[發(fā)明專利]用于連續(xù)數(shù)據(jù)采集的設(shè)備和方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310574520.9
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103823235A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: J·薩拉斯;R·道勒;L·呂埃;B·泰桑迪耶
• 申請（專利權(quán)）人: 地球物理集團(tuán)公司
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00
• 代理公司: 北京戈程知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術(shù)領(lǐng)域

本文公開的主題的實(shí)施方案通常涉及用于地球物理探測的連續(xù)數(shù)據(jù)采集的方法和系統(tǒng)，更具體而言，涉及其機(jī)構(gòu)和技術(shù)。

背景技術(shù)

反射地震學(xué)是一種地球物理勘探的方法，用于確定大地的地下層的部分的特性，其為對于石油和天然氣工業(yè)特別有用的信息。海上反射地震學(xué)基于將能量波發(fā)射至大地中的受控源的使用。通過測量反射返回至多個(gè)接收器所需的時(shí)間，能夠估計(jì)造成這些反射的特征的深度和/或構(gòu)成。這些特征可以與地下的碳?xì)浠衔锏某恋硐嚓P(guān)。

對于海上應(yīng)用，常用的源基本上為沖擊波（例如，使壓縮氣體突然膨脹）。最常用的源中的一種為氣槍。氣槍在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的聲能。這樣的源在特定深度處沿著方向X被船舶拖曳。來自氣槍的聲波在全部方向上傳播。氣槍瞬間釋放較大的峰值聲壓和聲能。圖1顯示了這樣的源。該圖示出了在較淺深度處拖曳在船舶101之后的源陣列104。當(dāng)源陣列被激活時(shí)，聲能被耦合到水中并且被傳輸?shù)酱蟮兀渲胁糠帜芰繌难蟮?13以及從巖層界面112（具有聲阻抗變化的巖石層）部分地反射回來。用于記錄反射的能量的傳感器或接收器106包括水診器、地震檢波器和/或加速計(jì)。接收器能夠封裝在流體填充的或固體的拖纜105中，其也被船舶在較淺深度處拖曳。

目前，一艘船舶通常拖曳多個(gè)拖纜，其具有用于確保拖纜以固定距離隔開的分流器。為了在拖纜和源之間保持適當(dāng)?shù)拈g隔，船舶通常以大約4節(jié)（2m/s）的速度不斷地向前移動。在一些情況下，拖纜能夠受到控制，使得全部接收器位于共同的深度處，或者在另外的情況下，在每個(gè)拖纜中的接收器受到控制以跟隨特定的深度剖面。

現(xiàn)代拖纜配備有水鳥、羅盤和GPS接收器浮標(biāo)。水鳥為具有鰭片的設(shè)備，以與船舶通信來控制拖纜深度和橫向空間位置的間隔被隔開。做為選擇，接收器能夠靜止并且放置在海底作為自由節(jié)點(diǎn)或者在洋底電纜中。

基于傳感器類型，返回能量在每個(gè)接收器位置處被記錄為作為時(shí)間的函數(shù)的壓力、速度或加速度變化。將在多個(gè)源和接收器位置處做出的記錄組合能夠用于形成大地的地下特征的圖像。從反射地震學(xué)形成的圖像有助于定位表示石油和/或天然氣貯藏的結(jié)構(gòu)。

但是，脈沖波源的頻率內(nèi)容不是完全可控的，并且氣槍源的不同的數(shù)目、尺寸和/或組合是取決于特定勘測的需求進(jìn)行選擇。此外，脈沖波源的使用能夠造成一定的安全性和環(huán)保擔(dān)憂。

因此，可以使用的另一類源為振動源。對于振動源，源信號激勵(lì)通常為線性調(diào)頻信號（chirp）（在預(yù)定掃描帶寬上對于預(yù)定時(shí)間間隔的掃描頻率正弦波激勵(lì)信號）。由于源陣列被移動的船舶拖曳，因此源陣列在給定的掃描長度上發(fā)射線性調(diào)頻信號。通常而言，在某些儀器重置周期和/或監(jiān)聽時(shí)間之后，重復(fù)線性調(diào)頻信號從而開始對于新的源/接收器位置的新的記錄。因此，典型的原始記錄包括掃描和監(jiān)聽時(shí)間。相關(guān)可以用于使數(shù)據(jù)分解（collapse）以產(chǎn)生類似于利用脈沖波源可以得到的記錄。利用振動源，再通過相關(guān)以分解數(shù)據(jù)的技術(shù)稱為可控震源（Vibroseis）。

相關(guān)的一種替代是源特征反卷積，借此，測量的源信號用于將擴(kuò)展的源信號轉(zhuǎn)換為脈沖，其包含某些形式的頻譜分割的性能。在源特征反卷積中，利用不相關(guān)或相關(guān)數(shù)據(jù)取得接收的信號和測量的源信號的快速傅里葉變換（FFT）。頻譜商數(shù)形成，其中在每個(gè)頻率處接收的頻譜被除以源頻率頻譜。包括所產(chǎn)生的譜商數(shù)的陣列利用反向傅里葉變換（IFFT）被轉(zhuǎn)換回時(shí)域，以恢復(fù)大地脈沖響應(yīng)。

通常而言，在海上勘測中獲得的地震數(shù)據(jù)優(yōu)于在陸地勘測中收集的數(shù)據(jù)。在水中的源耦合比陸地上的源耦合好得多且均勻得多。在陸地上，源耦合比在海中更為易變，這是因?yàn)檎駝悠髟诒砻嫔险饎樱摫砻婺軌蚩焖俚貜纳匙幼優(yōu)閹r石，變?yōu)闃錁丁⒌缆贰⒛嗤恋鹊取：Ｉ檄h(huán)境通常比陸地勘測的環(huán)境更為安靜，從而得到具有更低的環(huán)境噪聲水平的記錄。

但是，在海上地震學(xué)中出現(xiàn)了一些特殊的問題。因?yàn)樵刺幱谒嬉韵碌奈恢茫虼诉@導(dǎo)致了被稱為表面虛反射的表面反射波。表面的聲反射系數(shù)基本上為-1，使得通過源輻射的向上壓力波在遠(yuǎn)離水面向下反射時(shí)經(jīng)受極性變換。這些虛反射對來自源的主要發(fā)射能量產(chǎn)生相消和相長干涉，以在輻射能量的功率譜中產(chǎn)生譜峰和凹陷。

圖2描繪了由兩個(gè)源生成的垂直傳播信號的功率譜上的源虛反射的效果。曲線200對應(yīng)于在20m深度處操作的源，并且在其頻譜大約0、37.5、75、112.5和150Hz處具有凹陷。對于曲線202，源位于5m深度處，并且其頻譜中的凹陷出現(xiàn)在0和150Hz處。圖2中的曲線已經(jīng)被歸一化到它們各自的峰值。表面虛反射產(chǎn)生了相長能量以產(chǎn)生圖2中的曲線峰值。