способ снижения уровня помех на сейсмических трассах

Формула изобретения

1. Способ уменьшения помех на сейсмограмме, включающий: (а) сравнение допустимого порогового значения амплитудной характеристики во временном окне опорной трассы с амплитудной характеристикой анализируемой трассы сейсмограммы в этом же временном окне и (б) использование не равного нулю скалярного коэффициента для обработки анализируемой трассы в данном временном окне, если ее амплитудные характеристики в этом окне выходят за пределы допустимого порогового значения амплитудной характеристики, при этом применение не равного нулю скалярного коэффициента приводит амплитуду анализируемой трассы в данном временном окне к значению, меньшему амплитуды опорной трассы.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что не равный нулю скалярный коэффициент остается постоянным при обработке записей внутри временного окна.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что применение скалярного коэффициента производят с учетом функции распределения, центрированной относительно максимума, равного среднеквадратичному значению в этом временном окне.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сейсмограмма содержит трассы с равными расстояниями источник - приемник.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сейсмограмма содержит трассы с общим каналом.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сейсмограмма содержит трассы с общей средней точкой.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сейсмограмма содержит трассы с общим пунктом приема.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что допустимое пороговое значение амплитудной характеристики является функцией средних пиковых значений амплитуды во временном окне опорной трассы.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пороговое значение амплитудной характеристики является функцией среднеквадратичного значения амплитуд во временном окне опорной трассы.

10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пороговое значение амплитудной характеристики является функцией спрямленных средних значений амплитуд во временном окне опорной трассы.

11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пороговое значение амплитудной характеристики составляет от 120 до 500% амплитуды во временном окне опорной трассы.

12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пороговое значение амплитудной характеристики является функцией амплитуд во временном окне опорной трассы в частотной полосе между 10 и 200 Гц.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что пороговое значение амплитудной характеристики является функцией амплитуд во временном окне опорной трассы в частотной полосе от 40 до 200 Гц.

14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что временное окно опорной трассы меньше или равно длительности последовательности из импульсов помехи.

15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сравнение включает определение разности амплитудных характеристик во временном окне опорной и анализируемой трассы, при этом амплитудная характеристика во временном окне опорной трассы приблизительно равна среднему значению амплитудных характеристик всех трасс сейсмограммы в этом временном окне.

16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сравнение включает определение разности амплитудных характеристик во временном окне опорной и анализируемой трасс, при этом амплитудная характеристика во временном окне опорной трассы приблизительно равна альфа-тримм медиане амплитудных характеристик всех трасс сейсмограммы в данном временном окне.

17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сравнение включает определение разности амплитудных характеристик во временном окне опорной и анализируемой трасс, при этом амплитудная характеристика во временном окне опорной трассы практически равна альфа-тримм среднему значению амплитудных характеристик всех трасс сейсмограммы в данном временном окне.

18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сравнение включает определение разности амплитудных характеристик во временном окне опорной и анализируемой трасс, при этом амплитудная характеристика во временном окне опорной трассы приблизительно равна медианному значению амплитудных характеристик всех трасс сейсмограммы в данном временном окне.

19. Способ по любому из пп. 15-18, отличающийся тем, что сравнение проводится в частотной полосе между 50 и 150 Гц.

20. Способ по любому из пп. 15-18, отличающийся тем, что сравнение проводится в частотной полосе между 5 и 40 Гц.

21. Способ по п. 1, отличающийся тем, что не равный нулю скалярный коэффициент является по существу мультипликативной функцией отношения амплитудных характеристик опорной и анализируемой трасс в данном временном окне.

22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что не равный нулю скалярный коэффициент является по существу функцией отношения амплитудных характеристик опорной и анализируемой трасс в данном временном окне, причем это отношение возводят в степень.

23. Способ по п. 22, отличающийся тем, что используют часть сейсмических трасс на сейсмограмме с одинаковыми расстояниями источник - приемник, расположенных в интервале профиля, равном примерно 1,5 ширины зоны Френеля для преобладающей частоты в спектре сейсмического сигнала.

24. Способ по п. 22, отличающийся тем, что пороговая амплитудная характеристика является функцией среднеквадратичного значения амплитуд во временном окне опорной трассы.

25. Способ по п. 24, отличающийся тем, что пороговое значение амплитудной характеристики составляет от 120 до 500% среднеквадратичного значения амплитуды во временном окне опорной трассы.

26. Способ по п. 22, отличающийся тем, что пороговая амплитудная характеристика является функцией среднеквадратичного значения амплитуд в первом временном окне опорной трассы в частотной полосе между 10 и 200 Гц.

27. Способ по п. 26, отличающийся тем, что пороговая амплитудная характеристика является функцией среднеквадратичного значения амплитуды в первом временном окне опорной трассы в частотной полосе между 40 и 200 Гц.

28. Способ по п. 1 или 22, отличающийся тем, что первое временное окно опорной трассы выбрано меньшим примерно 20% периода преобладающей частоты помехи.

29. Способ по п. 1 или 22, отличающийся тем, что он дополнительно включает выполнение операций (а)-(б) для всего множества временных окон на анализируемой трассе.

30. Способ по п. 29, отличающийся тем, что временные окна перекрываются.

31. Способ по п. 30, отличающийся тем, что перекрытие множества окон выбирают в пределах от 20 до 80% длительности окна.

32. Способ по п. 1, отличающийся тем, что не равный нулю скалярный коэффициент является, в сущности, степенью отношения корректирующего скалярного коэффициента, который уравнивает амплитудные характеристики анализируемой и опорной трасс в данном временном окне, к пороговому значению амплитудной характеристики.

33. Способ по п. 1 или 29, отличающийся тем, что он включает дополнительно получение новой сейсмограммы с измененными параметрами, основанной на применении операций (а)-(б) к первоначальной сейсмограмме, и выполнение операций (а)-(б) для новой сейсмограммы не менее одного раза.

34. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он включает дополнительно выполнение стандартной обработки сейсмограмм до суммирования трасс; суммирование трасс и выполнение стандартной последующей обработки просуммированных трасс.

35. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку производят для всего множества временных окон на анализируемой трассе и эта обработка включает: вычисление поправочного коэффициента для каждого временного окна, который позволяет изменить анализируемую трассу в данном временном окне таким образом, чтобы амплитудная характеристика анализируемой трассы в этом временном окне согласовывалась с амплитудной характеристикой соответствующего окна опорной трассы; использование поправочного скалярного коэффициента, равного 1, там, где поправочный коэффициент превышает допустимое пороговое значение амплитудной характеристики плюс постоянная величина, при этом определяются окна, свободные от помех; возведение поправочного скалярного коэффициента в степень там, где он ниже допустимого порогового значения амплитудной характеристики, при этом определяют не равный единице поправочный скалярный коэффициент и выделяют окна, содержащие помехи; проведение линейной интерполяции между поправочным скалярным коэффициентом, используемым для окна, смежного с окном, содержащим помехи, и не равным единице поправочным скалярным коэффициентом; проведение линейной интерполяции между соседними окнами, содержащими помехи и имеющими не равные единице поправочные скалярные коэффициенты; проведение между окнами, содержащими помехи, и смежными с ними окнами без помех параболической интерполяции между 1 и допустимым пороговым значением амплитудной характеристики для всех точек линейной интерполяции между допустимым пороговым значением амплитудной характеристики плюс постоянная величина и допустимым пороговым значением амплитудной характеристики; применение между окнами, содержащими помехи, и смежными окнами без помех линейной интерполяции между допустимым пороговым значением амплитудной характеристики и не равным единице поправочным скалярным коэффициентом, для всех точек линейной интерполяции между допустимым пороговым значением амплитудной характеристики и не равным единице поправочным скалярным коэффициентом.

36. Способ по п. 1, отличающийся тем, что обработку производят для всего множества временных окон на анализируемой трассе и эта обработка включает: вычисление поправочного коэффициента для каждого временного окна, который позволяет изменить анализируемую трассу в данном временном окне таким образом, чтобы амплитудная характеристика анализируемой трассы в этом временном окне согласовывалась с амплитудной характеристикой соответствующего окна опорной трассы; использование поправочного скалярного коэффициента, равного 1, там, где поправочный коэффициент превышает установленное пороговое значение амплитудной характеристики плюс постоянная величина, при этом определяются окна, свободные от помех; деление поправочного коэффициента для окна с помехами на допустимое пороговое значение амплитудной характеристики, при этом определяют нормализованный поправочный коэффициент для окон с помехами; применение нормализованного коэффициента при обработке сигналов в окнах с помехами; применение интерполяции между поправочным скалярным коэффициентом, используемым в окнах, смежных с окнами с помехами, и не равным единице, с поправочным скалярным коэффициентом.

37. Способ по п. 36, отличающийся тем, что перед применением нормализованного поправочного коэффициента его возводят в степень.

38. Способ по п. 1, отличающийся тем, что он дополнительно включает определение допустимого порогового значения амплитудной характеристики в интервале между статистическими параметрами амплитудной характеристики сигнала и статистическими параметрами, определяющими помеху.

39. Способ по п. 38, отличающийся тем, что определение допустимого порогового значения амплитудной характеристики включает: вычисление поправочного коэффициента для каждого временного окна, который позволяет изменить анализируемую трассу в данном временном окне таким образом, чтобы амплитудная характеристика анализируемой трассы в этом временном окне согласовывалась с амплитудной характеристикой соответствующего окна опорной трассы; построение функции распределения поправочных коэффициентов, связанных с полезным сигналом; построение функции распределения поправочных коэффициентов, связанных с помехами, и выбор порога для допустимого порогового значения амплитудной характеристики в интервале между распределениями полезного сигнала и помех.

40. Способ обработки сейсмограмм, включающий: (а) сравнение допустимого порогового значения амплитудной характеристики во временном окне опорной трассы с амплитудной характеристикой анализируемой трассы в этом же временном окне и (б) использование не равного нулю скалярного коэффициента для обработки анализируемой трассы в данном временном окне, если ее амплитудные характеристики в этом окне выходят за пределы допустимого порогового значения амплитудной характеристики, причем применение не равного нулю скалярного коэффициента изменяет анализируемую трассу в данном временном окне таким образом, чтобы амплитуда анализируемой трассы в этом временном окне была меньше амплитуды опорной трассы; (в) запоминание значений скалярного коэффициента вместе с соответствующей информацией о временных окнах и сейсмических трассах, где они были использованы, и (г) восстановление первоначальных данных из обработанных сейсмограмм с использованием хранящихся в памяти значений скалярного коэффициента.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Изобретение предназначено для снижения уровня помех на сейсмических записях и более конкретно для борьбы с помехами от посторонних источников упругих колебаний при проведении морских сейсмических работ; помехи этого вида далее будут называться "взрывными" помехами.

Уровень техники

В некоторых видах морских сейсмических работ сейсмические косы, содержащие приемники сейсмических сигналов (например, гидрофоны), буксируются кораблями. Сигналы, регистрируемые приемниками, передаются через сейсмическую косу на корабль, где и записываются в соответствии с общепринятой в сейсморазведке технологией. Корабль также буксирует источники сейсмических сигналов (например, пневматические источники). В процессе работы корабль движется вдоль линии профиля, периодически возбуждая упругие колебания и регистрируя отражения от слоев в земле. В других методиках сейсморазведки кабели с приемниками располагаются на морском дне, а источники буксируются вдоль линии профиля. Известны также методы, в которых используются несколько сейсмических кос и кораблей с источниками. Во всех этих технологиях расстояние между источником и конкретным сейсмоприемником называется "смещением" для данной пары источник-приемник, а запись сейсмических колебаний для любой пары источник-приемник получила название сейсмической трассы.

Общеизвестно также, что в процессе исследований регистрируется большое число отраженных сигналов от одной отражающей границы. Обычно те трассы, которые имеют общую точку отражений, группируются в сборки трасс ОГТ с общей отражающей точкой, каждая трасса которой имеет различное "смещение". Дальнейшая обработка трасс в этих сборках заключается в исключении разницы во временах прихода отраженных волн, обусловленных неодинаковыми "смещениями" сейсмических трасс (например, NMO - программа введения кинематических поправок, DMO - программа миграции временных разрезов, а также различные алгоритмы "миграций"). Разнообразие вариантов обработки на этой стадии очень велико и хорошо известно опытным специалистам. После этих обработок производится суммирование трасс ОГТ (построение временных разрезов), в результате которого образуется новая трасса. Исходные трассы, представляющие пару источник-приемник, будут далее называться "импульсной трассой"; результирующая трасса, представляющая просуммированные данные, - "суммарной трассой".

Суммирование выполняется с целью исключения помех, которые теоретически обычно считаются случайными или могут быть сделаны случайными в процессе обработки. Сигнал не является случайным. Соответственно отраженные сигналы должны на сейсмических записях суммироваться синфазно, тогда как помехи при суммировании "импульсных трасс" будут разрушаться. Для многих видов помех такая обработка работает хорошо. Однако помехи, возникающие при "взрывных" воздействиях, особенно помехи, появляющиеся при определенных системах наблюдений, не обязательно исключаются в процессе получения сейсмограмм ОГТ.

Например, такие помехи возникают, когда другой исследовательский корабль находится вблизи и периодически возбуждает упругие колебания пневматической установкой. Влияние сейсмических сигналов от постороннего источника может наблюдаться на очень больших расстояниях в зависимости от конкретного места расположения кораблей, глубины дна и коэффициента отражения от границы раздела вода - донные осадки. Если геологической задачей является получение отражений от глубоких горизонтов, то помехи от других сейсмических кораблей становятся серьезной проблемой. В настоящее время промышленностью применяется очень дорогой и непроизводительный метод "разделения во времени", когда на данной площади в определенное время может работать только один корабль, поскольку одновременная совместная работа нескольких кораблей на одной площади невозможна из-за взаимного влияния источников, расположенных на разных кораблях.

Другой источник "взрывных" помех иногда называют "свелл"-шумом. Эти помехи недостаточно хорошо изучены. Однако установлено, что они появляются, когда увеличивается высота морских волн. На некоторых современных кораблях с регистрирующими установками "свелл"-помехи становятся ограничивающим фактором, определяющим возможность проведения сейсмических работ в зависимости от высоты морских волн.

Из вышеизложенного следует, что существует необходимость в уменьшении "взрывных" помех на сейсмических записях. В современной промышленной технологии предложен ряд решений этой проблемы, включающих десинхронизацию источников на всех кораблях, работающих на данной площади. Было также замечено, что наиболее значительные помехи появляются, когда источники расположены в поперечном направлении к линии профиля. Экспериментальные испытания показали, что опасный участок, где наблюдаются помехи от посторонних пневмоисточников и который рекомендуется избегать, расположен в сегменте от 60 до 120 градусов от линии профиля.

Другое предложение для борьбы с "взрывными" помехами рассматривается в статье "Automatic Surgical Blanking Of Burst Noise In Marine Seismic Data", A. J. Berni, Shell Development Company, S 8.2. : SEG Annual Meeting Expanded Technical Program Abstracts With Biographies, 1987, включенной в настоящее описание посредством ссылки на нее. В этой статье автор предлагает "обнулять" участки записи с помехами от мешающих источников. Автор отмечает, что в сборке, сформированной путем сортировки сейсмических трасс по признаку - одинаковое расстояние источник - приемник (равные "смещения") - каждая трасса соответствует разным воздействиям. Поэтому помеха будет иметь вид случайных импульсов, если оба источника не синхронизированы. Отсутствие непрерывной корреляции мешающих сигналов на сборках с равными "смещениями" рассматривается как преимущество, поскольку это позволяет отличить их от всех других сигналов на сейсмических записях.

Отраженные, преломленные и дифрагированные волны от собственного источника имеют горизонтальные оси синфазности на сборках с одинаковыми "смещениями". Метод Berni заключается в обнулении участков записи с плохой горизонтальной коррелируемостью.

Этот способ предлагается осуществлять разделением сборки на равные интервалы времени, длительностью около 300 мс. Одно амплитудное значение вычисляется для каждого интервала на всех трассах. Вычисление среднего абсолютного значения амплитуды и использование интервалов времени определенной длительности являются основными особенностями предлагаемого способа. Возможно также использование среднеквадратичных значений или суммы квадратов. Каждый интервал времени в известном способе представляется одним значением амплитуды с целью уменьшения трудоемкости вычислений. Среднее амплитудное значение для данного временного интервала сравнивается с аналогичными интервалами на других трассах с равными "смещениями"; при просмотре такой сборки можно обнаружить аномальные амплитудные значения для данного временного интервала. Интервалы с аномальными амплитудными значениями выделяются для последующего обнуления.

Автор предлагает 2 способа для определения аномальных амплитудных значений. Первый заключается в горизонтальном сглаживании последовательности средних амплитудных значений, вычисленных для определенных интервалов времени на сборках с одинаковыми "смещениями", с целью получения опорного значения. Это значение сравнивают затем с опорными значениями соседних интервалов времени. Запись в данном временном интервале обнуляется, если отношение его амплитуды к опорному значению превышает установленный пороговый уровень, который обычно выбирают на уровне три или более высоким. При этом предполагается, что обнуление должно применяться только для участков записи с высоким уровнем помех, которые не могут быть устранены при суммировании сейсмических трасс. Предлагается также полностью удалять сейсмические трассы со слабыми сигналами, которые автор называет "осечками".

Второй способ основан на использовании медианных значений средних амплитуд на близлежащих интервалах времени для получения опорного значения. Обычно используется по 15 средних амплитуд с каждой стороны анализируемой трассы, т. е. 31 точка для вычисления медианного значения. Автор известного способа считает, что этот способ определения опорного значения нечувствителен к случайным ошибочным колебаниям амплитуды в результате "осечек" или к погрешностям, возникающим при цифровом преобразовании регистрируемых данных.

К сожалению, при обработке по указанному способу удаляется слишком большое количество сейсмической информации в результате обнуления и удаления трасс. Кроме того, было обнаружено, что данный способ, несмотря на утверждения его автора, исключает действительные отраженные сигналы.

Другие способы борьбы с этими помехами рассматриваются в различных источниках, приведенных далее. Например, в патенте США 5555530, выданном 10 сентября 1996 г. по заявке 1993 г. и включенном в настоящее описание посредством ссылки на него, описывается способ улучшения отношения сигнал-помеха с использованием пары приемников, например геофонов, каждый из которых принимает сейсмический сигнал, состоящий из полезного сигнала (S) и помехи (N), причем кинематические поправки для полезного сигнала (S) и помехи (N) различаются и разница во времени прихода помехи (N) к первому и второму приемникам равна t.. При этом предлагается задерживать приходящие к первому приемнику сейсмические колебания (S+N) на величину, превышающую кинематическую поправку для полезного сигнала, но не больше времени t, а затем вычитать этот задержанный сигнал из сейсмической записи, зарегистрированной вторым приемником, с применением адаптивной фильтрации для минимизации энергии результирующего сигнала.

В патенте США 5424999, выданном 13 июня 1995 г. , который включен в настоящее описание посредством ссылки на него, рассматривается один из вариантов решения проблемы подавления помех от посторонних источников, требующий очень точной информации о каждом судне и источнике с целью исключения этих помех в процессе дальнейшей обработки.

В патенте США 5293352, выданном 8 марта 1994 г. , включенном в настоящее описание посредством ссылки на него, предлагается способ, в котором из сборок записей с общей точкой возбуждения формируют сборки с общей точкой приема, затем производят миграционное преобразование огибающих волновых пакетов на сборках с общей точкой приема, при этом для получения мигрированной записи значение скорости принимается равным 0,5 скорости в поверхностных отложениях. Дальнейшая обработка заключается в перегруппировке мигрированных трасс с целью формирования сборок с общим пунктом возбуждения и вычитанием их из первоначальных сборок с общим пунктом возбуждения для получения сейсмических записей, на которых когерентные помехи будут ослаблены.

В патенте США 523538, выданном 17 августа 1993 г. , который также включен в настоящее описание посредством ссылки на него, рассматривается способ удаления когерентных помех из исходной сейсмической записи.

В патенте США 518729, выданном 26 января 1993 г. и включенном в настоящее описание посредством ссылки на него, предлагается методика сейсмических работ и способ обработки, основанные на удалении путем фильтрации любых составляющих сейсмического поля, не связанных с сейсмическими сигналами, которые возбуждаются на линии профиля. В предлагаемой методике работ геометрическая расстановка приемников должна иметь не менее одного приемника на линии профиля и не менее одного приемника вне линии профиля, в результате на сборках с одинаковыми "смещениями" или на соответствующих им годографах сейсмических волн вступления полезных сигналов, возбуждаемых на линии профиля, выравнены во времени, а энергия, возбуждаемая за его пределами, принимает форму ряда пилообразных вступлений сейсмических импульсов, приходящих в разные моменты времени на разные линии приемников. Данные о количестве постоянных источников и наклоне соответствующих им осей синфазности сейсмических волн позволяют рассчитать фильтр, который затем используется при обработке зарегистрированных записей на компьютере, с последующим обнулением участков записи с сейсмическими сигналами, приходящими от посторонних источников энергии.

В патенте США 4937794, выданном 26 июня 1990 г. , который включен в настоящее описание посредством ссылки на него, рассматривается способ подавления когерентных помех на сейсмических записях посредством преобразования сборок с общим пунктом возбуждения (сейсмограммы ОПВ) в сборки с общим пунктом приема (сейсмограммы ОПП). Пары сейсмических трасс с сейсмограммами ОПП корректируются для исключения разницы в кинематических поправках, умножаются на весовой коэффициент, обратно пропорциональный среднеквадратичному значению энергии сигнала, и объединяются для получения сжатых сейсмограмм ОПП. Эти сейсмограммы могут быть преобразованы в сборки с общей средней точкой (сейсмограммы ОСТ), которые используются при дальнейшей обработке.

Другие более ранние аналоги, обнаруженные в процессе патентного поиска и также включенные в настоящее описание посредством ссылки на них, предлагаются в следующих источниках: патент США 4910716, выданный 20 марта 1990 г. , патент США 4707812, выданный 17 ноября 1987 г. , патент США 3704444, выданный 28 ноября 1972 г. , патент США 3611279, выданный 5 октября 1971г. , патент США 3344395, выданный 16 сентября 1967 г. , патент США 2733412, выданный 31 января 1956 г. , и патент США 4210968, выданный 1 июля 1980 г.

Ни в одном из рассмотренных выше документов не обнаружено способа достаточно эффективного подавления когерентных помех или помех от посторонних источников без сопутствующего этому процессу ослабления полезных сигналов. Промышленность продолжает использовать дорогую методику, основанную на разновременной работе кораблей. Таким образом, очевидна необходимость в разработке такого способа борьбы с "взрывными" помехами, который не ослабляет в значительной мере полезные сигналы и поэтому уменьшает потребность в применении дорогостоящей технологии, основанной на разновременной работе кораблей.

Сущность изобретения

Задачей, поставленной перед настоящим изобретением, является решение рассмотренной выше проблемы. Поэтому согласно одному из аспектов изобретения предлагается способ уменьшения помех на сейсмических записях, включающий (а) сравнение допустимого порогового значения амплитудной характеристики во временном окне опорной трассы с амплитудной характеристикой анализируемой трассы в этом же временном окне; и (б) использование не равного нулю скалярного коэффициента при обработке анализируемой трассы в данном временном окне, если ее амплитудные характеристики в этом окне выходят за пределы допустимого порогового значения амплитудной характеристики, причем применение не равного нулю скалярного коэффициента приводит амплитуду анализируемой трассы в данном временном окне к значению, меньшему амплитуды опорной трассы.

Согласно другому аспекту изобретения предлагается способ обработки совокупности сейсмических записей, который включает (а) сравнение допустимого порогового значения амплитудной характеристики во временном окне опорной трассы с амплитудной характеристикой анализируемой трассы в этом же временном окне; и (б) использование не равного нулю скалярного коэффициента при обработке анализируемой трассы в данном временном окне, если ее амплитудные характеристики в этом окне выходят за пределы установленного порогового значения амплитудной характеристики, причем применение не равного нулю скалярного коэффициента приводит амплитуду анализируемой трассы в данном временном окне к значению, меньшему амплитуды опорной трассы, при этом формируется новая сейсмограмма с измененными значениями; (в) запоминание значений скалярного коэффициента вместе с соответствующей информацией о временных окнах и сейсмических трассах, где они были использованы; и (г) восстановление первоначальных данных из обработанных сейсмограмм с использованием хранящихся в памяти значений скалярного коэффициента.

Кроме решения рассмотренных выше проблем, полезность изобретения определяется также тем, что уровень низкоамплитудных помех уменьшается на небольшую величину, тогда как интенсивные помехи ослабляются значительно сильнее. При применении такого способа полезный сигнал на сейсмических трассах сохраняется. Далее, поскольку низкоамплитудные помехи ослабляются незначительно, пороговое значение может быть установлено очень близким к уровню ожидаемого полезного сигнала. Таким образом, использование разновременной технологии работ нескольких кораблей может быть полностью исключено или в значительной мере уменьшено.

Краткий перечень фигур чертежей

Для более полного понимания особенностей настоящего изобретения и его преимуществ дается подробное описание, сопровождающееся следующими чертежами.

Фиг. 1 - это сейсмограмма трасс с одинаковыми "смещениями", на которой присутствуют помехи от посторонних источников.

Фиг. 2 - это сейсмограмма, изображенная на фиг. 1, после обработки с применением настоящего изобретения.

Фиг. 3 - это график с изображением необработанных сейсмограмм ОПП с "взрывными" помехами.

Фиг. 4. - тот же график, что и на фиг. 3, после обработки с применением настоящего изобретения.

Фиг. 5 иллюстрирует разность значений графиков, изображенных на фиг. 3 и 4.

Следует, однако, отметить, что объем данного изобретения не ограничивается представленными чертежами, которые иллюстрируют только наиболее типичное его осуществление. Изобретение допускает применение других, в равной степени эффективных вариантов реализации.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

На фиг. 1 изображена сейсмограмма с общим каналом записи трасс 10 (в морской сейсморазведке такая сборка соответствует сейсмограмме с одинаковыми "смещениями"), на которой присутствуют отраженные сигналы 12 от сейсмической границы (не показана) и область с "взрывными" помехами 14. Каждая трасса 10 получена при разных положениях источника на профиле. Следует отметить, что помехи 14 появляются на каждой трассе на разных временах. Их положение зависит от расположения мешающего источника (в случае, если помехи возбуждаются источником на другом корабле), глубины, коэффициента отражения от границы раздела вода/донные осадки и других факторов. Однако, как будет показано ниже, при реализации настоящего изобретения знание этих параметров не является необходимым.

Настоящее изобретение эффективно действует в той области, где амплитуда отраженных сигналов 12 меньше амплитуды интерферирующих помех 14. Поэтому в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения для выделения участков на трассах 10, на которых отмечается присутствие помех 14, используется амплитудная характеристика помех 14. Здесь под термином "амплитудная характеристика" может подразумеваться, например, среднеквадратичная амплитуда, пиковая амплитуда, продетектированная амплитуда, корень n-степени из суммы всех амплитуд, возведенных в n-степень, или другие амплитудно-зависимые параметры. Например, другой амплитудной характеристикой может быть отношение среднеквадратичного значения внутри временного окна какой-либо трассы к опорному среднеквадратичному значению, взятому, например, из соответствующего окна на опорной трассе. При обработке этих участков записи используется неравный нулю скалярный коэффициент для уменьшения помех, причем любые отраженные сигналы, которые могут появиться на трассе на этом же времени, не будут значительно ослаблены. Результат применения не равного нулю скалярного коэффициента при обработке сейсмограммы, изображенной на фиг. 1, приведен на фиг. 2. Поскольку помеха появляется не на всех трассах, то не все участки сейсмических трасс 10 должны быть изменены. В связи с этим необходимо выделить среди участков трасс 10 все участки с помехами 14.

Эта операция может быть выполнена, например, следующим образом: первое временное окно W1 опорной трассы 10а выбирают в интервале, где регистрируются полезные сигналы от границ, которые залегают на глубине D; а допустимое пороговое значение амплитудной характеристики АПОР (амплитудный порог) выбирают таким образом, чтобы оно превышало среднеквадратичную амплитуду сейсмических отражений, но было ниже среднеквадратичной амплитуды помех. В некоторых вариантах осуществления изобретения амплитудную характеристику сейсмических отражений для окна W1 определяют путем осреднения данных не во всей, а только в части сейсмограммы в интервале профиля Wd (не показано), равного примерно 1,5 диаметра зоны Френеля, которую определяют для преобладающей частоты отраженного сигнала и заданной глубины отражающей границы, представляющей разведочный интерес. Такое ограничение является идеальным, но если осреднение производится в интервале Wd, превышающим этот диаметр, то способ также будет работать, однако при этом увеличивается риск ослабления полезных отраженных сигналов. Цель любого ограничения в расстоянии Wd, в пределах которого осуществляется осреднение, заключается в предотвращении искажений в районах с резко изменяющейся геологией. В этих условиях рекомендуется тестирование записей на конкретном участке путем воспроизведения сейсмограммы с равными "смещениями", получением разностного разреза результатов обработки с использованием предлагаемого способа и без него, с последующим его анализом с целью выявления признаков геологических структур. В случае обнаружения влияния геологии обработка должна быть повторена с использованием меньшего интервала Wd для осреднения трасс.

При выборе опорной трассы приемлемы многочисленные альтернативные способы. В некоторых случаях для каждого окна определяют и затем используют в качестве опорной трассу со средними значениями амплитудной характеристики. В других случаях используют медианное, "альфа - тримм" среднее⁶ или "альфа - тримм" медианное значения. Необходимо также отметить, что временное окно может задаваться числом выборок в цифровом массиве, и единицы времени используются здесь лишь для удобства.

Кроме того, несмотря на то, что описанный способ рассматривался выше для сейсмограмм с одинаковыми "смещениями", он также может быть использован для обработки сборок с общей средней точкой (сейсмограммы ОСТ) и сборок с общей точкой приема (сейсмограммы ОПП), в соответствии с альтернативной возможностью осуществления данного изобретения. Сейсмограммы с одинаковыми "смещениями" не дают хороших результатов при наличии геологических структур с крутыми углами наклона, когда геологические условия резко изменяются от трассы к трассе. В этом случае в узких окнах (W1, W2, W3), расположенных горизонтально вдоль сейсмограммы, импульсы с высокой амплитудой, соответствующие отражениям от такой структуры, появятся только на нескольких трассах в каждом окне. Соответственно допустимое пороговое значение амплитудной характеристики становится слишком малым, и полезный сигнал будет ослаблен. Использование сборок, на которых полезный сигнал появляется в одних и тех же или почти тех же временных окнах на сейсмограмме, облегчает эту проблему. На сейсмограммах с общей средней точкой оси синфазности, соответствующие отражениям от геологических структур, становятся горизонтальными, особенно при введении поправок NMO. Однако эти сейсмограммы очень чувствительны к погрешностям при введении NMO. Соответственно сейсмограммы ОПП, которые менее чувствительны к этим погрешностям, являются другой полезной сборкой при реализации данного способа. На сейсмограммах ОПП имеется больше выборок, чем на сейсмограммах с одинаковыми "смещениями", и поэтому повышается вероятность появления полезного сигнала на достаточном количестве трасс, что обеспечивает более точное определение порогового значения.

При выборе допустимого порогового значения амплитудной характеристики АПОР желательно установить его возможно ближе к наиболее высокому значению амплитудной характеристики ожидаемого сигнала от сейсмических границ, которые расположены на глубинах, представляющих разведочный интерес. Однако, как и в случае выбора интервала Wd, рекомендуется проводить тестирование в конкретных условиях. С этой целью осуществляют воспроизведение соответствующего набора сейсмических записей, получение разностного разреза результатов обработки с применением предлагаемого способа и без него, затем разностный разрез изучается с целью обнаружения признаков геологических структур. При появлении связанных с геологией особенностей записи обработка должна быть повторена с использованием более высокого значения АПОР. На практике диапазон от 120 до 500% среднеквадратичного значения амплитудной характеристики в окне, содержащем ожидаемые отражения 12, может считаться приемлемым для выбора АПОР. В одном конкретном эксперименте при значении АПОР, равном 170%, способ работал хорошо. Далее, хотя в рассмотренном примере использовалось среднеквадратичное значение амплитудной характеристики, можно предположить, что пиковое или другие значения, связанные с амплитудной характеристикой, также окажутся приемлемыми.

Необходимо также отметить, что длительность временного окна зависит от помехи. Оно будет длиннее или короче в зависимости от параметров конкретной помехи. Например, согласно одному из вариантов осуществления изобретения временное окно W1 выбирают в пределах 20% периода преобладающей частоты ожидаемой помехи. На больших глубинах при влиянии помех от источников на других кораблях эффективным оказалось окно, равное 50 мс. Для ослабления "свелл"-помехи, которая имеет относительно низкую частоту, наилучшим оказалось окно в 500 мс. В некоторых случаях помехи имеют вид последовательности импульсов. В таких случаях временное окно должно быть равно длительности этой последовательности.

Было также отмечено, что помехи от посторонних источников имеют частотный спектр, отличающийся от спектра полезного сигнала. Поэтому в соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения амплитудная характеристика АПОР используется во временном окне в ограниченной частотной полосе в диапазоне от 40 до 200 Гц. В других приложениях эффективной является частотная полоса от 10 до 200 Гц.

Дискретизация входных данных в 2 мс является достаточной и зависит от содержания высокочастотных составляющих в спектре сейсмических помех. Такая дискретизация позволяет регистрировать без потерь высокие частоты. Допустимый диапазон дискретизации входных данных находится в пределах от 1 до 4 мс. В некоторых случаях в зависимости от ширины частотного спектра помех может оказаться эффективной дискретизация, превышающая 4 мс,

Согласно другому аспекту изобретения, допустимое пороговое значение амплитудной характеристики АПОР сравнивается с амплитудной характеристикой анализируемой трассы сейсмограммы внутри временного окна и для преобразования анализируемой трассы в этом окне используется не равный нулю коэффициент, если ее амплитудная характеристика в данном окне превышает допустимое пороговое значение. Применение не равного нулю скалярного коэффициента может быть осуществлено различными способами. В одном примере этот коэффициент имел постоянное значение для всего окна. В других случаях коэффициент использовался для корректировки функции распределения, центральный максимум которой равен среднеквадратичному значению амплитуды сигналов в окне. Другие способы применения не равного нулю коэффициента также могут быть реализованы опытными специалистами. Конкретные примеры будут детально рассмотрены ниже.

В соответствии со следующим вариантом осуществления изобретения, после выполнения рассмотренных выше процедур образуется новая сейсмограмма с измененными параметрами, и тот же самый способ снова применяется для обработки этой новой сейсмограммы. Установлено, что два или более циклов программы (т. е. каскадная программа) обычно работают лучше, чем однократный цикл.

Согласно следующему варианту, однократную или каскадную обработку применяют для всей трассы с использованием скользящего временного окна. В некоторых вариантах производится перекрытие окон (от 10 до 80%), но такое перекрытие не является необходимым. В одном случае перекрытие в 50% оказалось достаточно эффективным. Было опробовано также максимально возможное перекрытие, когда окно последовательно смещалось только на одну выборку.

В других вариантах не равный нулю скалярный коэффициент является мультипликативной функцией отношения амплитудных характеристик опорной и анализируемой трасс в данном временном окне. В одном варианте это отношение умножается на величину, меньшую единицы, тогда как в другом отношение возводится в положительную степень. В частности, значение степени, равное 4, оказалось эффективным при проведении отдельных экспериментов.

В соответствии с другими вариантами осуществления изобретения после преобразования трасс с использованием скалярного коэффициента производят дальнейшую обработку трасс до суммирования сейсмограмм (т. е. NMO, DMO, миграцию с нулевыми "смещениями", различные виды фильтрации и деконволюцию), хотя строго определенная последовательность выполнения этих процедур необязательна. Затем трассы суммируют и производят общепринятую в сейсморазведке обработку, результатом которой являются сейсмические разрезы, используемые в дальнейшем для интерпретации.

Рассмотрим теперь фиг. 3, на которой приведен результат суммирования трасс с "взрывными" помехами. Затем было проведена обработка описанным выше способом с временным окном в 50 мс и дискретностью 2 мс, без применения дополнительной фильтрации, с пороговым значением в 170% и возведением отношения порогового значения опорной трассы и амплитудной характеристики анализируемой трассы в первом окне в 4 степень. Результаты суммирования показаны на фиг. 4. Разность временных разрезов, приведенных на фиг. 3 и 4, изображена на фиг. 5.

Для работы с использованием различных вариантов осуществления настоящего изобретения может быть использована программа PGS ENSBAL^ТМ, действующая на платформе PGS CUBE MANAGER^ТМ, с использованием процессора с полным параллелизмом операций (например, Intel 1860). В таких системах программа ENSBAL^ТМ сканирует трассу, определяет поправочный коэффициент (т. е. амплитудную характеристику), необходимый для того, чтобы сделать среднеквадратичное значение трассы в окне равным медианному среднеквадратичному значению в этом же окне других трасс с одинаковыми "смещениями", которые расположены около анализируемой трассы в интервале профиля, приблизительно равном ширине зоны Френеля. При этом медианное среднеквадратичное значение для одного окна не обязательно будет совпадать с медианным среднеквадратичным значением той же трассы для другого окна. Далее, если скалярный коэффициент, вычисленный программой ENSBAL^ТМ, меньше порогового значения (т. е. допустимого порогового значения амплитудной характеристики), то поправочный коэффициент возводится в степень. Полученный поправочный скалярный коэффициент используют затем при обработке в данном окне анализируемой трассы.

При использовании скалярного коэффициента следует избегать резких изменений его значений. Скачкообразное изменение коэффициента при переходе на следующую выборку не должно превышать 30%, а лучше, чтобы оно было менее 10%. Поэтому в соответствии с одним из вариантов реализации данного изобретения предлагается способ уменьшения уровня помех на сейсмограммах, включающий: (а) сравнение допустимого порогового значения амплитудной характеристики во временном окне опорной трассы с амплитудной характеристикой анализируемой трассы в этом же временном окне; и (б) использование не равного нулю скалярного коэффициента при обработке анализируемой трассы в данном временном окне, если ее амплитудные характеристики в этом окне выходят за пределы допустимого порогового значения амплитудной характеристики, причем применение не равного нулю скалярного коэффициента изменяет параметры анализируемой трассы в данном временном окне таким образом, чтобы ее амплитуда в этом временном окне стала меньше амплитуды опорной трассы. Необходимо отметить, что для поправочного коэффициента быть "внутри допустимого порогового значения амплитудной характеристики" в данном случае означает, что он должен быть больше этого значения, которое в этом варианте является отношением. В других вариантах, например там, где допустимое пороговое значение амплитудной характеристики является среднеквадратичным значением амплитуд в окне трассы, амплитудная характеристика находится "внутри допустимого порогового значения амплитудной характеристики", если она меньше этого значения.

Возвращаясь к варианту, в котором амплитудная характеристика содержит поправочный коэффициент и используется для обработки во множестве окон на анализируемой трассе, следует отметить, что обработка включает следующие операции: вычисление поправочного коэффициента для каждого временного окна, который позволяет изменить параметры анализируемой трассы в данном временном окне таким образом, чтобы амплитудная характеристика анализируемой трассы в этом временном окне согласовывалась с амплитудной характеристикой соответствующего окна опорной трассы; использование поправочного скалярного коэффициента, равного 1, там, где поправочный коэффициент превышает допустимое пороговое значение амплитудной характеристики плюс постоянная величина, при этом определяются окна, свободные от помех; возведение поправочного скалярного коэффициента в степень там, где он ниже допустимого порогового значения амплитудной характеристики, при этом определяют не равный единице поправочный скалярный коэффициент и выделяют окна, содержащие помехи; проведение линейной интерполяции между поправочным скалярным коэффициентом, используемым для окна, смежного с окном, содержащим помехи, и не равным единице поправочным скалярным коэффициентом; проведение линейной интерполяции между соседними окнами, содержащими помехи и имеющими не равные единице поправочные скалярные коэффициенты; проведение между окнами, содержащими помехи, и смежными с ними окнами без помех, параболической интерполяции между 1 и допустимым пороговым значением амплитудной характеристики для всех точек линейной интерполяции между допустимым пороговым значением амплитудной характеристики плюс постоянная величина и допустимым пороговым значением амплитудной характеристики; проведение между окнами, содержащими помехи, и смежными окнами без помех линейной интерполяции между допустимым пороговым значением амплитудной характеристики и не равным единице поправочным скалярным коэффициентом, для всех точек линейной интерполяции между установленным пороговым значением амплитудной характеристики и не равным единице поправочным скалярным коэффициентом.

В соответствии с альтернативным вариантом, использующим поправочный коэффициент, обработка производится для множества окон на анализируемой трассе; она включает вычисление поправочного коэффициента для каждого временного окна, который позволяет изменить параметры анализируемой трассы в данном временном окне таким образом, чтобы амплитудная характеристика анализируемой трассы в этом временном окне согласовывалось с амплитудной характеристикой соответствующего окна опорной трассы; использование поправочного скалярного коэффициента, равного 1, там, где поправочный коэффициент превышает допустимое пороговое значение амплитудной характеристики плюс постоянная величина, при этом определяются окна, свободные от помех; деление поправочного коэффициента для окна с помехами на допустимое пороговое значение амплитудной характеристики, при этом определяют нормализованный поправочный коэффициент для окон с помехами; применение нормализованного коэффициента при обработке сигналов в окнах с помехами; проведение интерполяции между поправочным скалярным коэффициентом, используемым в окнах, смежных с окнами с помехами, с поправочным скалярным коэффициентом, который не равен единице.

В одном конкретном примере АПОР амплитудная характеристика была выбрана на уровне 0,7. Для окон без помех скалярный коэффициент был равен 1. В соседнем окне с помехами он равнялся 0,3.

В этом случае осуществлялась линейная интерполяция между 1 и 0,3. Интерполяция производится для всех выборок между окнами; если она достигает значений, равных АПОР плюс постоянная величина (например, 0,1), то поправочный скалярный коэффициент устанавливается на уровне 1 и коррекция не производится. В положении, где интерполяционное значение находится в пределах между 0,8 и 0,7 (для примера, где постоянная величина равна 0,1) корректирующий скалярный коэффициент принимает значение, которое интерполируется в интервале между 1 и 0,7. Поэтому после того, как линейная интерполяция достигла 0,7, скалярный коэффициент устанавливают на первое интерполяционное значение. При временном окне в 500 мс приведенные выше значения параметров работают достаточно хорошо. В альтернативных вариантах могут использоваться другие распределения, например Гауссово распределение, которые также охватываются настоящим изобретением. Кроме того, необходимо отметить, что и другие интерполяционные схемы также могут быть применены.

Еще в одном варианте осуществления изобретения не равные нулю скалярные коэффициенты запоминаются вместе с информацией о временных окнах и трассах, где они были использованы. Целью такого запоминания является возможность восстановления данных в первоначальном виде, что позволяет обходиться без хранения в памяти полностью отдельных массивов данных. Привязанные скалярные коэффициенты показывают также, сколько входных данных было изменено. И, наконец, в одном из вариантов поправочные коэффициенты запоминают и привязывают к данным, которые использовались для определения соответствующих допустимых пороговых значений амплитудной характеристики. В этом случае график распределения всех поправочных коэффициентов покажет два локальных распределения. Первое распределение появляется на уровне полезного сигнала, второе - на уровне помех. Между ними находится область, в которой выбирают допустимое пороговое значение амплитудной характеристики.

Еще в одном варианте пороговый скалярный коэффициент выбирают на основе анализа уровня полезного сигнала и помехи на сейсмограмме в ограниченной частотной полосе, однако, обработка во временном окне сейсмической трассы с использованием этого коэффициента производится в широкой полосе. Для анализа помех от посторонних источников может быть использован частотный диапазон от 50 до 150 Гц, для "свелл"-помех - от 5 до 40 Гц.

Рассмотренные выше варианты приведены лишь в качестве примеров, возможны другие варианты осуществления изобретения, которые могут быть реализованы компетентными специалистами в области сейсморазведки без отклонения от сущности настоящего изобретения.