在海洋同步可控震源采集中提升低頻分量的制作方法
【專利摘要】一種設(shè)計用于實施地震勘探的技術(shù)。該技術(shù)使用多個振動器陣列，用以使用每個振動器陣列中的低頻和高頻振動器來實施地震勘探。所述多個振動器陣列經(jīng)由低頻振動器連續(xù)掃描低頻信號。在掃描低頻信號的同時，高頻振動器以振動器陣列之間的交替模式發(fā)射高頻信號，以增強地震勘探。
【專利說明】在海洋同步可控震源采集中提升低頻分量【背景技術(shù)】
[0001]在各種的環(huán)境中，實施地震勘探(seismic survey)以更好地了解地下地質(zhì)構(gòu)造。例如在海洋環(huán)境中，地震勘探用于加深對位于水體以下的地質(zhì)構(gòu)造的了解。在地震勘探應(yīng)用中，有時使用空氣槍作為震源?？諝鈽屖敲}沖源，其使用受控量的高壓氣體突然排入水中。在其它應(yīng)用中，海洋地震振動器用作連續(xù)的震源，其產(chǎn)生基本低于空氣槍的峰值輸出壓力，因此預(yù)計該振動器對海洋哺乳動物和其它環(huán)境考慮因素有更小的影響。為了產(chǎn)生與空氣槍所產(chǎn)生的可比較的能量，海洋振動器通常發(fā)射信號(掃描)持續(xù)長時間段；或者幾個海洋振動器同時啟動。
[0002]在使用地震振動器的海洋拖曳應(yīng)用中，最大掃描長度等于發(fā)射點間隔除以船速。然而，對于船速的減小存在操作和經(jīng)濟限制。在使用相同的船拖曳拖纜和海洋振動器(最常見的采集情形)的海洋采集中，操作限制是由于對使拖纜保持漂浮的最小船速的需要。經(jīng)濟限制是由于船速減小會增加采集時間并且因此增加采集成本的事實。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]大體上，本公開提供了用于實施地震勘探的系統(tǒng)和方法。根據(jù)實施例，一種技術(shù)使用多個振動器陣列，用以使用每個振動器陣列中的低頻和高頻振動器實施地震勘探。所述多個振動器陣列經(jīng)由低頻振動器連續(xù)掃描低頻信號。在掃描低頻信號的同時，高頻振動器以振動器陣列之間的交替方式發(fā)射高頻信號，以增強地震勘探。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0004]本公開的特定實施例在后文會結(jié)合附圖被說明，其中相同的附圖標(biāo)記指代相同的兀件，并且:
[0005]圖1是根據(jù)本公開 實施例的，在海洋測量區(qū)域中拖曳多個海洋振動器陣列的拖曳船的示意圖；
[0006]圖2是根據(jù)本公開實施例的，拖曳船拖曳具有高頻和低頻振動器的震源陣列的示意說明；
[0007]圖3是根據(jù)本公開實施例的，來自多個地震振動器陣列的低頻信號的掃描以及高頻信號的交替輸出的示意說明；
[0008]圖4是根據(jù)本公開實施例的，來自多個地震振動器陣列的低頻信號的掃描以及高頻信號的交替輸出的另一個示意說明；
[0009]圖5是根據(jù)本公開實施例的，多個地震振動器陣列的數(shù)據(jù)處理的流程圖；
[0010]圖6是根據(jù)本公開實施例的，來自多個地震振動器陣列的低頻信號的掃描以及高頻信號的交替輸出的另一個示意說明；
[0011]圖7是根據(jù)本公開實施例的，多個地震振動器陣列的數(shù)據(jù)處理的流程圖；
[0012]圖8是根據(jù)本公開實施例的，當(dāng)振動器陣列中的單元同時發(fā)射高頻和低頻時所發(fā)射的信號的時頻表示的圖形說明；[0013]圖9是根據(jù)本公開實施例的，當(dāng)僅發(fā)射低頻時振動器陣列簽名的時頻表示的圖形說明；
[0014]圖10是根據(jù)本公開實施例的，掃描相位的圖形說明；以及
[0015]圖11是根據(jù)本公開實施例的，多個拖曳船用于拖曳多個地震振動器陣列的另一個示例的示意圖。
【具體實施方式】
[0016]在以下說明中，闡述了大量細(xì)節(jié)以對在此的各個實施例提供了解。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，在無需這些細(xì)節(jié)的情況下也可以實施本發(fā)明，并且所描述的實施例的多個變型或修改是可能的。
[0017]本公開總體涉及海洋可控震源采集以及提升低頻分量。實施例可以提高使用地震振動器進行的地震勘探的質(zhì)量。另外，該方法可以實現(xiàn)在海洋測量期間增加以低頻發(fā)射的能量而無需故意降低船速，并且因此無需增加獲取數(shù)據(jù)所需的時間。根據(jù)在此描述的實施例，通過連續(xù)掃描低頻，在同一個區(qū)域中發(fā)射更多能量而無需增加源陣列的數(shù)量。
[0018]為了增加海洋可控震源中發(fā)射的能量，特別是在海洋振動器往往是不足的較低頻率下增加海洋可控震源中發(fā)射的能量，幾個海洋振動器可以布置為從不同位置同時掃描。例如，在仿真有時在海洋空氣槍采集中使用的拋起回落設(shè)置的設(shè)置中可以布置兩個振動器陣列。例如，如果船速為2.5米/秒，并且構(gòu)成拋起回落設(shè)置的每個源的縱測線(inline)射出間隔為25米，拋起掃描開始與回落掃描開始的時間間隔是10秒。然而，這通常大于傳統(tǒng)的3-D采集的收聽時間，因此在拋起和回落記錄之間沒有故意干擾出現(xiàn)，除了大地對回落源產(chǎn)生的諧波的響應(yīng)。
[0019]然而，為了產(chǎn)生每單位面積更多的能量，對于振動器陣列，例如，拋起回落振動器陣列，連續(xù)掃描是有用的。應(yīng)注意，如果兩個或更多的振動器陣列同時掃描，信號必須分開，而這是具有挑戰(zhàn)性的處理任務(wù)。以下描述的獨有的系統(tǒng)和方法提供了一種獲得連續(xù)的、同時掃描的益處，同時減少信號處理的方案。
[0020]本系統(tǒng)和方法基于多種考慮，其可以用于提供使用振動器陣列的增強的地震勘探。例如，由于海洋拖曳采集本身所固有的連續(xù)運動導(dǎo)致了兩個或更多震源(即震源陣列)同時準(zhǔn)備好并在其間具有預(yù)先定義距離，該方法在海洋地震勘探中非常有用。
[0021]海洋振動器能夠容易地發(fā)射低頻地震帶寬，例如，等于或低于15Hz，在此情況下環(huán)境和電子噪聲通常強烈。因此，在這些低頻下花費更長的時間和/或在同一個區(qū)域發(fā)射更多的掃描以產(chǎn)生更多的聲能，以便在被聲波接收器接收時存在足夠的信噪比。該系統(tǒng)也可以被設(shè)計為射出間隔是頻率相關(guān)的，因此以例如拋起回落設(shè)置定位的兩個振動器可以被視為低頻下的點源。通常，不需要分開由源產(chǎn)生的信號，這些源的間隔距離遠(yuǎn)小于它們發(fā)射的波長，因為它們有效地作為點源。
[0022]另一個用于提供增強的地震勘探能力的考慮是，同時并且同相掃描是提高具有遠(yuǎn)小于信號水平波長的間隔距離的源的信噪比的有效方式。相位差產(chǎn)生失諧，并因此導(dǎo)致信噪比降低。各種實施例通過提供具有低頻和高頻振動器的振動器陣列得益于這些特性。應(yīng)注意，在大地內(nèi)部行進時，高頻比低頻更快衰減。因此，高頻所需的收聽時間低于低頻的。進一步地，在海洋環(huán)境中操作的振動器單元產(chǎn)生的簽名(包括諧波)是非?？芍貜?fù)的。[0023]盡管這些考慮可以用于構(gòu)建各種系統(tǒng)，一般的方法基于來自兩個或更多振動器陣列的低頻的同相發(fā)射增強海洋同時可控震源采集中的低頻分量。盡管該方法可以應(yīng)用于陸地可控震源采集，圖1中示出一般的海洋采集系統(tǒng)。海洋采集尤其適合于該方法，因為連續(xù)的運動以及源間的恒定且可預(yù)測的距離是海洋拖曳采集的正常特性，因此提高了在此描述的方法的有效性。
[0024]再次參考圖1，示出海洋采集系統(tǒng)20的實施例。在此實施例中，拖曳船22被示出為拖曳多個海洋源陣列24，例如，海洋振動器子陣列。海洋采集系統(tǒng)20還可以包括一個或多個拖纜26，其被拖曳船22拖曳。該一個或多個拖纜26包括多個地震檢波器28，其設(shè)計為檢測由海洋振動器陣列24上的震源產(chǎn)生的反射地震信號。作為示例，海洋振動器陣列24上的震源可以包括高頻和低頻源,如合適的海洋振動器30。
[0025]如圖2進一步示出的,每個海洋振動器陣列24上的海洋振動器30包括例如高頻振動器的高頻源32，以及例如低頻振動器的低頻源34。高頻振動器32和低頻振動器34可以由電子器件36控制。在很多應(yīng)用中，電子器件36包含在位于拖曳船22的基于處理器的系統(tǒng)中。
[0026]整個海洋采集系統(tǒng)20的設(shè)置可以在地震勘探應(yīng)用中改變。例如，多個海洋振動器陣列24可以包括兩個陣列24，如圖2所示，或者更多數(shù)量的陣列24。另外，地震檢波器28可以被置于拖纜26中或者固定的位置，例如，井眼內(nèi)或沿海底。另外，不同的船可用于拖曳拖纜26和海洋振動器陣列24。在一些應(yīng)用中，兩個或更多的船22可以用于拖曳海洋振動器陣列24和/或拖纜26的補充組。
[0027]在實施地震勘探時，掃描的時頻表示是一個因子，然而通過各種方法可以以與海洋振動器30的機械和液壓約束兼容的方式確定掃描幅度。例如，美國專利7327633B2公開的方法提供了一種方案，其可以被用于單個震源，而英國專利GB2451630中公開一個適用于多個震源的方法。在英國專利GB2451630中公開的方法還教導(dǎo)了一種設(shè)計具有振動器單元的復(fù)合掃描的方式，振動器單元具有在重疊的頻率下未遭受缺口的振幅譜。另外，本方法可以利用多種方式以增強可以從海洋振動器獲得的發(fā)射能量，海洋振動器所處的深度是可變的并取決于發(fā)射瞬時頻率。一種這樣的方法在美國專利7257049B1中公開。另夕卜，由于震源運動產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)可以被補償或以其他方式解決。例如，已經(jīng)描述了一些方法，其說明了多普勒效應(yīng)在以低掃描速率掃描時更大。例如，Drag0set，W.H.，1988年，Marine Vibrators and the Doppler Effect, Geophysics, 1388-1398 ;以及 Schultz 等，1989,Simple Theory for Correction of Marine Vibrator Phase Dispersion,SEG年會，660-663。
[0028]本系統(tǒng)和方法可以具有幾個實施例并且可以應(yīng)用于各種環(huán)境和應(yīng)用。根據(jù)一個實施例，應(yīng)用參數(shù)包括船，其以每秒2到3米的速度移動，如2.5米/秒，其以拋起回落設(shè)置拖曳兩個振動器陣列，類似于使用空氣槍陣列的拋起回落設(shè)置。在此特定示例中，特定的振動器發(fā)射低頻信號，其輸出限制為15Hz或以下，最小感興趣的頻率為5Hz。每個振動器陣列24包括兩種震源，亦即由電子器件36控制的低頻振動器34和高頻振動器32。在一些應(yīng)用中，低頻振動器34和高頻振動器32由兩個獨立控制電子器件控制。
[0029]參考圖3，利用期望的持續(xù)時間的掃描，兩個海洋振動器陣列24的低頻振動器34同時并且同相地發(fā)射低頻信號38，例如5-15HZ信號。作為示例，掃描長度可以為8-12秒，如10秒，或另外的合適的長度。兩個海洋振動器陣列24中的高頻振動器32發(fā)射高頻信號40，如高于15Hz，其具有類似的掃描長度，如10秒。高頻海洋振動器32根據(jù)交替的模式發(fā)射高頻信號，如拋起回落模式或其它合適的模式，其在海洋振動器陣列對的振動器陣列24之間交替。
[0030]例如，一個振動器陣列24的高頻振動器32，例如拋起陣列，發(fā)射具有期望持續(xù)時間的掃描的高頻，同時其它振動器陣列24的高頻單元，如回落陣列，是靜默的。在t=10秒，兩個振動器陣列24的低頻振動器34發(fā)射相同的低頻掃描，其在先前的掃描持續(xù)時間中發(fā)射，如圖3所示。然而，現(xiàn)在“拋起”和“回落”陣列24的高頻振動器32的作用互換，第二振動器陣列24的高頻振動器32，如回落陣列，發(fā)射高頻掃描，同時拋起陣列的高頻振動器靜默。因此，高頻掃描在振動器陣列24間以交替的模式出現(xiàn)，如在圖3中的進一步示出的。如果拖曳船22以大約2.5米/秒的速度移動，拖曳船22在10秒的掃描持續(xù)時間期間行駛大約25米。然而，其它的船速和頻率掃描持續(xù)時間可以用于其它應(yīng)用，并且具體值僅作為解釋說明目的提供。
[0031]為了在速度分析和疊加過程中確定性地衰減諧波噪聲(尤其是由低頻掃描產(chǎn)生的)，初始相位可以逐個發(fā)射地改變，同時保持低頻掃描總是同相發(fā)射。連續(xù)發(fā)射42在圖3中示意性地示出，并且可以有20到30米的射出間隔，如25米，或另外的合適的長度。在此示例中，逐個發(fā)射的初始相位的變化為2 31 /Nh，其中Nh為名義共中心點(CMP)倍數(shù)。
[0032]圖3提供了根據(jù)本方法的海洋可控震源采集的一個示例的示意圖。對于此示例，發(fā)射信號的時頻表示在圖8中以圖形形式示出。圖8中的圖形表示在每個振動器陣列24中的高頻振動器32和低頻振動器34同時發(fā)射高頻和低頻時的發(fā)射信號。為避免低頻掃描和高頻掃描之間重疊頻率下的缺口，在時頻規(guī)劃中相同位置LI和Hl處使用相同的掃描速率。在只有低頻被發(fā)射時給出的振動器陣列24的簽名的時頻表示在圖9中以圖形形式示出。
[0033]根據(jù)本方法獲得的數(shù)據(jù)的處理可以根據(jù)幾種處理設(shè)備上不同的處理方法來執(zhí)行。在一些應(yīng)用中，處理系統(tǒng)可以是基于計算機的處理系統(tǒng)，其至少部分地合并到電子器件36中。在其它的應(yīng)用中，地震數(shù)據(jù)簡單地在遠(yuǎn)程處理系統(tǒng)上被記錄和處理，如傳統(tǒng)的地震分析一樣。
[0034]作為示例，連續(xù)記錄的數(shù)據(jù)流與低頻掃描相關(guān)聯(lián)，低頻掃描具有合適的相位以獲得在給定位置處大地內(nèi)部對由拋起源和回落源發(fā)射的低頻信號的組合和壓縮響應(yīng)。由于低頻源，如低頻振動器34發(fā)射低頻，它們可以被視作單個源。及時壓縮的響應(yīng)是與作為低頻掃描的自相關(guān)產(chǎn)生的Klauder小波卷積的大地內(nèi)部的脈沖響應(yīng)。所記錄的數(shù)據(jù)與高頻掃描的相關(guān)產(chǎn)生了大地內(nèi)部對高頻的壓縮響應(yīng)，該高頻或由拋起源產(chǎn)生，或由回落源產(chǎn)生，如，高頻振動器32的拋起側(cè)或回落側(cè)。
[0035]主要參考圖4，示出海洋可控震源采集的另一個示例。在此實施例中，100%的可用源被利用。作為示例，三個振動器陣列/子陣列24可以被使用，并且每個陣列24由至少一個振動器44組成。單獨的振動器44可以以振動器44的頻率相關(guān)的機械限制內(nèi)的振幅發(fā)射低頻或高頻(38，42)。根據(jù)一個實施例，中央振動器陣列24連續(xù)發(fā)射低頻，并且外部振動器陣列24以拋起回落模式發(fā)射高頻42。
[0036]圖5示意性地示出以參考圖4描述的方法獲得的數(shù)據(jù)的處理技術(shù)的示例。在此示例中，高頻掃描對回落記錄作出貢獻。此連續(xù)的不相關(guān)數(shù)據(jù)流根據(jù)掃描起始時間被分析，如方框46所示。不相關(guān)數(shù)據(jù)部分開始于掃描起始時間(其對于此示例中的高頻和低頻源是相同的)并且其持續(xù)時間等于掃描長度相同(如10秒，在25米縱測線源間隔及2.5米/秒船速的連續(xù)滑動掃描采集的情況下)加上收聽時間，收聽時間可在5到10秒之間。所分析的不相關(guān)數(shù)據(jù)被復(fù)制并輸入到兩個處理分支:低頻和高頻處理分支。與低頻掃描相關(guān)的數(shù)據(jù)被復(fù)制并對拋起和回落記錄兩者作出貢獻，如方框48所示。與高頻掃描相關(guān)的數(shù)據(jù)在此示例中僅對回落記錄作出貢獻，如方框50所示。在此實施例中，由端口和右舷源44發(fā)射的信號在下一個發(fā)射位置交換。
[0037]主要參考圖6，其示出了類似于圖3中的設(shè)置。圖6的實施例說明了利用低頻和高頻的連續(xù)發(fā)射的海洋可控震源采集。在此示例中，高頻被具有發(fā)射相位項的掃描發(fā)射，發(fā)射相位項為發(fā)射位置和瞬時頻率的函數(shù)。在后一個實施例中，振動器可以是連續(xù)發(fā)射低頻和高頻的組合振動器44。低頻，直至瞬時頻率f。(其可以按照前述方法確定)被同相發(fā)射。瞬時頻率f。對應(yīng)于瞬時時間t。。每個掃描的起始時間假定為零時間。
[0038]在ith發(fā)射位置發(fā)射的拋起和回落掃描以下式表示[0039][0040]
【權(quán)利要求】
1.一種地震勘探的方法，包括: 拖曳一對海洋振動器陣列，以實施地震勘探； 為每個海洋振動器陣列提供用于發(fā)射15HZ或更小的低頻信號的至少一個低頻海洋振動器以及用于發(fā)射大于15Hz的高頻信號的至少一個高頻海洋振動器； 使用每個海洋振動器陣列的所述至少一個低頻海洋振動器，以在給定持續(xù)時間的掃描期間同時并且同相發(fā)射所述低頻信號；以及 利用每個海洋振動器陣列的所述至少一個高頻海洋振動器，以根據(jù)在所述海洋振動器陣列之間交替的拋起回落模式發(fā)射所述高頻信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述利用包括在所述低頻信號的交替的順序掃描期間，從所述海洋振動器陣列的第一海洋振動器陣列發(fā)射所述高頻信號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述利用包括在所述低頻信號的交替的順序掃描期間，從所述海洋振動器陣列的第二海洋振動器陣列發(fā)射所述高頻信號，同時不從所述第一海洋振動器陣列發(fā)射所述高頻信號。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述拖曳包括在每秒2與3米之間拖曳所述一對海洋振動器陣列。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括在根據(jù)所述拋起回落模式順序出現(xiàn)的每個拋起掃描與回落掃描之間提供大約10秒的持續(xù)時間。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，進一步包括提供20米到30米的縱測線射出間隔。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述拖曳包括拖曳附加的海洋振動器陣列。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括針對所述一對海洋振動器陣列使用頻率相關(guān)的射出間隔。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述拖曳包括使用多個拖曳船。
10.一種地震勘探系統(tǒng)，包括: 多個海洋振動器陣列，每個海洋振動器陣列具有用于發(fā)射15Hz或更小的低頻信號的至少一個低頻海洋振動器以及用于發(fā)射大于15Hz的高頻信號的至少一個高頻海洋振動器；以及 耦接到所述多個海洋振動器陣列的電子器件，用于控制所述低頻信號和高頻信號的發(fā)射，包括相對于所述多個海洋振動器陣列在給定持續(xù)時間的掃描期間所述低頻信號的同時并且同相的發(fā)射，并且進一步包括根據(jù)在所述多個海洋振動器陣列的海洋振動器陣列之間交替的拋起回落模式的所述高頻信號的發(fā)射。
11.如權(quán)利要求10所述的地震勘探系統(tǒng)，進一步包括耦接到所述多個海洋振動器陣列的單個拖曳船。
12.如權(quán)利要求10所述的地震勘探系統(tǒng)，進一步包括耦接到所述多個海洋振動器陣列的多個拖曳船。
13.如權(quán)利要求10所述的地震勘探系統(tǒng)，其中，所述多個海洋振動器陣列包括兩個海洋振動器陣列。
14.如權(quán)利要求10所述的地震勘探系統(tǒng)，進一步包括多個拖纜，所述多個拖纜包含地震檢波器。
15.一種地震勘探的方法，包括:提供多個振動器陣列，用以使用每個振動器陣列中的低頻和高頻振動來實施地震勘探； 以所述多個振動器陣列中的低頻振動器連續(xù)掃描低頻信號；以及 利用所述高頻振動器，以所述多個振動器陣列的振動器陣列之間的交替模式發(fā)射高頻信號。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述提供包括提供兩個振動器陣列。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述提供包括提供多個海洋振動器陣列；并且進一步包括拖曳所述多個海洋振動器陣列。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述連續(xù)掃描包括發(fā)射15Hz或更小的低頻信號。
19.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述利用包括發(fā)射大于15Hz的高頻信號。
20.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述利用包括以拋起回落模式發(fā)射所述高頻信號，以避免所述高頻信·號的重疊。
【文檔編號】G01V1/02GK103582828SQ201280027809
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月8日
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