CN109983365B - 用于地震传感器响应修正的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于采集和处理地震数据的系统和方法。一种用于采集地震数据的方法，包括：由地震数据处理系统接收表示在远程位置处记录的地震数据的信号；由所述地震数据处理系统接收传感器的标识连同信号，所述信号是经由所述传感器采集的；由所述地震数据处理系统取回与所述传感器相对应并将所述传感器的运动与所述信号相关的传感器传递函数；由所述地震数据处理系统基于所述传感器传递函数和参考传递函数生成逆滤波器，所述逆滤波器在被应用于所述信号时改变所述信号的参数以对应于所述参考传递函数；以及由所述地震数据处理系统将所述逆滤波器应用于所述信号，以使所述信号的参数符合所述参考传递函数。

Description

用于地震传感器响应修正的系统和方法

背景技术

进行地震勘测以对地下特征进行绘图。例如，地震勘测可以帮助对油藏和气藏进行定位。陆基地震勘测可以包括在覆盖很多平方公里的区域上的网格图案中的土地上或中放置的数百个或数千个单独的地震传感器。炸药（explosive charge）、地震振动器或声能的其他合适的源生成通过地下特征传播的声波。声波被反射回而朝向表面，并被网格中的地震传感器感测到。收集来自传感器的信号并且将来自传感器的信号用于对勘测区域中的地下特征进行绘图。

附图说明

对于示例性实施例的详细描述，现在将参考附图，其中：

图1示出了根据本文中所公开的原理的用于地震传感器响应修正的方法的流程图；

图2示出了根据本文中所公开的原理的适合于在地震传感器响应修正中使用的地震数据采集单元的框图；

图3示出了根据本文中所公开的原理的适用于测试地震传感器以用于确定地震传感器的传递函数的装置的框图；

图4示出了根据本文中所公开的原理的包括适合于在地震传感器响应修正中使用的地震数据采集单元的地震数据采集系统的框图；

图5示出了根据本文中所公开的原理的适合于在地震传感器响应修正中使用的从地震数据采集单元提取原始地震数据和传感器传递函数的框图；

图6示出了根据本文中所公开的原理的适用于地震传感器响应的修正的处理系统的框图；以及

图7A-7C分别示出了根据本文中所公开的原理的原始地震数据的示例的频率内容、被应用于修正传感器响应的逆滤波器（inverse filter）的频率响应以及经滤波的地震数据的频率内容。

符号和命名法

在以下讨论和权利要求中，术语“包括”和“包含”是以开放式的方式使用的，并且由此应当被解释成意指“包括但不限于……”。术语“耦合”不意味着将元素之间的交互限于元素之间的直接交互，而是还可以包括所描述的元素之间的间接交互。术语“软件”包括能够在处理器上运行的任何可执行代码，不论用于存储该软件的介质如何。因此，存储在存储器（例如非易失性存储器）中且有时被称为“嵌入式固件”的代码被包括在软件的定义内。记载“基于”意在意指“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，则X可以基于Y和任何数目的其他因素。

具体实施方式

被应用于检测地震能量的传感器（即，地震传感器）可以基于多种传感技术中的任何技术。例如，可以在地震数据采集系统中采用诸如压电晶体之类的压力换能器、诸如地震检波器之类的速度换能器以及诸如加速度计之类的加速度换能器来检测地震能量。

从历史上看，陆地地震数据主要是使用地震检波器采集的。地震检波器包括设置在磁场中的线圈，并且可以被构建为动磁（moving magnet）或动圈（moving coil）类型，其中动圈有利于地震探测。在动圈式地震检波器中，磁体被固定到壳体上，然后被牢固地植入大地中，使得壳体和磁体与土地位移一致地移动。移动电线圈设置在磁体的磁场间隙中，并且线圈通过软弹簧以下述这种方式松散地耦合到地震检波器壳体：线圈可以仅沿着单个轴行进。随着线圈沿着该轴相对于固定的磁体移动，线圈将逐步地穿透（cut through）磁通量的线，并在线圈的电端子处生成电压和电流，该电压和电流与土地位移的速度成比例。在动圈式地震检波器中，线圈形成检测质量（proof mass）或反应物料（reaction mass）。

线圈和弹簧布置将具有取决于线圈的质量和弹簧的顺应性的谐振频率。在远低于谐振的频率处，线圈和磁体一致地移动，使得灵敏度为低并且电压或电流输出为小。随着振动的频率向上增加至并且超过地震检波器的谐振频率，灵敏度和输出分别增加、达到峰值和平坦。典型地，地震检波器的谐振频率落在10到30Hz范围内，其中赋予较低的频率偏好。低频率谐振要求高弹簧顺应性。这随后要求软弹簧，进而要求传感器的精确设计和构造，以实现对于地震采集必要的所要求的灵敏度、鲁棒性、线性以及对离轴失真的免疫性。在场强度、磁体大小/重量、线圈几何形状以及弹簧顺应性当中的设计权衡对地震检波器的设计和构造来说是至关重要的：所述地震检波器具有足够的灵敏度、电压-电流输出、线性和鲁棒性以同时测量大和小的表面振动两者。

用于地震勘测的另一个类型的传感器使用电容来生成电信号。典型地，以被应用于小电镀的且弹簧加压（spring loaded）的检测质量的任一侧上的相对部件的金属镀层（metal plating）使用微加工硅，将这些传感器构造为微机电系统（MEMS）。与动圈式地震检波器相比，MEMS传感器可以具有小尺寸和小重量的优势。MEMS检测质量相对于外固定板的移动产生了可以被检测为与传感器位移的加速度成比例的振动信号的可变电容。弹簧由薄切硅（cut silicon）的区域形成，允许小的线性位移和高于1 kHz的谐振频率。小电容表面区域、高谐振频率以及线性行程的严格限制意味着：灵敏度与动圈式地震检波器相比将非常低。为了反抗该低灵敏度，使用专用的电子器件来将MEMS地震检波器保持在力反馈状态中。该附加电子电路需要空间和功率，并部分地消除了MEMS与无源动圈式地震检波器相比的大小和重量优势。

地震检波器和MEMS加速度计将由传播地震波导致的土地颗粒位移转换成成比例的电压信号，该电压信号可以被记录为时间的函数。土地颗粒位移使得固定到土地的地震检波器或MEMS主体与在空间中的该位置处的传播地震波的幅度一致地移动。地震检波器线圈或MEMS硅检测质量的惯性使其保持相对静止，使得该主体然后相对于线圈或检测质量进行移动。主体和线圈或检测质量的该相对移动被转换成成比例的电压波形，从而使得地震波能够被记录。为了使能设备的有效操作，灵敏度必须足以以低失真对微小土地移动做出响应。这在地震检波器传感器中要求强的重磁体以及昂贵的缠绕线圈，或者替代地在MEMS加速度计中要求昂贵的精密微加工元器件和功耗电子器件。昂贵的传感元件提供了良好的数据质量，但不幸地抬高了地震数据采集的总成本。

已经提出了使用用于陆地地震数据采集的压电元件的地震传感器来减少地震数据采集硬件的成本和重量。尽管压电式压力换能器广泛地被用在近海海洋勘测中，但是针对陆上使用的基于压电元件的传感器通常被视为在本领域中不合适，这是因为压电元件的准确性被认为是不足的。

本文中所公开的系统和方法的实施例通过虑及地震数据采集硬件的成本的减少而减少地震采集的总成本。如上面所提及，对常规地震传感器进行设计和测试以维持高准确性和一致的性能，并且因此，常规地震传感器是显著贡献于地震数据采集的总成本的相对昂贵的部件。本公开的实施例允许被应用于地震数据采集的较不昂贵的传感器，从而减少总成本。与本文中所公开的系统和方法一起采用的地震传感器的性能可能不如常规地震传感器的性能准确和/或一致。因此，与所公开的系统和方法一起采用的地震传感器可能不如常规地震传感器昂贵，因为传感器设计参数和/或测试可以不太严格。实施例通过使用对传感器来说是唯一的逆滤波器单独地修正经由每个传感器采集的地震数据来补偿较不准确/一致的地震传感器，从而跨在地震勘测中应用的许多地震传感器补偿了性能中的差别。

图1示出了根据本文中所公开的原理的用于地震传感器响应修正的方法100的流程图。尽管为了方便起见而顺序地进行了描绘，但是至少一些所示出的动作可以以不同的顺序执行和/或并行地执行。此外，一些实施例可以执行仅一些所示出的动作。在一些实施例中，方法100的至少一些操作以及本文中所描述的其他操作可以被实现为存储在计算机可读介质中并由一个或多个处理器执行的指令。

在框102中，制造地震传感器。地震传感器可以是地震检波器、MEMS加速度计、压电式传感器、适合于在采集地震数据中使用的任何其他类型的传感器。与常规地震传感器相比，该地震传感器的性能规范可以相对宽松。例如，传感器到传感器频率、幅度和/或相位响应可以不如在常规传感器中那样一致。在一些实施例中，地震传感器可以并入地震数据采集单元中，该地震数据采集单元包括地震传感器和电子器件以调节和/或存储由地震传感器检测到的地震信号。在其他实施例中，地震传感器可以不并入地震数据采集单元中，但是可以可耦合到单独的地震数据采集单元。

在框104中，对地震传感器进行测试，并从该测试的结果

导出地震传感器的传递函数。例如，地震传感器可以附着到振动或脉冲生成身边，诸如，震动台，其被布置成使地震传感器根据预定波形移动。可以选择波形以将运动传达到地震传感器，使得地震传感器响应于该运动而生成的信号可以用于确定跨频率范围的地震传感器的响应。因此，波形可以包括跨预定频率范围（例如，10-200赫兹）的频率的扫描、包括在预定频率范围内的频率的啁啾（chirp）、脉冲或允许根据对与波形相对应的运动的传感器响应确定跨频率范围的地震传感器的响应的任何其他波形。跨频率的地震传感器的响应（例如幅度和/或相位响应）在本文中被称为地震传感器的“传递函数”。也就是说，地震传感器的传递函数指定了地震传感器的运动与地震传感器响应于该运动而生成的信号的关系。地震传感器响应于振动生成设备的运动而生成的信号是时域信号，并且地震传感器的传递函数的导出可以包括时域信号到频域信号的转换，频域信号指定了由地震传感器生成的信号跨感兴趣的频率范围的每个频率处的幅度和/或相位。

在一些实施例中，地震传感器的测试还可以包括经由附着到振动或脉冲生成设备的参考传感器来检测该振动或脉冲生成设备的运动。该参考传感器可以具有已知的准确性，并且该参考传感器的输出可以被视为准确地呈现地震传感器在测试期间的运动，并提供用于与地震传感器生成的信号进行比较的基线。

在框106中，存储地震传感器的传递函数，以用于在修正由传感器采集的地震数据中的访问和使用。传递函数可以存储在合并地震传感器的地震数据采集单元中包括的非易失性存储器中。传递函数还可以存储在对地震数据处理系统来说可访问的数据库或辅助存储设备中，在地震勘测中使用地震传感器之后，该地震数据处理系统将处理地震传感器在勘测期间生成的地震数据信号。

在框108中，在已经测试了地震传感器并记录了该传感器的传递函数之后，将地震传感器运输到现场以便在地震勘测中使用。

在框110中，地震传感器处于现场中并且可用于在采集地震数据中使用。可以在该现场中重新测试地震传感器以确定自制造测试以来该传感器的传递函数是否已经改变。因此，在其处处理（例如修理、测试等）地震传感器以用于在地震勘测中使用的暂存站点（staging site）可以包括适用于如通常关于框104所描述的测试地震传感器的振动或脉冲生成设备。例如，容纳或支撑多个地震数据采集单元（每个均包括地震传感器）的架子或固定物可以包括适用于测试地震传感器的振动或脉冲生成设备。在一些实施例中，每个地震数据采集单元可以包括允许通过将运动从外部源传达到传感器来测试地震传感器的电路。例如，地震数据采集单元中的测试电路可以生成驱动地震传感器（例如地震检波器的线圈）的电信号（例如扫描、脉冲、阶梯函数等）和该传感器响应于所记录和处理的信号的运动以确定地震传感器的传递函数。

在框112中，可以存储在该现场中确定的地震传感器的传递函数以用于将来的参考。例如，除了或替代在制造测试期间导出的地震传感器的传递函数，传递函数都可以存储在合并地震传感器的地震数据采集单元中包括的非易失性存储器中。传递函数还可以存储在对地震数据处理系统来说可访问的数据库或辅助存储设备中，在地震勘测中使用地震传感器之后，该地震数据处理系统将处理地震传感器在勘测期间生成的地震数据信号。

在一些实施例中，可以将在该现场中导出的传递函数与在制造测试期间导出的传递函数进行比较。如果该比较指示传递函数已经改变多于预定量，则可以标记该地震传感器以用于进一步的测试或修理。

在框114中，部署地震传感器以采集地震数据。地震传感器检测土地运动，并生成代表检测到的土地运动的信号（即，生成地震数据/地震信号）。与地震传感器相关联的地震数据采集单元调节并存储地震数据（即，原始地震数据）。在一些实施例中，地震数据采集单元可以将地震数据传输到数据采集系统的另一个部件以用于进一步的处理和/或存储。在一些实施例中，地震数据采集单元将地震数据存储在内部存储器中以用于在稍后的时间处（例如在从服务移除地震数据采集单元之后）取回。

在框116中，从地震数据采集单元提取、读取或接收在框114中采集的以及在地震数据采集单元中存储的地震数据。在已经将地震数据采集单元从采集位置移动到暂存站点之后，或在地震数据采集单元处于采集位置处时，可以经由与地震数据采集单元的有线或无线通信链接来执行该提取。

在框118中，如果地震传感器的传递函数被存储在地震数据采集单元中，则从该地震数据采集单元提取、读取或接收传递函数。传递函数可以包括：在制造测试时存储在地震数据采集单元中的传递函数和/或响应于在现场中执行的测试而存储在地震数据采集单元中的传递函数。

在一些实施例中，可以在框118中从地震数据采集单元提取、读取或接收附加数据。例如，在一些实施例中，可以在框118中从地震数据采集单元提取存储在该地震数据采集单元中的参考传递函数。该参考传递函数可以是理想地震传感器的传递函数的表示、有代表性的地震传感器的传递函数的表示、或从地震数据采集单元提取的地震数据要在处理中与其符合的其他传递函数。

在框120中，对原始地震数据以及可选地从地震数据采集单中读取的（一个或多个）传递函数进行格式化，以用于向地震数据处理中心传送或提供。例如，产生了原始地震道（seismic trace）的地震传感器的标识符以及该地震传感器的传递函数可以被记录为与该原始地震道相关联的报头数据。地震传感器的标识符可以包括系列号、型号、制造商标识和/或唯一地标识地震传感器的其他信息。

在框122中，将所格式化的原始地震数据传送到地震数据处理中心，以用于应用地震数据处理算法。可以在磁带、光学介质或其他介质上记录原始数据以用于物理传送到处理中心。替代地，可以经由公共和/或私人的有线和/或无线网络上的传输将原始地震数据传送到地震数据处理中心。可以在与执行地震勘测的位置不同的位置处提供地震数据处理中心。例如，地震数据处理中心可以远离地震勘测和地震数据采集装备的位置许多公里远。因此，与地震数据采集系统分离且远离以及远离地震勘测的位置的地震数据处理中心和地震数据处理中心的地震数据处理系统可以被称为“远程地震数据处理中心”和“远程地震数据处理系统”。

在框124中，由地震数据处理系统访问并且操纵地震传感器在地震勘测中生成的原始地震数据。对于每个原始地震数据轨迹，地震数据处理系统标识生成了轨迹的地震传感器。在一些实施例中，地震数据处理系统可以解析与原始地震道相关联的报头以提取传感器标识。替代地，可以以不同形式，诸如包含将传感器标识与地震道标识相关的信息的表，向处理中心提供将原始地震数据与生成了该数据的地震传感器相关的信息。

在框126中，具有生成了被处理的原始地震数据轨迹的所标识的特定地震传感器的地震数据处理系统取回该地震传感器的传递函数。地震数据处理系统可以访问数据库或其他辅助存储系统，该数据库或其他辅助存储系统包含基于地震传感器标识信息针对访问而布置的任何数目的不同地震传感器的传递函数。在一些实施例中，地震数据处理系统可以从与原始地震道相关联的报头或者从被提供有将传递函数与地震传感器进行关联的原始地震数据的另一个数据结构提取传递函数。

在一些情况下，用于地震传感器的多个传递函数可以是可用的。例如，在制造测试中生成的传递函数以及在现场测试的一部分处生成的传递函数可以是可用的。地震数据处理系统可以选择传递函数中的一个或多个以用于在原始地震数据的处理中使用。例如，地震数据处理系统可以选择传递函数中的最后生成的一个，或者可以选择被视为最准确的传递函数中的任一个。

在框128中，地震数据处理系统生成用于地震传感器的参考传递函数。该参考传递函数可以是用于地震传感器的制造商提供的地震传感器的理想传递函数。例如，可以从如通过已知准确性的运动换能器在地震传感器的测试期间检测到的用于测试地震传感器的振动或脉冲生成设备的运动导出理想传递函数。在一些实施例中，参考传递函数可以被计算为多个地震传感器的平均传递函数。例如，地震传感器的制造商可以生成参考传递函数作为由制造商生产的大量传感器（例如在特定时间间隔内生产的所有传感器）的传递函数的平均值。

在一些实施例中，地震数据处理系统可以基于生成了原始地震道的地震勘测中使用的地震传感器的传递函数来产生参考传递函数。例如，可以生成参考传递函数作为产生原始地震道的地震传感器的预定地理邻近度内的地震勘测中使用的地震传感器的传递函数的平均。替代地，地震数据处理系统可以基于地震传感器的另一选择的集合产生参考传递函数。例如，地震数据处理系统可以产生参考传递函数作为产生了原始地震道的地震勘测中使用的所有地震传感器的传递函数的平均。

在框130中，地震数据处理系统生成要被应用于原始地震道的逆滤波器。逆滤波器基于产生了原始地震道的地震传感器的传递函数和参考传递函数。逆滤波器被配置成使地震传感器的传递函数符合参考传递函数。当被应用于原始地震道时，逆滤波器调整原始地震道的谱参数（spectral parameter），使得经逆滤波的地震道的谱参数基本上符合参考传递函数。

在框132中，地震数据处理系统将逆滤波器应用于原始地震道，以使原始地震道的谱参数符合参考传递函数。逆滤波器的应用可以包括原始地震道与逆滤波器的卷积。地震数据处理系统可以如上面关于框124-132所描述的那样处理每个原始地震道，以产生符合期望的地震传感器传递函数的地震数据轨迹，而地震传感器的实际传递函数可能基本上不同。在已经调整了原始地震道以针对传感器响应中的变化进行修正之后，地震数据处理系统可以将附加处理应用于地震道以产生与地震勘测相对应的地下的图像。例如，可以应用自动增益控制、静音、滤波、时差（moveout）修正、速度分析、堆叠、迁移以及其他处理来将经逆滤波的地震数据转换成地下的图像。

图2示出了根据本文中所公开的原理的适合于在地震传感器响应修正中使用的地震数据采集单元200的框图。地震数据采集单元200包括地震传感器202、信号调节电路204、定时和控制电路206、信号存储208、传递函数存储210以及通信接口212。地震数据采集单元200可以包括附加部件，为了清楚起见，已经从图2省略了这些附加部件。例如，地震数据采集单元200可以包括电池、电源电路等。

地震传感器202可以是地震检波器、加速度计、压电式传感器或适合于在地震数据采集中使用的其他传感器（例如可以检测土地移动的任何传感器）。在地震数据采集单元200的一些实施例中，地震传感器202可以被内部地包含在与信号调节电路204、定时和控制电路206、信号存储208以及地震数据采集单元200的其他部件相同的壳内。替代地，地震传感器202可以处于地震数据采集单元200的外部，并经由通信接口（例如经由地震数据采集单元200的连接器或端口提供的电或其他通信连接）耦合到地震数据采集单元200。

信号调节电路204可以包括放大器、滤波器、模数转换器或调节地震传感器202的输出的其他电路。在一些实施例中，信号调节电路204可以包括用于将测试信号驱动到地震传感器202的测试电路。这种测试电路可以包括脉冲发生器、振荡器、扫描发生器等，以用于根据需要产生用于驱动地震传感器202的信号来断定地震传感器的传递函数。

定时和控制电路206包括定时电路，其控制由地震数据采集单元200执行的操作的定时。例如，定时和控制电路206可以包括控制对地震传感器202输出的信号的采样和数字化的定时。可以由专用控制电路，诸如状态机器，或者由微控制器或执行指令的其他可编程控制元素来执行控制功能。控制功能可以包括设置信号调节电路204的参数，控制对存储器208、210的访问，以及控制经由通信接口212与外部设备的通信。

信号存储器208可以包括易失性和/或非易失性存储器设备，其存储由地震传感器202输出的地震数据。例如，闪存或其他非易失性存储器可以存储所采集的地震数据直到该地震数据被提取，例如，在已经从服务移除地震数据采集单元200并将地震数据采集单元200运输到暂存位置以用于充电和/或其他服务之后。

传递函数存储210可以包括非易失性存储器设备，其存储地震传感器202的一个或多个传递函数。例如，闪存或其他非易失性存储器可以存储在传感器制造时或在现场中生成的地震传感器202的传递函数。可以结合从信号存储208提取地震数据来从传递函数存储读取传递函数。信号存储208和传递函数存储210可以驻留在相同的存储器设备或不同的存储器设备中。例如，在一些实施例中，可以分配给定存储器设备的第一部分以用作信号存储208，并且可以分配该给定存储器设备的第二部分以用作传递函数存储210。

通信接口212允许地震数据采集单元200经由导电介质或无线介质与其他设备通信。例如，通信接口可以包括电连接器以用于将地震数据采集单元200通信地耦合到有线通信网络或另一个设备，或者可以包括天线或光学通信设备以用于将地震数据采集单元200通信地耦合到无线网络。通信接口212还可以包括用于发射和接收通信的收发器、调制器、解调器、编码器、解码器以及促进在地震数据采集单元200与其他设备之间的通信的其他电路。经由通信接口212，地震数据采集单元200可以上传存储在信号存储208中的地震数据、上传存储在传递函数存储210中的传递函数、下载将存储在传递函数存储210中的传递函数、下载用于控制和配置地震数据采集单元200的命令和参数、和/或上传由地震数据采集单元200生成的状态信息。

图3示出了根据本文中所公开的原理的适用于测试地震传感器202以用于确定地震传感器202的传递函数的装置300的框图。装置300可以用于测试传感器202并导出地震传感器202的传递函数，如图1的框104中所描述的那样。装置300包括振动器302、振动监视和控制电路304、传感器传递函数确定逻辑306以及传感器传递函数数据库308。振动器302可以是震动台或提供可控制的运动的其他装置。地震传感器202可以附着到振动器302。在图3中，地震传感器202被包含在地震数据采集单元200内。因此，地震数据采集单元200附着到振动器302。在这种测试条件下，从测试中导出的传递函数可以包括由地震数据采集单元200的参数或电路产生的影响（例如机械阻尼、信号调节电路204的影响等）。

振动监视和控制电路304包括基于将被应用于地震传感器202的预定波形（例如脉冲或频率扫描）来驱动振动器302的运动的电路。振动监视和控制电路304还可以包括达到已知准确性地监视并记录振动器运动的电路。例如，振动监视和控制电路304可以包括安装到振动器302的已知准确性的加速度计，并且包括用于处理和存储加速度计输出的电路。

传感器传递函数确定逻辑306接收由地震传感器202产生的代表振动器运动的信号，并处理该信号以确定地震传感器202的传递函数。传感器传递函数确定逻辑306可以将传递函数传输到地震数据采集单元200以用于存储在传递函数存储210中，并且可以将传递函数传输到传感器传递函数数据库308以用于存储。

传感器传递函数数据库308从传感器传递函数确定逻辑306接收传递函数以及地震传感器202和/或地震数据采集单元200的标识，并存储传递函数以用于基于地震传感器202和/或地震数据采集单元200的标识进行取回。传感器传递函数数据库308可以包括关系数据库、面向对象数据库、或允许数据访问和取回的其他存储结构。传感器传递函数数据库308可以由地震数据处理系统访问以取回地震传感器202的传递函数。

传感器传递函数确定逻辑306和传感器传递函数数据库308可以体现在下述计算机中：其执行指令以用于根据从地震数据采集单元200接收到的数据导出传递函数，以及用于存储传递函数并基于地震传感器202的标识和/或地震数据采集单元200的标识提供对传递函数的访问。

图4示出了根据本文中所公开的原理的包括适合于在地震传感器响应修正中使用的地震数据采集单元200的地震数据采集系统400的框图。为了提升清楚性，在图4中仅示出了单个地下界面406。实际上，可以存在由材料阻抗的改变引起的任何数目的地下界面。阻抗改变可能由导致声阻抗的改变的岩石类型的改变引起。

地震源402位于大地的表面404上。地震源402产生用于通过地下传播的受控地震波。地震源的示例包括爆炸物、可控震源车（vibroseis truck）以及还被称为自卸车（thumper truck）的减重系统（weight drop system）。例如，自卸车可以用重物或“锤子”打击大地的表面404，从而产生了通过地下进行传播的、作为地震波410的震动。地震波从地震源402通过地下向下传播。地震波然后至少部分地从界面406被反射。该反射是由界面406上面与下面的材料之间的密度和/或弹性速度差引起的。经反射的地震波412然后从界面406向上传播到表面404。在表面404处，与地震数据采集单元200相关联的地震传感器202检测到经反射的地震波412。数据采集单元200将指示检测到的地震波的数据存储在信号存储208中，和/或将该数据传输到单独的存储设备。然后，可以基于地震传感器202的传递函数来修正该数据以确定地下的成分和结构。

应当理解，上文仅仅是示例，并且地下中可以存在更复杂的地下成分。因此，波的反射模式基本上可能比所图示的反射模式更复杂。例如，向下传播的地震波410的一部分可以不被界面406所反射，而是代之以通过界面406行进。该波随后可能被更低的界面反射，这意味着多个反射可以被任何给定的地震传感器接收到。

上面所描述的原理不限于基于表面的地震感测，并且可以被应用于海洋地震勘测。在该情况下，界面406由水层所覆盖。可以在海床上或者替代地在水上或水内提供地震数据采集单元200。可以针对海洋地震勘测提供替代的地震源402，诸如气枪和等离子声源。

图5示出了根据本文中所公开的原理的用于在地震传感器响应修正中使用的从地震数据采集单元200提取原始地震数据和传感器传递函数的框图。在图5中，提取单元502通信地耦合到（例如，经由通信接口212）地震数据采集单元200。提取单元502可以设置在暂存站点处，该暂存站点接近应用地震数据采集单元200的地震勘测的站点。在已经如图4中所描述的那样使用地震数据采集单元200采集了地震数据之后，可以将地震数据采集单元200运输到暂存站点，并将地震数据采集单元200通信地耦合到提取单元502。提取单元502经由有线和/或无线通信链接上的通信从地震数据采集单元200取回原始地震数据和传感器传递函数。提取单元502可以对原始地震数据进行格式化，以供地震数据处理系统使用。例如，提取单元502可以将报头附加到每个原始地震数据轨迹。该报头可以包括例如传感器202和源402在轨迹采集期间的地理位置、传感器202和/或地震数据采集单元200标识、传感器202传递函数以及处理原始地震数据轨迹所需的其他信息。

提取单元502可以在下述计算机中实现：其执行指令以用于从地震数据采集单元200取回原始地震数据和传感器传递函数，以及用于对原始地震数据和传感器传递函数进行格式化以供地震数据处理系统使用。

图6示出了根据本文中所公开的原理的适用于地震传感器响应的修正的地震数据处理系统600的框图。处理系统600包括处理器602、存储604以及传感器传递函数数据库308。处理器602被配置成执行从存储604取回的指令。处理器602可以包括任何数目的核心或子处理器。合适的处理器包括例如通用处理器、数字信号处理器以及微控制器。处理器架构一般包括执行单元（例如定点、浮点、整数等）、存储（例如寄存器、存储器等）、指令解码、外围设备（例如中断控制器、定时器、直接存储器访问控制器等）、输入/输出系统（例如串行端口、并行端口等）以及各种其他部件和子系统。

包括可由处理器602执行的指令的软件编程存储在存储604中。存储器604是非暂时性计算机可读介质。计算机可读存储介质可以包括诸如随机存取存储器之类的易失性存储、非易失性存储（例如，ROM、PROM、硬盘驱动器、光学存储设备（例如CD或DVD）、闪存）或其组合。

存储604包括传感器传递函数确定指令606、参考传递函数确定指令608、逆滤波器导出指令610以及逆滤波指令612。存储604还可以包括原始地震数据轨迹614和经逆滤波的地震数据轨迹616以及将经逆滤波的地震数据轨迹616变换成地下的图像的附加指令。传感器传递函数确定指令606由处理器602执行以取回产生被处理的原始地震道的地震传感器202的传递函数。为了取回传递函数，处理器602标识生成了原始地震道的地震传感器。在一些实施例中，处理器602可以解析与原始地震道相关联的报头来提取传感器标识。替代地，处理器602可以访问将原始地震数据与地震传感器相关的信息，该地震传感器生成了以不同形式向处理器602提供的数据，不同形式诸如包含将传感器标识与地震道标识相关的信息的表。

在生成了被处理的原始地震数据轨迹的特定地震传感器已经被标识之后，处理器602取回地震传感器的传递函数。处理器602可以访问传感器传递函数数据库308或另一个辅助存储系统，该数据库308或另一个辅助存储系统包含基于地震传感器标识信息针对访问而布置的任何数目的不同地震传感器202的传递函数。在一些实施例中，处理器602可以从与原始地震道相关联的报头或者被提供有将传递函数与地震传感器202进行关联的原始地震数据的其他数据结构提取传递函数。

如果用于地震传感器202的多个传递函数可用，则处理器602可以选择传递函数中的一个以用于在原始地震数据的处理中使用。例如，处理器602可以选择传递函数中的最后生成的一个或被视为最准确的传递函数中的一个。

参考传递函数确定指令608由处理器602执行以产生要经由逆滤波使原始地震数据与其符合的传递函数。参考传递函数可以是由地震传感器202的制造商提供的地震传感器的理想传递函数。例如，可以从如通过已知准确性的运动换能器在地震传感器202的测试期间检测到的用于测试地震传感器202的振动器302的运动导出理想传递函数。这种参考传递函数可以存储在传感器传递函数数据库308或地震数据采集单元的内部存储中。因此，参考传递函数确定指令608可以从与原始地震道相关联的报头提取参考传递函数，或访问传感器传递函数数据库308以取回参考传递函数。

在一些实施例中，参考传递函数可以被计算为多个地震传感器202的平均传递函数。例如，地震传感器202的制造商可以生成参考传递函数作为由制造商生产的大量传感器（例如在特定时间间隔内生产的所有传感器202）的传递函数的平均。这种参考传递函数（例如制造商生成的参考传递函数）可以存储在传感器传递函数数据库308中并且可以从传感器传递函数数据库308取回。

在一些实施例中，处理器602可以基于生成了被处理的原始地震道的地震勘测中使用的地震传感器202的传递函数来产生参考传递函数。例如，可以生成参考传递函数作为产生原始地震道的地震传感器202的预定地理邻近度内的地震勘测中应用的地震传感器202的传递函数的平均。替代地，处理器602可以产生参考传递函数作为产生了原始地震道的地震勘测中使用的所有地震传感器202的传递函数的平均。处理器602可以如上面所描述的那样从报头或从传感器传递函数数据库取回传感器202的传递函数以用于进行平均。

逆滤波器导出指令610由处理器602执行以产生逆滤波器，该逆滤波器将被应用于原始地震道以使该道符合参考传递函数。逆滤波器基于产生了原始地震道的地震传感器202的传递函数和参考传递函数。当被应用于原始地震道时，逆滤波器调整原始地震道的谱参数，使得原始地震道的谱参数基本上符合参考传递函数。

逆滤波指令612由处理器602执行以将逆滤波器应用于原始地震道，以使该道符合参考传递函数。图7A示出了如由具有对应传递函数的地震传感器202产生的原始地震数据轨迹的频率内容。图7B示出了为了使该地震数据符合参考传递函数而生成的逆滤波器的响应。图7C示出了在将逆滤波器应用于原始地震数据之后的地震数据的频率内容。

在本公开的附图和描述中，遍及说明书和附图，相同的部分通常被标记有相同的附图标记。附图不一定按照比例。本发明的某些特征可以按比例或者以某种示意性的形式夸张地示出，并且为了清楚和简洁起见，常规元素的一些细节可以不示出。本公开容许不同形式的实施例。详细地描述并在附图中示出了具体实施例，应立即本公开应被视为本公开的原理的例证，并且具体实施例不旨在将本公开限于本文中所图示和描述的。应当充分地认识到，可以单独地或以任何合适的组合采用下面所讨论的实施例的不同教导和部件以产生期望的结果。例如，系统的实施例可以包括装置300、地震数据采集系统400、提取单元502以及地震数据处理系统600或其任何组合。

上面的讨论意在说明本公开的各种原理和实施例。尽管已经示出并描述了某些实施例，但是在不脱离本公开精神和教导的情况下，可以由本领域技术人员进行其修改。本文中所描述的实施例仅是示例性的，而不是限制性的。因此，保护的范围不由上面所陈述的描述限定，而是仅仅由以下权利要求来限定，该范围包括权利要求的主题的所有等同物。

在第一方面中，一种用于采集和处理地震数据的系统，包括：

地震数据采集单元，包括：

数据存储存储器，被配置成存储耦合到所述地震数据采集单元的地震传感器的传递函数；以及

第二存储器，被配置成存储由所述地震传感器生成的信号；

数据提取单元，被配置成：

从所述地震数据采集单元取回存储在所述数据存储存储器中的信号；以及

对所述信号进行格式化以用于传送到地震数据处理系统；

传感器测试器（tester），被配置成：

将测试信号应用于所述地震传感器，作为现场测试的一部分；

记录所述地震传感器对所述测试信号的响应；

处理所述响应以生成所述传递函数；以及

存储所述传递函数以供所述地震数据处理系统在生成逆滤波器中使用，所述逆滤波器在被应用于所述信号时改变所述信号的参数以对应于利用具有参考传递函数的所述地震传感器生成的信号。

地震数据处理系统可以被配置成：

接收由所述数据提取单元格式化的信号；

标识生成了所述信号的、耦合到所述地震数据采集单元的所述地震传感器；

取回与所述地震传感器相对应的传感器传递函数；

基于所述传感器传递函数和所述参考传递函数生成所述逆滤波器；以及

将所述逆滤波器应用于所述信号。

地震数据处理系统还/替代地可以被配置成生成所述参考传递函数作为多个地震传感器的传感器传递函数的平均。

在上面的实施例中的任何实施例中，所述测试信号可以包括被应用于使所述地震传感器移动的脉冲或多个频率。

在上面的实施例中的任何实施例中，所述传感器测试器可以被配置成：

将作为制造测试的一部分而生成的传感器的传递函数与作为所述现场测试的一部分而生成的传感器的传递函数进行比较；

基于作为所述制造测试的一部分而生成的传感器的传递函数与作为所述现场测试的一部分而生成的传感器的传递函数之间的不同超过预定量来生成警报信号。

传感器可以包括压电晶体、地震检波器以及加速度计中的至少一个。

地震数据采集单元可以包括传递函数存储器，其被配置成存储与所述地震传感器相对应的所述传感器传递函数。

数据提取单元可以被配置成：

从所述传递函数存储器提取所述传递函数；以及

对所述传递函数进行格式化以用于连同所述信号传送到所述地震数据处理系统。

在第一方法中，存在一种用于处理地震数据的方法，包括：

由地震数据处理系统接收表示在远程位置处记录的地震数据的信号；

由所述地震数据处理系统接收地震传感器的标识连同所述信号，所述信号是经由所述地震传感器而采集的；

由所述地震数据处理系统取回与所述地震传感器相对应并将所述地震传感器的运动与所述信号相关的传感器传递函数；

由所述地震数据处理系统基于所述传感器传递函数和参考传递函数生成逆滤波器，所述逆滤波器在被应用于所述信号时改变所述信号的参数以对应于所述参考传递函数；

由所述地震数据处理系统将所述逆滤波器应用于所述信号，以使所述信号的参数符合所述参考传递函数。

方法可以进一步包括：

在部署所述地震数据采集单元之前，将所述传感器传递函数存储在耦合到所述地震传感器的地震数据采集单元的数据存储存储器中；

在使用所述地震数据采集单元记录地震数据之后；

取回存储在所述地震数据采集单元的数据存储存储器中的信号；以及

对所述信号进行格式化以用于传送到所述远程数据处理系统。

方法可以进一步/替代地包括：

将测试信号应用于所述地震传感器，作为制造测试或现场测试的一部分，其中所述测试信号包括被应用以使所述地震传感器移动的脉冲或频率范围中的至少一个；

记录所述地震传感器对所述测试信号的响应；

处理所述响应以生成所述传递函数；以及

存储所述传递函数以供所述远程数据处理系统在生成所述逆滤波器中使用。

可以将作为所述制造测试的一部分而生成的所述地震传感器的传递函数与作为所述现场测试的一部分而生成的所述地震传感器的传递函数进行比较；以及

可以基于作为所述制造测试的一部分而生成的所述地震传感器的传递函数与作为所述现场测试的一部分而生成的所述地震传感器的传递函数之间的不同超过预定量来生成警报信号。

上面的方法中的任何方法可以进一步包括由所述地震数据处理系统生成所述参考传递函数作为多个地震传感器的传感器传递函数的平均。

上面的方法中的任何方法可以进一步包括：

从地震数据采集单元的传递函数存储器取回所述传递函数；以及

对所述传递函数进行格式化以用于连同所述信号传送到所述远程数据处理系统。

在第二方法中，存在一种用于处理地震数据的方法，包括：

作为要用于采集地震数据的传感器的制造测试的一部分：

导出所述地震传感器的传感器传递函数；

存储所述传感器传递函数以供地震数据处理系统在生成逆滤波器中使用；

作为地震数据采集的一部分：

经由所述地震传感器采集地震数据；

从耦合到所述地震传感器的地震数据采集单元提取所述地震数据；

对所述地震数据进行格式化以用于传送到所述地震数据处理系统，所述地震数据处理系统处于与所述地震数据采集单元不同的位置处，所述格式化包括提供所述地震传感器的标识以用于与所述地震数据一起传送；

作为所述地震数据处理系统对所述地震数据的处理的一部分：

基于所述地震传感器的标识取回所述传感器传递函数；

基于所述传感器传递函数和参考传递函数生成所述逆滤波器，所述逆滤波器在被应用于所述地震数据时改变所述地震数据的参数以对应于利用具有所述参考传递函数的所述地震传感器生成的地震数据；

由所述地震数据处理系统将所述逆滤波器应用于所述地震数据，以使所述地震数据的参数符合利用具有所述参考传递函数的所述地震传感器生成的地震数据。

在第一或第二方法中，存储所述传感器传递函数可以包括将所述传感器传递函数存储在耦合到所述地震传感器的所述地震数据采集单元的数据存储存储器中，或将所述传感器传递函数存储在对所述地震数据处理系统来说可访问的数据库中。

在实施例中，导出所述传感器传递函数可以包括：

将测试信号应用于所述地震传感器，其中所述测试信号包括被应用以使所述地震传感器移动的脉冲或频率范围中的至少一个；

记录所述地震传感器对所述测试信号的响应；

处理所述响应以生成所述传递函数；以及

存储所述传递函数以供所述地震数据处理系统在生成所述逆滤波器中使用。

在第一或第二方法的实施例中，应用所述测试信号可以包括：

将所述地震传感器附着到可移动结构；以及

将在频率范围上的运动或运动脉冲应用于所述可移动结构。

实施例可以进一步包括：

作为地震数据采集的一部分：

从地震数据采集单元的传递函数存储器取回所述传递函数；以及

对所述传递函数进行格式化以用于连同所述地震数据传送到所述数据处理系统；或

作为所述地震数据采集的一部分：

将作为所述制造测试的一部分而生成的传感器的传递函数与作为现场测试的一部分而生成的传感器的传递函数进行比较；

基于作为所述制造测试的一部分而生成的传感器的传递函数与作为所述现场测试的一部分而生成的传感器传递函数之间的不同超过预定量来生成警报信号。

实施例可以进一步包括：作为所述地震数据处理系统对所述地震数据的处理的一部分，生成所述参考传递函数作为多个可移动传感器的传感器传递函数的平均。

Claims (19)

1.一种用于采集和处理地震数据的系统，包括：

地震数据处理系统；

地震数据采集单元，被配置为位于与所述地震数据处理系统不同的远程位置处，包括：

数据存储存储器，被配置成存储配置为部署在用于地震勘测的采集位置处并耦合到地震数据采集单元的地震传感器的传递函数，其中传递函数将地震传感器的运动与由地震传感器响应于所述运动生成的信号相关；以及

第二数据存储存储器，被配置成存储由地震传感器生成的信号；

数据提取单元，被配置为位于暂存站点处，在所述暂存站点处地震传感器被处理以供在所述采集位置处的所述地震勘测来使用，并且所述数据提取单元被配置成：

从地震数据采集单元取回存储在数据存储存储器中的信号；以及

对信号进行格式化以用于传送到配置为位于与所述地震数据采集单元不同的远程位置处的所述地震数据处理系统，所述格式化包括提供所述地震传感器的标识以便与所述信号一起传送；

传感器测试器，被配置成：

将具有预定波形的测试信号应用于地震传感器，作为现场测试的一部分，其中所述地震传感器的运动基于所述预定波形；

记录地震传感器对测试信号的响应，其中所述响应基于响应于所述测试信号的所述地震传感器的运动；

处理响应以生成传递函数，其中所述传递函数指示所述地震传感器对所述测试信号的所述响应；以及

存储传递函数以供地震数据处理系统在生成逆滤波器中使用，所述逆滤波器在被应用于信号时改变信号的参数以对应于利用具有参考传递函数的地震传感器生成的信号。

2.如权利要求1所述的系统，其中地震数据处理系统被配置成：

接收由数据提取单元格式化的信号；

标识生成了信号的、耦合到地震数据采集单元的地震传感器；

取回与地震传感器相对应的传感器传递函数；

基于传感器传递函数和参考传递函数生成逆滤波器；以及

将逆滤波器应用于信号。

3.如权利要求1或权利要求2所述的系统，其中地震数据处理系统被配置成生成参考传递函数作为多个地震传感器的传感器传递函数的平均。

4.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中测试信号包括被应用以使地震传感器移动的脉冲或多个频率。

5.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中传感器测试器被配置成：

将作为制造测试的一部分而生成的传感器的传递函数与作为现场测试的一部分而生成的传感器的传递函数进行比较；以及

基于作为制造测试的一部分而生成的传感器的传递函数与作为现场测试的一部分而生成的传感器的传递函数之间的不同超过预定量来生成警报信号。

6.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中传感器包括压电晶体、地震检波器以及加速度计中的至少一个。

7.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中数据提取单元被配置成：

从传递函数存储存储器取回传递函数；以及

对传递函数进行格式化以用于连同信号传送到地震数据处理系统。

8.一种用于处理地震数据的方法，包括：

由地震数据处理系统接收表示在经由位于与所述地震数据处理系统不同的远程位置处的地震传感器记录的地震数据的信号；

由地震数据处理系统接收地震传感器的标识连同信号，所述信号是经由所述地震传感器而采集的，其中从数据提取单元接收所述信号和所述标识，所述数据提取单元被配置为位于暂存站点处，在所述暂存站点处地震传感器被处理以供在所述采集位置处的地震勘测来使用；

由地震数据处理系统取回与地震传感器相对应并将地震传感器的运动与信号相关的传感器传递函数；

由地震数据处理系统基于传感器传递函数和参考传递函数生成逆滤波器，所述逆滤波器在被应用于信号时改变信号的参数以对应于参考传递函数；

由地震数据处理系统将逆滤波器应用于信号，以使信号的参数符合参考传递函数；

将具有预定波形的测试信号应用于地震传感器，作为制造测试或现场测试的一部分，其中所述地震传感器的运动基于所述预定波形；

记录地震传感器对测试信号的响应，其中所述响应基于响应于所述测试信号的所述地震传感器的运动；

处理响应以生成传递函数，其中所述传递函数指示所述地震传感器对所述测试信号的所述响应；以及

存储传递函数以供远程数据处理系统在生成逆滤波器中使用。

9.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

在部署地震数据采集单元之前，将传感器传递函数存储在耦合到地震传感器的地震数据采集单元的数据存储存储器中；

在使用地震数据采集单元记录地震数据之后：

取回存储在地震数据采集单元的数据存储存储器中的信号；以及

对信号进行格式化以用于传送到远程数据处理系统。

10.如权利要求8或权利要求9所述的方法，其中测试信号包括被应用以使地震传感器移动的脉冲或频率范围中的至少一个。

11.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

将作为制造测试的一部分而生成的地震传感器的传递函数与作为现场测试的一部分而生成的地震传感器的传递函数进行比较；以及

基于作为制造测试的一部分而生成的地震传感器的传递函数与作为现场测试的一部分而生成的地震传感器的传递函数之间的不同超过预定量来生成警报信号。

12.如权利要求8至权利要求11中任一项所述的方法，进一步包括由地震数据处理系统生成参考传递函数作为多个地震传感器的传感器传递函数的平均。

13.如权利要求8所述的方法，进一步包括：

从地震数据采集单元的传递函数存储器取回传递函数；以及

对传递函数进行格式化以用于连同信号传送到远程数据处理系统。

14.一种用于处理地震数据的方法，包括：

作为要用于在用于地震勘测的采集位置处采集地震数据的地震传感器的制造测试的一部分：

导出地震传感器的传感器传递函数，其中传感器传递函数将地震传感器的运动与由地震传感器响应于所述运动生成的信号相关；

其中导出所述传感器传递函数包括：

将具有预定波形的测试信号应用于地震传感器，其中所述地震传感器的运动基于所述预定波形；

记录地震传感器对测试信号的响应，其中所述响应基于响应于所述测试信号的所述地震传感器的运动；

处理响应以生成传递函数，其中所述传递函数指示所述地震传感器对所述测试信号的所述响应；以及

存储传递函数以供地震数据处理系统在生成逆滤波器中使用；

存储传感器传递函数以供地震数据处理系统在生成逆滤波器中使用；

作为地震数据采集的一部分：

经由地震传感器采集地震数据；

由数据提取单元从被配置为位于与所述地震数据处理系统不同的远程位置处并耦合到地震传感器的地震数据采集单元提取地震数据，所述数据提取单元被配置为位于暂存站点处，在所述暂存站点处地震传感器被处理以供在所述采集位置处的所述地震勘测来使用；

对地震数据进行格式化以用于传送到地震数据处理系统，地震数据处理系统处于与地震数据采集单元不同的远程位置处，格式化包括提供地震传感器的标识以用于与地震数据一起传送；

作为地震数据处理系统对地震数据的处理的一部分：

基于地震传感器的标识取回传感器传递函数；

基于传感器传递函数和参考传递函数生成逆滤波器，所述逆滤波器在被应用于地震数据时改变地震数据的参数以对应于利用具有参考传递函数的地震传感器生成的地震数据；

由地震数据处理系统将逆滤波器应用于地震数据，以使地震数据的参数符合利用具有参考传递函数的地震传感器生成的地震数据。

15.如权利要求14所述的方法，其中存储传感器传递函数包括将传感器传递函数存储在耦合到地震传感器的地震数据采集单元的数据存储存储器中，或将传感器传递函数存储在对地震数据处理系统来说可访问的数据库中。

16.如权利要求14或权利要求15所述的方法，其中测试信号包括被应用以使地震传感器移动的脉冲或频率范围中的至少一个。

17.如权利要求14所述的方法，其中应用测试信号包括：

将地震传感器附着到可移动结构；以及

将在频率范围上的运动或运动脉冲应用于可移动结构。

18.如权利要求14所述的方法，进一步包括：

作为地震数据采集的一部分：

从地震数据采集单元的传递函数存储器取回传递函数；以及

对传递函数进行格式化以用于连同地震数据传送到数据处理系统；或

作为地震数据采集的一部分：

将作为制造测试的一部分而生成的传感器的传递函数与作为现场测试的一部分而生成的传感器的传递函数进行比较；

基于作为制造测试的一部分而生成的传感器的传递函数与作为现场测试的一部分而生成的传感器的传递函数之间的不同超过预定量来生成警报信号。

19.如权利要求14至18中任一项所述的方法，进一步包括：作为地震数据处理系统对地震数据的处理的一部分，生成参考传递函数作为多个可移动传感器的传感器传递函数的平均。

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