CN102939546B - 用于在地震处理中的局部属性匹配的系统和方法 - Google Patents

Abstract

在此提供了一种经由使用复小波变换技术在局部属性域中操作的局部属性匹配滤波的新的系统和方法。该方法能够适于处理在地震数据中的各种噪声类型，并且更具体地，良好地适合于减小在地音探听器数据中的噪声，只要相关联的水中听音器信号相对没有噪声。

Description

用于在地震处理中的局部属性匹配的系统和方法

相关案子

本申请要求在2010年3月1日提交的美国临时专利申请序列号为61/309,291的权益，并且通过引用将所述临时申请并入本公开中，就像在此完全阐述一样。

技术领域

本发明涉及地震勘探的一般主题，并且具体地涉及用于用地震数据来量化和可视化复杂地下结构的方法。

背景技术

地震勘测表示通过向下向大地内发送声能并且记录从下面的岩石层返回的“回声”来成像或映射地球的地下的尝试。向下的声能的源可能例如来自在陆地上的爆炸或地震振动器或在海洋环境中的气枪。在地震勘测期间，将能源布置于在感兴趣的地质结构上的大地地表附近的各个位置处。每次启动该源时，它生成地震信号，该地震信号向下传播通过地球，被反射或传送，并且在其返回时在地表上的大量位置处被记录。然后可以组合多个源/记录组合以创建可以延伸很多英里的地下的几乎连续的简档。在二维（2D）地震勘测中，大体沿着单线安排记录位置，而在三维（3D）勘测中，跨地表分布记录位置，有时分布为一系列紧密相间的相邻二维线，并且在其他情况下分布为相对于彼此以某个其他角度排列的源和接收器线的网格。用最简单的话说，2D地震线可以被认为当地层直接位于记录位置之下时给出该地层的横截面画面（垂直切片）。3D勘测产生数据“管道”或数据量，也就是，至少在概念上，位于勘测区域下的地下的3D画面。但是事实上，2D和3D勘测查询位于由勘测覆盖的区域之下的某个体积的大地。

地震勘测由非常大量的单独地震记录或轨迹构成。在典型的2D勘测中，通常有几万个轨迹，而在3D勘测中，单独轨迹的数目可能达到几百万个轨迹（Chapter 1,pages 9–89,of Seismic Data Processing byOzdogan Yilmaz,Society of Exploration Geophysicists,1987包含与传统2D处理相关的一般信息，并且该公开通过引用合并在此）。可以在Yilmaz的第6章第384-427页中找到与3D数据获取和处理相关的一般背景信息，其的公开也通过引用合并在此。

地震轨迹是从在地下的不同质或不连续反射的声能的数字记录。每次在地下材料的弹性属性上有改变时出现部分反射。通常以0.002秒（2毫秒或“ms”）的间隔获取数字样本，但是4毫秒和1毫秒采样间隔也是常见的。在传统数字地震轨迹中的每一个离散样本与传播时间相关联，并且在反射能量的情况下，与从源到反射器并且再次返回地表的双向传播时间相关联，当然假定源和接收器两者位于地表上。在实践中使用传统的源-接收器布置的许多变化形式，例如，VSP（垂直地震剖面）勘测、海洋底部勘测等。而且，在地震勘测中的每一个轨迹的地表位置被仔细地跟踪，并且通常成为轨迹本身的一部分（作为轨迹首部信息的一部分）。这允许在轨迹内包含的地震信息以后与特定地表和地下位置相关，由此提供用于在地图上将地震数据——和从其提取的属性——张贴和勾画轮廓（即，“映射”）的装置。

在3D勘测中的数据经得起以多种不同的方式观看。首先，可以通过收集在同一传播时间出现的所有数字样本来从堆叠或未堆叠的地震体积提取水平“恒定时间片”。这个操作导致地震数据的水平2D平面。通过将一系列2D平面动画化，解译者有可能摇移通过（pan through）该体积，给出正在除去连续层使得可以观察位于下面的信息的印象。类似地，通过收集和显示沿着特定线行进的地震轨迹，可以通过该体积在任意定向取得地震数据的垂直平面。实际上，这个操作从3D数据体积内提取单独的2D地震线。

已经正确地获取和处理的地震数据可以向探测者提供大量信息，探测者是在石油公司内的个人之一，他的工作是定位潜在的钻井地点。例如，地震剖面向探测者提供了岩石层的地下结构的宽视图，并且经常披露与诸如除了别的之外的断层、褶被、背斜层、不整合面和地下盐丘和矿脉的碳氢化合物的捕获和存储相关联的重要特征。在地震数据的计算机处理期间，常规地生成地下岩石速度的估计，并且检测和显示近地表的不同质。在一些情况下，可以使用地震数据来直接地估计岩石多孔性、水饱和度和碳氢化合物含量。不太明显的是，诸如相位、峰值、幅度、峰值与波谷比率和大量其他属性的地震波形属性经常可以在经验上与已知的碳氢化合物出现相关，并且那种相关适用于在新的探测目标上收集的地震数据。

在地震数据处理中频繁地遇到的一个问题是如何最佳地组合来自已经在同一（或附近）区域中收集的两个独立数据集的地震数据，以便创建地下的统一图像。至关重要的是从行到行具有类似的特征的地震数据，使得可以跨多个勘测一致地跟踪微小的信号变化。如果使用同一设备同时收集两个数据集，则组合数据集可能不是问题。在可以使得一个地震数据集与另一个显著不同的许多因素当中有在勘测源（炸药、振动器、气枪等）上的差别、在地震传感器（地音探测器、水中听音器等）的类型上的差别和在记录仪器（例如，放大器类型/品牌）上的差别。在这些和许多其他情况下，将有利的是，通过某种匹配算法来处理一个数据集或两者，使得当勘测相交时地震数据的特征尽可能地近乎恒定。

其中一定程度的特征匹配特别重要的一个实例是使用地音探测器获取的数据要与使用水中听音器获得的数据组合的实例。虽然可能在许多情况（例如，组合陆地/海洋勘测）下出现该情况，但是为了在随后的文本中的具体性的目的，将在多分量海洋底部勘测（下文中，“OBS”）的上下文中讨论该情况。容易获得传统的OBS传感器，其通过组合可以被整合到同一物理壳体的水中听音器和定向的地音探测器来同时记录P和S波。然而，因为在信号、噪声等中的特征差别，所以比较和组合经由两种类型的接收器获得的数据已经证明麻烦。更具体地，因为地音探测器的噪声级趋向于高于水中听音器的噪声级，所以如果要从组合的数据集获得可靠质量的地震图像，则应当执行某种匹配。

其中匹配将有用的另一种实例在4D地震数据的获取中，其中，重复地勘测同一区域以跟踪在生产现场中的勘测中的流体边界（例如，油/水、油/气等）的进展。在这个示例中，一个目标是将基础勘测与随后的监视勘测匹配或反之亦然。这样的匹配的目标是在最大化信噪比的同时增强组合和/或比较在不同时间（并且可能在不同的源）收集的勘测的能力。

当匹配会有用时的情况的又一个示例是其中期望将预测的多次波（multiple）与在地震数据中的真实多次波匹配的情况。良好的匹配使得可以更好地抑制多次波（其被看作是用于标准地震成像的噪声），否则该多次波趋向于混淆由该数据提供的地下的图像。

迄今，如在地震处理和地震解译领域中公知，一直需要一种地震数据匹配的更好方法。因此，现在应当认识到，如本发明人所认识到的那样，对于地震数据处理方法的很真实的需要存在并且已经存在了一定时间，该方法处理并且解决上述问题。

然而，在进行本发明的说明之前，应当注意和记住，下面的本发明的描述以及附图不应当被解释为将本发明限于所示和所述的示例（或优选实施例）。如此是因为本发明所属的领域内的技术人员将能够设计在所附的权利要求的范围内的本发明的其他形式。

发明内容

根据本发明的第一优选方面，提供了一种用于匹配两个地震数据集的系统和方法，因此可以更容易地利用其中包含的地震数据。在该优选实施例中，通常经由下面的步骤在OBS数据的情况下实现在此将被称为“局部属性匹配”的方法：

（1）对两个输入数据集执行3D双树复小波变换（DCWT）。例如，地音探测器（Z）和水中听音器（P）数据可以用于OBS情况，或在4D情况下的基础（第一）勘测数据和后续（监视器）勘测；

（2）对在复小波变换域中的两个变换的数据集执行匹配操作。匹配准则将取决于正被处理的问题的性质；以及，

（3）对匹配的数据集执行逆3D DCWT，以获得处理结果。

注意，本方法可以适于对于包括具有相当大的振幅变化的噪声的大量的噪声和数据类型有效。它与传统上利用的基于氡的方法作比较也非常有效。而且，本方法实现真实“局部”的匹配，因为它利用“局部”数据变换。最后，在其中要将本方法应用到两个不同的地震数据集（例如，两个陆地勘测、一个陆地勘测和一个海洋勘测等）的更一般的情况下，上面阐明的相同的方法类似地在在此提供的等式中起作用，其中“Z”和“P”分别替换为例如“Z1”和“Z2”，它们表示来自要匹配（即，Z 1将匹配到Z2）的两个不同的勘测的地震数据。

在一个优选实施例中，当本方法用于多分量OSB数据时，匹配准则将是在6维局部属性域中的与在P分量中的数据匹配的在Z分量中的数据被看作信号。剩余的能量于是将被看作噪声，并且将优选地通过使用包络振幅定标在频域中逐渐减弱而被去除。

更详细地考虑前一个实施例，在此提供了一个实施例，其被设计成用于在预定体积的大地上收集的OBS勘测，该预定体积的大地包含有利于碳氢化合物的生成、迁移和累积或存在的地下结构和地层特征。在该实施例中，OBS数据将由多个P分量地震轨迹和多个Z分量地震轨迹构成。在这个实施例中，将访问OBS勘测，并且将读取多个P分量地震轨迹中的至少16个P分量地震轨迹。类似地，将读取多个Z分量地震轨迹中的至少16个Z分量地震轨迹。接着，将对P分量地震轨迹执行正向DCWT变换，以产生DCWT P变换数据集。类似地，DCWT变换将被应用到Z分量地震轨迹，以产生DCWT Z变换数据集。接下来，将DCWT Z变换数据集匹配到DCWT P变换数据集，以产生匹配的DCWT数据集。接下来，将计算匹配的DCWT数据集的DCWT逆以便获得至少16个匹配的地震轨迹。最后，在用于在所述预定体积的大地内的碳氢化合物的地震勘探中使用匹配的地震轨迹。

更一般而言，并且根据另一个优选实施例，将采用与如上所述类似的地球物理勘探的方法，其中，取代OBS数据，输入数据由已经在感兴趣的地下目标上收集的两个不同的地震勘测构成，该勘测的每一个具有多个与其相关联的地震轨迹。在这个实施例中，将访问地震勘测的第一地震勘测，并且将从那个勘测读取至少16个轨迹。接下来，本发明将访问这两个地震勘测的第二地震勘测，并且读取与第二地震勘测相关联的地震轨迹中的至少16个地震轨迹。接下来，将对来自第一地震勘测的至少16个地震轨迹计算正向DCWT，由此形成DCWT第一数据集。接下来，将对来自第二地震勘测的数据计算正向DCWT，由此形成DCWT变换的第二数据集。接下来，第一DCWT变换数据集将被匹配到第二DCWT数据集以产生匹配的DCWT数据集。接下来，将对匹配的DCWT数据集计算逆DCWT，以产生匹配的地震轨迹。最后，将在用于在所述预定体积的大地内的地下碳氢化合物的地震勘探中使用匹配的地震轨迹。

最后，在又一个优选实施例中，可以确定或计算选择的数目的输入地震轨迹。所选择的数目优选地足以计算如下面描述的正向DCWT。具体地说，将访问第一地震勘测，并且将从第一地震数据集读取至少所选择的数目的地震轨迹。接下来，将访问第二地震勘测，并且将从这个数据集读取至少所选择的数目的地震轨迹。接下来，并且优选地，将使用来自所述第一地震勘测的所述地震轨迹来计算正向DCWT，由此形成第一DCWT数据集。另外，将从来自所述第二地震勘测的所述地震轨迹计算正向DCWT，由此形成第二DCWT数据集。接下来，将使用第一DCWT数据集和第二DCWT数据集来产生匹配的DCWT数据集。接下来，将对匹配的DCWT数据集上计算逆DCWT，以产生多个匹配的地震轨迹。最后，并且优选地，将在用于在预定体积的大地内的碳氢化合物的地震勘探中使用匹配的地震轨迹。

本发明的主要目标是通过将一个地震数据集的反射特性（例如，反射器特征）与另一个的反射特性匹配来在一个地震数据集中增强信号并且衰减噪声。而且，本发明良好地适合于其中目标是从相关的数据集提取类似的属性的应用。另外，应当注意，一些优选实施例将合成数据集用作基础数据集，以便将现场数据整形以更接近地匹配该合成的特征。

前述已经在广义上概述了在此公开的本发明的更重要的特征，使得可以更清楚地理解下面的详细描述，并且使得可以更好的理解本发明人对于本领域的贡献。本发明在其应用上不限于构造的细节和在下面的描述中阐述或在附图中图示的组件的布置。而是，本发明能够具有其他实施例，并且能够以在此未具体列举的各种其他方式被实施和执行。最后，应当明白，在此采用的短语或术语用于描述的目的，并且不应当被看作限制性的，除非说明书具体地如此限制本发明。

附图说明

在阅读了下面的详细描述后并且在参考附图后，本发明的其他目的和优点将变得显而易见，在附图中：

图1图示本发明的一般环境。

图2包含适合于用于本发明的地震处理序列。

图3包含典型的射线路径配置的示意图示。

图4包含在多分量记录的P和Z分量之间的关系的示意图示。

图5图示适合于用于本发明的2D实现的优选操作逻辑。

图6包含典型的OBS单元的示意图示。

图7图示适合于用于本发明的3D实现的优选操作逻辑。

具体实施方式

虽然本发明容许许多不同形式的实施例，但是在附图中示出并且在此以下将详细描述本发明的一些具体实施例。然而，应当明白，本公开应当被认为是本发明的原理的例示，并且不意欲将本发明限于如此描述的特定实施例或算法。

本发明的一般环境

图1图示了其中通常使用本发明的一般环境。作为预备步骤110，根据惯例，在收集数据之前进行地震勘测（或多个地震勘测）的至少某个基本计划。除了确定在大地地表上的勘测的位置之外，在进行勘测之前还将指定通常与勘测相关的参数，诸如轨迹/镜头间隔、采样率、记录信道的数目等。在陆上和离岸进行地震勘测，其中通常使用地音探听器来在陆地上记录地震源，并且在海洋环境中使用水中听音器。另外，并且根据获取地震数据的人员的能力，可以当获取数据时现场执行一些数量的预处理（例如，解复用、源互相关、去气泡等）（例如，参见图2的步骤215）。

在现场，每次启动源时，每一个接收器（或接收器组）通常引起一个地震轨迹，并且原始/未处理的轨迹通常被写入到大容量存储介质（例如，磁带、光盘、磁盘等）以传输到处理中心。在处理中心中，通常将各种准备处理应用到地震轨迹以准备将它们用于传统上遵循的大量处理和成像步骤。对于这些种类的处理的一些例子，参见图2的步骤215和220。仅举例，可以在硬盘、磁带、磁光盘、DVD盘或其他大容量存储装置上存储地震轨迹（在初始处理之前、期间和之后）。注意，传统上将每一个地震轨迹与引起该地震轨迹的接收器（接收器组）的位置相关联，并且这经常在准备处理期间如此完成。

在处理中心中，通常执行多个信号调整和/或成像步骤。在优选布置中，这些步骤将采取已经被加载到通用可编程计算机150上的计算机程序140的形式，在通用可编程计算机150中，计算机程序能够被地震解译器或处理器访问。注意，通用计算机150通常除了大型计算机、专用或传统工作站和个人计算机（PC）之外进一步包括提供并行和大量的并行的计算的计算机，其中，在两个或更多的处理器之间分布计算负载。更一般而言，当在此使用术语“计算机”时，它应当在其最宽的意义上被解释以包括能够执行以下所述的任务的任何可编程设备。

本发明将优选地被加载（步骤145）到这样的计算机150中，其中，将访问一个或多个地震勘测，并且根据在此讨论的方法来应用局部属性匹配。

也在图1中进一步图示的，在优选布置中，某种感兴趣的数字化区域模型160经常被用户指定，并且作为输入被提供到处理计算机程序。这个感兴趣的区域可能对应于认为捕获或包含碳氢资源的地下中的特定反射器或层。在3D地震剖面的情况下，感兴趣的区域160通常包括关于地下目标的横向伸展和厚度（其可能是可变的，并且可在时间、深度、频率等上被测量）的细节。在程序执行期间创建、拾取、数字化、存储和以后读取这样的区域的精确的手段对于本发明不重要，并且本领域的普通技术人员将认识到这可以以任何数目的方式来完成。

地震处理程序140可以被传送到计算机，计算机用于将借助于例如软盘、磁盘、磁带、磁光盘、光盘、CD-ROM、DVD盘、RAM卡、快闪RAM、RAM卡、PROM芯片或通过有线或无线网络的加载来执行这些程序。在典型的地震处理环境中，可以使得应用到地震数据的各种数值处理成为被设计成执行图2中列出的许多处理步骤的软件模块的封装的一部分。注意，图2意欲表示一般化的处理方案，该方案以一般的方式描述了适合于用于陆地或海洋数据的处理。当然，本领域的普通技术人员将认识到，诸如振动器源相关、地表静校正等的在图2中的陆地特定数据处理步骤通常不适用于海洋数据，就像气泡通常不在陆地数据上使用那样。

返回图1，处理的地震轨迹于是通常被划分为CMP集合（3-D数据将通常被装入CMP内）、堆叠和在高分辨率彩色计算机监视器170处被显示或以作为打印的地震剖面或地图180的硬拷贝形式被显示。地震解译器然后使用所显示的图像来帮助他或她识别有利于生成、迁移或累积碳氢化合物的地下特征。

如前所示，根据本发明已经获取的地震轨迹将优选地进行在图2中列出的处理步骤的一些或全部。本领域的普通技术人员将认识到，这些步骤仅广义表示可以被应用到这样的数据的处理的种类，并且处理步骤的选择和顺序以及所涉及的特定算法可以根据单独的地震处理器、信号源（炸药、振动器、气枪等）、勘测位置（陆上、离岸、组合等）、处理该数据的公司等而显著地改变。

作为初始步骤，根据本发明在特定体积的大地的地下上进行2D或3D地震勘测（步骤210）。在现场收集的数据由未堆叠（即，未求和）的地震轨迹构成，未堆叠（即，未求和）的地震轨迹包含用于表示在勘测位置下的大地的体积的数字信息。

在获取地震数据后（步骤210），它们通常从现场被带到处理中心，其中，向它们应用一些初始或预备处理步骤。解复用、增益恢复、互相关、小波整形、差轨迹去除等（步骤215）通常在序列中较早地被应用，并且被设计成将现场地震记录布置在用于后续处理的条件下。话虽然这么说，但是本领域的普通技术人员将认识到，根据其中可获得的处理能力，可以在现场（而不是在处理中心）执行前述处理（例如，解复用、互相关、初始增益恢复等）的一些或全部。这可以被下述部分跟随：指定勘测的几何（步骤220）和将镜头/接收器编号和地表位置存储为每一个地震轨迹首部的一部分。一旦已经指定了几何，则通常执行速度分析，所得到的速度在许多处理环境中有用，仅举例而言，所述许多处理环境包括时间和/或深度成像。

在完成初始预堆叠处理后，通常将调整关于未堆叠地震轨迹的地震信号，然后创建堆叠（或相加）的数据量（步骤230）。在图2中，步骤230包含典型的“信号处理/调整/成像”处理序列，但是本领域的技术人员将认识到，可以取代在该图中列出的那些来使用许多替代处理。在任何情况下，从探测者的视点看的最终目标是产生堆叠的地震体积，或在2D数据的情况下产生堆叠的地震线以用于探测在大地的地下的碳氢化合物。

如在图2中所示的那样，在堆叠的地震体积内的任何数字样本被a（X，Y，时间）三元组唯一地标识，其中，X和Y坐标表示在大地的地表上的某个位置，并且时间坐标测量记录的在地震轨迹内的到达时间（步骤240）。为了具体性的目的，将假定X方向对应于“成直线”方向，并且Y测量对应于“交叉线”方向，如术语“成直线”和“交叉线”在本领域中通常被理解的那样。虽然时间是优选的和最常见的垂直轴单位，但是本领域的技术人员明白，其他单位当然是可能的，该其他单位可以包括例如深度或频率。另外，本领域内的技术人员公知，可以使用标准数学转换技术将地震轨迹从一个轴单位（例如，时间）向另一个（例如，深度）转换。

探测者可以进行所得到的堆叠体积的初始解译250，其中，他或她定位和识别主要反射器和断层，不论它们出现在数据集中的何处。这后面可以是堆叠或未堆叠的地震数据的另外的数据增强260和/或属性生成（步骤270）。在许多情况下，探测者将根据从数据增强和属性生成步骤获得的附加信息来重新访问他的或她的原始解释（步骤280）。作为最后的步骤，探测者将通常使用从地震数据收集的信息以及其他种类的数据（磁勘测、重力勘测、LANDSAT数据、区域地质研究、井记录、井核心等）来定位有利于生成、累积或迁移碳氢化合物的地下结构或地层特征（即，勘察生成290）。

通常，本发明将被实现为步骤230、250或260的任何一个的一部分。

问题的起源

通过一般背景，存在一种广泛观察到的现象：OBS数据记录可以被向量分量中的噪声污染。该噪声通常当周围的水底复杂并且具有小规模的波动时变得更普遍。

关于该噪声的可能起因已经有广泛的研究。例如，一种研究已经示出，最有可能通过以接近沉淀物切变速度的速度沿着沉淀物水界面的波的传播来生成在向量分量中的观察到的噪声。这种噪声的一种特性是它由地表剪切波能量构成，并且可以具有显著的振幅。因为剪切波不在水中传播，并且也因为地表剪切波具有向P波的最小模式转换，所以在向量（多分量）地音探听器上而不是在水中听音器上观察到这种噪声。

散射的能量对于P波地震图像没有贡献。然而，这样的能量是由适当配置的仪器感知的地震波场的一部分，并且因此，将难以通过使用强壮得足以捕获目标地震信息的仪器设计来滤出这样的能量。因此，最可能使用处理这种OBS记录的问题的事后的地震处理技术来找到对于这种问题的解决方案。

因为这种散射的能量将趋向于以相当低的速度传播，所以现有技术已经涉及使用例如F-K型滤波器。该方法假定可以使用正常时差（“NMO”）来实现噪声和信号的倾向隔距。然而，这样的隔距难以当地质复杂时实现。因此，该方法具有其限制。

最近，其他人寻求通过在3D tau-P域和1D连续小波变换域中的属性匹配来抑制这种噪声。虽然结果令人鼓舞，但是已经存在混迭的问题，已经产生了关于变换的逆转能力的问题，算法的速度和该方法的空间局部化已经被认为有问题，等等。

因此，本发明人已经创建了在3D双树复小波波形（DCWT）域中出现并且有助于克服现有技术的问题的局部属性匹配的新方法，并且进一步提供了经由其他方法不可获得的某些优点。

双树复小波波形（DCWT）

根据本发明的一个优选实施例，也被称为双树复小波波形的DCWT用于在两个数据集之间提供局部匹配。该操作是离散小波变换（DWT）的复数值扩展。该方法使用复数值的小波基本函数来在变换域中将实际信号分解为实部和虚部。实系数和虚系数满足希尔波特关系，并且用于计算振幅和局部相位信息。复小波变换具有独立于定标的数目（对于2-D是4:1）的有限的冗余。这在与非抽样形式的那些作比较使用相对较小的存储器的同时引起平移不变性的属性。注意，一般而言，DWT不是使得对于在此不太期望使用的平移不变性。

使得特别良好地适合于与本发明相关联的使用的DCWT的另一个特征是它是局部变换，其中，在具有时间限制的基本函数的变换的意义上使用“局部”。相比之下，傅立叶和相关变换具有基本函数，该基本函数除非被截断，在两个方向上扩展到无限远。当然，这样的函数的截断产生了本领域的普通技术人员公知的窗口问题。因此，DCWT和其他/类似的变换是优选的。在可以使用的其他种类的变换中仅作为示例包括曲波变换、脊波变换和剪切波变换等。话虽然这么说，注意这些变换经常被不严谨地称为离散小波变换，所以为了本公开的目的，术语DCWT应当被广义地解释为包括可以用于根据在此讨论的方法来计算局部变换的任何变换。

最后，假定N x N的输入阵列，DCWT的运行时间作为4N²改变，其比2D FF的(NlogN)²更快。满足多分辨率和局部化，因为在实和虚树中使用DWT金字塔分解方案。因为不涉及全局变换（诸如对于傅立叶、tau-p和radon变换的情况那样），所以DCWT不将混迭的能量扩展到傅立叶变换进行的程度，即使输入数据包含这样的混迭。

优选实施例

根据第一优选实施例，并且如在图3中一般地所示，在此提供了一种地震波形匹配的方法，其不受到现有技术的缺点的影响。在一个优选实施例中，其可以用于OBS数据以匹配在每一个接收器处接收到的地音探听器和水中听音器信号的特征。更一般而言，本发明可以用于匹配在不同的时间在同一位置取得的两个勘测、在不同区域中的两个勘测等。

话虽然这样说，仅为了说明的目的，将根据OBS示例来讨论本发明的技术。图6包含典型的OBS接收器站600的示意图示。作为典型情况，这样的设备将利用某种天线605来与海洋的表面进行通信（包括向其传送数据）。OBS站600将通常包含与周围的水进行流体交流的至少一个水中听音器610。另外，也将提供两个水平定位的水中听音器620和625（它们优选地相对于彼此以直角定位）和垂直音探听器630。站600的作用被一个或多个CPU 615控制。注意，在该站600中，水中听音器620/625/630和水中听音器610的位置在地下的同一物理位置处（即，在相同的(x,y)坐标处）。那种事实在如下所述的本发明的操作中证明是方便，而不是必要。

根据本发明的优选方面，OBS数据的水中听音器610和垂直音探听器630分量优选地被组合成分离向上和向下的波场。优选地通过计算这两个分量（P和Z）的加权和来获得向上的波场，并且获得作为在该两个分量之间的加权差的向下的波场。该分离处理对于产生地下的精确的P波图像是重要的。如果该分量（P和/或Z）被噪声污染，则通过组合它们产生的数据是噪声，并且因此不能用于成像处理。

接下来转向图3和4，这些附图包含在本发明的优选实施例中利用的概念当它被应用到OBS数据收集时的示意图示。图3图示其中在水的主体的表面近处或优选地在水的主体的表面附近启动源的情况。在图3中，虚线射线路径对应于在接收器处测量的向上的波场，而实线波路径意欲表示向下的射线路径。

继续前一个示例，图4包含当如果在图3中的地震信号已经被已经位于海底的多分量OBS接收器（即，至少记录信号的P和Z分量的多分量OBS接收器）记录，则在图3中的地震信号的记录可能出现时的图3中的地震信号的记录的示意图示。注意，因为Z分量可以感测到极性，所以它记录向上和向下波场的符号，而P仅测量波场的标量分量。

局部属性分析

地震属性是从地震数据导出的测量。诸如倾斜、方位角、相干性、瞬时相位/振幅、峰谷比等的属性已经是在地震结构可视化和解释中的常用勘探工具。公知传统的瞬时属性趋向于噪声很大，并且可能导致非物质值（例如，负频率）。结果，本发明利用局部属性。局部属性不在每一个数据点处瞬时测量信号特性，而是在点周围的局部相邻位置测量它们。局部性的思想从局部频率向其他属性扩展，诸如在地震图像中的局部结构倾斜。

在地震数据中的局部变换的出现和重要性与在从这样的地震数据计算的属性中的对应的变化暗示具有时间频率和空间波数局部化属性的计算方法的使用。然而，不确定原理表明不可能同时获得在时间和频率两者上的无限分辨率。因此，鉴于前述原理而限制传统的局部地震属性分析方法，诸如基于傅立叶和迭代反演的方法。也就是，需要长的傅立叶窗口来获得高分辨率，但是长窗口趋向于破坏了局部性的目标。

另一方面，本领域的普通技术人员公知，小波尺度是局部频率或波数的最佳（或近乎最佳）的表示。该观察导致考虑使用小波变换。鉴于所涉及的地震数据集的大小，不论使用什么算法，它应当具有快速和有效的数值实现。

前述是支持诸如DCWT的方法的主要动力的一些。另外，复小波基本函数的良好的方向性是用于其用途的另外的自变量。在Yu和Whitcombe（即，Yu,Z.and D.Whitcombe,2008,Seismic noise attenuationusing 2D complex wavelet transform.70th Annual meeting,EAGE,Expanded abstract,H01）的文章中可获得与用于地震处理中使用的其他小波变换作比较的DCWT的详细讨论，该文的公开通过引用被合并在此，就像全部在此阐明那样。

局部属性匹配滤波器

现在转向优选方法的详细讨论，执行2D（d(t,x)或3D（d(t,x,y)））输入数据集的本发明的优选实现沿着在图5和7中阐明的线来进行。如在这些图中所示，具有2D地震数据的优选实现（图5）利用2D DCWT变换，而优选的3D数据实现（图7）利用3D DCWT变换，即：

Z(t，x，y，s，o，ri)-3DCWT(d(t，x，y))

其中，Z在输入数据d(t,x,y)的3D DCWT后变为6D系数阵列(t，x，y，s，o，ri)，其中，t、x和y分别是三个坐标向量，其中，s是定标向量，其中，o是定向向量，并且其中，ri是根据环境包含实或虚分量的向量。在3D空间中，定向是等值面。在用于3D DCWT的每一个尺度下用至少6个元素（例如，±75、±45、±15度）来填充定向向量o通常提供了良好的方向性并且是优选的。在3D中，这被证明为有向平面。在用于由该布置提供的每一个定向的振幅上的大体平滑的变化暗示DCWT具有期望的平移不变性属性。该属性优选地作为在对于系数执行操作的同时最小化潜在的处理人为效应的方式。优选的变换以自适应和有效的方式自动地计算局部倾斜、局部频率和波数以及局部相位。最后，本发明人结合前述的计算已经观察到的在振幅上的平滑变化克服了DWT的棋盘人为效应。

图5包含适合于用于本发明的2D实现的优选操作逻辑。将同时讨论3D实现（图7），因为该两种方法紧密相关。优选地，并且如前所述，本发明将被应用到包含同一源的地音探听器（Z）和水中听音器（P）信号记录两者的OBS数据。在优选布置中，将在局部属性域中完成匹配处理，其中，经由滤波的Z分量系数的3D DCWT的逆变换来获得最后的回答。

作为第一优选步骤505和510（或705和710），本发明将优选地访问记录了同一位置的同一源启动的“P”信号和“Z”信号。该优选显然对于OBS和一些4D数据集有意义。在这些情况下，要匹配的数据集可能具有在同一位置获取的轨迹，因此它们共享相同的(x,y)坐标。当然，该陈述可能在4D勘测的情况下至少在一定程度上不准确，在4D勘测中，后续镜头和接收器位置与基础勘测不同。在那些种类的情况下，当然有可能相对于实际轨迹数据内插或外推，以创建具有共同的接收器位置的两个数据集。然而，更一般而言，那不是实际要求的，并且因此，本发明良好地适于匹配在不同时间在不同位置处收集的两个数据集，以包括其中作比较的两个数据集仅可以包括所记录的数据的一部分（例如，如果单个反射器或在时间上的有限窗口是匹配的对象）的实例。因此，在下面的讨论中，将假定已经确定或创建了用于这两个数据集的某个公共坐标系，其中，匹配的轨迹的(x,y)坐标至少大体相等。

接下来，根据本领域的普通技术人员公知的方法，将两个数据集正向变换为DCWT域（与用于3D数据的步骤715和720对应的步骤515和520）。

作为文本优选步骤，并且继续当前的OBS示例，将在(t,x,s,o,ri)域（或在3D域中的(t,x,y,o,s,ri)，步骤725）中优选地执行匹配操作525。因为在典型OBS情况下将水中听音器看作没有散射的剪切波，所以在保留Z数据的相位的同时，将匹配Z和P振幅分量。该方法被赞成的一个原因是其使得可以跟踪原始Z信号相位，使得可以正确地计算PZ和以及PZ差。对于基于3D地震数据的变换的数据集Z(t，x，y,o，ri)的非零系数，在DCWT域中的匹配操作将被定义为：

Z’(t，x，y，s，o，ri)＝Z(t，x，y，s，o，ri)*|P(t，x，y，s，o，ri)|*Envp(t，x，y，s，o)其中，

$\mathrm{Envp}(t,x,y,s,o)=\frac{1}{\sqrt{Z{(t,x,y,s,o,\mathrm{real})}^2+Z{(t,x,y,s,o,\mathrm{imaginary})}^2}}$

并且其中，Z’是Z的滤波版本；Envp是根据上面给出的等式计算的包络标度因子；Z和P分别是地音探听器数据（Z）和压力数据（P）的3D DCWT的振幅；并且，其中，|P(t，x，y，s，o，ri)|是P的系数的绝对值（图7的步骤725）。当数据集是2D时利用类似的等式（图5的步骤525）。当然，如果要匹配两个不同的陆地（或海洋）勘测，则等式变为：

Z’(t，x，y，s，o，ri)＝Z1(t，x，y，s，o，ri)*|Z2(t，x，y，s，o，ri)|*Envp(t，x，y，s，o)其中，

$\mathrm{Envp}(t,x,y,s,o)=\frac{1}{\sqrt{Z{1(t,x,y,s,o,\mathrm{real})}^2+Z{1(t,x,y,s,o,\mathrm{imaginary})}^2}}$

其中，Z1(·)表示要与来自第二勘测的轨迹Z2(·)匹配的来自第一勘测的轨迹。

应当注意，上面定义Z’(t，x，y，s，o，ri)的等式实际上是在用于每一个系数的6个维度(t，x，y，s，o，ri)上的循环。如果使用不同变换和/或加权函数(Envp(·))，则由上面的等式表示的操作将不同。

最后，在该优选实施例中，在DCWT域中的匹配的数据集将被逆DCWT滤波（步骤535和735）并且被写入到输出（步骤540和740），由此产生匹配的地震数据集。

在一个实施例中，选择或确定将被读取以被用作向DCWT操作的输入的特定数目的地震轨迹（例如，所选择的数目的轨迹）。优选的是，从每一个地震数据集读取至少16个轨迹。这是因为，每一个尺度因子选择通过因子2来创建下采样，并且优选地将使用至少两个不同的尺度因子。话虽然这么说，本领域的普通技术人员将认识到，选择要被用作输入的确定数目的地震轨迹是适当地在本领域的普通技术人员要作出的能力内的设计决定。因此，在下面的文本中，将明白，将选择要经由本方法处理的轨迹的数目，使得至少存在足以允许相关联的DCWT的计算的轨迹，而不论轨迹的数目可能如何。

如上所示，前面的等式以相等的有效性适用于非OBS数据。在要匹配的数据源自不同的地震勘测（以包括陆地和/或海洋勘测）的情况下，可以通过用来自在上面示出的其他勘测的地音探听器或水中听音器数据来替换“P”数据而修改前面的等式。在从完全不同的位置收集数据的情况下，可以建立在不同的勘测中的轨迹之间的任意匹配，并且如所示计算本等式。

相对于适合于用于本发明的特定小波/基本函数的选择，存在可能使用的许多小波。话虽然这么说，但是在优选实施例中，被选择来在变换中使用的小波应当：（a）产生完全可逆转的变换（例如，基本函数必须在频率和波数域中重叠，使得在逆变换计算期间信号的混迭部分抵消）；（b）是分析的（即，其频率响应应当至少大体是单侧的）；（c）具有至少大约线性的相位；（d）是正交的（即，获得正交或标准正交的基础）；以及（e）满足希尔伯特（Hilbert）变换对条件。基于这些准则，本领域的普通技术人员将能够从多个小波选择以选择对于特定的地震数据集给出可接受的结果的小波。

而且，在优选实施例中，将小波尺度（如那个术语被本领域的普通技术人员理解和明白）将被选择为3或4。当然，这些仅是建议的值，并且可能根据情况取代使用任何数目的替代值。本领域的普通技术人员将容易能够根据情况选择用于这个参数的值。

一旦已经匹配了数据，则它们在地震勘探中将有用得多。例如，当已经匹配陆地地震和海洋地震时，已经在陆地数据中识别的微小的反射器变化将更可能可识别，并且因此，可以当在相邻的海洋勘测中被遵循。

虽然主要在来自OBS系统的地震轨迹上讨论了在此公开的发明，但是这仅为了具体的目的而被完成，而不是出于用于将本发明限制到仅对于那种数据的操作的任何意愿。在本公开的文本内，术语地震轨迹和地震集合意欲在最广泛的可能意义上使用，并且它们意味着适用于传统2D和3D轨迹和CMP集合以及其他种类的集合，该其他种类的集合可以没有限制地包括CRP集合、CCP集合（即，“公共转换点”集合）、CACP（“公共渐近转换点”）集合、公共偏移集合、公共镜头/接收器集合等，“集合”的最重要的方面是它表示来自根据某个字段或其他参数组织的2D或3D勘测的未堆叠的地震轨迹的集合。

而且，本发明同样适用于堆叠和未堆叠的地震数据，虽然使用未堆叠的数据通常将产生更好的结果。

虽然本公开已经聚焦在DCWT的使用，但是本领域的普通技术人员将认识到，可以取代使用其他局部变换。例如，可以取代在此讨论的DCWT而使用脊波变换、曲波变换、束波变换和任何多维局部变换。为了所附的权利要求的目的，术语DCWT应当被广义地理解为包括前述的每一个。

虽然DCWT是实现本发明的优选方法，但是也可以使用其他非双树CWT（例如，真实复小波变换等）。

最后，在前面的讨论中，已经在对于传统地震数据执行的处理操作上表达了语言。但是，本领域内的技术人员明白，在此所述的本发明可以有利地被应用在其他主题区域中，并且用于定位除了碳氢化合物之外的其他地下矿物。仅通过举例，在此所述的同一方法可能用于处理和/或分析多分量地震数据、剪切波数据、转换的模式数据、井间勘测数据、全声波型测录、探地雷达、CSEM（受控源电磁数据）/t-CSEM（瞬态受控源电磁数据）、记录波场数据的任何获取技术或前述内容的任何一个的基于模型的数字模拟。另外，以下要求保护的方法可以被应用到这些相同数据轨迹的数学变换的版本，这些相同数据轨迹例如包括：过滤的数据轨迹、迁移的数据轨迹、频域傅立叶变换的数据轨迹；通过离散标准正交的变换的变换；瞬时相位数据轨迹、瞬时频率数据轨迹、正交轨迹、分析轨迹；等等。简而言之，在此公开的处理可能被应用到各种类型的地球物理时间序列，但是优选地被应用到空间相关的时间系列的集合。因此，当在此使用术语“地震数据”时，该术语应当被广义地解释为可能包括从前述源的任何一个和/或其组合收集的数据。

虽然在此已经通过结合附图参考特定的优选实施例描述和说明了本发明的装置，但是在不偏离本发明思想的精神的情况下，本领域内的技术人员可以在其中进行除了在此所示或建议的那些之外的各种改变和进一步的修改，本发明思想的范围应当由所附的权利要求来确定。

Claims (13)

1.一种在预定体积的大地内的地球物理勘探的方法，所述预定体积的大地包含有利于碳氢化合物的生成、迁移、累积或存在的地下结构和地层特征，其中，提供了OBS勘测，所述OBS勘测包含多个P分量地震轨迹和多个Z分量地震轨迹，所述方法包括步骤：

a.访问所述OBS勘测；

b.读取所述多个P分量地震轨迹中的至少16个P分量地震轨迹；

c.读取所述多个Z分量地震轨迹中的至少16个Z分量地震轨迹；

d.对所读取的至少16个P分量地震轨迹计算正向DCWT，由此形成DCWT P数据集；

e.对所读取的至少16个Z分量地震轨迹计算正向DCWT，由此形成DCWT Z数据集；

f.将所述DCWT Z数据集匹配到所述DCWT P数据集，以产生匹配的DCWT数据集；

g.对所述DCWT数据集计算逆DCWT，以产生至少16个匹配的地震轨迹；以及

h.在对于在所述预定体积的大地内的地下碳氢化合物的地震勘探中，使用所述至少16个匹配的地震轨迹。

2.根据权利要求1所述的地球物理勘探的方法，其中，所述正向DCWT包括正向3D DCWT，并且所述逆DCWT包括逆3D DCWT。

3.根据权利要求1所述的地球物理勘探的方法，其中，步骤f包括步骤：

(f1)通过计算下述数量将所述DCWT Z数据集匹配到所述DCWT P数据集，以产生匹配的DCWT数据集

Z’(t，x，y，s，o，ri)＝Z(t，x，y，s，o，ri)*|P(t，x，y，s，o，ri)|*Envp(t，x，y，s，o)

其中，

并且其中

Z’(t，x，y，s，o，ri)是所述匹配的DCWT数据集，

Z(t，x，y，s，o，ri)是所述DCWT Z数据集，

P(t，x，y，s，o，ri)是所述DCWT P数据集，

t是时间，

x是与所述至少16个Z分量地震轨迹相关联的X坐标向量，

y是与所述至少16个Z分量地震轨迹相关联的Y坐标向量，

o是定向向量，

s是定标向量，并且

ri是根据环境包含实分量或虚分量的向量。

4.根据权利要求3所述的地球物理勘探的方法，其中，所述定向向量具有16个元素，包括75度、45度、15度、-75度、-45度和-15度。

5.一种在预定体积的大地内的地球物理勘探的方法，所述预定体积的大地包含有利于碳氢化合物的生成、迁移、累积或存在的地下结构和地层特征，其中，提供了两个地震勘测，所述地震勘测的每一个具有与其相关联的多个地震轨迹，所述方法包括步骤：

a.访问所述两个地震勘测中的第一地震勘测；

b.读取与所述两个地震勘测中的所述第一地震勘测相关联的所述多个地震轨迹中的至少16个地震轨迹；

c.访问所述两个地震勘测中的第二地震勘测；

d.读取与所述两个地震勘测中的所述第二地震勘测相关联的所述多个地震轨迹中的至少16个地震轨迹；

e.对所读取的来自所述第一地震勘测的至少16个地震轨迹计算正向DCWT，由此形成第一DCWT数据集；

f.对所读取的来自所述第二地震勘测的至少16个地震轨迹计算 正向DCWT，由此形成第二DCWT数据集；

g.将所述第一DCWT数据集匹配到所述第二DCWT数据集，以产生匹配的DCWT数据集；

h.对所述匹配的DCWT数据集计算逆DCWT，以产生至少16个匹配的地震轨迹；以及

i.在用于在所述预定体积的大地内的地下碳氢化合物的地震勘探中，使用所述至少16个匹配的地震轨迹。

6.根据权利要求5所述的方法，其中

所述正向DCWT选自由正向曲波变换、正向脊波变换和正向剪切波变换组成的组，并且所述逆DCWT选自由逆曲波变换、逆脊波变换和逆剪切波变换组成的对应组。

7.根据权利要求5所述的地球物理勘探的方法，其中，步骤g包括步骤：

(g1)通过计算下述数量将所述第一DCWT数据集和所述第二DCWT数据集进行匹配，以产生匹配的DCWT数据集

Z’(t，x，y，s，o，ri)＝Z1(t，x，y，s，o，ri)*|Z2(t，x，y，s，o，ri)|*Envp(t，x，y，s，o)；

其中，

并且其中

Z’(t，x，y，s，o，ri)是所述匹配的DCWT数据集，

Z1(t，x，y，s，o，ri)是所述第一DCWT数据集，

Z2(t，x，y，s，o，ri)是所述第二DCWT数据集，

t是时间，

x是与来自所述第一地震勘测的至少16个地震轨迹相关联的X坐标向量，

y是与来自所述第一地震勘测的至少16个地震轨迹相关联的Y坐标向量，

o是定向向量，

s是定标向量，并且

ri是根据环境包含实分量或虚分量的向量。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述两个地震勘测的第一地震勘测是OBS勘测的Z分量，并且其中，所述两个地震勘测的第二地震勘测是所述OBS勘测的P分量。

9.一种在预定体积的大地内的地球物理勘探的方法，所述预定体积的大地包含有利于碳氢化合物的生成、迁移、累积或存在的地下结构和地层特征，其中，提供了两个地震勘测，所述地震勘测的每一个具有与其相关联的多个地震轨迹，所述方法包括步骤：

a.确定要读取的选择的数目的输入轨迹；

b.访问所述两个地震勘测中的第一地震勘测；

c.从与所述两个地震勘测中的所述第一地震勘测相关联的所述多个地震轨迹读取至少所述选择的数目的输入轨迹；

d.访问所述两个地震勘测中的第二地震勘测；

e.从与所述两个地震勘测中的所述第二地震勘测相关联的所述多个地震轨迹读取至少所述选择的数目的输入轨迹；

f.对来自所述第一地震勘测的所述读取的输入轨迹计算正向DCWT，由此形成第一DCWT数据集；

g.对来自所述第二地震勘测的所述读取的输入轨迹计算正向DCWT，由此形成第二DCWT数据集；

h.将所述第一DCWT数据集匹配到所述第二DCWT数据集，以产生匹配的DCWT数据集；

i.对所匹配的DCWT数据集计算逆DCWT，以产生多个匹配的地震轨迹；以及

j.在用于在所述预定体积的大地内的地下碳氢化合物的地震勘探中，使用至少16个匹配的地震轨迹。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述两个地震勘测的第一地震勘测是OBS勘测的Z分量，并且其中，所述两个地震勘测的第二地震勘测是所述OBS勘测的P分量。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，要读取的所述选择的数目的输入轨迹是要读取的16个输入轨迹。

12.根据权利要求9所述的方法，其中

所述正向DCWT选自由正向曲波变换、正向脊波变换和正向剪切波变换组成的组，并且所述逆DCWT选自由逆曲波变换、逆脊波变换和逆剪切波变换组成的对应组。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，要读取的所述选择的数目的输入轨迹是足以计算步骤f的所述正向DCWT的多个输入轨迹。