CN103630931A - 从近场测量和建模假想特征计算假想源特征的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明描述用于从建模假想特征和所测量近场特征来计算假想源特征的方法和系统。从建模假想特征来计算建模近场特征。向其中特征不太可靠的源压力波场谱的部分指配低权重，而向其中特征更为可靠的源压力波场谱的部分指配更高权重。其中两组特征均可靠的谱的部分能够用于质量控制以及用于比较所测量近场特征与建模近场特征。当存在对建模的输入参数的不确定性时，能够缩放输入参数，以便使所测量与建模近场特征之间的差为最小。所产生的近场特征通过建模和所测量近场特征的加权求和来计算，以及假想源特征从所产生的近场特征来计算。
Description
技术领域
本发明涉及用于从建模假想特征（modeled notional signature）和所测量近场特征来计算假想源特征（notional source signature）的方法和系统。
背景技术
在过去数十年，石油工业大量投资于开发海洋地震调查技术，这些技术产生水体下面的地层的知识，以便查找和抽取有价值的矿物资源、例如石油。地层的高分辨率地震图像对于定量地震判读和改进的油气层监测是必需的。对于典型海洋地震调查，地震勘探船拖曳形成水面之下与要调查矿床的地层之上的地震数据获取表面的震源和一个或多个拖缆。船包含地震获取设备，例如导航控制、震源控制、地震接收器控制和记录设备。震源控制使通常为源元件（source element）阵列的诸如气枪之类的震源在所选时间产生声脉冲。各脉冲是向下穿越水并且进入地震的声波。在不同类型的岩石之间的各界面处，声波的一部分折射，声波的一部分透射，以及另一部分反射回水体而朝表面传播。在船后拖曳的拖缆是延长的缆线状结构。各拖缆包括检测与从地层反射回水中的声波关联的压力和/或速度波场的多个地震接收器或传感器。
为了处理在获取表面所测量的地震数据以产生地层的聚焦地震图像，期望震源所创建的压力波场的准确知识。但是，得到源压力波场的准确表征常常难以满足。例如，源压力波场能够从源元件的近场中进行的压力测量来确定，但是测量能够受到串扰所引起的以及来自水听器的噪声污染，其中水听器拾取通过在水听器附近发射其它强大源元件所引起的运动的一部分。准确表征源压力波场的其它技术包括对源压力波场进行建模。模型通常采用在离源元件的远场距离进行的实际测量来校准，并且依靠多个输入参数，例如源元件的位置、压力和水温。源波场建模中的主要误差通常与校准精度和建模中进行的假设相关。因此，石油工业的技术人员继续寻求更准确表征源压力波场的系统和方法。
发明内容
本发明的一个方面提供一种要由包括一个或多个处理器和一个或多个数据存储装置的计算机系统来执行的用于计算假想源特征的方法，所述方法包括针对下列步骤的机器可读指令：
对于声源的每个源元件：
从建模假想源特征来计算建模近场特征，每个建模假想源特征与所述声源的源元件关联；
作为所述源元件的所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算近场特征；以及
从所述近场特征来计算假想源特征。
本发明的另一个方面提供一种计算机可读介质，其上编码了机器可读指令以用于使计算机系统的一个或多个处理器能够执行下列操作
从所述源元件的建模假想源特征来计算声源的每个源元件的建模近场特征；
作为所述源元件的所记录近场特征和对所述源元件所计算的所述建模近场特征的加权求和来计算每个所述源元件的近场特征；以及
从所述近场特征来计算假想源特征。
本发明的再一个方面提供一种用于计算声源的每个源元件的假想源特征的计算机系统，所述计算机系统包括：
一个或多个处理器；
一个或多个数据存储装置；以及
例程，存储在所述一个或多个数据存储装置的一个或多个中，并且由所述一个或多个处理器来运行，所述例程针对
从所述一个或多个数据存储装置来检索与每个所述源元件关联的所记录近场特征；
从所述源元件的建模假想源特征来计算声源的每个源元件的建模近场特征；
作为所述所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算每个所述源元件的近场特征；以及
从所述近场特征来计算假想源特征。
附图说明
图1示出地球表面的域体（domain volume）；
图2示出图1所示域体的下部中的地层的近地表要素（subsurface feature）；
图3A-3C示出地震勘探方法，通过该方法，以仪表方式获取数字编码数据用于后续地震勘探处理和分析，以便表征地球固体表面下面的要素和材料的结构和分布；
图4A-4B分别示出示例声源的等距和侧面正视图；
图4C示出与枪阵列中的枪关联的假设近场特征的图；
图5A示出假设远场枪特征的示例图；
图5B示出与震源关联的假设的所产生远场特征的示例图；
图6示出用于从近场测量和建模假想特征来计算假想特征的方法的控制流程图；
图7示出声源的压力传感器及关联源元件的子集的等距视图；
图8示出时域的所记录近场特征和建模近场特征的图；
图9示出频域的所记录近场特征和建模近场特征的图；
图10示出图9所示的所记录近场特征和建模近场特征的图以及谱相干性曲线的假设表示；
图11示出图9所示的所记录近场特征和建模近场特征的图，其中具有用于对所识别频域的独立区域来计算近场特征的函数；
图12示出运行用于从所测量近场特征和建模假想源特征来计算假想源特征的有效方法的一般化计算机系统的一个示例。
具体实施方式
描述用于从建模假想特征和所测量近场特征来计算假想源特征的方法和系统。从建模假想特征来计算建模近场特征。从频域的建模近场特征与所测量近场特征之间的比较来确定作为频率的函数的权重。向其中特征不太可靠的源压力波场谱的部分指配低权重，而向其中特征更为可靠的源压力波场谱的部分指配更高权重。其中两组特征均可靠的谱的部分能够用于质量控制以及用于比较所测量近场特征与建模近场特征。当存在近场水听器的灵敏度的不确定性时，建模能够检验和确定近场水听器的灵敏度。当存在对建模的输入参数的不确定性时，能够缩放输入参数，以便使所测量与建模近场特征之间的差为最小。所产生的近场特征通过建模和所测量近场特征的加权求和来计算，以及假想特征从所产生的近场特征来计算。
以下论述包括两个小节：地震勘探的概述；以及作为计算处理方法的示例的用于从近场测量和建模假想特征来计算假想源特征的方法和本公开所针对的系统的描述。地震勘探的技术人员能够省略第一小节的阅读。
地震勘探的概述
图1示出地球表面的域体。域体102包括地球的固体表面106之下的沉积物和岩石104的固体体积，固体表面106又在海洋、水湾或海湾或者大淡水湖中的水流体体积108之下。图1所示的域体表示一类地震勘探观测和分析技术以及称作“海洋地震勘探”的系统的示例实验域。
图2示出图1所示域体的下部中的地层的近地表要素。如图2所示，对地震勘探来说，流体体积108是感兴趣固体体积104之上的相对无特色的、一般同质体积。但是，虽然流体体积108能够使用包括遥感潜水器、声纳和其它这类装置及方法的许多不同类型的方法和探头相对准确地来勘探、分析和表征，但是流体体积之下的固体地壳的体积104相对远远更难以探测和表征。与上覆流体体积108不同，固体体积104是明显异质和各向异性的，并且包括地震勘探学家感兴趣的许多不同类型的要素和材料。例如，如图2所示，固体体积104可包括第一沉积物层202、第一断裂和隆起岩石层204以及第一岩石层之下的第二下置岩石层206。在某些情况下，第二岩石层206可以是多孔的，并且包含比第二岩石层材料更小密度并且因此在第二岩石层206中上升的液烃208的显著集中。在图2所示的情况下，第一岩石层204不是多孔的，并且因此形成防止液烃的进一步上向迁移的盖子，液烃因此在第一岩石层204之下的烃饱和层208中汇合。地震勘探的一个目标是识别地球的固体表面之下的地球地壳的体积中的烃饱和多孔地层的位置。
图3A-3C示出地震勘探方法，通过该方法，以仪表方式获取数字编码数据用于后续地震勘探处理和分析，以便表征地层的要素和材料的结构和分布。图3A示出配备成执行一系列连续地震勘探实验和数据收集的地震勘探船302的示例。具体来说，船302跨一般位于自由表面306之下数米的近似恒定深度平面来拖曳一个或多个拖缆304-305。拖缆304-305是包含每隔一定间隔连接有接收器（又称作“传感器”）的电力和数据传输线的长缆线。在一种类型的地震勘探中，各接收器、例如图3A中以加阴影圆盘308所表示的接收器包括一对地震接收器，其中包括通过检测质点运动、速度或加速度来检测流体介质中随时间的垂直位移的地震检波器以及检测压力随时间的变化的水听器。拖缆304-305和船302包括复杂感测电子设备和数据处理设施，它们允许接收器读数与自由表面的绝对位置以及相对任意三维坐标系的绝对三维位置相互关联。图3A中，沿拖缆的接收器示为位于自由表面306之下，其中接收器位置与上覆表面位置相互关联，例如表面位置310与接收器308的位置相互关联。船302还拖曳一个或多个声波源312，声波源312在船302和所拖曳拖缆304-305跨自由表面306移动时以空间和时间间隔产生压力脉冲。
图3B示出扩展球形声波阵面，由以声源312为中心的增大半径的半圆、例如半圆316所表示，沿着由声源312所发射的声脉冲。波阵面实际上以跨图3B的垂直平面截面示出。如图3C所示，图3B所示的向外和向下扩展的声波场最终到达固体表面106，在这一点，向外和向下扩展的声波部分从固体表面反射以及部分向下折射到固体体积中，从而成为固体体积中的弹性波。换言之，在流体体积中，波是纵压力波（compressional pressure wave）或P波，其传播能够通过声波方程来建模，而在固体体积中，波包括P波和横波或S波，其传播能够通过弹性波方程来建模。在固体体积中，在不同类型的材料之间的各界面处或者在密度或者在各种其它物理特性或参数的一个或多个的间断（discontinuity）处，向下传播波部分反射并且部分折射，如在固体表面106处。因此，固体表面以及下置固体体积104中的每个点成为潜在二次点源（secondary point source），从其中，声波和弹性波分别可响应声源312所发射的压力脉冲以及从压力脉冲所生成的向下传播弹性波而向上放射到接收器。
如图3C所示，一般从固体表面106之上或者与其接近的点、例如点320以及从固体体积104的间断上或者与其非常接近的点、例如点322和324来发射有效幅度的二次波（secondary wave）。三次波（tertiary wave）可响应从固体表面和近地表要素所发射的二次波而又从自由表面306发射回固体表面106。
图3C还示出如下事实：一般在接着初始压力脉冲的时间范围内的不同时间来发射二次波。固体表面106上的点、例如点320比固体体积104中的点、例如点322和324更快地接收与初始压力脉冲对应的压力扰动。类似地，直接在声源之下的固体表面上的点比固体表面上的更远距离点更快地接收压力脉冲。因此，从固体体积中的各个点发射二次和高阶波的时间与三维空间中的点与声源的距离相关。
但是，声波和弹性波在不同材料中以及在相同材料中在不同压力下以不同速度传播。因此，初始压力脉冲以及响应初始压力脉冲而发射的二次波的传播时间是离声源及材料的距离和对应于初始压力脉冲的声波穿过的材料的物理特性的复合函数。另外，如图3C所示，对于从点322所发射的二次波，可在波阵面穿越界面时以及声音速度在波所穿过的介质中改变时改变扩展波阵面的形状。响应初始压力脉冲而从域体102中发射的波的叠加是一般很复杂波场，其中包含与域体102的形状、大小和材料特性有关的信息，包括与地震勘探学家感兴趣的地层中的各种反射要素的形状、大小和位置有关的信息。
声源312能够实现为诸如气枪和/或水枪之类的震源元件阵列，以便放大声波并且克服与使用单个源元件关联的特征的不合需要的方面。图4A-4B分别示出示例声源400的等距和侧面正视图。源400包括三个独立浮子401-403以及通过多个绳索或缆线、例如将杆405悬挂在浮子401之下的缆线408从浮子401-403所悬挂的三个独立对应压力感测杆405-407。在图4A-4B的示例中，三个附加杆409-411分别悬挂在感测杆405-407之下，以及11个枪从附加杆409-411的每个来悬挂。例如，压力感测杆405悬挂在浮子401与杆409之间，从其中悬挂表示为G1-G11的枪。压力感测杆405-411的每个包括7个压力传感器，压力传感器各定位成测量由压力传感器之下所悬挂的一个或多个枪所生成的压力波场。例如，压力感测杆405包括定位在枪G1-G11的一个或两个之上的压力传感器412-418。压力传感器能够是水听器，以及枪能够是气枪或水枪。例如考虑气枪。各气枪将高压气泡作为能量源注入流体中，以便生成在流体中向外辐射并且进入地层的声压力波。换言之，当气泡从枪释放时，存在水与气泡中心的径向位移，以及压力扰动在流体中向外传播。当气泡膨胀时，气泡中的气压下降，直到它降低到周围液体的气压，但是惯性使气泡过度膨胀时，使得气泡中的气压小于周围流体的静水压力。然后，极大膨胀的气泡因静水压力而收缩，以及膨胀和收缩的过程以气泡振荡许多周期来继续进行。当气泡振荡并且气泡压力改变时，压力波向外辐射到流体中。气泡振荡幅度随时间而减小，以及振荡周期逐个周期减小。流体中由气泡所引起的作为时间的函数的压力变化称作“特征（signature）”。
每个枪具有关联的近场特征和远场特征。“近场”和“远场”是用于描述在测量特征时观测点与枪的接近性的术语。对于释放波长 
（其中c是流体中的音速以及f是频率）的压力波的枪，枪周围的近场和远场径向区域能够定义为：
近场：
中间场：
远场：
其中，d是从枪到观测点的距离。
如图4A-4B所示，压力传感器定位成接近枪。因此，各压力传感器测量压力传感器之下所悬挂的每个枪或每对枪的近场特征。
特征的详细要素通过气泡在从枪释放之后的后续运动来确定。图4C示出与枪阵列中的枪关联的假设近场特征的图。水平轴420表示时间，以及垂直轴422表示压力。第一峰值424表示从枪到流体中的初始构建和释放，此后，后续峰值425-427表示随增加的时间的幅值的减小。近场特征表明，达到峰值之后的压力下降到低于静水压力p h 的值。气泡振荡幅度随时间推移而减小，以及气泡振荡周期不是逐个周期恒定的。换言之，气泡运动不是简单谐波运动。一般来说，枪的室体积越大，则峰值幅度越大并且气泡周期越长。近场特征还受到同时开枪时的枪阵列中的其它枪所创建的压力波影响。换言之，当枪阵列的枪同时发射时，各气泡周围的静水压力不再是恒定的。从其它气泡自许多不同方向辐射的压力波碰撞各气泡，从而修改气泡的行为和关联近场特征。
枪阵列的枪选择成具有不同室体积并且以特定方式来设置，以便生成沿垂直向下方向具有短且窄特征并且对感兴趣频带具有平滑且宽的频谱的所产生远场地震波。图5A示出与图5所示的11个枪G1-G11关联的假设远场枪特征的示例图。水平轴502表示时间，垂直轴504表示压力，以及倾斜轴506表示枪G1-G11的索引。每个远场特征包括第一大的正峰值，在时间上随后接着第二大的负峰值，由一系列低幅度非周期阻尼气泡振荡跟随。例如，与枪G1关联的远场特征具有第一大的正峰值508、第二大的负峰值509以及与从枪G1所释放的由远场中的压力传感器所测量的气泡的阻尼振荡关联的一系列非周期振荡510。每个远场特征的第一大的正峰值是来自远场中的枪的气泡的初始压力释放，并且称作“主峰值”。每个远场特征的第二大的负峰值表示从自由表面所反射的初始压力释放，并且称作“源虚反射（source ghost）”。枪G1-G11选择成具有不同气室体积，以便产生主峰值之后的不同阻尼气泡振荡。图5A表示在枪同时发射时与枪G1-G11关联的远场特征。因此，每个远场特征在近似相同的时间点具有主峰值。与枪阵列的单独枪的每个关联的远场特征没有按照叠加原理进行组合。如果由枪阵列中的枪所生成的压力波之间的交互是可忽略或者不存在的，则远场特征可按照叠加原理来组合，以便计算枪阵列的所产生远场特征。但是，如上所述，由枪所创建的压力波之间的交互不是可忽略的，特别是在低频率。枪G1-G11而是选择成在枪阵列中具有不同室体积、枪间距和枪位置，以便放大主峰值并且消除阻尼气泡振荡，从而产生图5B中绘制的枪G1-G11的假设所产生远场源特征512。所产生远场源特征512具有放大主峰值524，在时间上随后接着极小幅度振荡。
注意，声源并不是意在局限于图5A所示的示例33枪阵列510。实际上，声源能够配置有一个或多个浮子，以及各浮子能够具有从浮子所悬挂的任何数量的枪。枪能够设置并且选择成具有室体积，以便产生与图5B所示示例所产生远场源特征基本上匹配的所产生远场源特征。
作为计算处理方法的示例的用于从近场测量和建模假想特征来计算假想源特征的方法以及本申请所针对的系统
现在描述用于从近场测量和建模假想特征来计算假想特征的方法和系统。图6示出用于从近场测量和建模假想特征来计算假想特征的方法的控制流程图。在开始于框601的“for”循环中，与框602-613关联的操作对于声源的每个源元件重复进行。图6中，与框603、604和606并行地示出框602和605。实际上，与框602和605关联的计算过程能够在框603、604和606的计算过程之前运行。备选地，与框603、604和606关联的计算过程能够在与框602和605关联的计算过程之前运行。备选地，与框603、604和606关联的计算过程能够在与框602和605关联的计算过程并行地运行。
在框602，输入从第j压力传感器处的测量所得到的所记录近场特征
，其中t表示时间。在框603，输入与声源的每个源元件关联的建模假想源特征
。“假想”源特征是隔离近场特征，其中由其它相邻源元件以及由自由表面上的反射所创建的压力被去除。声源的压力传感器和源元件的距离和位置是已知的，并且能够用于使用诸如Nucleus+(参见例如http://www.pgs.com/pageFolders/308427/NucleusplusBrochureOctober2010.pdf)中提供并且在F.R.Gilmore的“The growth or collapse of a spherical bubble in a viscous compressible liquid”(Office of Naval Research，Report No. 26-4，1952年4月1日)中所述的那些技术之类的地震分析和数据处理技术来计算与每个源元件关联的建模假想特征
。在框604，与第j源元件关联的建模近场特征从建模假想源特征
按下式计算：
其中，r ij 是从第i源元件到第j压力传感器或近场测量位置的距离；
R是自由表面的反射系数；
c是流体中的压力波的传播速度；以及
n是近场压力传感器的数量和源元件的数量。
图7示出由n个压力传感器和n个源元件所组成的声源的压力传感器及关联源元件的子集的等距视图。在图7的示例中，直角柱体、例如柱体702表示压力传感器，以及圆柱、例如圆柱704表示源元件。如图7所示以及以上参照图4所述，每个源元件具有关联压力传感器，以及每个压力传感器位于传感器元件的近场中，以便测量关联源元件的近场特征。例如，如图7所示，第j压力传感器706测量时变压力波场，以便产生与第j源元件708关联的所记录近场特征
。图7还示出等式(1)用于从建模假想特征
来计算时变建模近场特征
的参数。虚线方向箭头710表示从第i源元件714到第j压力传感器706的距离r ij ，以及方向箭头711和712表示从第i源元件714上至自由表面716和下至第j压力传感器706的总距离。
图8示出时域的实际记录近场特征
和实际建模近场特征
的图。图8中，水平轴802表示时间，以及垂直轴804表示压力。细曲线806表示声源的第j源元件的时变记录近场特征
，以及粗曲线808表示时变建模近场特征
。锐的正峰值810表示来自枪的气泡的初始压力释放，以及第二负峰值812表示“源虚反射”。如图8所示，建模近场特征与所记录近场特征的整体形状基本上匹配，但是曲线806和808的严格检查表明，建模近场特征与所记录近场特征的时间变化不匹配。
回到图6，在框605，所记录近场特征
从时域变换到频域，以及在框606，建模近场特征
从时域变换成频域。例如，所记录近场特征能够使用下式所给出的离散傅立叶变换来变换：
其中，β=0、1、2、…、N-1；
N是时间样本的数量；
t α 是样本时间。
以及建模近场特征能够使用下式所给出的离散傅立叶变换来变换：
实际上，为了计算效率，所记录近场特征和建模近场特征能够使用快速傅立叶变换来变换。
图9示出由频域的所记录近场特征
和建模近场特征所组成的频谱的图。水平轴902表示角频率，以及垂直轴904表示单位为dB的幅度。细曲线906表示所记录近场特征
，以及粗曲线908表示建模近场特征
。曲线906和908的目视检查表明，所记录近场特征
和建模近场特征
对图9所示的整个频率范围具有相似整体形状，但是关于较小变化在幅度上不匹配。实际上，所记录近场特征
对于低频率(即，对于小于ω 1 910的频率)提供真正近场特征的比建模近场特征
更好的表征，以及建模近场特征
对于高频率(即，对于大于ω 2 912的频率)提供真正近场特征的比所记录近场特征
更好的表征。所记录近场特征
的主要误差通常归因于串扰所引起以及来自发射强大的附近源元件所引起的运动的高频噪声，而建模近场特征依靠采用离没有受到与近场测量相同的噪声污染的源元件较大距离所进行的实际测量的仔细校准。另外，建模使用多个输入参数，例如源元件的位置、压力和水温。另一方面，建模近场特征
的主要误差通常归因于脉冲、例如气枪所创建的气泡脉冲，但是因为脉冲以低频率出现，所以建模近场特征的不确定性在较低频率更大。因此，所记录近场特征
对于小于ω 1 的频率是最可靠的，但是对于整个频率范围不能依靠表征近场特征。在ω 1 和ω 2 之间的频率范围中，虚线914和912标记过渡区域的边界，在此区域上，对表征近场特征，所记录近场特征变得不太可靠，而建模近场特征
变得更为可靠。如图9所示，所记录和建模近场特征在ω 0 和ω 1 914之间很好地一致。频谱对于大于ω 0 的频率受到气泡脉冲少许影响，而对于小于ω 0 的频率不太复杂。因此，ω 0 与ω 1 之间的任一近场特征能够用于校准另一近场特征。例如，在ω 0 与ω 1 之间，所测量近场特征能够用于校准建模近场特征，或者建模近场特征能够用于校准所测量近场特征。
回到图6，该方法在框607-612将所记录近场特征的最可靠部分与建模近场特征的最可靠部分相结合，以便对整个频域计算第j源元件的可靠近场特征。具体来说，该方法将所记录近场特征与建模近场特征的高频部分相结合，以便对频域产生与第j源元件关联的近场特征，由下式所示：
其中，s j 是下面在框609所计算的比例因子；以及
是加权函数，以便作为频率ω的函数从所记录近场特征
转变到建模近场特征
。
加权函数
具有下式所表示的性质：
下面参照框610来描述适当加权函数的示例。在框607，不是如以上参照图9所述使用目视检查来比较所记录近场特征与建模近场特征，而是能够将谱相干性（spectral coherence）用于比较频域的所记录近场特征和建模近场特征。谱相干性能够下式来计算
其中
谱相干性C rm 是范围在“0”与“1”之间的分数值，并且能够用作确定将所记录和建模近场特征相互关联的程度的量度，其中“0”表示没有相互关联，而“1”表示强相互关联。
图10示出图9所示的频谱的图以及谱相干性的假设表示。图10中，垂直轴1002表示谱相干性轴，以及点划线1004表示频率范围上的谱相干性。在分别如虚线910和914所限定的ω 0 至ω 1 的频率范围中，谱相干性为最大1006，这表示所记录近场特征
和建模近场特征
对ω 0 至ω 1 之间的频率范围是一致的。但是，在从ω 0 至ω 1 的范围外部，谱相干性较低，这符合：所记录近场特征对于低频率范围提供真正近场特征的比建模近场特征
更好的表征，以及建模近场特征对于高频范围提供真正近场特征的比所记录近场特征
更好的表征。
回到图6，在判定框608，当压力传感器的校准是不确定时，该方法进入框609。否则，该方法进入框610。在框609，所记录近场特征使用具有最高谱相干性的谱的部分来缩放到建模近场特征。例如，所记录近场特征能够通过计算下式所表示的比例因子来缩放到建模近场特征：
其中，ω 0 <ω<ω 1 是所记录近场特征
和建模近场特征
具有最高谱相干性的频率范围，如以上参照图10所述。
当压力传感器的校准为已知时，比例因子s j 用于将所测量近场特征的单位(例如mV)校正成压力单位(例如Pa)。另外，在这种情况下，所测量近场特征能够用于校准建模近场特征，除非所测量和建模近场特征是一致的。在框610，ω 1 <ω<ω 2 的加权函数能够使用例如汉宁（Hanning）加权函数表示为：
其中，
是函数。
当函数的范围在“-1”与“0”之间时，加权函数
在范围“0”与“1”之间，以及当函数
的范围在“0”与“1”之间时，加权函数
的范围在“1”与“0”之间。例如，函数能够是由下式所表示的线性函数：
其中ω 1 <ω<ω 2 。
在这个示例中，当频率从ω 1 增加到ω 2 时，函数的范围从“0”至“1”。备选地，不同类型的函数
和加权函数
能够用于控制所记录近场特征或建模近场特征在频率范围ω 1 <ω 2 上具有的影响。在框611，与第j源元件关联的近场特征按照等式(4)来计算。图11示出图9所示频谱的图，其中函数用于对所识别频域的独立区域计算近场特征。在框612，由等式(4)所表示的所产生近场特征
使用逆变换从频域变换到时域。例如，所产生近场特征
能够使用傅立叶逆变换从频域变换成时域，以便给出时域的所产生近场特征，由下式表示：
其中，α=0、1、2、…、N-1；以及
实际上，快速傅立叶逆变换能够用于计算效率。在框613，当更多源元件可用时，重复进行与框602-612关联的操作，直到对于n个源元件的每个计算了所产生近场特征
。否则，该方法进入框614。在框614，通过求解具有n个未知数的一组n个等式，从近场特征
来计算n个假想源特征，如下式所表示：
其中，
是在框612所计算的所产生近场特征；以及
n个假想特征
能够在时间步从等式(10)迭代地计算。从近场特征中减去来自周围源元件的辅助贡献和关联虚反射，以便得出每个假想源特征。在时间t，在时间
来自周围枪的假想源特征
已经在先前时间步计算，因为
，并且是已知的。这种方法依靠与源元件的数量相同的近场压力传感器的数量。
图12示出运行用于从所测量近场特征和建模假想源特征来计算假想源特征的有效方法并且因此表示本描述所针对的地震分析数据处理系统的一般化计算机系统的一个说明性示例。许多小型、中型和大型计算机系统的内部组件以及专用的基于处理器的存储系统能够针对这个一般化架构来描述，但是每个特定系统可包含许多附加组件、子系统以及具有与这个一般化架构相似的架构的相似并行系统。计算机系统包含：一个或多个中央处理器(“CPU”)1202-1205；一个或多个电子存储器1208，通过CPU/存储器子系统总线1210或者多个总线与CPU互连；第一桥接器1212，将CPU/存储器子系统总线1210与附加总线1214和1216或者其它类型的高速互连介质、包括多个高速串行互连进行互连。这些总线或串行互连又将CPU和存储器与专用处理器、例如图形处理器1218以及与一个或多个附加桥接器1220进行连接，其中桥接器1220与高速串行链路或者与提供对诸如计算机可读介质1228、电子显示器、输入装置和其它这类组件、子组件和计算资源之类的各种不同类型的计算机可读介质的访问的多个控制器1222-1227、例如控制器1227进行互连。包括可视显示屏幕、音频扬声器和其它输出接口的电子显示器以及包括鼠标、键盘、触摸屏和其它这类输入接口的输入装置共同构成允许计算机系统与人类用户进行交互的输入和输出接口。计算机可读介质1228是数据存储装置，包括电子存储器、光盘或磁盘驱动器、USB驱动器、闪速存储器和其它这种数据存储装置。计算机可读介质1228能够用于存储与以上所述计算方法关联的机器可读指令，并且能够用于在存储操作期间存储编码数据，以及在读操作期间能够由计算机系统、数据存储系统和外围装置从其中检索编码数据。
虽然根据具体实施例来描述了本发明，但是并不预计本发明局限于这些实施例。本发明的精神之内的修改将是本领域的技术人员显而易见的。例如，执行使用建模假想源特征和测量近场特征来有效地计算假想源特征的任何数量的不同计算处理方法实现可使用各种不同的编程语言和计算机平台并且通过改变包括控制结构、变更、数据结构、模块组织和其它这类参数的不同实现参数来设计和研制。波场、算子和其它计算对象的计算表示可按照不同方式来实现。
要理解，提供所公开实施例的上述描述以使本领域的技术人员能够进行或使用本公开。本领域的技术人员将易于清楚地知道对这些实施例的各种修改，本文所定义的一般原理可适用于其它实施例，而没有背离本公开的精神或范围。因此，本公开不是要局限于本文所示的实施例，而是符合与本文所公开原理和新要素一致的最广义范围。
Claims (23)
1. 一种要由包括一个或多个处理器和一个或多个数据存储装置的计算机系统来执行的用于计算假想源特征的方法，所述方法包括针对下列步骤的机器可读指令：
对于声源的每个源元件：
从建模假想源特征来计算建模近场特征，每个建模假想源特征与所述声源的源元件关联；
作为所述源元件的所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算近场特征；以及
从所述近场特征来计算假想源特征。
2. 如权利要求1所述的方法，还包括
使用谱相干性来比较频域的所述建模近场特征与所述所记录近场特征，以便确定所述所记录近场特征和所述建模近场特征在其上一致的频率范围；以及
当所述声源的压力传感器的校准为未知时，在所述频率范围上使用所述建模和所记录近场特征来将所述所记录近场特征缩放成所述建模近场特征。
3. 如权利要求1所述的方法，还包括
使用谱相干性来比较频域的所述建模近场特征与所述所记录近场特征，以便确定所述所记录近场特征和所述建模近场特征在其上一致的频率范围；
将所述测量近场特征转换成压力单位；以及
当所述声源的压力传感器的校准为已知时，在所述频率范围上使用所述建模和所记录近场特征来将所述建模近场特征缩放成所述所记录近场特征。
4. 如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述建模近场特征从时域变换成频域；以及
将所述所记录近场特征从所述时域变换成所述频域。
5. 如权利要求1所述的方法，其中，作为所述源元件的所述所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算所述近场特征包括计算频域的所述近场特征。
6. 如权利要求1所述的方法，其中，作为所述所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算所述近场特征包括：
将高加权因子指配给所述所记录近场特征，并且将低加权因子指配给所述建模近场特征，其中所述所记录近场特征比所述建模近场特征更为可靠；以及
将低加权因子指配给所述所记录近场特征，并且将高加权因子指配给所述建模近场特征，其中所述所记录近场特征不如所述建模近场特征可靠。
7. 如权利要求1所述的方法，其中，从所述近场特征来计算所述假想源特征还包括将所述近场特征从频域变换到时域。
8. 如权利要求1所述的方法，其中，每个所记录近场特征表征所述关联源元件的近场中测量的压力波场。
9. 一种计算机可读介质，其上编码了机器可读指令以用于使计算机系统的一个或多个处理器能够执行下列操作
从所述源元件的建模假想源特征来计算声源的每个源元件的建模近场特征；
作为所述源元件的所记录近场特征和对所述源元件所计算的所述建模近场特征的加权求和来计算每个所述源元件的近场特征；以及
从所述近场特征来计算假想源特征。
10. 如权利要求9所述的介质，还包括
使用谱相干性来比较频域的所述建模近场特征与所述所记录近场特征，以便确定所述所记录近场特征和所述建模近场特征在其上一致的频率范围；以及
当所述声源的压力传感器的校准为未知时，对所述频率范围使用所述建模和所记录近场特征来将所述所记录近场特征缩放成所述建模近场特征。
11. 如权利要求9所述的介质，还包括
使用谱相干性来比较频域的所述建模近场特征与所述所记录近场特征，以便确定所述所记录近场特征和所述建模近场特征在其上一致的频率范围；
将所述测量近场特征转换成压力单位；以及
当所述声源的压力传感器的校准为已知时，对所述频率范围使用所述建模和所记录近场特征来将所述建模近场特征缩放成所述所记录近场特征。
12. 如权利要求9所述的介质，还包括：
将所述建模近场特征从时域变换成频域；以及
将所述所记录近场特征从所述时域变换成所述频域。
13. 如权利要求9所述的介质，其中，作为所述所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算所述近场特征包括计算频域的每个近场特征。
14. 如权利要求9所述的介质，其中，作为所述所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算所述近场特征包括：
将高加权因子指配给所述所记录近场特征，并且将低加权因子指配给所述建模近场特征，其中所述所记录近场特征比所述建模近场特征更为可靠；以及
将低加权因子指配给所述所记录近场特征，并且将高加权因子指配给所述建模近场特征，其中所述所记录近场特征不如所述建模近场特征可靠。
15. 如权利要求9所述的介质，其中，从所述近场特征来计算所述假想源特征还包括将所述近场特征从频域变换到时域。
16. 如权利要求9所述的介质，其中，每个所记录近场特征表征所述关联源元件的近场中测量的压力波场。
17. 一种用于计算声源的每个源元件的假想源特征的计算机系统，所述计算机系统包括：
一个或多个处理器；
一个或多个数据存储装置；以及
例程，存储在所述一个或多个数据存储装置的一个或多个中，并且由所述一个或多个处理器来运行，所述例程针对
从所述一个或多个数据存储装置来检索与每个所述源元件关联的所记录近场特征；
从所述源元件的建模假想源特征来计算声源的每个源元件的建模近场特征；
作为所述所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算每个所述源元件的近场特征；以及
从所述近场特征来计算假想源特征。
18. 如权利要求17所述的系统，还包括：
使用谱相干性来比较频域的所述建模近场特征与所述所记录近场特征，以便确定所述所记录近场特征和所述建模近场特征在其上一致的频率范围；以及
当所述声源的压力传感器的校准为未知时，对所述频率范围使用所述建模和所记录近场特征来将所述所记录近场特征缩放成所述建模近场特征。
19. 如权利要求17所述的系统，还包括：
使用谱相干性来比较频域的所述建模近场特征与所述所记录近场特征，以便确定所述所记录近场特征和所述建模近场特征在其上一致的频率范围；
将所述测量近场特征转换成压力单位；以及
当所述声源的压力传感器的校准为已知时，对所述频率范围使用所述建模和所记录近场特征来将所述建模近场特征缩放成所述所记录近场特征。
20. 如权利要求17所述的系统，还包括：
将所述建模近场特征从时域变换成频域；以及
将所述所记录近场特征从所述时域变换成所述频域。
21. 如权利要求17所述的系统，其中，作为所述所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算所述近场特征包括计算频域的每个近场特征。
22. 如权利要求17所述的系统，其中，作为所述所记录近场特征和所述建模近场特征的加权求和来计算所述近场特征包括：
将高加权因子指配给所述所记录近场特征，并且将低加权因子指配给所述建模近场特征，其中所述所记录近场特征比所述建模近场特征更为可靠；以及
将低加权因子指配给所述所记录近场特征，并且将高加权因子指配给所述建模近场特征，其中所述所记录近场特征不如所述建模近场特征可靠。
23. 如权利要求17所述的系统，其中，从所述近场特征来计算所述假想源特征还包括将所述近场特征从频域变换到时域。
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