CN111443386B - 一种海洋地震的立体震源的宽频采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种海洋地震的立体震源的宽频采集方法，包括：计算多个立体震源的实际远场子波和理想远场子波，其中，每个所述立体震源包括多个气枪子震源，多个所述气枪子震源是陈放在不同深度的多个气枪形成的；根据所述实际远场子波和所述理想远场子波分别对多个所述立体震源计算频率域平方误差来获得多个所述立体震源的误差；从多个所述立体震源中选择最小的误差对应的目标立体震源；根据所述目标立体震源对海洋地震进行宽频采集。本发明实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，可以实现震源子波频带的有效拓宽，有效提高资料的分辨率和信噪比。

Description

一种海洋地震的立体震源的宽频采集方法
技术领域
本发明属于海洋地震勘探技术领域，特别涉及一种海洋地震的立体震源的宽频采集方法。
背景技术
在海洋地震勘探采集领域，获得宽频的海洋地震原始资料是海洋地震勘探的重要环节。海洋地震勘探中，信号经过海面反射，会产生明显的鬼波影响，导致震源的频带宽度降低，影响地震信号的传播。可以通过立体震源组合技术，拓宽震源端的频带范围，有效提高海洋地震原始资料的分辨率和信噪比。立体震源组合技术指的是通过将各个气枪沉放在不同深度组合而成的气枪震源受海面虚反射影响以不同的延迟时间叠加在组合子波上，在不减小主峰值的前提下，虚反射不能同相叠加，大大减弱虚反射效应，消除海面虚反射所引起的陷波效应。
例如，G.C.Smith提出了利用三维气枪组合来拓宽子波频带的思路，将传统的平面阵列延伸到立体阵列，并模拟了不同气枪组合模式下的子波形态和频谱差异，分析发现，该方法能够有效的消除虚反射影响。斯伦贝谢公司的Nick Moldoveanu提出利用垂直震源组合方法来解决震源端产生的虚反射和混响的削减问题，在野外的实际应用中取得了很不错的效果。
但是，目前没有对不同立体震源组合进行选择的方法，从而以选择出的效果好的立体震源组合对海洋地震进行宽频采集。
发明内容
本发明所要解决的技术问题之一是如何对不同立体震源组合进行选择，以选择出的效果好的立体震源组合对海洋地震进行宽频采集。
为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种海洋地震的立体震源的宽频采集方法，其包括：
计算多个立体震源的实际远场子波和理想远场子波，其中，每个所述立体震源包括多个气枪子震源，多个所述气枪子震源是陈放在不同深度的多个气枪形成的；
根据所述实际远场子波和所述理想远场子波分别对多个所述立体震源计算频率域平方误差来获得多个所述立体震源的误差；
从多个所述立体震源中选择最小的误差对应的目标立体震源；
根据所述目标立体震源对海洋地震进行宽频采集。
优选地，根据所述实际远场子波和所述理想远场子波分别对多个所述立体震源计算频率域平方误差来获得多个所述立体震源的误差，包括：
根据下式，分别对多个所述立体震源计算误差，
Figure BDA0001946678550000021
其中，Perror为立体震源的实际远场子波与理想远场子波的误差，wi为计算的立体震源所包括的i个气枪子震源的截止频率，Pideal_far为立体震源的理想远场子波的频谱，Pfar为立体震源的实际远场子波的频谱。
优选地，所述立体震源的实际远场子波的频谱通过叠加所述立体震源包括的i个气枪子震源的实际远场子波的频谱得到的；
所述立体震源的理想远场子波的频谱通过叠加所述立体震源包括的i个气枪子震源的理想远场子波的频谱得到的。
优选地，还包括：陈放在不同深度的多个所述气枪在不同时间被分别激发。
优选地，按照深度从小到大的顺序，依次激发多个所述气枪。
优选地，每个所述立体震源包括的多个气枪子震源对应的多个气枪，按照深度从小到大的顺序依次称为第一气枪、第二气枪、……第n气枪，其中，第二气枪至第n气枪相对于第一气枪被激发的延时分别为，
Δti＝(hi-h1)/c，
其中，hi表示第i气枪的深度，h1表示第一气枪的深度，c为声波在海水中的传播速度。
优选地，气枪子震源的实际远场子波的频谱由一次波的频谱和鬼波的频谱叠加得到。
优选地，气枪子震源的理想远场子波的频谱由一次波的频谱得到。
优选地，所述一次波的频谱根据下式计算，
Figure BDA0001946678550000031
其中，r为震源与远场之间的距离，t为时间，Pnear为近场子波的频谱，c为声波在海水中的传播速度。
优选地，所述鬼波的频谱根据下式计算，
Figure BDA0001946678550000032
其中，r为震源与远场之间的距离，h为气枪的深度，t为时间，Pnear为近场子波的频谱，c为声波在海水中的传播速度，R为海平面的反射系数。
与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：
通过计算多个立体震源的误差并选择最小的误差对应的目标立体震源，可以将压制震源端鬼波效果最好的目标立体震源选出来，应用目标立体震源对海洋地震进行宽频采集可以实现震源子波频带的有效拓宽，有效提高资料的分辨率和信噪比。
本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。
图1是根据本发明一实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法的流程示意图；
图2是根据本发明一实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法的立体震源的示意图，其中立体震源包括4个气枪子震源对应的4个气枪；
图3是根据本发明一实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，第一气枪位于6m深度时，不同深度的第二气枪对应的第二气枪子震源与第一气枪对应的第一气枪子震源组成的不同立体震源的误差曲线；
图4是根据本发明一实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于6m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随时间变化的振幅曲线；
图5是根据本发明一实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于6m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随频率变化的振幅曲线；
图6是根据本发明一实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于12m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随时间变化的振幅曲线；
图7是根据本发明一实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于12m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随频率变化的振幅曲线；
图8是根据本发明一实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于9m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随时间变化的振幅曲线；
图9是根据本发明一实施例的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于9m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随频率变化的振幅曲线。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
计算多个立体震源的实际远场子波和理想远场子波，其中，每个所述立体震源包括多个气枪子震源，多个所述气枪子震源是陈放在不同深度的多个气枪形成的；根据所述实际远场子波和所述理想远场子波分别对多个所述立体震源计算频率域平方误差来获得多个所述立体震源的误差；从多个所述立体震源中选择最小的误差对应的目标立体震源；根据所述目标立体震源对海洋地震进行宽频采集。通过计算多个立体震源的误差并选择最小的误差对应的目标立体震源，可以将压制震源端鬼波效果最好的目标立体震源选出来，应用目标立体震源对海洋地震进行宽频采集可以实现震源子波频带的有效拓宽，有效提高资料的分辨率和信噪比。
下面以具体的实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，为本发明实施例的一种海洋地震的立体震源的宽频采集方法，包括：
S1，计算多个立体震源的实际远场子波和理想远场子波，其中，每个立体震源包括多个气枪子震源，多个气枪子震源是陈放在不同深度的多个气枪形成的；
例如，第一个立体震源为深度为6m和深度为9m的气枪对应的气枪子震源构成的，第二个立体震源为深度为6m和深度为9m的气枪对应的气枪子震源构成的。多个立体震源包括的多个气枪子震源的数量可以不相同，也可以相同。
S2，根据实际远场子波和理想远场子波分别对多个立体震源计算频率域平方误差来获得多个立体震源的误差；
根据频率域平方误差来计算立体震源的误差能够更好的评判多个立体震源的压制震源端鬼波的效果。
S3，从多个立体震源中选择最小的误差对应的目标立体震源；
误差越小，立体震源的实际远场子波越接近理想远场子波，立体震源的压制震源端鬼波的效果更好。
S4，根据目标立体震源对海洋地震进行宽频采集。
通过计算多个立体震源的误差并选择最小的误差对应的目标立体震源，可以将压制震源端鬼波效果最好的目标立体震源选出来，应用目标立体震源对海洋地震进行采集，一方面可以填充由鬼波造成的陷波效应，另一方面压制鬼波带来的强化效应，实现宽频采集，实现震源子波频带的有效拓宽，有效提高资料的分辨率和信噪比。
具体地，S2，根据实际远场子波和理想远场子波分别对多个立体震源计算频率域平方误差来获得多个立体震源的误差，包括：
根据下式，分别对多个立体震源计算误差，
Figure BDA0001946678550000051
其中，Perror为立体震源的实际远场子波与理想远场子波的误差，wi为计算的立体震源所包括的i个气枪子震源的截止频率，Pideal_far为立体震源的理想远场子波的频谱，Pfar为立体震源的实际远场子波的频谱。
具体地，立体震源的实际远场子波的频谱通过叠加立体震源包括的i个气枪子震源的实际远场子波的频谱得到的。立体震源的实际远场子波的频谱根据
Figure BDA0001946678550000061
计算，其中，Pi_far为第i个气枪子震源的实际远场子波的频谱。
气枪子震源的实际远场子波的频谱由一次波的频谱和鬼波的频谱叠加得到。其中，气枪子震源的实际远场子波的频谱Pfar，根据Pfar＝Ppri+Pg计算，Ppri表示一次波的频谱，Pg表示鬼波的频谱。
一次波的频谱Ppri根据
Figure BDA0001946678550000062
计算，其中，r为震源与远场之间的距离，t为时间，Pnear为近场子波的频谱，c为声波在海水中的传播速度。
鬼波的频谱Pg根据
Figure BDA0001946678550000063
计算，其中，r为震源与远场之间的距离，h为气枪的深度，t为时间，Pnear为近场子波的频谱，c为声波在海水中的传播速度，R为海平面的反射系数。在一些情况下，R可以取-1。当然，根据实际情况，R可以取其他的值。
具体地，立体震源的理想远场子波的频谱不包含鬼波的频谱，例如可以通过将鬼波的频谱Pg中海平面的反射系数R取0。立体震源的理想远场子波的频谱通过叠加立体震源包括的i个气枪子震源的理想远场子波的频谱得到的，气枪子震源的理想远场子波的频谱由一次波的频谱得到。其中，立体震源的理想远场子波的频谱根据下式计算，
Figure BDA0001946678550000064
Pideal_far表示立体震源的理想远场子波的频谱，Ppri_i_far表示第i个气枪子震源的一次波的频谱。
在一个优选实施例中，海洋地震的立体震源的宽频采集方法还包括：陈放在不同深度的多个气枪在不同时间被分别激发。通过给予每个气枪不同的激发时间，能够有效的消除虚反射，增加低频部分的信息量。另外，每个气枪的激发时间可以相同也可以不相同。
在一个实施例中，按照深度从小到大的顺序，依次激发多个气枪。例如，在一个立体震源中包括四个气枪子震源的四个气枪，四个气枪的深度分别为3m、6m、9m和12m，第一个被激发的气枪位于3m的深度，第二个被激发的气枪位于6m的深度，第三个被激发的气枪位于9m的深度，第四个被激发的气枪位于12m的深度。
在一个实施例中，每个立体震源包括的多个气枪子震源对应的多个气枪，按照深度从小到大的顺序依次称为第一气枪、第二气枪、……第n气枪，其中，第二气枪至第n气枪相对于第一气枪被激发的延时分别为，
Δti＝(hi-h1)/c，
其中，hi表示第i气枪的深度，h1表示第一气枪的深度，c为声波在海水中的传播速度。
如图2所示，立体震源包括4个气枪子震源对应的4个气枪，h1为第一气枪的深度，h2为第二气枪的深度，h3为第三气枪的深度，h4为第四气枪的深度，d为相邻两个气枪在海平面上的倒影的距离。第一气枪、第二气枪、第三气枪和第四气枪依次被激发，第二气枪相对于第一气枪延时(h2-h1)/c，第三气枪相对于第一气枪延时(h3-h1)/c，第四气枪相对于第一气枪延时(h4-h1)/c。
图3示出了第一气枪位于6m深度时，不同深度的第二气枪对应的第二气枪子震源与第一气枪对应的第一气枪子震源组成的不同立体震源的误差曲线。从图3中可以看出，当第一气枪位于6m深度时，与第一气枪对应的第一气枪子震源组成立体震源的第二气枪子震源对应的第二气枪的最佳深度为9m。
图4示出了第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于6m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随时间变化的振幅曲线。
图5示出了第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于6m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随频率变化的振幅曲线。
从图4和图5可以看出，当两个气枪均位于6m时，与常规的平面气枪震源等价，在125Hz处有非常明显的陷波点。
图6示出了第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于12m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随时间变化的振幅曲线。
图7示出了第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于12m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随频率变化的振幅曲线。
从图6和图7可以看出，当两个气枪分别为6m和12m时，深度为6m的第一气枪对应的第一气枪子震源和深度为12m的第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源，虽然在低频端和高频端实际远场频谱与理想远场频谱较为接近，但是由于有共同的陷波频率，所以陷波现象依然非常明显。
图8示出了第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于9m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随时间变化的振幅曲线。
图9示出了第一气枪位于6m深度、第二气枪也位于9m深度时，第一气枪对应的第一气枪子震源和第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源随频率变化的振幅曲线。
从图6和图7可以看出，当两个气枪分别为6m和9m时，深度为6m的第一气枪对应的第一气枪子震源和深度为9m的第二气枪对应的第二气枪子震源组成的立体震源，实际远场频谱较好地拟合到了理想远场频谱，很好地去除了陷波效应。
通过上述针对不同立体震源的模拟实验，有效证明了本申请实施例的有效性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种海洋地震的立体震源的宽频采集方法，其特征在于，包括：
计算多个立体震源的实际远场子波和理想远场子波，其中，每个所述立体震源包括多个气枪子震源，多个所述气枪子震源是陈放在不同深度的多个气枪形成的；
根据所述实际远场子波和所述理想远场子波分别对多个所述立体震源计算频率域平方误差来获得多个所述立体震源的误差；
从多个所述立体震源中选择最小的误差对应的目标立体震源；
根据所述目标立体震源对海洋地震进行宽频采集；
其中，根据所述实际远场子波和所述理想远场子波分别对多个所述立体震源计算频率域平方误差来获得多个所述立体震源的误差，包括：
根据下式，分别对多个所述立体震源计算误差，
Figure FDA0003456110620000011
其中，Perror为立体震源的实际远场子波与理想远场子波的误差，wi为计算的立体震源所包括的i个气枪子震源的截止频率，Pideal_far为立体震源的理想远场子波的频谱，Pfar为立体震源的实际远场子波的频谱；所述立体震源的实际远场子波的频谱是通过叠加所述立体震源包括的i个气枪子震源的实际远场子波的频谱得到的；所述立体震源的理想远场子波的频谱是通过叠加所述立体震源包括的i个气枪子震源的理想远场子波的频谱得到的。
2.根据权利要求1所述的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，其特征在于，还包括：陈放在不同深度的多个所述气枪在不同时间被分别激发。
3.根据权利要求2所述的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，其特征在于，按照深度从小到大的顺序，依次激发多个所述气枪。
4.根据权利要求3所述的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，其特征在于，每个所述立体震源包括的多个气枪子震源对应的多个气枪，按照深度从小到大的顺序依次称为第一气枪、第二气枪、……第n气枪，其中，第二气枪至第n气枪相对于第一气枪被激发的延时分别为，
Δti＝(hi-h1)/c，
其中，hi表示第i气枪的深度，h1表示第一气枪的深度，c为声波在海水中的传播速度。
5.根据权利要求1所述的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，其特征在于，气枪子震源的实际远场子波的频谱由一次波的频谱和鬼波的频谱叠加得到。
6.根据权利要求1所述的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，其特征在于，气枪子震源的理想远场子波的频谱由一次波的频谱得到。
7.根据权利要求5或6所述的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，其特征在于，所述一次波的频谱Ppri(t)根据下式计算，
Figure FDA0003456110620000021
其中，r为震源与远场之间的距离，t为时间，Pnear为近场子波的频谱，c为声波在海水中的传播速度。
8.根据权利要求5所述的海洋地震的立体震源的宽频采集方法，其特征在于，所述鬼波的频谱Pg(t)根据下式计算，
Figure FDA0003456110620000022
其中，r为震源与远场之间的距离，h为气枪的深度，t为时间，Pnear为近场子波的频谱，c为声波在海水中的传播速度，R为海平面的反射系数。
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