專(zhuān)利名稱(chēng)：處理地震數(shù)據(jù)的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及處理地震數(shù)據(jù)，尤其是多分量地震數(shù)據(jù)，以從采集到的數(shù)據(jù)中消除不需要的波至(事件，events)的方法。本申請(qǐng)還涉及處理地震數(shù)據(jù)的設(shè)備。本申請(qǐng)還涉及計(jì)算去震源特征(de-signature，去小波)和去多次反射(de-multiple)算子，或者計(jì)算去震源特征算子的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
圖1(a)是地震勘探的原理示意圖。地震勘探目的在于提供關(guān)于位于地球內(nèi)部的目標(biāo)地質(zhì)反射體3的信息。
示于圖1的地震勘探包括設(shè)置在地球表面1的地震源4。地震傳感器5(下面稱(chēng)為接收器)也設(shè)置在地面，離地震源4一定距離。在使用時(shí)，使地震源激發(fā)地震能量脈沖，由接收器5檢測(cè)發(fā)射出的地震能量。
圖1(a)圖解了陸地地震勘探。但是，這種通用形式的地震勘探不限于陸地，而可以在海洋環(huán)境或者陸海過(guò)渡區(qū)進(jìn)行。例如，這樣的海洋地震勘探系統(tǒng)是已知的勘探船拖曳一個(gè)或者多個(gè)地震源。在這樣的方案中，接收器可以設(shè)置在海床上(所謂的“海底測(cè)纜(ocean bottomcable)”勘探或者OBC勘探)，或者接收器也可以由勘探船拖曳著。另外，陸地地震勘探不限于圖1(a)所示的方案，地震源或者地震接收器也可以設(shè)置在地球內(nèi)。例如，在垂直地震剖面(VSP，vertical seismicprofile)地震勘探中，將地震源設(shè)置在地面，接收器設(shè)置在地球內(nèi)部的井孔中。在逆VSP(reverse VSP)勘探中，地震源設(shè)置在井孔中，接收器設(shè)置在地面。
為了方便說(shuō)明，圖1(a)中僅圖示了一個(gè)地震源4和一個(gè)地震接收器5。但是，一般而言，實(shí)際的地震勘探將包括一個(gè)震源陣列和一個(gè)接收器陣列。
在地震勘探中，一個(gè)問(wèn)題是地震能量會(huì)沿著多條路徑從震源傳播到接收器。這其中的一個(gè)原因是除了目標(biāo)反射體之外，在地球中還存在許多其它的反射體。在圖1(a)中，這示意性地以在目標(biāo)反射體3上方的反射體2來(lái)表示。這些額外的反射體產(chǎn)生從震源到接收器的地震能量路徑，涉及在目標(biāo)反射體之外的反射體上的反射。存在地震能量的多條路徑的另一個(gè)原因是在地球內(nèi)向上傳播的地震能量會(huì)在地面1被反射，這是由于地和空氣的不同地震特性。這導(dǎo)致從震源到接收器存在多條地震能量路徑，這涉及在目標(biāo)反射體處的不止一次的反射。這些路徑在接收器所采集到的地震數(shù)據(jù)中導(dǎo)致了不需要的波至。采集到的地震數(shù)據(jù)中與經(jīng)過(guò)多次反射的地震能量有關(guān)的波至在下面稱(chēng)為“多次反射波至”(multiple event)。
圖1(a)圖示了該勘探方案中地震能量的主要路徑，其中，地震能量從震源4到接收器5的路徑只包括在目標(biāo)反射體3的一次反射(為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，在圖1(a)中省略了在上覆發(fā)射體2處發(fā)生的折射)。盡管沿著該主要路徑傳播的地震能量在其從震源4到目標(biāo)反射體3的向下的路徑上穿過(guò)上覆反射體2，并在從目標(biāo)反射體3到接收器5的向上的路徑上再次穿過(guò)該上覆反射體2，該主要路徑并不包括在上覆反射體2上的反射。在理想地震勘探中，接收器5只會(huì)檢測(cè)沿著主要路徑傳播的地震能量。
在實(shí)際的地震勘探中，接收器5會(huì)檢測(cè)到從震源4沿著除主路徑之外的許多路徑傳播的能量。這些其它地震能量路徑的例子示于圖1(b)到1(d)中。圖1(b)到1(d)圖解了涉及一次以上反射的地震能量路徑，這就是所謂的多次反射波至(multiple events)。在圖1(b)中，從震源4向下傳播的地震能量被上覆反射體2反射，從而使其向上傳播到地球表面1。該地震能量又在地球表面被向下反射，然后入射到目標(biāo)反射體上。這種通常類(lèi)型的波至就是眾所周知的“震源側(cè)多次反射波至”(“source-leg multiple”)，因?yàn)樵诘卣鹉芰繌恼鹪吹侥繕?biāo)反射體的路徑上發(fā)生了額外的反射。
圖1(c)圖解了地震能量直接從震源傳播到目標(biāo)反射體3，然后在目標(biāo)反射體3向上反射的地震能量路徑。但是，被反射的地震能量不是直接入射到接收器，而是在地球表面向下反射，然后在到達(dá)接收器之前在上覆反射體2處向上反射。這種類(lèi)型的地震路徑公知為“接收器側(cè)多次反射波至”(“receiver-leg multiple”)，因?yàn)樵诘卣鹉芰繌哪繕?biāo)反射體到接收器的路徑上發(fā)生了額外的反射。
圖1(d)圖解了一種地震路徑，其中，來(lái)自震源的地震能量入射到目標(biāo)反射體上，向上反射到地球表面，然后向下反射，在目標(biāo)反射體3上又一次反射，而后到達(dá)接收器。在這樣的地震能量路徑中，在地震能量從震源到目標(biāo)反射體的路徑以及地震能量從目標(biāo)反射體到接收器的路徑之間產(chǎn)生了額外的路徑。
在實(shí)際的地震勘探中，在接收器處采集到的地震能量包括與所需的主要路徑1(a)相應(yīng)的波至，但是也包括與不想要的多次反射路徑(multiple paths)比如示于圖1(b)到1(d)的路徑相關(guān)的波至。為了提供關(guān)于目標(biāo)反射體的精確信息，希望能夠從接收器采集到的地震能量中識(shí)別和去除多次反射波至(multiple events)。
在陸地勘探中使用的地震源通常是振動(dòng)或者爆炸震源。如果使用振動(dòng)器，則可以進(jìn)行多分量勘探(multi-component survey)使用產(chǎn)生三個(gè)正交震源運(yùn)動(dòng)(兩個(gè)在正交的水平方向，一個(gè)在垂直方向)的多分量振動(dòng)器。如果使用的地震接收器能夠記錄三個(gè)正交方向的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，則可以進(jìn)行3C×3C(或者9C)地震勘探。用于此目的的合適的接收器是能夠測(cè)量接收器處的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的三個(gè)正交分量的接收器，例如包含三個(gè)正交地震檢波器的接收器兩個(gè)地震檢波器用于測(cè)量接收器處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)正交水平分量，第三個(gè)地震檢波器用于測(cè)量接收器處質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的垂直分量。
地震勘探結(jié)果的分析的另一個(gè)問(wèn)題是多分量振動(dòng)器(其通過(guò)對(duì)地面施加推力而工作)發(fā)射三種不同類(lèi)型的波，也就是P波、Sv波和Sh波(P波是壓力波，Sv和Sh波是剪切波)。多分量振動(dòng)器發(fā)射的地震能量中，這些不同類(lèi)型的波的相對(duì)幅度隨著地震能量傳播方向而變化。一個(gè)多分量接收器記錄三種波類(lèi)型，其靈敏度取決于接收到的地震能量的入射角。當(dāng)?shù)卣饳z波器測(cè)量地球表面的波場(chǎng)的一個(gè)分量時(shí)，P波和兩種類(lèi)型的S波都被不加區(qū)別地予以記錄。
這示意性地圖解于圖4(a)中。圖4(a)圖示了一種陸地地震勘探，其中，在地球表面布置一個(gè)三分量地震源4(這里是一個(gè)多分量振動(dòng)器)和一個(gè)三分量地震接收器5。如圖4(a)所示，地震源4發(fā)射P波和S波(為了簡(jiǎn)明起見(jiàn)，僅圖示了一種S波)，接收器5檢測(cè)P波和S波。圖4(a)從左至右圖示了四個(gè)圖面(i)在振動(dòng)器4處由水平震源運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，并在接收器5處由水平取向的地震檢波器接收的地震能量；(ii)在振動(dòng)器4處由水平震源運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，在接收器5處由垂直取向的地震檢波器檢測(cè)到的地震能量；(iii)在振動(dòng)器4處由垂直震源運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，在接收器5處由水平取向的地震檢波器檢測(cè)到的地震能量；(iv)在振動(dòng)器4處由垂直震源運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，在接收器5處由垂直取向的地震檢波器檢測(cè)到的地震能量。
圖4(a)僅圖解了振動(dòng)器4處震源運(yùn)動(dòng)的一個(gè)水平分量和一個(gè)垂直分量，以及接收器5處的一個(gè)水平地震檢波器分量和一個(gè)垂直地震檢波器分量。如前所述，在全多分量勘探中，振動(dòng)器4還會(huì)由在紙面所在平面以外的震源運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生地震能量，接收器還會(huì)包括檢測(cè)沿著紙面外的直線(xiàn)的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的第三地震檢波器。這樣，在震源處產(chǎn)生的三個(gè)正交震源運(yùn)動(dòng)和接收器處的三個(gè)正交地震檢波器總共產(chǎn)生9個(gè)組合。
如前所述，許多地震接收器無(wú)區(qū)別地記錄P波和S波，從而，在接收器處采集到的地震記錄跡包括歸因于接收到的P波的波至和歸因于接收到的S波的波至。在許多情況下，希望將地震記錄跡中的P波至與S波至相分離，因?yàn)檫@可以提供關(guān)于地球內(nèi)部的額外的信息。在許多情況下，地質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)P波和S波有不同的影響。將地震記錄跡中的P波至與S波至相分離的處理通常稱(chēng)為將地震記錄跡分解為其P分量和S分量。
有許多現(xiàn)有技術(shù)的方法用于將在接收器處采集的地震能量分解為P分量和S分量。同時(shí)也有許多現(xiàn)有技術(shù)的方法用于從采集到的地震數(shù)據(jù)中消除多次反射的影響。
對(duì)于陸地地震數(shù)據(jù)，C.P.A.Wapenaar et al.在”Decomposition ofmulticomponent seismic data into primary P-and S-wave responses”，Geophys.Prosp.Vol.38，pp633-661(1990)中，以及P.Herrmann在”Decomposition of multicomponent measurements into P-andS-waves”，Ph.D.thesis，Delft University of Technology(1992)中，給出了一種彈性分解方案分解在接收器側(cè)(共炮點(diǎn)道集)和在震源側(cè)(共接收器道集)兩側(cè)的數(shù)據(jù)。應(yīng)用于沿著接收器線(xiàn)(receiver line)的共炮點(diǎn)道集的波場(chǎng)分解用純P波和S波檢測(cè)子(detector)取代原來(lái)的質(zhì)點(diǎn)速度檢測(cè)子。類(lèi)似地，應(yīng)用于共接收器道集的波場(chǎng)分解用純P波和S波震源取代原來(lái)的振動(dòng)器震源。這樣，總的分解方案提供9個(gè)不同的數(shù)據(jù)集來(lái)自模擬P、Sv和Sh震源的經(jīng)過(guò)P、Sv和Sh處理的道集。
在進(jìn)行波場(chǎng)分解之后，Wapenaar et al.(1990，supra)應(yīng)用一個(gè)反演機(jī)制(reverse scheme)，從被分解的結(jié)果中消除地球表面的響應(yīng)。在這種技術(shù)中，將地球表面假設(shè)為固體和真空之間的界面。消除地球表面的響應(yīng)就是從被分解的數(shù)據(jù)中消除涉及地球表面反射的所有多次反射路徑，從而給出地球內(nèi)部的一次P波和S波響應(yīng)。
這種現(xiàn)有技術(shù)要求地震源是點(diǎn)震源，并具有已知的子波(wavelet)，或者能夠從采集到的數(shù)據(jù)計(jì)算(估計(jì))子波。
E.Holvik和L. Amundsen在”decomposition of multicomponentsea floor data into primary PP，PS，SP and SS waveresponse”，Expanded Abstracts of 68thAnnual Int Mtg of Society ofExploration Geophysicists，pp2040-2043(1998)中將上述現(xiàn)有技術(shù)推廣到了海洋地震勘探的情況其中，在海底布置理想振動(dòng)器(推力震源，traction sources)和地震檢波器。這種技術(shù)涉及分解所采集到的數(shù)據(jù)，消除由于水層內(nèi)的反射而產(chǎn)生的波至。
K.Matson和A.Weglein在“Removing of elastic interfacemultiples from land and ocean bottom seismic data using inversescattering”in Expanded Abstracts of 66thAnnual Int Mtg of Societyof Acceleration of Geophysicists，pp1526-1529(1996)中，以及K.Matson在“An inverse scattering series method for attenuatingelastic multiples from multicomponent land and ocean bottom seismicdata”，Ph.D.thesis，University of British Columbia(1997)中，發(fā)展了另一種現(xiàn)有技術(shù)。在這種技術(shù)中，使用逆散射級(jí)數(shù)(inverse scatteringseries)來(lái)發(fā)展從多分量陸地或者洋底地震數(shù)據(jù)衰減多次反射的彈性方案(elastic scheme)。
由Holvik和Amundsen發(fā)展，并由Matson和Weglein再次發(fā)展的所述級(jí)數(shù)要求地震源必須是點(diǎn)震源，并且具有已知的子波，或者可以從采集到的數(shù)據(jù)計(jì)算(估計(jì))子波。
L.Amundsen在“Geophysics”Vol 66 pp327-341(2001)中提出了一種從布置在水柱中或者海床上的多分量地震接收器采集到的海洋地震數(shù)據(jù)中消除自由表面多次反射的方法。但是，該方法不能消除與海床相關(guān)聯(lián)的多次反射的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一方面在于提供一種處理多分量地震數(shù)據(jù)的方法，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，并在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該方法包括下列步驟將采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分；從采集到的地震數(shù)據(jù)的所述下行成分以及環(huán)繞該接收器的介質(zhì)的特性計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子。
本發(fā)明的去震源特征和去多次反射算子能夠有效地衰減或者完全消除地震數(shù)據(jù)中蓋層(overburden)的影響。其能夠有效地從地震數(shù)據(jù)中消除與接收器高度以上的任何界面或者接收器高度的任何界面相關(guān)的所有多次反射(術(shù)語(yǔ)“界面”包括任何導(dǎo)致地震能量部分反射的聲學(xué)或者彈性特性不連續(xù))。
其也能有效地從數(shù)據(jù)中衰減或者完全消除震源輻射特性(或者震源“特征(signature)”)的影響。
該方法可以包括用去震源特征和去多次反射算子處理所采集到的地震數(shù)據(jù)，從而衰減或者消除因?yàn)槎啻畏瓷涠a(chǎn)生的地震波至。這可以通過(guò)利用去震源特征和去多次反射算子處理所采集到的地震數(shù)據(jù)的上行成分而實(shí)現(xiàn)。或者，可以將去震源特征和去多次反射算子應(yīng)用于采集到的完整的(也就是未分解的)地震數(shù)據(jù)。
處理所采集到的地震數(shù)據(jù)的步驟可以包括為震源選定所需的地震源特征(seismic signature)。
該方法還可以包括將地震數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)。該分解步驟可以對(duì)去震源特征和去多次反射后的數(shù)據(jù)進(jìn)行。或者，可以在應(yīng)用去震源特征和去多次反射算子之前將采集到的數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)。
向P波和/或S波數(shù)據(jù)的分解可以是接收器側(cè)分解和/或震源側(cè)分解。
本發(fā)明的第二方面提供一種處理多分量地震數(shù)據(jù)的方法，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該方法包括下列步驟將采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分；從采集到的地震數(shù)據(jù)的初始下行成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性來(lái)計(jì)算一個(gè)去震源特征算子。
在接收器處采集到的地震數(shù)據(jù)的初始下行成分與直接從震源向接收器傳播而未經(jīng)過(guò)任何反射的地震能量有關(guān)。因此它們可以用來(lái)計(jì)算去震源特征算子，以衰減或者消除地震源的輻射特征對(duì)采集到的數(shù)據(jù)的影響。
本發(fā)明的上述方法可以應(yīng)用于已經(jīng)存在的地震數(shù)據(jù)。或者，本發(fā)明的方法可以還包括下述步驟在震源位置發(fā)射多分量地震能量；在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的其它方面體現(xiàn)在獨(dú)立權(quán)利要求10、12、13、14、16、23、24、26、27、28和30中。


下面結(jié)合附圖通過(guò)舉例描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。附圖中圖1(a)是地震勘探的示意圖，圖示了希望的地震能量路徑；圖1(b)、1(c)和1(d)是地震勘探的示意圖，圖示了地震能量的三種不希望的路徑；圖2是一個(gè)流程圖，圖示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例獲得去震源特征和去多次反射算子的方法的可能步驟；圖3(a)是一個(gè)真實(shí)地震勘探的示意圖；圖3(b)圖示了對(duì)應(yīng)于圖3(a)的地震勘探的理想地震勘探；圖3(c)圖示了又一個(gè)理想地震勘探，它是示于圖3(b)的理想地震勘探的逆；圖4(a)到4(d)圖解了將本發(fā)明的方法應(yīng)用于陸地地震勘探的效果；圖5(a)到5(b)圖解了將本發(fā)明的方法應(yīng)用于洋底地震勘探的效果；圖6(a)到4(b)圖解了將本發(fā)明的方法應(yīng)用于陸地地震勘探的效果，其中，接收器布置在地球內(nèi)部；圖7(a)到7(d)圖示了原始綜合地震數(shù)據(jù)；圖8(a)到8(d)圖示了圖7(a)到7(d)的綜合地震數(shù)據(jù)的上行分量；圖9(a)到9(d)圖示了圖7(a)到7(d)的綜合地震數(shù)據(jù)的下行分量；圖10(a)到10(d)圖解了利用本發(fā)明的方法從圖7(a)到7(d)所示的綜合地震數(shù)據(jù)獲得的質(zhì)點(diǎn)速度；圖11(a)到11(d)圖示了利用本發(fā)明的方法從圖7(a)到7(d)所示的綜合地震數(shù)據(jù)獲得的PP、SP、PS和SS波場(chǎng)；圖12為本發(fā)明的設(shè)備的示意框圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的獲得去震源特征和去多次反射算子的一種方法的原理示于圖3(a)到3(c)中。圖3(a)圖解了一個(gè)實(shí)際的地震勘探。該地震勘探包括一個(gè)位于深度zr的接收器xr14。在其中進(jìn)行地震勘探的介質(zhì)對(duì)于小于接收器深度的所有深度(也就是對(duì)于所有的z＜zr)歸類(lèi)為蓋層，對(duì)于所有大于接收器深度的深度(也就是對(duì)于所有的z＞zr)歸類(lèi)為“地下層”(subsurface)。蓋層是任意的非均一介質(zhì)。
一個(gè)地震源xs(13)設(shè)置在蓋層中，深度小于接收器深度。該地震源發(fā)射上行和下行地震能量。
用蓋層內(nèi)的界面10、11和12的存在示意性地表示蓋層的非均一性質(zhì)。蓋層的地震特性在這些界面處發(fā)生變化。在海洋地震勘探的情況下上界面12可以是海面(即空氣-水體界面)。由于在蓋層中存在這些界面，上行地震能量被在蓋層中向下反射，從而在接收器14所采集到的地震數(shù)據(jù)中出現(xiàn)多次反射波至。
地震源xs(13)既發(fā)射S波又發(fā)射P波。接收器xr(14)不加區(qū)別地記錄接收到的S波和P波。接收器可以是任何測(cè)量質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)比如質(zhì)點(diǎn)位移、質(zhì)點(diǎn)速度(質(zhì)點(diǎn)位移的時(shí)間導(dǎo)數(shù))或者質(zhì)點(diǎn)加速度(質(zhì)點(diǎn)速度的時(shí)間導(dǎo)數(shù))的設(shè)備。通常使用的地震接收器是地震檢波器(geophone)，但是本發(fā)明不限于處理使用一個(gè)或者多個(gè)地震檢波器作為接收器獲取的地震數(shù)據(jù)。
圖3(b)圖解了對(duì)應(yīng)于圖3(a)的理想地震勘探方案。在圖3(b)的理想化方案中，蓋層是均一介質(zhì)，因此來(lái)自地震源的上行地震能量繼續(xù)向上傳播而不向下反射，因此在接收器處采集到的地震能量不包含多次反射波至。在圖3(b)中，圖3(a)的蓋層中的界面10、11和12被圖示為虛線(xiàn)，以強(qiáng)調(diào)圖3(b)中的蓋層是均一的。
在圖3(b)的理想地震勘探方案中，地震源13對(duì)中于位置xr-，位于深度zr-。地震源的深度zr-是在接收器14所在深度zr上方的無(wú)窮小距離E處。該距離E為趨于零的小值。
圖3(c)圖示了一種替代的理想化地震勘探方案。這對(duì)應(yīng)于圖3(b)的理想化地震勘探方案，不同之處在于，地震源13和地震接收器14的位置互換了。也就是，在圖3(c)中，地震源13位于深度為zr的位置xr，地震接收器14位于深度為zr-的位置xr-，該深度zr-在源的深度zr上方距離E處。
由于圖3(c)的地震勘探方案除了源和接收器的位置互換外與圖3(b)的地震勘探方案相同，互易定理(theorem of reciprocity)要求示于圖3(b)的地震勘探方案與示于圖3(c)的地震勘探方案產(chǎn)生相同的地震數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，使用貝蒂(Betti)互易定理將圖3(a)所示類(lèi)型的實(shí)際地震勘探采集到的實(shí)際地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖3(b)所示類(lèi)型的理想化地震勘探所應(yīng)獲得的地震數(shù)據(jù)。這能夠消除非均一的蓋層的影響，從而消除多次反射波至。
本發(fā)明還提供分解算子，將所采集的地震數(shù)據(jù)分解為PP、PS、SP和SS分量。
貝蒂互易定理給出了在數(shù)學(xué)或者物理面所包圍的特定空間中所限定的兩個(gè)獨(dú)立彈性波場(chǎng)之間的積分方程關(guān)系。兩個(gè)波場(chǎng)之間的關(guān)系是由介質(zhì)參數(shù)可能存在的差別、源的分布可能存在的差別以及邊界條件可能存在的差別所決定的。在本發(fā)明中，貝蒂定理用于提供能夠用來(lái)將具有蓋層響應(yīng)的實(shí)際地震勘探(即由于非均一蓋層而產(chǎn)生了多次反射的勘探)中記錄的波場(chǎng)轉(zhuǎn)換為不存在蓋層響應(yīng)的理想化假想地震試驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)記錄到的波場(chǎng)(假想地震勘探方案中的蓋層是均一的，因此不產(chǎn)生響應(yīng))。本發(fā)明使得能夠?qū)⒌卣饠?shù)據(jù)中由于圖1(b)到1(d)所示類(lèi)型的多次反射導(dǎo)致的不需要的波至消除，從而能夠獲得無(wú)多次反射的圖像。本發(fā)明使得能夠從地震數(shù)據(jù)中消除與接收器高度或其上方的任何界面相關(guān)的任何多次反射。
除了源的位置之外，為消除蓋層散射的波，本發(fā)明不需要任何用于計(jì)算的源特性。在從實(shí)際地震勘探方案到理想化假想地震勘探方案的轉(zhuǎn)換中，消除了實(shí)際地震源的輻射特性。假想理想化地震勘探方案中的源被假設(shè)為單點(diǎn)源，其產(chǎn)生相互正交取向的分量，并具有所需的子波。
從獲取的地震數(shù)據(jù)中消除蓋層的響應(yīng)以及多分量震源輻射特性的影響的方法的該實(shí)施例在下面稱(chēng)為“貝蒂去震源特征和彈性去多次反射”(Betti designature and elastic demultiple)。本發(fā)明的貝蒂去震源特征和彈性去多次反射方法具有以下優(yōu)點(diǎn)(a)在消除地震數(shù)據(jù)中由于上行能量在蓋層中的散射而產(chǎn)生的所有波至的同時(shí)，保持了一次反射(primary reflection)的幅度；(b)不需要關(guān)于接收器深度以下的介質(zhì)的知識(shí)；(c)不需要關(guān)于接收器深度以上的介質(zhì)的知識(shí)；(d)僅需要在接收器深度處的局部密度和局部彈性波傳播速度的信息。
在本發(fā)明的一個(gè)方法中，記錄的地震數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換為新的、理想化的、在沒(méi)有蓋層響應(yīng)的假想地震勘探(也就是，其中的蓋層是完全均一的)中應(yīng)當(dāng)記錄到的數(shù)據(jù)。該假想地震勘探中的震源是一個(gè)點(diǎn)源，具有某種所需的震源輻射特征(子波)。在經(jīng)過(guò)了處理的數(shù)據(jù)中，不存在實(shí)際震源及其輻射特性的影響。換句話(huà)說(shuō)，新數(shù)據(jù)已經(jīng)被“去震源特征”了。
本發(fā)明的方法可應(yīng)用于在任何使用多分量地震源和多分量地震接收器的地震勘探中所獲得的數(shù)據(jù)。可應(yīng)用本發(fā)明的三種具體的地震勘探方案如下A.3C×3C(或者9C)陸地地震勘探，其中，地震源產(chǎn)生三個(gè)正交源運(yùn)動(dòng)(通常是兩個(gè)水平源運(yùn)動(dòng)，一個(gè)垂直源運(yùn)動(dòng))。地震波場(chǎng)由一接收器記錄，該接收器包括三個(gè)正交的地震檢波器，布置在地球表面或者地球表面以下。這三個(gè)正交地震檢波器測(cè)量質(zhì)點(diǎn)速度矢量的三個(gè)正交分量(通常是x、y和z分量)。
B.3C×4C(或者12C)海洋地震勘探，其中，地震源產(chǎn)生三個(gè)正交源運(yùn)動(dòng)(通常是兩個(gè)水平源運(yùn)動(dòng)，一個(gè)垂直源運(yùn)動(dòng))。地震波場(chǎng)由一接收器記錄，該接收器包括三個(gè)剛好布置在海床以下的正交的地震檢波器和一個(gè)剛好布置在海床以上的地震檢波器。所述三個(gè)正交地震檢波器測(cè)量質(zhì)點(diǎn)速度矢量的三個(gè)正交分量，所述一個(gè)地震檢波器測(cè)量壓力場(chǎng)(是一個(gè)標(biāo)量)。
C.3C×6C(或者18C)井孔地震試驗(yàn)，其中，地震源同樣產(chǎn)生三個(gè)獨(dú)立的正交源運(yùn)動(dòng)。地震源可以布置在陸地上、海底或者水柱中。地震接收器最好測(cè)量質(zhì)點(diǎn)速度矢量的三個(gè)正交分量，以及垂直推力矢量(vertical traction vector)的三個(gè)正交分量或其估計(jì)值。
根據(jù)本發(fā)明，從所獲取的地震數(shù)據(jù)的下行成分獲得去震源特征和去多次反射算子。這意味著在接收器處進(jìn)行的測(cè)量必須足以允許將所采集到的波場(chǎng)在接收器側(cè)分解為在接收器處的上行和下行波成分。在最為通常的情況中，合適的波場(chǎng)分解要求接收器測(cè)量質(zhì)點(diǎn)速度矢量的三個(gè)分量以及垂直推力矢量的三個(gè)分量。但是，對(duì)于陸地震數(shù)據(jù)，垂直推力矢量為零，因此只需要測(cè)量質(zhì)點(diǎn)速度矢量的三個(gè)分量。
對(duì)于洋底地震數(shù)據(jù)，垂直推力矢量的兩個(gè)水平分量為零，剛好在海床以下的垂直推力矢量的垂直分量與剛好在海床以上的壓力場(chǎng)的幅度相等、符號(hào)相反。這樣，剛好在海床上方設(shè)置一個(gè)水聽(tīng)器就能夠測(cè)定垂直推力矢量的垂直分量(推力矢量的唯一非零分量)。
將本發(fā)明應(yīng)用于井孔地震勘探原則上要求必須測(cè)量或者知道垂直推力矢量的三個(gè)分量。但是，在多數(shù)情況下，垂直推力矢量的三個(gè)分量是不知道的。為了克服此問(wèn)題，通常是在井孔內(nèi)的兩個(gè)不同深度記錄三分量質(zhì)點(diǎn)速度。這樣，接收器系統(tǒng)實(shí)際上就是一個(gè)六分量接收器系統(tǒng)，因此井孔地震勘探可以視為18C勘探。
圖2的流程示了本發(fā)明的方法的主要步驟。
本發(fā)明可以在合適的現(xiàn)有地震數(shù)據(jù)上進(jìn)行。在這種情況下，該方法始于從存儲(chǔ)裝置檢索合適的地震數(shù)據(jù)的步驟(未示出)?；蛘?，該方法可以開(kāi)始于執(zhí)行多分量震源、多分量接收器地震勘探以獲取適當(dāng)?shù)牡卣饠?shù)據(jù)的步驟(未示出)。
一開(kāi)始，在步驟S1，確定接收器附近的介質(zhì)的局部彈性特性。對(duì)于海洋地震勘探，作為例子，該步驟要求確定接收器附近的海床的局部彈性特性。這些特性可以從測(cè)量來(lái)確定，或者可以根據(jù)對(duì)勘探地點(diǎn)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)來(lái)估計(jì)。
在步驟S2，將已采集到的或者從存儲(chǔ)裝置檢索出的多分量地震數(shù)據(jù)分解為上行和下行波場(chǎng)成分。一般，步驟S2可以與步驟S1同時(shí)或者在它之前進(jìn)行。但是，通常最好在步驟S2之前執(zhí)行步驟S1，因?yàn)閺牟襟ES1獲得的局部彈性特性然后可以用于將地震數(shù)據(jù)分解為上行和下行波。
在步驟S3，從所述多分量數(shù)據(jù)和介質(zhì)的所述彈性特性計(jì)算去震源特征和去多次反射算子。
在步驟S4，選擇地震源的所希望的震源特征。然后將該所希望的震源特征、在步驟S2所獲得的多分量數(shù)據(jù)以及在S3計(jì)算的算子用于解一個(gè)積分方程，來(lái)在步驟S5找到去震源特征并去多次反射后的波場(chǎng)。本質(zhì)上，步驟S5是將圖3(a)所示類(lèi)型的實(shí)際地震勘探所獲得的地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖3(b)所示的理想化地震勘探所應(yīng)獲得的數(shù)據(jù)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，利用貝蒂定理將實(shí)際測(cè)量的、圖3(a)的地震勘探方案的面S所圍的波場(chǎng)轉(zhuǎn)換為在圖3(b)所示的理想化地震勘探方案中由同一個(gè)面所圍的波場(chǎng)。該面S由示于圖3(a)到3(c)所示的面∑和SR構(gòu)成。所述面∑是一個(gè)位于深度zr-，也就是位于接收器(位于深度zr)深度上方無(wú)線(xiàn)小距離處的水平平面。所述面SR是半徑為R的半球面。
在步驟S5，可以將所述去震源特征和去多次反射算子應(yīng)用于在步驟S1獲得的上行波場(chǎng)成分?；蛘?，可以將所述去震源特征和去多次反射算子應(yīng)用于在接收器處原始獲得的地震數(shù)據(jù)。
最后，在步驟S6，將去震源特征和去多次反射后的數(shù)據(jù)分解為如果在地震勘探中使用純P波和S波震源并使用P波和S波接收器會(huì)記錄到的一次PP、PS、SP和SS波響應(yīng)。
在一個(gè)實(shí)施例中，步驟S6具有兩個(gè)主要操作。一開(kāi)始，在水平接收器坐標(biāo)上對(duì)多分量數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換。然后在波數(shù)域?qū)ψ儞Q后的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收器側(cè)波場(chǎng)分解，得到上行壓力波和剪切波場(chǎng)。這是通過(guò)用一個(gè)接收器分解矩陣對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作而完成的。然后對(duì)分解后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉逆變換，得到在接收器處測(cè)量的上行壓力波和剪切波場(chǎng)。
然后在水平源坐標(biāo)上對(duì)這樣獲得的多分量數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉變換。然后在波數(shù)域?qū)ψ儞Q后的數(shù)據(jù)進(jìn)行源側(cè)波場(chǎng)分解，得到下行壓力波和剪切波場(chǎng)。這是通過(guò)用一個(gè)源分解矩陣對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作而完成的。然后對(duì)分解后的數(shù)據(jù)進(jìn)行傅立葉逆變換，得到在源處發(fā)射的下行壓力波和剪切波場(chǎng)。
在源側(cè)和接收器側(cè)的彈性波場(chǎng)分解的組合給出相當(dāng)于在理想化勘探中獲得的數(shù)據(jù)的地震數(shù)據(jù)，在理想化勘探中，不存在蓋層響應(yīng)，并且使用單分量P波源或者S波源以及單分量P波接收器或者S波接收器。
本發(fā)明的又一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是消除或者至少部分衰減地滾波噪聲(在陸地地震勘探的情況下)或者斯科特波(Scholte wave)(在海洋地震勘探的情況下)。在陸地地震勘探中，地滾波噪聲通常是最大的噪聲源，因此非常希望消除地滾波噪聲的影響。
如果需要，可以省略步驟S6?；蛘?，可以在應(yīng)用去震源噪聲和去多次反射算子的步驟S5之前進(jìn)行將數(shù)據(jù)分解為PP、PS、SP和SS波場(chǎng)的步驟S6。如果首先進(jìn)行分解為PP、PS、SP和SS波場(chǎng)的操作，該步驟將取代將地震數(shù)據(jù)分解為上行和下行波的步驟S2。
如果在其中進(jìn)行地震勘探的介質(zhì)水平分層，則可以大大簡(jiǎn)化貝蒂去震源特征和去彈性多次反射的方案，以及接下來(lái)的彈性震源-接收器分解的方案。這可以在τ-P域或者頻率-波數(shù)域方便地進(jìn)行。
本方法最好在共炮點(diǎn)道集上進(jìn)行，或者，如果震源陣列的變化可忽略，最好在共接收器道集上進(jìn)行。在后一種情況下，地球分層的假定可能降低結(jié)果的質(zhì)量，但在大多數(shù)情況下這不顯著。
在利用本發(fā)明的去震源特征以及去多次反射的方法針對(duì)蓋層和震源輻射特性的影響校正了地震數(shù)據(jù)之后，以及可選地，在地震數(shù)據(jù)被分解為P波和/或S波成成分之后，然后可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步處理步驟，例如一個(gè)或者多個(gè)傳統(tǒng)的處理步驟。
圖4圖解了本發(fā)明在陸地地震勘探中的效果，在該陸地地震勘探中，一個(gè)多分量地震源4和一個(gè)多分量地震接收器5設(shè)置在地球表面。
圖4(a)圖解了一個(gè)真實(shí)的地震勘探。當(dāng)激發(fā)震源4時(shí)，發(fā)射下行P波和S波。P波用實(shí)線(xiàn)表示，S波用虛線(xiàn)表示。表示源的方塊(標(biāo)為“src”)中的箭頭表示源產(chǎn)生的源運(yùn)動(dòng)的方向。從源4發(fā)射的地震能量在地球內(nèi)經(jīng)過(guò)反射，上行反射波入射到接收器5上。接收器5包括至少兩個(gè)正交地震檢波器，表示接收器的方框(標(biāo)為“rec”)中的箭頭表示接收器所測(cè)量的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的分量。當(dāng)接收器在地球表面記錄波場(chǎng)時(shí)，其不加區(qū)別地記錄P波和S波。
圖4(a)圖示了四種情況(i)震源產(chǎn)生水平質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，接收器記錄在該水平方向的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)；(ii)震源產(chǎn)生水平質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，接收器記錄接收到的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的垂直分量；(iii)震源產(chǎn)生垂直質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，接收器記錄接收到的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的水平分量；(iv)震源產(chǎn)生垂直質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，接收器記錄接收到的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的垂直分量。
圖4(b)圖解了對(duì)圖4(a)所記錄的數(shù)據(jù)應(yīng)用去震源特征和彈性去多次反射過(guò)程后的結(jié)果。也就是，圖4(b)圖示了按照?qǐng)D2的步驟S1到S5對(duì)圖4(a)的地震勘探方案采集到的地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的結(jié)果。該處理的效果是從采集到的地震數(shù)據(jù)中消除蓋層的響應(yīng)(在此例中，也就是地球表面的響應(yīng))。該處理還消除地震源5的輻射特性的影響。震源在這里是地震能量的點(diǎn)源。一般，能量可以向上傳播而超過(guò)震源和接收器，因?yàn)橛脽o(wú)限的均一介質(zhì)取代了所述蓋層，這如圖4(b)所示。
如上所述，震源4發(fā)射P波和S波。在圖4(a)和4(b)中，接收器5不加區(qū)別地記錄S波和P波。
圖4(c)圖解了將接收器側(cè)的波場(chǎng)分解應(yīng)用于圖4(b)所示的理想化假想地震勘探方案的地震數(shù)據(jù)的結(jié)果。這具有用模擬的純P波檢測(cè)器(圖4(c)(i)和圖4(c)(iii))，或者用模擬的純S波檢測(cè)器(圖4(c)(ii)和圖4(c)(iv))取代圖4(a)和4(b)中用作接收器的地震檢波器的效果。
最后，圖4(d)圖示了進(jìn)一步應(yīng)用源側(cè)波場(chǎng)分解的結(jié)果。這具有用模擬的純P波震源(圖4(c)(i)和圖4(c)(iii))，或者用模擬的純S波震源(圖4(c)(ii)和圖4(c)(iv))取代圖4(a)到4(d)中同時(shí)發(fā)射P波和S波的地震源的效果。
圖4(d)圖解了應(yīng)用圖2所示實(shí)施例的步驟S1到S6的結(jié)果?？梢钥吹剑摲椒ㄏ松w層響應(yīng)，消除了震源的輻射特征，將采集到的數(shù)據(jù)分解成了PP、PS、SP和SS波至。
圖5圖解了將本發(fā)明的方法應(yīng)用于洋底地震勘探的結(jié)果。在圖5(a)所示的勘探方案中，分別在海床上設(shè)置一個(gè)地震源4和一個(gè)地震接收器5。表示震源的方框中的箭頭表示震源產(chǎn)生的源運(yùn)動(dòng)的方向。接收器5包含至少兩個(gè)正交地震檢波器，表示接收器的方框中的箭頭表示由地震檢波器測(cè)得的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的分量。(用在實(shí)際的洋底地震勘探中的接收器也可以包括一個(gè)水聽(tīng)器，但這在圖5中未圖示)。源運(yùn)動(dòng)的水平和垂直方向以及地震檢波器測(cè)得的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的水平和垂直分量的四個(gè)組合示于圖5(a)(i)到圖5(a)(iv)中，對(duì)應(yīng)于圖4(a)(i)到圖4(a)(iv)所示的四種情況。
從圖5(a)可以看到，震源發(fā)射下行P波和S波，它們?cè)诘厍蛑蟹瓷鋸亩肷涞浇邮掌?上。圖5(a)還圖解了地震能量的一種可能的水層多次反射路徑，其中，上行P波在水面被反射從而入射到接收器5上。
接收器5中的地震檢波器不加區(qū)別地測(cè)量入射的S波和P波。
圖5(b)圖解了對(duì)圖5(a)所示的地震勘探方案中獲取的地震數(shù)據(jù)應(yīng)用本發(fā)明的去震源特征和彈性去多次反射方法的效果?？梢钥吹?，消除了水層多次反射路徑，因?yàn)樵摪l(fā)明從采集到的地震數(shù)據(jù)中消除了蓋層(在此例中，也就是水層)的響應(yīng)。本發(fā)明的方法還消除地震源的輻射特性的影響。圖5(a)的理想化地震勘探方案中的震源是一個(gè)點(diǎn)力源。
圖5(b)圖解了將圖1所示的步驟S1到S5應(yīng)用于圖5(a)的地震勘探方案獲得地震數(shù)據(jù)的效果。應(yīng)用本發(fā)明的其它步驟，也就是，應(yīng)用接收器側(cè)分解和源側(cè)分解會(huì)提供與圖4(c)(i)到圖4(d)(iv)所示相同的結(jié)果。
圖6(a)和6(b)圖解了將本發(fā)明應(yīng)用于接收器和震源都布置地球內(nèi)的陸地地震勘探的結(jié)果。在圖6(a)所示的地震勘探方案中，地震源4和地震接收器5都布置在地球內(nèi)，接收器的深度大于震源。圖6(a)圖解了地震能量從震源到接收器的主要路徑，其中，下行S波和P波被目標(biāo)反射體3反射而入射到接收器5上。圖6(a)還示出了不希望有的多次反射路徑，其中，上行S波和P波在震源上方的層中反射從而入射到接收器上。
在圖6(a)中，表示震源4的方框中的箭頭表示震源產(chǎn)生的源運(yùn)動(dòng)的方向。表示接收器的方框中的箭頭表示包含在接收器中的地震檢波器測(cè)到的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的分量。跟圖4和圖5中一樣，水平和垂直源運(yùn)動(dòng)以及水平和垂直地震檢波器取向的四個(gè)組合示于圖6(a)(i)到圖6(a)(iv)中。
圖6(b)圖解了將本發(fā)明應(yīng)用于在圖6(a)的地震勘探方案中獲取的地震數(shù)據(jù)的效果。與在圖4和圖5中一樣，將本發(fā)明的去震源特征和去多次反射方法應(yīng)用于在圖6(a)的地震勘探方案中獲得的數(shù)據(jù)的效果是從獲取的地震數(shù)據(jù)中消除蓋層的影響。同時(shí)也消除了地震源5的輻射特征的效應(yīng)。這樣，圖6(b)圖解了一種理想化的地震勘探，其中消除了蓋層響應(yīng)(相當(dāng)于均一蓋層)，并且地震源4是一個(gè)點(diǎn)力源。圖6(b)圖解了將圖2的步驟S1到S5應(yīng)用于在圖6(a)的實(shí)際地震勘探方案中獲取的地震數(shù)據(jù)的結(jié)果。
應(yīng)用接收器側(cè)分解和源側(cè)分解的效果分別對(duì)應(yīng)于圖4(c)(i)到圖4(d)(iv)所示的結(jié)果。
圖7(a)到圖7(d)圖示了原始模擬地震數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)是針對(duì)陸地地震勘探模擬的，其中，震源和接收器均位于地球表面。使用B.L.Kennet在“Seismic Wave Propagation in Stratefied Media”CambridgeUniversity Press(1993)中提出的類(lèi)型的反射率碼(reflectivity code)模擬地震數(shù)據(jù)。用來(lái)模擬地震數(shù)據(jù)的模型由平坦自由表面構(gòu)成，其上布置震源和接收器。在該自由表面之下是一個(gè)300m厚的層，具有平坦的下界面。該層是一個(gè)各向同性彈性層，P波速率為1800m/s，S波速率為800m/s，密度為200kg/m3。在該層之下是一個(gè)各向同性的、無(wú)限的半空間，P波速率為2500m/s，S波速率為1500m/s，密度為2200kg/m3。由于該模型是水平分層的，有必要考慮垂直源運(yùn)動(dòng)和一個(gè)水平源運(yùn)動(dòng)，并考慮一個(gè)記錄質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的垂直分量或者水平分量的地震檢波器。這樣，就只需要考慮2C×2C(4C)的情況，而不是完全的3C×3C(9C)的情況。
在圖7(a)到10(d)中，標(biāo)記Vz和Vx分別表示在接收器處的垂直質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)和水平質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。Fz和Fx分別表示記錄質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的垂直分量和水平分量的地震檢波器。
圖8(a)到8(d)分別圖解了圖7(a)到7(d)的原始數(shù)據(jù)的上行成分。圖9(a)到9(d)分別圖解了圖7(a)到7(d)的原始地震數(shù)據(jù)的下行成分。圖8(a)到圖9(d)是通過(guò)應(yīng)用下面的等式(A-28)、(A-29)、(A-32)和(A-33)獲得的。在圖8(a)到圖9(d)中仍然存在自由表面的效應(yīng)。
圖10(a)到10(d)圖解了消除自由表面和震源特征的效應(yīng)對(duì)圖7(a)到7(d)的地震數(shù)據(jù)的效果。這是通過(guò)應(yīng)用本發(fā)明的去震源特征和去多次反射方法而實(shí)現(xiàn)的。也就是，圖10(a)到10(d)分別圖示了將圖2的步驟S1到S5應(yīng)用于圖7(a)到7(d)所示的原始地震數(shù)據(jù)的效果。可以看到，圖7(a)到7(d)中與多次反射有關(guān)的地震波至已經(jīng)被從圖10(a)到10(d)所示的地震數(shù)據(jù)中消除了。
圖10(a)到10(d)的地震數(shù)據(jù)中的波至包括所有的PP、PS、SP和SS波至，以及相關(guān)的首波(head-waves)。
圖11(a)到11(d)圖解了將接收器側(cè)分解和源側(cè)分解分別應(yīng)用于圖10(a)到10(d)所示的數(shù)據(jù)的效果。這樣的效果是將地震數(shù)據(jù)分解為PP、SP、PS和SS波至。示于圖11(a)到11(d)的每一個(gè)附圖的地震數(shù)據(jù)只包括一個(gè)事件以及相關(guān)的首波。
上面針對(duì)結(jié)合了去多次反射和去震源特征的方法描述了本發(fā)明。在備選實(shí)施例中，本發(fā)明提供僅去震源特征的方法。在此備選方法中，從接收器處地震能量的初波至(initial event)的下行成分計(jì)算所述算子。該初波至構(gòu)成從震源不經(jīng)過(guò)任何反射，例如沿著圖1(a)中的路徑6，直接傳播到接收器的地震能量。波場(chǎng)的入射部分例如可以由A.Weglein和B.G.Secrest在“Wavelet estimation for amulti-dimensional acoustic or elastic earth”，Geophysics Vol.55，pp902-913(1990)中針對(duì)聲學(xué)或彈性地層(acoustic or elastic earth)提出的方法來(lái)確定。
另外，如果已知或者可以估計(jì)多分量源的震源特征/小波(signature/wavelet)，則本發(fā)明也可用來(lái)僅提供去多次反射方法。這樣的方法的主要步驟是(a)根據(jù)本發(fā)明的方法獲得去震源特征和去多次反射組合算子，(b)根據(jù)地震源的已知的或者計(jì)算出的輻射特征獲得去震源特征算子，和(c)獲得與在步驟(b)獲得的去震源特征算子相結(jié)合會(huì)得到在步驟(a)獲得的去震源特征和去多次反射組合算子的去多次反射算子。
下面對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例給出詳細(xì)的數(shù)學(xué)說(shuō)明。
考慮由面S＝∑+SR圍成的空間V，其具有向外指的法向矢量n，如圖3(a)到3(c)所示?！剖且粋€(gè)位于多分量接收器xr14(位于深度zr處)上方無(wú)窮小距離處的深度zr-的水平面。為了簡(jiǎn)化分析，假設(shè)在深度z以及該深度z下方無(wú)窮薄區(qū)域內(nèi)的固體介質(zhì)是均一的、各向同性的。本發(fā)明不需要關(guān)于蓋層(在深度z＜zr處)和地下層(在深度z＞zr)的特性的知識(shí)，蓋層和地下層都可以是任意的非均一、各向異性和滯彈性介質(zhì)。當(dāng)接近一個(gè)物理表面獲取地震數(shù)據(jù)時(shí)，接收器總是位于該物理表面下方無(wú)窮小距離處。物理表面一般是地球表面(假設(shè)為固體/真空界面)、洋底(認(rèn)為是固體/流體邊界)或者地球內(nèi)的另一種界面(假定為固體/固體界面)。SR是一個(gè)半徑為R的半球面。笛卡爾坐標(biāo)表示為x(ξ，x3)，其中ξ＝(x1，x2)。為了概念表達(dá)的方便，也使用x3＝z。x3軸的正方向向下，平行于n。x1、x2軸在∑平面中。
首先，在實(shí)際地震勘探的多分量源和多分量接收器數(shù)據(jù)(這些數(shù)據(jù)包含接收器上方的介質(zhì)的散射響應(yīng))以及在沒(méi)有散射響應(yīng)的理想化地震勘探中應(yīng)獲得的希望的多分量源和多分量接收器數(shù)據(jù)之間建立一個(gè)積分關(guān)系。
在勘探中使用的地震源假設(shè)單獨(dú)地產(chǎn)生三個(gè)正交源運(yùn)動(dòng)。希望的多分量數(shù)據(jù)是在理想化的假想多分量地震勘探(使用三個(gè)單獨(dú)作用的點(diǎn)力，當(dāng)接收器上方的介質(zhì)均一、向上延伸到無(wú)窮遠(yuǎn)并具有與接收器深度的介質(zhì)相等的參數(shù)時(shí)，這三個(gè)點(diǎn)力具有希望的、相等的震源特征(子波，signature))中應(yīng)記錄到的數(shù)據(jù)。這樣，在理想化勘探中的蓋層是彈性的各向同性半空間。自然，接收器深度以下的地質(zhì)對(duì)于實(shí)際的和假想的地震勘探是一樣的。
表1進(jìn)入分別與圖3(a)到圖3(c)所示的狀態(tài)P，H和 相關(guān)的彈性動(dòng)力學(xué)方程的源和場(chǎng)的符號(hào) 在實(shí)際的勘探中，地震源是單方向的，或者是振動(dòng)器或者是力(force)。一個(gè)振動(dòng)器源由一個(gè)垂直振動(dòng)器(張應(yīng)力源)和兩個(gè)水平取向的振動(dòng)器(剪應(yīng)力源)構(gòu)成。位于位置xs的振動(dòng)器不需要是理想點(diǎn)源。其震源特征不需要是已知的。在假想勘探H和 中，震源是分別在n和m方向的力的點(diǎn)源，震源特征為 考慮按照?qǐng)D3(a)所示配置的地震勘探，為了方便，下面稱(chēng)為“實(shí)際”地震勘探。由在中心坐標(biāo)xs處以方向n作用、源強(qiáng)度和輻射特征未知的震源引起的，在∑下方無(wú)窮小距離處的接收器位置xr處記錄的質(zhì)點(diǎn)速度矢量的第m個(gè)分量表示為vmn。類(lèi)似地，垂直推力矢量的第m個(gè)分量表示為smn。實(shí)際地震勘探(簡(jiǎn)記為“狀態(tài)P”)的源變量和場(chǎng)變量列于表1中。注意，面∑可以也可以不與一個(gè)物理面重合。在記錄剛好在地球表面之下進(jìn)行時(shí)，或者剛好在洋底之下進(jìn)行時(shí)，面∑顯然與物理面重合。
計(jì)劃求解的理想波場(chǎng) 和 是當(dāng)接收器高度以上的介質(zhì)是如圖3(b)所示的半空間時(shí)，介質(zhì)的來(lái)自具有理想震源特征 的三個(gè)正交點(diǎn)力的響應(yīng)。在這種情況下，面∑是非物理邊界。對(duì)于位于∑上x(chóng)r-的點(diǎn)力，在位置xr即∑下無(wú)窮小距離處記錄所希望的質(zhì)點(diǎn)速度和垂直推力矢量響應(yīng)。在表1中，列出了對(duì)于這種假想地震試驗(yàn)(簡(jiǎn)略地標(biāo)為“狀態(tài)H”)的源和場(chǎng)變量。
為了在實(shí)際狀態(tài)P和假想狀態(tài)H地震試驗(yàn)之間建立積分關(guān)系，引入假想“狀態(tài) ”。這是另一種理想化地震勘探，對(duì)應(yīng)于圖3(b)所示的理想化地震勘探H，但是源5和接收器6相互調(diào)換了。這樣，在假想“狀態(tài) ”中的波場(chǎng) 和 與狀態(tài)H中的波場(chǎng)互易，遵循互反關(guān)系v^nm(xr-|xr)=v~mn(xr|xr-),---(1)]]>s^nm(xr-|xr)=s~mn(xr|xr-),---(2)]]>這樣， 和 是震源特征為 在圖3(c)所示的面∑下無(wú)窮小距離處的位置xr處在m方向作用的點(diǎn)力產(chǎn)生的在面∑上在位置xr-的響應(yīng)。如同在希望的理想化狀態(tài)H中一樣，面∑是一個(gè)人為的非物理邊界。下面將利用這樣的事實(shí)在假想狀態(tài) 的勘探中獲取的地震數(shù)據(jù)由僅僅從∑以下的地下層散射的上行波至構(gòu)成。另外，由于源在接收器下方無(wú)窮小距離處，從源到接收器的直接波模式(direct wavemode)是上行波至。狀態(tài) 的源和場(chǎng)變量列于表1中。
下一步，在面∑+SR→∞圍成的空間V中應(yīng)用貝蒂互易定理(Betti’sreciprocity theorem)，其中SR→∞位于無(wú)窮遠(yuǎn)處。例如類(lèi)似于L.Amundsen et al.在“Elimination of free-sruface related multipleswithout the need of the source wavelet”，Gephpysics，Vol66，pages327-341(2000)中的方案，獲得描述狀態(tài)P和狀態(tài) 之間的關(guān)系的頻域積分方程 面SR當(dāng)R→∞時(shí)對(duì)于積分沒(méi)有貢獻(xiàn)(這是輻射條件，見(jiàn)Y.H.Paoand V.Varatharajulu in“Huygen’s Principle，radiation conditions andintegral formulae for the scattering of elastic waves”，J.Acoust.Soc.Am.Vol.59，pp1361-1371(1976))。通過(guò)對(duì)∑指定合適的邊界條件，可以簡(jiǎn)化等式(3)。在實(shí)際狀態(tài)P中，vin和sin是上行波和下行波的和vin=vin(u)+vin(d)---(4)]]>sin=sin(u)+sin(d)---(5)]]>而在假想狀態(tài) 中， 和 是純上行場(chǎng)v^in=v^in(u);v^in(d)=0---(6)]]>s^in=s^in(u);s^in(d)=0---(7)]]>在明確已知上行波和下行波以及它們與垂直推力和質(zhì)點(diǎn)速度矢量的關(guān)系的情況下，通過(guò)分析水平波數(shù)域中的問(wèn)題，這些邊界條件能最為方便地引入等式(3)中。利用帕斯維爾恒等式(Parceval identity)∫-∞∞dξf(ξ)h(ξ)=1(2π)2∫-∞∞dκF(-κ)H(κ),---(8)]]>其中，波數(shù)矢量κ＝(k1，k2)與ξ＝(x1，x2)共軛，從等式(3)得到a~vmn(xr|xs)=1(2π)2∫dκ[S^im(κ,zr-|xr)Vin(-κ,zr|xs)-V^im(κ,zr-|xr)Sin(-κ,zr|xs)].---(9)]]>從求和縮寫(xiě)法到向量記法，等式(9)寫(xiě)為a~vmn(xr|xs)=1(2π)2∫dκ[S^mT(κ,zr-|xr)Vn(-κ,zr|xs)-V^mT(κ,zr-|xr)Sn(-κ,zr|xs)],---(10)]]>其中，S^T=(S1,S2,S3)]]>和V^T=(V1,V2,v3)]]>分別是波數(shù)域垂直推力矢量和質(zhì)點(diǎn)速度矢量，上標(biāo)T表示轉(zhuǎn)置。如附件所示，由于假想狀態(tài) 場(chǎng) 和 僅由上行波模式構(gòu)成，它們關(guān)聯(lián)如下S^(κ)=L^SV(κ)V^(κ),---(11)]]>其中， 是一個(gè)取決于沿著接收器的分布的局部介質(zhì)參數(shù)ρ、α、β的3×3矩陣。 的要素由附件中的等式(A-17)給出。將等式(11)插入等式(10)中得到a~vmn(xr|xs)=1(2π)2∫dκV^mT(κ,zr-|xr)Rn(D)(-κ,zr|xs),---(12)]]>其中R(D)=L^SVV-S=G-1V(D)---(13)]]>被解釋為由于接收器高度上方的介質(zhì)中的散射導(dǎo)致的蓋層響應(yīng)。另外，矢量V(D)=[V1(D),V2(D),V3(D)]T---(14)]]>包含每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)速度分量V1、V2和V3上的下行波模式(wavemode)的元素。通常，對(duì)于每一個(gè)炮點(diǎn)位置，根據(jù)等式(A-29)、(A-31)和(A-33)從質(zhì)點(diǎn)速度矢量和垂直推力矢量在慢度(slowness)和波數(shù)域計(jì)算V(D)。所得到的下行反射響應(yīng)的元素為R1(D)=2ρp2+qαqβ{[qα-p22β2(qα-qβ)]V1(D)+p1p2β2(qα-qβ)V2(D)}---(15)]]>R2(D)=2ρp2+qαqβ{p1p2β2(qα-qβ)V1(D)+[qα-p12β2(qα-qβ)]V2(D)}---(16)]]>R3(D)=2ρqβp2+qαqβV3(D).---(17)]]>重新引入求和縮寫(xiě)法，得到av~mn(xr|xs)=1(2π)2∫dκV^im(κ,zr-|xr)Rin(D)(-κ,zr|xs).---(18)]]>利用帕斯維爾恒等式，在空間域中得到av~mn(xr|xs)=∫ϵdS(ξ)v^im(x|xr)rin(d)(x|xs),---(19)]]>其中rin(d)為Rin(D)的傅立葉變換。
等式(19)給出了假想狀態(tài) 中的場(chǎng) 與狀態(tài)P下記錄到的場(chǎng)vnm之間的積分關(guān)系。注意，除了位置之外，為得到 的積分等式(19)，沒(méi)有使用實(shí)際源及其輻射特征的任何信息，也沒(méi)有使用面∑上方的實(shí)際蓋層或者接收器高度下方的實(shí)際地下層的特性的任何信息。根據(jù)互易性直接確定假想狀態(tài)H的場(chǎng) 注意，等式(19)中的rin(d)的逆可以解釋為用作下述用途的多維算子(i)消除實(shí)際震源特性的決定性去震源特征算子，和(ii)從實(shí)際數(shù)據(jù)中消除蓋層響應(yīng)的決定性多次反射衰減算子。
在假想狀態(tài)消除入射波場(chǎng)在假想試驗(yàn)中所希望的場(chǎng) 可以分解為一個(gè)從源到接收器向上傳播的入射波場(chǎng) 以及一個(gè)從地下層向上散射的波場(chǎng) v^nm=v^nm(inc)+v^nm(sc).---(20)]]>所述入射波場(chǎng)在均一介質(zhì)中傳播，因此與震源位置無(wú)關(guān)，其可以被表示為V^(inc)(zr-|zr)=a~Gexp(-iκ·ξr),---(21)]]>其中，G是格林張量(Green′s tensor)，相當(dāng)于從下面的等式(A-39)得到的張量。注意到(V^(inc))T(κ,zr-|xr)R(D)(-κ,zr|xs)=a~GT(κ)G-1(-κ)V(D)(-κ)exp(-iκ·ξr),---(22)]]>=a~V(D)(-κ)exp(-iκ·ξr)]]>并且vmn(d)(xr|xs)=1(2π)2∫dκexp(-iκ·ξr)Vmn(D)(-κ,zr|xs),---(23)]]>我們得到a~vmn(u)(xr|xs)=1(2π)2∫dκV^im(sc)(κ,zr-|xr)Rin(D)(-κ,zr|xs).---(24)]]>利用帕斯維爾恒等式，在空間域中得到a~vmn(u)(xr|xs)=∫sdS(ξ)v^im(sc)(x|xr)rin(D)(x|xs).---(25)]]>等式(25)給出了所要找的在假想狀態(tài) 勘探中的散射波場(chǎng) 和狀態(tài)P下的上行和下行場(chǎng)vmn(u)和vmn(d)之間的積分關(guān)系。假想狀態(tài)H下的散射場(chǎng) 由互易關(guān)系(reciprocity relation)得到。
等式(25)是所需要的散射場(chǎng)的第一類(lèi)弗雷德霍姆積分方程，通過(guò)保持固定的接收器坐標(biāo)同時(shí)改變?cè)醋鴺?biāo)，可以得到一組方程，由之解出 波數(shù)域解在源坐標(biāo)ξs和接收器坐標(biāo)ξr上對(duì)等式(25)進(jìn)行傅立葉變換，得到a~Vmn(U)(κr,zr|κs,zs)=1(2π)2∫dκV^im(sc)(κ,zr-|κr,zr)Rin(D)(-κ,zr|κs,zs).---(26)]]>通過(guò)保持與接收器坐標(biāo)共軛的波數(shù)不變，而使與震源坐標(biāo)共軛的波數(shù)變化，得到一組方程，由之可解出 下行蓋層響應(yīng)場(chǎng)中的正波數(shù)與所希望的場(chǎng)中的負(fù)波數(shù)之間的匹配(coupling)反映了兩個(gè)場(chǎng)之間的自相關(guān)過(guò)程。
分解為一次PP、PS、SP和SS波響應(yīng)在貝蒂去震源特征和彈性去多次反射步驟之后是彈性波場(chǎng)分解步驟，將等式(25)給出的多分量震源和多分量接收器的去震源特征和彈性去多次反射數(shù)據(jù) 分解為應(yīng)當(dāng)從壓力波和剪切波源和接收器記錄到的一次PP、PS、SP和SS波響應(yīng)。假想數(shù)據(jù)的接收器和源坐標(biāo)分別記為xrh和xsh，其中xrh是面∑上的點(diǎn)，xsh＝xr在其下方無(wú)窮小距離處。令矩陣 包含在接收器處來(lái)自方向i的力源的上行勢(shì)能(up-going potential)，U^=U^P1U^P2U^P3U^SV1U^SV2U^SV3U^SH1U^SH2U^SH3.---(27)]]>令U為包含在接收器處由P、SV和SH源激發(fā)的上行P、SV和SH波勢(shì)的矩陣U=UPPUPSVUPSHUSVPUSVSVUSVSHUSHPUSHSVUSHSH.---(28)]]>這樣，該彈性源-接收器波場(chǎng)分解可以分成兩個(gè)計(jì)算操作。首先，將多分量數(shù)據(jù) 在水平接收器坐標(biāo)ξrh上進(jìn)行傅立葉變換。在波數(shù)域κr中，通過(guò)用接收器分解矩陣R左乘 實(shí)現(xiàn)到上行壓力波場(chǎng)和剪切波場(chǎng)的接收器側(cè)波場(chǎng)分解U^(κr,zrh|xsh)=R(κr)V^(sc)(κr,zrh|xsh),---(29)]]>其中，
R=1p2+qαqβp1p2-qβ-p1qαp-p2qαp-p-p2p(p2+qαqβ)p1p(p2+qαqβ)0,---(30)]]>其中p＝κr/ω。傅立葉逆變換給出接收器處測(cè)量的上行壓力波場(chǎng)和剪切波場(chǎng) 然后，在水平源坐標(biāo)ξsh上對(duì)多分量數(shù)據(jù) 進(jìn)行傅立葉變換。在波數(shù)域κs中，通過(guò)用源分解算子S對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行右乘而實(shí)現(xiàn)到下行壓力波場(chǎng)和剪切波場(chǎng)的源側(cè)波場(chǎng)分解U(xrh|κs,zsh)=U^(xrh|κs,zsh)S(κs),---(31)]]>其中S=-iω-1ρp2+qαqβp1-p1qαp-p2qαpβ2(p2+qαqβ)p2-p2qαpp1qαpβ2(p2+qαqβ)-qβ-p0,---(32)]]>其中p＝κs/ω。傅立葉逆變換給出相當(dāng)于沒(méi)有蓋層、具有單分量壓力和剪切波源以及單分量壓力和剪切波接收器的假想勘探的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)U。
在(κr，κs)空間中，源-接收器分解為U(κr,zrh|κs,zsh)=R(κr)V^(sc)(κr,zrh|κs,zsh)S(κs),---(33)]]>注意，分解算子只是被數(shù)據(jù)乘的矩陣。分解所需的參數(shù)是接收器深度的密度、P波和S波速度。
貝蒂去卷積和源-接收器波場(chǎng)分解水平分層介質(zhì)(“1.5D介質(zhì)”)在水平分層介質(zhì)中，相對(duì)于水平源位置ξs，響應(yīng)在橫向上的偏移不變，因此表達(dá)式大大簡(jiǎn)化。為此，水平分層介質(zhì)ls有時(shí)稱(chēng)為“1.5D介質(zhì)”。對(duì)于實(shí)際數(shù)據(jù)和真實(shí)地球結(jié)構(gòu)而言，水平分層介質(zhì)的假設(shè)常常得到令人滿(mǎn)意的結(jié)果。
考慮等式(24)，可以設(shè)ξs＝0，這樣V^im(sc)(κ,zr-|xr)=V^im(sc)(κ,zr-|ξ=0,zr)exp(-iκ·ξr).---(34)]]>
相對(duì)于ξr對(duì)等式(24)進(jìn)行傅立葉變換，并互換積分(interchanging integrals)，得到a~VmnU(κr,zr|ξs=0,zs)=1(2π)2∫-∞∞dκV^im(sc)(κ,zr-|ξ=0,zr)---(35)]]>×Rin(D)(-κ,zr-|ξs=0,zs)∫-∞∞dξrexp(-iξr·(κ+κr))]]>最后一項(xiàng)積分是狄拉克德?tīng)査瘮?shù)。在波數(shù)上積分，使用狄拉克德?tīng)査瘮?shù)特性，并用κ對(duì)κr重命名，得到a~VmnU(κ,zr|ξs=0,zs)=V^im(sc)(-κ,zr-|ξ=0,zr)Rin(D)(κ,zr-|ξs=0,zs)---(36)]]>該結(jié)果用矩陣形式表示為V^11(sc)V^21(sc)V^31(sc)V^12(sc)V^22(sc)V^32(sc)V^13(sc)V^23(sc)V^33(sc)(-κ,zr-|zr)=a~V11(U)V12(U)V13(U)V21(U)V22(U)V23(U)V31(U)V32(U)V33(U)(κ,zr|zr)R11(D)R12(D)R13(D)R21(D)R22(D)R23(D)R31(D)R32(D)R33(D)(κ,zr|zr)-1---(37)]]>利用場(chǎng)特性 顯然，通過(guò)推廣的頻譜去卷積，獲得所希望的場(chǎng)的散射部分V^11(sc)-V^21(sc)-V^31(sc)-V^12(sc)V^22(sc)-V^32(sc)-V^13(sc)-V^23(sc)V^33(sc)(κ,zr-|zr)=a~V11(U)V12(U)V13(U)V21(U)V22(U)V23(U)V31(U)V32(U)V33(U)(κ.zr|zr)R11(D)R12(D)R13(D)R21(D)R22(D)R23(D)R31(D)R32(D)R33(D)(κ,zr|zr)---(39)]]>從等式(39)可以得出結(jié)論，通過(guò)場(chǎng)本身和包含質(zhì)點(diǎn)速度矢量的下行部分的蓋層反射響應(yīng)之間的決定性的頻譜去卷積，獲得了所希望的場(chǎng)的分量。
下一步是將貝蒂去卷積數(shù)據(jù)分解為一次PP、PS、SP和SS波響應(yīng)。這按照“分解為一次PP、PS、SP和SS波響應(yīng)”一節(jié)所述進(jìn)行。
注意，后跟源-接收器分解的1.5D貝蒂去卷積方案可以實(shí)現(xiàn)為τ-p或者頻率-波數(shù)域算法。在τ-p域中，對(duì)于每一個(gè)p記錄跡執(zhí)行去震源特征、多次反射衰減以及源-接收器分解聯(lián)合過(guò)程。在頻率-波數(shù)域中，對(duì)于每一個(gè)頻率和波數(shù)的組合進(jìn)行該聯(lián)合過(guò)程。
本發(fā)明的應(yīng)用如上所述，本發(fā)明可應(yīng)用于許多不同的地震勘探方案。下面簡(jiǎn)要討論三種尤為重要的勘探類(lèi)型。
1.陸地表面地震探測(cè)本發(fā)明可應(yīng)用于3C×3C(或者說(shuō)9C)陸地地震勘探，其中，獨(dú)立產(chǎn)生三個(gè)正交源運(yùn)動(dòng)(兩個(gè)水平一個(gè)垂直)，并用三個(gè)正交地震檢波器記錄地震波場(chǎng)，測(cè)量質(zhì)點(diǎn)速度矢量的兩個(gè)水平和一個(gè)垂直分量。
對(duì)于在自由表面進(jìn)行的測(cè)量，上/下分離大大簡(jiǎn)化了所有推力S1、S2和S3變?yōu)榱?，從而下述等?A-28)到(A-33)中的推力項(xiàng)變?yōu)榱恪?br> 2.海床地震探測(cè)本發(fā)明可以應(yīng)用于在3C×4C(或者說(shuō)12C)海床地震試驗(yàn)中采集的地震數(shù)據(jù)。在所述海床地震試驗(yàn)中，或者在洋底或者在水柱中分別產(chǎn)生三個(gè)正交源運(yùn)動(dòng)(兩個(gè)水平一個(gè)垂直)，在接收器位置用剛好布置在海床以下的三個(gè)地震檢波器和剛好布置在海床以上的一個(gè)水聽(tīng)器記錄地震波場(chǎng)。
對(duì)于在海床的流體/固體界面上進(jìn)行的測(cè)量，上/下行分離大大簡(jiǎn)化了推力S1和S2變?yōu)榱?，從而在下面的等?A-28)到(A-33)中，相應(yīng)的推力項(xiàng)變?yōu)榱恪：５咨系乃?tīng)器測(cè)量是S3的負(fù)。
需要注意，通過(guò)例如試驗(yàn)傳統(tǒng)的氣炮(airgun)源，能在水中產(chǎn)生等效于力源的震源。例如，相應(yīng)于垂直點(diǎn)力的響應(yīng)可以通過(guò)在同一位置但是在稍微不同的深度獲取同一個(gè)源的兩個(gè)記錄來(lái)獲得。然后，使用有限差近似，可以計(jì)算由垂直方向的壓力梯度源導(dǎo)致的響應(yīng)。運(yùn)動(dòng)方程(牛頓第二定律)表明，這等效于垂直點(diǎn)力。對(duì)于兩個(gè)水平方向同樣如此。
3.井孔地震探測(cè)在3C×6C(或者說(shuō)18C)井孔地震試驗(yàn)中，在陸地、海底或者水柱中單獨(dú)地產(chǎn)生三個(gè)正交源運(yùn)動(dòng)，其中，質(zhì)點(diǎn)速度的三個(gè)分量和垂直推力的三個(gè)分量是已知的。
在這種勘探方案中，沒(méi)有簡(jiǎn)化上/下分離步驟的邊界條件。但是，通過(guò)在接收器組中增加水聽(tīng)器，可以獲得附加約束條件(一個(gè)水聽(tīng)器測(cè)量質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的散度)。
質(zhì)點(diǎn)速度和垂直推力矢量以及上行和下行波矢量之間的波數(shù)域基本關(guān)系這部分考慮水平分層的彈性地層。在無(wú)源區(qū)，彈性波的傳播使用運(yùn)動(dòng)方程和虎克定律(彈性本構(gòu)關(guān)系，elastic constitutive relation)來(lái)描述。這可以寫(xiě)為下列形式的一組一階常微分方程(ordinarydifferential equations)∂3B=-iωAB---(A-1)]]>其中，場(chǎng)矢量B定義為B＝(VT，ST)T(A-2)其中質(zhì)點(diǎn)速度矢量VT＝[V1，V2，V3]和垂直推力矢量ST＝[S1，S2，S3]。彈性系統(tǒng)矩陣為下述形式A=00p11μ0000p201μ0λλ+2μp1λλ+2μp20001λ+2μρ-θp12-μpσpσ-θp1p2000λλ+2μp1-θp1p2ρ-θp22-μpσpσ000λλ+2μp200ρp1p20---(A-3)]]>其中θ＝μ(3λ+2μ)/(λ+2μ)，p2＝p12+p22。
為了表示的方便，省略了各種量與頻率、波數(shù)、深度等的相關(guān)性的明確表達(dá)。例如，由位置xs處的點(diǎn)源產(chǎn)生的、在深度x3記錄的質(zhì)點(diǎn)速度矢量v(ξ，x3，ω，xs)在波數(shù)域中被表示為V或者V(x3)，但應(yīng)理解為V＝V(x3)＝V(ξ，x3，ω，xs)。當(dāng)需要時(shí)，會(huì)表示出對(duì)水平慢度矢量(slownessvector)p＝κ/ω＝(p1，P2)的相關(guān)性。
上行和下行波對(duì)于分層地層中彈性場(chǎng)向上行和下行波的分解，需要對(duì)給定的波數(shù)和頻率找出系統(tǒng)矩陣A的本征值和本征向量。場(chǎng)向量B可以分解為上行(U)和下行(D)波W＝[UT，DT]T(A-4)其中UT＝[UP，USV，USH]，DT＝[DP，DSV，DSH]，上述分解是通過(guò)下述線(xiàn)性變換B＝LW (A-5)其中L是A的局部本征向量矩陣(即，L的每一列是一個(gè)本征向量)。等式(A-5)從其上行和下行成分描述了波場(chǎng)B的組成。
給定逆本征向量矩陣L-1，可以通過(guò)計(jì)算W＝L-1B. (A-6)來(lái)計(jì)算上行和下行波。
等式(A-6)描述了將波場(chǎng)B分解為上行和下行P波和S波。在進(jìn)行一些簡(jiǎn)單然而冗長(zhǎng)的計(jì)算之后，獲得合成矩陣(compositionmatrix)L=L(p)=LVU(p)-LVU(-p)LSU(p)LSU(-p),---(A-7)]]>和分解矩陣L-1=L-1(p)=LSUT(p)LVUT(p)-LSUT(-p)LVUT(-p),---(A-8)]]>其中
LVU=12-p11ρqαp1pqβρp2p1μqβ-p21ρqαp2pqβρ-p1p1μqβqαρp1ρqβ0,---(A-9)]]>LSU=12-2μp1qαρp1p(ρ-2μp2)1ρqβp2pμqβ-2μp2qαρp2p(ρ-2μp2)1ρqβ-p1pμqβ(ρ-2μp2)1ρqα2μpqβρ0.---(A-10)]]>在無(wú)源均一固體中，上行波和下行波滿(mǎn)足以下微分方程∂3UP=-iωqαUP,---(A-11)]]>∂3USV=-iωqβUSV,---(A-12)]]>∂3USH=-iωqβUSH,---(A-13)]]>∂3DP=iωqαDP,---(A-14)]]>∂3DSV=iωqβDSV,---(A-15)]]>∂3DSH=iωqβDSH.---(A-16)]]>當(dāng)下行波變?yōu)榱銜r(shí)的推力-質(zhì)點(diǎn)速度矢量關(guān)系利用關(guān)系(A-5)，使D＝0，得到垂直推力矢量和質(zhì)點(diǎn)速度矢量之間的簡(jiǎn)單關(guān)系S=L^SVV,---(A-17)]]>其中
L^SV=L^SVL^VU-1.---(A-18)]]>L^SV=ρp2+qαqβqα-p22β2(qα-qβ)p1p2β2(qα-qβ)p1[1-2β2(p2+qαqβ)p1p2β2(qα-qβ)qα-p12β2(qα-qβ)p2[1-2β2(p2+qαqβ)-p1[1-2β2(p2+qαqβ)]-p2[1-2β2([p2+qαqβ)]qβ---(A-19)]]>比例換算為質(zhì)點(diǎn)速度和垂直推力的上行波和下行波不是唯一地限定上行和下行P、SV和SH波。可以將分量按比例換算，使其具有質(zhì)點(diǎn)速度或者推力的維度，并且其和給出質(zhì)點(diǎn)速度的一個(gè)分量或者垂直推力的一個(gè)分量。令Vi(Up)表示Vi上的上行波，Vi(Usv)表示Vi上的SV波，等等，則有Vi=Vi(UP)+Vi(USV)+Vi(USH)+Vi(DP)+Vi(DSV)+Vi(DSH)]]>對(duì)于垂直推力有類(lèi)似的等式。另外，可以將上行分量加起來(lái)稱(chēng)為總上行分量，并對(duì)下行分量進(jìn)行類(lèi)似操作。Vi(U)定義為Vi上的上行波之和Vi(U)=Vi(UP)+Vi(USV)+Vi(USH),]]>Vi(D)定義為Vi上的下行波之和Vi(D)=Vi(DP)+Vi(DSV)+Vi(DSH).]]>Si上的總上行波為Si(U)=Si(UP)+Si(USV)+Si(USH),]]>Si上的總下行波為Si(D)=Si(DP)+Si(DSV)+Si(DSH).]]>另外，定義下述矢量V(U)=[V1(U),V2(U),V3(U)]T---(A-20)]]>V(D)=[V1(D),V2(D),V3(D)]T---(A-21)]]>S(U)=[S1(U),S2(U),S3(U)]T---(A-22)]]>S(D)=[S1(D),S2(D),S3(D)]T---(A-23)]]>
可以得出結(jié)論，這些矢量分別與原來(lái)限定的上行波和下行波U和D的矢量相關(guān)。
V(U)(p)＝LVU(p)U(p) (A-24)V(D)(p)＝-LVU(-p)D(p) (A-25)S(U)(p)＝LSU(p)U(p) (A-26)S(D)(p)＝LSU(-p)D(p)(A-27)V(D)和V(U)進(jìn)入實(shí)際試驗(yàn)和假想試驗(yàn)之間的積分關(guān)系，作為已知的場(chǎng)向量。
明確地說(shuō)，V1上的總上行和下行波由V1、V3和S1給出V1(U)=12V1-p12qα[1-2β2(p2+qαqβ)]V3+12ρqα(p2+qαqβ)S1,---(A-28)]]>V1(D)=12V1-p12qα[1-2β2(p2+qαqβ)]V3-12ρqα(p2+qαqβ)S1.---(A-29)]]>注意，V1上的總上行和下行波與V2、S2以及S3無(wú)關(guān)。另外，V2上的總上行和下行波由V2、V3和S1給出V2(U)=12V2-p22qα[1-2β2(p2+qαqβ)]V3+12ρqα(p2+qαqβ)S1,---(A-30)]]>V2(D)=12V2+p22qα[1-2β2(p2+qαqβ)]V3-12ρqα(p2+qαqβ)S1,---(A-31)]]>從而與V1、S2和S3無(wú)關(guān)。V3上的總上行和下行波由V1、V2、V3和S3給出V3(U)=12V3+12ρqβ(p2+qαqβ)S3+12qβ[1-2β2(p2+qαqβ)](p1V1+p2V2),---(A-32)]]>V3(D)=12V3-12ρqβ(p2+qαqβ)S3-12qβ[1-2β2(p2+qαqβ)](p1V1+p2V2)---(A-33)]]>導(dǎo)出矩陣關(guān)系等式(A-18)和等式(A-19)的對(duì)稱(chēng)關(guān)系給出[L^SVV-S](p)=LVU-T(-p)LSUT(-p)V(p)-S(p)]]>=LVU-T(-p)[LSUT(-p)V(p)-LVUT(-p)S(p)]---(A-34)]]>方括號(hào)中的最后一項(xiàng)利用等式(A-6)和(A-8)看成是根據(jù)下述等式從V和S計(jì)算出的下行波矢量D(p)=LSUT(-p)V(p)-LVUT(-p)S(p).---(A-35)]]>在前一小節(jié)中，已經(jīng)描述了通過(guò)等式(A-28)和(A-29)，D被關(guān)聯(lián)到下行質(zhì)點(diǎn)速度波矢量V(D)。反演該等式得到D(p)=-LVU-1(-p)V(D)(p),---(A-36)]]>將其代入等式(A-34)得到 =[LVU(-p)LVUT(-p)]1V(D)(p),---(A-37)]]>=G-1(p)V(D)(p)]]>其中G-1=12(LVULVUT)1.---(A-38)]]>顯然，可以得到G-1=2ρp2+qαqβqα-p22β2(qα-qβ)p1p2β2(qα-qβ)0p1p2β2(qα-qβ)qα-p12β2(qα-qβ)000qβ---(A-39)]]>在上面給出的理論中，假設(shè)了在理想化勘探中的震源是點(diǎn)力源。但是，本發(fā)明不限于使用作為點(diǎn)力源的理想化勘探震源，盡管上面給出的詳細(xì)理論需要作少量的修改以適應(yīng)不是點(diǎn)力源的理想化勘探震源。
在上面給出的詳細(xì)說(shuō)明中，利用貝蒂定理得出去震源特征/去多次反射算子。但是，本發(fā)明不限于用貝蒂定理得出去震源特征/去多次反射算子。可以從彈性動(dòng)力學(xué)波動(dòng)方程或者彈性動(dòng)力學(xué)波動(dòng)方程的表達(dá)得出本發(fā)明的去震源特征/去多次反射算子。貝蒂定理是彈性動(dòng)力學(xué)波動(dòng)方程的積分表達(dá)。彈性動(dòng)力學(xué)波動(dòng)方程的其它表達(dá)的例子包括彈性基爾霍夫積分或者彈性動(dòng)力學(xué)表示定理(elastodynimicrepresentation theorem)，以及逆散射級(jí)數(shù)方法(inverse scatteringseries method)。
圖12是本發(fā)明的設(shè)備15的示意框圖。該設(shè)備能夠執(zhí)行本發(fā)明的方法。
該設(shè)備15包括一個(gè)具有程序存儲(chǔ)器17的可編程數(shù)據(jù)處理器16，該程序存儲(chǔ)器例如是只讀存儲(chǔ)器ROM的形式，存儲(chǔ)用于控制數(shù)據(jù)處理器17執(zhí)行本發(fā)明的方法的程序。該系統(tǒng)還包括例如用于存儲(chǔ)在沒(méi)有點(diǎn)源時(shí)必須保持的數(shù)據(jù)的非易失性讀寫(xiě)存儲(chǔ)器18。有一個(gè)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)19為數(shù)據(jù)處理器提供一個(gè)“工作”或者“便箋式”存儲(chǔ)器。提供一個(gè)輸入設(shè)備20，例如用于接收用戶(hù)命令和數(shù)據(jù)。提供一個(gè)輸出設(shè)備21，例如用于顯示與該方法的進(jìn)程和結(jié)果有關(guān)的信息。輸出設(shè)備可以是例如打印機(jī)、可視顯示裝置或者輸出存儲(chǔ)器。
用于根據(jù)本發(fā)明的方法進(jìn)行處理的地震數(shù)據(jù)可以通過(guò)輸入設(shè)備20提供，或者，可選地，可以通過(guò)可機(jī)讀存儲(chǔ)裝置22提供。
用于操作系統(tǒng)并用于執(zhí)行這里所描述的方法的程序存儲(chǔ)在所述程序存儲(chǔ)器17中，后者可以實(shí)現(xiàn)為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，例如公知的ROM類(lèi)型。但是，程序可以存儲(chǔ)到任何合適的存儲(chǔ)介質(zhì)，比如磁性數(shù)據(jù)載體17a(比如軟盤(pán))或者CD-ROM 17b中。
權(quán)利要求
1.一種處理多分量地震數(shù)據(jù)的方法，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，并在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該方法包括下列步驟將采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的所述下行成分以及環(huán)繞該接收器的介質(zhì)的特性計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括下述步驟利用所述去震源特征和去多次反射算子處理所述采集到的地震數(shù)據(jù)，從而衰減或者完全消除由多次反射導(dǎo)致的地震波至。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，處理所述采集到的地震數(shù)據(jù)的步驟包括利用所述去震源特征和去多次反射算子處理所述采集到的地震數(shù)據(jù)的上行成分。
4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其中，處理所述采集到的地震數(shù)據(jù)的步驟還包括為所述震源選定一個(gè)所希望的地震源特征。
5.如權(quán)利要求2、3或4所述的方法，還包括下述步驟將處理后的地震數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，包括將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)的步驟，將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)的該分解步驟在將所述地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分的步驟之前進(jìn)行。
7.如權(quán)利要求5或6所述的方法，其中，將所述地震數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)的步驟包括在接收器側(cè)分解所述數(shù)據(jù)。
8.如權(quán)利要求5、6或7所述的方法，其中，將所述地震數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)的步驟包括在震源側(cè)分解所述數(shù)據(jù)。
9.一種處理多分量地震數(shù)據(jù)的方法，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該方法包括下列步驟將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的初始下行成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性來(lái)計(jì)算一個(gè)去震源特征算子。
10.一種處理多分量地震數(shù)據(jù)的方法，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該方法包括下列步驟將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為PP成分、PS成分、SP成分和SS成分；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的所述成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子。
11.如權(quán)利要求9或10所述的方法，還包括下述步驟利用所述去震源特征和去多次反射算子處理所述采集到的地震數(shù)據(jù)，以衰減或者消除由多次反射導(dǎo)致的地震波至。
12.一種為多分量地震數(shù)據(jù)計(jì)算去震源特征和去多次反射算子的方法，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該方法包括下列步驟將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的初始下行成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性來(lái)計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子。
13.一種為多分量地震數(shù)據(jù)計(jì)算去震源特征算子的方法，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該方法包括下列步驟將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的初始下行成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性來(lái)計(jì)算一個(gè)去震源特征算子。
14.一種為多分量地震數(shù)據(jù)計(jì)算去震源特征和去多次反射算子的方法，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該方法包括下列步驟將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為PP成分、PS成分、SP成分和SS成分；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的所述成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子。
15.如前述任意權(quán)利要求所述的方法，還包括下述步驟在震源位置發(fā)射多分量地震能量；在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)。
16.一種處理多分量地震數(shù)據(jù)的設(shè)備，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，并在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該設(shè)備包括將采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分的裝置；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的所述下行成分以及環(huán)繞該接收器的介質(zhì)的特性計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子的裝置。
17.如權(quán)利要求16所述的設(shè)備，還包括利用所述去震源特征和去多次反射算子處理所述采集到的地震數(shù)據(jù)，從而衰減或者完全消除由多次反射導(dǎo)致的地震波至的裝置。
18.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，還包括利用所述去震源特征和去多次反射算子處理所述采集到的地震數(shù)據(jù)的上行成分的裝置。
19.如權(quán)利要求16、17或18所述的設(shè)備，還包括為所述震源選定一個(gè)所希望的地震源特征的裝置。
20.如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，還包括將處理后的地震數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)的裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的設(shè)備，還包括在接收器側(cè)將所述地震數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)的裝置。
22.如權(quán)利要求20或21所述的設(shè)備，還包括在震源側(cè)將所述地震數(shù)據(jù)分解為P波和/或S波數(shù)據(jù)的裝置。
23.一種處理多分量地震數(shù)據(jù)的設(shè)備，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該設(shè)備包括將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分的裝置；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的初始下行成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性來(lái)計(jì)算一個(gè)去震源特征算子的裝置。
24.一種處理多分量地震數(shù)據(jù)的設(shè)備，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該設(shè)備包括將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為PP成分、PS成分、SP成分和SS成分的裝置；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的所述成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子的裝置。
25.如權(quán)利要求9或10所述的方法，還包括下述步驟利用所述去震源特征和去多次反射算子處理所述采集到的地震數(shù)據(jù)，以衰減或者消除由多次反射導(dǎo)致的地震波至。
26.一種為多分量地震數(shù)據(jù)計(jì)算去震源特征和去多次反射算子的設(shè)備，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該設(shè)備包括將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分的裝置；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的初始下行成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性來(lái)計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子的裝置。
27.一種為多分量地震數(shù)據(jù)計(jì)算去震源特征算子的設(shè)備，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該設(shè)備包括將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分的裝置；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的初始下行成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性來(lái)計(jì)算一個(gè)去震源特征算子的裝置。
28.一種為多分量地震數(shù)據(jù)計(jì)算去震源特征和去多次反射算子的設(shè)備，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的，該設(shè)備包括將所述采集到的地震數(shù)據(jù)分解為PP成分、PS成分、SP成分和SS成分的裝置；從所述采集到的地震數(shù)據(jù)的所述成分和環(huán)繞接收器的介質(zhì)的特性計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子的裝置。
29.如權(quán)利要求16到28之一所述的設(shè)備，包括一個(gè)可編程數(shù)據(jù)處理器。
30.一種包含用于權(quán)利要求29所述設(shè)備的數(shù)據(jù)處理器的程序的存儲(chǔ)介質(zhì)。
全文摘要
本申請(qǐng)公開(kāi)了一種處理多分量地震數(shù)據(jù)的方法，所述數(shù)據(jù)是通過(guò)在震源位置發(fā)射多分量地震能量，并在位于比震源位置更深的位置的多分量地震接收器處采集地震數(shù)據(jù)而得到的。將所述地震數(shù)據(jù)分解為上行成分和下行成分(52)。從所述的地震數(shù)據(jù)的所述下行成分以及環(huán)繞該接收器的介質(zhì)的特性計(jì)算一個(gè)去震源特征和去多次反射算子(53)。
文檔編號(hào)G01W1/00GK1575424SQ02820902
公開(kāi)日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2002年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年10月26日
發(fā)明者拉斯·艾門(mén)德森, 伊基爾·霍爾維克, 喬翰·O·A·羅伯特森 申請(qǐng)人:維斯特恩格科地震控股有限公司