CN103582825B - 同步源地震数据的变频滤波 - Google Patents

Abstract

对通过独立同步扫描（ISS）技术获取的地震数据进行处理，以使随机未压缩的串扰信号衰减并使叠前迁移时间图像的分辨率得到改善。对数据的交叉排列偏移方位角集合实施变频均值滤波。频率空间域滤波可根据串扰的特性来改变其窗口尺寸。

Description

同步源地震数据的变频滤波

技术领域

本发明涉及对勘测中获得的地震数据的处理，在勘测中关注区域的各个分区中同时运转着多个扫频振动源。

背景技术

在地震勘测中的同步源或混合采集可显著地提升地震陆地和海洋工作人员的源生产力。它们的目的是带来良好采样的地震波场和改进的地震成像。最近，对于使用振动源进行源混合采集已实施了若干的现场研究。第一种陆地同步源采集方法提出，利用无标杆引导系统，每个震源群相对于另一个是独立运行的。该方法被称为独立同步扫描现场采集技术。其目的是获得显著提升的采集效率以及更高品质的图像质量。英国的英国石油公司（BP p.l.c.）的注册商标提供了一种根据独立同步扫描方法的可用服务。

混合采集方案是基于源时序的随机化，从而可以利用随机噪声衰减算法和工作流在不同的域（即公共接收器、公共偏移和交叉排列（cross-spread））中使串扰噪声减弱。对地震数据进行堆积和迁移而不进行进一步的噪声清除或去噪声会产生可接受的结果，这是因为堆积可有效地抑制随机能量。

静校正是同步源数据主要考虑的问题，因为计算需要干净的初至波（first-break）。静校正是地震处理期间地震道的主要偏移部分（bulk shift）。普通的静校正是风化校正（weathering correction），它对地球表面附近的低地震波速物质层进行补偿。其它校正对震源与接收器之间的地形差异和海拔差异进行补偿。

发明内容

简单地说，本发明提供了一种新的和改进的计算机实现的方法，该方法用于对所关注的地下区域的地震数据进行变频滤波，所述地震数据是由处于多个扫频振动地震能量源处的同步发射并且在地震能量接收器处进行的接收而产生的。在计算机中将在所述接收器处接收到的地震数据收集到共偏移数据集合中，在所述计算机中将所述共偏移数据集合转换到频率空间域中。对于频率空间域中的集合，确定所选择的关注频率片段的中值地震道振幅，根据所确定的中值地震道振幅，对于频率空间域中的集合，对所选择的关注频率片段中的各个单独地震道中的振幅进行归一化。对所选择的关注频率片段的地震道实施变频均值滤波，随后对来自所选择的关注频率片段的变频均值滤波后的地震道的数据进行存储。

本发明还提供了一种新的和改进的数据处理系统，其用于对所关注的地下区域的地震数据进行变频滤波，所述地震数据是由处于多个扫频振动地震能量源处的同步发射并且在地震能量接收器处进行的接收而产生的。该数据处理系统包括数据存储器、处理器，该处理器将在所述接收器处接收到的地震数据收集到共偏移数据集合中。所述处理器还将计算机中的所述共偏移数据集合转换到频率空间域中，对于频率空间域中的集合，确定所选择的关注频率片段的中值地震道振幅。所述处理器根据所确定的中值地震道振幅，对于频率空间域中的集合，对所选择的关注频率片段中的各个单独地震道中的振幅进行归一化；并且对所选择的关注频率片段的地震道实施变频均值滤波；以及将来自所选择的关注频率片段的变频均值滤波后的地震道的数据存储到所述数据存储器中。

本发明还提供了一种新的和改进的数据存储设备，其具有存储在计算机可读介质中的计算机可操作指令，所述计算机可操作指令用于使数据处理系统对所关注的地下区域的地震数据实施变频滤波，所述地震数据是由处于多个扫频振动地震能量源处的同步发射并且在地震能量接收器处进行的接收而产生的。存储在所述数据存储设备中的指令使所述数据处理系统将在所述接收器处接收到的地震数据收集到共偏移数据集合中，并将所收集的共偏移数据集合转换到频率空间域中。存储在所述数据存储设备中的指令还包括如下的指令，该指令使处理器对于频率空间域中的集合，确定所选择的关注频率片段的中值地震道振幅；并根据所确定的中值地震道振幅，对于频率空间域中的集合，对所选择的关注频率片段中的各个单独地震道中的振幅进行归一化。存储在所述数据存储设备中的指令还包括如下的指令，该指令使所述处理器对所选择的关注频率片段的地震道实施变频均值滤波，并对来自所选择的关注频率片段的变频均值滤波后的地震道的数据进行存储。

附图说明

图1A为用于进行震源勘测现场采集测试的地球表面地区的各个分区的配置的示意图。

图1B为图1A的各个分区中的振动能量源的频率扫描长度的分配的示图。

图2A为基准生产数据的样本共深度点（CDP）集合的绘图。

图2B为与图2A相同的分区的震源勘测的样本共深度点（CDP）集合的绘图。

图2C为图2A的生产数据的速度外观的绘图。

图2D为图2B的生产数据的速度外观的绘图。

图3为对样本勘测集合的初至波自动拾取结果的绘图。

图4A为标示出了偏移变化的样本交叉排列集合的视图。

图4B为标示出了方位角变化的样本交叉排列集合的视图。

图5A为交叉排列偏移的样本集合的绘图。

图5B为交叉排列方位角偏移的样本集合的绘图。

图6为一个示例性震源勘测测试的样本激发点集合的绘图。

图7A为未进行去混合的一组线缆的源记录的绘图。

图7B为进行了去混合及具有相应的初至波拾取时间的一组线缆的源记录的绘图。

图8A和图8C为针对共基准平面和共接收器平面在3D模式下显示样本交叉排列集合的绘图。

图8B和图8D分别为图8A和8C的样本交叉排列集合在去混合后的绘图。

图9A为基准生产数据的叠前时间迁移（PSTM）结果的绘图。

图9B为未进行去混合情况下，与图9A相同的分区的同步扫描勘测的叠前时间迁移（PSTM）结果的绘图。

图9C为进行去混合情况下，与图9B相同的分区的同步扫描勘测的叠前时间迁移（PSTM）结果的绘图。

图10A为基准生产数据的叠前时间迁移（PSTM）对照时间片绘图的绘图。

图10B为未去混合情况下勘测数据的叠前时间迁移（PSTM）对照时间绘图的绘图。

图10C为去混合情况下勘测数据的叠前时间迁移（PSTM）对照时间绘图的绘图。

图11为一组数据处理步骤的功能方框图，这些步骤在根据本发明的方法的处理过程中在图12的计算机系统中执行。

图12为一个计算机系统的示意图，该计算机系统用于通过对根据本发明的交叉排列共方位角集合域进行地震道数据处理来减弱串扰。

具体实施方式

作为示例，利用固定连续记录接收器超级排列（super-spread）来实施同步源现场采集测试的示例序列。如图1A所示，在如附图标记20所示的3x6个分区的布置中将总共18个振动器限制为在隔离模式下操作，其中每个分区20表面宽度为1.8km x1.8km，并在25mx25m的源网格间距上具有4320个VP，并具有常规的、固定的、超级排列的接收器。数据是通过18个独特的线性升频扫描获得的，它们的时间段的变化范围为6至23秒。为了优化现场测试时间，在每个分区中改变扫描长度，如图1B中所示。在图1B中，分配给在排列（spread）S中的每个分区的扫描长度时间是通过指示性键值来识别的。地下结构对于通过振动器传递出的地震能量的响应的不相关记录被及时地连续进行记录，随后被进行分析和关联。

对于源混合数据的第一个考虑是，由于严重的串扰能否通过常规的处理流程对其进行处理。为了将串扰的影响最小化，同步源设计具有下面的特征：高源密度、独特的升频扫描长度和空间隔离。25m x25m的源网格带来了极大的高密度源以及比基准生产数据高得多的褶皱（fold）（2196vs336）。对相邻的线性升频扫描进行互相关，在扫描率上具有一秒钟的差别，可将串扰减小20dB或更多。空间隔离（1.8km x1.8km）也是非常重要的，因为它试图保护初至波数据不被串扰所污染。此外，有助于实现源的随机性的所有特征是同步源技术成功的关键。

图2A至图2D示出了同步源数据的速度分析的实例。图2A为具有336的褶皱的基准生产数据的样本共深度点（CDP）集合，图2B为具有2196的褶皱的同步源数据的样本CDP集合。通过高褶皱和良好的随机性，同步源数据很好地消除了串扰的影响。两种数据的速度外观（图2C和图2D分别对应于图2A和图2D）几乎相同，这指示出串扰几乎不会影响速度分析。

已经注意到静校正是同步源数据主要考虑的问题，因为计算需要干净的初至波。对来自勘测的数据进行的处理测试指示出，即使没有任何去混合工作，可用的初至波自动拾取模块也可生成满意的结果。

图3展示了具有严重串扰的样本同步源激发点集合30。在图3中样本集合30上半部上标示为32处描绘出的斑点指示出了对样本集合所拾取的初至波。由于串扰的随机性和独特的升频扫描长度，残留的静校正可以被安全地应用于同步源数据。

尽管对同步源数据的常规处理相当令人满意，但是本发明研发了串扰衰减或去混合处理以生成干净的集合，这些干净的集合会进一步改善处理结果。由于同步源采集的性质，串扰非常严重，但在诸如CDP、共接收器和交叉排列偏移集合之类的某些几何域中呈现出随机性。利用本发明，已发现可以通过交叉排列共方位角集合域中的随机噪声衰减处理来使这种串扰衰减。

根据本发明，交叉排列方位角偏移集合是由同步源数据形成的。一个交叉排列集合是一个激发站和一个接收线所生成的所有地震道的组合或集合。图4A展示了样本交叉排列集合，该集合指示出了偏移值的变化。在图4A中，绘图的水平线或水平轴为接收线，垂直线或垂直轴为激发站。如果通过偏移对交叉排列集合分类，则信号将会呈现一致性而串扰将会呈现随机性（图5A）。但是，交叉排列偏移集合中的串扰衰减结果并不令人满意，主要问题是信号拖尾效应。其原因有两点。首先，在地质中交叉排列偏移集合并不是一致的，因为相邻的地震道可能来自20km左右以外，这取决于偏移范围，如图5A中所示。第二，集合未考虑表面的一致性，如激发点（震源）和接收器振幅异常。

在交叉排列图中，每个半径为一个共方位角集合，如可在图4B中可观测到的那样。如图4A中的情况那样，在图4B中绘图的水平线或水平轴为接收线，垂直线或垂直轴为激发站。相邻的方位角集合具有相同的地质结构和表面一致性。为了利用该优点，本发明通过方位角来对交叉排列集合进行分组以形成交叉排列方位角偏移（XSPR-AO）集合，在XSPR-AO集合中，可以看到，串扰呈现随机性，并且考虑到了地质结构和表面一致性。图5B展示了以45度方位角分组的样本XSPR-AO集合。

利用交叉排列方位角偏移集合域中采集的数据，提供了根据本发明的一种新方法，以用于有效串扰衰减。频率空间（FX）域中的均值滤波通常是消除随机噪声的好方法。但是，当相邻地震道不相似时，其存在使信号产生拖尾效应的风险。注意到较低频率的信号相对不容易产生拖尾效应，本发明应用了一种改善的技术，即一种变频均值滤波。在该处理中，所应用的滤波的滤波长度针对每个频率进行变化，从而获得最好的衰减结果并避免信号拖尾效应（等式1），如下所示：

$M_f=\frac{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_f}{F}_i{W}_i}{{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^{N_f}{W}_i}---\left(1\right)$

其中，M_f为频率f的均值滤波结果，N_f为滤波长度，F_i为所涉及的每个地震道在频率f处的复值，W_i为相应的权重值。滤波的要点是N_f可根据将要进行衰减的串扰的特性而变化。

例如，对于低频率串扰衰减，用户可选择线性递减滤波长度（等式2），如下所示：

N_f=L-af （2）

其中L和a定义了线性变化的滤波长度。在该情况中，滤波主要以低频率作为目标，而几乎不触及高频率，从而防止信号拖尾效应。这非常适合于同步源数据的处理，并且可通过预先实施线性外移和静校正对其进行进一步改进，从而在串扰衰减或去混合前获得速度和静校正。

当监听期间存在其它地震源激发时会发生串扰。对于同步源采集技术，由于排除了监听期间因此串扰是非常严重的，如图6中所示。对于常规的数据处理，特别是对于诸如振幅随偏移距的变化（或AVO）之类的叠前数据分析阻碍较大。

本发明彻底地去除了串扰，同时通过交叉排列方位角偏移集合中的变频均值滤波保留了信号。根据本发明，在交叉排列方位角偏移集合中对数据进行处理，而据目前所知，常规的方法使用共接收器集合、共CDP集合、或交叉排列共偏移集合。本发明还使用了级联应用的变频中值滤波和变频均值滤波，这些滤波可以根据串扰的频谱特性来解决串扰。在常规方法中,中值滤波和均值滤波被应用到时间域中，因而导致不可避免的信号拖尾效应。本发明通过级联应用交叉排列方位角偏移域集合中的变频中值滤波和变频均值滤波，显著地去除了串扰，同时保留了信号。

近地表静校正的解决方案需要准确的初至波拾取。下面示出了震源混合采集对于拾取初至波的影响。测试证实，即使没有进行任何去混合工作，自动拾取模块也能够对初至波进行估算而几乎没有差量（图2）。然后，通过应用本发明的去混合方法来进一步改善初至波的拾取。图7A为针对没有串扰衰减的十二条线缆的地震源记录的绘图，而图7B为同样的数据经过处理以对数据中的串扰进行衰减或去混合后的绘图。当与图7A中的数据进行对比时，在图7B的数据绘图中明显看出拾取时间差量的显著减少。

图8A至图8D以3D模式展示了对样本交叉排列集合去混合的结果。在图8A和图8C中，可以观察到激发域中存在强相干的串扰（右面或CS平面），以及接收器域中的随机性的串扰（左面或CR平面）。在图8A和8B中的箭头80和82指出了前面所提到的类型的表面一致性振幅异常。图8C和图8D描绘了同样的交叉排列，其在去混合后具有充分衰减了的串扰，并且很好地防护了振幅异常。

图9A至图9C展示了对基准数据和同步源数据进行叠前时间迁移（PSTM）的结果的对比。图9A显示了基准数据的PSTM结果，图9B显示了未进行根据本发明的处理的由勘测产生的PSTM数据。图9C显示了图9B中所描绘的数据，但是是在级联应用了根据本发明的交叉排列方位角偏移域集合中的变频中值滤波和变频均值滤波之后。

图10A至图10C是PSTM时间片的类似对比。图10A显示了来自基准数据的PSTM时间片，图10B显示了未进行根据本发明处理的来自勘测所产生的数据的PSTM时间片。图10C显示了图10B中所描绘的数据，但是是在级联应用了根据本发明的交叉排列方位角偏移域集合中的变频中值滤波和变频均值滤波之后。

通过上面两组（图9A至图9C和图10A至图10C）可以观察到，尽管未实施去混合应用的源混合数据的处理结果可能是满意的，但是级联应用了根据本发明的交叉排列方位角偏移域集合中的变频中值滤波和变频均值滤波的应用给处理结果带来了进一步的改善。改善在最终的图像质量中是显而易见的，并且与基准生产数据组相比产生了更高品质的结果。

流程图F（图11）由一组地震数据处理步骤组成，流程图F示出了本发明以计算机程序软件来实施的逻辑结构。流程图F为示出了高级逻辑流程图，该高级逻辑流程图示出了根据本发明的处理地震道数据从而对随机未压缩的串扰信号进行衰减的方法。本领域技术人员可以理解，该流程图示出了根据本发明来运行的计算机程序代码元件的结构。本发明在其基本实施例中通过计算机组件来实施，该计算机组件使用如下格式的程序代码指令，该代码指令指示数字数据处理系统D（图12）执行与流程图F中所示的那些处理步骤相对应的处理步骤序列。

图11的流程图F包含用于通过对交叉排列共方位角集合域进行地震道数据处理从而对串扰进行衰减的计算机实现的方法或进程的优选的步骤序列。流程图F为示出了根据本发明的方法的高级逻辑流程图。在数据处理系统D的计算机120（图12）中执行的本发明的方法可利用存储在存储器124中的、并且可由计算机120的系统处理器122执行的图11的计算机程序步骤来实施。数据处理系统D的输入数据是从关注区域中以上面所述的方式获得的独立同步扫描地震勘测数据。下面将会详细描述，流程图F示出了用于对同步源地震数据进行变频滤波的计算机实现的方法或进程的优选实施例。

在流程图F的步骤100（图11），来自上述类型的勘测的地震道被收集在共偏移集合中并被转换到频率空间（FX）域中。在步骤102，对于来自在步骤100中被转换到频率空间域中的勘测数据的每个频率片段，确定中值或阀值地震道振幅。

在步骤104，根据步骤102中所确定的阀值，将每个关注频率片段的各个单独的地震道中的每个振幅归一化。在步骤106，对每个关注频率片段的地震道实施变频均值滤波，该变频均值滤波具有根据上面所讨论的频率、滤波长度、权重值、线性变化频率关系的滤波特性。在步骤108，来自步骤106的滤波数据被存储，并且可用于呈现为输出图像或用于解释和分析的显示。

如图12中所示，根据本发明的数据处理系统D包括计算机120，该计算机120具有处理器122和耦接到处理器122以存储操作指令、控制信息和数据库记录的存储器124。如果需要，计算机120可以是便携式数字处理器，如个人计算机，其形式可以是膝上型计算机、笔记本电脑或其它可适当程式化或可编程的数字数据处理装置，如台式电脑。同样，应当理解，计算机120可以是具有多节点的多核处理器，如来自英特尔公司或高级微设备（AMD）公司的产品，或者是任何传统类型的具有适当处理能力的大型计算机，如可以是从纽约Armonk的国际商用机器（IBM）公司或其它来源获得的产品。

计算机120具有用户接口126和输出显示器128，输出显示器128用于显示根据本发明的通过对交叉排列的共方位角集合域进行地震道数据处理从而将串扰减弱来执行的地震数据勘测测量的处理的输出数据或记录。输出显示器128包括的组件例如是能够提供打印输出信息或可视化显示以作为输出记录或图像的打印机和输出显示屏幕，可视化显示的形式为图形、数据表、图形图像、数据图等。

计算机120的用户接口126还包括适当的用户输入设备或输入/输出控制单元130，用于为用户提供访问以控制或访问信息和数据库记录以及操作计算机120。数据处理系统D还包括存储在计算机存储器中的数据库132，该计算机存储器可以是内部存储器124，或外部的、联网的或非联网的存储器，如在相关联的数据库服务器136中的134处所指出的那样。

数据处理系统D包括存储在计算机120的存储器124中的程序代码138。根据本发明，程序代码138的形式为计算机可操作指令，这些计算机可操作指令用于使数据处理器122根据图11中所示的处理步骤通过交叉排列共方位角集合域中的地震道数据处理来使串扰衰减。

应当注意到，程序代码138的形式可以是微代码、程序、例行程序、或者符号计算机可操作语言，这些语言提供了用于控制数据处理系统D的运行并引导数据处理系统D的操作的特定一组有序操作。程序代码138的指令可存储在计算机120的存储器124中，或者存储在计算机磁碟、磁带、传统硬盘驱动器、电子只读存储器、光学存储器设备、或存储了计算机可用介质的其它适当的数据存储设备上。程序代码138也可以包含在数据存储设备上（如服务器136）作为计算机可读介质，如图所示。

通过上文可以看到，本发明通过交叉排列方位角偏移集合中的变频均值滤波，彻底去除了多扫频振动源现场采集数据中的串扰，同时保留了信号的信息内容。根据本发明，在交叉排列方位角偏移集合中处理数据，而据目前所知，常规的方法使用共接收器集合、共CDP集合、或交叉排列共偏移集合。本发明还对交叉排列方位角偏移域中的数据使用了级联应用的变频中值滤波和变频均值滤波，其中的滤波可以根据串扰的频谱特性来减弱串扰。在常规方法中,中值滤波和均值滤波被应用到时间域中，因而导致不可避免的信号拖尾效应。本发明通过级联应用了交叉排列方位角偏移域集合中的变频中值滤波和变频均值滤波，显著地去除了串扰，同时保留了信号。

已经对本发明进行了充分的描述，从而本领域普通技术人员能够再现和获得本发明所提到的结果。尽管如此，本领域技术人员可对本发明的主题实施本申请中未描述的变型，为了将这些变型应用于所确定的结构，或者在所确定的结构的制造工艺中应用这些变型，需要所附的权利要求中所要求保护的方案，这些结构将被本发明的范围所覆盖。

应当注意和了解到，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可对上面所详细描述的本发明进行改进和修改。

Claims (16)

1.一种用于对所关注的地下区域的地震数据进行变频滤波的计算机实现的方法，所述地震数据是由处于多个扫频振动地震能量源处的同步发射和在地震能量接收器处进行的接收而产生的，该方法包括步骤：

在计算机中将在所述接收器处接收到的地震数据收集到交叉排列方位角偏移数据集合中；

在所述计算机中将所述交叉排列方位角偏移数据集合转换到频率空间域中；

对于频率空间域中的集合，确定所选择的关注频率片段的中值地震道振幅；

根据所确定的中值地震道振幅，对于频率空间域中的集合，对所选择的关注频率片段中的各个单独地震道中的振幅进行归一化；

对所选择的关注频率片段的地震道实施变频均值滤波；以及

对来自所选择的关注频率片段的变频均值滤波后的地震道的数据进行存储。

2.如权利要求1所述的计算机实现的方法，还包括步骤：

形成变频均值滤波后的地震道的输出记录。

3.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中的收集步骤包括步骤：

将在所述接收器处接收到的地震数据收集到时间距离域中的交叉排列方位角偏移数据集合中。

4.如权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所确定的中值地震道振幅定义了振幅阀值。

5.如权利要求4所述的计算机实现的方法，其中的归一化步骤包括步骤：

根据所定义的振幅阀值来对所选择的关注频率片段中的各个单独地震道的振幅进行归一化。

6.如权利要求4所述的计算机实现的方法，其中的实施变频均值滤波步骤包括步骤：

根据所选择的关注频率片段来实施变化长度的滤波。

7.如权利要求4所述的计算机实现的方法，其中的实施变频均值滤波步骤包括步骤：

根据所选择的关注频率片段来实施线性递减长度的滤波。

8.如权利要求4所述的计算机实现的方法，其中的实施变频均值滤波步骤包括步骤：

对所选择的关注频率片段中的不同频率施加不同的滤波权重值。

9.一种数据处理系统，其用于对关注地下区域的地震数据进行变频滤波，所述地震数据是由处于多个扫频振动地震能量源处的同步发射和在地震能量接收器处进行接收而产生的，该数据处理系统包括：

数据存储器；

处理器，其用于执行如下步骤：

将在所述接收器处接收到的地震数据收集到交叉排列方位角偏移数据集合中；

将所述交叉排列方位角偏移数据集合转换到频率空间域中；

对于频率空间域中的集合，确定所选择的关注频率片段的中值地震道振幅；

根据所确定的中值地震道振幅，对于频率空间域中的集合，对所选择的关注频率片段中的各个单独地震道中的振幅进行归一化；

对所选择的关注频率片段的地震道实施变频均值滤波；以及

将来自所选择的关注频率片段的变频均值滤波后的地震道的数据存储到所述数据存储器中。

10.如权利要求9所述的数据处理系统，还包括：

输出显示器，其用于形成变频均值滤波后的地震道的输出记录。

11.如权利要求9所述的数据处理系统，其中在执行收集步骤中所述处理器执行步骤：

将在所述接收器处接收到的地震数据收集到时间距离域中的交叉排列方位角偏移数据集合中。

12.如权利要求9所述的数据处理系统，其中所述处理器所确定的中值地震道振幅定义了振幅阀值。

13.如权利要求12所述的数据处理系统，其中在执行归一化步骤中所述处理器执行步骤：

根据所定义的振幅阀值来对所选择的关注频率片段中的各个单独地震道的振幅进行归一化。

14.如权利要求9所述的数据处理系统，其中在执行实施变频均值滤波步骤中所述处理器执行步骤：

根据所选择的关注频率片段来实施变化长度的滤波。

15.如权利要求9所述的数据处理系统，其中在执行实施变频均值滤波步骤中所述处理器执行步骤：

根据所选择的关注频率片段来实施线性递减长度的滤波。

16.如权利要求9所述的数据处理系统，其中在执行实施变频均值滤波步骤中所述处理器执行步骤：

对所选择的关注频率片段中的不同频率施加不同的滤波权重值。