CN107076869A - 采用垂直地震剖面记录的对独立震源的混合激发采集 - Google Patents

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Abstract

一种在垂直地震剖面法中使用的方法，包括：独立地激发多个激发区中的多个震源，以将地震信号传递到水底，其中，这些震源在公共的时间窗口内被同时激发；在多个地震接收器处接收来自水底下方的地层的地震信号的反射；以及记录所接收到的反射；其中所述地震接收器设置在水底的井眼中。

Description

采用垂直地震剖面记录的对独立震源的混合激发采集
相关申请的交叉引用
本申请根据35U.S.C.§119(e)要求2014年9月30日提交的临时申请No.62/057,320的国内优先权。本申请也是发明名称为“Seismic Survey Method(地震勘测方法)”的以David John Howe为发明人的共同未决的美国申请No.13/867,705的部分继续申请，该美国申请No.13/867,705是现已放弃的以David John Howe的名义于2007年8月30日提交的发明名称为“Seismic Survey Method(地震勘测方法)”的美国申请No.12/310,204的继续申请。所有上述申请在此被共同转让并通过引用的方式并入本文以用于所有目的，如同本文逐字阐述的一样。
技术领域
本文公开的技术涉及地震探测中的垂直地震剖面法，更具体地，涉及垂直地震剖面数据的采集和处理。
背景技术
地震探测，有时也称为地球物理勘探，是间接地辨别地层的结构、组分和内含物的技术领域。这通常涉及将具有特定特性的声信号传递到地层中。因为不是所有的声信号都是合适的，所以，该特定特性调整用于此目的的声信号。因此，这些调整的声信号通常称为地震信号。地层的各种特征将反射地震信号，这些反射的地震信号然后在地表上、在海床上或在穿过地层的井中被记录到。然后，可以分析所记录的这些反射信号，以收集关于地层的信息。
传递声信号并记录其反射的过程通常被称为“地震勘测”，并且在本领域中存在无数的变型。例如，根据覆盖的空间和时间分布，有一维(“1D”)勘测、二维(“2D”)勘测、三维(“3D”)勘测和四维(“4D”)勘测。同样，根据勘测是在陆地上、水中还是在陆地与水之间的过渡区(例如潮汐地区、湿地、泥沼、沼泽等)，有陆基勘测、海上勘测和过渡带勘测。
这些变型通常呈现出显著的技术差异。例如，在陆基勘测中，地震信号的能量既作为剪切波又作为压力波传播。然而，由于土地与水之间的差异，该能量在水中将仅作为压力波传播。因此，陆基勘测记录的信息不同于在水中或水上进行的勘测记录的信息。因此，陆基勘测在其接收器中使用的传感器种类与海上勘测不同。在海上勘测可能使用与陆基勘测相同的种类的传感器的程度上，它们使用该传感器来检测压力波的行进方向，而不是检测剪切波。因此，在那些各种类型的地震勘测中，用于各种勘测的技术和方法不一定可以通用。
一种地震勘测是井孔地震勘测。这种地震勘测具有设在穿入地下的(多个)井中的地震传感器。这种勘测通常用于查明或更深入地了解井眼附近区域的而不是整个广泛地区中的地层的特性。一种特定类型的井孔地震勘测被称为“垂直地震剖面”或“VSP”勘测。VSP勘测与大多数其它地震勘测类型可在几个方面存在区别。可能最引人注目的是，接收器“垂直地”布置在井眼中，而不是“水平地”布置在地面或水面上。
3D VSP地震勘测已经应用在行业中，且因此继续受到本领域的关注。已经开发了许多用于3D VSP地震勘测的技术。其中的许多技术已被证明是相当符合其预期目的。然而，本领域总是愿意接受改进或替代的手段、方法和构造。因此，本领域将很好地接受本文描述的技术。
附图说明
包含在本说明书中并构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，且与说明书一起用于解释本发明的原理，在附图中：
图1示出了根据本文公开的技术的一个方面的、海上VSP地震勘测的一个具体实施例。
图2A-2C示出了图1的勘测中的采集，其中，图2A是该装置和航线的俯视图，图2B-图2C示出了替代的射击图案(firing patterns)。
图3示出了所示实施例中的、地震数据从收集点到处理点的传输。
图4概念性地示出了例如可以在本文公开的技术的一些方面中采用的计算装置的硬件和软件架构的所选部分。
图5概念性地示出了所示实施例中的、用于处理地震数据的一个具体计算装置的硬件和软件架构的所选部分。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例(示例性实施例)，附图中示出了这些实施例中的示例。尽可能地，在所有附图中将用相同的附图标记来指代相同或相似的部件。
图1示出了根据本文公开的技术的一个方面的、用于VSP地震勘测100的装置的一个具体实施例。该装置通常在接收器侧包括设置在钻过水底115并进入地层117的井眼110中的多个地震接收器105(仅示出一个)。地震接收器105悬挂在从钻机125进入地层117的电缆120上。
VSP地震勘测100是海上VSP地震勘测，因为它发生在“海上”环境中。如本领域技术人员将理解的，术语“海上”不一定意味着水层130中的水是盐水。它还包括淡水和半咸水。因此，尽管图1的实施例中的水确实是盐水，但在替代实施例中，它可以是淡水或半咸水。然而，术语“海上”确实将所示的地震勘测与例如陆基和过渡带的VSP地震勘测区分开来。在一实施例中，VSP勘测使用三维(3D)成像，该三维(3D)成像使用井孔接收器阵列和震源位置的二维(2D)表面网格，这被称为3D VSP勘测。因此，在各个实施例中，勘测可以是2D或3D VSP勘测，但下面的描述将针对3D VSP勘测。
钻机125可以是本领域已知的任何类型的钻机，这取决于诸如成本、位置、可用性和操作深度等的众所周知的考虑因素。根据这些类型的因素，本行业目前采用诸如钻井船、半潜式钻井平台、自升式钻井平台和潜水式钻井平台的各种各样的钻机。本发明的钻机125是半潜式钻井平台，但钻机的类型对于本公开的技术的实践而言并不重要。替代的实施例可以使用本领域已知的用于海洋环境的钻井船、自升式钻井平台、潜水式钻井平台或其它类型钻机中的任一种。
本领域技术人员会理解，许多井使用套管来支撑井眼的壁的完整性和结构。井眼110被示出为没有套管，因此是所谓的“不加套管的”。这是为了便于说明和清楚起见。在大多数实施例中，井眼110通常是加套管的。然而，无论井眼110是加套管还是不加套管，对本文公开的技术而言无关紧要。另外，其它实施例还可以包括各自具有多个传感器105的多个井眼110。
也已经通过省去海底井头处的设备而简化了图1。取决于实现方式，这种设备可以包括例如钻孔导向基座、低压壳体、高压井头壳体、套管悬挂器、金属-金属环节密封组件，以及井筒保护器和耐磨衬套。受益于本公开的本领域技术人员不仅将理解这样的设备将以实现的具体细节存在，而且还将理解如何将其与本文公开的技术对接。
井眼110被示出为沿着严格的竖直方向竖直地延伸到地层117中。受益于本公开内容的本领域技术人员将理解，井眼经常以使它们偏离竖直方向的方式被钻出。有时，这种偏离可能非常显著。本领域中众所周知的是，可以以这种方式在偏离竖直方向的井眼中执行，因此，本文公开的技术不限于仅在竖直延伸而未偏离的井眼中使用。
在本实施例中，地震接收器105是接收器。3D VSP技术理论上考虑到设在井眼内的传感器可能是震源，而不是接收器。然而，很少出现这种情况，由于担心震源的操作可能损害井眼的完整性。在所示的实施例中，每个接收器均包括三个地震检波器(在笛卡尔坐标系中的x轴、y轴和z轴上各有一个)以及用于p-z求和的压力波传感器。替代的实施例可以使用地震检波器、水听器(压力波传感器)或二者的不同构型。接收器的另外实施例包括(但不限于)光纤、MEMS、加速度计、旋转传感器或以上列出的接收器的任何组合。
仍参照图1，在震源侧，该装置包括由多条拖船145拖在水面140上的多个震源135(仅示出两个)。所述震源可以是本领域已知的任何类型。在所示实施例中，震源135是本领域已知的一种作为脉冲源的震源。或者更具体地，震源135是空气枪。然而，其它实施例可以使用其它种类的震源。例如，一些实施例可以使用诸如扫频震源的非脉冲源。
本领域技术人员会理解，这些空气枪通常以阵列的方式部署，而不是单个部署。这是所示实施例中的情况。每个震源135以类似震源135的阵列150部署。这些阵列中的空气枪(即震源135)的数量将是取决于本领域技术人员公知的因素的实现特定细节。阵列150被示出为包括八支空气枪，但这仅是为了举例说明。
所述实施例采用两条拖船145。如图2A所示，勘测区200分成两个激发区205、210。在所示的实施例中，这两个激发区205、210是勘测区200的等分两半部分。替代的实施例可以不相等地分配这两个激发区205、210。图2A中的描绘也以其它方式理想化。例如，勘测区200不必是规则几何形状的，并且相对于拖船145和钻机125可能要大得多。
本文公开的技术在水面140处的两个激发区205、210中使用至少两个震源135，并因此使用两条拖船145。替代的实施例可以在三个或四个激发区中使用其它的数量，例如三个或四个震源(或阵列)。理论上，在任何给定的实施例中，对激发区、拖船145和震源135或其阵列150的数目没有限制。尽管如此，但经济方面的考虑会将这些数目作为一个实际问题来限制。
海上地震勘测100根据预定的勘测设计来进行，通过该勘测设计，拖船145和钻机125各自设有相关部分。两条拖船145和钻机125各自配备有加载和存储该信息的计算装置(未示出)。对于拖船145，该信息是航行计划155，而对于钻机125，该信息是记录计划160。
海上3D VSP地震勘测100的执行至少在其采用震源(即，所示实施例中的震源135)的独立同时激发方面上背离了常规实践。这可以被称为“独立同时震源”。如本文所使用的，“独立同时震源”可以指被分成至少两组的多个震源或震源阵列。每个组中的震源被“独立地”激活，即，与其它组中的震源的射击(firing)没有协同或很少协同。这些组中的震源在独立射击的同时，也与其它组中的震源“同时”射击，或在同一射击窗口内射击。在所示的实施例中，两条拖船145各自根据其相应的航行计划155以在空间和时间上独立于另一个的方式按照预定图案拖曳其阵列150。类似地，当如图2A所示地按照其航线215航行时，使其震源射击，而不考虑在该勘测的另一激发区中正发生的情况。
使用术语“同时”的意思是：所记录的来自实质上干扰的多次激发的信息是彼此重叠的，而不是意指这些激发在同一时间发生。例如，第一震源可以在第一时间射击，而第二激发可以在第二时间发生，其中第一震源的初始射击脉冲的至少一部分与第二震源重叠。这种激发的另一个常见的行业名称是“混合激发(bended shooting)”，其强调多次激发仅相互干扰。
这种独立的、同时的震源激发将一定程度的随机性引入到地震记录中。这是该采集方法的所需特征。例如，它消除了协调这些震源之间的激发以及震源射击时的位置需求。这大大减轻了勘测期间的操作约束，对于仅陆基及海上的地震勘测领域，独立的、同时的震源激发并非完全不为人所知。一个示例可以在以David John Howe的名义于2007年8月30日提交的美国申请No.12/310,204(“’204申请”)中找到。
本文公开的技术也不同于’204申请，因为其教导了使用多个可控震源，每个震源各自具有独特的信号特征(signature)。在本文公开的技术中，期望每个震源具有相同的信号特征。如果震源信号特征中的差异足够轻微以在处理期间校正，则这些差异可以被容忍，如下文所述。然而，一些实施例可以在震源之间采用不同的扫频。并且，如下所述，所示的实施例使用脉冲源，而不是扫频源。
本文公开的技术与常规的海上3D VSP地震勘测之间的另一个不同是连续记录。在常规实践中，激发时间和激发位置是已知的，从而可以预测反射将在什么时候到达接收器。因此，常规的实践通常是在预计反射将到达时的窗口期间进行记录。在本公开的技术中，独立的、同时的震源激发的随机性先验地禁止这样的知识，因此记录是连续的。
现在回到图2A，拖船145如它们的航行计划155中所示地各自彼此独立地沿航线215拖曳它们各自的震源135。如上所述，本领域技术人员会理解，拖船145包括计算资源。在其它任务中，它们还可以执行包括对航线215自动导航和激发这些震源的航行计划155。然而，如本领域技术人员还将理解的，由于各种原因，不得不停止用拖船145激发或以其它方式接管自动导航，这并非是不常见的。根据本文公开的技术的独立的、同时的震源激发的一个优点是：一条拖船145的这种操作停止不必停止另一拖船的操作。
每个拖船145在其相应的航线125上的起点220和终点225以虚线示出。起点220、终点225以及航线215都可以根据常规实践设计，以获得对地层117的实现特定覆盖。所示实施例的航线215被成形为“跑道”，或具有扁平端部的长椭圆形。在替代实施例中，可以使用其他形状。
最常见的实施例在相关区域内创建规则的矩形激发网格，同时，在这些规则的激发网格中的线之间的弯曲路径上也进行激发。所述线的端部处的弯曲路径可以具有或不具有有效射击，但该“跑道”构型允许通过最小化转弯时间进行有效激发，同时允许需要的平滑转弯以避免空气枪阵列缠结，或者从使空气枪阵列保持正确定位的扫雷器(paravanes)提离。
每条拖船145沿行程段(leg)230前进，到达端部235，由此拖船145开始行程段240以到达行程段245。然后，拖船145沿与其通过行程段230的方向相反的方向通过行程段245。在行程段240的端部250处，拖船145接着在252处通过至下一行程段230的起始。该过程重复，直到已经通过最后的行程段245，并且拖船145到达终点225。
当拖船145通过行程段230、245时，它激发所述震源。如上所述，该激发相对于其它拖船145进行的激发是“随机的”。在这种情况下，这意味着这两组震源的射击几乎不协同或没有协同。因此，由一个拖船145拖曳的震源的射击不必与由另一拖船145拖曳的震源的射击同步或协同。
每组震源内的射击在其各自的相应的航行图案155内不一定是随机的。即，在由相应的拖船145拖曳的每组震源内，射击图案按计划进行，使得每次射击与该组内的其它震源的射击协同。在本实施例中，这些震源(即震源135)以平均每5-10秒一次的方式顺序射击。注意，替代实施例可以采用不同的射击图案，特别是在使用不同种类的震源时。
通常有三种方法来确保来自一组震源的激发与另一震源组的激发接近于随机。第一种方法是使激发船以不同的速度移动，使得虽然多次激发之间的时间间隔有些规则，但干扰重复的间隔太长，使得干扰看起来是随机的。确保两条源船之间的随机性的第二种方法是使震源点之间的间隔不规则。第三种方法使震源点间隔是规则的，但对每个震源位置的预期到达时间增加一个小(加和减250毫秒)的随机扰动。虽然船速的不规则性通常使得多次激发之间的时间足够随机，以允许在处理阶段中的良好分离，但是附加强制的随机性确保了当自然随机性变得不足时，所有的激发具有至少一些时间随机性。来自不同的船的多次激发的组合随机性确保干扰船的激发时间之间的显著随机性。
两组震源虽然彼此独立地射击，但也在同一时间或“同时地”射击。更具体地，两组震源在同一射击窗口/记录窗口中射击。这并不意味着各个震源同时或在同一时间射击，尽管这可能碰巧发生。相反，每组内的震源在同一时间段内射击，而不考虑另一组中的震源的确切射击时间。这种激发的另一个常见行业名称是“混合激发”，其强调了多次激发仅是实质上相互干扰。
虽然这种采集方法可以使用其中阵列中的所有空气枪同时射击的常规空气枪激发来完成，但所示的实施例使用“爆米花(popcorn)”激发技术，例如在2011年12月9日以Allan Ross和Raymond Lee Abma的名义提交的美国申请No.13/315,947(“”947申请”)中公开的那种。该方法使震源阵列内的震源随着时间独立地射击，以降低该阵列的最大输出。图案化的多次地震激发可以导致比常规海上空气枪阵列更低的峰值声压水平，同时保持大致相同的能量。
在所示的实施例中，阵列150中的空气枪具有三种不同的尺寸。各种不同的空气枪尺寸是本领域已知的。已知的尺寸包括例如40、70、80、100、120、140、175、200、250和350in3。某些实施例可以采用均一尺寸的空气枪的阵列，或不同尺寸的空气枪的阵列。为来本实施例的目的，因为有三种空气枪尺寸，空气枪的尺寸应被称为大、中和小，并且其数值将是实现特定的。
根据预先下载到拖船145的射击计划250使这些震源射击，其中，射击计划250限定了这些震源的射击图案。该射击图案是多个因素的函数，例如从第一震源的射击到最后一个震源的射击的时间长度、这些震源将射击的顺序、多次射击之间的时间间隔、以及各个图案化阵列中的任何一个阵列的所需幅度。在任何给定的实施例中，这些因素的具体值将是实现特定的。
例如，射击图案长度可以在从约1秒至约4秒、或约0.5秒至约2秒、或约3秒至约10秒的范围内。多次射击之间的时间间隔可以在约50毫秒至约500毫秒、或约150毫秒至约250毫秒、或约250毫秒至约1秒的范围内。本文公开的技术允许这些因素上的宽泛灵活性。
然而，多次射击发生的时间长度是对每个射击图案信号特征所需的最大振幅和所需的射击分辨率的函数。非常短的射击时间长度将产生单枪射击，其峰值振幅趋向于建构性地叠加，并且用于射击图案的最大振幅不会比常规空气枪阵列低得多。长的射击时间图案将产生由于船只行进而在空间上弥散的多次重建激发。这些因素的平衡将是实现特定的，且不具有受益于本公开的本领域普通技术人员的能力。这些枪射击的顺序以及它们之间的定时可以用于隔离该图案序列中的最大枪，以最小化单枪输出的叠加，并防止图案化激发的振幅最小化。
在所示实施例中，每个阵列150的激发将遵循相应的射击图案，区域205、210各具有一个射击图案。所述射击图案应该不同，使得多次相邻的图案化激发的频谱中的缺口不显著重叠。例如，处理窗口中的至少一条迹线应当在期望频带中具有显著能量，其中该处理窗口的公共宽度从50条迹线至40条迹线变化。显著能量多少将以对于受益于本公开的本领域技术人员显而易见的方式根据采集环境变化。对于几乎没有噪声的数据，甚至使得预期输出中的5％用以准确重构所需信号。对于非常嘈杂的数据，可能需要使预期输出中的50％用以准确重构信号。
应当创建足够的图案，以允许相邻图案中的显著随机性。也就是说，顺序射击图案可以彼此不同。可以产生任何数量的射击图案，并将其用在所公开的方法中。该数量可能受阵列中的震源的数量限制，并且也受为射击图案选择的约束和参数限制。
在任何单独的震源图案中，这些枪在其射击中的排序与各个图案的谱中的缺口相关。要求频谱中的缺口覆盖宽范围的不同频率范围。由于任何给定图案中的各个震源的排序是任何单独图案的最大振幅的重要因素，因此应当仔细计算和控制每个震源的射击时间。
所示的实施例可以以图2B所示的“连续”模式或者图2C所示的“时间延迟”模式激发。这些图中的爆炸图形表示各个震源S1-S8的射击，并且它们的相对尺寸反映了震源的相对尺寸。
图2B中的连续激发模式也可以被称为“连续图案化激发”或“连续射击图案”。图2B的连续激发模式包括单个射击图案255。转到图2C，时间延迟模式也可以被称为“离散图案化激发”或“离散射击图案”。每个震源S1-S8射出两个射击图案255、260，这两个射击图案255、260在时间上间隔时间延迟tD。两个射击图案255、260是不同的。
这两个激发模式主要通过存在时间延迟tD来区分。在时间延迟tD＝0的情况下，可以认为连续激发模式与时间延迟模式相同。当图案化的或顺序进行的多次激发结合沿激发线路移动的连续变化的震源图案使用时，这些激发可被分割成具有大或小空间范围的重建激发。该重建激发的间隔由此用作处理参数。
现返回到图1，所施加的地震信号165行进穿过水层130，碰到水底115，并且继续传播到反射器170，反射器170反射地震信号165中的一部分。本领域技术人员会理解，为了公开的目的，该描述和描绘是理想化的。例如，水底115也是反射器，但是反射(未示出)是几乎不相关的，因为它们不包含关于地层117的信息。此外，任何相关的地层通常将包括大量反射器，并且反射器将比所示出的复杂得多。受益于本公开的本领域技术人员应该容易地理解这些类型的细节。
当这些震源射击时，地震接收器105检测反射175。接收器对接收到的反射175进行数字化以用于数字记录。有许多方法来记录和采集结果数据。在所示的实施例中，结果数据通过电缆120向上传送到在计算钻机125上的计算装置(未示出)，以用于记录。
与常规海上3D VSP地震勘测相反，本文公开的技术采用对所接收的多次反射的“连续”记录。在常规海上3D VSP地震勘测中，这些射击是良好定时且协同的，使得记录仅在在此期间预期可能会接收到反射的窗口中进行。震源的独立同时激发的随机性使得这是不可行的。因此，本文公开的技术使用“连续”记录，因为不好知道反射175什么时候会到达。
如本文所使用的，“连续记录”可以指跨越常规地震记录之间的时间间隙记录地震数据。数字数据样本通常将以例如4毫秒的规则“采样间隔”连同每个数字数据样本的测量时间一同被记录。然而，记录是连续的，使得样本在每当被接收时就被记录，因为在记录中没有间隙。另一方面，常规的射击通常会记录从300毫秒到20秒不等的固定记录长度，这取决于输出图像所需的深度。常规的射击通常不会有输出记录的任何重叠，并且在相邻记录之间通常有时间间隙。
单个连续记录与许多常规地震记录一样长，并且因此包含由许多震源的启动产生的地震到达。连续记录可以长达多个小时或几天(即使在地震记录仅需要几秒钟的地质环境中)。可以但不必分割成许多较短记录，其中这些较短记录或者彼此相邻、或者重叠，或者甚至从连续记录中丢弃一些时间窗口。
记录计划160将包括激发开始的时间以及其预期结束的时间，并且因此这是在此期间进行记录的时间。每个数字化样本通常以上述的2或4毫秒的样本间隔进行记录，并且记录每个震源的激发时间和激发位置，直到源船完成激发。并且，因此，结束地震数据的采集。
一旦采集完成，地震数据被处理以用于分析。理论上，这种处理可以全部或部分地发生在钻机125上或者在其被记录的任何地方。记录的数据非常庞大，并且处理是非常计算密集的。诸如钻机125和拖船145的少量现场资产具有足够的计算资源，以在可接受的时间段内执行这样的处理。由此，记录的反射，即地震数据300因此被传送到图3所示的计算设备305。
本领域技术人员会理解，地震数据300是存储在非暂态存储介质中的一组有序数字数据。接收的反射从由接收器感测的模拟形式变换成接着被记录的数字信号。地震数据300通常保存在非暂态存储介质上，然后可以从该非暂态存储介质进行处理。
地震数据300可以以本领域已知的任何合适的方式传送到计算设备305。例如，在一些实施例中，地震数据300可以经由卫星315在无线通信链路310上传送。其它实施例可以将地震数据300编码在磁带320或磁盘上，并将其通过空运或海运且接着陆地运输工具(未示出)运输到计算设备305。
计算设备305将容纳适于所需处理的计算系统。图4概念性地示出了诸如可以在本文公开的技术的一些方面中采用的计算装置400的硬件和软件架构的所选部分。计算装置400可以是通用计算装置或专用计算装置，这取决于具体实现方式。计算装置400至少包括通过通信介质409与存储器406通信的电子处理器403。
电子处理器403可以是本领域已知的任何合适处理器或处理器集。本领域技术人员会理解，在各种实施例中某些类型的处理器是优选的，这取决于熟悉的实现特定细节。在设计过程中通常会碰到诸如处理能力、速度、成本和功耗等的因素，并且这些因素将高度特定于实现。由于它们在本领域中的普遍性，因此受益于本公开的本领域技术人员容易平衡这些因素。理论上，电子处理器403可以是电子微控制器、电子控制器、电子微处理器、电子处理器集或适当编程的专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)或图形处理单元(“GPU”)。某些实施例甚至可以使用这些处理器类型的一些组合。
本领域技术人员还会理解，诸如地震数据110的数据集是相当大的，并且本文所描述的处理是计算密集的。因此，电子处理器403的典型实现方式实际上构成散布在多个协同工作的计算装置上的多个电子处理器集。一个这种实施例在下面中讨论。这些想法类似地影响存储器406和通信介质409的实现方式。
存储器406可以包括诸如硬磁盘的非暂态存储介质和/或随机存取存储器(“RAM”)和/或诸如USB磁盘412和光盘415的可移动存储器。存储器406用多个软件组件编码。这些组件包括操作系统(“OS”)418；应用程序(APP)421；以及包括地震数据(“SDATA”)300的数据结构。存储器406可以分布在如上所述的多个计算装置上。
与电子处理器403一样，在任何具体实施例中，特定于实现的设计约束可以影响存储器406的设计。例如，如上指出的，所公开的技术对大量数据集进行操作，对于诸如独立磁盘冗余阵列(“RAID”)的各种类型的“大容量”存储器，这通常会缓解。其它类型的大容量存储器是本领域已知的，并且还可以用作RAID的补充或替代。与电子处理器403一样，这些种类的因素在设计过程中是常见的，并且受益于本公开的本领域技术人员将能够容易地根据其特定于实现的设计约束来平衡它们。
电子处理器403在OS 418的控制下操作，并且通过通信介质409执行应用程序421。该过程可以例如在启动时或在用户命令时自动地开始。用户命令可以直接通过用户界面。为此，所示实施例的计算系统400还采用用户界面442。
用户界面442包括用户界面软件(″UIS″)445和显示器440。其还可以包括诸如小键盘或键盘450、鼠标455或操纵杆460的外围输入/输出(“I/O”)设备。这些将是与本文公开的技术无关的特定于实现的细节。例如，如果显示器440包括触摸屏，则某些实施例可以摒弃外围I/O设备。因此，本文公开的技术允许计算系统400的这一方面上的宽泛变化，并且可以使用本领域已知的任何常规实现方式。
此外，不要求如所公开地实现上述的计算系统400的功能。例如，应用程序421可以在诸如守护进程或实用程序的一些其它类型的软件组件中实现。应用程序421的功能不需要聚集到单个软件组件中，而是可以分布在两个或更多个软件组件上。类似地，数据结构可以使用本领域已知的任何合适的数据结构来实现。
与电子处理器403和存储器406一样，通信介质409的实现方式将随实现方式变化。如果计算系统400部署在单个计算装置上，则通信介质409可以是例如该单个计算装置的总线系统。或者，如果计算系统400在多个联网的计算装置上实现，则通信介质409可包括在计算装置之间的有线或无线链路。因此，通信介质409的实现方式将以对受益于本公开的本领域技术人员显而易见的方式高度依赖于具体实施例。
如从本文中的描述中显而易见的，本文中的详细描述的一些部分根据软件实现过程介绍，其中该软件实现过程涉及对计算系统或计算设备中的存储器内的数据位的操作的符号表示。这些描述和表示是本领域技术人员最有效地将其工作的实质传达给本领域其它技术人员的手段。过程和操作需要对物理量进行物理操纵，该物理操纵将物理地转换在其上执行操纵或存储结果的具体机器或系统。通常，但不是必要地，这些量采取能够被存储、转送、组合、比较和以其它方式操纵的电信号、磁信号或光信号的形式。已经证明，主要出于普遍使用的原因，有时将这些信号称为位、值、元素、符号、字符、术语、数字等是方便的。
然而，应当记住，所有这些和类似的术语将与适当的物理量相关联，并且仅仅适用于这些量的方便的标记。在本公开内容中，除非特别声明或以其它方式可能显见的，这些描述涉及电子设备的动作和过程，这些动作和过程将表示为在一些电子设备的存储器内的物理(电子、磁或光)量的数据操纵并转换为类似地表示为在存储器内或在传输设备或显示设备中的物理量的其它数据。标示这种描述的术语的例示是但不限于术语“处理”、“计算”、“核算”、“确定”、“显示”等。
此外，软件功能的执行变换在其上执行软件功能的计算装置。例如，数据的采集将物理地改变存储器的内容，对数据的后续处理也是如此。物理变化是“物理变换”，因为其改变了计算装置的存储器的物理状态。
还应注意，本发明的软件实现方面通常在某种形式的程序存储介质上编码，或者作为替代，通过某种类型的传输介质实现。程序存储介质可以是磁性的(例如，软盘或硬盘驱动器)或光学的(例如，光盘只读存储器或“CD ROM”)，并且可以是只读的或随机存取的。类似地，传输介质可以是双绞线对、同轴电缆、光纤或本领域已知的一些其它合适传输介质。本发明不受任何给定实现的这些方面的限制。
图5中示出了在所示实施例中发生这种处理的示例性计算系统500的一部分。计算系统500是联网的，但不要求计算系统500是联网的。替代实施例可采用例如点对点架构，或点对点架构与客户端/服务器架构的一些混合。计算系统500的大小和地理范围对本发明的实践并不重要。大小和范围可以是从位于同一房间的局域网(″′LAN″)的仅几台机器到企业计算系统中遍布全球的数百或数千台机器的范围和任何地方。
在所示部分中，计算系统500包括服务器510、大容量存储设备520以及工作站530。这些组件各自在其硬件上可以以常规方式实现。用于实现计算系统500的计算装置中的替代实施例也可以变化。本领域的技术人员还应该理解，计算系统500及其所示出的部分将更加复杂。然而，这种细节是常规的，因此不应被示出或讨论，以避免模糊下面要求保护的主题。
在图5中，应用程序421示出为驻留在服务器510上，而地震数据300驻留在大容量存储器520中。虽然这是布置各种软件组件的一种方法，但本技术不依赖于这种布置。虽然在具体实施例中，对于某些位置，性能问题可能有缓解，但软件组件的位置是不重要的。
本文公开的技术允许根据最终产品的采集方式和实现特定目标，在处理上做出一些变化。本领域技术人员应该理解，不管处理方案如何，通常都有一定程序的预处理。这种预处理通常会用于本文公开的技术的各种实施例中。然而，由于其在本领域中的普遍性和本领域技术人员对其的熟悉性，为了清楚起见，这种预处理将不再作进一步讨论，且以避免模糊下面要求保护的主题。
在所示实施例中，所述处理方法至少包括一种称为“分离处理”的技术。这种分离处理从地震记录中提取出多次激发，并在某些实施例中与其它技术结合，以减少由其它激发引起的干扰。根据本文公开的技术的分离处理的示例包括：梳理该记录，对该记录进行梳理并随后过滤，以及已知为反演激发分离“SSI”(shot separation by inversion“SSI”)的稀疏反演技术。
在一个具体实施例中，所述处理方法包括本领域已知的“梳理”。虽然所述激发是如上所述地“随机发生”的，但进行这些射击的时间是地震记录的一部分，因为它们是事后才知道的。然后，该知识可以用于“梳理”在与其它激发相关联的噪声中的地震激发记录。这种技术提取多次激发，而不需要在去除干扰上作任何努力。该梳理产生记录，从记录中可获得相对较多噪声的图像。
在替代实施例中，梳理与过滤相组合以去除干扰。在该实施例中，该梳理可如所述地执行，然后将滤波器应用于梳理后的数据。然后，梳理后的数据可分类成其中干扰看起来随机且信号看起来相干的集合。例如，一些实施例可采用接收器集合，但也可以使用其它种类的集合。集合然后被过滤。该过滤可以应用例如傅里叶变换、拉东变换(Radontransform)、小波变换(Wavelet transform)、曲波变换(Curvelet transform)或Seislet变换。
然而，所示的实施例使用第三种处理技术。因为所示的实施例使用”947申请中公开的“爆米花”激发技术，所以特别适合于通过稀疏反演技术进行处理。这种稀疏反演技术也在947申请中公开，其改编自例如Abma，R.L等人在欧洲地球物理及工程学年会(EAGE)第72届年度会议和展览中的扩展摘要(Extended Abstracts)(2010)中的“High QualitySeparation of Simultaneous Sources by Sparse Inversion(通过稀疏反演对同时源的高质量分离)”以及美国申请No.12/542,433中所教导的已知技术，如947申请中所教导的那样修改。
地震波通过地层的传播通常形成连续的波场。该连续性可用以约束常规措施的方案。因此，常规反演技术通过将其约束于数据的空间连续性来修改：
d≈ACm
其中，d是采集的数据，A是卷积算子，C是连续性算子，m是所需的数据。连续性算子C确保m是空间连续的。多维傅里叶变换可以与阈值处理一起用于计算连续性算子。
替代实施例可以使用其它的相干性准则。一个这种替代准则是在Lin、Tim和Herrmann在欧洲地球物理及工程学年会(EAGE)第71届年度会议和展览中的扩展摘要(Extended Abstracts)(2009)中的“Felix，Designing Simultaneous Acquisitions withCompressive Sensing”中提出的曲波方法。通过足够的迭代，对曲波进行阈值处理可以产生与上述方法相似的结果，但是FK空间的阈值处理可能比相应的曲波方法更有效且更快。将相干波场的假设并入反演中的替代方法的示例将包括各种拉东变换和预测误差滤波器。
本领域已知有适于求解所需数据m的几种反演过程。在一个具体实施例中，反演过程类似于Abma R和Kabir，N在《Geophysics》71，E91-E97(2006)发表的“3D interpolationof irregular data with a POCS algorithm(采用POCS算法对不规则数据的3D插值)”和2009年5月13日提交的美国申请No.12/464,907中教导的凸集投影(“POCS”)插值法。替代实施例可采用其它技术。本领域技术人员已知的任何合适解法可以使用。
一般地，处理通过所公开方法采集的数据的方法可包括：使用诸如快速傅里叶变换(FFT)的傅里叶变换法来增强在表达式d≈ACm的反演中待求解的模型m中的相干性。
所需的结果m用迭代方法求解，该迭代方法包括：将数据d排序成共检波点道集(common-receiver gather)；梳理数据d和估算数据d’的差异；将梳理出的差异加到所计算的模型m；对该模型的窗口进行傅里叶变换；对变换后的数据进行阈值处理，以去除傅里叶域中的最弱事件；对所述窗口进行傅里叶逆变换；将所述窗口合并成全模型m；从该新模型计算估算数据d′；以及重复该过程，直到获得可接受的结果m。
在使用爆米花式采集的情况下，会增加将爆米花图案从所采集的数据中去除的步骤以及将爆米花图案添加到所计算的模型m以获得数据d′的估计的步骤。
以下论文、申请和专利通过引用并入本文，以用于所提到的目的：
Abma R.&Kabir，N在《Geophysics》71，E91-E97(2006)中发表的“3Dinterpolation of irregular data with a POCS algorithm(采用POCS算法对不规则数据的3D插值)”；关于其对凸集投影(″POCS″)插值法的教导。
以David John Howe的名义于2007年8月30日提交的发明名称为“Seismic SurveyMethod”的美国申请No.12/310,204(“204申请”)，其被共同转让；关于其全部教导。
以发明人Raymond L.Abma的名义于2009年5月13日提交的发明名称为“Method ofSeismic Data Interpolation by Conjection on Convex Sets”的美国申请No.12/464,907，该申请于2009年11月26日公布为美国专利申请20090292476A1公报，并且被共同转让；关于其对凸集投影(″POCS″)插值法的教导。
Lin，Tim和Herrmann在欧洲地球物理及工程学年会(EAGE)第71届年度会议和展览中的扩展摘要(2009)中的“Felix，Designing Simultaneous Acquisitions withCompressive Sensing”；关于其对曲波方法的教导。
以发明人Raymond L.Abma的名义于2009年8月17日提交的发明名称为“Methodfor Separating Independent Simultaneous Sources”的美国申请No.12/542,433，其被共同转让；关于其对稀疏反演方法的教导。
Abma，R.L等人在欧洲地球物理及工程学年会(EAGE)第72届年度会议和展览中的扩展摘要(2010)中的“High Quality Separation of Simultaneous Sources by SparseInversion”；关于其对稀疏反演方法的教导。
以发明人Raymond L.Abma的名义于2010年8月6日提交的发明名称为“Method forSeparating Independent Simultaneous Sources”的美国申请No.12/851,590，其被共同转让；关于其对使震源独立同时射击的稀疏反演过程的教导。
以Allan Ross和Raymond Lee Abma的名义于2011年12月9日提交的发明名称为“Seismic Acquisition System and Method”的美国申请No.13/315,947，其被共同转让；关于其对震源的爆米花形射击的教导。
以David John Howe的名义于2013年4月22日提交的发明名称为“Seismic SurveyMethod”的美国申请No.13/867,705，其被共同转让；关于其全部教导。
在任何并入的论文、申请或参考文献与本公开之间存在冲突的情况下，以本公开为主。
考虑本文公开的本发明说明书和实践，本发明的其它实施例对于本领域技术人员是显而易见的。意味是将说明书和实例视为仅示例性的，其中本发明的真实范围和精神由所附权利要求书指出。

Claims (13)

1.一种在垂直地震剖面法中使用的方法，包括：
独立且同时地激发多个激发区中的多个震源，以将地震信号传递到水底；
在多个地震接收器处接收来自水底下方的地层的、所述地震信号的反射；以及
记录所接收到的反射；
其中，所述震源和所述地震接收器二者中的一个布置在水底的井眼中。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述多个激发区包括两个激发区。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中，独立且同时地激发所述多个震源的步骤包括：独立且同时地激发被构造成阵列的所述多个震源。
4.如权利要求3所述的方法，其中，射击图案包括两个不同的激发图案之间的时间延迟。
5.如权利要求1或2所述的方法，其中，独立且同时地激发所述多个震源的步骤包括：使作为由两个不同的激发图案组成的射击图案的一部分的每个震源射击。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述射击图案包括所述两个不同的激发图案之间的时间延迟。
7.如权利要求1所述的方法，其中，记录所接收到的反射包括连续地记录所接收到的反射。
8.如权利要求1或7所述的方法，还包括：处理由所接收到并记录的反射组成的地震记录，其中，所述处理包括：对所述地震记录进行分离处理，以从所述地震记录中提取出多次激发。
9.如权利要求8所述的方法，其中，对所述地震记录进行分离处理包括下列中的至少一种：梳理所述多次激发的记录；过滤来自所述地震记录的干扰；以及对所述地震记录执行稀疏反演。
10.如权利要求8所述的方法，其中，对所述地震记录进行分离处理还包括执行稀疏反演，所述稀疏反演包括：使用傅里叶变换法来增强在以下表达式的反演中待求解的模型m中的相干性，所述表达式为：
d≈A C m
其中，d是所采集的数据，A是卷积算子，C是连续性算子，m是所期望的数据。
11.如权利要求10所述的方法，其中，对m进行求解包括：
将数据d排序成共检波点道集；
梳理数据d和估算数据d’的差异；
将梳理出的差异加到所计算的模型m；
对所述模型的窗口进行傅里叶变换；
对变换后的数据进行阈值处理，以去除傅里叶域中的最弱事件；
对所述窗口进行傅里叶逆变换；
将所述窗口合并成全模型m；以及
从该新模型计算估算数据d’，
重复上述过程，直到获得可接受的结果m。
12.如权利要求8所述的方法，还包括：通过过滤已分离处理的所述地震记录来减少干扰。
13.如权利要求12所述的方法，其中，上述过滤步骤包括应用傅里叶变换、拉东变换、小波变换、曲波变换或Seislet变换。
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