[发明专利]地滚衰减方法

说明书

本发明涉及在地震数据信号中使地滚(ground roll)衰减的方法。该方法能产生使地滚衰减后的地震数据信号，它提供了对地下地质构造的更清晰的观察。该方法特别适合有小型单传感器接收器阵列的地震数据采集系统使用，在那里地滚不能靠叠加使其衰减。

收集地震数据信号的目的是遥感地下状况，特别是与石油和天然气之类碳氢化物的勘探和生产相关联。为收集地震数据，通常使用声源，如爆炸物、空气枪、或震动器，来产生声音信号，它穿过地质地层传播。在不同地层之间声阻抗的变化使部分声能被反射并返回地面。这些反射信号由地震传感器接收并被处理以建立地下地质图。关于地下状况的主要地震信息是用压强波数据获得的，这里的压强波由声源产生，由地下地层间的界面反射，然后由位于附近地面的地震传感器接收。

然而，由声源产生的一部分声能不是向下向地下地层传播，而是沿地球表面水平传播。这部分地震信号称作地滚，它以瑞利(Rayleigh)波速度传播，这通常比上述压强波的速度慢得多。虽然压强波通常传播得比地滚波快得多，但压强波必须从声源到反射层再到地震传感器，其传播距离比沿地球表面从源到传感器传播的地滚波的传播距离大得多，结果，压强波和地滚波同时到达地震传感器的情况并不少见。因为地滚波通常不包含关于被调研的地下地质构造的信息，所以在把地震数据用于产生地下构造图之前，必须最大限度地衰减(即去掉)地滚波。地滚一般被认为是占主导地位的噪声源，因而有效地去掉地滚信号常常能大大提高地震勘探过程中得到的地下图像的质量。

地滚不是以唯一的传播速度传播，相反，它表现出大的速度范围，这取决于地震信号的频率。地滚的频散特性是地滚信号有相对较长持续时间的一个原因。这一频散特性也使开发在地震数据信号中有效衰减地滚的方法变得更为困难。

在地震数据处理中解决地滚压缩问题的传统途径是在数据采集过程中使用接收器阵列，然后把从每个接收器得到的地震数据信号叠加到一起。不论从地球物理观点还是从经济观点看，使用接收器阵列都有一些明显的缺点。当前，地震数据采集系统通常使用的接收器阵列的空间尺度使得波长达到传感器布设图形长度1.4倍的噪声波被衰减。这导致一种空间模糊(Smering)效应：在一特定接收器站的响应是在接收器阵列中所有单个传感器的响应之和。在产业界还存在着使网格(bin)尺度变小的趋向。标准的50×50m网格尺度将可能被减小为例如40×40m或30×30m，以克服空间混淆问题和提高分辨力。例如，为水库监测以建立水库的3D阻抗图，便需要高分辨力。更小网格尺度的构想被传统接收器阵列引入的空间模糊效应所抵销。

除了模糊效应外，传感器布设图形也是没有效力的，因为它们太短了。在衰减地滚方面有效的叠加阵列途径(有效地组成一个很长的接收器阵列)需要全褶叠几何图形，这太昂贵，因而不常使用。多个分布图形的重叠也与高分辨力矛盾。高分辨力地震学的另一趋向是使用多分量记录，例如通过使用压强波源并记录所有振型转换后的波或通过使用剪切波源和记录剪切波响应。然而，对于剪切波，分布图形得要短(小于12m左右)以避免由于剪切静力造成的衰减。在地滚衰减方面，这一点进一步抵销了分布图形的有效性，从而造成信号噪声比问题。

单传感器小阵列地震数据采集系统能避免许多这样的困难。在这类系统中，来自每个单个传感器的地震响应能被单独地处理(即在一特定接收器站，来自阵列中每个地震传感器的地震数据信号并不立即被叠加以减小地震数据信号中存在的地滚波)。

单传感器小阵列采集系统伴有若干好处。不需要深爆井来减小所产生的地滚量，浅爆井就足够了。钻浅井不那么昂贵，而且由于不需要穿透较深的地下水蓄积区，从而提供了环境方面的好处。不需要爆点(声源)分布图形，这减小了地震信号产生过程的费用和复杂性。不需要伸展很长的检波器分布图形，从而减小了设备的重量和费用，并减少了为进行地震勘探所需的野外雇员的数量。因为采集的是来自各单个传感器的地震数据信号(不是立即叠加来自整个传感器阵列的响应)，便可能进行最佳的数据处理步骤，如基于爆点叠加的深度迁移或振幅与偏移关系分析都是可能的。其后的数据处理还可以固有地起到最佳随机噪声衰减器的作用，即无需任何附加费用或附加必要的处理便可消去随机噪声。由于改善了单个传感器数据的信号噪声比，还有可能减少在一特定接收器站和实际传感器覆盖，例如从24减少到16。

然而，如果要使单传感器小阵列系统生效，必须实现一种新的方法来衰减接收的地震数据信号中的地滚。

所以，本发明的一个目的是提供一种衰减地震数据信号中的地滚的改进的方法。