CN102713681A - 用于补偿地震数据背景中的时间和偏移变化的近表面影响的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于变换地震道信息的系统和计算机实现方法，包括：获取针对每个道的地震道信息，该地震道信息包括炮点与接收器的偏移和至少一个地下主反射体的垂直速度，并且包括由近表面分层和速度影响所产生并且涉及该主反射体的相应信息；可逆地变换来自每一个非零偏移道的地震道信息，以使得在每一个非零偏移方位处由近表面影响所产生的相应信息在时间维度中移动，使得它们相对于相应的主反射体信息并且根据同一表面位置处的零偏移道的周期性而有效地变得周期性；过滤经变换的地震道信息，以去除由近表面影响而产生的信息的至少一部分；以及反转该可逆变换。

Description

用于补偿地震数据背景中的时间和偏移变化的近表面影响的系统和方法

技术领域

本发明一般涉及处理地震数据以去除伪像，并且具体来说，去除由近表面过滤影响和虚反射导致的伪像。

背景技术

在过去25年期间，油气工业已经尝试根据地震数据来获得更多地下属性信息。具体来说，希望获取有关地下孔隙流体、多孔性、岩石学、压力以及几何结构的详细信息。为了从地震数据搜集这种信息，有必要补偿趋于搞混被调查的地下属性的性质的多种影响。

其中所关注的影响是由近表面状态而产生的影响，例如，包括虚反射（ghost）或分层反差。对于近偏移测量来说，反射信号应当经历与地震数据的卷积模型一致的近表面过滤（即，其应当可以对所接收的信号建模，作为利用地球反射率卷积的非时变子波）。在涉及较大偏移的情况下，每个抵达反射都经历根据本地近表面地况和在源与接收器位置处的子波的初始和抵达角来确定的不同的近表面过滤影响。

现有模型通常使用这样的假定，即，近表面过滤器具有独立于子波出射/抵达角的影响。其它方法可能受直接估计针对所有角事件的出射角响应的2D或3D共用源和接收器的道集变换（例如，tau-p或倾斜堆叠）的空间混叠和截断影响的限制。

因此，本发明人已经确定，本发明可以在分析表示地下地质结构和属性的地震数据时，允许改进对近表面影响的补偿。

发明内容

本发明的一实施例的一方面包括一种用于变换地震道信息的计算机实现方法，该方法包括以下步骤：获取针对每个道的地震道信息，该地震道信息包括炮点（shot）与接收器的偏移和至少一个地下主反射体的垂直速度，并且包括由近表面分层和速度影响所产生并且涉及该主反射体的相应信息；根据每个非零偏移道可逆地变换地震道信息，以使由每一个非零偏移方位处的近表面影响所产生的相应信息在时间维度中移动，以使得它们针对相应主反射体信息并且根据针对同一表面位置处的零偏移道的周期性而有效地变得周期性；过滤经变换的地震道信息以去除由近表面影响而产生的信息的至少一部分；以及反转该可逆变换。

附图说明

本领域技术人员在结合附图阅读下面的详细描述时，将容易地明白在此描述的其它特征，其中：

图1是地震数据获取的示意性例示图，示例了针对主事件和虚反射事件的源、接收器、主反射体以及关联射线路径；

图2是例示沿时间轴的主事件和关联虚反射事件的单一地震道；

图3例示了一系列地震道，其按时间与偏移（t-x）的坐标系统例示了一组主事件与关联虚反射事件；

图4例示了用于地震道的变换的一实施例，其从右向左分别例示了：从输入道的渐进变换，选择用于移出连续输入道反射的近表面和偏移调节速度，tau偏移变换道；

图5例示了根据本发明一实施例的变换之后的变换共深度点道集，按时间和偏移例示了主反射与虚反射时间的不变性；

图6是例示原始数据、经受正常时差（move out）之后的数据、以及tau-x变换数据的f-x标绘集，按偏移和频率维度两者例示了稳定化的陷波频率；

图7是例示根据本发明一实施例的tau-x变换的可逆性的t-x标绘集；

图8a-8c分布是例示根据本发明一实施例的使用可逆tau-x变换进行过滤的、在t-x和f-x域中的标绘对，图8a例示了表示主事件和相关虚反射事件的输入数据，图8b例示了根据本发明一实施例的处理（包括过滤以校正相位影响）之后的输入数据，图8c例示了根据本发明一实施例的处理（包括过滤以校正振幅和相位影响两者）之后的输入数据；以及

图9是用于执行根据本发明的实施例的多个方法的系统的实施例的示意性例示图。

具体实施方式

图1示意性地例示了海洋地震获取事件的示例。源10和接收器12分别在水表面14下的相应距离t_s、t_r（其中，距离按地震波行进该距离的时间来描述）处定位。反射体16（其例如可以是海底，或在接收器处生成可测量反射事件的某一海床下（sub-floor）结构）导致地震信号的主反射，其路径被示出为实线18。在图2中，用20指示在接收器处接收该主反射信号。

然而，这不是源可以通过其在接收器处生成信号的唯一路径。具体来说，水表面14同样趋于反射。该附加反射表面生成来自源10的信号可以通过其抵达接收器12的三条附加路径。首先，该信号可以从表面14反射，行进至反射体并直接行进至接收器12，以在接收器处生成信号24。应注意到，信号24相对于主信号20延迟达等于额外路径长度的时间t_s，该额外路径长度由源10与表面14之间的距离产生。该路径长度与从源至表面的距离和接收器处的虚反射事件的出射角的余弦有关。而且，其因额外反射而在极性上经受180度变化。第二，该信号可以从反射体16反射，前进至表面14，并接着沿路径26最终进行至接收器12，以生成信号28。与信号22相同，信号28具有因单一额外反射而造成的反极性，并且按时间维度偏移达时间t_r，时间t_r等于由接收器12与表面14之间的距离导致的额外路径长度。第三，该信号可以从表面14、反射体16、然后再次是表面14反射离开，沿路径30行进，以生成信号32。作为双虚反射并具有两个额外反射的信号32具有和主信号18相同的方向的振幅。该信号被时间偏移达t_s与t_r的和。应注意到，图2例示了针对零偏移道的情况，其中，t_s精确地等于表面14与源10之间的垂直时间。如将清楚，随着源与接收器之间的角的增加，因源与表面或接收器与表面之间的距离而造成的额外路径长度（并由此，行进时间）将相应地改变，而不精确地等于图1所示t_s、t_r。

图3示意性地例示了按相对于三个反射体的三个不同的偏移接收到的地震道。道40表示零偏移道，包括三个主反射42和关联虚反射44。道46和48表示来自更大偏移的道，并且同样包括主反射和关联虚反射。虚线曲线50连接共同主事件。用于炮点选排（shot gather）的一种方法是变换第二和第三道46、48，以使每一个主事件与其零偏移道42的对应主事件对准。该过程已知为应用主事件正常时差（NMO）。然而，如可以从该图看出，这种变换将不对准虚反射或近表面事件时间（恒速地球和近表面的小情况除外），并且将趋于在打算滤出近表面或虚反射事件的随后步骤中引入问题。

具体来说，随着炮点到接收器的距离的增加，主反射因被地震波覆盖的较大距离而按相对于垂直时间的时间延迟。同样地，随着炮点到接收器的距离的增加，由于由源或接收器与表面之间的距离而产生的额外虚反射路径长度变得与总路径长度相比相对更小（即，虚反射能量的路径变得不太类似于主能量的路径），主反射与虚反射时间差被压缩。如在图1中看到，这可以被认为在有偏移的情况下反射体处的路径的顶点移动更远。另一方面，随着时间的增加（即，检测到更深的主反射体），主反射与虚反射时间差因虚反射能量的路径变得更类似于垂直行进的主能量的路径而接近垂直时间差。即，各种路径的反射体处的顶点移动得更靠近一起。

总的来说，这意指针对不是零偏移道40的道的主事件与虚反射事件之间的间隔将不同于t_s、t_r、t_s+t_r的简化假定。而且，该差异将随着时间与偏移两者的函数改变。由此，如果要实现上面讨论的简单NMO，则虚反射信息将趋于呈现因其在时间和偏移两者上改变频率特性而造成过滤时的困难。

图6例示了该问题的示例，单一主事件及其关联源/接收器虚反射事件的仿真f-x标绘集。根据上面图3的讨论，可以看出，图6的左手侧频谱例示了随着偏移（x）的增加而移动至更高频率的频谱陷波60。即，该陷波向下弯曲至右侧。图6的中间频谱示出了该数据的NMO变换的结果。在这种情况下，频谱陷波60代替地向上弯曲至右侧，或者随着增加的偏移弯曲至更低频率。

根据本发明一实施例，开发了一维无损变换，其允许因虚反射、近表面或海底多次波或类似影响而生成的陷波频率的道之间的稳定性。具体来说，该变换旨在校正偏移道，使得虚反射和近表面反射影响被有效地均衡至零偏移道的那些影响。这在图6的右手侧频谱中进行了例示，表示了根据本发明实施例的变换，其中，已经对准了频谱陷波60。一旦执行了这种均衡化，该数据就可以利用根据已知技术的确定性或统计性过滤器来过滤。具体来说，一旦陷波频率行为表现为与偏移无关，就可以使用空间和时间不相关的去卷积算子来抑制虚反射。

图4例示了用于开发适当的变换的方法的一个实施例。图4右侧的道70采用t-x坐标，而左侧的输出道74采用具有均衡化近表面影响的τ-x坐标系统。在这个系统中，τ（tau）是时间坐标，其中，事件时间已经被校正成垂直出射角时间，t₀是从表面至反射体的零偏移时间，Δt_sr是输入和输出道和速度采样率，x是道偏移坐标，v_ref是近表面或基准速度，而v_rms是主反射的均方根速度。在偏移x的输入道70在时间维度t中被获取，并且可以表达为R（t_in，x）。在接连输出时间τ=Δt_sr、2Δt_sr、nΔt_sr，道反射R（t_in，x）按主速度v_rms′（t_o）移出，该主速度根据基准层近表面速度（v_ref）和厚度（t_g）与针对等于输出采样率（Δt_sr）的时间厚度层的主反射速度（v_rms）之间的速度差来校正。下一个τ反射输出时间需要在t_o=t_last+t_sr+ΔΔt₀为v_rms，其中，ΔΔt₀是按主速度移出的偏移x处的反射与按主速度移出的同一反射之间的垂直时差，该主速度已经针对近表面层速度v_ref和厚度t_g被调节。以在道72中在Δt_sr+ΔΔt₀采样的v_ref调节主速度移出主反射R（tin，x）生成R（τ，x）道74。如该图所示，针对按采样率Δt_sr的反射输出，道70中的主事件76之间的时间因移出而扩展，而道72中的连续主速度之间的时间Δt_sr+ΔΔt₀典型地增加。该时间校正针对零偏移消失，以使得非零偏移下的虚反射抵达时间被有效地均衡化成零偏移道的虚反射抵达时间。换句话说，应用该一维变换等同于校正具有速度v_ref的抵达近表面层的连续主时间与垂直时间之间的时间差。应注意到，针对道70，将一些事件76内插，而针对道72，将一些速度内插，因为这些速度未直接落在采样时间上。

在一实施例中，用于该变换的算法可以表达为要迭代地估算并且如图4所示的一系列等式。在假定主反射到达之间的双曲线速度关系的情况下，确定要移出反射样本的时间t_x。等式（1）使用该道的炮点以分组偏移x、按时间t₀内插的速度场值v_rms（t₀）、以及按R（t_in，x）的采样时间t_x的值，以确定在tau空间中在时间τ_o=t₀的输出样本R（τ，x）。

t_x ²=t₀ ²+x²/v_rms ²(t₀)    (1)

等式（2）接着被用于确定t₀′，或者针对下一反射速度的采样时间，其与第一采样时间相差采样率Δt_sr：

t₀′=t₀+Δt_sr    (2)

等式（3）将已经开发的量和近表面层垂直时间厚度t_g（被选择为≥Δt_sr）相联系，并且将基准速度v_ref与描述要移出的下一反射的速度的新速度v_rms（t₀′）相联系：

v_rms ²(t₀′)=[v_rms ²(t₀)(t₀-t_g+Δt_sr)+v_ref ²(t_g)]/t₀′(3)

基于现在导出的v_rms ²(t₀′)，新t_x′或要在τ=τ_o+Δt_sr移出的偏移x处的下一个反射的时间可以根据等式（4）来确定：

t_x′²=t₀′²+x²/v_rms ²(t₀′)(4)

t₀′与下一个采样速度时间t₀″之间的时间间隔（其在图4中标记为ΔΔt₀′）根据等式（5）来确定，其是可以例如利用牛顿法来求解的、ΔΔt₀′的非线性等式：

ΔΔt₀′＝((x²/v_rms ²(t₀′)-x²/v_rms ²(t₀′+ΔΔt₀′)))^1/2  (5)

接着，利用等式（5）中确定的时间间隔，下一个内插的v_rms的时间根据等式（6）来确定：

t₀″=t₀+Δt_sr+ΔΔt₀′(6)

最后，针对在τ=τ_o+2Δt_sr的下一个输出时间样本，来自等式（6）的t₀″替换方程（2）中的t₀，并接着重复等式（2）至（6）中的计算。

一旦已经执行该出射角校正，就可以校正如图5所示的共深度点道集。与图3相比，可以观察到，主反射与虚反射（或近表面事件）时间现在针对时间和偏移有效地无变化。即，虚反射事件相对于主事件已经表现出周期性。一旦为周期性的，虚反射就可以利用确定性或统计性的过滤器来过滤，如本领域普通技术人员应当明白的。

图6在两个不同的变换下比较单一仿真主事件及其关联源/接收器虚反射事件的f-x标绘。如上所述，左手侧频谱例示了任何变换之前的地震数据，除了从t-x数据变换成f-x数据以外，在该变换中，频谱陷波60随x移动至更高频谱。中心频谱例示了根据NMO变换的数据，以使得频谱陷波60随着x的增加而移动至更低频率。最后，右手侧频谱例示了根据本发明一实施例的变换，在该变换中，频谱陷波60相对于偏移稳定化。如将清楚，这简化了利用空间独立的过滤方法去除陷波。

图7例示了根据本发明一实施例的变换的可逆特性。tau变换的可逆性的程度类似于正向和反向NMO变换的可逆性。如果所变换的数据的采样率超出所关注的最高频率的采样率，并且如果时间插值函数具有足够高的频率保真度以准确地表示数据中的最高频率，则保证可逆性。每一个标绘是利用垂直轴上的时间和水平轴上的偏移的一组地震数据的时间偏移标绘。最左侧的标绘是输入CDP道集。从左侧起的第二标绘是在根据本发明一实施例的正向和反向tau-X变换的整个周期之后的相同数据。第三标绘通过从第一标绘减去第二标绘而生成，生成几乎透明（clear）的标绘，并且指示正-反周期导致对初始数据的极小改变。为了检查在第三标绘中发现的结果，第四标绘表示第三标绘的值的103放大。如可以看出，在这种1,000倍放大之下，在第一标绘与正向和反向变换标绘之间存在可检测的差异。然而，鉴于为看到这些差异所需的较大程度的放大，所变换的可逆性可以被认为是可接受的。

图8a-8c例示了利用确定性的、时间和偏移不变的过滤器来抑制虚反射陷波，以关注单一主事件。图8c的标绘是输入模型，其中，上标绘例示了主事件80，两个虚反射82、84，以及组合虚反射86（其具有与主事件80的量值几乎相同的明显振幅）。还呈现了其它明显事件，例如，因旁瓣（side lobes）而生成的伪像、和作为应用子波变换的结果的干扰影响。图8a的下标绘表示被变换成f-x坐标系统的相同数据。

图8b例示了图8a的在应用正向tau-X和傅立叶变换、利用确定性过滤的修正、以及反向傅立叶和tau-X变换之后的数据。如可以看出，主事件80′已经变直从而其不随偏移改变，并且其相对于虚反射事件82′、84′的反差已经增加。具体来说，组合的虚反射86′已经被显著抑制，从而其具有比主事件80′显著小的振幅。

图8c类似于图8b，然而，该确定性过滤器被选择成校正振幅和相位影响两者。在这种情况下，主事件不完全像图8b的主事件一样突出，但已经显著改进了对虚反射事件的抑制，提供了更大的主事件带宽和总体分辨率。

一般来说，海事获取中的源和接收器靠近表面，以便通过确保虚反射事件在时间上相对靠近它们的关联主事件来帮助缩减虚反射成像的影响，并由此通常可与第二主事件相区别。在一实施例中，可以采用深拖源和接收器，这导致虚反射影响中的较大偏移相关变化，但缩减因天气和海面噪声而造成的不利影响。在此描述的tau-X变换方法可以被用于缩减虚反射的影响。在这种情况下，可以削弱因表面天气状况而造成的不利影响。

图9示意性地例示了用于执行该方法的系统200。该系统包括数据存储装置或存储器202。可使得所存储的地震数据可用于处理器204，如可编程通用计算机。处理器204可以包括接口组件，如显示器206和图形用户接口208，并且被用于实现根据本发明实施例的上述变换。该图形用户接口可以被用于显示数据和处理数据产物两者，并且允许用户在用于实现本方法多个方面的选项当中进行选择。数据可以直接从数据获取装置或者从中间存储或处理设施（未示出）经由总线210向系统200传递。

本领域技术人员应当清楚，在此描述的所公开的实施例仅仅作为示例，并且存在许多变型例。例如，虽然前述通常按照因来自表面14的反射而造成的虚反射进行了描述，但其等同地应用于可以使接收器登记多个事件的其它近表面分层影响。例如，在数据是陆地数据的情况下，复杂或快速改变的速度场可以导致与来自海洋数据的表面虚反射类似的反射。

本发明仅通过权利要求书来限定，其涵盖此处描述的实施例以及本领域技术人员清楚的变型例。

Claims (14)

1.一种用于变换地震道信息的计算机实现方法，该方法包括以下步骤：

获取针对多个道的地震道信息，该地震道信息包括炮点与接收器的偏移和至少一个地下主反射体的垂直速度，并且包括由近表面分层和速度所产生的并且涉及该主反射体的相应信息；

可逆地变换来自每个非零偏移道的地震道信息，以使得在每个非零偏移方位处由近表面影响所产生的相应信息在时间维度中移动，从而它们相对于相应的主反射体信息并且根据在同一表面位置处的零偏移道的周期性而有效地变得周期性；

过滤经变换的地震道信息，以去除由近表面影响而产生的信息的至少一部分；以及

反转该可逆变换。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

在过滤之前，将经变换的地震道数据变换到频域，其中，在频域中执行过滤以获取被过滤的频域的经变换的地震道数据；并且

在过滤之后，在反转之前，反频率变换被过滤的频域的经变换的地震道数据，并且反转该可逆变换以生成被过滤的时域的地震道数据。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在tau域中执行过滤。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述过滤进一步包括对经变换的地震道信息求平均，以确定近表面影响。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所去除的近表面影响是由源和/或接收器虚反射引起。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，该过滤进一步包括应用确定性的相位和/或振幅校正过滤器。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，该过滤进一步包括应用统计上确定的相位和/或振幅校正过滤器。

8.一种计算机系统，被设置成变换针对多个道中的每个道的地震道信息，该地震道信息包括炮点与接收器的偏移和至少一个地下主反射体的垂直速度，并且包括由近表面分层和涉及该主反射体的速度所产生的相应信息，该系统包括：

一个或多个处理器，被配置成执行一个或多个计算机程序模块，该一个或多个计算机程序模块包括：

变换模块，被配置成可逆地变换来自每个非零偏移道的地震道信息，以使得在每个非零偏移方位处由近表面影响所产生的相应信息在时间维度中移动，从而它们相对于相应的主反射体信息并且根据在同一表面位置处的零偏移道的周期性而有效地变得周期性；

过滤模块，被配置成过滤经变换的地震道信息，以去除由近表面影响而产生的信息的至少一部分；以及

反转模块，被配置成反转该可逆变换。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，该程序模块进一步包括：

域变换模块，被配置成在过滤之前，将经变换的地震道数据变换到频域，其中，在频域中执行过滤以获取被过滤的频域的经变换的地震道数据；和

反变换模块，被配置成在过滤之后，在反转之前，反频率变换被过滤的频域的经变换的地震道数据，并且反转该可逆变换以生成被过滤的时域的地震道数据。

10.根据权利要求8所述的系统，其中，该过滤模块在tau域中针对经变换的地震道信息进行运算。

11.根据权利要求8所述的系统，其中，该过滤模块被配置成对经变换的地震道信息求平均，以确定近表面影响。

12.根据权利要求8所述的系统，其中，所去除的近表面影响由源和/或接收器虚反射引起。

13.根据权利要求8所述的系统，其中，该过滤模块进一步被配置成应用确定性的相位和/或振幅校正过滤器。

14.根据权利要求8所述的系统，其中，该过滤模块进一步被配置成应用统计上确定的相位和/或振幅校正过滤器。

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