用于分析时移地球物理调查中的数据的方法和设备

本专利合作条约专利申请根据35 U.S.C§119(e)要求于2011年3月23日提交的名为“Method and apparatus for analyzing data in subsequent geophysical surveys（用于分析后续地球物理调查中的数据的方法和设备）”的美国临时申请No. 61/466,595的权益，其通过引用而完全合并于此。

技术领域

本公开一般涉及地球物理勘探系统，并且更具体地涉及后续地球物理调查中的数据采集和分析。

背景技术

例如石油和天然气等石油化工产品在社会中是无处不在的并且可以在从汽油到儿童玩具的一切事物中发现。为此，对石油和天然气的需求仍是庞大的。为了满足该庞大需求，定位地球中的石油和天然气储集层是重要的。除其他外，科学家和工程师还利用地震和其他波勘探技术实施“调查”来发现地球内的石油和天然气储集层。这些地震勘探技术通常包括利用地震能源（例如，炸药、空气枪、振动器，等）控制地震能量到地球内的发射，并且利用接收器（例如，地震检波器、水听器，等）监测地球对地震源的响应。通过观测在调查期间由接收器检测的反射地震信号，可采集关于反射信号的地球物理数据并且这些信号可指示靠近调查地点的地球组成。

当石油和天然气的部分从储集层移走时，可接近与原始基线调查（baseline survey）相同的地点进行跟踪或监视调查（monitor survey）。通常，监视调查提供的数据叫作4D数据，因为它对收集的数据提供第四维度－时间。例如，该4D调查可允许科学家和工程师看到自从基线调查有多少石油和天然气已经从储集层移走、有多少石油或天然气仍在储集层中和/或石油或天然气如何在储集层内移动。在用于基线调查的源和接收器安装在陆地上或在海底表面上并且在调查之间未被移走的情况下，监视调查可牵涉触发源并且记录接收器处的反射地震信号。在其他情况下，例如使用船只后拖曳的托缆或使用陆地上的瞬时源和接收器实施调查的情况下，可建立质量控制的某一系统以便于协调两个调查之间的数据集。

“重复性”是用于指示监视调查有多么密切地与基线调查相关的量度的术语。存在几个不同形式的重复性。例如，位置和几何重复性是监视调查的数据在位置上或几何上有多么接近基线调查数据的量度。即使监视调查的几何重复性是良好的（例如，在源和接收器永久安装在陆地上或海底上的情况下），其他因素可使在监视调查中获得的数据的重复性减小，并且因此可靠性降低。可在重复性方面关注的调查的几个方面包括：源位置、接收器位置、源与接收器之间的共中心点（CMP）位置、源与接收器之间的偏移距（offset）或径向距离、方位角和这些的分量及组合。为了准确确定从储集层移走的石油或天然气的量，科学家和工程师可需要知道监视调查有多么密切地与基线调查的一个或多个方面相关。

发明内容

用于处理地球物理数据的一个方法包括使来自监视调查的第一数据集与来自基线调查的第二数据集匹配。它还包括对第一集中的每个数据生成属性值、将每个属性值与数据中的每个一起存储以及基于存储的属性值处理第一数据集。

处理地球物理数据的另一个方法包括使来自第一调查的第一数据集与来自第二调查的第二数据集相关。它还包括对第一集中的每个数据生成属性值、使每个生成的属性值与来自第一数据集的数据关联以及基于属性值处理第一数据集。

有形存储介质可存储多个指令，其包括使来自第一调查的第一数据集与来自第二调查的第二数据集相关的指令、对第一集中的每个数据生成属性值的指令、使每个生成的属性值与来自第一数据集的数据（属性值可从其生成）关联的指令，以及基于属性值处理第一数据集的指令。

另一个有形存储介质可存储过滤的CMP集，其中该过滤的CMP集从第一CMP集过滤，并且过滤基于属性值集。

附图说明

图1A图示拖曳地震源的船只和安置在船只后拖曳的托缆上的多个地震接收器的顶视图。

图1B图示图1A的船只的侧视图。

图2A至2D图示使用一个或多个属性值作为用于对覆盖进行面元划分（binning）或过滤的准则的系统和方法。

图3是未过滤的空间覆盖标绘图。

图4图示根据一个实施例过滤的空间覆盖标绘图。

图5A至5C图示可通过使用一个或多个属性值作为准则来交互过滤覆盖而生成的空间覆盖标绘图。

图6图示根据另一个实施例过滤的空间属性标绘图。

图7图示能够存储和/或处理导航和地震数据例如以根据图2A至2D中的操作产生图像的计算机系统的实施例。

具体实施方式

例如石油和天然气等石油化工产品在社会中是无处不在的并且可以在从汽油到儿童玩具的一切事物中发现。为此，对石油和天然气的需求仍是庞大的。为了满足该庞大需求，定位地球中的石油和天然气储集层是重要的。除其他外，科学家和工程师还利用地震和其他波勘探技术实施“调查”来发现地球内的石油和天然气储集层。这些地震勘探技术通常包括利用地震能源（例如，炸药、空气枪、振动器，等）控制地震能量到地球内的发射，并且利用接收器（例如，地震检波器、水听器，等）监测地球对地震源的响应。通过观测在调查期间由接收器检测的反射地震信号，可采集关于反射信号的地球物理数据并且这些信号可指示靠近调查地点的地球组成。

当石油和天然气的部分从储集层移走时，可接近与原始基线调查相同的地点进行跟踪或监视调查。通常，监视调查提供的数据叫作4D数据，因为它对收集的数据提供第四维度－时间。例如，该4D调查可允许科学家和工程师看到自从基线调查有多少石油和天然气已经从储集层移走、有多少石油或天然气仍在储集层中和/或石油或天然气如何在储集层内移动。在用于基线调查的源和接收器安装在陆地上或在海底表面上并且在调查之间未被移走的情况下，监视调查可牵涉触发源并且记录接收器处的反射地震信号。在其他情况下，例如使用船只后拖曳的托缆或使用陆地上的瞬时源和接收器实施调查的情况下，可建立质量控制的某一系统以便于协调两个调查之间的数据集。

“重复性”是用于指监视调查有多么密切地与基线调查相关的量度的术语。存在几个不同形式的重复性。例如，位置和几何重复性是监视调查的数据在位置上或几何上有多么接近基线调查数据的量度。即使监视调查的几何重复性是良好的（例如，在源和接收器永久安装在陆地上或海底上的情况下），其他因素可使在监视调查中获得的数据的重复性减小，并且因此可靠性降低。可在重复性方面关注的调查的几个方面包括：源位置、接收器位置、源与接收器之间的共中心点（CMP）位置、源与接收器之间的偏移距或径向距离、方位角和这些的分量及组合。为了准确确定从储集层移走的石油或天然气的量，科学家和工程师可需要知道监视调查有多么密切地与基线调查的一个或多个方面相关。因此，公开了这样的系统和方法，其对科学家和工程师提供基于一个或多个重复性属性来分析已经被过滤的监视调查地球物理数据和监视调查覆盖的能力。

图1A示出拖曳源102的船只101和在船只101后面的托缆上的几个接收器103的顶视图。图1B示出在图1A中示出的船只101的侧视图，其中源102和接收器103在船只101后面在水表面稍下方拖曳。为了论述起见，在图1A和1B中描绘的实施例图示由相同船只拖曳的源和接收器，然而，其他可能的组合是可能的。例如，在其他实施例中，源和/或接收器可由分别的船只拖曳或可在陆基采集系统中实现。在再其他实施例中，源和/或接收器可静止，而另一个在船只后拖曳。在又其他实施例中，接收器103可例如通过使用托缆转向装置（例如从ION Geophysical, Inc.可获得的DigiFIN?牌转向装置）而更深地安置在水中。在其他实施例中，可使用多个源。而且，可使用任何类型的源或接收器，其包括例如1、2或3维源或接收器。

在操作期间，源102可发射地震能量（例如，通过空气枪），其可从地球104的各种部分反射并且可在接收器103处接收回来（如由图1B中的传播地震波示出的）。在接收器103处接收并且处理的信号可提供在确定靠近信号被反射的地点的地球104的各种部分的组成中有用的数据，其可包括石油和/或天然气储集层105。如果储集层105中的石油和/或天然气的量随时间耗尽，则在与第一调查大致上相同的地点中实施的后续调查可指示该耗尽的各种性质，例如：减小的孔隙压力、油/气和/或气/水接触的转移、阻抗下降，等。

图2A至2D图示可利用预定度量或属性作为用于对覆盖进行面元划分的准则的操作200。尽管任何度量或甚至多个度量可用作用于面元覆盖的过滤器，为了论述起见，下面的公开图示在使用重复性度量作为过滤器的背景下的操作200。例如，操作200的一些实施例可包括如果对于CMP的重复性属性落在规定范围内则包括对CMP进行面元划分。而且，操作200可分析来自全偏移距范围的数据（即，来自每个偏移距步长（offset step）的数据，其中偏移距步长是一个或多个接收器间隔）或来自该全偏移距范围的子集的数据（例如来自每个偏移距带内的仅一个偏移距步长，或在全偏移距范围内的仅一个偏移距带）。

现在将结合在图1A和1B中图示的调查操作来论述操作200。在图2A中，操作205图示与实施基线调查关联的子操作206-210。一般，在基线调查期间，在子操作206中地震源可触发地震能量射入或迸发进入地球104。该能量反射回并且在子操作207处以特定偏移距作为信号在接收器处被接收和测量，其中偏移距在一些实施例中是从源到特定接收器或接收器组的径向范围。在一些实施例中，在每个偏移距和/或多个偏移距处可存在几个接收器，如在图1中由框106和108指示的，其中每个框包含几个接收器并且每个框定位在不同的偏移距处。

对于每个源102－接收器103对，操作205可包括子操作208和209，其包括在每个偏移距步长处计算并且存储CMP。这在图1A中图示，其中框106指示框106中的接收器中的每个相对于源102具有不同CMP所在第一偏移距。子操作209还可存储与每个CMP有关的背景信息，其包括例如采集和/或地震属性，例如源ID、接收器ID、源位置、接收器位置、时间、水深、船只速度、偏移距、方位角，等。同样，框108中的接收器103中的每个（其处于与框106中的接收器不同的偏移距处）可具有不同的CMP。操作205在一些实施例中还包括子操作210，其中可定义称为“面元”的矩形网格。注意尽管面元在操作205中图示为最后的子操作，但可在基线调查中的任何点处定义它们。面元的宽度可大致上与CMP线之间的间距相同并且面元的高度可大致上与单个CMP线上的CMP之间的间距相同。这在图1A中图示，其中面元110由虚线框指示。当然，还可定义具有不同高度或宽度的其他维度的面元，这取决于所需要的分辨率。

在完成基线调查后，基线调查的视觉表示可在通过使来自每个源接收器对的数据与它的CMP被定位的面元关联而对每个CMP进行“面元划分”后生成（该操作未在图2A至2D中图示）。视觉表示可以是空间覆盖标绘图（与图3示出的标绘图相似）或涵盖例如图、表、曲线图等覆盖信息。在每个面元内，可存在对于不同接收器偏移距步长的CMP。如果面元具有来自每个偏移距步长的至少一个CMP，它可称为“满覆盖（full fold）”。也就是说，满覆盖覆盖（full fold coverage）通过获得在整个偏移距范围上源到接收器偏移距步长的完全分布而实现。每个面元可包括例如在每个偏移距步长处呈现有多少CMP的计数，或覆盖有多“满”。每个面元可另外或备选地包括覆盖有多满的百分比。在一些情况下，每偏移距步长可存在超过一个CMP，称为“副本”，并且这些副本在面元划分期间可被包括或排除。

在经过预定时间量后，可实施监视调查，如在操作215中示出的。在一些实施例中，在基线与监视调查之间经过的时间量是一年或多年。操作215中的监视调查连同它的子操作216-219可与基线调查相似：可在子操作216中触发地震射击，在子操作217中地震能量可从地球反射并且在一个或多个接收器处接收，在子操作218中可记录信号（对于每个源接收器对所计算的CMP），并且在子操作219中可存储对于每个偏移距的CMP。然后，与上文描述的对视觉表示面进行元划分和生成相似，基线调查CMP可被面元划分并且可生成监视调查的覆盖的视觉表示（该操作未在图2A至2D中示出）。每个面元可包括例如在每个偏移距步长处呈现有多少CMP的计数，或任何其他有用信息。图3图示可由操作215的子操作产生的监视调查的未过滤覆盖标绘图。参考图3，图3的x和y轴代表面元网格，如在操作205中限定的。每个矩形区域中的阴影代表特定面元有多“满”，如在图3的底部的图解中示出的。例如，白色的面元的充满程度是61%或更多。阴影标度可以配置为任何类型的阴影，其包括不同的颜色等。同样，图解和标绘图中的阈值可以设置成任何百分比范围；它们还可设置成显示实际覆盖值而不是百分比，或任何其他有用信息。

回到图2A，代替生成未过滤覆盖标绘图（与在图3中示出的类似），流程可行进到操作225，其中来自监视调查的数据可与来自基线调查的数据匹配并且可生成一个或多个度量。操作225的子操作可包括首先在子操作226中对在监视调查中触发的每个射击的每个CMP确定来自基线调查的“最密切匹配”的CMP。在一些实施例中，该匹配可基于最密切几何匹配。几何接近度的一个示例可由几何重复性值Dsrc+Drx来衡量。Dsrc是相应地在触发地震源时基线调查CMP与监视调查CMP之间的源位置中的差异。同样，Drx是在触发地震源时基线调查CMP与监视调查CMP之间的接收器位置中的差异。在一些实施例中，源和/或接收器的位置可参考船只101上的导航系统，例如通过使用全球定位系统（GPS）。Dsrc+Drx代表这两个差异的总和。评估Dsrc+Drx值以便确定最密切CMP匹配可确保获得相同方位角的数据以便参考大致上相同的表面下区域，这可允许例如储集层105的特性随时间被一致地表征。

在利用重复性度量Dsrc+Drx值来发现最密切CMP匹配的实施例中，可分析来自监视和基线调查数据两者的所有非唯一CMP命中（CMP hit）来发现对于每个面元的最小Dsrc+Drx值。一些实施例可在单个偏移距步长处进行该分析，而其他实施例可对感兴趣的多个偏移距步长进行该分析。此外，该分析可牵涉交换源与接收器位置以试图获得不同的Dsrc+Drx值；该交换过程称作“互易性（reciprocity）”。

在监视调查中的每个CMP已经与基线调查中的CMP匹配后，匹配的CMP对可再次在子操作227中比较以便在子操作228中生成属性值，并且在子操作229中那些属性值可与监视调查的CMP命中一起存储。属性值如果代表基线调查CMP与监视调查SMP之间的比较则可叫作重复性度量或重复性属性；重复性指示监视调查如何很好地“重复”基线调查。因此，监视调查中的每个CMP可根据它与基线调查中的任一个或多个CMP有多匹配而独立地表征。

接着，如在图2B中示出的，流程可从操作225（经由230）行进到操作235，其中来自操作215的监视调查的CMP命中、在操作225中确定的关联属性值以及用户规定的属性参数范围或多个范围（在操作234中接收的）全部可用于选择性地对监视调查数据进行面元划分。采用该方式，可过滤监视调查使得仅属性值在规定的参数范围内的那些CMP仍在经面元划分的监视调查数据中。图4图示示例过滤覆盖视觉表示，其中过滤器是小于或等于50米的Dsrc+Drx。结合图3参考图4，图4的x和y轴与图3相同，并且代表面元网格的相同区域。再次，每个矩形区的阴影代表该特定面元有多“满”，其中Dsrc+Drx大于50米的任何CMP被排除。因此，图3中的充满程度是61%或以上的几个面元在应用过滤后在图4中充满程度小很多。

应该意识到图3和4仅示出对于中远源接收器偏移距的覆盖，然而，操作200可用于在任何期望的偏移距范围上创建覆盖标绘图（或属性标绘图）。而且，如上文提到的，几个不同属性可组合来代替仅一个用户规定的属性参数范围，从而允许创建几个不同过滤器或一个复合过滤器。例如，用户可仅希望具有小于50米Dsrc+Drx的CMP命中以及仅来自某一接收器或托缆的命中，或仅来自某一偏移距或偏移距范围的命中。备选地，用户可期望创建仅示出具有某一百分比（例如，90%）的具有小于50米的Dsrc+Drx的CMP的面元的经过滤标绘图。几个不同属性值范围中的任一个可单独或与在面元划分期间过滤数据的一个或其他属性值组合使用。此外，可使用任何范围的属性值，其包括通过选择只在某一范围以上、在某一范围以下或在上下界限内的数据。

现在参考图2C，流程可备选地从操作225（经由230）行进到操作240。在操作240中，操作240的混合面元划分准备数据使得用户可晚些交互地过滤覆盖，或基于在监视调查期间获得的数据而交互地创建其他视觉表示，而不是生成用户可以查看的监视调查的静态的过滤3D覆盖（如在操作235中进行的）。在混合面元划分中，来自监视调查的每个匹配的CMP可连同它的属性值一起被面元划分（如与操作235相对，其中仅对落在用户输入范围内的CMP在没有它们属性值的情况下进行面元划分）。匹配的CMP命中可通过使属性值附加到包含每个面元划分CMP的信息的文件或多个文件而与它的属性值一起被面元划分。操作240的输出可允许用户交互地过滤覆盖（如在操作245中示出的），或交互地过滤属性（如在操作250中示出的），因为如上文提到的，将对其进行过滤的属性值与对于每个源接收器对的经面元划分CMP一起存储在监视调查中。注意，操作240可一般从任何调查和属性生成行进，并且不限于重复性属性。

如上文提到的，在操作240中的混合面元划分之后，流程可行进到操作245。在这里，用户可交互地输入期望的属性参数范围（例如，最大Dsrc+Drx值）并且通过仅包括属性值在该输入参数范围内的那些CMP而过滤3D面元划分的覆盖。用户可能够交互地改变参数（在操作244中接收的），并且因此规定数据如何组合。也就是说，用户可能够改变过滤准则。因此，例如，用户可初始规定Dsrc+Drx小于50米，并且查看已经基于该规定而被过滤的面元划分的3D覆盖。紧接着这之后，用户可能够使到Dsrc+Drx的输入变为小于25米。在没有重新进行面元划分的情况下，系统200可能够过滤覆盖并且在视觉上显示利用新输入而过滤的面元划分3D覆盖。注意，如在上文连同操作235论述的，可在任何期望的偏移距范围（例如，Dsrc+Drx小于50米但大于25米）上创建覆盖标绘图，并且同样，两个或以上的用户规定的属性可组合，其可允许创建几个不同的过滤器和/或一个复合过滤器。

图5A至5C图示可从操作245输出的一个可能图像集。具体地，图5A示出未过滤的覆盖标绘图，图5B示出用小于50米的Dsrc+Drx过滤的覆盖标绘图，并且图5C示出用小于25米的Dsrc+Drx过滤的覆盖标绘图。注意图5示出对于中远偏移距范围的覆盖标绘图。而且要注意，如上文提到的，可应用许多其他过滤器，例如小于50米但大于25米的Dsrc+Drx的过滤器。

而且，流程可行进到操作250，来代替行进到操作240之后的操作245。在那里，用户可交互地输入期望的偏移距范围（在操作249中接收的），并且查看仅示出来自规定的偏移距范围内的CMP的属性值的属性标绘图，而不是覆盖。用户可能够规定该标绘图示出对于每个面元的最小属性值、对于每个面元的平均属性值、对于每个面元的最大属性值等。如果多个属性值与CMP一起被面元划分，用户可还能够规定对于每个面元示出哪个属性值。图6图示对于1800-2000m偏移距范围内的面元中的每个示出最小Dsrc+Drx值的属性标绘图。该标绘图大体上与在图3、4和图5A至5C中示出的标绘图相似，只是不示出覆盖（以百分点计），图6中的标绘图示出属性值，在该情况下是对于以米规定的每个最小的最小Dsrc+Drx值。

现在参考图2D，流程可备选地从操作225（经由230）行进到操作255（属性面元划分）。在这里，属性数据可在几个偏移距步长（典型地，3或4个）处对监视调查CMP被面元划分。该操作的输出是这样的标绘图，其对于每个面元示出与那个面元关联的值代表重复性对于所选择的偏移距步长中的一个有多么“好”。

尽管上文的论述已经特别提到例如用于过滤的Dsrc+Drx、许多基于CMP或基于射击的属性等重复性属性的使用可用于过滤，其包括重复性属性、采集属性、地震属性等。重复性属性可包括几何值，例如Dsrc（对于基线和监视调查的源位置中的差异，其具有径向、主测线和联络测线分量）、Drx（对于基线和监视调查的接收器位置中的差异，其也具有径向、主测线和联络测线分量）、Dcmp（对于基线和监视调查的CMP位置中的差异）、Doffset（对于基线和监视调查从源到接收器的径向偏移距）、Dazimuth（方位角（从源到接收器的方位）中的差异）、Dsrc+Drx（对于基线和监视调查的源和接收器位置中的组合差异）、Dcdp（对于基线和监视调查的CDP位置中的差异，其也具有径向、主测线和联络测线分量），等。重复性属性还可包括地震值，例如静态和dRMS（监视和基线调查之间的均方根振幅中的差异）值，等。可用于过滤覆盖的其他属性包括地震属性（例如RMS、信噪比，等）和采集属性（例如水深、托缆或接收器深度、羽状（feather）、托缆分离、船只速度、偏移距、方位角、源ID、接收器ID、托缆ID、时间，等）。如果，例如接收器ID用作过滤器，查看对交互地去除一个或多个接收器的覆盖的影响可是可能的（例如在实施调查时，或在完成调查（同时审查数据）后）。如上文描述的，这些属性中的任一个可采用过滤面元划分或混合面元划分单独或彼此结合使用。上文描述的操作200可使用硬件和/或软件的各种组合来实现。

图7图示能够存储和/或处理导航和地震数据例如以根据操作200产生图像的计算机系统735的实施例。在一些实施例中，计算机系统735可以是船只101（在图1A和1B中示出）上的个人计算机和/或手持电子装置。在其他实施例中，计算机系统735可以是企业级计算机的实现，例如在陆基的计算机系统中在企业内的一个或多个刀片式服务器。键盘740和鼠标741可经由系统总线748耦合于计算机系统735。在一个示例中，键盘740和鼠标741可将用户输入引入计算机系统735内并且将该用户输入传送到处理器743。除鼠标741和键盘740外，还可使用其他适合的输入装置，或可使用其他适合的输入装置来代替鼠标741和键盘740。耦合于系统总线748的输入/输出单元749（I/O）代表如打印机、音频/视频（A/V）I/O等这样的I/O元件。

计算机735还可包括视频处理器744、主存储器745和大容量存储装置742，全部耦合于系统总线748连同键盘740、鼠标741和处理器743。大容量存储装置742可包括固定和可移动介质两者，例如磁、光或磁光存储系统和任何其他可用大容量存储技术。总线748可包含例如用于对视频存储器744或主存储器745寻址的地址线。

系统总线748还可包括用于在例如处理器743、主存储器745、视频存储器744和大容量存储装置742等部件之间或之中传输数据的数据总线。该视频存储器744可以是双端口视频随机存取存储器。在一个示例中，视频存储器744中的一个端口耦合于视频放大器746，其用于驱动监视器747。该监视器747可以是适合用于显示图形图像的任何类型的监视器，例如阴极射线管（CRT）、平板或液晶显示（LCD）监视器或任何其他适合的数据呈现装置。

计算机系统包括处理器743，其可以是任何适合的微处理器或微计算机。计算机系统735还可包括耦合于总线748的通信接口750。该通信接口750提供经由网络链路的双向数据通信耦合。例如，通信接口750可以是卫星链路、局域网（LAN）卡、电缆调制解调器和/或无线接口。在任何这样的实现中，通信接口750发送并且接收电、电磁或光信号，其携带代表各种类型的信息的数字数据流。

由计算机系统735接收的代码可在代码被接收时由处理器743执行，和/或存储在大容量存储装置742或其他非易失性存储中由于稍后执行。采用该方式，计算机系统735可获得采用多种形式的程序代码。程序代码可采用任何形式的计算机程序产品来体现，例如配置成存储或传输计算机可读代码或数据或其中可嵌入计算机可读代码或数据的介质。计算机程序产品的示例包括CD-ROM盘、ROM卡、软盘、磁带、计算机硬盘驱动器、网络上的服务器和固态存储器装置。不管计算机系统735的实际实现如何，数据处理系统可执行允许使用重复性和其他度量来过滤的操作。