Способ предсказания кратных волн, связанных с поверхностью, на основе данных буксируемой морской сейсмической косы с двумя типами датчиков
Формула / Реферат
1. Способ обработки сейсмических данных, полученных посредством буксируемой морской сейсмической косы, содержащей датчики движения сейсмической массы и датчики давления, состоящий в том, что
комбинируют сигналы датчиков движения сейсмической массы и сигналы датчиков давления для образования восходящей составляющей волнового поля давления и падающей составляющей волнового поля движения сейсмической массы;
экстраполируют падающую составляющую волнового поля движения сейсмической массы от уровня глубины расположения приемника до уровня глубины расположения источника;
умножают восходящую составляющую волнового поля давления на экстраполированную падающую составляющую волнового поля движения сейсмической массы в пространственно-частотной области с образованием первого произведения;
итеративно вычисляют связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка в волновом поле давления с использованием произведения волнового поля давления, свободного от связанных с поверхностью кратных волн (n-1)-го порядка, и экстраполированной падающей составляющей волнового поля движения сейсмической массы и
итеративно вычитают вычисленные связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка из зарегистрированного волнового поля давления с образованием волнового поля давления, свободного от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при комбинировании сигналов датчиков движения сейсмической массы и сигналов датчиков давления
масштабируют сигналы, зарегистрированные датчиками движения сейсмической массы, для приведения их в соответствие с сигналами, зарегистрированными датчиками давления;
комбинируют масштабированные сигналы датчиков движения сейсмической массы и сигналы датчиков давления для образования восходящей составляющей волнового поля давления;
масштабируют сигналы, зарегистрированные датчиками давления, для приведения их в соответствие с сигналами, зарегистрированными датчиками движения сейсмической массы; и
комбинируют сигналы датчиков движения сейсмической массы и масштабированные сигналы датчиков давления для образования падающей составляющей волнового поля движения сейсмической массы.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при комбинировании сигналов датчиков движения сейсмической массы и сигналов датчиков давления в ходе начальных шагов сортируют сигналы датчиков движения сейсмической массы в сейсмограммы общего пункта возбуждения и сортируют сигналы датчиков давления в сейсмограммы общего пункта приема.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при итеративном вычислении и итеративном вычитании
присваивают индексу n порядка кратных волн значение 1;
вычисляют связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка с использованием первого произведения;
вычитают вычисленные связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка из сигнала датчиков давления с образованием данных, свободных от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка;
определяют достаточность ослабления кратных волны в данных, свободных от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка;
умножают данные, свободные от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка, на экстраполированную падающую составляющую волнового поля движения сейсмической массы, с получением произведения;
увеличивают индекс n порядка кратных волн на 1 до значения n+1;
повторяют шаги вычисления, вычитания, определения, умножения и увеличения.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что датчик движения сейсмической массы представляет собой датчик вертикальной скорости.
6. Способ по п.4, отличающийся тем, что вычисление связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка включает в себя применение следующего уравнения:
где pn(xr, w, xs) - связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка,
pn-1(c, zs, w, xr) - данные, свободные от связанных с поверхностью кратных волн (n-1)-го порядка,
xr=(xr, yr, zr) - положение приемника в декартовых координатах,
xs=(xs, ys, zs)=(c, zs) - положение источника,
w - циклическая частота,
s(w) - сигнатура источника, а
где vzd(k, zr, w, xs) - падающая составляющая волнового поля вертикальной скорости в области частот - волновых чисел, а
k=(kx, ky) - горизонтальные волновые числа в направлениях x и y.
Текст
012636 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение в целом относится к области геофизических изысканий, в частности к области обработки морских сейсмических данных. Более конкретно, изобретение касается ослабления кратных волн в буксируемых морских сейсмических косах с двумя типами датчиков. Предшествующий уровень техники Геофизические изыскания широко используются в нефтегазодобывающей промышленности для поиска и оценки подземных формаций. Технологии геофизических изысканий обеспечивают возможность получения информации о строении недр земли, используемой для поиска и добычи ценных полезных ископаемых, в частности месторождений углеводородов, таких как нефть и природный газ. Сейсмическая разведка представляет собой одну из хорошо известных технологий геофизических изысканий. При проведении наземной сейсмической разведки сейсмический сигнал, генерируемый на поверхности земли или вблизи нее, распространяется вниз в глубинные отложения. При проведении морской сейсмической разведки сейсмический сигнал сначала распространяется вниз через толщу воды, расположенную над соответствующими глубинными отложениями. Сейсмические источники используются для генерации сейсмического сигнала, который распространяется вглубь земли, после чего, по меньшей мере, частично отражается от подземных сейсмических отражающих границ. Сейсмическими отражающими границами обычно являются границы раздела между подземными формациями, обладающими разными упругими свойствами, в частности разными значениями скорости распространения волн и плотности породы, что приводит к возникновению разности акустических импедансов на границе раздела. Отражения регистрируют при помощи сейсмических датчиков (также называемых приемниками), установленных на поверхности земли или вблизи нее, в расположенной над дном толще воды или на известной глубине в буровых скважинах. Полученные сейсмические данные записывают и обрабатывают для выделения информации о геологическом строении и свойствах подземных формаций и возможном содержании в них углеводородов. В качестве сейсмических источников при наземной сейсмической разведке можно использовать взрывчатые вещества или вибрационные сейсмические источники, а при морской сейсмической разведке пневмопушки или морские вибрационные источники. В качестве сейсмических датчиков в наземной разведке можно использовать датчики движения сейсмической массы, а в морской разведке - датчики давления воды. Датчики движения сейсмической массы обычно представляют собой датчики скорости сейсмической массы, но вместо них также могут использоваться датчики смещения сейсмической массы,датчики ускорения сейсмической массы или датчики градиента давления. Датчики скорости сейсмической массы широко известны в данной области под названием геофонов, а датчики давления воды часто называют гидрофонами. Как сейсмические источники, так и сейсмические датчики могут быть установлены по отдельности или чаще группами. При типичной морской сейсмической разведке судно сейсмической разведки, содержащее оборудование для сбора сейсмических данных, такое как оборудование навигационного управления, оборудование управления сейсмическими источниками, оборудование управления сейсмическими датчиками и записывающее оборудование, перемещается по поверхности воды, обычно со скоростью около 5 узлов. Оборудование управления сейсмическими источниками обеспечивает активацию сейсмического источника, буксируемого в воде судном сейсмической разведки, в определенные моменты времени. Сейсмические косы, также называемые сейсморазведочными кабелями, представляют собой вытянутую конструкцию в виде кабеля, которую буксирует в воде судно сейсмической разведки, буксирующее сейсмический источник, или иное судно сейсмической разведки. Как правило, судно сейсмической разведки буксирует несколько сейсмических кос. Сейсмические косы содержат датчики для регистрации отраженных волновых полей, порожденных сейсмическим источником и отраженных от отражающих границ разделов. Обычно сейсмические косы содержат датчики давления, например гидрофоны; однако предлагались и сейсмические косы, содержащие в дополнение к гидрофонам водные датчики скорости сейсмической массы, например геофоны, или датчики ускорения сейсмической массы, например акселерометры. Датчики давления и датчики движения сейсмической массы могут быть установлены на сейсморазведочном кабеле в непосредственной близости друг от друга, объединены в пары датчиков или пары групп датчиков. Записанные сейсмические данные содержат сигналы, представляющие собой полезные первичные отражения (первичные волны), а также шумы, такие как многократные отражения (кратные волны). Первичные волны соответствуют единственному отражению от исследуемых подземных сейсмических отражающих границ, а кратные волны соответствуют многократным отражениям от всевозможных сочетаний отражающих границ. Кратные волны бывают особенно сильными по сравнению с первичными волнами в морской сейсмической разведке, так как границы раздела между водой и грунтом и в особенности между воздухом и водой представляют собой сильные сейсмические отражающие границы благодаря большому перепаду их акустических импедансов. В частности, связанные с поверхностью многократные отражения представляют собой такие кратные отражения, которые имеют по меньшей мере одно направленное вниз отражение от открытой поверхности (соприкосновения воздуха и воды). Число направленных вниз отражений от поверхности определяет порядок связанных с поверхностью кратных волн. При-1 012636 таком определении первичные волны представляют собой просто связанные с поверхностью кратные волны нулевого порядка. Таким образом, требуется способ удаления связанных с поверхностью кратных волн первого и более высоких порядков. Во многих традиционных способах обработку сейсмических данных применяют только к датчикам давления. Однако в данных датчиков давления имеются провалы спектра, вызванные отражениями от поверхности воды, которые обычно называются волнами-спутниками, связанными с морской поверхностью. Такие провалы спектра часто присутствуют в частотном диапазоне сейсмической съемки. Таким образом, полезная часть данных датчиков давления представляет собой ограниченный частотный диапазон, не содержащий провалов спектра, который не может охватить весь частотный диапазон сейсмической съемки. Данное ограничение может быть устранено при использовании как датчиков давления, так и датчиков движения сейсмической массы в сейсмической косе с двумя типами датчиков. Авторы L. Amundsen и A. Reitan описали в своей статье Decomposition of multicomponent sea-floordata into upgoing and downgoing P- and S-waves, Geophysics, Vol. 60,2, March-April, 1995, с. 563-572 способ подавления волн-спутников в данных, полученных при помощи сейсмической косы с двумя типами датчиков в слое воды и на морском дне. Amundsen и Reitan создают фильтр разложения для применения к давлению, зарегистрированному гидрофонами непосредственно над морским дном, а также к радиальным и вертикальным составляющим скорости сейсмической массы, зарегистрированными геофонами непосредственно под морским дном. Фильтр разложения осуществляет разделение данных на восходящие (направленные вверх) и падающие (направленные вниз) Р- и S-волны, что позволяет получить очищенное от волн-спутников волновое поле восходящих составляющих. Коэффициенты фильтра разложения зависят от скоростей Р- и S-волн, а также от плотности морского дна. Автор Borresen, C.N. описывает в патентной публикации СШАUS 2006/0050611 А 1, озаглавленной System for Attenuation of Water Bottom Multiples in Seismic Data Recorded by Pressure Sensors andParticle Motion Sensors, права на которую переданы дочерней компании заявителя по настоящему изобретению, способ ослабления кратных отражений от морского дна в данных морской сейсмической разведки. Данный способ включает в себя вычисление восходящих и падающих составляющих волнового поля по сигналам датчиков давления и датчиков движения сейсмической массы, экстраполяцию волновых полей до дна водного объема и использование экстраполированных волновых полей и коэффициента отражения дна водного объема для генерирования восходящего волнового поля, по существу, освобожденного от кратных отражений от дна водного объема. Авторы Ikelle, L.Т. и др. описывают в своей статье Kirchhoff scattering series: Insight into the multiple attenuation method, Geophysics, Vol. 68, No. 1, January-February, 2003, с. 16-28 использование рядов рассеяния Кирхгофа для ослабления кратных отражений, связанных с поверхностью, в данных буксируемой сейсмической косы. В статье Ikelle и др. показывают, каким образом применение приближения Кирхгофа к данным измерений давления и вертикальной скорости сходно с применением приближения Борна к данным, полученным только из измерений давления. Средства подавления связанных с поверхностью кратных волн использовали, в частности, способы адаптивного вычитания, основанные на теории обратной связи, способы, основанные на теореме взаимности, а также способы вычисления обратного рассеяния. Все такие средства, хотя и основанные на разных теоретических построениях, не требуют наличия знаний о модели строения подземных слоев. Кроме того, некоторые из них также не требуют и наличия информации об исходной форме сигнала (сигнатуре) источника. Известны и другие способы подавления связанных с поверхностью кратных волн. Их обычно называют способами исключения связанных с поверхностью кратных волн (Surface Related MultipleElimination, SRME). Такие способы, по существу, представляют собой способы, управляемые данными,что означает, что кратные волны предсказывают по измеренным данным без использования информации о модели глубинных отложений. Однако некоторые из данных методов требуют наличия информации о сигнатуре источника. Однако данные способы в случае их применения к данным, полученным при помощи традиционной буксируемой сейсмической косы, обладают общим недостатком, заключающимся в возникновении ошибок, порожденных вариациями глубины моря и флуктуациями коэффициента отражения морской поверхности, в дополнение к разворотам буксируемой косы и помехам в приемнике. Эти проблемы усугубляются в случае плохих погодных условий, негативно влияющих на морскую поверхность. Наличие информации о морской поверхности и коэффициенте отражения позволило бы скорректировать некоторые из ошибок предсказания кратных волн. Таким образом, существует потребность в способе исключения связанных с поверхностью кратных волн, обеспечивающем возможность эффективного ослабления кратных волн даже при неблагоприятных погодных условиях. Сущность изобретения В соответствии с изобретением предлагается способ обработки сейсмических данных, полученных при помощи буксируемых морских сейсмических кос с двумя типами датчиков, содержащих датчики движения сейсмической массы и датчики давления. Сигналы датчиков движения сейсмической массы и сигналы датчиков давления, полученные с буксируемой морской сейсмической косы, комбинируют с целью получения восходящей составляющей волнового поля давления и падающей составляющей вол-2 012636 нового поля движения сейсмической массы. Падающую составляющую волнового поля движения сейсмической массы экстраполируют от уровня глубины расположения приемника до уровня глубины расположения источника. Восходящую составляющую волнового поля давления свертывают (перемножают в частотной области) с экстраполированной падающей составляющей волнового поля движения сейсмической массы, получая связанные с поверхностью кратные волны волнового поля давления первого порядка. Затем осуществляют итеративное вычисление связанных с поверхностью кратных волн волнового поля давления n-го порядка, используя произведение данных давления, свободных от связанных с поверхностью кратных волн (n-1)-го порядка и экстраполированной падающей составляющей волнового поля движения сейсмической массы. Вычисленные связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка итеративно вычитают из зарегистрированного волнового поля давления, получая данные, свободные от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка. Перечень фигур чертежей Настоящее изобретение и его достоинства станут ясны из нижеследующего подробного описания и прилагаемых чертежей, где на фиг. 1 схематично представлены два участка луча, обозначающие поле вертикальной скорости и поле давления, используемые в способе по изобретению; на фиг. 2 приведен суммарный разрез NMO восходящего поля давления по данным датчиков двух типов перед обработкой в соответствии со способом по изобретению; на фиг. 3 приведен суммарный разрез NMO данных, полученных от двух типов датчиков и обработанных с использованием способа по изобретению; на фиг. 4 приведен временной разрез NMO данных сейсмической косы известного типа, обработанных традиционным способом; на фиг. 5 представлена блок-схема, иллюстрирующая начальные этапы одного из вариантов осуществления способа по изобретению для подавления связанных с поверхностью кратных волн в сейсмических данных, зарегистрированных датчиками давления и датчиками движения сейсмической массы, установленными в буксируемых морских сейсмических косах; на фиг. 6 представлена блок-схема, иллюстрирующая конечные этапы варианта осуществления способа по изобретению, начало которого представлено на фиг. 5. Хотя приведенное ниже описание изобретения касается предпочтительных вариантов его осуществления, следует понимать, что изобретение не ограничивается данными вариантами. Напротив, предполагается, что изобретение охватывает все альтернативные, видоизмененные и эквивалентные варианты,которые могут быть включены в объем изобретения, определенного пунктами прилагаемой формулы. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения В соответствии с изобретением предлагается способ обработки сейсмических данных датчиков двух типов, полученных в процессе морской сейсмической разведки при помощи буксируемых сейсмических кос. В частности, изобретение касается способа ослабления связанных с поверхностью кратных волн в сигналах датчиков давления и датчиков движения сейсмической массы, образующих данные датчиков двух типов. В качестве датчиков движения сейсмической массы обычно используют датчики скорости сейсмической массы, однако вместо датчиков скорости сейсмической массы в сейсмических косах с двумя типами датчиков могут быть использованы и другие датчики движения сейсмической массы, в том числе датчики ускорения сейсмической массы. Специалисты в данной области обычно называют датчики скорости сейсмической массы геофонами, а датчики ускорения сейсмической массы - акселерометрами. Настоящее изобретение будет описано ниже в применении к вариантам осуществления с использованием геофонов, однако такой выбор датчиков сделан лишь для простоты описания и не накладывает на изобретение каких-либо ограничений. Способ по изобретению, использующий данные датчиков двух типов, полученные при помощи буксируемой сейсмической косы с двумя типами датчиков, представляет собой способ предсказания кратных волн, использующий как падающее поле вертикальной скорости, так и восходящее поле давления. Данный подход неявно учитывает вариации состояния морской поверхности и обеспечивает возможность сокращения перерывов в сборе данных, связанных с неблагоприятными погодными условиями. Сейсмическая коса с двумя типами датчиков одновременно регистрирует в одном и том же местоположении поле давления при помощи гидрофонов и поле вертикальной скорости сейсмической массы при помощи геофонов. Полученные волновые поля можно затем разделить на глубине расположения приемника на восходящую и падающую составляющие волнового поля давления и на восходящую и падающую составляющие волнового поля вертикальной скорости при помощи описанных ниже технологий,зависящего от угла вычитания и суммирования датчиков двух типов. Связанные с поверхностью кратные волны подвержены влиянию морской поверхности, так как такие кратные волны по определению содержат по меньшей мере одно направленное вниз отражение от открытой поверхности. Однако восходящие первичные волны не подвержены влиянию эффектов поверхности. Таким образом, разделенные составляющие волновых полей можно соответствующим образом комбинировать для включения в шаг предсказания кратных волн влияния поверхности. Другое следствие разделения волновых полей (т.е. подавления волн-спутников) заключается в обеспечении возможности буксировки сейсмической косы на-3 012636 большей глубине (обычно около 15 м), что обеспечивает минимизацию шумового воздействия, вызванного волнением моря. Способ по изобретению, основанный на использовании буксируемой сейсмической косы с двумя типами датчиков, содержащей датчики давления и вертикальной скорости, представляет собой подход к предсказанию и подавлению связанных с поверхностью кратных волн, полностью управляемый данными, учитывающий при этом вариации состояния морской поверхности. В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения сигналы, зарегистрированные датчиками движения сейсмической массы, масштабируют для приведения в соответствие с сигналами,зарегистрированными датчиками давления. Сигналы датчиков давления и масштабированные сигналы датчиков движения сейсмической массы комбинируют, получая восходящие и падающие составляющие волнового поля давления и восходящие и падающие составляющие волнового поля вертикальной скорости сейсмической массы. Падающее волновое поле вертикальной скорости сейсмической массы подвергают обратной экстраполяции от уровня глубины приемника до уровня глубины источника, а затем свертывают с восходящим давлением для получения в первой итерации связанных с поверхностью кратных волн волнового поля давления. Таким образом, падающее поле скорости сортируется в сейсмограммы общего пункта возбуждения, а поле восходящего давления сортируется в сейсмограммы общего пункта приема. Полученные в первой итерации предсказанные кратные волны, связанные с поверхностью, в ходе последующей обработки вычитают из восходящего поля давления, предпочтительно используя наименьшие квадраты, как известно в данной области техники. Для того чтобы прояснить, какие именно из четырех отдельных волновых полей следует комбинировать в способе исключения связанных с поверхностью кратных волн (Surface Related Multiple Elimination, SRME) в соответствии со способом по изобретению, рассмотрим стандартное выражение SRME в частотной области (используя циклическую частоту) Здесь xr=(xr, yr, zr) - положение приемника в декартовых координатах х=(х, у, z)=(, z); xs=(xs, ys, zs) положение источника, a s - сигнатура источника в точке xs. Первый член в правой части уравнения (1), рр(xr, , xs), представляет собой одномерное временное преобразование Фурье требуемого поля давления без связанных с поверхностью кратных волн (или волн-спутников, связанных с источником и приемником), которое было бы измерено приемником в точке xr с точечным источником в точке xs в гипотетической среде, в которой отсутствует граничная поверхность между водой и воздухом. Выражение в левой части уравнения (1), p(xr, , xs), представляет собой зарегистрированные данные давления, зарегистрированные при помощи гидрофона в реальной среде при наличии граничной поверхности между водой и воздухом. Первый множитель подынтегрального выражения в уравнении (1) представляет собой свободное от кратных волн поле давления, рр(, 0 xr) на открытой поверхности z=0 (т.е. на поверхности воды) в точке =(х, у) горизонтальной плоскости после сортировки в сейсмограмму с общим пунктом приема. Данное поле давления умножают в пространственно-частотной области на поле вертикальной скорости vz(, 0, , xs), также расположенное на поверхности z=0, после сортировки в сейсмограмму с общим пунктом возбуждения. Чтобы интегральное уравнение можно было решить, оба поля, присутствующие в подынтегральном выражении в уравнении (1), должны относиться к значениям, измеренным на уровне расположения приемника z=zr. Первый множитель обычно получают в процессе SRME путем экстраполяции данных давления, лишенных волн-спутников, на поверхность z=0. Таким образом, поле давления экстраполируется в область общего пункта приема на стороне источника от уровня источника z=zs до поверхности z=0. Для второго множителя подынтегрального выражения в уравнении (1), т.е. члена вертикальной скорости,можно произвести либо прямую экстраполяцию восходящего поля vzu вертикальной скорости, либо обратную экстраполяцию падающего поля vzd вертикальной скорости от уровня приемника z=zr до открытой поверхности z=0. На открытой поверхности восходящая и падающая составляющие поля вертикальной скорости равны, так как поле давления на поверхности воды исчезает. В способе по настоящему изобретению, в отличие от вышеупомянутой работы Ikelle и др. (2003), используется падающее поле вертикальной скорости, так как такой выбор позволяет неявно включить воздействие морской поверхности в предсказание связанных с открытой поверхностью кратных волн. Тогда стандартная формула SRME по уравнению (1) может быть записана в виде гдеvzd(k, zr, , xs) - двумерное (временное и пространственное) преобразование Фурье падающей составляющей волнового поля вертикальной скорости, в области частот - волновых чисел, а k=(kx, ky) - волновые числа в горизонтальных направлениях х и у. Первый экспоненциальный член exp-ikz(zr-zs) в подынтегральном выражении уравнения (3) пред-4 012636 ставляет собой оператор экстраполяции, представляющий в одном шаге всю обратную экстраполяцию падающего поля скорости от уровня приемника на уровень источника. В альтернативном варианте данный оператор экстраполяции может быть разбит на два члена для математически эквивалентной интерпретации. Тогда член exp-ikzzr в операторе экстраполяции относится только к обратной экстраполяции падающего поля vzd скорости с уровня z=zr приемника до открытой поверхности z=0. Член expikzzs в операторе экстраполяции теперь относится к прямой экстраполяции восходящего поля pu давления от уровня источника z=zs до поверхности z=0. Следует отметить, что обратная экстраполяция падающего поля скорости содержала бы дополнительный член, необходимый для компенсации разрыва поля при пересечении уровня источника, в случае, если бы данные содержали также и прямое волновое поле. В любом случае, использование падающего поля скорости обеспечивает неявное включение воздействия морской поверхности в шаг предсказания. Для оператора экстраполяции в уравнении (3) нужно только расстояние (zr-zs) между уровнями, на которых находятся источник и приемник. Следовательно, предсказание кратных волн по настоящему изобретению не требует наличия какой-либо информации о морской поверхности и учитывает разные значения глубин расположения источника и приемника. Второй экспоненциальный множитель ехрik в уравнении (3) представляет собой ядро обратного двумерного пространственного преобразования Фурье падающего поля vzd вертикальной скорости из области волновых чисел - частот (k, z, ) в пространственно-частотную область (, z, ). Знак, используемый в ядре, определяет соглашение о знаках направлений экстраполяции, как описано выше. Разделение волнового поля вертикальной скорости на восходящую и падающую составляющие, такие как падающая вертикальная скорость vzd, используемая в уравнениях (2) и (3), часто рассчитывается в области волновых чисел - частот и более подробно описано ниже в рамках описания способа по изобретению. На фиг. 1 схематически представлены два участка луча, иллюстрирующие волновое поле 11 вертикальной скорости и волновое поле 12 давления, используемые в режиме предсказания кратных волн и описанные приведенными выше уравнениями (2) и (3). Лучи волнового поля изображены с указанием уровня 13 глубины расположения источника, уровня 14 глубины расположения приемника и поверхности 15 воды. Аналогично классическому подходу SRME затем из разложения уравнения (2) в ряд Тейлора образуют ряды рассеяния Кирхгофа, получая при этом волновое поле рр давления, свободное от связанных с поверхностью кратных волн где р - зарегистрированные данные давления, р 1 содержит удаляемые кратные волны первого порядка, р 2 содержит удаляемые кратные волны второго порядка и т.д., итеративным образом. Предполагаемые связанные с поверхностью кратные волны pn n-го порядка получают в этом итеративном способе путем замены волнового поля рр давления, свободного от связанных с поверхностью кратных волн, в подынтегральном выражении в уравнениях (2) и (3) на волновое поле pn-1 давления с уже удаленными кратными волнами (n-1)-го порядка, как дается выражением Предсказание кратных волн первого порядка по уравнению (5) использует восходящее поле давления из исходных данных, а также падающее поле скорости из исходных данных, которое экстраполировано от уровня расположения приемника до уровня расположения источника. То обстоятельство, что в соответствии со способом по изобретению необходимы два набора данных, зарегистрированных независимо один от другого, составляет его основное практическое отличие от способов, основанных на теории обратной связи или на теории обратного рассеяния. Известные подходы последнего типа предсказывают кратные волны только по полю давления. Использование поля вертикальной скорости позволяет учитывать в предсказаниях кратных волн вышеупомянутые эффекты, относящиеся к поверхности. Кроме того,использование поля вертикальной скорости также позволяет ввести необходимое зависящее от угла масштабирование, поправка на которое в подходах других типов, даже при использовании адаптивного вычитания, затруднена. Нижеследующее обсуждение описывает один из примеров способа разделения волновых полей на восходящие и падающие составляющие. Волновые поля, например, такие как волновое поле р давления и волновое поле vz вертикальной скорости, содержат восходящую составляющую волнового поля и падающую составляющую волнового поля. Например, волновое поле р давления содержит восходящую составляющую pu волнового поля и падающую составляющую pd волнового поля, что может быть выражено в виде Индексы u и d обозначают восходящее и падающее направление распространения волновых полей,соответственно, в любой точке. Аналогичным образом волновое поле vz вертикальной скорости содержит восходящую составляющую vzu волнового поля и падающую составляющую vzd волнового поля, что может быть выражено в виде-5 012636 Датчик движения сейсмической массы, например геофон, чувствителен к направлению (причем положительным отклонением по соглашению считается отклонение в вертикальном направлении +z), в отличие от датчиков давления, например гидрофонов. Датчики давления являются всенаправленными. Граница раздела между водой и воздухом на поверхности воды представляет собой превосходный отражатель сейсмических волн; поэтому коэффициент отражения для сигналов давления на поверхности воды по абсолютной величине близок к единице и имеет отрицательный знак. Таким образом, распространяющиеся вниз волновые поля, отраженные от поверхности воды, приобретают сдвиг фазы, равный 180 относительно волновых полей, распространяющихся вверх. Соответственно, восходящие составляющие сигнала волновых полей, зарегистрированные геофоном и гидрофоном, расположенными вблизи друг друга, будут записаны с расхождением по фазе на 180, тогда как падающие составляющие сигнала волновых полей будут зарегистрированы в фазе. При использовании альтернативного соглашения о знаках,не используемого в данном описании изобретения, восходящие составляющие сигнала волновых полей будут зарегистрированы в фазе, а падающие составляющие сигнала волнового поля будут записаны с расхождением по фазе на 180. В то время как гидрофоны регистрируют полное волновое поле по всем направлениям, вертикальные геофоны, обычно используемые в работе с сейсмическими данными, регистрируют только вертикальную составляющую волнового поля в одном направлении. Вертикальная составляющая волнового поля будет равна полному волновому полю только для сигналов, которые распространяются вертикально вниз. Если- угол между направлением волнового фронта сигнала и ориентацией датчика, то распространению сигнала вертикально вверх в соответствии с принятым соглашением соответствует угол =0. Таким образом, в соответствии со способом по изобретению регистрируемый сигнал vz вертикального геофона, плоскую волну под углом , необходимо скорректировать на сигнал, зарегистрированный геофоном, измеряющим полное волновое поле, а затем дополнительно скорректировать для обеспечения его соответствия волновому полю р давления, зарегистрированному гидрофоном. В способе по изобретению такую корректировку осуществляют путем масштабирования сигнала vz вертикального геофона посредством соответствующей функции масштабирования амплитуды, например следующей функциейw в пространственно-временной области Здесь коэффициент с представляет собой акустический импеданс воды, причем- плотность воды, а с - скорость звука в воде. В пространственно-временной области зависящая от угла масштабирующая функция w представляет собой многоканальный фильтр, преобразующий однонаправленное волновое поле vz вертикальной скорости, зарегистрированное геофоном, во всенаправленное волновое поле р давления. В области частот - волновых чисел функция w1 масштабирования амплитуды волнового поля vz вертикальной скорости может быть выражена в виде где представляет собой вертикальное волновое число; =2f - циклическая частота, соответствующая частоте f, а kx и ky - горизонтальные волновые числа в двух ортогональных горизонтальных направлениях. Как правило, в качестве двух горизонтальных направлений выбирают направления вдоль профиля и поперек профиля морской сейсмической разведки. В альтернативном варианте в области плоских волн функция масштабирования амплитуды волнового поля vz вертикальной скорости также может быть выражена в виде где представляет собой вертикальную медленность, а px и ру - горизонтальную медленность в двух ортогональных горизонтальных направлениях. В других альтернативных вариантах осуществления функция масштабирования амплитуды может быть получена в виде пространственного фильтра в пространственно-временной области путем применения обратного преобразования Фурье к представлению w1 функции масштабирования амплитуды из уравнения (9) в области частот - волновых чисел или путем применения обратного преобразования Радона к представлению функции масштабирования амплитуды как плоской волны из уравнения (11). Выбор области не накладывает каких-либо ограничений на изобретение, а делается исключительно для уп-6 012636 рощения описания. Полное волновое поле р давления, зарегистрированное гидрофоном в точке расположения датчика сейсмической косы, равно сумме восходящей составляющей pu волнового поля давления и падающей составляющей pd волнового поля давления в точке расположения датчика, как показано в приведенном выше уравнении (6). Волновое поле vz вертикальной скорости, зарегистрированное геофоном в точке расположения датчика сейсмической косы, после масштабирования (отрицательным) коэффициентом w1 масштабирования амплитуды, произведенного для его приведения к волновому полю давления, представляет собой разность восходящей составляющей pu волнового поля давления и падающей составляющей pd волнового поля давления в точке расположения датчика, что в области частот - волновых чисел может быть выражено следующим образом: Аналогичным образом коэффициент w2 масштабирования амплитуды, представляющий собой обратную величину к коэффициенту w1, может быть применен к волновому полю р давления для его преобразования к волновому полю вертикальной скорости. В таком случае полное волновое поле vz вертикальной скорости, зарегистрированное геофоном в точке расположения датчика сейсмической косы, равно разности восходящей составляющей vzu волнового поля вертикальной скорости и падающей составляющей vzd волнового поля вертикальной скорости в точке расположения датчика, как показано в уравнении (7). Аналогично, в уравнении (13) волновое поле р давления, зарегистрированное гидрофоном в точке расположения датчика сейсмической косы, равно, после масштабирования посредством коэффициента -w2 масштабирования амплитуды, произведенного для его преобразования к волновому полю вертикальной скорости, сумме восходящей составляющей vzu волнового поля вертикальной скорости и падающей составляющей vzd волнового поля вертикальной скорости в точке расположения датчика, что в области частот - волновых чисел может быть выражено следующим образом: Объединение уравнений (6) и (13) дает способ вычисления восходящей составляющей pu волнового поля давления и падающей составляющей pd волнового поля давления в точке расположения датчика,выраженных через волновое поле р давления и масштабированное волновое поле w1vz вертикальной скорости сейсмической массы, что в области частот - волновых чисел может быть выражено следующим образом: и Аналогичным образом объединение уравнений (7) и (14) дает способ вычисления восходящей составляющей vzu волнового поля вертикальной скорости и падающей составляющей vzd волнового поля вертикальной скорости в точке расположения датчика через волновое поле vz вертикальной скорости сейсмической массы и масштабированное волновое поле w2p давления, что в области частот - волновых чисел может быть выражено следующим образом: и На фиг. 5 и 6 представлены блок-схемы, иллюстрирующие этапы одного из вариантов осуществления способа подавления связанных с поверхностью кратных волн в сейсмических данных, зарегистрированных датчиками давления и датчиками движения сейсмической массы в буксируемых морских сейсмических косах, в соответствии с настоящим изобретением. Фиг. 5 иллюстрирует начальные этапы осуществления данного способа, а фиг. 6 - конечные этапы его осуществления. На шаге 51 с датчика давления, например гидрофона, установленного на буксируемой морской сейсмической косе, получают измеренную величину волнового поля давления. Измеренная величина давления далее обозначается термином сигнал гидрофона исключительно в целях иллюстрации. На шаге 52 с датчика вертикальной скорости, например вертикального геофона, расположенного на буксируемой морской сейсмической косе вблизи гидрофона, задействованного на шаге 51, получают измеренную величину волнового поля вертикальной скорости. Измеренная величина вертикальной скорости далее обозначается термином сигнал геофона исключительно в целях иллюстрации. На шаге 53 данные по волновому полю давления, полученные на шаге 51, сортируют в сейсмограммы общего пункта приема. На шаге 54 данные по волновому полю вертикальной скорости, полученные на шаге 52, сортируют в сейсмограммы общего пункта возбуждения. На шаге 55 сигнал датчика вертикальной скорости, полученный на шаге 52, масштабируют с целью компенсации относительной разницы амплитуд измеренных волновых полей давления и вертикальной скорости. Зависящую от угла функцию масштабирования амплитуды выбирают так, чтобы преобразо-7 012636 вать однонаправленное волновое поле вертикальной скорости сигнала геофона во всенаправленное волновое поле давления, аналогично сигналу гидрофона, полученному на шаге 53. Функция масштабирования амплитуды описана выше при обсуждении уравнений (8)-(12). На шаге 56 сигнал датчика давления, полученный на шаге 51, масштабируют с целью компенсации относительной разницы амплитуд измеренных волновых полей давления и вертикальной скорости. Зависящую от угла функцию масштабирования амплитуды выбирают так, чтобы преобразовать всенаправленное волновое поле давления сигнала гидрофона в однонаправленное волновое поле вертикальной скорости, аналогично сигналу геофона, полученному на шаге 54. На шаге 57 по разности сигнала датчика давления, полученного на шаге 53, и масштабированного сигнала датчика вертикальной скорости, полученного на шаге 56, вычисляют восходящую составляющую волнового поля давления в точке расположения датчика сейсмической косы. Вычисление рассеянной восходящей составляющей волнового поля давления предпочтительно производят в соответствии с приведенным выше уравнением (15). Данное вычисление сопровождается предварительным подавлением волнового поля, непосредственно производимого источником. На шаге 58 по сумме сигнала датчика вертикальной скорости, полученного на шаге 54, и масштабированного сигнала датчика давления, полученного на шаге 55, вычисляют падающую составляющую волнового поля вертикальной скорости в точке расположения датчика сейсмической косы. Вычисление рассеянной падающей составляющей волнового поля вертикальной скорости предпочтительно производят в соответствии с приведенным выше уравнением (18). Данное вычисление сопровождается предварительным подавлением волнового поля, непосредственно производимого источником. На шаге 59 производят обратную экстраполяцию по времени падающей составляющей волнового поля вертикальной скорости в точке расположения датчика, полученной на шаге 58, от уровня глубины расположения датчика до уровня глубины расположения источника. Экстраполяцию падающей составляющей волнового поля вертикальной скорости предпочтительно осуществляют так, как описано выше при обсуждении уравнения (3). На шаге 60 выполнение переходит на шаг 61 по фиг. 6. На шаге 61 по фиг. 6 восходящую составляющую волнового поля давления, полученную на шаге 57 по фиг. 5, умножают в пространственно-частотной области на экстраполированную падающую составляющую волнового поля вертикальной скорости, полученную на шаге 59 по фиг. 5, и получают их произведение. На шаге 62 индекс n порядка кратных волн устанавливают равным 1. На шаге 63 по полученному произведению рассчитывают связанные с поверхностью кратные волныn-го порядка. Если n=1, то используют произведение, полученное на шаге 61. Если n1, то используют произведение, полученное на описанном ниже шаге 66. Вычисление связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка предпочтительно осуществляют по уравнению (5), используя произведение в качестве подынтегрального выражения, как описано выше. На шаге 64 связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка, рассчитанные на шаге 63, вычитают из измеренного волнового поля давления, полученного на шаге 51 по фиг. 5, получая данные,свободные от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка. Операция вычитания предпочтительно представляет собой адаптивное вычитание, предпочтительно осуществляемое с использованием наименьших квадратов. Такое вычитание в дальнейшем производят итерационно для последующих порядков связанных с поверхностью кратных волн, как показано в приведенном выше уравнении (4). На шаге 65 определяют, в достаточной ли степени ослаблены кратные волны в волновом поле давления, полученном на шаге 64. Если это так, то итерации прекращаются. В противном случае производится переход к шагу 66. На шаге 66 данные, свободные от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка, полученные на шаге 64, умножают на экстраполированную падающую составляющую волнового поля вертикальной скорости, полученную на шаге 59 по фиг. 5, и получают их произведение. На шаге 67 индекс n порядка кратных волн увеличивают на 1 до значения n+1. Затем выполнение возвращается на шаг 63 для итерационного повторения шагов 63-66 с целью получения данных, свободных от связанных с поверхностью кратных волн более высокого порядка, до тех пор, пока не будет достигнут достаточный уровень ослабления кратных волн. Следующий пример иллюстрирует преимущества настоящего изобретения. В начале лета 2005 г. была проведена пробная морская сейсмическая разведка, в которой одновременно использовались традиционная сейсмическая коса с одним типом датчиков, буксируемая на глубине 8 м, и сейсмическая коса с двумя типами датчиков, буксируемая на глубине 15 м. Данные обычной сейсмической косы обрабатывались по сравнительно простой процедуре, тщательно избегая при этом нарушений исходных предположений о волновых полях. Данные сейсмической косы с двумя типами датчиков предварительно разлагались на рассеянные восходящие и падающие поля давления и вертикальной скорости. Затем к индивидуальным волновым полям, полученным в результате такого разложения, применяли ту же процедуру,которую использовали для обработки данных сейсмической косы известного типа, с целью сравнения результатов.-8 012636 Сравнительный анализ результатов применения способа SRME с двумя типами датчиков был произведен на основе суммарных разрезов со стандартной кинематической поправкой (NMO, normalmoveout). На фиг. 2 представлен суммарный разрез NMO восходящего поля давления по данным датчиков двух типов перед обработкой в соответствии со способом по изобретению. Некоторые из связанных с поверхностью кратных волн первого порядка обозначены номером 21. Чтобы применить способ по изобретению к данным буксируемой сейсмической косы с двумя типами датчиков, использовались два различных волновых поля для предсказания связанных со свободной поверхностью кратных волн: восходящее поле давления, полученное из исходных данных, и падающее поле скорости, полученное в соответствии с уравнениями (4) и (5). Падающее поле скорости было обратно экстраполировано от уровня положения приемника до уровня положения источника. Затем предсказанные кратные волны вычитались из восходящего поля давления, используя адаптивное вычитание по схеме наименьших квадратов. Результаты применения способа по изобретению представлены на фиг. 3 и 4 в сравнении с результатами способа SRME для сейсмической косы известного типа. На фиг. 3 представлен суммарный разрезNMO данных, полученных при помощи сейсмической косы с двумя типами датчиков и обработанных с использованием способа по изобретению. На фиг. 4 представлен суммарный разрез NMO данных сейсмической косы известного типа, обработанных по известному способу. Благодаря более точному предсказанию кратных волн, связанных с открытой поверхностью, в данных, полученных при помощи буксируемой сейсмической косы с двумя типами датчиков, обеспечено лучшее подавление кратных волн и,следовательно, лучшее сохранение первичных волн. Например, связанные с поверхностью кратные волны первого порядка, обозначенные на фиг. 2 номером 21, до некоторой степени подавлены на фиг. 4(обозначены как 41) при помощи известной обработки, но гораздо лучше подавлены на фиг. 3 (обозначены как 31) благодаря применению способа по изобретению. Изобретение представляет собой способ исключения связанных с поверхностью кратных волн с использованием буксируемой сейсмической косы с двумя типами датчиков. Получаемые полное поле давления и полное поле вертикальной скорости разделяют на восходящее и падающее поля на уровне расположения приемника. Падающее поле скорости используется совместно с полем давления для предсказания кратных волн, связанных с открытой поверхностью. При помощи адаптивного вычитания по схеме наименьших квадратов из восходящего поля давления получают, по существу, свободное от связанных с открытой поверхностью кратных волн восходящее поле давления. Благодаря использованию падающего поля скорости данный способ обеспечивает более надежное ослабление кратных волн путем неявного включения вариаций состояния морской поверхности в предсказание кратных волн. Таким образом, способ по изобретению обеспечивает адекватный учет флуктуаций морской поверхности и коэффициента отражения. Вышеизложенное описание следует рассматривать просто как подробное описание отдельных вариантов осуществления настоящего изобретения. В соответствии с раскрытием в изобретение могут быть внесены различные изменения, модификации и альтернативные варианты осуществления, не выходящие за рамки настоящего изобретения. Таким образом, вышеприведенное описание не должно рассматриваться как ограничивающее объем охраны изобретения. Объем охраны изобретения определяется только прилагаемой формулой изобретения с учетом эквивалентов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ обработки сейсмических данных, полученных посредством буксируемой морской сейсмической косы, содержащей датчики движения сейсмической массы и датчики давления, состоящий в том, что комбинируют сигналы датчиков движения сейсмической массы и сигналы датчиков давления для образования восходящей составляющей волнового поля давления и падающей составляющей волнового поля движения сейсмической массы; экстраполируют падающую составляющую волнового поля движения сейсмической массы от уровня глубины расположения приемника до уровня глубины расположения источника; умножают восходящую составляющую волнового поля давления на экстраполированную падающую составляющую волнового поля движения сейсмической массы в пространственно-частотной области с образованием первого произведения; итеративно вычисляют связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка в волновом поле давления с использованием произведения волнового поля давления, свободного от связанных с поверхностью кратных волн (n-1)-го порядка, и экстраполированной падающей составляющей волнового поля движения сейсмической массы и итеративно вычитают вычисленные связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка из зарегистрированного волнового поля давления с образованием волнового поля давления, свободного от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при комбинировании сигналов датчиков движения сейсмической массы и сигналов датчиков давления-9 012636 масштабируют сигналы, зарегистрированные датчиками движения сейсмической массы, для приведения их в соответствие с сигналами, зарегистрированными датчиками давления; комбинируют масштабированные сигналы датчиков движения сейсмической массы и сигналы датчиков давления для образования восходящей составляющей волнового поля давления; масштабируют сигналы, зарегистрированные датчиками давления, для приведения их в соответствие с сигналами, зарегистрированными датчиками движения сейсмической массы; и комбинируют сигналы датчиков движения сейсмической массы и масштабированные сигналы датчиков давления для образования падающей составляющей волнового поля движения сейсмической массы. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что при комбинировании сигналов датчиков движения сейсмической массы и сигналов датчиков давления в ходе начальных шагов сортируют сигналы датчиков движения сейсмической массы в сейсмограммы общего пункта возбуждения и сортируют сигналы датчиков давления в сейсмограммы общего пункта приема. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при итеративном вычислении и итеративном вычитании присваивают индексу n порядка кратных волн значение 1; вычисляют связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка с использованием первого произведения; вычитают вычисленные связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка из сигнала датчиков давления с образованием данных, свободных от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка; определяют достаточность ослабления кратных волны в данных, свободных от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка; умножают данные, свободные от связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка, на экстраполированную падающую составляющую волнового поля движения сейсмической массы, с получением произведения; увеличивают индекс n порядка кратных волн на 1 до значения n+1; повторяют шаги вычисления, вычитания, определения, умножения и увеличения. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что датчик движения сейсмической массы представляет собой датчик вертикальной скорости. 6. Способ по п.4, отличающийся тем, что вычисление связанных с поверхностью кратных волн n-го порядка включает в себя применение следующего уравнения: где pn(xr, , xs) - связанные с поверхностью кратные волны n-го порядка,pn-1(, zs, , xr) - данные, свободные от связанных с поверхностью кратных волн (n-1)-го порядка,xr=(xr, yr, zr) - положение приемника в декартовых координатах,xs=(xs, ys, zs)=(, zs) - положение источника, - циклическая частота,s - сигнатура источника, а где vzd(k, zr, , xs) - падающая составляющая волнового поля вертикальной скорости в области частот - волновых чисел, аk=(kx, ky) - горизонтальные волновые числа в направлениях x и y.
МПК / Метки
МПК: G01V 1/28
Метки: типами, основе, волн, предсказания, способ, данных, двумя, косы, датчиков, поверхностью, связанных, кратных, сейсмической, морской, буксируемой
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/14-12636-sposob-predskazaniya-kratnyh-voln-svyazannyh-s-poverhnostyu-na-osnove-dannyh-buksiruemojj-morskojj-sejjsmicheskojj-kosy-s-dvumya-tipami-datchikov.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ предсказания кратных волн, связанных с поверхностью, на основе данных буксируемой морской сейсмической косы с двумя типами датчиков</a>
Предыдущий патент: Способ изготовления слоя нановолокон
Следующий патент: Смесь для рафинирования и модифицирования стали и чугуна
Случайный патент: Способ извлечения меди из медносульфидной руды