[发明专利]海上地震数据采集方法和装置

说明书

技术领域

一般地，本发明涉及海上地震系统，更具体地，涉及针对地震波场特征使用质点运动传感器的海上地震数据采集。 

背景技术

地震勘探广泛用于地下地质地层的定位和/或测量以寻找碳氢化合物储藏。由于许多有商业价值的碳氢化合物储藏位于水体之下，所以发展了各种海上地震测量技术。在一个典型海上地震测量中，如在图1中概念性显示的示例测量100，在一艘测量船110的后面拖曳一条或多条海上地震拖缆。地震拖缆105可以有几千米长并含有大量传感器115，如水中检波器及其附属电子设备，它们沿每条地震拖缆的长度方向分布。测量船110还包括一个或多个地震源120，如空气枪或其他震源。 

当拖缆105被拖曳在测量船115后面时，由地震源120产生的声波信号125(通常称作“爆炸(shot)”)向下穿过水体130进入水底面145以下的地层135、140，在那里这些声波信号被各种地下地层150反射。反射信号由地震拖缆电缆105中的传感器接收，数字化，然后被传输到测量船110。数字化的信号被称作“记录道(trace)”，它们被记录下来并至少是部分地由测量船110上的信号处理单元160加以处理。这一处理的最终目的是构建拖缆105下的地下地层150的表示，分析这种表示可以指示出地下地层150中碳氢化合物储藏的可能位置。 

利用采样数据系统处理连续域信号(如反射信号155)是一种众所周知的技术。Whittaker-Kotel’nikov-Shannon采样定理指出了这些技术在理论上的缺陷，该定理说，对于任意信号f(x)，如果其均匀 间隔采样的采样间隔小于该信号中最高频率分量周期的一半，那么由这些均匀间隔的样本能够重建这一信号。由采样数据系统能准确处置的最大频率分量称作它的奈奎斯特(Nyquist)极限。这样，如果f(x)的频带限于波数σ/2(它称作奈奎斯特数)，则采样理论提供下列公式由均匀间隔值f(m/σ)内插任何函数值： 

f(x)=Σ-∞∞f(m/σ)sinπ(σx-m)π(σx-m)]]>

这样，采样定理提供了当采样率足够高时由其均匀间隔样本“完全地”重建信号的一种途径。 

对于海上应用，地震信号的空间采样间隔，例如传感器115之间的间距，通常选为3.125m的倍数。通过使用这一采样间隔，其波长大于地震传感器间距的任何地震信号都能被准确地处置。然而，大于奈奎斯特数的空间分量可能会“混淆”(即移动)到有意义的空间带宽之中。这样，其波长小于地震传感器间距的地震波可能欠采样并产生混淆。混淆是不希望的副效应，因为混淆通常是对数据的一种不可逆变换，故可能难于从数据中去除。对由地震源115提供的反射信号155进行采样采用3.125m的传感器间隔通常是适当的，因为在水中的声波速度约为1500m/s。于是，约为3.125m的传感器间距可以提供频率高达250Hz的无混淆数据。