NO851265L

NO851265L - PROCEDURE FOR DETERMINING THE REMOTE FIELD SIGNATURE OF A MARINE SEISM SOURCE GROUP.

Info

Publication number: NO851265L
Application number: NO851265A
Authority: NO
Inventors: Neil D Hargreaves
Original assignee: Western Geophysical Co
Priority date: 1984-06-15
Filing date: 1985-03-28
Publication date: 1985-12-16

Description

Denne oppfinnelse angår bestemmelse av fjernfelt-This invention relates to the determination of far-field

signaturen av en marinseismisk akustisk kilde, såsom en luftkanongruppe med mange elementer, ut fra nærfelt-målinger. the signature of a marine seismic acoustic source, such as a multi-element air gun array, from near-field measurements.

Som velkjent ved utførelse av marin—seismiske undersøkel-ser, blir en neddykket akustisk kilde slepet av et skip, utløst periodisk for å frembringe et akustisk bølgefelt. Den resulter-ende bølgefront forplanter seg nedad i undergrunnen under vannet, blir reflektert fra undergrunnslag under bunnen og returnerer til vannoverflaten. Nær, men under vannoverflaten vil grupper av hydrofoner som slepes av det samme eller av et annet skip, detek-tere de reflekterte trykkbølger, omdanne de detekterte trykkbølger til elektriske signaler og overføre disse signaler til en anord-ning for utnyttelse av signalene. As is well known in the conduct of marine seismic surveys, a submerged acoustic source towed by a ship is triggered periodically to produce an acoustic wave field. The resulting wave front propagates downwards in the subsoil below the water, is reflected from subsoil layers below the bottom and returns to the water surface. Close to, but below the surface of the water, groups of hydrophones towed by the same or another ship will detect the reflected pressure waves, convert the detected pressure waves into electrical signals and transmit these signals to a device for utilizing the signals.

Når den akustiske kilde utløses vil den på kjent måte frembringe en kompleks utgangs-trykkpuls i vannet. Omdannet til et elektrisk signal består utgangspulsen f.eks. fra en luftkanon, When the acoustic source is triggered, it will, in a known manner, produce a complex output pressure pulse in the water. Converted into an electrical signal, the output pulse consists of e.g. from an air cannon,

av et kort bølgetog hvis omhylningskurve (envelope) oppviser en innledende hurtig stigetid etterfulgt av flere raskt dempede oscillasjoner. Envelopen av bølgetoget kan f.eks. være omkring 100 millisekunder lang og blir betegnet som kildens "signatur". of a short wave train whose envelope exhibits an initial rapid rise time followed by several rapidly damped oscillations. The envelope of the wave train can e.g. be about 100 milliseconds long and is referred to as the source's "signature".

Den akustiske bølge som frembringes av kilden sprer seg i kuleform slik at det blir en vertikalt nedadgående direkte komponent såvel som en oppadgående komponent. Grenseflaten mellom vann og luft er en utmerket reflekterende overflate. Den oppadgående komponent av den akustiske bølge blir reflektert og rever-seres i polaritet av vannoverflaten, slik at den blir til en annen vertikalt nedadgående komponent som vanligvis betegnes som ekko (ghost). The acoustic wave produced by the source spreads spherically so that there is a vertically downward direct component as well as an upward component. The interface between water and air is an excellent reflective surface. The upward component of the acoustic wave is reflected and reversed in polarity by the water surface, so that it becomes another vertically downward component which is usually referred to as echo (ghost).

Marine akustiske kilder blir vanligvis satt ut noen få meter under vannoverflaten. Blir det antatt en dybde på 6 meter og en forplantningshastighet i vann på 1500 meter pr. sekund, vil den toveis forsinkelsestid mellom den direkte bølge og ekkobølgen være 8 millisekunder. Følgelig vil ekkoet som har motsatt polaritet, influere på den direkte bølge slik at kildesignaturen blir ytterligere komplisert, og dette forhold skal her betegnes som ekko-effekt. Beveger man seg lenger bort får ekkoet økende viktig-het. Ved visse tidsavhengige frekvenser vil ekkoet så og si ut-balansere den direkte bølge. Denne frekvens blir betegnet som ekkomarkerings-frekvensen (ghost notch frequency). Enten man liker det eller ikke utgjør ekkoen en integrerende del av kildesignaturen for de fleste praktiske formål. Marine acoustic sources are usually deployed a few meters below the water surface. Assuming a depth of 6 meters and a propagation speed in water of 1500 meters per second, the two-way delay time between the direct wave and the echo wave will be 8 milliseconds. Consequently, the echo, which has the opposite polarity, will influence the direct wave so that the source signature becomes further complicated, and this relationship shall be referred to here as the echo effect. If you move further away, the echo gains increasing importance. At certain time-dependent frequencies, the echo will so to speak out-balance the direct wave. This frequency is referred to as the echo marking frequency (ghost notch frequency). Like it or not, the echo forms an integral part of the source signature for most practical purposes.

Hvis den akustiske kilde kan antas å være en punktkilde, såsom en liten eksplosiv ladning eller en enkelt luftkanon, er kildesignaturen uten sitt ekko uavhengig av avstand og retning. If the acoustic source can be assumed to be a point source, such as a small explosive charge or a single air cannon, the source signature is without its echo independent of distance and direction.

I praksis består en typisk akustisk kilde ikke av et enkelt element, men av en i rommet fordelt gruppe av elementer som frem-bringer direktebølger pluss ekko-komponenter. Dette gjelder spe-sielt luftkanoner som for tiden brukes meget ved marine under-søkelser. De rommelige dimensjoner av en gruppe kilde-elementer kan være sammenlignbare med bølgelengdene av de akustiske bølger selv innenfor det brukbare seismiske frekvensbånd. Som velkjent blir derfor kildesignaturen for en gruppe i nærfeltet en funksjon av både avstand og retning. Kildesignaturen for en gruppe blir uavhengig av avstanden (bortsett fra svekning som skyldes den sfæriske spredning) bare i fjernfeltet. Det er fjernfeltsignaturen som er nødvendig for databehandling. In practice, a typical acoustic source does not consist of a single element, but of a spatially distributed group of elements that produce direct waves plus echo components. This particularly applies to air cannons, which are currently used a lot in marine investigations. The spatial dimensions of a group of source elements can be comparable to the wavelengths of the acoustic waves even within the usable seismic frequency band. As is well known, the source signature for a group in the near field therefore becomes a function of both distance and direction. The source signature for a group becomes independent of distance (apart from attenuation due to spherical dispersion) only in the far field. It is the far-field signature that is required for data processing.

Fjernfeltet kan først defineres som den avstand mellom kildegruppe og mottager ved hvilken gangtidsdifferansen på grunn av forplantningsveiens vinkelforhold mellom enden av gruppen og mottageren, blir ubetydelig forskjellig fra den som ville bli observert hvis mottageren befant seg uendelig langt borte. For praktiske formål betyr ubetydelig her noen få (2-5) millisekunder. Ifølge dette kriterium ligger fjernfeltavstanden for en typisk gruppedimensjon på 30 eller 40 m, på størrelsesorden 200 m. The far field can first be defined as the distance between source group and receiver at which the travel time difference, due to the angular relationship of the propagation path between the end of the group and the receiver, becomes insignificantly different from that which would be observed if the receiver were infinitely far away. For practical purposes, negligible here means a few (2-5) milliseconds. According to this criterion, the far-field distance for a typical group size of 30 or 40 m is on the order of 200 m.

Et annet kriterium som definerer fjernfeltet har å gjøre med ekkokomponenten av kildesignaturen. På grunn av den sfæriske spredning varierer den relative amplitude av den direkte komponent og ekkokomponenten med avstanden fra kildegruppen. Også her er fjernfeltsignaturen bestemt ved den avstand ved hvilken kildesignaturen blir uavhengig av avstand, hvilket for dette kriterium betyr den avstand hvor forholdet mellom den direkte amplitude og ekko-amplituden blir nær den som det ville være uendelig langt borte. I praksis vil en 95% utvikling av ekkokomponenten i forhold til den direkte komponent være akseptabel. For en gruppe-dybde på 6 m vil dette kriterium gi en fjernfelt-avstand på omkring 250 m. Another criterion that defines the far field has to do with the echo component of the source signature. Due to the spherical dispersion, the relative amplitude of the direct component and the echo component varies with the distance from the source group. Here, too, the far-field signature is determined by the distance at which the source signature becomes independent of distance, which for this criterion means the distance where the ratio between the direct amplitude and the echo amplitude becomes close to that which would be infinitely far away. In practice, a 95% development of the echo component in relation to the direct component will be acceptable. For a group depth of 6 m, this criterion will give a far-field distance of around 250 m.

Hovedformålet med drøftelsen ovenfor er å understreke at i det typiske tilfelle ligger fjernfeltavstanden for en marin kilde gruppe på en størrelsesorden av 200 til 300 meter. En direkte måling av fjernfeltet må derfor gjøres på denne eller en større avstand fra gruppen. The main purpose of the discussion above is to emphasize that in the typical case the far-field distance for a marine source group is on the order of 200 to 300 metres. A direct measurement of the far field must therefore be made at this or a greater distance from the group.

Vi skal nå rette oppmerksomheten mot det problem å måle fjernfelt-signaturen for en akustisk kildegruppe med mange elementer, såsom en gruppe luftkanoner. We will now turn our attention to the problem of measuring the far-field signature for an acoustic source group with many elements, such as a group of air guns.

De fleste marin-seismiske undersøkelsesprosjekter gjelder kontinentalsokkelen med vanndybder i områder fra mindre enn 25 og opp til omkring 200 m. Følgelig er en direkte måling av fjernfeltsignaturen umulig under forløpet av en normal under-søkelse. Most marine seismic survey projects concern the continental shelf with water depths in areas from less than 25 and up to around 200 m. Consequently, a direct measurement of the far-field signature is impossible during the course of a normal survey.

Som tidligere nevnt kan en kildesignatur ha en varighet på omkring 100 millisekunder. På grunt vann, f.eks. 50 m dypt, As previously mentioned, a source signature can have a duration of around 100 milliseconds. In shallow water, e.g. 50 m deep,

kan en akustisk kildegruppe slepes på 5 m med en enkelt mottager slepet på en dybde av 15 m. Den akustiske puls fra et sentralt punkt i gruppen vil ankomme ved mottageren på 6 millisekunder og etterfølges 8 millisekunder senere av ekkoet. Den sammen-satte puls vil så bli reflektert oppad fra sjøbunnen og ankommer ved mottageren 51 millisekunder etter utløsning av kanonen. Derfor vil refleksjonen fra sjøbunnen forstyrre den siste halvdel av den akustiske bølgepuls-envelope i fjernfeltet. Følgelig er det klart at forsøk på direkte måling av fjernfeltsignaturen av en kildegruppe på grunt vann representerer problemer. an acoustic source array can be towed at 5 m with a single receiver towed at a depth of 15 m. The acoustic pulse from a central point in the array will arrive at the receiver in 6 milliseconds and be followed 8 milliseconds later by the echo. The combined pulse will then be reflected upwards from the seabed and arrive at the receiver 51 milliseconds after the cannon is fired. Therefore, the reflection from the seabed will disturb the last half of the acoustic wave pulse envelope in the far field. Consequently, it is clear that attempts to directly measure the far-field signature of a source group in shallow water present problems.

En nærliggende men tidkrevende metode til å måle fjernfelt-signaturen av en akustisk gruppe er selvsagt å flytte til dypt vann, med vanndybde over 2-300 meter. Imidlertid innebærer dette visse problemer: ofte finnes dypt vann mange mil fra undersøk-elsesområdet. Kostnadene ved å avbryte de seismiske under-søkelser for å foreta spesielle og separate eksperimenter lar seg vanligvis ikke rettferdiggjøre. Det er også en annen grunn: til sjøs er det nesten umulig å bestemme nøyaktig de relative posisjoner av kilde og mottager uten bruk av overordentlig kost-bart og omfattende posisjoneringsutstyr. Følgelig kan fjern-feltmåling av kildegruppens signatur på dypt vann være ubrukbart. A close but time-consuming method to measure the far-field signature of an acoustic group is of course to move to deep water, with water depth over 2-300 metres. However, this involves certain problems: deep water is often found many miles from the survey area. The costs of interrupting the seismic surveys to carry out special and separate experiments are usually not justified. There is also another reason: at sea it is almost impossible to accurately determine the relative positions of source and receiver without the use of extremely expensive and extensive positioning equipment. Consequently, far-field measurement of the source group signature in deep water may be unusable.

En metode til måling av fjernfelt-signatur ut fra nærfeltdata på grunt vann er foreslått av Ziolkowski, Parkes, Hutton og Haugland, Geophysichs, oktober 1982, sidene 1413-1421. Ved denne metode blir den akustiske trykksignatur nær hver kanon i en luftkanongruppe målt i nærvær av trykksignaturene fra alle kanonene. Ved egnet prosessering blir fjernfelt-signaturen ut-ledet fra nærfelt-målingene. Ved den forannevnte metode med en gruppe på n luftkanoner blir problemet løst iterativt ved hjelp av n separate målinger. Ved sin metode og i likhet med dypvanns-metoden krever Ziolkowski og medforfattere næyaktige målinger av avstanden mellom kilde og mottagere samt en nøyaktig måling av den innbyrdes avstand mellom elementene i gruppen. Som angitt tidligere er det meget vanskelig å måle nøyaktig posisjonen av noe som slepes omkring i sjøen. A method for measuring the far-field signature from near-field data in shallow water is proposed by Ziolkowski, Parkes, Hutton and Haugland, Geophysichs, October 1982, pages 1413-1421. In this method, the acoustic pressure signature near each gun in an airgun group is measured in the presence of the pressure signatures from all the guns. With suitable processing, the far-field signature is derived from the near-field measurements. In the aforementioned method with a group of n air cannons, the problem is solved iteratively using n separate measurements. In their method, and like the deep-water method, Ziolkowski and co-authors require accurate measurements of the distance between source and receivers as well as an accurate measurement of the mutual distance between the elements in the group. As indicated earlier, it is very difficult to measure the exact position of something being towed around in the sea.

Det er et formål med denne oppfinnelse å bestemme fjernfelt-signaturen av en marin akustisk kildegruppe med mange elementer under forløpet av et normalt datainnsamlingsprogram på forholds-vis grunt vann (f.eks. 50 m eller mindre) uten nøyaktig kjennskap til kilde/mottager-geometrien. It is an object of this invention to determine the far-field signature of a multi-element marine acoustic source array during the course of a normal data acquisition program in relatively shallow water (eg, 50 m or less) without accurate source/receiver knowledge. the geometry.

I en foretrukket utførelsesform av denne oppfinnelse settes det ut en marin akustisk kildegruppe i en vannmasse. Gruppen omfatter et flertall kilde-elementer. Under kildegruppen anbringes en signatur-lyttekabel som omfatter et flertall sensorelementer med en innbyrdes avstand som er mindre enn halvparten av den korteste bølgelengde av interesse. Lengden av signaturlyttekabelen er større enn lengden av kilde-gruppen med en slik stør-relse at signalamplitude-bidragene fra sensorene ved endene av gruppen er ubetydelige i forhold til en summering av alle sensorsignalene. Dybden av signaturlyttekabelen velges slik at en sideveis forskyvning av signaturlyttekabelen i forhold til et element i kildegruppen ikke i vesentlig grad vil endre sensorsignal-envelopene med hensyn til faseforskyvning og amplitude som følge av ekkoeffekten, i forhold til det som ville bli observert hvis kildeelementet befant seg direkte over signaturlyttekabelen. Kildegruppen utløses for å generere en akustisk bølge som blir detektert av sensorene. De detekterte signaler blir registrert og senere prosessert ved bølgefelt-ekstrapolering for å gi den ønskede fjernfelt-signatur. In a preferred embodiment of this invention, a marine acoustic source group is deployed in a body of water. The group includes a majority of source elements. A signature listening cable comprising a plurality of sensor elements with a mutual distance of less than half of the shortest wavelength of interest is placed below the source group. The length of the signature listening cable is greater than the length of the source group by such a magnitude that the signal amplitude contributions from the sensors at the ends of the group are insignificant compared to a summation of all the sensor signals. The depth of the signature listening cable is chosen so that a lateral displacement of the signature listening cable relative to an element of the source array will not significantly change the sensor signal envelopes with respect to phase shift and amplitude due to the echo effect, compared to what would be observed if the source element were present directly over the signature listening cable. The source group is triggered to generate an acoustic wave which is detected by the sensors. The detected signals are recorded and later processed by wavefield extrapolation to give the desired far-field signature.

Under prosesseringen blir fortrinnsvis de registrerte signaler summert og det anvendes et ekstrapoleringsfilter på de summerte signaler for å oppnå den vertikale f jernf eltsignatur .-Eventuelt blir en tidsforskjøvet versjon av hvert registrert signal summert og ekstrapoleringsfilteret anvendes på summen for å oppnå fjernfelt-signaturen ved en vinkel avvikende fra During the processing, the recorded signals are preferably summed and an extrapolation filter is applied to the summed signals to obtain the vertical far-field signature. - Optionally, a time-shifted version of each recorded signal is summed and the extrapolation filter is applied to the sum to obtain the far-field signature at a angle deviating from

vertikalen.the vertical.

Summeringstrinnet kan fortrinnsvis anvendes enten før eller etter registrering av sensorsignalene. The summing step can preferably be used either before or after recording the sensor signals.

Fortrinnsvis er geometrien av kildegruppen og signatur-luftekabelen ufullstendig kjent. En bedre forståelse av for-delene og de nyttige trekk ved denne oppfinnelse vil fremgå av den følgende beskrivelse i tilknytning til tegningene, hvor: Figur 1 er et oppriss av det viktigste utstyr som brukes til å utføre fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, Preferably, the geometry of the source array and signature aerial cable is incompletely known. A better understanding of the advantages and useful features of this invention will be apparent from the following description in connection with the drawings, where: Figure 1 is an outline of the most important equipment used to carry out the method according to the invention,

Figur 2 er et grunnriss av arrangementet på figur 1,Figure 2 is a floor plan of the arrangement in Figure 1,

Figur 3 viser effektene av en ekko-refleksjon,Figure 3 shows the effects of an echo reflection,

Figur 4 illustrerer grunntankene ved bølgefelt-ekstrapolering, Figur 5 er et sett syntetisk registrerte nærfeltsignaturer, og Figur 6 viser overensstemmelsen mellom en nøyaktig beregning av en fjernfelt-signatur og den fjernfelt-signatur som blir oppnådd ved bølgefelt-ekstrapolering av nærfeltsignaturen på figur 5. Figure 4 illustrates the basic ideas of wavefield extrapolation, Figure 5 is a set of synthetically recorded near-field signatures, and Figure 6 shows the agreement between an accurate calculation of a far-field signature and the far-field signature obtained by wavefield extrapolation of the near-field signature in Figure 5.

Arrangementet av utstyr som brukes for å utføre fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelse er vist på figur 1. Et skip 10 sleper en kildegruppe 12 og en signaturlyttekabel 14 gjennom en vannmasse 16 over sjøbunnen 18. The arrangement of equipment used to carry out the method according to this invention is shown in Figure 1. A ship 10 tows a source group 12 and a signature listening cable 14 through a body of water 16 over the seabed 18.

Kildegruppen 12 består av et flertall seismiske eller akustiske kilder 20, 22, 24, 26 som kan være luftkanoner, av hvilke fire kanoner er vist i eksempelet, men dette er ingen be-grensning. Det er vist en enkelt kildegruppe på figur 1, men det kan anvendes flere slike grupper sideveis forskjøvet i forhold til hverandre som vist ved 12 og 12' på figur 2, slik det er velkjent på dette område. Den langsgående og sideveis avstand mellom de respektive kilder, deres akustiske utgangseffekt og deres avfyringssekvens velges for å optimalisere ønskede karak-teristikker ved kildesignaturen og for å optimalisere retningen av den akustiske stråle i forhold til fallende undergrunns-formasjonslag, slik det også er velkjent. Imidlertid kan den egentlige dimensjonsmessige geometri av kildegruppene og signaturlyttekabelen forøvrig være ufullstendig kjent. The source group 12 consists of a plurality of seismic or acoustic sources 20, 22, 24, 26 which can be air cannons, of which four cannons are shown in the example, but this is not a limitation. A single source group is shown in Figure 1, but several such groups can be used laterally offset in relation to each other as shown at 12 and 12' in Figure 2, as is well known in this area. The longitudinal and lateral distance between the respective sources, their acoustic output and their firing sequence are chosen to optimize desired characteristics of the source signature and to optimize the direction of the acoustic beam relative to descending subsurface formation layers, as is also well known. However, the actual dimensional geometry of the source groups and the signature listening cable may otherwise be incompletely known.

Signaturlyttekabelen 14 omfatter en gruppe med et antall sensorer såsom hydrofoner 28, 30, 32 montert i en oljefylt kappe. Det kan være så mange som 100 hydrofoner innbefattet i kappen. Den innbyrdes avstand mellom hydrofonene er ikke mer enn halvparten av lengden av den korteste seismiske bølgelengde av interesse. Hvis f.eks. den øvre tidsavhengige frekvensgrense er 250 Hz, vil den innbyrdes avstand mellom hydrofonene ikke være mer enn 3 m. Signaturlyttekabelen er lengre enn den akustiske kildegruppe. Lengden er slik at signalamplitude-bidragene fra sensorene, f.eks. hydrofonene 28 og 32, plassert ved endene av signaturlyttekabelen 14, er mindre enn en liten prosentdel av summen av alle signaler fra alle hydrofoner i signaturlyttekabelen. En typisk prosentdel kan være 5%. For-målet med denne lengderestriksjon er å avstedkomme en sikkerhets-margin slik at en forskyvning i lengderetningen eller i tverr-retningen med hensyn til de relative posisjoner av kildegruppen og signaturlyttekabelen, ikke skal bevirke en betydelig forskjell i verdien av den totale sum av hydrofonsignalene. Som angitt tidligere er det ikke mulig nøyaktig å bestemme de relative posisjoner av gjenstander som slepes gjennom sjøen. The signature listening cable 14 comprises a group with a number of sensors such as hydrophones 28, 30, 32 mounted in an oil-filled jacket. There may be as many as 100 hydrophones contained within the sheath. The mutual distance between the hydrophones is no more than half the length of the shortest seismic wavelength of interest. If e.g. the upper time-dependent frequency limit is 250 Hz, the mutual distance between the hydrophones will not be more than 3 m. The signature listening cable is longer than the acoustic source group. The length is such that the signal amplitude contributions from the sensors, e.g. hydrophones 28 and 32, located at the ends of signature listening cable 14, are less than a small percentage of the sum of all signals from all hydrophones in the signature listening cable. A typical percentage might be 5%. The purpose of this length restriction is to provide a safety margin so that a displacement in the longitudinal direction or in the transverse direction with respect to the relative positions of the source group and the signature listening cable will not cause a significant difference in the value of the total sum of the hydrophone signals. As stated earlier, it is not possible to accurately determine the relative positions of objects being towed through the sea.

Signaturlyttekabelen 14 er plassert under kildegruppen 12 på en slik dybde at endringen i signalenvelopene fra hydrofonene eller sensorene som følge av endring i den sideveis forskyvning av signaturlyttekabelen i forhold til de respektive kildegrupper med hensyn til faseforskyvning og amplitude på grunn av den ovenfor omtalte ekko-effekt, er liten og ubetydelig. The signature listening cable 14 is placed below the source group 12 at such a depth that the change in the signal envelope from the hydrophones or the sensors as a result of a change in the lateral displacement of the signature listening cable in relation to the respective source groups with respect to phase shift and amplitude due to the above mentioned echo effect , is small and insignificant.

Kvantitativt vil angivelsen ovenfor lettere bli forstått under henvisning til figur 3. Forutsettes en kildegruppe 12 på en dybde D av 6 meter, en signaturlyttekabel 14 på en dybde av 15 meter og en hastighet V i vann på 1500 meter pr. sekund som tidligere, vil bildet av ekkoet ligge ved punkt G eller 2D over kilden. Signaturlyttekabelen er plassert sideveis omkring 10 meter til høyre. Gangtidsforskjellen mellom et direkte signal mottatt ved 14 og de signal som skyldes ekkoet er forskjellen i gangtid for veilengdene 12-14 og G-14. Denne forskjell er om-trent lik den vertikale gangtidsforskjell over en veilengde 2D med en margin på mindre enn 2 millisekunder. Veilengden G-14 er omkring 23,3 m, veilengden 12-4 er omkring 13,5 m, hvilket gir en veilengde-forskjell på omkring 9,8 meter eller 6,5 millisekunder regnet i tid. Da 2D er 12 meter eller 8 millisekunder i gangtid, vil faseforskyvningen i tid være omkring 1,5 milli-sekund, hvilket er lite og innenfor grensene. Quantitatively, the above statement will be easier to understand with reference to figure 3. Assuming a source group 12 at a depth D of 6 meters, a signature listening cable 14 at a depth of 15 meters and a speed V in water of 1500 meters per second as before, the image of the echo will lie at point G or 2D above the source. The signature listening cable is placed laterally about 10 meters to the right. The travel time difference between a direct signal received at 14 and the signal due to the echo is the difference in travel time for road lengths 12-14 and G-14. This difference is approximately equal to the vertical walking time difference over a road length 2D with a margin of less than 2 milliseconds. The length of road G-14 is about 23.3 m, the length of road 12-4 is about 13.5 m, which gives a difference in road length of about 9.8 meters or 6.5 milliseconds calculated in time. As 2D is 12 meters or 8 milliseconds in travel time, the phase shift in time will be around 1.5 milliseconds, which is small and within the limits.

Det henvises til figurene 1 og 2. Kildegruppene 12 og 12' kan slepes ved hjelp av bommer eller daviter 34, 36 nær akter-enden av skipet 10 ved enden av kabler 38 og 40 sammen med de vanlige luftslanger og styreledninger for avfyringspulser. Signaturlyttekabelen 14 kan slepes av og lagres på en passende kabeltrommel 42. Avfyrings-styreledningene ogÆoverføringsled-ninger 44 for sensorsignaler fører fra en signalutnyttelsesinn-retning 46 til de respektive enheter som slepes. Sensorene i signaturlyttekablene 14 kan være koblet i parallell for å avstedkomme et summert sensorsignal, eller signalene fra hver sensor kan overføres over individuelle datakanaler til signalutnyttelsesinnretningen 46 på figur 1. Denne innretning 46 kan også innbefatte en arkiv- eller datalagringsinnretning 48 såsom en magnetbåndopptager, diskett-modulhukommelse eller en annen lignende innretning. Reference is made to figures 1 and 2. The source groups 12 and 12' can be towed by means of booms or davits 34, 36 near the aft end of the ship 10 at the end of cables 38 and 40 together with the usual air hoses and control lines for firing pulses. The signature listening cable 14 can be towed off and stored on a suitable cable drum 42. The firing control lines and sensor signal transmission lines 44 lead from a signal utilization device 46 to the respective units being towed. The sensors in the signature listening cables 14 can be connected in parallel to produce a summed sensor signal, or the signals from each sensor can be transmitted over individual data channels to the signal utilization device 46 in Figure 1. This device 46 can also include an archive or data storage device 48 such as a magnetic tape recorder, floppy disk -module memory or another similar device.

Det vil forstås at signaturstudier kan foretas samtidig med en konvensjonell marin seismikk-undersøkelse. I så fall vil den vanlige marine lyttekabel med flere seksjoner (ikke vist) bli slepet bak skipet 10 sammen med men adskilt fra signaturlyttekabelen 14. Kildegruppene 12, 12' vil da frembringe ikke bare kildesignaturdata, men også de vanlige seismiske refleksjonsdata. Sensorsignaler fra signaturlyttekabelen kan registreres parallelt på individuelle kanaler i signalutnyttelsesinnretningen 46 sammen men registrering av normale seismiske refleksjonsdata. Som et ytterligere øknomisk trekk vedrørende utstyret kan signaturlyttekabelen 14 være integrert med en konvensjonell marin lytte- eller seismikk-kabel med flere seksjoner, skjønt et slikt arrangement kan være noe uønsket fordi signaturlyttekabelen da ikke kan mani-puleres uavhengig. It will be understood that signature studies can be carried out at the same time as a conventional marine seismic survey. In that case, the common multi-section marine listening cable (not shown) will be towed behind the ship 10 together with but separate from the signature listening cable 14. The source arrays 12, 12' will then produce not only source signature data, but also the usual seismic reflection data. Sensor signals from the signature listening cable can be recorded in parallel on individual channels in the signal utilization device 46 together with recording of normal seismic reflection data. As a further economical feature of the equipment, the signature listening cable 14 may be integrated with a conventional multi-section marine listening or seismic cable, although such an arrangement may be somewhat undesirable because the signature listening cable cannot then be manipulated independently.

Hittil er det beskrevet utstyr som skal brukes til å oppnå en nærfelt-kildesignatur. Det er vist at ufullstendig kjennskap til geometrien av kildegruppene og lyttekabelen ikke er fatal, So far, equipment has been described that will be used to obtain a near-field source signature. It has been shown that incomplete knowledge of the geometry of the source groups and the listening cable is not fatal,

i det minste innenfor rimelige grenser som lett kan overholdes på feltet. Data som registreres representerer en trykksignatur P som funksjon av x, t, Z-^, hvor x er sideveis forskyvning, t er en gangtidsparameter og Z1er dybden av lyttekabelen. Det som ønskes er (figur 4): at least within reasonable limits that can be easily observed in the field. Data recorded represents a pressure signature P as a function of x, t, Z-^, where x is lateral displacement, t is a travel time parameter, and Z1 is the depth of the listening cable. What is desired is (figure 4):

hvor Z2er representativ for fjernfeltområdet og følgelig gjelder z2» zr where Z2 is representative of the far-field region and consequently z2» zr applies

Den nedadgående ekstrapolering for et nedadgående bølgefelt i to dimensjoner kan bestemmes ut fra Kirchoffs formel for et trykkbølgefelt: hvor The downward extrapolation for a downward wave field in two dimensions can be determined from Kirchoff's formula for a pressure wave field: where

og<*>angir en konvolveringsoperasjon. Se figur 4. Ligning (1) and<*>denotes a convolution operation. See Figure 4. Equation (1)

er fullt ut forklart i Seismic Migration, Imaging of Acoustic Energy by Wavefield Extrapolation, A.J. Berkhout, Elsevier Scientific Publishing, 1980, sidene 109-137. Det ville selvsagt være mulig å formulere ekstrapoleringen for det tredimensjonale rom ved anvendelse av målinger av trykkbølgefeltet over et areal under kildegruppen. is fully explained in Seismic Migration, Imaging of Acoustic Energy by Wavefield Extrapolation, A.J. Berkhout, Elsevier Scientific Publishing, 1980, pages 109-137. It would of course be possible to formulate the extrapolation for the three-dimensional space by using measurements of the pressure wave field over an area below the source group.

I stor avstand fra signaturlyttekabelen kan uttrykket ifølge ligning (2) ignoreres slik at integralet reduseres til en summering av nærfeltutgangene av de respektive sensorer i signaturlyttekabelen. F er en ekstrapolerings-filteroperator med dimen-sjonene av amplitude og fase. At a large distance from the signature listening cable, the expression according to equation (2) can be ignored so that the integral is reduced to a summation of the near-field outputs of the respective sensors in the signature listening cable. F is an extrapolation filter operator with the dimensions of amplitude and phase.

Ved ekstrapoleringsoperasjonen kan de registrerte.signaler summeres med ekstrapoleringsfiltere i så fall anvendt på de summerte signaler for å oppnå den vertikale fjernfeltsignatur. Eventuelt og i overensstemmelse med ligning (1) kan de registrerte signaler tidsforskyves forut for summering og filtrering for å oppnå fjernfeltsignaturen ved en vinkel avvikende fra vertikalen. I virkeligheten er anvendelse av en tidsforskyvning den generelle løsning av ligning (1) med en tidsforskyvning lik 0 ekvivalent med spesialtilfellet vertikal ekstrapolering. In the extrapolation operation, the recorded signals can be summed with extrapolation filters applied to the summed signals in order to obtain the vertical far-field signature. Optionally and in accordance with equation (1), the recorded signals can be time-shifted prior to summation and filtering to obtain the far-field signature at an angle deviating from the vertical. In reality, applying a time shift to the general solution of equation (1) with a time shift equal to 0 is equivalent to the special case of vertical extrapolation.

Når kildegruppen har en bredde som vist på figur 2 er ekstra-poleringsf unks jonen ikke istand til å diskriminere mellom tids-forsinkelser forbundet med den sideveis plassering av elementene i gruppen og slike som er forbundet med posisjonen av gruppe-elementene i rekke eller på linje. Ekstrapoleringen til fjernfeltet kompenserer bare for de gangtidseffekter i nærfeltdataene som er relatert til rekke- eller linjeposisjonen av gruppe-elementene. Gruppebredden og lyttekabelens dybde må derfor være slik at forskjellene i registrerte gangtider for tverr- eller krysslinjeelementene i kildegruppen er små sammenlignet med den korteste periode (invers av frekvens) av interesse, slik som tidligere forklart. When the source group has a width as shown in Figure 2, the extrapolation function is unable to discriminate between time delays associated with the lateral position of the elements in the group and those associated with the position of the group elements in a row or in line . The extrapolation to the far field only compensates for the travel time effects in the near field data which are related to the row or line position of the array elements. The group width and listening cable depth must therefore be such that the differences in recorded travel times for the transverse or cross line elements in the source group are small compared to the shortest period (inverse of frequency) of interest, as previously explained.

Figur 5 illustrerer signaler mottatt ved hver sensor i en signaturlyttekabel med 40 hydrofoner opptegnet som funksjon av tiden t og avstand x, i form av kurver med variabelt areal. Amplituden i hver kurve er en funksjon av trykket. Hendelser markert ved A er direkte ankomst av bølger fra en killdegruppe med fire luftkanoner som er tilnærmet sentrert over signaturlyttekabelen. Ankomsten av ekko er det vanskelig å skjelne i den målestokk som denne registrering er vist i. Refleksjonen fra sjøbunnen er sann-synligvis den eneste som er markert B. Fordi signaturlytte-kabelens sensorer er så meget nærmere kildegruppen enn sjøbunnen, blir hendelsene markert B meget svakere enn direkte mottatte bølger og vil ha en tilbøyelighet til å bli utlignet etter summering. Som det kan ventes er de direkte hendelser sett fra sensorene ved endene av signaturkabelen, dvs. hendelsene til venstre for E og til høyre for F, svake og vil ikke bidra vesentlig til en summering av alle signaler vedrørende direkte hendelser. Fordelen er her at sensorene kan forskyves på en eller annen måte i lengderetningen x uten at det får nevneverdig inn-virkning på resultatet. Nøyaktig posisjonering i lengderetningen er derfor ikke kritisk. Figure 5 illustrates signals received at each sensor in a signature listening cable with 40 hydrophones recorded as a function of time t and distance x, in the form of curves with variable area. The amplitude in each curve is a function of the pressure. Events marked at A are the direct arrival of waves from a source group of four air guns that are approximately centered over the signature listening cable. The arrival of the echo is difficult to discern at the scale at which this recording is shown. The reflection from the seabed is probably the only one marked B. Because the signature listening cable's sensors are so much closer to the source group than the seabed, the events are marked B very weaker than directly received waves and will have a tendency to be equalized after summation. As can be expected, the direct events seen from the sensors at the ends of the signature cable, i.e. the events to the left of E and to the right of F, are weak and will not contribute significantly to a summation of all signals regarding direct events. The advantage here is that the sensors can be shifted in one way or another in the longitudinal direction x without this having any significant effect on the result. Precise positioning in the longitudinal direction is therefore not critical.

De data som er presentert på figur 5 er syntetiske data.The data presented in figure 5 are synthetic data.

En nøyaktig løsning for fjernfeltsignaturen ble beregnet i henhold til figur 6 i form av en første kurve 50. Figur 6 viser trykk P som funksjon av tid t. Nærfeltdata fra figur 5 ble så summert og deretter ble ekstrapoleringsfilteret i henhold til ligning 3 anvendt for å avstedkomme den ekstrapolerte annen kurve 52 på figur 6. Den tredje kurve 54 på figur 6 er forskjellen mellom kurvene 50 og 52 og demonstrerer den meget høye grad av overensstemmelse mellom den eksakte løsning og den som ble oppnådd ved bølgefelt-ekstrapolering. An accurate solution for the far-field signature was calculated according to figure 6 in the form of a first curve 50. Figure 6 shows pressure P as a function of time t. Near-field data from figure 5 was then summed and then the extrapolation filter according to equation 3 was applied to resulting in the extrapolated second curve 52 in Figure 6. The third curve 54 in Figure 6 is the difference between curves 50 and 52 and demonstrates the very high degree of agreement between the exact solution and that obtained by wavefield extrapolation.

Under drift blir kildegruppen 12 utløst for å frembringeDuring operation, the source group 12 is triggered to generate

en akustisk bølge som detekteres av sensorene i signaturlyttekabelen 14. Signalene blir overført fra de respektive sensorer til signalutnyttelsesinnretningen 46 hvor signalene kan registreres av det nevnte lagringsmedium 48. De respektive signaler kan så summeres og blir deretter filtrert av ekstrapoleringsfilteret F for å definere den ønskede fjernfeltsignatur. Sum-merings/f iltrerings-prosessen kan utføres av signalutnyttelsesinnretningen 46 i sann tid eller den kan utføres senere i et dataprosesseringssenter ved anvendelse av de arkiverte eller registrerte data. Den således utledede fjernfeltsignatur kan benyttes til kvalitetskontroll for å overvåke virkemåten av en kildegruppe på feltet og den kan også brukes til å frembringe en dekonvolveringsoperator som anvendes ved konvensjonell velkjent seismikdata-prosessering. an acoustic wave that is detected by the sensors in the signature listening cable 14. The signals are transmitted from the respective sensors to the signal utilization device 46 where the signals can be registered by the aforementioned storage medium 48. The respective signals can then be summed and are then filtered by the extrapolation filter F to define the desired far-field signature . The summing/filtering process can be performed by the signal utilization device 46 in real time or it can be performed later in a data processing center using the archived or recorded data. The far-field signature thus derived can be used for quality control to monitor the behavior of a source group in the field and it can also be used to produce a deconvolution operator that is used in conventional well-known seismic data processing.

Summeringstrinnet kan utføres enten før eller etter data-registreringstrinnet. F.eks. kan sensorene i signaturlyttekabelen være koblet parallelt slik at kabelutgangssignalet er et summert signal som ekstrapoleringsfilteret kan anvendes direkte The summation step can be performed either before or after the data registration step. E.g. the sensors in the signature listening cable can be connected in parallel so that the cable output signal is a summed signal that the extrapolation filter can use directly

o o

pa. on.

Som angitt tidligere kan signaturregistrering foretas samtidig med konvensjonell registrering av seismiske refleksjonsdata. En slik prosedyre har den fordel at kildegruppens signatur alltid er tilgjengelig med henblikk på endrede fysikalske beting-elser på feltet. Således kan kvaliteten av prosesseringen av de registrerte seismiske refleksjonsdata forbedres ved bruk av kildegruppe-signaturer i sann tid istedenfor å anvende en eller annen hypotetisk signatur slik det for tiden ofte blir gjort i mangel på virkelige feltdata. As indicated earlier, signature registration can be carried out simultaneously with conventional registration of seismic reflection data. Such a procedure has the advantage that the source group's signature is always available with a view to changing physical conditions in the field. Thus, the quality of the processing of the recorded seismic reflection data can be improved by using source group signatures in real time instead of using some hypothetical signature as is currently often done in the absence of real field data.

Claims

1. Method for determining the far-field signature of a marine seismic source group (12) based on near-field measurements of acoustic signals, characterized in that a marine seismic source group (12) comprising a plurality of source elements (20, 22, 24, 26), that a signature listening cable (14) comprising a plurality of sensors (28, 30, 32) is set out in the body of water (16), which sensors have a mutual distance of less than half of the shortest wavelength of interest , and the signature listening cable (14) has a greater length than the length of the source group (12), as the difference in length is so great that the signal amplitude contributions from the sensors (28,

32) which is placed at the ends of the signature listening cable (14), constitutes less than a desired percentage of a sum of all signals from the sensors (28, 30, 32), that the signature listening cable (14) is placed under the source group (12) at a desired depth so that there is little change in the sensor signal envelopes as a result of lateral displacement of the signature listening cable (14) in relation to the source group (12) with regard to phase shift and amplitude due to an echo effect, that the elements ( 20, 22, 24, 26) in the source group (12) are triggered to produce an acoustic wave, that the output signals from the sensors (28, 30, 32) as a result of the acoustic waves are recorded on a storage medium < 48), that the recorded signals are processed by wavefield extrapolation to define a far-field source signature for the group, and that this far-field source signature is used to improve the quality of the processed seismic reflection data.

2. Method according to claim 1, characterized in that the aforementioned processing of the recorded output signals includes summation of these and application of an extrapolation filter to the summed signals.

3. Method according to claim 2, characterized in that the aforementioned summation is carried out prior to the registration.

4. Method for determining the far-field signature of a marine-seismic source group based on near-field measurements of acoustic signals, characterized in that a marine-seismic source group (12) with several elements is placed in a body of water (16), that a signature listening cable (14) ) is set out in the body of water (16), which signature listening cable (14) comprises a plurality of sensors (28, 30, 32) that have a mutual distance less than half of the shortest wavelength of interest, the length of the signature listening cable (14) being a desired distance greater than the length of the group (12), that the signature listening cable (14) is placed below the source group (12) at such a depth that the lateral displacement of the signature listening cable (14) relative to any individual source group element (20, 22 , 24, 26) will cause a small change in the sensor signal characteristics as a result of an echo effect, that the source group (12) is brought to generate a seismic wave, that the sensor's output signals as a result of the generated e seismic wave is recorded, that a far-field source signature is defined by summing the recorded signals and applying a wavefield extrapolation filter to the summed signals, and that the thus defined far-field source signature is used to improve processed seismic reflection data.

5. Method according to claim 4, characterized in that a seismic reflection survey is carried out simultaneously with the determination of the far-field signature of the source group (12).

6. Method for determining the far-field signature of a seismic source group in a body of water, characterized by detection of the near-field signature of the entire source group (12) over a group of detectors (28, 30, 32) distributed over a certain extent, one dimension of which is larger than the corresponding dimension of the source group (12) and placed below the source group (12), registration of the aforementioned near-field signature and determination of the far-field signature for the source group (12) by wavefield extrapolation of the registered near-field signature.

7. Method according to claim 4, characterized in that the dimensional geometry of the source group (12) and the signature listening cable (14) is incompletely known.

8. Method according to claim 7, characterized in that a desired time shift is communicated to the registered sensor output signals prior to the summation step.