根据所述极化向量确定用于海洋地震勘测装置的一组扰动；以及确定对应于所述扰动的一组校准值。

在其它方面，本发明包括利用指令编码的计算机可读程序存储介质，当所述指令被处理器执行时，执行本发明的软件实施的方面，本发明还包括编程为执行那些方面的计算装置。

以上给出了本发明的简要概述，以便提供对本发明某些方面的基本理解。该概述不是本发明的详尽概观。它不是要标识本发明的重要或关键要素或者要勾画出本发明的范围。其唯一的目的就是以简化的形式给出一些概念，作为随后要讨论的更详细的描述的序言。

附图说明

下文中将参考附图描述本发明，在附图中相同的标号指示相同的要素，并且：

图1示出了根据本发明的一方面实践的方法的一种特定实施方式；

图2示出了可以在其上实践本发明的一种特定实施方式的计算装置；

图3A-图3C示出了可以在本发明第一方面的一种实施方式中通过其获得地震数据的拖曳阵列、海洋地震勘测；

图4概念性地示出了用于图3A-图3C的地震勘测的一种特定传感器布置；

图5说明了获得地震数据的坐标系；

图6A-图6B和图7A-图7B说明了造成扰动的、相对于图3A-图3C中所示坐标系的传感器失准；

图8示出了从首先在图3A-图3C中示出的两个地震源中一个收集校准数据；

图9A-图9B示出了图3A-图3C中所示实施方式的另选实施方式，其中从相同的勘测船部署了两个地震源；

图10示出了图3A-图3C中所示实施方式的另选实施方式，其中采用了纵测线源；

图11示出了图3A-图3C中所示实施方式的另选实施方式，其中采用了勘测源；

图12概念性地说明了在某些另选实施方式中从获得位置到成对传感器位置的数据内插；

图13A和图13B示出了在某些另选实施方式中可以实践本发明的海床勘测。

尽管本发明容许各种修改和另选形式，但是其特定实施方式已经在附图中作为例子示出并在此详细描述。但是，应当理解，这里对特定实施方式的描述不是要将本发明限制到所公开的特定形式，相反，本发明是要覆盖落入由所附权利要求定义的本发明范围内的所有修改、等价物和另选方式。

具体实施方式

以下将描述本发明的一个或多个特定实施方式。特别指出本发明不是要限定到在此所包含的实施方式与说明，本发明还包括落入以下权利要求范围中的那些实施方式的修改形式，包括实施方式的部分及不同实施方式的要素的组合。应当理解，在任何这种实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中一样，必须作出很多特定于实现方式的决定，以实现开发者的特定目标，例如与系统相关和商业相关的约束相符合，这种约束可能是随着实现方式的不同而变化的。此外，还应当理解，这种开发投入可能是复杂而耗时的，但勿庸置疑，它仍然是受益于本公开的那些普通技术人员进行设计、制作和制造的例行任务。除非明确地指示为“关键的”或者“必需的”，否则本申请中没有什么被认为是对于本发明关键或必需的。

在此所使用的词汇和短语应当理解和解释为具有与相关领域中技术人员对那些词汇和短语理解一致的意思。这里相一致地使用的术语或短语并不暗示术语或短语的特定定义，即与本领域技术人员所理解的普通和习惯意思不同的定义。对于术语或短语意图具有特定含义，即除本领域技术人员所理解的含义以外的含义，这种特定的定义将明确地在说明书中以直接并不含糊地为该术语或短语提供特定定义的明确方式来阐述。

本发明包括用于估计和校正在海洋勘测中所获得的多分量地震数据中的扰动的技术。在各个方面与实施方式中，该技术包括计算机实施的方法、用于实施该方法的各种装置及通过执行该方法减轻了扰动误差的地震数据集。

更特别地，本发明针对可以对所获得的地震数据校正扰动的技术。所获得的地震数据中这些扰动的影响可以描述为噪声，因为它们干扰真正描述被勘测的地质构造的信息。更特别地，本发明描述用于估计和减轻包括协同定位的压力与粒子运动测量量的多分量地震数据中的扰动的技术。

该技术将扰动噪声与物理模型参数(例如传感器灵敏度和传感器关于线缆轴的对准失准角度)关联。然后，极化向量的分量与大小关联到利用粒子运动与压力传感器所获得的校准信号。然后，通过使用所测量的来自多个地震源的极化信息对扰动进行估计，其中在地震拖缆被地震船拖曳的同时所述多个地震源射击。

如在此所使用的，“扰动噪声”是在缺少任何扰动的情况下所记录的地震数据与存在物理参数模型误差的情况下所记录的地震数据之间的差异。在这种环境下，“扰动”是传感器物理参数与其标称值的偏差。这些扰动包括如上面所提到的灵敏度和对准扰动。因此，扰动噪声可以作为灵敏度和失准角度的函数量化。由压力与粒子运动传感器所测量的信号是极化向量的大小与极化向量分量间的角度的函数。因此，传感器的灵敏度可以根据极化向量的大小来估计，而传感器的对准可以根据极化向量的方向来估计。存在来自多分量拖缆中的压力传感器与粒子运动传感器的协同定位数据点允许独立于传感器的对准来估计传感器灵敏度。因为新技术使用信号记录来校正扰动误差，所以也可以称为基于信号的扰动估计与校正(“SPEC”)技术。

现在将参考附图描述本发明。各种结构、系统和系统仅仅是为了解释的目的而在附图中示意性示出的，因此本领域技术人员众所周知的细节没有模糊本发明。不过，包括附图以描述和解释本发明的说明性例子。

现在转向附图，其中在几个图中，相同的标号对应于类似的部件，图1给出了在减轻多分量海洋地震勘测数据中的扰动误差时可以在例如图2的计算装置200的装置上执行的计算机实施的方法100。在此所公开的技术开发了一组用于表征海洋地震勘测数据中的扰动噪声的校准数据。所述校准数据是以在多个协同定位的压力与粒子运动数据点中的每一个点处呈现出多个极化向量的方式获得的。扰动是根据以例如图3A-图3C中所说明并在以下进一步讨论的方式获得的校准数据估计的。一旦估计出扰动，则可以校准海洋勘测装置的响应，以减轻关于地震勘测数据的扰动噪声。

图2示出了例如可以在本发明的某些方面中采用的计算装置200的硬件和软件体系结构的选择部分。计算装置200包括与存储装置210通过总线系统215通信的处理器205。在实践当中，存储装置210可以包括任何类型的介质，包括硬盘和/或随机存取存储器(“RAM”)和/或可拆卸存储装置，例如软磁盘217和光盘220。

存储装置210利用所获得的地震勘测数据225编码。所获得的地震勘测数据225是“多分量”数据并且如图2所示包括压力数据227(即，“P数据”)和粒子运动数据228(例如，“Z数据”)。此外，存储装置210还利用校准数据231编码，所述校准数据231也是“多分量”数据并且类似地包括压力数据232和粒子运动数据233。校准数据231是以如下进一步描述的、使其在多个协同定位的压力与粒子运动数据点中的每一个点处呈现出多个极化向量的方式获得的。

应当指出，所获得的地震勘测数据225和校准数据231在存储到存储装置210上的时候是数字的。在此处所公开的特定实施方式中，所获得的地震勘测数据225和校准数据231在获得点处是数字的。但是，依赖于实现方式，数字化的点可以变化。因此，在输出(从传感器(未示出)获得该输出)的时候或者在输出后及存储前进行转换的时候，数据可以是数字的。

所获得的地震勘测数据225和校准数据231可以利用本领域中已知的任何合适的数据结构来存储。该数据结构将一般是例如平面文件或者文本限定文件。但是，可以接受的另选方式包括例如数据库、列表、树、表格等结构。本发明不受存储所获得的地震勘测数据225和校准数据231的方式的限制。

存储装置210还利用操作系统230、用户接口软件235和应用程序265编码。结合显示器230与外围I/O设备(例如小键盘或者键盘250、鼠标255或者操纵杆260)用户接口软件235实现了用户接口245。处理器205在操作系统230的控制之下运行，其中在实践中，操作系统230可以是本领域已知的任何操作系统。当被调用时，应用程序265执行本发明的方法，例如图1的方法100。用户可以通过用户接口245以传统的方式调用应用程序。

现在既参考图1又参考图2，方法100是用于确定与给定的海洋勘测装置关联的、由扰动数据236表示的扰动和对应校准值237的计算机实施的方法。然后，在本发明的另一方面，校准值237可以用于校准海洋勘测装置的响应，以减轻海洋地震勘测数据225中的扰动误差。在所说明的实施方式中，方法100是由处理器205在OS 230的控制下执行应用程序265来执行的，所有这些都在图2中示出并在以上进行了讨论。但是，应当指出，本发明不受实施该方法的软件部件的性质的限制。例如，在另选实施方式中，方法100可以在例如实用程序(utility)或者某种其它类型的软件部件中实现。

方法100以首先(在110)存取一组多分量海洋校准数据开始，其中这组多分量海洋校准数据在海洋地震勘测装置上的多个协同定位的压力与粒子运动数据点中的每一个点处呈现出多个极化向量。极化向量polVec(t)是由测量量的x、y、z分量组成的向量：

其中t是时间，x、y和z是定义以下进一步描述的笛卡尔坐标系的纵测线、横测线和垂直方向，而v_x、v_y、v_z指示相对于时间沿x、y、z坐标的粒子运动测量量。极化角度是极化向量的分量之间的角度。

应当指出，对于平面波，极化角度是恒定的而且独立于时间。换句话说，如果将向量polVec(t)的顶点画成t的函数，则在三维(“3D”)坐标系中它将停留在一条线上。这条线关于3D坐标系的x、y、z轴的角度将与极化角度相同。对于这种类型的平面波，就说波(信号)是线性极化的。

然后，方法100(在120)根据极化向量确定用于海洋地震勘测装置的一组校准数据231的扰动。扰动噪声是在没有任何扰动误差的情况下所记录的数据与存在灵敏度与对准扰动误差情况下所记录的数据之间的差异。在所说明的实施方式中，关于校准信号的扰动噪声与关于物理模型参数的扰动(例如与标称灵敏度的传感器灵敏度偏差和关于线缆轴的失准角度)关联。然后，极化向量的分量与大小与利用粒子运动与压力传感器所获得的信号关联。由压力与粒子运动传感器所测得的信号是极化向量的大小和极化向量分量间的角度的函数。

然后，方法100继续(在130)确定对应于扰动的一组校准值。本领域中受益于本公开内容的技术人员将认识到校准的性质将依赖于扰动的性质。类似地，它们的应用也是如此。

本领域中受益于本公开内容的技术人员还将认识到，因为扰动噪声的源，所以校准数据和地震勘测数据应当利用相同的装置获得。

为了进一步理解以上所述的本发明，现在将给出本发明的一种特定实施方式，该实施方式表明了本发明的几个方面。现在参考图3A-图3C，其示出了拖曳阵列海洋地震勘测装置300。图3A是所部署的勘测装置300的立体图。图3B是从由图3A中的箭头303所指示方向(即，从勘测装置的船后和纵测线方向)勘测的平面图。图3C是从图3B中的箭头306指示的方向(即，从右舷，舷侧)勘测的平面图。

勘测船312拖曳拖缆318(只示出了一条)的阵列315，每条拖缆都包括多种地震传感器探测装置321(只指示出了一个)。在所说明的实施方式中，仪表化的探测装置321容纳了压力传感器400、粒子运动传感器403和取向传感器406，如图4中概念性地示出的。

压力传感器400可以利用例如本领域中已知的水中听音器来实施。压力传感器400获得以本领域中众所周知的传统方式指示经过的波阵面大小和到达时间的“压力数据”427。压力传感器400可以是本领域中已知的任何用于此目的的压力传感器。

粒子运动传感器403不仅测量经过的波阵面的大小，还测量它们的方向。粒子运动传感器403可以利用例如至少两个在与拖缆318的纵测线轴垂直的平面内的不同(优选地是正交)方向协同定位的传感器来实施。合适的粒子运动传感器在美国申请序列号10/792,511(公开号2005/0194201)；美国申请序列号10/233,266(2004/0042341)及美国专利特许证3,283,293中公开。因此，将可以确定由压力传感器400所检测到的波阵面的传播方向。

但是，粒子速度只是可以使用的与经过的波阵面关联的一个向量量。因此，在某些实施方式中，代替粒子速度，粒子加速度可以利用合适的加速度计来测量。合适的加速度计包括例如本领域中众所周知用于基于陆地的地震勘测的地音探听器加速度计(“GAC”)，或者是微型机电系统(“MEMS”)加速度计。合适的MEMS加速度计是本领域已知的。例如，在美国专利特许证5,723,790；美国专利申请序列号11/042,721(公开号2005/0160814)；美国专利申请序列号11/000,652(公开号2005/0202585)及国际专利申请序列号PCT/G2904/001036(公开号WO 2004/081583)中公开了MEMS加速度计。但是，可以使用本领域已知的任何合适的加速度计。

拖缆318还提供了测量或者检测粒子运动传感器403相对于海面或者重力场的取向的途径。这是取向传感器406的功能。粒子运动传感器403理想地定向为在“真正的”垂直方向进行测量。但是，情况常常不是这样，因为拖缆318在地震勘测过程中会旋转和扭曲。因此，期望知道粒子运动传感器403相对于垂直方向的真正取向，从而在处理中可以实现校正。

例如，这可以利用测斜仪来进行。测斜仪可以是在集成电路芯片上形成的单和/或双轴加速度计，例如由Analog Devices生产的ADXL103/203单/双轴加速度计或者在以Kenneth E.Welker和NicolasGoujon的名义于2003年7月21日提交且标题为“Cable MotionDetection”的美国申请序列号10/623,904中公开的加速度计，该申请与本申请共同受让。可选地，在使用MEMS传感器的实施方式中使用来自MEMS传感器的DC分量。应当指出，这意味着，在使用MEMS传感器的实施方式中，可能没有单独的取向传感器406。

某些实施方式可以采用除所示出那些之外的附加传感器。某些实施方式可以采用另一个传感器来测量纵测线粒子速度。如果存在测量纵测线粒子速度的另一个粒子运动传感器，则包括测量传感器相对于海面的纵测线角度的额外的测斜仪。

总的来说，对于粒子运动传感器403的测量量，期望尽可能合理地靠近由压力传感器400所获得压力数据的点，以减少预处理。但是，没有必要将粒子运动传感器403和压力传感器400在探测装置321中放到一起，如所说明的实施方式的情况那样。因此，传感器400、403和406是在拖缆318上协同定位的，例如，它们位于相同的探测装置321中。但是，传感器400、403、406不需要位于相同的探测装置321中以协同定位。此外，如以下将进一步讨论的，传感器400、403和406不需要协同定位。另选实施方式可以将粒子运动传感器403放到拖缆318上，而与压力传感器400的位置无关，甚至到两组传感器可以沿拖缆318采用不同的纵测线间距的程度。在这些情况下，垂直运动数据或者压力数据可以在处理过程中利用本领域已知的技术纵测线内插(interpolated inline)。

然后，仪表化的探测装置321的传感器通过拖缆318的电导线传送代表所检测到的量的数据。来自压力传感器400、粒子运动传感器403和传感器取向传感器406的数据可以通过单独的线传送。但是，这对于本发明的实践而言不是必需的。尺寸、重量和功率约束一般将使得单独的线是不期望的。因此，所产生的数据将与地震数据交织。用于与其交织信息的技术是本领域已知的。例如，两种类型的数据可以是多路传输的。可以采用本领域已知的用于交织数据的任何合适技术。

现在参考图3A-图3C和图4，由仪表化的探测装置321的传感器400、403和406产生的数据通过拖缆318传送到位于勘测船312上的计算装置(未示出)。如本领域技术人员将认识到的，在地震勘测过程中，有多种信号沿拖缆318上下传送。例如，电力传送到电子部件(例如，压力传感器400和粒子运动传感器403)、控制信号发送到定位元件(例如，本领域中已知的偏针仪和探测器(bird)，在此未示出)，而数据传送回勘测船312。

为此，拖缆318提供了多条线(即，电力导线409、命令与控制线412和数据线415)，这些信号可以通过这些线传送。本领域技术人员还将认识到，存在可以用来改变用于这种目的的线数量的多种技术。此外，拖缆318一般还将包括其它结构，例如加强部件(未示出)，为了清晰而省略该部件。

阵列315的间距、维度和定位可以根据传统实践来实现。例如，所说明的实施方式采用七条拖缆318，每条拖缆包括八个仪表化的探测装置321。受益于本公开内容的本领域技术人员将认识到，拖缆318的条数和探测装置321的个数将是高度特定于实现方式的。例如，拖缆318一般是几千米长，因此在典型的拖曳阵列海洋勘测中有相当大量的探测装置321。

现在回到图3A-图3C，还示出了一对源船333a-333b，每条船拖曳各自的地震源336。本发明使用从至少两个不同的位置产生的两个地震源信号，以便获得不同的极化向量。源的特性(例如，频率成分、强度，等等)可以是类似的或者不同的-这对于本发明的实践是不重要的。源336是脉冲类型的源，并且更特别地，是例如本领域中已知的气枪。但是，任何合适的声学源都可以使用。因此，在某些另选实施方式中，源336中的一个或者两个可以是如本领域中已知的扫频源(sweep source)。由源336发出的地震信号应当具有高信噪比(“SNR”)。相应地，某些实施方式可以降低一条或者两条船333a-333b的拖曳速度例如至3节，以便降低高频时干扰噪声源的强度。

如本领域技术人员将认识到的，通过上述勘测装置的数据收集将一般在所谓“物理模型参数”中容易有误差或者扰动。在图3A-图3C中所示和以上所述的勘测装置300的构造与设计中，有许多种物理模型参数。两种普通类型的扰动误差来自传感器失准和传感器灵敏度。

例如，在勘测过程中收集的地震数据一般是在由正交x-y-z轴定义的笛卡尔坐标系中收集的。所使用的坐标系在图5中示出，并且是相对于首先在图4中示出的在勘测装置中取向的传感器400、403、406定义的。更特别地，x方向是相对于拖缆318的“纵测线”方向，y方向是相对于拖缆的“横测线”方向，而z方向是通过水柱的垂直方向。

当数据被处理时，处理技术通常假设传感器在这个坐标系中是方形的。但是，常常碰巧传感器相对于轴失准，就像在图6A-图6B和图7A-图7B中所示出的。图6A-图6B示出了x-y失准，其中图6A示出了“真正的”对准，而图6B示出了失准。7A-图7B示出了y-z失准，其中图7A示出了“真正的”对准，而图7B示出了失准。如以上所讨论的，多分量勘测不仅所感测经过的压力波阵面的到达，还感测它们的方向。因此，这种类型的失准误差造成方向检测中的误差。

作为另一个例子，对于某些传感器，传感器的灵敏度不是恒定的，而是频率的函数。对于这些类型的传感器，灵敏度估计和校正应当针对每个频率进行。对于某些其它传感器，传感器对信号的响应可以由某个数学表达式(例如，根据共振频率和共振频率下的振幅定义的频率选择过滤器)来描述。对于这些类型的传感器，传感器在每个频率下对信号的响应(即，在该频率的灵敏度)可以如前面段落中所描述的那样来估计，然后，如果需要的话，可以估计共振频率和共振频率下的对应振幅。

因此，在所说明的实施方式中，在进行实际的勘测之前或者之后，本发明获得一组地震“校准”数据。相对于地震勘测数据，这种数据被称为“校准数据”，因为它用于估计扰动，而估计出的扰动用于减轻所获得的地震数据中的噪声。校准数据是利用地震信号获得的。地震源336是在不同的时间被触发的，以便从图3C所示的不同深度35和36给予声学信号。地震源336被触发的次序对于本发明的实践而言不是重要的。类似地，两个深度35和36的实际测量也不重要，只要它们不同即可。

在图8中示出从右舷源336收集校准数据。图8示出了在三个时间点t₀、t₁和t₂的处理。本领域技术人员将认识到，勘测装置300将是运动的，并且不像所示出的那样，其相对于声学信号和地质构造的位置将随时间而变化。

在时间t₀，右舷源336被触发并将地震信号800传到水柱803中。在时间t₁，地震信号800遇到反射体806，即，水柱803与海床809之间的界面。地震信号800的一部分812反射回勘测装置300，而一部分815继续传播。在时间t₂，所述部分815遇到第二个反射体818，即，海床806中的两层821、822之间的界面。一部分824朝勘测装置300反射回来，而一部分827继续传播。这个过程继续，直到传播的部分过度衰减。

当到达勘测装置300时，反射的部分812、824被压力与粒子运动传感器400、403检测到。所检测到的反射被数字化并传送到勘测船312上的数据收集单元(未示出)。

然后，对左舷源336重复对右舷源336描述的处理。

然后，根据传统的实践执行海洋地震勘测。从该勘测得到的地震勘测数据也被数字化并传送到勘测船312上的数据收集单元。

在所说明的实施方式中，校准数据231被处理，以获得扰动数据236。用户(未示出)调用应用程序265，该应用程序265随后存取校准数据231并对其进行处理。现在参考图1，应用程序265：

·(在110)存取一组多分量校准数据，这组多分量校准数据在海洋地震勘测装置上多个协同定位的压力与粒子运动数据点中的每一个点处呈现出多个极化向量；

·(在120)根据所述极化向量确定用于海洋地震勘测装置的一组扰动；以及

·(在130)确定对应于所述扰动的一组校准数据。然后，存储所产生的校准值237。然后，扰动可以被例如应用程序256校正，以校准传感器响应。

如以上简要提到的，本发明采用协同定位的压力与粒子运动数据点。通过使用协同定位的(或者最近的)压力测量量作为参考，该技术约束了振幅扰动。于是，源-接收器方位角向量的方向用于计算对准扰动。由此，对于本发明，振幅与对准扰动是在两个单独的步骤中解决的。

这种技术的优点是它单独地校正了传感器的扰动。换句话说，不像其它基于噪声的扰动估计与校正技术，阵列长度不需要非常长。缺点是它需要一条或多条源船来为每个传感器站生成地震信号。

假设以下压力波场P：

$P=P(\frac{y\cos \mathrm{\φ}}{c}+\frac{z\sin \mathrm{\φ}}{c}-t)---\left(1\right)$

其中：

y≡与横测线方向关联的空间坐标；

z≡与垂直方向关联的空间坐标；

c≡压力波场的声学速度；以及

t≡时间。

在这里，假设信号具有零纵测线波数；由此信号是纯横测线方向的。粒子的速度信号将如下与压力数据关联：

$v_y=\frac{\cos f}{\mathrm{rc}}P---\left(2\right)$

$v_z=\frac{\sin f}{\mathrm{rc}}P$

其中：

y≡横测线方向；

z≡垂直方向；

F≡极化角；

r≡水密度；以及

c≡如上。

线性极化的速度测量量可以由以下v_y-v_z平面内的曲线来描述：

$v_y\cos f+v_z\sin f=\frac{P}{\mathrm{rc}}---\left(3\right)$

其中所有的量都如上定义。应当指出，P可以从与粒子运动传感器协同定位的水中听音器传感器测量；而f可以通过使用例如全球定位系统(“GPS”)数据来测量。在这个阶段，v_y和v_z是未知的真正粒子速度数据。

假定在局部坐标中，我们有以下受扰的粒子速度测量量-

和对准角

全局坐标中的未受扰测量量将是：

其中，a、b、q是振幅与取向校准值。扰动的测量量将在

平面中具有以下极性：

${\stackrel{\‾}{v}}_y\cos F+{\stackrel{\‾}{v}}_z\sin F=\frac{\stackrel{\‾}{P}}{\mathrm{rc}}---\left(5\right)$

具有某个可测量的角度F。将未受扰的测量量替换到表达式(5)中，获得针对以下极化曲线的表达式：

应当指出，在这个表达式中，a、b、q是未知的；而

F是测量出的量。我们希望选择参数a、b、q的值，使得表达式(6)变成表达式(3)。换句话说，我们希望：

$\frac{a\cos F\cos (\stackrel{\‾}{f}+q)-b\sin F\sin (\stackrel{\‾}{f}+q)}{\sqrt{a^2{\cos }^{2}F+b^2{\sin }^{2}F}}=\cos f---\left(7\right)$

$\frac{a\cos F\sin (\stackrel{\‾}{f}+q)+b\sin F\cos (\stackrel{\‾}{f}+q)}{\sqrt{a^2{\cos }^{2}F+b^2{\sin }^{2}F}}=\sin f$

$\frac{\stackrel{\‾}{P}}{\sqrt{a^2{\cos }^{2}F+b^2{\sin }^{2}F}}=P$

最后一个表达式表明a、b应当满足：

$a^2{P}^2{\cos }^{2}F+b^2{P}^2{\sin }^{2}F={\stackrel{\‾}{P}}^2---\left(8\right)$

如果找到满足表达式(8)的a、b的值，就可以根据以下的表达式组估计q：

$\cos (q+\stackrel{\‾}{f})\left(a\cos F\right)-\sin (q+\stackrel{\‾}{f})\left(b\sin F\right)=\sqrt{a^2{\cos }^{2}F+b^2{\sin }^{2}F}\cos f---\left(9\right)$

$\cos (q+\stackrel{\‾}{f})\left(b\sin F\right)+\sin (q+\stackrel{\‾}{f})\left(a\cos F\right)=\sqrt{a^2{\cos }^{2}F+b^2{\sin }^{2}F}\sin f$

上一组表达式可以等价地写成：

$\cos q\left(a\cos F\right)-\sin q\left(b\sin F\right)=\sqrt{a^2{\cos }^{2}F+b^2{\sin }^{2}F}\cos (f-\stackrel{\‾}{f})---\left(10\right)$

$\cos q\left(b\sin F\right)\text{+sinq}\left(a\cos F\right)=\sqrt{a^2{\cos }^{2}F+b^2{\sin }^{2}F}\sin (f-\stackrel{\‾}{f})$

问题是，对于a、b和q，存在满足表达式(7)的无限多的解。一个价值不高的解是：a＝0，

且

因此，不能通过使用单个信号测量量来同时估计振幅与对准扰动。对应于两个或者更多个极化角的极化测量量将修正这个问题。例如，如果测量到了对应于M个源的极化，则可以从最小二乘的角度通过求解下式得到a、b：

然后，同样是从最小二乘的角度通过求解下式估计cosq和sinq：

有一种特殊的情况是没有振幅扰动。假定关于粒子运动传感器的振幅扰动已经通过使用某种可选方法进行了校正；并且问题是对准扰动误差的估计和假设未被校准的水中听音器的灵敏度。我们假设用于水中听音器的振幅校正因子是h。于是，由表达式(8)给出的表达式组简化成：

$\cos (\stackrel{\‾}{f}+q+F)=\cos f---\left(13\right)$

$\sin (\stackrel{\→}{f}+q+F)=\sin f$

$\stackrel{\‾}{P}=\mathrm{hP}$

因此，得到对准扰动误差为而且根据

与P之比得到水中听音器的振幅扰动。因此，在这种情况下，单个源的测量对于校正关于粒子运动传感器的对准扰动和关于水中听音器的振幅扰动是足够的。

本发明承认首先在图3A-图3C中示出的地震源336位置的变化，从这种变化获得了首先在图2中示出的校准数据231。在以上所述的实施方式中，地震源336从两个不同的源船333a、333b的右舷和左舷位于勘测装置300的舷侧。另选实施方式可以例如使用单个源船333将单个地震源336从左舷侧悬挂到深度35，然后再在右舷侧悬挂到深度36。图9A-图9B示出了一种另选实施方式，其中两个源336从单个源船333在勘测装置300的舷侧(只在单侧，例如右舷侧)悬挂在两个不同的深度35、36。受益于本公开内容的本领域技术人员将认识到关于这个主题的其它变化。

某些实施方式甚至可以使用纵测线地震源336(仅仅示出一个)，如图10所示。或者，操作中(即，勘测过程中)所使用的地震源可以产生源信号。一种这样的实施方式在图11中示出。但是，在这些实施方式中，用于地震源336的线缆1100在深度d被拖曳，该深度深到足以使直接到达1110和虚反射1120之间的时间延迟大到足以将它们区分开。还应当指出，如以上所讨论的，地震源336将用于从两个不同的位置获得校准数据231。

在以上所说明的实施方式中，从其确定扰动噪声的协同定位测量量是利用协同定位的传感器获得的，例如在图4中所示出的。但是，本发明不限于此。某些另选实施方式可以例如根据所获得的数据内插数据点。考虑例如在图12中示出的拖缆1200的部分。

如果压力传感器不与粒子运动传感器协同定位，则压力测量量可以对粒子运动传感器位置的位置进行内插。总的来说，对于扰动噪声的确定，相信压力数据对粒子运动传感器位置的内插将比使用例如最近的压力测量量更准确。内插是简单的，尤其是当压力传感器沿拖缆1200被均匀地隔开时。

因此，压力传感器和粒子运动传感器不需要在所有实施方式中都协同定位。在图12中，探测装置1210容纳压力传感器400和粒子运动传感器403，如图4所示。其余的探测装置1220(只示出一个)只容纳压力传感器400。如由断开的箭头1230(只示出一个)概念性指示的，由探测装置1220的压力传感器400获得的压力数据可以对最近的粒子运动测量位置的位置内插。内插是在处理过程中执行的。应当指出，以这种方式，粒子运动传感器403可以与多于一个或两个压力传感器成对。相应地，本发明不需要从协同定位的传感器获得校准数据231，而只需要从成对的传感器获得，而且成对不需要一对一的对应关系。

本发明的方法也可以应用到多分量海床地震数据。图13A-图13B示出了程式化的海床勘测1300。多条海底线缆1303(只示出一条)被定位到海床1306上，其中每条海底线缆1303都包括多个仪表化的探测装置330’(只示出一个)。如前面所描述的，探测装置330’从所产生的反射收集数据，并将其传送到表面1309。但是，数据收集受到通常观察为“垂直的剪切(噪声)”的影响。

还记得所获得的勘测数据225和校准数据231包括压力数据227、232和粒子运动数据228、233。在所说明的实施方式中，所获得的粒子运动数据228、233是速度数据或者经过的波阵面的粒子移位。但这只是适于用在本发明中的粒子运动数据的一种类型。另选实施方式可以例如获得经过的波阵面的加速度，即，粒子移位的二阶时间导数。其它量也可以适于用在本发明中。还应当指出，某些实施方式可以获得一种类型的粒子运动数据并在处理过程中将其转换，以使用另一种数据。因此，某些实施方式可能获得速度数据，对其进行处理以得到时间导数，然后在本发明方法的剩余部分中使用加速度数据。或者，某些实施方式可能获得加速度，关于时间将其积分，以得到速度，然后在方法的剩余部分中使用速度数据。

目前所公开的技术实际上并不是海洋地震勘测的一部分。因此，它不仅可以如上所述在勘测之前进行，还可以在勘测之间或者之后进行。但是，总的来说，如果在勘测之前执行，进行这种类型的校准会得到更多的益处。在这种情况下，如上所述的技术可以总体上概括如下：

·获得校准数据；

·估计扰动；及

·确定对应于所估计扰动的校准值。(例如，如果存在灵敏度扰动，我们则识别该灵敏度与标称灵敏度差多少，而且当我们获得了地震勘测数据时就对这种偏差进行校正)

但是，在勘测过程中，该技术可以概括如下：

·获得受扰的数据

·通过使用估计的校准值校正传感器的响应(传感器响应的校正将去除扰动噪声)

但是，在这两种情况下，都可以例如根据图1中所说明的方法100执行所述技术。

应当指出，从其被例如气枪生成并在海中传播等的意义上说，用于扰动估计的数据是地震数据。但是，这种数据不是将在分析地下地质构造时用于表征土层、碳氢化合物位置等的地震勘测数据。因此，尽管并不是必须在勘测之前执行，但是扰动估计可以被认为是在开始获得勘测数据之前的预处理步骤。

根据以上讨论，很显然，在一方面，本发明包括计算机实施的方法，例如图1的方法100。在另一方面，本发明包括编程为执行这种方法的计算装置，例如图2的计算装置200。在又一方面，本发明包括用指令编码的程序存储介质，例如光盘220，当指令被计算装置执行时，执行例如方法100的方法。

因此，这里具体描述的一些部分是依据软件实施的处理顺序给出的，其中软件实施的处理涉及计算系统或计算设备的存储器中关于数据位操作的符号表示。这些描述与表示是本领域技术人员用于最有效地向其它本领域技术人员传达其工作实质的手段。该处理与操作需要物理量的物理操纵。尽管不是必需，但通常，这些量采用能够被存储、传送、合并、比较及以其它方式被操纵的电、磁或光信号的形式。主要出于公共使用的原因，已经证明将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、项、数字等有时是方便的。

但是，应当牢记，所有这些和类似的术语都是与适当的物理量关联的，而且仅仅是适于这些量的方便的标记。除非特别声明或者以别的方式显而易见，否则在本公开物中，这些描述都指将表示为对某种电子设备存储装置中的物理(电、磁或光)量的数据的操纵和将其变换成类似地表示为存储装置或传输或显示设备中物理量的其它数据的电子设备的动作和处理。不作为限制，指示这种描述的术语的例子是术语“处理”、“计算”、“确定”、“显示”等。

还应当指出，本发明的软件实施的方面一般是编码在某种形式的程序存储介质上或者在某种形式的传输介质上实施。程序存储介质可以是磁的(例如，软盘或硬盘)或光的(例如，压缩盘只读存储器，或者“CD-ROM”)，而且可以是只读或随机存取的。类似的，传输介质可以是双绞线对、同轴线缆、光纤或者某种本领域已知的其它合适的传输介质。本发明不被任何给出的实现方式的这些方面所限定。

以下专利都通过引用包含于此，对于其关于粒子运动传感器的构造与操作的教导，就好象在此逐字逐句进行了阐述一样：

·以发明人Stig Rune Lennart Tenghamn和Andre Stenzel的名义于2004年3月3日提交且标题为“Particle MotionSensor for Marine Seismic Sensor Streamers”的美国申请序列号10/792,511(于2005年9月8日公开，公开号为2005/0194201)；

·以发明人Stig Rune Lennart Tenghamn等的名义于2002年8月30日提交且标题为“Apparatus and Methods forMulticomponent Marine Geophysical Data Gathering”的美国申请序列号10/233,266(于2004年3月4日公开，公开号为2004/0042341)；及

·以发明人G.M.Pavey，Jr等的名义于1966年11月1日发布且标题为“Particle Velocity Detector and Means forCanceling the Effects of Motional Disturbances AppliedThereto”的美国专利特许证3,283,293。

以下专利都通过引用包含于此，对于其关于MEMS加速度计的构造与操作的教导，就好象在此逐字逐句进行了阐述一样：

·以发明人Gert Andersson的名义于1998年3月3日发布且标题为“Monocrystalline Accelerometer and Angular RateSensor and Methods for Making and Using Same”的美国专利特许证5,723,790；

·以发明人Vladimir Vaganov和Nikolai Belov的名义于2005年6月24日提交且标题为“System and Method for aThree-Axis MEMS Accelerometer”的美国专利申请序列号11/042,721，该专利于2005年7月28日公开，公开号为2005/0160814A1；

·以发明人Mark H.Eskridge的名义于2004年11月30日提交且标题为“Micro-Machined Electromechanical System(MEMS)Accelerometer Device Having Arcuately ShapedFlexures”的美国专利申请序列号11/000,652，该专利于2005年9月15日公开，公开号为2005/0202585 A1；以及

·以发明人Diana Hodgins和Joseph Mark Hatt的名义于2004年3月11日提交且标题为“MEMS Accelerometers”的国际专利申请序列号PCT/G2904/001036，该专利于2004年9月25日公开，公开号为WO 2004/081583。

以下专利申请通过引用包含于此，对于其关于测斜仪的教导，就好象在此逐字逐句进行了阐述一样：

·以Kenneth E.Welker和Nicolas Goujon的名义并与本申请共同受让、于2003年7月21日提交且标题为“Cable MotionDetection”的美国申请序列号10/623,904。

以上所公开的特定实施方式仅仅是说明性的，本发明可以以不同但等效的方式进行修改和实践，这对于受益于这里的教导的本领域技术人员是显而易见的。此外，除以下权利要求中所描述的以外，希望对在此所示的构造或设计的细节没有限制。因此，很显然，以上所公开的特定实施方式可以改变或修改，而且所有这些变体都被认为是属于本发明的范围。因此，这里所寻求的保护在以下权利要求中阐述。

Claims (19)

1.一种计算机实施的方法，包括：

存取一组多分量校准数据，该组多分量校准数据在海洋地震勘测装置上多个成对的压力与粒子运动数据点中的每一个点处呈现出多个极化向量；

从所述极化向量确定用于海洋地震勘测装置的一组扰动；以及

确定对应于所述扰动的一组校准值。

2.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中存取多分量校准数据包括存取一组所获得的多分量校准数据。

3.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中存取多分量校准数据包括存取一组所获得并内插的多分量校准数据。

4.如权利要求1所述的计算机实施的方法，还包括根据通过成对传感器所获得的测量量来内插数据，以便生成多个数据点，从而生成校准数据的至少一部分。

5.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中确定扰动包括将极化向量与物理模型参数误差关联。

6.如权利要求5所述的计算机实施的方法，其中将极化向量与物理模型参数误差关联包括将极化向量关联到传感器取向失准、传感器灵敏度或者既关联到传感器取向又关联到传感器灵敏度。

7.如权利要求1所述的计算机实施的方法，还包括减轻一组海洋地震勘测数据中所确定的扰动。

8.如权利要求7所述的计算机实施的方法，其中减轻地震勘测数据中所确定的扰动噪声数据包括从地震勘测数据去除所确定的扰动。

9.如权利要求8所述的计算机实施的方法，其中从地震勘测数据去除所确定的扰动噪声数据包括校准所获得的数据，以便校正传感器响应与标称响应的偏离。

10.如权利要求7所述的计算机实施的方法，其中减轻地震勘测数据中所确定的扰动噪声数据包括校准所获得的数据，以便校正传感器响应与标称响应的偏离。

11.如权利要求1所述的计算机实施的方法，其中成对的压力与粒子运动数据点是协同定位的。

12.一种编程的计算装置，包括：

处理器；

总线系统；

通过总线系统与处理器通信的存储装置；以及

软件部件，当所述软件部件被处理器调用时，执行如权利要求1-11中所述的方法。

13.一种方法，包括：

为包括成对的压力与粒子运动传感器的海洋勘测装置获得一组校准数据，该组校准数据的获得包括：

在不同时间以及从海洋环境中的不同深度给予多个地震信号；以及

在成对的压力与粒子运动传感器处根据所述地震信号的反射获得一组校准数据；

利用所述成对的压力与粒子运动传感器执行海洋地震勘测，以获得一组地震勘测数据；以及

减轻地震勘测数据中的扰动，包括：

通过使用所获得的校准信号估计关于海洋勘测装置的响应的扰动；

确定关于海洋勘测装置的响应的校准值，以消除扰动；以及

去除所估计的关于海洋勘测装置的响应的扰动。

14.如权利要求13所述的方法，还包括根据通过成对的传感器所获得的测量量来内插数据，以便生成多个数据点，从而生成噪声数据的至少一部分。

15.如权利要求13所述的方法，其中确定扰动包括将极化向量与物理模型参数误差关联。

16.如权利要求15所述的方法，其中将极化向量与物理模型参数误差关联包括将极化向量关联到传感器取向失准、传感器灵敏度或者既关联到传感器取向又关联到传感器灵敏度。

17.如权利要求13所述的方法，其中从地震勘测数据去除所确定的扰动噪声数据包括校准所获得的数据，以便校正传感器响应与标称响应的偏离。

18.一种方法，包括：

关于包括成对的压力与粒子运动传感器的海洋勘测装置的响应，估计一组扰动，

在不同时间以及从海洋环境中的不同深度给予多个地震校准信号；

在多个成对的压力与粒子运动传感器处获得所述地震校准信号的一组反射；

将所获得的这组地震校准信号的极化参数与关于地震勘测装置的响应的扰动关联；以及

基于该关系估计扰动与校准值；

利用所述成对的压力与粒子运动传感器执行海洋地震勘测，以获得一组地震勘测数据，以及

减轻所述地震勘测数据中的扰动误差。

19.一种海洋地震勘测装置，包括：

地震勘测船；

至少一个地震源，所述地震源能够在不同时间以及从海洋环境中的不同深度给予多个地震校准信号；

多条地震线缆，包括沿其长度分布的多个成对的压力与粒子运动传感器并且能够在成对的压力与粒子运动传感器处获得地震校准信号的一组反射；以及

计算装置，位于地震勘测船上并能够执行如权利要求1-11中所述的方法。

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