消除地震数据中的多普勒相位色散的方法技术

本发明专利技术是减小由发射信号的多普勒频移引起的检测地震信号相位失真的一种方法。为了校正信号的相位色散，用一个算子与地震数据进行卷积。由特定的发射信号和船速来确定该算子。一般在频率波数域中确定该算子。为完成这个卷积，可以将地震数据变换到频率波数域。然后，变换后的数据还可以变回到时间距离域。或者是说，所确定的算子可以被变换到时间距离域，并在时间距离域中完成卷积。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及地震探测法勘察海底的领域。在过去，大部份用脉冲源进行海洋地震的探测。然而，由于多种原因，人们业已增加了采用海中震动器的兴趣。原因在于震动器可以容易地调整，使其输出的能量能适合于特定探测目的，而这点脉冲源难以实现。由于在信号处理过程中采用相关步骤，震动器得到的数据就对许多类型的噪声脉冲(包括来自其它船员的投射，来自船舶航道，钻探机及海洋动物活动的声响)的敏感程度而言，要比由脉冲源得到的数据小得多。两个震动源可以用正交扫频函数同时工作，并且可以用单个接收电缆同时从两个相邻的测震航线获得数据，而无需交替地触发两个信号源以协调射击点的间距。因为震动器的输出分布在一个相当长的时间间隔内，因此其峰值电平要比具有相当强度的电平的脉冲源小得多，这就减小了对环境的可能的影响。在海中实施的通常模式中，地震探测船、地震信号源和接收机在水中不断地移动，随之将数据记录下来。由于这种运动，由地震信号源发射和由接收机检测的震动信号中可能存在多普勒频移。然而，校正地震数据的多普勒频移的影响的方法在此以前还不曾公知。本专利技术是用于减小在检测到的地震探测信号中由发射信号的多普勒漂移引起的相位失真的一种方法。为了校正该色散，用一个算子对数据进行卷积运算。由特定的发射信号和船速来求出该算子。通常在频率波数域中确定算子，因此为完成对算子的卷积，可以将地震数据变换到频率波数域。然后，变换后的数据再变换到时-空域。也可以将确定的算子变换到时一空域，然后在时一空域中进行卷积运算。附图说明图1表示水底的地震信号的射线路径。图2a、2b和2c示出了扫频信号的多普勒频移。图3是地震信号源和接收机静止时的地震数据模型。图4是地震信号源和接收机以常速运动时的地震数据模型。图5表示相角色散。图6在K-ω平面上给出了一条直线，该直线代表了全部反射海床都有某一特定倾斜。图7是图4所示的经相位校正后的地震数据模型。图8给出了对相位色散校正前的海底地震探测震动器数据。图9给出了对相应色散校正后的图8的地震数据。图10给出了相位色散校正前的图8的数据的详细情形。图11给出了相位色散校正后图10的数据。图12给出了相位色散校正前的图8的数据的另一详细情形。图13给出了相位色散校正后的图12的数据。图14给出了由图12震动器数据所示的同一个水底区域的气枪数据。术语“多普勒频移”通常用来说明信号发射或接收期间因发射机和(或)接收机的运动所引起的在接收信号与发射信号之间的频差的术语。当把震动源用作为海洋地震信号源时，在地震信号发射期间，如果信号源或检测器正在运动，那末将会出现多普勒频移。而且，即使信号源和接收机都由同一艘船牵引，并且其相对速度为零，倾斜的水下反射交界面仍将产生多普勒频移。这种现象可由图1说明。大多数地震探测法勘察海底是通过在一艘船后面以固定速度牵引地震源和检测器来完成的，本专利技术将首先就这种操作予以说明。这里所用的术语“震动器”或“震动源”定为在通常为几秒的一段时间里发射频率成分选定的地震信号的地震源。上述这些信号可以是正弦波信号，或可以大体上是方波信号，也可以是其它形状的脉冲信号。这些由信号源所发射的地震信号通常是扫频信号，由于信号的基本频率一般将从一个所选定的频率开始，而后从这个开始频率扫到不同的终止频率。频率随时间的变化可以是线性的，也可以是非线性的。在某些情况下，可能希望发射单一频率的正弦信号、方波信号或其它形状的脉冲信号。这里所用的术语“扫频信号”包括这些信号。图1中，3代表海中地震探测电缆线，4代表海洋地震源。3和4均由地震探测船牵引穿过水体2。图1画出随着地震源从第一个位置4a牵引到第二个位置4b时，产生信号的地震源的情况。从位置4a发射的地震信号沿射线轨迹6a和8a分别传送到水下交界面10和12。从位置4b发射的地震信号沿射线轨迹6b和8b传送。可以看出对于从与地球表面相平行的一个交界面的反射来说，地震信号沿路径6a和6b传送的距离将是一样的。因此，就不存在多普勒效应。然而，由于反射交界面12的倾斜，射线路径8b比射线路径8a要长。因而，随着地震源从位置4a运动到4b，接收机在电缆上检测到的信号频率将低于地震源发射的信号频率。若反射交界面反向倾斜，则将导致检测频率增大。多普勒频移信号的发射频率fs与接收频率fr有关，其关系式为fr＝fs(1+δ) (1)在这里，δ是多普勒系数。在海中，当地震源和检测器都由船牵引时，用地震源发射并用检测器检测的海底地震信号的最大多普勒系数等于2Vb/Vp。在这里，Vb为船速，而Vp为水中的声速。如果只是地震源或者检测器运动，此时最大多普勒系数等于Vb/Vp。在这里，Vb代表正在运动的地震源或者检测器的速度。在记录数据期间，地震探测船维持大约为5浬(2.57米/秒)的典型速度。由于Vp大约为1500米/秒，在记录的海洋数据中可能会遇到最大的多普勒系数约为0.0034。假若海洋地震探测震动器产生一个从10Hz扫到60Hz的信号，那末在扫频频率的二端可以观测到发射信号和接收信号之间的频率偏移在0.034Hz到0.204Hz之间。图2a、2b和2c说明多普勒频移对地震数据的影响。图2a表示在10秒的时间内从第一频率f1扫到第二频率f2的发射地震信号或探测地震信号。在图2a中，地震源和接收机之间的运动距离保持不变，因此接收的信号和发射的信号具有相同的形式。接收的信号延迟了一段从地震源传播到接收机的时间。但此延迟时间在整个扫频期间将是不变的。图2b表示了相同的探测扫频。图2b还表示出在信号发射和接收期间，由于信号传输路程的逐渐缩短而引起接收信号改变的情况。由于传输路程的缩短，地震源和接收机之间的传送时间以及接收信号频率也将发生改变。图2c将图2b中的接收信号和发射信号作了比较。可见，接收信号的频率随时间增长的速度比发射信号快。可以理解假如发射信号路程是增加而不是减少，那末接收信号的频率的增长速度就要比发射信号慢。如图2c所示，由多普勒频移引起的相位失真可以用下列关系式表示φ(f)360°f△t(2)在这里φ(f)为相位失真。它是在将接收信号在时间上作了移动;使信号接收起点与信号发射的起点在时间上对准以后，发射信号达到某一频率时的相位与接收信号达到这一频率时的相位之差。f为频率△t为发射信号达到某一频率的时间与接收信号达到这一频率的时间之差。探测扫频信号的斜率等于△f/△t，也等于(f2-f1)/T。在这里，T是扫频信号的时间宽度。所以，φ(f)同样可以用下式表示φ(f)＝360°f△fT/f2-f1，以及因为△f＝δfφ(f)＝360°f2δT/(f2-f1) (3)对于从10Hz扫至60Hz，而多普勒系数为0.0034的探测信号，在60Hz上的相移，根据等式(3)计算等于880°。甚至十分之一这样大的相位偏移都将会明显地改变反射情况的特性。为解析地确定多普勒系数对地震数据的影响建立了一种模型。在该模型中，将倾斜的海底看作为一系列分布十分接近的点衍射器。将地震源和接收机之间的相对位置保持不变，用模拟牵引地震源和接收机通过每个点衍射器来计算每个点衍射器的响应。将所模拟的接收信号与探测扫频信号进行相关就得出一个作为地震源一接收机相对位置为某一值时点衍射器响应的模型的选排(gather)。把一段中的所有本文档来自技高网...

【技术保护点】
海底地震探测法包括：以一个大体上固定速度牵引震动的地震源和安装有地震信号检测器的检测电缆穿过水体；用上述震动的地震源发射扫频信号；用上述地震检测器检测上述扫频地震信号；记录所检测的地震信号；以及将一个算子与记录的地震信号 进行卷积，以便减小检测到的地震信号的失真。而这种信号的失真是由扫频信号从倾斜的水下反射交界面的反射所引起的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：威力阿姆H德拉贡斯特，
申请(专利权)人：韦斯顿阿特拉斯国际公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]