专利名称：用于处理地震探查活动生成的地震探查信息的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及地震检波器(geophone)，用于感测地球地层(formation)的振动的设备。本发明可应用于感测或传送操作中的其他类型的振动换能器。本发明特别涉及用于处理从地震探查活动生成的地震探查信息的方法和系统。
背景技术：
在地震探查中，通过传感器在离散位置上感测由地震能量源引起的地球振动，并且传感器的输出被用于确定地下地层的性质。地震能量源可以是自然的，如地震和其他地壳构造(tectonic)活动、地陷(subsidence)、火山活动等，或者是人为的，如来自地表或地下作业的噪声、或来自在地表或地下进行的地震源的探究作业。传感器分为两个主要类别感测由地震源引起的压力场的水下检波器(hydrophone)、或感测由地震源引起的振动的地震检波器。
当大地由于直接从源或经由地下反射而传播的地震能量而移动时，可位于地表或位于穿入大地的钻孔壁上的地震检波器在能量传播的方向上移动。然而，如果地震检波器的轴对准运动方向，安装在地震检波器内部的弹簧上的移动线圈停留在相同位置上，从而引起线圈相对于外壳的相对运动。当线圈在磁场中移动时，在线圈中产生可被输出为信号的电压。地震检波器的响应取决于频率。
为确保地震检波器的正确工作操作，优选的是，周期性地、或在每次使用前校准地震检波器。一般地，地震检波器制造商和销售商在将他们的地震检波器单元出售给客户之前不对这些单元进行任何校准。更确切的，制造商提供保证在特定温度(如室温)下，地震检波器单元的规格在指定公差范围内。然而，这样的公差保证不能替代地震检波器单元的正确校准。因此，地震检波器单元的许多购买者在现场布署这样的单元之前，对所购买的地震检波器单元进行他们自己的校准测试。
然而，传统的地震检波器校准测试经常不足以保证目前的许多地震探查活动通常所要求的地震检波器测量的期望精度。因此，将意识到的是，存在改进传统的地震检波器校准测试以改善地震探查测量的准确度的期望。
发明内容
本发明的不同实施例针对用于计算被配置用于地震探查活动的地震检波器的响应参数的各种方法、系统和计算机程序产品。对地震检波器执行至少一个校准测试，以确定与地震检波器相关联的第一部分的响应参数的值。例如，所述第一部分的响应参数可包括开路灵敏度、阻尼因子、固有频率等。使用与第一部分的响应参数有关的信息，则可确定地震检波器的移动质量参数值。根据一个实施例，所述移动质量参数值代表与地震检波器相关联的移动质量的量。
本发明的另一方面针对一种用于修正由被配置用于地震探查活动的第一地震检波器所生成的地震检波器响应输出信息的技术。基于有关与第二地震检波器相关联的一部分响应参数的信息，确定第二地震检波器的理想响应的转移函数。例如，该部分响应参数可包括开路灵敏度、阻尼因子和固有频率等。然后，可使用该转移函数来修正由第一地震检波器生成的地震检波器响应输出信息。根据特定实施例，可基于有关与第一地震检波器相关联的一部分响应参数的信息，确定第一地震检波器的另一转移函数。然后，可使用第一和/或第二转移函数来修正由第一地震检波器生成的地震检波器响应输出信息。
本发明的再一方面针对一种用于处理在地震探查活动中生成的地震探查信息的技术。地震信息的第一部分包括由至少一个地震检波器生成的地震检波器响应输出信息。地震探查信息的第二部分包括与在执行地震探查活动时使用的至少一个源信号有关的源信号信息。确定与第一地震检波器相关联的第一部分的响应参数值。在一个实施例中，可通过对地震检波器执行至少一种校准测试程序，来确定第一部分的响应参数值。这样，通过修正至少一部分的地震探查信息来补偿第一部分的响应参数值中的一个或多个，可改善地震探查信息的准确度。
根据本发明优选实施例的以下说明，本发明的各个方面的其他目的、特征和优点将变得清楚，其中应将本发明的说明与附图相结合。
图1示出传统地震检波器10的示例。
图2示出图1的地震检波器的简化电路图。
图3A和3B提供用于测量地震检波器响应性质的阶跃(step)校准测试技术的示例。
图4A和4B提供用于测量地震检波器响应性质的脉冲校准测试技术的示例。
图5提供用于测量地震检波器响应性质的阻抗校准测试技术。
图6提供用于测量地震检波器响应性质的动态校准测试技术。
图7A和7B提供用于测量地震检波器响应性质的互易(reciprocity)校准测试技术的示例。
图8示出可用于可控震源(vibroseis)勘探的各种设备配置的示例。
图9示出可在图8所示的各个特征和设备之间流动的不同信号路径的示例。
图10A示出可在给定时间段上改变频率(例如，5Hz到50Hz)的未滤波扫描信号的示例。
图10B示出在地震检波器滤波后的仿真扫描信号的示例。
图11图示了在未滤波(原始)扫描信号1102与地震检波器滤波扫描信号1104之间的相关性的示例。
图12示出图解了如何将本发明的地震检波器响应补偿技术应用于已对于可控震源勘探作业布署的地震检波器阵列的一个实施例的框图。
图13示出图解了如何将本发明的地震检波器响应补偿技术应用于已对于可控震源勘探作业布署的地震检波器阵列的替代实施例的框图。
图14和15图示了在未补偿的地震检波器响应信号与已使用本发明的地震检波器响应补偿技术进行补偿的地震检波器响应信号之间的差异。
图16示出可用于描述阻抗校准测试技术的特定实施例的示意图1600。
图17图解了被表示为复平面上的圆的阻抗方程的实部和虚部。
图18图解了适合于实现本发明的地震检波器校准和补偿技术的各个方面的网络设备60。
具体实现方式 如下面更详细描述的那样，本发明提供了可用于便利和改进地震探查活动的各种技术。例如，本发明的一个方面针对用于使得能够就地(in-situ)测量地震检波器响应参数的技术。本发明的另一方面针对用于改进地震检波器校准和用于改进地震检波器响应参数的测量准确度的技术。本发明的再一方面针对用于补偿地震检波器响应输出数据以改进该数据的准确度的技术。
为获得对本申请中描述的各种技术和特征的更好的理解，现在将描述地震检波器测量技术的简要说明。
地震勘测测量通过大地传播的地震波，以映射大地中的结构像(structuralimage)。地震检波器经常用于在不同的位置检测地震信号，例如，下挖孔(downhole)、地面和/或海床。在图1中示出了传统地震检波器的示例。如图1所示，图1的地震检波器10包括安装在线轴(bobbin)14上的移动线圈12、13；磁体15；具有悬簧20、22的一对磁极16、18；以及外壳24。磁极16、18和外壳24由磁通材料制成，并形成其中悬挂着移动线圈12、13的磁场。在图1的示例中，移动线圈12、13、线轴14和悬簧20、22一起形成地震检波器的有效移动质量(moving mass)部分(m)。如在本申请中所使用的，术语“地震检波器”包括如图1所示的传统类型的地震检波器、以及例如可被配置或设计为比传统类型的地震检波器测量相对更宽的加速度范围的地震检波器加速度计(GAC)。
如图1的实施例所示，地震检波器10包括借助于一个弹簧或一对弹簧悬挂在磁通量中的线圈的移动质量。当磁路的外壳响应于外部振动而发生移动时，移动线圈试图停留在相同位置上。图2示出图1的地震检波器的简化图示。如图2所示，移动线圈202响应于外部振动生成电压eg。线圈具有相关联的DC电阻r。将地震检波器输出缩减R，以提供期望的阻尼因子。
地震检波器响应通常由其相关联的响应性质来限定，例如，如它的固有频率、阻尼因子、灵敏度和线圈在室温时的DC电阻。传统地震检波器响应性质的一个示例可被表达为下列等式(1)-(6)。为了示例的目的，假设地震检波器响应于正弦的大地加速度。由此，例如，大地加速度被表达为 α＝asin(ωt) (1) 而地震检波器响应的特征在于
其中
并且，其中 eg对应于所生成的电压， S0对应于开路灵敏度， S对应于总体灵敏度， ζ0对应于开路阻尼， ζ对应于总体阻尼， ω0对应于固有频率＝2πf0， r对应于DC电阻 S对应于分流电阻， m对应于有效移动质量。
可控震源(Vibroseis) 在采集地震数据时，地震波被用于解读地表下的地质组成。已公知作为“可控震源”勘探(prospecting)或简单可控震源的一种地球物理勘探技术。可控震源采用用于生成传播通过大地或水以由地震检测器(例如，地震检波器)检测的受控波列的地震可控震源。
图8示出可用于可控震源勘探的各种设备配置的示例。如图8中的示例所示，可使用表面可控震源812来执行地震数据的表面采集。典型地，表面可控震源在已知为扫描(sweep)时间的选择时间段上发射激励波场。地震检测器(例如，表面采集地震检波器806a、下挖孔采集地震检波器806b)在扫描时间段期间、以及在通常被称为侦听时间的附加时间段期间，检测大地移动。典型地，该激励采取在持续大约2秒到大约20秒甚至更多的扫描时间期间、施加到大地或水体的连续变频的正弦波场的形式。对于地震数据的海上(marine)采集，通常使用海上空气枪地震源来生成源信号，其一般包括具有多个频率的单脉冲。
在利用如图8所示的振动仪812进行地震采集时，导引(pilot)扫描信号驱动振动仪，使得振动仪根据导引扫描信号而向大地注入声频信号。如图8所示，地表和/或下挖孔上的地震检波器(806a、806b)拾取通过大地传播的信号。通过由上面的等式(1)和(2)描述的地震检波器转移函数，对由地震检波器检测到的信号进行滤波。然后，所记录的信号与被直接馈送给地震记录仪(例如，表面地震记录仪804a、下挖孔地震记录仪804b)的导引扫描信号(802a、802b)相关。
图9示出了可在图8所示的各个特征和设备之间流动的不同信号路径的示例。为了例证的目的，现在将参考图9、10A、10B和11、通过示例来描述可控震源交叉相关技术的示例。
图10A示出可在给定时间段上改变频率(例如，5Hz到50Hz)的未滤波的扫描信号的示例。如图9所示，可将未滤波电扫描信号馈送到振动仪902和交叉相关单元912。根据一种实现方式，振动仪902使用电扫描信号来产生地层904中的相应的地震振动。可由地震检波器910检测到这些振动，其产生滤波后的输出地震检波器响应信号。图10B示出了在地震检波器滤波后的仿真扫描信号的示例。在图10B的示例中，由具有70％阻尼的10Hz地震检波器对该信号进行滤波。
交叉相关单元912将未滤波导引扫描信号与地震检波器滤波扫描信号进行比较。图11图示了未滤波(即原始或源)扫描信号1102与经地震检波器滤波的扫描信号1104之间的相关性的示例。如图11所示，对于各个范围的扫描信号频率，例如，如从10Hz到100Hz以及从5Hz到50Hz，相关结果不再是零相位。
地震检波器响应特性和校准 地震检波器制造商一般提供具有室温下的标称响应性质的地震检波器，并提供该响应特性在指定公差范围内的保证。例如，制造商可指定，例如对于固有频率、开路灵敏度、开路阻尼和DC电阻，室温下的公差范围可以是+/-5％。然而，由本发明团体进行的测试已表明，地震检波器响应性质的5％的误差可导致15％或更多的幅度测量误差。
为处理具有足够高的保真度的地震信号，以便能够提取精确信息，优选的是，在使用前对地震检波器进行校准，以及通过调整例如从地震检波器响应产生的数据来补偿地震检波器响应性质，以便考虑地震检波器校准和/或响应性质。
传统地，通过对地震检波器进行一次或多次测试以确定地震检波器的响应性质，即固有频率、阻尼因子、灵敏度和DC电阻，来完成地震检波器校准。典型地，使用万用表来测量地震检波器的移动线圈的DC电阻(r)。可使用不同的测量或测试技术(例如，如阶跃校准测试技术、脉冲校准测试技术、阻抗校准测试技术或动态校准测试技术)，来测量地震检波器的固有频率、阻尼因子和灵敏度特性。还可使用互易校准测试技术来测量地震检波器的灵敏度特性。下面描述这些不同的测量技术的每一个。
阶跃校准测试技术 可参考图3A和3B来图解说明用于测量地震检波器响应性质的阶跃校准测试技术。图3A示出地震检波器300的简化示意图。根据阶跃校准测试技术的一个实施例，可在E0施加电压，以使得移动线圈310从其中性位置(neutralposition)离开。然后释放在E0上施加的电压(例如，在时刻T0)，并且地震检波器根据其固有振动进行响应。测量该固有振动，作为来自地震检波器的输出的响应信号。例如，在附图的图3B中示出了这一点，其图示了阶跃测试输入电压352(在E0)以及地震检波器输出信号354。使用阶跃测试，可基于包括E0、移动线圈的DC电阻以及地震检波器的移动质量的量的初始参数的给定集合，计算地震检波器的灵敏度、固有频率和阻尼因子特性。
脉冲校准测试技术 将参考图4A和4B来图示用于测量地震检波器响应性质的脉冲校准测试技术的示例。图4A示出了地震检波器400的简化示意图。根据脉冲校准测试技术的一个实施例，在402，向地震检波器输入脉冲测试信号。由图4B的信号线452代表脉冲测试信号的示例。基于所标明的地震检波器响应性质的公差，对于灵敏度、阻尼和固有频率，预先计算地震检波器响应输出信号454的各部分的范围(例如，a1、a2、T)。可在时刻T0施加脉冲测试信号，然后可测量对a1、a2和T的地震检波器响应，以查看地震检波器响应性质是否在它们所标明的公差范围内。脉冲校准测试技术一般不用于校准地震检波器，而是一般用来验证地震检波器响应性质在它们所标明的公差范围内。
阻抗校准测试技术 可参考附图的图5来图示用于测量地震检波器响应性质的阻抗校准测试技术的示例。根据阻抗校准测试技术的一个实施例，如图5所示，在504处施加输入信号(例如，正弦信号)，并测量输出电压e1和e2。可根据以下等式推导出在测量频率上的阻抗 在以上等式7中，由e2代表被施加到线圈上的电信号。可通过e1和R来确定流进线圈的电流。
可将地震检波器的阻抗表达为 阻抗的计算利用至少在频率ω1和ω2上的两次测量。
可根据以下等式来计算固有频率(ω0)、阻尼因子(ζ0)以及灵敏度(S0) 其中， 并且，其中 f0对应于固有频率[Hz]， ζ0对应于开路阻尼因子， Sg对应于从标称移动质量推导出的开路灵敏度[V/m/s]， ω1对应于f1的角频率， ω2对应于f2的角频率， Re(Z)对应于阻抗实部， Im(Z)对应于阻抗虚部， r对应于线圈电阻[Ω]， m对应于地震检波器移动质量[kg]。
将意识到的是，使用上述阻抗校准测试技术的地震检波器响应性质的计算依赖于利用针对地震检波器的移动质量(m)的量的已知值。通常，m的该已知值对应于由制造商提供的移动质量的标称值。
动态校准测试技术 可参考附图的图6来图示用于测量地震检波器响应性质的动态校准测试技术的示例。
根据动态校准测试技术的一个实施例，已校准的基准传感器604和一个或多个待校准的地震检波器602被置于震动设备606的顶部，例如如图6所示。然后使用震动设备606来震动(例如，在激励的垂直方向上)地震检波器602和基准传感器604。然后，可通过比较地震检波器响应输出和基准传感器输出，来确定地震检波器响应性质。例如，因为从基准传感器测量知道了相位和幅度响应，所以可根据两者之间的转移函数来确定附随(subject)的地震检波器的固有频率和阻尼因子。
将意识到的是，动态校准测试技术的相对准确度依赖于基准传感器的校准的准确度和基准传感器的响应。典型地，由与某种测量标准实体相关联的第三方来校准基准传感器604。
图6的实施例图示了使用垂直配置的动态校准测试的一种实现方式。根据本发明的替代实施例，还可使用水平配置来进行动态校准测试。在这样的实施例中，可水平地放置地震检波器、基准传感器和震动器设备组件，并在水平方向上施加激励。
根据至少一个实施例，可将地震检波器、基准传感器和震动器设备装入一个外壳中，例如，该外壳可由铁、钢和/或帮助防止震动器和地震检波器之间的磁耦合的材料制成。
根据动态校准测试技术的特定实现方式，基准传感器604可对应于基准地震检波器，其中已充分准确地测量和/或确定了该基准检波器的移动质量。下面更详细地描述用于准确测量地震检波器的移动质量的各种技术。
互易(reciprocity)校准测试技术 可参考图7A和图7B来图示用于测量地震检波器响应性质的互易校准测试技术的示例。
根据一个实施例，可使用互易校准测试技术在未使用基准传感器的情况下确定多个地震检波器的灵敏度。
例如，如图7A的实施例所示，在块710上安装三个未校准的地震检波器(Ga、Gb、Gc)。然后将正弦电信号e0输入到地震检波器的一个(Ga)中，其导致在所指示的方向上的地震检波器Ga的激励。该激励使得块710震动，并由此使得地震检波器Gb和Gc震动。
在开路条件下，可将地震检波器Gb和Gc的响应输出信号(即eab和eac)表达为如下所示的输入信号电压和地震检波器阻抗的函数 其中M是块和三个地震检波器的质量。
然后将另一正弦电信号输入到地震检波器Gb中，由此使得地震检波器Gc与块710一起震动(例如，如图7B所示)。
然后，可由下式表达地震检波器Gc的响应(ebc) 可通过求解下列方程来确定三个地震检波器的绝对灵敏度 图7A-7B的实施例图示了使用水平配置的互易校准测试的一种实现方式。根据本发明的替代实施例，还可使用垂直配置来进行互易校准测试。在这样的实施例中，可垂直放置地震检波器，并且在垂直方向上施加激励。
可在参考文献“The Reciprocity Calibration of PiezoelectricAccelerometers”，Mark Harrison，A.O.Sykers，Paul G.Marcotte，THE JOURNALOF THE ACCOUSTICAL SOCIETY OF AMERICA，Volume 24，Number 4，July，1952中找到关于互易校准测试技术的其他细节，在此为了所有目的通过引用合并其全文。
在授予Gabrielson的题为“APPARATUS AND METHOD FORCALIBRATION OF SENSING TRANSDUCES”的美国专利No.5,644,067中描述了用于地震检波器校准的互易校准测试技术的各种实施例的详细说明，在此为了所有目的通过引用合并其全文。
影响地震检波器校准的其他因素 由本发明团体进行的研究已揭示出地震检波器响应测量不仅依赖于其内部响应性质，还依赖于外部因素，例如，如温度和地震检波器的倾斜。例如，地震检波器的DC电阻(r)是温度的函数，并且地震检波器响应也是温度的函数。更具体地，通过考虑如图2所示的电路，地震检波器的灵敏度可能受线圈电阻r的变化的影响，如等式6(上面)所示。例如，如图7所示，开路灵敏度还可能由于温度而减小。温度还影响开路阻尼特性。地震检波器响应还可能受到其倾斜的影响。此外，如果在倾斜条件下使用地震检波器，内部弹簧的位移可能改变地震检波器的固有频率。
移动质量问题 除了上述可能影响地震检波器响应测量和/或响应性质的因素外，将意识到的是，上述地震检波器校准和地震检波器响应性质测试技术中的许多都依赖于利用各种地震检波器性质的已知值来确定针对未知的地震检波器性质的值。例如，如先前所述，上述地震检波器校准测试技术和地震检波器响应性质测试技术中的至少一部分依赖于使用对于地震检波器的移动质量(m)的量的预知值。如先前参考图1所述的，移动线圈12、13、线轴14和悬簧20、22一起形成地震检波器10的移动质量部分(m)。典型地，m的值对应于由制造商提供的移动质量的标称值。制造商可用来确定地震检波器移动质量值的一种技术是，通过将一起形成移动质量的单独组件(例如，移动线圈、线轴、悬簧)的每一个的估计或平均质量值加在一起，来计算移动质量值。
因为地震检波器制造商一般提供标称的地震检波器响应性质的值，并提供响应特性在指定公差范围内的保证，所以，当进行地震检波器校准测试时，在工业实践中常见的是依赖于由制造商提供的移动质量的标称值。此外，地震检波器移动质量值的精确计算是极难查明的。一个原因是，移动质量由地震检波器内部的数个不同(并且敏感的)组件构成，而这些组件通常是用户难以接近的。另一个原因是，难以确定移动悬簧质量中对地震检波器移动质量值作出贡献的精确的部分。
此外，因为传统地，在工业中没有意识到地震检波器移动质量值的误差可能会显著地引起地震检波器校准和/或地震检波器响应特性的误差的可能性，所以，传统地，不存在执行地震检波器移动质量值的独立测量的需要或期望。结果，相关领域技术人员没有动机来将地震检波器移动质量值测量到比制造商提供的标称值更高的精度。
然而，与传统常识相反，本发明团体已揭示出，事实上，地震检波器标称移动质量值的误差可能会显著地引起地震检波器校准和/或地震检波器响应特性的误差。因此，一种用于改进地震检波器校准测量和/或地震检波器响应补偿技术的技术是进行地震检波器移动质量性质的准确测量。根据本发明的至少一个实施例，可测量并使用移动质量的量来确定和/或补偿各种地震检波器响应特性。在一种实现方式中，可利用所测量的移动质量的量、使用例如一种或多种地震检波器响应性质测试技术来更准确地确定地震检波器响应性质(例如，如固有频率、阻尼因子、灵敏度等)。
根据本发明的特定实施例，一种用于改进地震检波器校准测量和/或地震检波器响应补偿技术的技术是通过在装配地震检波器之前测量移动线圈、线轴和悬簧的质量来确定移动质量，并将所确定的移动质量值标记在地震检波器上。以此方式，可查明每个地震检波器的实际移动质量，并用于后续操作。此技术与使用移动质量的制造商估计值或标称值的传统技术有所不同。此外，通过使用更精确的移动质量值，还可使用例如由等式9、11和12所述的阻抗方法来获得更高精度的地震检波器响应参数。
根据本发明的替代实施例，可用于确定地震检波器的移动质量的量的另一技术是，使用已使用一种或多种上述地震检波器响应性质测试技术确定的至少一部分地震检波器响应参数值，计算地震检波器的移动质量值。例如，根据一种实现方式，可使用对于地震检波器的阻尼因子、固有频率和开路灵敏度已测得的或已计算出的值来计算移动质量值，如下列等式所述 或 其中 m0对应于绝对移动质量， ζ0对应于开路阻尼因子， S0对应于开路灵敏度， Sg对应于从标称移动质量推导出的开路灵敏度， ω1对应于第一测量的角频率， Im(Z)对应于阻抗虚部， ω0对应于固有频率。
在一种实现方式中，例如，可通过测量和/或通过使用动态校准测试技术来确定地震检波器的开路灵敏度。例如，可使用阻抗校准测试技术来确定地震检波器的阻尼因子和固有频率。根据不同的实施例，对于涉及动态校准测试技术的测量，可使用多种不同的技术来获得基准传感器或基准地震检波器的响应参数值，例如，通过(1)通过测量移动质量(例如，通过在装配基准传感器之前，称取移动线圈的重量并记录该移动质量值)来装配基准地震检波器，(2)使用符合例如日本计量国家研究实验室(http://www.nrlm.go.jp/english/)的公共测量标准的基准传感器，(3)使用互易校准测试技术等。
根据至少一种实现方式，移动质量值是常数，其不会随着温度或地震检波器的倾斜度的改变而发生变化。由此，一旦已知移动质量，则可使用上述技术中的一种或多种，在任何时间，就地测试地震检波器。此外，将意识到的是，本发明的技术允许可就地或在现场使用之前执行的、改进准确度的地震检波器校准。
地震检波器响应补偿 将意识到的是，本发明的技术可用于更精确地量化地震检波器响应参数，例如，如灵敏度、阻尼和/或固有频率。例如，通过使用更精确的、所计算的移动质量值，可使用阻抗测试来更精确地量化地震检波器响应参数，例如，开路灵敏度、开路阻尼和/或固有频率。因此，改进准确度的地震检波器响应参数不仅允许更精确地校准地震检波器，还考虑到更准确的地震检波器响应补偿技术。
根据本发明的各个实施例，可使用多种不同的地震检波器响应补偿技术来获得地震检波器响应特性和/或测量的更高的准确度。例如，在至少一种实现方式中，使用地震检波器响应参数值(例如，可在地震检波器校准期间确定这些值)，按照提供更高准确度和/或更近似理想的地震检波器响应特性的方式，补偿和/或变换地震检波器响应输出信号。根据不同的实施例，例如，这样的理想地震检波器响应特性可包括呈现零相位特性的地震检波器响应信号、呈现对称特性的地震检波器响应信号等。
根据本发明的特定实施例，可使用转移函数，按照更近似理想的地震检波器响应特性的方式，变换地震检波器响应输出信号。在一种实现方式中，可使用关于地震检波器响应参数值的信息来推导出转移函数。因为已知道了理想地震检波器响应的转移函数(例如，对于具有以下性质的地震检波器固有频率＝10Hz，开路灵敏度＝30V/m/s，开路阻尼＝0.4，DC电阻＝375欧姆，有效移动质量＝10克)，则可以将地震检波器的响应信号转移或变换为理想地震检波器响应。可使用以下等式来实现示例变换 其中 H对应于地震检波器的转移函数， fn对应于标称固有频率(例如，10Hz)， ζn对应于标称阻尼因子(例如，0.7)， Sn对应于标称灵敏度， DCRn对应于标称DC电阻(DCR)，在该DCRn指定标称响应参数 fm对应于在工作环境中测得的固有频率， ζm对应于在工作环境中测得的阻尼因子， Sm对应于在工作环境中测得的灵敏度， DCRm对应于测得的DCR，地震检波器在该DCRm测量地震信号， Sign对应于补偿后的信号， Sigm对应于在工作条件下测得的信号。
根据不同的实施例，可将本发明的地震检波器响应补偿技术应用于单独的地震检波器，也可以应用于地震检波器阵列。例如，在一种实现方式中，可以使用例如代表地震检波器阵列的平均移动质量值的移动质量值，将本发明的地震检波器响应补偿技术应用到地震检波器阵列。此外，即使在确定所选的地震检波器超出公差的情况下，也可使用本发明的地震检波器响应补偿技术来补偿来自超出公差的地震检波器的输出数据，以便将这样的数据变换为有效的、可用的数据。
对可控震源的地震检波器补偿 图11图示了可控震源与地震检波器输出响应信号的相关性不是零相位。然而，根据本发明的至少一个实施例，可将至少一个地震检波器转移函数应用于数字化的导引信号扫描，以便实现对可控震源测量的地震检波器响应补偿。例如，在附图的图12-15中图示了这一点。
图12示出了图解如何将本发明的地震检波器响应补偿技术应用于已对于可控震源勘探作业布署的地震检波器阵列的一个实施例的框图。在该示例中，假设将平均或标称地震检波器响应转移函数用于导引信号，以产生修正的导引信号，然后该修正的导引信号可与一个或多个地震检波器响应输出信号相关。在图12所示的示例中，可在地震检波器补偿块1202处，通过采用例如以下等式，来实施地震检波器补偿操作 Sign＝ifft{fft(Sigm)*H(fn，ζn，Sn，DCRn)}(19) 其中 H对应于地震检波器的转移函数， fn对应于标称固有频率(例如，10Hz)， ζn对应于标称阻尼因子(例如，0.7)， Sn对应于标称灵敏度， DCRn对应于标称DC电阻(DCR)，在该DCRn指定标称响应参数 ζm对应于在工作环境中测得的阻尼因子， Sign对应于补偿后的信号， Sigm对应于在工作条件下测得的信号。
图13示出了图解如何将本发明的地震检波器响应补偿技术应用于已对于可控震源勘探作业布署的地震检波器阵列的替代实施例的框图。根据特定实现方式，可将独立的地震检波器响应补偿函数应用于地震检波器阵列中的相应地震检波器(例如1304a-c)。在图13所示的示例中，可控震源导引信号与地震检波器响应输出信号相关，以由此生成多个相关输出信号。例如，然后可通过实施补偿或校正操作，来修正这些相关输出信号。根据一种实现方式，可在每个地震检波器校正块1302a-c处，通过采用例如等式(18)，来实现对各个相关输出信号的校正。
在图12和13所示的实施例的每一个中，还可以对所有或选择的地震检波器信号应用从就地测试获得的补偿滤波器。
图14和15图示了在未补偿的地震检波器响应信号与已使用本发明的地震检波器响应补偿技术进行补偿的地震检波器响应信号之间的差异。在图14的示例中，信号1402代表还未执行地震检波器响应补偿的相关地震检波器响应信号(对应于10-100Hz的导引扫描频率范围)。信号1404代表已执行了地震检波器响应补偿的相关地震检波器响应信号(对应于10-100Hz的导引扫描频率范围)。如图14所示，信号1404比信号1402更接近理想地震检波器响应特性。
在图15的示例中，信号1502代表还未执行地震检波器响应补偿的相关地震检波器响应信号(对应于5-50Hz的导引扫描频率范围)。信号1504代表已执行了地震检波器响应补偿的相关地震检波器响应信号(对应于5-50Hz的导引扫描频率范围)。如图15所示，信号1504比信号1502更接近理想地震检波器响应特性。
将意识到的是，本发明的技术可用于最小化相关地震检波器响应信号的相位。此外，使用本发明的地震检波器响应补偿技术，可从相关的地震检波器响应信号获得真零相位。
确定地震检波器响应参数 下面的章节提供可用于在地震检波器响应参数测量中获得曲线准确度(curved accuracy)的各种技术的更详细的讨论。
如先前所描述的，许多地震检波器响应参数的测量值(例如，如固有频率、阻尼因子、灵敏度、DC电阻等)依赖于外部因素，例如，如温度和地震检波器的倾斜度。通过测量工作条件下的DC电阻(DCR)，可以确定地震检波器的实际或实时温度。一旦已确定了地震检波器的实时温度，那么就可以对地震检波器的实际工作温度来准确计算地震检波器的其他响应参数(例如，阻尼因子、灵敏度和固有频率)的值。
例如，对于标准铜磁线，可根据下式将DCR表示为温度的函数 其中Cr＝(0.393％)/℃。
在用于执行地震检波器校准的阻抗校准测试技术中，一般通过万用表测量DCR。然后，可将校准测试技术用于计算固有频率、开路阻尼和灵敏度。然而，本发明团体已确定，独立的DCR测量(例如，通过万用表测试获得)可能导致对于阻尼因子和灵敏度计算出多个可能的值。因此，在至少一个实施例中，可使用阻抗校准测试技术来计算或测量DCR值。下面的讨论简要描述了如何通过注入两个不同频率的信号，来校准四个地震检波器响应参数。更具体地，根据特定实施例，四个未知的地震检波器响应参数的值，即DCR(r)、固有频率(ω0)、阻尼因子(ζ0)和灵敏度(S0)可通过求解四个阻抗方程而确定，这四个阻抗方程是使用两个不同的频率ω1和ω2从两个阻抗测量导出的。
图16示出了可用于描述阻抗校准测试技术的特定实施例的示意图1600。如图16所示，电流(i)流进悬挂在磁通量B(未示出)中的移动线圈部分1602。可将作用在移动线圈上的力F表达为F＝Bli，其中B是磁通量密度，l是移动线圈在磁通量B中的有效线长，而i是电流。
可将移动线圈的运动方程表达为 其中，ξ是移动线圈在地震检波器中的相对位置。方程(A1)左手边的第一项代表惯性力，第二项代表与速度成比例的摩擦力，而最后一项代表弹簧弹力。这三个力的总和与由于电流产生的力相互平衡。
移动线圈生成与相对于磁场的运动速度成比例的电信号eg，其可被表达为 可按照eg将方程(A1)改写为 其中， S0＝Bl 因为可将地震检波器输出信号表达为 e0＝eg+ri (A4) 所以，可按照地震检波器输出信号将方程(A3)改写为 方程(A5)的拉普拉斯变换产生地震检波器阻抗 可将方程(A6)改写为 可根据下式计算阻抗的实部和虚部 可将阻抗方程的实部和虚部表达为复平面上的圆，例如，如附图的图17所示。
方程(A8)和(A9)的平方和产生表达式 可通过图17的具有如下定义的半径a的圆来表示方程(A10) a2＝{Re(Z)-c}2+{Im(Z)}2(A11) 由下式给定圆心c 可将地震检波器参数的计算式表达为 在两个频率ω1和ω2上的阻抗的测量给出针对两个阻抗的实部和虚部的四个等式，例如，如等式(A14)-(A17)所示 从这四个等式中，可以推导出四个地震检波器参数r、ζ0、ω0和S0。
将Z1和Z2插入等式(A11)，得到阻抗圆的圆心和半径。
然后，可根据下式计算DC电阻 r＝c-a(A20) 从四个阻抗等式(A14)-(A17)，可根据下式确定ζ0、ω0和S0 其中 应注意的是，还可以将ζ0和S0找到为 只要从等式(A18)、(A19)和(A20)计算出r，那么从等式(A13)和(A24)计算出的ζ0和S0的值就和从等式(A25)和(A26)计算出的量一致。然而，如果使用单独的仪表(如万用表)来测量r，那么ζ0和S0的值将不一致。
其他实施例 通常，可在软件和/或硬件上实现本发明的地震检波器校准和补偿技术。例如，可在操作系统内核中、在单独的用户进程中、在绑定到网络应用中的库程序包中、在专门构建的机器上、或在网络接口卡上实现它们。在本发明的特定实施例中，在诸如操作系统的软件中或在操作系统上运行的应用程序中实现本发明的技术。
可在通过存储器中存储的计算机程序选择性地激活或重新配置的通用可编程机器上实现本发明的地震检波器校准和补偿技术的软件或软件/硬件混合实现方式。可在诸如个人计算机或工作站之类的通用网络主机上实现这样的可编程机器。另外，至少可部分地在用于网络设备或通用计算设备的卡(例如，接口卡)上实现本发明。
现在参照图18，适合于实现本发明的地震检波器校准和补偿技术的各个方面的网络设备60包括主中央处理单元(CPU)62、接口68、以及总线67(例如，PCI总线)。当在适当的软件或固件的控制下动作时，CPU 62可负责实现与期望的网络设备的功能相关联的特定功能。例如，当被配置为通用计算设备时，CPU 62可负责数据处理、媒体管理、I/O通信、计算地震检波器响应参数值、执行地震检波器响应补偿操作等。优选地，CPU 62在包括操作系统(例如，Windows NT)的软件、和任何适当的应用软件的控制之下完成所有这些功能。
CPU 62可包括一个或多个处理器63，如来自Motorola或Intel微处理器族、或MIPS微处理器族的处理器。在替代实施例中，处理器63是专门设计的用于控制网络设备60的操作的硬件。在特定实施例中，存储器61(如非易失性RAM和/或ROM)也形成CPU 62的一部分。然而，存储器可按照许多不同的方式耦合到系统。存储器块61可用于多种目的，例如，如高速缓存和/或存储数据、编程指令等。
典型地，将接口68提供为接口卡(有时称为“线卡(line card)”)。通常，它们控制数据分组在网络上的发送和接收，有时支持与网络设备60一起使用的其他外设，例如，如显示设备70和/或打印设备72。将意识到的是，本发明的各种地震检波器校准和补偿技术可生成将被提供用于在电子显示设备和/或非电子显示设备(例如，如在纸上为显示而打印)上显示的数据或其他信息。
可提供的其他类型的接口的例子是以太网接口、帧中继接口、缆线接口、DSL接口、令牌环接口等。此外，可提供各种超高速接口，如快速以太网接口、吉比特以太网接口、ATM接口、HSSI接口、POS接口、FDDI接口等。通常，这些接口可包括适于与适当的媒体进行通信的端口。在某些情况下，它们还可包括独立处理器，以及(在某些实例中)易失性RAM。例如，独立处理器可用于处理数据处理任务、显示任务、通信任务、媒体控制任务等。
尽管图18中示出的系统图解了本发明的一种特定网络设备，但它不意味着可实现本发明的唯一的网络设备体系。例如，经常使用具有处理通信的单处理器以及路由计算等的体系。另外，还可以与该网络设备一起使用其他类型的接口和媒体。
不管网络设备的配置如何，其都可以采用被配置用来存储数据、用于通用网络操作的程序指令、和/或关于在此描述的地震检波器校准和补偿技术的功能性的其他信息的一个或多个存储器或存储器�？�(例如，如存储器块65)。例如，程序指令可控制操作系统和/或一个或多个应用的操作。存储器或多个存储器还可被配置用来存储数据结构、地震日志信息、地震检波器响应参数信息、可控震源勘探信息、和/或在此描述的其他特定非程序信息。
因为可采用这样的信息和程序指令来实现在此描述的系统/方法，所以本发明涉及包括用于执行在此描述的各种操作的计算机指令、状态信息等的机器可读介质。机器可读介质的例子包括(但不限于)磁介质，如硬盘、软盘和磁带；光介质，如CD-ROM盘；磁光介质，如可光读软盘；以及专门被配置为存储和执行程序指令的硬件设备，如只读存储器设备(ROM)和随机存取存储器(RAM)。还可以在通过适当的媒体(如空气波、光线、电线等)传输的载波中实现本发明。程序指令的例子包括机器代码(如通过编译器产生)和文件(包含可由计算机使用翻译器执行的高级代码)这两者。
尽管已在此参照附图描述了本发明的数个优选实施例，但应理解的是，本发明不限于这些具体实施例，并且在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神的范围的前提下，本领域技术人员可对其进行各种变化和修改。
权利要求
1.一种用于处理从地震探查活动生成的地震探查信息的方法，其中地震探查信息的第一部分包括由至少一个地震检波器生成的地震检波器响应输出信息，其中该地震探查信息的第二部分包括与在执行地震探查活动时使用的至少一个源信号有关的源信号信息，该方法包括
确定与第一地震检波器相关联的第一部分的响应参数值；以及
通过修正至少一部分的地震探查信息来补偿所述第一部分的响应参数值中的至少一个，从而改善所述地震探查信息的准确度。
2.如权利要求1所述的方法，还包括对所述至少一个地震检波器执行至少一种校准测试，以确定第一部分的响应参数的值。
3.如权利要求1所述的方法，还包括
通过使用所述第一部分的响应参数值中的至少一个来修正所述源信号信息，生成修正的源信号信息；以及
使用所述修正的源信号信息和所述地震检波器响应输出信息，生成相关输出信号信息。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一部分的响应参数值包括开路灵敏度值、阻尼因子值和固有频率值。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一部分的响应参数值包括移动质量参数值，该方法还包括
通过使用所述移动质量参数值来修正所述源信号信息，生成修正的源信号信息；以及
使用所述修正的源信号信息和所述地震检波器响应输出信息，生成相关输出信号信息。
6.如权利要求1所述的方法，还包括
使用源信号信息和地震检波器响应输出信息，来生成相关输出信号信息；以及
通过使用所述第一部分的响应参数值中的至少一个来修正所述相关输出信号，生成修正的相关输出信号信息。
7.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一部分的响应参数值包括开路灵敏度值、阻尼因子值和固有频率值。
8.如权利要求6所述的方法，其中，所述第一部分的响应参数值包括移动质量参数值，该方法还包括
使用源信号信息和地震检波器响应输出信息，生成相关输出信号信息；以及
通过使用所述移动质量参数值来修正所述相关输出信号，生成修正的相关输出信号信息。
9.如权利要求1所述的方法，还包括
基于有关与第一地震检波器相关联的第一部分的响应参数的信息，确定第一地震检波器的理想响应的第一转移函数，其中所述第一部分的响应参数包括从由开路灵敏度、阻尼因子和固有频率构成的群组中选择的至少一个响应参数；以及
使用所述第一转移函数来修正源信号信息。
10.如权利要求1所述的方法，还包括
基于有关与第一地震检波器相关联的第一部分的响应参数的信息，确定第一地震检波器的理想响应的第一转移函数，其中所述第一部分的响应参数包括从由开路灵敏度、阻尼因子和固有频率构成的群组中选择的至少一个响应参数；以及
使用所述第一转移函数来修正地震检波器响应输出信息。
11.如权利要求1所述的方法，还包括
基于有关与第一地震检波器相关联的第一部分的响应参数的信息，确定第一地震检波器的理想响应的第一转移函数，其中所述第一部分的响应参数包括从由开路灵敏度、阻尼因子和固有频率构成的群组中选择的至少一个响应参数；
使用源信号信息和地震检波器响应输出信息，来生成相关输出信号信息；以及
使用所述第一转移函数来修正所述相关输出信号信息。
12.如权利要求1所述的方法，其中，所述源信号信息包括有关可控震源勘探作业的导引扫描信号信息。
13.如权利要求1所述的方法，还包括
测量工作条件下的第一地震检波器的DC电阻值；
使用测得的DC电阻值来确定第一地震检波器的当前温度值；以及
使用当前温度值来计算第一地震检波器响应参数的至少一部分。
14.如权利要求13所述的方法，还包括
使用当前温度值来计算第一地震检波器的开路灵敏度值；
使用当前温度值来计算第一地震检波器的阻尼因子值；以及
使用当前温度值来计算第一地震检波器的固有频率值。
15.如权利要求1所述的方法，其中，所述地震探查活动包括可控震源勘探作业，并且，其中所述地震探查信息包括使用地震检波器响应输出信息和源信号信息所生成的相关输出信号信息，该方法还包括修正所述相关输出信号，以使得与所述相关输出信号相关联的相位特性最小化。
16.如权利要求1所述的方法，其中，所述地震探查活动包括可控震源勘探作业，并且，其中所述地震探查信息包括使用地震检波器响应输出信息和源信号信息所生成的相关输出信号信息，该方法还包括修正所述相关输出信号，以增加与所述相关输出信号相关联的对称特性。
17.一种用于处理从地震探查活动生成的地震探查信息的系统，其中地震信息的第一部分包括由至少一个地震检波器生成的地震检波器响应输出信息，其中该地震探查信息的第二部分包括与在执行地震探查活动时使用的至少一个源信号有关的源信号信息，该系统包括
至少一个处理器；
至少一个接口；以及
存储器；
该系统被配置为或被设计为确定与第一地震检波器相关联的第一部分的响应参数值；以及
该系统还被配置为或被设计为通过修正至少一部分的地震探查信息来补偿所述第一部分的响应参数值中的至少一个，从而改善所述地震探查信息的准确度。
18.如权利要求17所述的系统，还被配置为或被设计为对所述至少一个地震检波器执行至少一种校准测试，以确定第一部分的响应参数的值。
19.如权利要求17所述的系统，还被配置为或被设计为
通过使用所述第一部分的响应参数值中的至少一个来修正所述源信号信息，生成修正的源信号信息；以及
使用所述修正的源信号信息和所述地震检波器响应输出信息，生成相关输出信号信息。
20.如权利要求17所述的系统，其中，所述第一部分的响应参数值包括开路灵敏度值、阻尼因子值和固有频率值。
21.如权利要求17所述的系统，其中，所述第一部分的响应参数值包括移动质量参数值，该系统还被配置为或被设计为
通过使用所述移动质量参数值来修正所述源信号信息，生成修正的源信号信息；以及
使用所述修正的源信号信息和所述地震检波器响应输出信息，生成相关输出信号信息。
22.如权利要求17所述的系统，还被配置为或被设计为
使用源信号信息和地震检波器响应输出信息，生成相关输出信号信息；以及
通过使用所述第一部分的响应参数值中的至少一个来修正所述相关输出信号，生成修正的相关输出信号信息。
23.如权利要求22所述的系统，其中，所述第一部分的响应参数值包括开路灵敏度值、阻尼因子值和固有频率值。
24.如权利要求22所述的系统，其中，所述第一部分的响应参数值包括移动质量参数值，该系统还被配置为或被设计为
使用源信号信息和地震检波器响应输出信息，生成相关输出信号信息；以及
通过使用所述移动质量参数值来修正所述相关输出信号，生成修正的相关输出信号信息。
25.如权利要求17所述的系统，还被配置为或被设计为
基于有关与第一地震检波器相关联的第一部分的响应参数的信息，确定第一地震检波器的理想响应的第一转移函数，其中所述第一部分的响应参数包括从由开路灵敏度、阻尼因子和固有频率构成的群组中选择的至少一个响应参数；以及
使用所述第一转移函数来修正源信号信息和地震响应输出信息中的至少一个。
26.如权利要求17所述的系统，还被配置为或被设计为
基于有关与第一地震检波器相关联的第一部分的响应参数的信息，确定第一地震检波器的理想响应的第一转移函数，其中所述第一部分的响应参数包括开路灵敏度、阻尼因子和固有频率；
使用源信号信息和地震检波器响应输出信息，来生成相关输出信号信息；以及
使用所述第一转移函数来修正所述相关输出信号信息。
27.如权利要求17所述的系统，其中，所述源信号信息包括有关可控震源勘探作业的导引扫描信号信息。
28.如权利要求17所述的系统，还被配置为或被设计为
测量工作条件下的第一地震检波器的DC电阻值；
使用测得的DC电阻值来确定第一地震检波器的当前温度值；以及
使用当前温度值来计算第一地震检波器响应参数的至少一部分。
29.如权利要求28所述的系统，还被配置为或被设计为
使用当前温度值来计算第一地震检波器的开路灵敏度值；
使用当前温度值来计算第一地震检波器的阻尼因子值；以及
使用当前温度值来计算第一地震检波器的固有频率值。
30.如权利要求17所述的系统，其中，所述地震探查活动包括可控震源勘探作业，并且，其中所述地震探查信息包括使用地震检波器响应输出信息和源信号信息所生成的相关输出信号信息，该系统被进一步配置或设计为修正所述相关输出信号，以做到使得与所述相关输出信号相关联的相位特性最小化和增加与所述相关输出信号相关联的对称特性中的至少一个。
31.一种用于处理从地震探查活动生成的地震探查信息的系统，其中地震信息的第一部分包括由至少一个地震检波器生成的地震检波器响应输出信息，其中该地震探查信息的第二部分包括与在执行地震探查活动时使用的至少一个源信号有关的源信号信息，该系统包括
用于确定与第一地震检波器相关联的第一部分的响应参数值的部件；以及
用于通过修正地震探查信息的至少一部分来补偿所述第一部分的响应参数值中的至少一个、从而改善所述地震探查信息的准确度的部件。
全文摘要
描述了可用来便利和改进地震探查活动的各种技术。例如，本发明的一个方面针对用于使得能够就地测量地震检波器响应参数的技术。本发明的另一方面针对用于改进地震检波器校准和用于改进地震检波器响应参数的测量准确度的技术。本发明的再一方面针对用于补偿地震检波器响应输出数据以改进该数据的准确度的技术。
文档编号G01V13/00GK101788690SQ201010114219
公开日2010年7月28日 申请日期2005年8月15日 优先权日2004年8月27日
发明者鎌田正博 申请人:普拉德研究及开发股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
