[发明专利]采集和处理海洋地震数据以提取和使用上行和下行波场

说明书

对相关申请的交叉引用

不适用。

有关联邦赞助的研究或开发的声明

不适用。

技术领域

本发明主要涉及海洋地震数据采集和数据处理的领域。更具体地说，本发明涉及用于设计和开动海洋震源、并用于处理此类数据的方法，其中，能提取并相长地相加源发射的上行和下行波场。

背景技术

在地震勘探中，通过在陆地表面附近将声能传递到陆地中，并且检测从地下岩层的不同层之间的边界反射的声能，采集地震数据。在对于边界的相邻层之间声阻抗中存在差异时声能被反射。解释表示检测到的声能的信号以推断地下岩层结构的组成和结构。

在海洋地震勘探中，例如气枪或气枪阵列的地震能源一般用于将声能传递到水底以下的地层中。一般在气枪或阵列由船牵引时在水中的选定深度开动气枪或阵列。相同或不同的船在水中牵引称为“拖缆(streamer)”的一个或多个地震传感器电缆。通常，拖缆沿其中牵引拖缆的方向在船后延伸。一般情况下，拖缆包括在电缆上沿电缆间隔开的已知位置安置的多个水听器。如本领域已知的，水听器是生成对应于水压或水中压力的时间梯度(dp/dt)的光或电信号的传感器。牵引一个或多个拖缆的船一般情况下包括记录设备以做出水听器响应检测到的声能而生成的信号的记录(相对于时间来编索引)。如上所述，信号的记录经处理以推断执行地震勘测的位置下方的陆地地层的结构和组成。

海洋地震数据包括限制推断地下岩层的结构和组成的精确度的效应。称为震源虚反射现象(source ghosting)的此效应是由于与水面上方的空气相比、水具有大不相同压力波的传播速度和密度而引起的。震源虚反射现象能理解如下。在开动气枪或气枪阵列时，声能一般从气枪或阵列向外辐射。一半的能量向下传送，其中它穿过水底，并且进入地下岩层。另一半声能从气枪或阵列向上传送，并且大部分此能量从水面反射，它因此而向下传送。反射的声能将在时间上延迟，并且在相位上也将与直接向下传播的声能偏移大约180度。表面反射的向下传送的声能通常称为“虚反射”信号。虚反射信号干扰直接向下传播的波场，在频带的一些部分中造成相长干扰，在频带的其它部分中造成相消干扰。这在频谱中造成在频率中相等间隔的一系列陷波(notch)，包括在零频率(0Hz)的陷波。如本领域所公知的，检测到的声信号中这些陷波的频率与安置气枪或气枪阵列所在的深度有关。震源虚反射现象的效应一般称为“震源虚反射(source ghost)”。

源发射的地震能量由于几何扩展、传输损耗和吸收而随传播距离衰减。更高频率能量的吸收速率大于更低频率能量是本领域中公知的。因此，对于深穿透，合乎需要的是使在较低频率的源发射的能量最大化。由于震源虚反射在0Hz具有陷波，因此，它限制低频带端中的能量。这可通过在更大的深度来牵引源而改进。然而，这造成在频谱中在更低频率发生虚反射陷波，并因此限制更浅目标的高分辨率成像所需的频谱的高频部分。此外，在使用气枪作为地震能源时，枪的基本频率随深度的增加而增加。因此，在由于震源虚反射而将气枪牵引得更深时，低频率端中能量的增加被气枪的基本频率中的增加所抵消。

当使用气枪时跨带宽增加源发射的信号水平的传统方式是增加气枪释放的空气的总体积和/或增加操作压力。然而，能为每个点(spot)释放的空气的最大体积和最大气压受可用源设备和供气系统限制。要改变此方面能够是成本极高的，而且耗时。此外，增加源强度可对海洋生物有影响。因此，最大化源发射的信号的使用可具有很大的价值，并且降低增加源发射的能量水平的需要。通过从源提取向上(虚反射的)和直接向下传播的波场，震源虚反射的效应被消除，并且所有虚反射陷波周围的信号被增强，包括在0Hz的陷波。这些分离的波场也能在时移到海面或使用已知源深度的共同参考深度，随后通过将180度相移应用到虚反射的信号，它们能相长地汇总在一起。以此方式，利用了从源发射的几乎所有能量，这因此几乎将对于给定能源的主能量水平翻倍。