專利名稱：流體柱表面高度的測定的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測定在傳感器上方的流體柱的表面高度的方法和系統(tǒng)。該方法可以用于例如海洋地震數(shù)據(jù)采集中。
背景技術(shù)：
可以用地震勘探船拖著地震源以及/或者一條或者多條裝有傳感器的測量纜實現(xiàn)海洋地震數(shù)據(jù)采集。在傳統(tǒng)的海洋勘探中，所述測量纜，稱之為拖纜，大致是在大約5到50米之間的深度被大致水平地拖曳。
圖1是一個示意圖，圖示了可以由拖纜STR采集到并被記錄在地震圖中的各種事件(波至)。這些波至是按照反射它們的界面的系列圖示和標注的。對于不平坦的海面，所述界面標為S，海底標為W，目標反射體標為T。星號表示地震源，箭頭表示在接收器處地震波傳播的方向。包括S的波至在不平坦海面被反射，并被稱為虛反射波至(ghost events)。
虛反射波至是不希望有的干擾源，影響接收器的響應(yīng)和源脈沖的波形，從而妨礙對所需要的來自地下界面的上行反射的解讀。
不平坦海面的效果是干擾海面虛反射波至(reflection ghost)的幅度和波至時間，在虛反射脈沖上增加一個散射尾波或者尾隨脈沖。圖2A和圖2B比較了兩種典型的不平坦海面脈沖響應(yīng)和平坦海面脈沖響應(yīng)。這些模擬的響應(yīng)是在位于平均海平面以下6米深的名義深度的的單個點計算得到的。在一個不平坦海面響應(yīng)中，虛反射波至時間和幅度都增加了。在另一個響應(yīng)中，則降低了。脈沖形狀也受到了干擾。由于來自距離不斷增加的海面部分的散射能量，在晚些時候出現(xiàn)曳尾尾波，這使得幅度譜上出現(xiàn)波動。在10-80Hz區(qū)域的譜波動是重要的誤差源。
圖3是一個模擬，其中圖示了不平坦海面(rough sea，大浪海面)的效應(yīng)如何使地震圖像退化。該圖還圖示了尤其對于間時勘測(其中在不同時間獲得地震圖像，例如，相隔一年，以便尤其是評估油藏的油面的變化)而言，這種退化是如何重要。左下角的圖面圖示了地下地層的模型的一段。左上角的圖面是在平坦海面的情況下可以從該模型得到的地震數(shù)據(jù)的圖。右上角的圖面是在間時勘測中，在2m有效波高(SWH，Significant Wave Height)的情況下，從該模型得到的數(shù)據(jù)的圖。最后，右下角是這兩個圖之間的差乘以2的結(jié)果。該差是由于海面的不平坦造成的。顯然，不平坦海面的效益能夠使地震圖像退化，這種退化可以很顯著，從而掩蓋真正的差別。
各種專利申請公開了用于校正或者減小不平坦海面對地震數(shù)據(jù)的影響的方法。例如公開號為WO00/57206和WO00/57207的專利申請所公開的方法。一般，通過地震傳感器接收到的地震信號在被記錄之前要進行濾波，以便剔除低于3Hz的數(shù)據(jù)。某些虛反射校正方法依賴于已知的作為時間的函數(shù)的、在每一個源或者接收器上方的海面高度。然后將海面形狀外推到傳感器以外的地方。這種外推可以簡單地是一個通過測量高度的平面，或者可以更加詳細。然而，這些方法都沒有公開如何測量海面高度，尤其是使用現(xiàn)有技術(shù)的拖纜測量海面高度。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述，本發(fā)明要解決的一個問題是實現(xiàn)一種用于測定流體柱表面高度的改進的方法。
為解決上述問題而提出的方案限定在權(quán)利要求1中。
海面的隨時間而變化的形狀產(chǎn)生壓力波。這些海面壓力波占據(jù)的頻帶在約0.03到0.5Hz。但是，由于傳感器相對于波在運動，由于多普勒效應(yīng)，所述頻帶延展到約0.03到1Hz。根據(jù)本發(fā)明，不僅用傳感器接收和采集0.03-1Hz頻帶的數(shù)據(jù)，并將它們記錄下來，進行處理，以估計在每一個傳感器上方的海面高度。
本發(fā)明的其它方面和優(yōu)選特征限定在其它權(quán)利要求中。


結(jié)合以下的非限制性說明和說明性實施例，并參照附圖，可以更好地理解本發(fā)明。附圖中圖1圖示可以由拖纜的傳感器接收到的各種波至的示意圖；圖2A和2B圖示了與平坦海面相比，由不平坦海面造成的典型干擾；圖3圖示了一個模型和該模型的三幅地震圖，圖解了不平坦海面的退化效應(yīng)；圖4圖解了對各種深度的傳感器的平滑化效應(yīng)；圖5A和圖5B圖示了根據(jù)本發(fā)明可以被采集和記錄的Q原始數(shù)據(jù)；圖6圖示了兩種不同傳感器深度和兩種不同海深的深度濾波器曲線，并比較了這些曲線與SWH等于4m的皮爾遜-莫斯科維茨譜(Pierson Moskowitz Spectrum)；圖7圖示了根據(jù)本發(fā)明的一種設(shè)備；圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的一種地震勘探系統(tǒng)。
具體實施例方式
下面結(jié)合一個實施例描述本發(fā)明。該實施例中，在一條測量纜(在本例中是由勘探船在海洋中拖曳的地震拖纜)上設(shè)置多個敏感頻率范圍為0.03Hz到1Hz的壓力傳感器。但是，在實施本發(fā)明的其它模式中，可以用布置在多個拖纜上的傳感器，布置在一個和多個布在海底的海底纜繩(OBG)上的傳感器，或者一個或多個與地震源相鄰布置的傳感器，采集所述頻率范圍為0.03Hz到1Hz的壓力數(shù)據(jù)。
地震拖纜的長度一般為幾個千米。根據(jù)本發(fā)明的本實施例，地震拖纜上設(shè)有一個，最好是多個能夠記錄低頻壓力數(shù)據(jù)流的傳感器。一般，每一個傳感器按照規(guī)則的時間間隔對壓力進行數(shù)字采樣，相繼采樣操作之間的時間間隔公知為“采樣間隔”。
在本發(fā)明的特別優(yōu)選的實施例中，所述傳感器，或者所述傳感器中的至少一個(如果有多個傳感器的話)，最好是地震傳感器，也就是說是一個還能夠接收和采集地震數(shù)據(jù)的傳感器。在一個特別優(yōu)選的實施例中，所述傳感器或者每一個傳感器可以是地震壓力傳感器，比如水聽器?；蛘?，所述傳感器或者每一個傳感器可以被包括在一個多分量地震接收器中，該多分量地震接收器例如是一個4C接收器，其具有用來測量三個方向(x，y和z)的質(zhì)點速率的地震檢波器和一個壓力傳感器比如水聽器。這樣，在本實施例中，拖纜的一個傳感器同時作為接收和采集頻率范圍為0.03Hz到1Hz的壓力數(shù)據(jù)的傳感器，以及用于采集地震壓力數(shù)據(jù)的地震傳感器--在本實施例中，通常布置在地震拖纜上的地震壓力傳感器本身用來采集0.03Hz到1Hz頻率范圍內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)，因此本發(fā)明的該實施例不要求在拖纜上設(shè)置額外的壓力傳感器。
水聽器是包括壓電器件以測量特定頻率范圍內(nèi)的壓力變化的傳感器。在傳統(tǒng)的拖纜中，水聽器沿著拖纜的長度方向按照均勻間隔單獨分布或者成組分布。例如，可以設(shè)置12.5m長、包括12個水聽器的組，或者6.25m長、包括6個水聽器的組。水聽器或者水聽器組相互間是去耦的，從而，它們采集的壓力數(shù)據(jù)在進行模數(shù)轉(zhuǎn)換和多路轉(zhuǎn)換后通過光纖、導線或者其它數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備沿著拖纜傳送到拖船上的計算機，在此被記錄。
市場上可得到的拖纜的一個例子是由WesternGeco公司開發(fā)的命名為Q的拖纜。該拖纜設(shè)有多個去耦水聽器，可用作本發(fā)明的傳感器。但是，本發(fā)明不限于使用這種特定的拖纜。
一般，布置在拖纜上的水聽器或者其它壓力傳感器裝有或者聯(lián)有數(shù)字低阻濾波器，低阻濾波器一般阻斷低頻壓力數(shù)據(jù)，例如在低于3Hz的頻率范圍中的壓力數(shù)據(jù)。在地震勘探中，對頻率低于3Hz的地震波一般是不感興趣的，因為地震數(shù)據(jù)一般是在約3到80Hz的頻帶獲得的。低阻濾波器的應(yīng)用可以是在采集地震數(shù)據(jù)時，或者是以后在處理數(shù)據(jù)時。為了使用作為壓力傳感器設(shè)在拖纜上的傳統(tǒng)水聽器來獲得0.03到1Hz頻率范圍的低頻壓力數(shù)據(jù)，有必要禁用相聯(lián)的低阻濾波器。一旦低阻濾波器被禁用，則水聽器不僅能夠接收和采集包含在約3到80Hz頻帶內(nèi)的地震壓力數(shù)據(jù)，還能夠接收和采集頻率低于3Hz的壓力數(shù)據(jù)，頻率低于3Hz的壓力數(shù)據(jù)本身不是地震數(shù)據(jù)，因為它們與海底的地下界面無關(guān)。低阻濾波器被禁用后，每一個壓力傳感器能夠測量和采集低頻壓力數(shù)據(jù)，由之可以得到傳感器上方的海面的高度h。在處理采集到的數(shù)據(jù)的過程中應(yīng)用所述低阻濾波器的情況下，在低于3Hz的頻率接收和采集的數(shù)據(jù)具有一個動態(tài)范圍，該范圍高到足以允許在禁用低阻濾波器后根據(jù)本發(fā)明進一步利用所述數(shù)據(jù)。
對于平坦海面，海面下的壓力表示為P0＝ρgz(1)其中，P0是傳感器感測到的靜水壓力，ρ是水的密度，g是重力加速度，z是所述傳感器在平均海平面(MSL，Mean Sea Level)以下的深度。但是，對于不平坦的海面，壓力傳感器檢測到的壓力就不僅僅是與傳感器正上方的海面高度相關(guān)(D.J.T.Curter，P.G.Challenor，J.A.Ewing，E.G.Pit，M.A.Srokosk and M.J.Tucker，“Estimating WaveClimate Parameters for Engineering Applications”，OffshoreTechnology Report OTH 86 228，1986(Carter et al.))。假設(shè)系統(tǒng)可以視為線性的，并假設(shè)不同海浪的效應(yīng)可以疊加，則壓力傳感器感測到的壓力的動態(tài)部分是p＝ρgh cosh(k(d-z))/cosh(kd)(2)其中，p是壓力的動態(tài)部分，k是等于2π/λ的海浪波數(shù)(其中λ是波長)，h是傳感器正上方的海面相對于MSL的向上位移，d是相對于MSL的海深。
對于無限深的海洋，等式(2)簡化為p＝ρgh exp(-kz)(3)從等式(3)可以看到，與其深度z相比，壓力傳感器對具有小波數(shù)k的海面高度的變化尤為敏感。具有大波數(shù)k，從而具有短波長λ的海面高度的變化被平滑化，被檢測到的幅度減小了。Carter et al.公開了平滑化效應(yīng)。
如果需要，等式(3)可以加以修改，以將非線性項即粘滯性(內(nèi)摩擦)和表面張力考慮進來。在估計碎浪的海面高度時，前者尤其重要。
如圖4所示，其中用在MSL以下2、4和8米處安裝的壓力傳感器測定深度，并與4m SWH的實際高度剖面進行比較，其中的誤差不小，傳感器布置得越深，高度的讀數(shù)就越平滑。對于數(shù)據(jù)的處理，最好對短波長處幅度的衰減進行校正。
已知海浪占據(jù)的頻譜部分在約0.03Hz到約0.5Hz。盡管海浪的頻率范圍為0.03Hz到0.5Hz，由于傳感器在拖船方向并相對于波的運動的縱向運動，該頻率范圍由于多普勒效應(yīng)而擴展到0.03到1Hz。
圖5A和5B圖示了一個由Q拖纜接收或采集、記錄和使用的原始壓力數(shù)據(jù)的例子。與拖纜上的壓力傳感器相聯(lián)的低阻濾波器是傳統(tǒng)的3Hz數(shù)字低阻濾波器，并被禁用了。在這個例子中，拖曳該裝有壓力傳感器的Q拖纜的勘探船在風浪中行駛。在圖5A中圖示了原始數(shù)據(jù)。水平軸表示了拖纜的第一段400m，縱軸表示以秒為單位的時間。數(shù)據(jù)中的對角線對應(yīng)于沿著拖纜上方行走的海浪。圖5B圖示了圖5A的數(shù)據(jù)的fk譜。向左并終止于在0.5Hz的某處的分支對應(yīng)于從拖纜上方通過的波浪。條形圖案為吉布斯現(xiàn)象，該現(xiàn)象可以通過適當?shù)乜s放來自不同拖纜段的數(shù)據(jù)而加以避免。
因此，根據(jù)本發(fā)明，用對低于約1Hz的頻率敏感的傳感器接收和采集與海浪有關(guān)、在約0.03Hz到約1Hz頻帶中的頻率數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)從傳感器發(fā)送到拖船上的計算機存儲器。由傳感器或者傳感器組采集到的數(shù)據(jù)被記錄，然后被處理，以確定傳感器或者傳感器組上方的海面高度。
在處理所述低頻壓力數(shù)據(jù)以測定傳感器上方的海面高度的一個優(yōu)選方法中，對直接從壓力測量數(shù)據(jù)獲得并記錄的高度加以校正，以將傳感器在拖船方向的運動考慮進去。這可以通過將測量結(jié)果內(nèi)插到在水中靜止的一列點而完成。如果水例如由于潮汐作用而在地上運動，則數(shù)據(jù)也可以內(nèi)插到水的體系中，而不是內(nèi)插到陸地的體系中，因為壓力波是在水體系中傳播的。
在針對傳感器的深度導致的平滑化效應(yīng)而校正了傳感器的運動之后，就進一步校正了壓力測量結(jié)果。對于表面波場的每一個k分量，可以從上述等式(2)得到校正因子。從壓力數(shù)據(jù)的頻譜以及有關(guān)表面波的頻散的知識得到表面的k譜ω2＝gk tanh(kd)(4)其中，ω是表面波的角頻率，等于2π/τ，其中τ是波周期，等于1/f，其中f是以Hz為單位的頻率，k是表面波數(shù)，d是相對于MSL的海洋深度。對于無限深的海洋，上式簡化為ω2＝gk(5)這樣，在深水限制下，從等式(3)和(5)得出p(ω)＝pgh(ω)exp(-ω2z/g)(6)這是在無限深海洋的條件下，根據(jù)本發(fā)明可以應(yīng)用的校正濾波。來自每一個接收器的數(shù)據(jù)可以被去卷積，而不使用來自其它接收器的數(shù)據(jù)。
注意，通過對h(t)信號去卷積，可以消除低通濾波項exp(-ω2z/g)。
對于有限海洋深度的情況，將等式(2)和(4)數(shù)字組合(combinednumerically)起來形成濾波器。但是，對于50m或更深的海洋，海洋深度的效應(yīng)就不大了。圖6圖示了對于兩種不同的傳感器深度，6m和12m，以及兩種海洋深度，無限深和50m，的深度濾波曲線。另外，描繪了4m SWH皮爾遜-莫斯科維茨(Pierson-Moskowitz)各向同性海浪頻譜曲線，圖示了該頻譜的有效部分。每個濾波曲線在低頻分為兩部分分別對應(yīng)于無限深海洋以及50m海洋深度。在海浪頻譜帶寬上，海洋深度的效應(yīng)小?？梢钥闯觯邢藓Ｑ笊疃葘鞲衅鳛V波的影響小，最大為頻譜有效部分的百分之幾。
這樣，本發(fā)明提供一種測定在所述壓力傳感器或者每一壓力傳感器上方的海面高度的方法。在一個實施例中，所述壓力傳感器或者每一個壓力傳感器為地震傳感器，因此本發(fā)明為所述地震傳感器提供局部海面高度數(shù)據(jù)，因為本發(fā)明能夠提供對所述壓力傳感器或者每一壓力傳感器上方海面高度的測量。
另外，如前所述，每一個壓力傳感器一般對壓力進行重復采樣。相繼的采樣操作采集的數(shù)據(jù)可以被如上所述進行處理，以提供所述地震傳感器上方海面高度隨時間變化的測量值。
對每一個壓力傳感器獲得的局部海面高度數(shù)據(jù)有很多應(yīng)用。
例如，每一個壓力傳感器上方的海面高度允許重建海面的剖面。這例如可以這樣實現(xiàn)沿著拖纜線，對隨時間變化的表面高度進行外推。這或者可以用統(tǒng)計內(nèi)插方法(statistical interpolation method)實現(xiàn)比如J.Goff為測定海底剖面而提出的方法。
在重建海洋表面后，就能夠計算海面的反射響應(yīng)。這例如可以利用基爾霍夫積分(Kirchhoff Integration)、Lax-Wendroff技術(shù)或者其它合適的技術(shù)進行。然后可以計算一個去卷積算子，并將其應(yīng)用于與用來獲得海面剖面的壓力數(shù)據(jù)同時采集到的地震數(shù)據(jù)，以針對海面的隨時間變化的高度的效應(yīng)校正地震數(shù)據(jù)。例如，可以用海面高度的隨時間變化的估計值來削減地震數(shù)據(jù)中不平坦海面虛反射的影響。這樣就改善了獲得的地震圖像的質(zhì)量。
從低頻壓力數(shù)據(jù)獲得的海面高度數(shù)據(jù)可以用來針對海面的隨時間變化的高度的影響校正用同一傳感器獲得的地震壓力數(shù)據(jù)。其也可以用來校正其它地震數(shù)據(jù)。例如，如果用位于4C地震接收器中的壓力傳感器采集低頻壓力數(shù)據(jù)，從該低頻壓力數(shù)據(jù)獲得的海面高度數(shù)據(jù)可以用來，例如，校正由4C接收器中的地震檢波器采集的質(zhì)點速率數(shù)據(jù)，以及校正地震壓力數(shù)據(jù)。
用本發(fā)明的方法獲得的海面高度數(shù)據(jù)或者可以用來確定海面的狀態(tài)，尤其是用來估計浪高，這就是所謂的“海況QC(Sea State QC)。海況QC目前是通過對海面進行視覺觀察，從而為浪高分配一個數(shù)值而實現(xiàn)的。但是，根據(jù)本發(fā)明，可以從通過低頻壓力測量獲得的局部海面高度數(shù)據(jù)，或者從局部海面高度數(shù)據(jù)重建的海面剖面，來確定海面的浪高。這提供了比視覺觀察更精確的對浪高的測定。
本發(fā)明提供的局部海面高度數(shù)據(jù)還可以用來確保拖纜正確地水平化。通常，在地震勘探中，希望拖纜基本上水平(在水中水平)。在將拖纜放入水中后，可以根據(jù)本發(fā)明獲得局部海面高度數(shù)據(jù)，這可以顯示出拖纜在水中是否水平，并且拖纜是否在平均海平面以下希望的深度?？梢园凑招枰{(diào)整拖纜或者拖纜的一段或多段，在局部海面高度數(shù)據(jù)表明拖纜已經(jīng)被調(diào)整為水平并且調(diào)整到正確高度后，拖纜就準備好進行地震數(shù)據(jù)采集了。
在勘探中，可以監(jiān)視局部海面高度，以確保拖纜保持在水平位置和所希望的深度。例如，如果局部海面高度數(shù)據(jù)表明某段拖纜的深度增加了，而拖纜其它部分的深度仍然基本保持不便，這就是一個強烈的信號某段拖纜漏了，由于進了海水，該段拖纜正在下沉。
如前所述，在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，利用地震壓力傳感器比如水聽器采集低頻壓力數(shù)據(jù)。這使得低頻壓力數(shù)據(jù)的采集可以與地震數(shù)據(jù)的采集同時進行。接下來，這又允許在采集地震數(shù)據(jù)的時刻測定局部海面高度數(shù)據(jù)，例如用于對地震數(shù)據(jù)去虛反射。在用這種方式一起采集低頻壓力數(shù)據(jù)和地震數(shù)據(jù)的情況下，最好在與地震數(shù)據(jù)相同的時間段上，與地震數(shù)據(jù)同時接收和采集低頻數(shù)據(jù)。例如，低頻壓力數(shù)據(jù)可以在這樣一個時間段中被采集從地震數(shù)據(jù)采集開始前20秒到地震數(shù)據(jù)采集終止后20秒。
應(yīng)當注意，在實踐中，水聽器具有固有低阻濾波效應(yīng)(除了上述的數(shù)字低阻濾波器之外)。一個水聽器就是一個低頻電容器，承載來自水聽器的輸出信號的導線就是電阻，此外，來自水聽器的信號通常送到一個電壓放大器，這就具有輸入阻抗。所述水聽器電容和線路電阻就成為一個低阻濾波器。這個低阻濾波器將明顯削減頻率范圍為0.03Hz到1Hz的壓力波的水聽器輸出的幅度。為了精確地測定局部海面高度，必須針對該低阻濾波效應(yīng)進行校正，這就是所說的“補償”該濾波器。如果確定了水聽器電容和線路電阻，就可以針對固有低阻濾波效應(yīng)校正采集到的數(shù)據(jù)。
除了地震傳感器之外，傳統(tǒng)的拖纜通常設(shè)有深度傳感器。它們通常是靜水壓力傳感器，測量頻率低于約0.02Hz的靜水壓力。從測得的靜水壓力根據(jù)等式(1)獲得傳感器的深度。(深度傳感器通常是壓力傳感器，基于名義的或者校準的水密度和空氣氣壓進行壓強-深度轉(zhuǎn)換，而不是直接測量深度。)這些傳統(tǒng)的深度傳感器可以用來檢查用水聽器采集的低頻壓力數(shù)據(jù)的質(zhì)量或者對其進行校正。這樣的檢查是用的，因為在低頻，水聽器輸出的噪聲成分可能很大。由在0.02Hz或者以下頻率工作的深度傳感器提供的所述校正可以很好地擴展到與該深度傳感器緊鄰的水聽器以外，因為深度傳感器工作的非常低的頻率對應(yīng)于具有很大波長的表面波。
在上述實施例的說明中，使用地震傳感器采集頻率范圍為0.03Hz到1Hz的壓力數(shù)據(jù)。但是本發(fā)明不限于此。對于0.03Hz到1Hz頻率范圍的壓力數(shù)據(jù)，可以用一個或者多個專用的獨立傳感器采集。例如，在這樣的實施例中，可以為一條地震拖纜提供除了拖纜上的地震傳感器之外的一個或者多個傳感器，用于采集0.03Hz到1Hz頻率范圍的壓力數(shù)據(jù)。這些附加的傳感器可以是任何能夠采集0.03Hz到1Hz頻率范圍的壓力數(shù)據(jù)的壓力傳感器。在本實施例中，所述拖纜具有第一組用于采集所述低頻壓力數(shù)據(jù)的一個或多個傳感器，并具有第二組用于采集地震數(shù)據(jù)的一個或多個傳感器該拖纜的地震傳感器采集地震數(shù)據(jù)，拖纜上的所述額外的傳感器采集低頻表面波壓力數(shù)據(jù)。
在這些額外的低頻壓力傳感器的輸出要用于對拖纜上的地震傳感器采集的地震數(shù)據(jù)去虛反射的情況下，每一個低頻壓力傳感器最好基本上與相應(yīng)的地震傳感器位于同一位置。每一個低頻壓力傳感器最好與要校正的地震接收器重合放置，或者放置在后者的約3m范圍內(nèi)。另外，所述低頻壓力數(shù)據(jù)最好與地震數(shù)據(jù)基本上同時被接收和采集，至少在與地震數(shù)據(jù)相同的時間段上接收和采集。例如，所述低頻壓力數(shù)據(jù)的采集時間段可以是從地震數(shù)據(jù)采集開始前20秒到地震數(shù)據(jù)采集接收后20秒。
上面對本發(fā)明的描述盡管是結(jié)合特定的地震拖纜進行的，但是本發(fā)明不限于此而可以應(yīng)用于任何地震接收器陣列。如果接收器陣列包括地震壓力傳感器，則本發(fā)明的實現(xiàn)可以利用所述地震壓力傳感器來采集所述低頻壓力數(shù)據(jù)，并且/或者利用一個或者多個額外的低頻壓力傳感器來采集所述低頻壓力數(shù)據(jù)。另一方面，如果接收器陣列不包括地震壓力傳感器，則本發(fā)明的實現(xiàn)可以利用一個或者多個附加的低頻壓力傳感器來采集所述低頻壓力數(shù)據(jù)。
原則上，本發(fā)明的實現(xiàn)可以使用單個低頻壓力傳感器。但是，這只能對海面高度提供有限的信息(也就是說，只能提供傳感器上方海面高度的單個值)。最好使用多個低頻壓力傳感器，因為這可以提供有關(guān)所述多個傳感器的每一個的上方的流體柱的表面高度的信息，從而，例如通過對這些位置之間的海面高度進行內(nèi)插，可以從所述多個傳感器的每一個上方的流體柱的表面高度的信息生成海面的剖面。
上面對本發(fā)明的描述是結(jié)合一個或者多個設(shè)置在一個接收器陣列上的低頻壓力傳感器進行的。但是本發(fā)明不限于此，而可以應(yīng)用于海洋地震源陣列在該源陣列上設(shè)置一個或者多個在0.03Hz-1Hz頻帶中敏感的壓力傳感器，使每一個傳感器與一個地震源或者相應(yīng)的地震源相聯(lián)。這些傳感器的輸出可以如上所述進行處理，從而提供所述傳感器或者每一個傳感器上方的局部海面高度。這例如可以用來校正源的不平坦海面虛反射響應(yīng)，在這種情況下，每一個低頻壓力傳感器最好與其相應(yīng)的源基本上處于同一位置，例如與要校正的地震源重合放置或者放置在后者的約3m范圍內(nèi)。
應(yīng)當注意，測定設(shè)置在源陣列上或者設(shè)置在源陣列中的傳感器上方的局部海面高度所需的處理不與設(shè)置在接收器陣列中或者接收器陣列上的傳感器的處理完全相同。源陣列通常是從一個浮體懸垂下來，從而位于海面下一個恒定的位置，也就是說，源陣列隨著海面高度的變化而上下運動。源陣列的這種運動引入多普勒頻移，這在處理設(shè)置在源陣列上的傳感器采集的數(shù)據(jù)時必須考慮到。(與此相反，拖纜通常被深度控制裝置保持在一個與海面高度/涌浪無關(guān)的恒定“深度”。)圖7是能夠處理用本發(fā)明的方法采集的低頻壓力數(shù)據(jù)以測定所述傳感器或者每一個傳感器上方的局部海面高度的設(shè)備1的示意方框圖。在一個優(yōu)選實施例中，該設(shè)備1還能夠利用所述局部海面高度處理地震數(shù)據(jù)，以削減虛反射在被處理的地震數(shù)據(jù)中的影響。
該設(shè)備1包括一個可編程數(shù)據(jù)處理器2，用一個程序存儲器3(例如只讀存儲器(ROM)的形式)存儲用于控制數(shù)據(jù)處理器2來用本發(fā)明的方法處理地震數(shù)據(jù)的程序。該設(shè)備還包括非易失性讀寫存儲器4，用于存儲例如任何在沒有電源時必須保持的數(shù)據(jù)。由一個隨機存取存儲器RAM5作為數(shù)據(jù)處理器的“工作”存儲器或者便箋式存儲器。設(shè)置輸入設(shè)備6來例如接收用戶命令和數(shù)據(jù)。設(shè)置一個或多個輸出設(shè)備7，例如用來顯示與處理的進程和結(jié)果有關(guān)的信息。輸出設(shè)備例如可以是打印機、可視顯示裝置或者輸出存儲器。
用來處理的數(shù)據(jù)組可以通過輸入設(shè)備6提供，或者，可選地，可以由可機讀的數(shù)據(jù)存儲器8提供。
處理的結(jié)果可以通過輸出設(shè)備7輸出或者被存儲起來。
用于操作系統(tǒng)、執(zhí)行前述方法的程序被存儲在程序存儲器3中，該存儲器可以被實現(xiàn)為半導體存儲器，例如公知的ROM類型。但是，程序也可以存儲在合適的任何其它存儲介質(zhì)中，比如磁性數(shù)據(jù)載體3a(比如軟盤)或者CD-ROM 3b中。
圖8圖示了根據(jù)本發(fā)明的地震勘探系統(tǒng)的一個實施例。該地震勘探系統(tǒng)包括一個用10總體上表示的源陣列，其包括一個或者多個地震源，并從勘探船11懸垂到海面以下。該地震勘探系統(tǒng)還包括一個接收器陣列，圖8中所示為一個拖纜12，被拖曳在勘探船的后面。但是接收器陣列可以是其它任何接收器陣列，例如多條拖纜或者海底纜繩。在該拖纜上設(shè)置有多個地震接收器13a、13b、13c，其中每一個由地震壓力傳感器構(gòu)成或者包括地震壓力傳感器，所述地震壓力傳感器比如是水聽器。由地震接收器13a、13b、13c采集到的地震數(shù)據(jù)通過光纖、導線或者其它數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備沿著拖纜傳送到拖船11上的第一處理和/或記錄設(shè)備14a。
附圖標記15a和15b分別表示一個低頻壓力傳感器，它們能夠采集0.03Hz-1Hz頻率范圍的壓力數(shù)據(jù)。它們每一個分別與一個地震接收器13a、13b相鄰。壓力傳感器15a、15b采集到的低頻壓力數(shù)據(jù)被傳送給勘探船11上的第二處理和/或記錄設(shè)備14b，該設(shè)備處理壓力傳感器15a采集的低頻壓力數(shù)據(jù)以獲得該壓力傳感器15a上方的局部海面高度(基本上等于與該壓力傳感器15a相鄰的接收器13a上方的局部海面高度)。類似地，處理壓力傳感器15b采集到的低頻壓力數(shù)據(jù)，獲得壓力傳感器15b上方的局部海面高度(基本上等于相鄰的接收器13b上方的局部海面高度)。
在實踐中，壓力傳感器15a、15b在0.03Hz-1Hz頻率范圍內(nèi)對壓力重復采樣，從而測定每一個傳感器上方隨時間變化的局部海面高度。所得到的海面高度數(shù)據(jù)可以用于上述任何目的。例如，可以從這些局部高度測量值確定海面的隨時間變化的剖面。(實踐中，一條拖纜會包含許多如圖8所示的低頻壓力傳感器，從而有更多的局部海面高度測量值可以用于確定所述海面剖面)。
如前所述，本發(fā)明的實施可以使用一個地震壓力傳感器獲得所述低頻壓力數(shù)據(jù)。這在圖8中用附圖標記13c表示，該標記表示一個地震接收器，其具有一個地震壓力傳感器，其相聯(lián)的數(shù)字低阻濾波器已經(jīng)被禁用，從而能夠采集大致范圍為0.03Hz-1Hz的壓力數(shù)據(jù)。該接收器13c因此不需要有一個與其同位置的低頻壓力傳感器。由該接收器13c采集的低頻壓力數(shù)據(jù)被送往勘探船11上的第二處理和/或記錄設(shè)備14b，該接收器13c采集的地震數(shù)據(jù)被送往所述第一處理和/或記錄設(shè)備14a。處理接收器13c采集的低頻壓力數(shù)據(jù)以獲得該接收器13c上方的局部海面高度。
實踐中，本發(fā)明既可以用與每一個地震接收器基本上在同一位置的低頻壓力傳感器實現(xiàn)，也可以利用每一個地震壓力傳感器通過禁用相聯(lián)的數(shù)字低阻濾波器來獲得低頻壓力數(shù)據(jù)。為了說明的方便，這兩個方法都圖示在圖8中，但原則上，這兩個方法是可以相互組合的。
附圖標記15c表示一個設(shè)置在源陣列10上的壓力傳感器，其能夠在大致的頻率范圍0.03Hz-1Hz上采集壓力數(shù)據(jù)。該壓力傳感器15c采集的低頻壓力數(shù)據(jù)也被傳送到勘探船11上的所述第二處理和/或記錄設(shè)備14b，可以被處理從而獲得該壓力傳感器15c上方的局部海面高度(基本上等于源陣列10上方的局部海面高度)。
所述處理和/或記錄設(shè)備14a、14b可以被組合到單個處理和/或記錄設(shè)備中。它們可以包括如圖7所示的設(shè)備1。地震數(shù)據(jù)和低頻壓力數(shù)據(jù)可以簡單地在勘探船上加以記錄，后期進行處理，或者所述數(shù)據(jù)中的一種或者兩種都可以實時或者近實時地予以處理(例如為了監(jiān)視拖纜的深度)。
權(quán)利要求
1.一種測定流體柱表面高度的方法，該方法包括下列步驟提供在一個流體柱內(nèi)的一個或者多個傳感器，該傳感器或者每一個傳感器對頻率低于約1Hz的壓力波敏感；使用所述傳感器接收和采集約0.03Hz到約1Hz頻帶內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)；以及處理所述壓力數(shù)據(jù)，獲得有關(guān)該傳感器或者每一傳感器上方的流體柱的表面高度的信息。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該傳感器或每一傳感器被包括在一個地震傳感器陣列中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，該傳感器或每一傳感器被包括在一條測量纜中。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，該傳感器，或者至少一個所述傳感器，是地震傳感器。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述地震傳感器與約0.03Hz到約1Hz頻帶中的壓力數(shù)據(jù)的接收和采集基本上同時地接收和采集地震數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，該地震傳感器或者每一個地震傳感器是水聽器。
7.如權(quán)利要求3或者從屬于權(quán)利要求3的權(quán)利要求4到6之一所述的方法，其特征在于，所述測量纜是一條包括多個去耦傳感器的拖纜。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該傳感器或者每一傳感器與一個地震源或者與相應(yīng)的地震源相聯(lián)。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，還包括下列步驟校正所采集到的壓力數(shù)據(jù)，以將該傳感器或者每一傳感器相對于流體柱的運動考慮在內(nèi)。
10.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，處理所述壓力數(shù)據(jù)的所述步驟包括對一個傳感器采集到的壓力數(shù)據(jù)應(yīng)用下述校正濾波p(ω)＝pgh(ω)exp(-ω2z/g)其中，p(ω)是傳感器感測到的壓力，ρ是流體的密度，g是重力加速度，z是所述傳感器在平均海平面以下的深度，ω是表面波的角頻率，h是傳感器正上方的流體柱的表面相對于平均海平面的向上位移。
11.如權(quán)利要求1到9之一所述的方法，其特征在于，處理所述壓力數(shù)據(jù)的所述步驟包括對一個傳感器采集到的數(shù)據(jù)進行校正濾波，該校正濾波為下述等式的數(shù)值組合p＝ρgh cosh(k(d-z))/cosh(kd)，和ω2＝gk tanh(kd)其中，p是傳感器感測到的壓力，ρ是水的密度，g是重力加速度，z是所述傳感器在平均海平面以下的深度，ω是表面波的角頻率，d是相對于平均海平面的海深，h是傳感器正上方的海面相對于平均海平面的向上位移。
12.如前述權(quán)利要求之一所述的方法，其特征在于，處理所述壓力數(shù)據(jù)的所述步驟包括下述步驟獲得有關(guān)所述多個傳感器中每一個的上方的流體柱的表面高度的信息；從有關(guān)所述多個傳感器中每一個的上方的流體柱的表面高度的信息生成海面的剖面。
13.一種處理地震數(shù)據(jù)的方法，包括下列步驟提供在一個流體柱內(nèi)的一個或者多個第一傳感器，該第一傳感器或者每一個第一傳感器對頻率在約0.03Hz以上的壓力波敏感；提供在所述流體柱內(nèi)的一個或者多個第二傳感器，該第二傳感器或者每一個第二傳感器為地震傳感器；使用所述第一傳感器接收和采集約0.03Hz到約1Hz頻帶內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)；與接收和采集壓力數(shù)據(jù)的上述步驟基本上同時，使用所述第二傳感器接收和采集地震數(shù)據(jù)；處理所述壓力數(shù)據(jù)，獲得有關(guān)該第一傳感器或者每一第一傳感器上方的流體柱的表面高度的信息；以及利用有關(guān)該第一傳感器或者每一第一傳感器上方的流體柱的表面高度的信息，處理所述地震數(shù)據(jù)，從而削減所述被處理的地震數(shù)據(jù)中不平坦海面虛反射的影響。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第一傳感器或者每一第一傳感器基本上與該第二傳感器或者相應(yīng)的第二傳感器在同一位置。
15.如權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，該第一傳感器或者每一第一傳感器為該第二傳感器或者相應(yīng)的第二傳感器。
16.如權(quán)利要求13、15或15所述的方法，其特征在于，處理所述地震數(shù)據(jù)的所述步驟包括用基爾霍夫積分計算反射響應(yīng)；計算一個去卷積算子；將該去卷積算子應(yīng)用于所述地震數(shù)據(jù)。
17.一種測定流體柱表面高度的系統(tǒng)，包括一個或者多個設(shè)置在一個流體柱內(nèi)的傳感器，該傳感器或者每一傳感器在使用時接收和采集約0.03Hz到約1Hz頻帶內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)；和處理設(shè)備，用于處理所述壓力數(shù)據(jù)，以獲得有關(guān)該傳感器或者每一傳感器上方的流體柱的表面高度的信息。
18.如權(quán)利要求14所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述處理設(shè)備包括一個可編程數(shù)據(jù)處理器。
19.一種包含有存儲的用于權(quán)利要求15所述系統(tǒng)的可編程數(shù)據(jù)處理器的程序的數(shù)據(jù)載體。
20.一種被編程為執(zhí)行權(quán)利要求1到16之一所述方法的計算機。
21.一種將計算機編程為執(zhí)行權(quán)利要求1到16之一所述方法的程序。
22.一種地震勘探系統(tǒng)，包括設(shè)置在一個流體柱內(nèi)的地震源；設(shè)置在該流體柱內(nèi)，與所述地震源相隔一定距離的一個或多個第一傳感器，該地震傳感器或者每一個地震傳感器用來接收和采集約0.03Hz到約1Hz頻帶內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)；一個和多個第二傳感器，適合于與所述壓力數(shù)據(jù)的采集基本上同時地接收和采集地震數(shù)據(jù)；第一處理設(shè)備，用于處理所述壓力數(shù)據(jù)，以獲得有關(guān)該傳感器或者每一傳感器上方的流體柱的表面高度的信息；和第二處理設(shè)備，用于利用有關(guān)該傳感器或者每一傳感器上方的流體柱的表面高度的信息來處理所述地震數(shù)據(jù)，以削減所述被處理的地震數(shù)據(jù)中不平坦海面虛反射的影響。
23.如權(quán)利要求22所述的地震勘探系統(tǒng)，其特征在于，該第一傳感器或每一第一傳感器與該第二傳感器或者每一第二傳感器基本上在同一位置。
24.如權(quán)利要求22所述的地震勘探系統(tǒng)，其特征在于，該第一傳感器或每一第一傳感器為該第二傳感器或者相應(yīng)的第二傳感器。
25.如權(quán)利要求22、23或24所述的地震勘探系統(tǒng)，其特征在于，所述第一處理設(shè)備為所述第二處理設(shè)備。
26.如權(quán)利要求22到26之一所述的地震勘探系統(tǒng)，其特征在于，所述第一處理設(shè)備包括一個可編程數(shù)據(jù)處理器。
27.一種包含存儲的用于權(quán)利要求26所述地震勘探系統(tǒng)的可編程數(shù)據(jù)處理器的程序的數(shù)據(jù)載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于削減海洋地震數(shù)據(jù)中的不平坦海面虛反射的影響的方法。根據(jù)本發(fā)明，該方法包括下列步驟提供一個或多個對低于約1Hz的頻率敏感的壓力傳感器；利用所述傳感器接收和采集約0.03Hz到約1Hz的頻帶中的壓力數(shù)據(jù)；記錄所述數(shù)據(jù)；處理所述數(shù)據(jù)以提供有關(guān)該傳感器或者每一傳感器上方的海面高度的信息。該傳感器或者每一傳感器可以是能夠與約0.03Hz到約1Hz頻帶內(nèi)的壓力數(shù)據(jù)的采集基本上同時地采集地震數(shù)據(jù)的地震傳感器。
文檔編號G01V1/38GK1555496SQ02818318
公開日2004年12月15日 申請日期2002年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月18日
發(fā)明者羅伯特·M·羅茲, 喬翰·O·A·羅伯特森, 朱利安·E·克拉格, 林德特·康比, E 克拉格, 康比, O A 羅伯特森, 羅伯特 M 羅茲 申請人:維斯特恩格科地震控股有限公司