BR102013013084A2 - Métodos e sistemas para imagear formações subterrâneas com reflexões primárias e múltiplas - Google Patents

Abstract

Resumo patente de invenção: "métodos e sistemas para imagear formações subterrâneas com reflexões primárias e múltiplas". A presente invenção refere-se a sistemas e métodos para imagear formações subterrâneas usando reflexões primárias e múltiplas que são descritos. Um navio de exploração sismológica reboca uma fonte sísmica, uma superfície de aquisição de receptores localizada debaixo de uma superfície livre, e uma superfície de aquisição de fonte posicionada em uma profundidade abaixo da fonte. A superfície de aquisição de receptores é usada para medir campos de ondas de pressão e de velocidade normal e a superfície de aquisição de fonte é usada para medir campos de ondas de pressão de fonte descendentes diretos gerados pela fonte. Os campos de ondas de pressão de fonte descendentes em combinação com os campos de ondas de pressão descendentes e campos de ondas de pressão ascendentes computados dos campos de ondas de pressão e velocidade são usados para computar imagens da formação subterrânea associadas com reflexões primárias e reflexões múltiplas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOS E SISTEMAS PARA IMAGEAR FORMAÇÕES SUBTERRÂNEAS COM RE- FLEXÕES PRIMÁRIAS E MÚLTIPLAS".

Antecedentes Desde as últimas décadas a indústria de petróleo tem investido pesadamente no desenvolvimento de técnicas de levantamento sísmico ma- rítimo que produzam conhecimento de formações subterrâneas debaixo de um corpo de água a fim de encontrar e extrair recursos minerais valiosos tais como petróleo. Imagens sísmicas de alta resolução de uma formação subter- rânea são essenciais para interpretação sísmica quantitativa e monitoramen- to de reservatório aperfeiçoado. Para um levantamento sísmico marítimo típico, um navio de exploração sismológica reboca uma ou mais fontes sís- micas e um ou mais cabos sismográficos flutuantes que formam uma super- fície de aquisição de dados sísmicos abaixo da superfície da água e sobre uma formação subterrânea a ser levantada para descoberta de depósitos minerais. O navio contém equipamento de aquisição sísmica, tal como con- trole de navegação, controle de fonte sísmica, controle de receptor sísmico e equipamento de gravação. O controle de fonte sísmica faz com que a uma ou mais fontes sísmicas, as quais tipicamente são canhões a ar, produzam impulsos acústicos em tempos selecionados. Cada impulso é uma onda so- nora que se desloca para baixo através da água e para dentro da formação subterrânea. Em cada interface entre tipos diferentes de rocha, uma parte da onda sonora é refratada, uma parte da onda sonora é transmitida e uma ou- tra parte é refletida de volta na direção do corpo de água para se propagar para cima na direção da superfície da água. Os cabos sismográficos flutuan- tes rebocados atrás do navio são estruturas alongadas tais como cabos. Ca- da cabo sismográfico flutuante inclui diversos receptores ou sensores sísmi- cos que detectam campos de ondas de pressão e/ou de velocidade associa- dos com as ondas sonoras refletidas de volta para a água pela formação subterrânea.

Ondas sonoras que se propagam para baixo na subsuperfície e sofrem uma única reflexão em uma interface antes de serem detectadas por receptores sísmicos são chamadas de "reflexões primárias", e ondas sono- ras que passam por diversas reflexões de subsuperfície antes de serem de- tectadas por receptores sísmicos são chamadas de "reflexões múltiplas".

Reflexões múltiplas também podem ser reflexões primárias que são refleti- das subsequentemente pela superfície do mar para baixo na subsuperfície antes de serem detectadas pelos receptores. No passado, técnicas de ima- geamento convencionais contavam quase que exclusivamente com refle- xões primárias. Como resultado, esforço computacional significativo foi dedi- cado para atenuar as reflexões múltiplas. Nos últimos anos, entretanto, as reflexões múltiplas têm sido reconhecidas como fornecedoras de informação adicional valiosa a respeito da formação subterrânea. Em particular, refle- xões múltiplas que incluem pelo menos uma reflexão pela superfície do mar, chamadas de "múltiplas de superfície de mar", tipicamente são as mais for- tes e mais significativas das reflexões múltiplas para usar no imageamento de uma formação subterrânea. Quando uma formação subterrânea é image- ada com campos de ondas associados com as reflexões primárias e múlti- plas, o campo de ondas incidentes diretas que se origina da fonte é significa- tivo para usar as reflexões primárias no processo de imageamento. Entretan- to, por causa da grande distância lateral mínima entre a fonte e os recepto- res mais próximos e a grande distância entre os cabos sismográficos flutuan- tes de um sistema de aquisição típico, a medição do campo de ondas inci- dentes diretas é difícil. Como resultado, as pessoas que trabalham na indús- tria de petróleo continuam a procurar sistemas e métodos que possam ser usados para medir o campo de ondas incidentes diretas.

Descrição dos Desenhos Afigura 1 mostra um volume de domínio da superfície da terra. A figura 2 mostra os recursos de subsuperfície de uma formação subterrânea na parte inferior do volume de domínio mostrado na figura 1.

As figuras 3A-3C mostram um método de exploração sismológi- ca pelo qual dados codificados digitalmente são obtidos instrumentalmente para processamento e análise de exploração sismológica subsequente a fim de caracterizar as estruturas e distribuições de recursos e materiais subja- centes à superfície sólida da terra.

As figuras 4A-4B mostram vistas superior e em elevação lateral, respectivamente, de um navio de exploração sismologia rebocando uma fon- te, uma superfície de aquisição de fonte e cabos sismográficos flutuantes de receptores.

As figuras 5A-5B mostram uma vista isométrica e uma vista em elevação lateral, respectivamente, de uma fonte sísmica exemplar. A figura 6A mostra um gráfico de exemplo de assinaturas de ca- nhão de campo distante hipotéticas. A figura 6B mostra um gráfico de exemplo de assinatura de campo distante resultante hipotética associada com uma fonte sísmica.

As figuras 7A-7B mostram vistas superior e em elevação lateral, respectivamente, de uma superfície de aquisição de fonte de exemplo.

Afigura 7C mostra uma vista seccional transversal da superfície de aquisição de fonte mostrada nas figuras 7A-7B, ao longo de uma linha A- A, olhando na direção de um navio de exploração sísmica.

As figuras 8A-8B mostram vistas superior e em elevação lateral, respectivamente, de uma superfície de aquisição de fonte de exemplo. A figura 9 mostra uma vista superior de uma superfície de aqui- sição de fonte tal como exemplar.

Afigura 10 mostra uma vista em elevação lateral de uma super- fície de aquisição de fonte de exemplo com paravanes. A figura 11A mostra uma vista em elevação lateral de uma su- perfície de aquisição de fonte aproximadamente plana. A figura 11B mostra uma vista seccional transversal da superfí- cie de aquisição de fonte plana mostrada na figura 11 A, ao longo de uma linha B-B, olhando na direção de um navio de exploração sísmica.

As figuras 12A-12B mostram vistas superior e em elevação late- ral, respectivamente, de uma superfície de aquisição de fonte.

Afigura 13 mostra uma vista superior de uma superfície de aqui- sição de fonte com dois cabos sismográficos flutuantes de fonte que cruzam abaixo de uma fonte sísmica.

As figuras 14A-14B mostram vistas isométrica e em elevação la- teral, respectivamente, de uma fonte que inclui uma superfície de aquisição de fonte.

As figuras 15A-15B mostram vistas isométrica e em elevação la- teral, respectivamente, de uma fonte que inclui uma superfície de aquisição de fonte. A figura 16 mostra um diagrama de fluxo de controle de um mé- todo para imagear uma formação subterrânea com reflexões primárias e múltiplas. A figura 17 mostra uma vista em elevação lateral de um cabo sismográfico flutuante localizado debaixo de uma superfície livre. A figura 18 mostra um exemplo de um sistema de computador generalizado que executa um método eficiente para computar imagens tridi- mensionais de uma formação subterrânea debaixo de um volume de fluido.

Descrição Detalhada Os sistemas e métodos para imagear formações subterrâneas usando reflexões primárias e múltiplas são descritos. Um navio de explora- ção sismológica reboca diversos cabos sismográficos flutuantes que formam uma superfície de aquisição de receptores localizada debaixo de uma super- fície de ar/fluido referida como "superfície livre". Os cabos sismográficos flu- tuantes incluem receptores que medem os campos de ondas de pressão e de velocidade normal que são codificados digitalmente e armazenados. O navio também reboca uma fonte acústica e uma superfície de aquisição de fonte posicionada em uma profundidade substancialmente abaixo da fonte. A superfície de aquisição de fonte inclui diversos sensores de pressão para medir campos de ondas de pressão de fonte descendentes diretos gerados pela fonte, os quais são codificados digitalmente e armazenados. Os cam- pos de ondas de pressão de fonte descendentes e campos de ondas de pressão ascendentes computados a partir dos campos de ondas de pressão e de velocidade podem ser usados para computar imagens da formação subterrânea associadas com reflexões primárias. Os campos de ondas de pressão e de velocidade normal podem ser usados para separar o campo de ondas de pressão em campos de ondas de pressão ascendentes e descen- dentes na extremidade receptora (ou nível de extrapolação predefinido), o que pode ser usado para computar imagens da formação subterrânea asso- ciadas com reflexões múltiplas. As imagens associadas com as reflexões primárias e múltiplas podem ser combinadas para formar uma imagem da formação subterrânea. Alternativamente, quando o campo de ondas de pressão descendente completo inclui o campo de ondas de fonte descen- dente e o campo de onda refletido (ou espalhado) descendente em um nível de extrapolação arbitrário, as imagens da formação subterrânea associadas com reflexões primárias e múltiplas podem ser computadas em uma única operação computacional. A discussão a seguir inclui três subseções: uma vista geral de sismologia de exploração, exemplos de fontes sísmicas e superfícies de a- quisição, e métodos computacionais para imagear uma formação subterrâ- nea com reflexões primárias e múltiplas como um exemplo de métodos e sistemas de processamento computacional. Leitura da primeira subseção pode ser omitida por aqueles já familiarizados com sismologia de exploração marítima.

Uma Vista Geral de Sismologia de Exploração Marítima A figura 1 mostra um volume de domínio da superfície da terra. O volume de domínio 102 compreende um volume sólido de sedimento e rocha 104 abaixo da superfície sólida 106 da terra que, por sua vez, fica por baixo de um volume de fluido da água 108 dentro de um oceano, uma entra- da ou baía, ou de um grande lago de água doce. O volume de domínio mos- trado na figura 1 representa um domínio experimental de exemplo para uma classe de técnicas e sistemas empíricos e analíticos de sismologia de explo- ração referida como "sismologia de exploração marítima". A figura 2 mostra recursos de subsuperfície de uma formação subterrânea na parte inferior do volume de domínio mostrado na figura 1. Tal como mostrado na figura 2, para propósitos de sismologia de exploração, o volume de fluido 108 é um volume de uma maneira geral homogêneo, relati- vamente sem traços característicos, sobrepondo o volume sólido 104 de in- teresse. Entretanto, enquanto que o volume de fluido 108 pode ser explora- do, analisado e caracterizado com relativa precisão usando muitos tipos dife- rentes de métodos e sondas, incluindo submergíveis de detecção remotos, sonares e outros tais dispositivos e métodos, a crosta de volume de sólido 104 subjacente ao volume de fluido é comparativamente muito mais difícil de sondar e caracterizar. Ao contrário do volume de fluido de sobreposição 108, o volume sólido 104 é significativamente heterogêneo e anisotrópico, e inclui muitos tipos diferentes de recursos e materiais de interesse para sismologia de exploração. Por exemplo, tal como mostrado na figura 2, o volume sólido 104 pode incluir uma primeira camada de sedimento 202, uma primeira ca- mada de rocha fraturada e deslocada para cima 204, e uma segunda cama- da de rocha subjacente 206 abaixo da primeira camada de rocha. Em certos casos, a segunda camada de rocha 206 pode ser porosa e pode conter uma concentração significativa do hidrocarboneto líquido 208 que é menos denso que o material da segunda camada de rocha e que, portanto, se eleva dentro da segunda camada de rocha 206. No caso mostrado na figura 2, a primeira camada de rocha 204 não é porosa e, portanto, forma uma cobertura que impede migração adicional para cima do hidrocarboneto líquido, o qual, por- tanto, concentra em uma camada saturada de hidrocarboneto 208 abaixo da primeira camada de rocha 204. Um objetivo da sismologia de exploração é identificar as localizações de estratos porosos saturados de hidrocarboneto dentro de volumes da crosta da terra subjacentes à superfície sólida da ter- ra.

As figuras 3A-3C mostram um método de exploração sismológi- ca pelo qual dados codificados digitalmente são obtidos instrumentalmente para subsequente processamento e análise de exploração sismológica a fim de caracterizar as estruturas e distribuições de recursos e materiais de uma formação subterrânea. A figura 3A mostra um exemplo de um navio de ex- ploração sismológica 302 equipado para executar uma série contínua de experimentos e coletas de dados de exploração sismológica. Em particular, o navio 302 reboca um ou mais cabos sismográficos flutuantes 304-305 a- través de um plano de profundidade aproximadamente constante de uma maneira geral localizado diversos metros abaixo da superfície livre 306. Os cabos sismográficos flutuantes 304-305 são cabos extensos contendo linhas de transmissão de energia e de dados aos quais receptores, também referi- dos como "sensores", são conectados em intervalos regulares. Em um tipo de exploração sismológica, cada receptor, tal como o receptor representado pelo disco escurecido 308 na figura 3A, compreende um par de receptores sísmicos incluindo um geofone que detecta deslocamento vertical dentro do meio fluido ao longo do tempo ao detectar movimento, velocidades ou acele- rações de partícula, e um hidrofone que detecta variações em pressão ao longo do tempo. Os cabos sismográficos flutuantes 304-305 e o navio 302 incluem eletrônica de detecção e estruturas de processamento de dados sofisticadas que permitem que leituras de receptor sejam correlacionadas com posições absolutas na superfície livre e posições tridimensionais abso- lutas com relação a um sistema de coordenadas tridimensional arbitrário. Na figura 3A, os receptores ao longo dos cabos sismográficos flutuantes estão mostrados como estando abaixo da superfície livre 306, com as posições de receptores correlacionadas com posições de superfície de sobreposição, tais como uma posição de superfície 310 correlacionada com a posição do re- ceptor 308. O navio 302 também reboca um ou mais fontes de ondas acústi- cas 312 que produzem impulsos de pressão em intervalos espaciais e tem- porais à medida que o navio 302 e os cabos sismográficos flutuantes rebo- cados 304-305 se deslocam através da superfície livre 306. A figura 3B mostra uma frente de onda acústica esférica se ex- pandindo, representada por semicírculos de raios crescentes centrados na fonte acústica 312, tal como o semicírculo 316, seguinte a um pulso acústico emitido pela fonte acústica 312. As frentes de onda, de fato, estão mostra- das em seção vertical transversal plana na figura 3B. Tal como mostrado na figura 3C, o campo de ondas acústicas expandindo para fora e para baixo, mostrado na figura 3B, alcança eventualmente a superfície sólida 106, em cujo ponto as ondas acústicas expandindo para fora e para baixo refletem parcialmente na superfície sólida e refratam parcialmente para baixo para dentro do volume sólido, se tornando ondas elásticas dentro do volume sóli- do. Em outras palavras, no volume de fluido, as ondas são ondas de pressão compressivas, ou ondas P, cuja propagação pode ser modelada pela equa- ção de onda acústica enquanto que, em um volume sólido, as ondas incluem tanto ondas P quanto ondas transversais, ou ondas S, cuja propagação pode ser modelada pela equação de onda elástica. Dentro do volume sólido, em cada interface entre tipos diferentes de materiais ou em descontinuidades em densidade ou em uma ou mais de várias outras características ou parâ- metros físicos, ondas propagando para baixo são refletidas parcialmente e refratadas parcialmente, tal como na superfície sólida 106. Como resultado, cada ponto da superfície sólida e dentro do volume sólido 104 subjacente se torna uma potencial fonte de ponto secundária da qual ondas acústicas e elásticas, respectivamente, podem emanar para cima na direção de recepto- res em resposta ao impulso de pressão emitido pela fonte acústica 312 e ondas elásticas propagando para baixo geradas pelo impulso de pressão.

Tal como mostrado na figura 3C, ondas secundárias de amplitu- de significativa de uma maneira geral são emitidas de pontos na superfície sólida 106, ou próximos a ela, tais como o ponto 320, e de pontos em uma descontinuidade no volume sólido 104, ou muito próximo a ela, tais como pontos 322 e 324. Ondas terciárias podem ser emitidas pela superfície livre 306 de volta para a superfície sólida 106 em resposta às ondas secundárias emitidas pela superfície sólida e pelos recursos de subsuperfície, A figura 3C também mostra o fato em que ondas secundárias de uma maneira geral são emitidas em tempos diferentes dentro de uma faixa de tempo seguinte ao impulso de pressão inicial. Um ponto na superfície sólida 106, tal como o ponto 320, recebe uma perturbação de pressão cor- respondendo ao impulso de pressão inicial mais rapidamente do que um ponto dentro do volume sólido 104, tal como os pontos 322 e 324. De forma similar, um ponto na superfície sólida diretamente subjacente à fonte acústi- ca recebe o impulso de pressão mais cedo do que um ponto se situando mais distante da superfície sólida. Assim, os tempos nos quais ondas se- cundárias e de maior ordem são emitidas pelos vários pontos dentro do vo- lume sólido estão relacionados com a distância, em espaço tridimensional, dos pontos à fonte acústica.

Ondas acústicas e elásticas, entretanto, se deslocam em veloci- dades diferentes dentro de materiais diferentes assim como dentro do mes- mo material sob pressões diferentes. Portanto, os tempos de deslocamento do impulso de pressão inicial e de ondas secundárias emitidas em resposta ao impulso de pressão inicial são funções complexas da distância a partir da fonte acústica assim como dos materiais e características físicas dos materi- ais através dos quais a onda acústica correspondendo ao impulso de pres- são inicial se desloca. Além do mais, tal como mostrado na figura 3C para a onda secundária emitida pelo ponto 322, as formas das frentes de onda se expandindo podem ser alteradas à medida que as frentes de onda cruzam interfaces e à medida que a velocidade do som varia nos meios atravessa- dos pela onda. A superposição de ondas emitidas de dentro do volume de domínio 102 em resposta ao impulso de pressão inicial é um campo de on- das de uma maneira geral muito complicado que inclui informação a respeito das formas, tamanhos e características de material do volume de domínio 102, incluindo informação a respeito das formas, tamanhos e localizações dos vários recursos refletindo dentro da formação subterrânea de interesse para exploração sismológica.

Exemplos de Fontes Sísmicas e Superfícies de Aquisição de Fonte As figuras 4A-4B mostram vistas superior e em elevação lateral, respectivamente, de um navio de exploração sismológica 402 rebocando uma fonte 404, uma superfície de aquisição de fonte 406 e os oito cabos sismográficos flutuantes separados 408-415 localizados debaixo de uma superfície livre. Na figura 4A, cada cabo sismográfico flutuante é fixado em uma extremidade ao navio 402 por meio de um cabo de transmissão de da- dos de cabo sismográfico flutuante e na extremidade oposta a uma boia, tal como uma boia 416 fixada ao cabo sismográfico flutuante 412. Por exemplo, os cabos sismográficos flutuantes 410-413 são fixados ao navio 402 por meio dos cabos de transmissão de dados de cabo sismográfico flutuante 418-421, respectivamente. Os cabos sismográficos flutuantes 408-415 ide- almente formam uma superfície de aquisição de receptores horizontal plana localizada debaixo da superfície livre. Entretanto, na prática, a superfície de aquisição de receptores pode ficar variando suavemente por causa de cor- rentes marítimas ativas e condições meteorológicas. Em outras palavras, os cabos sismográficos flutuantes rebocados podem ondular como resultado de condições dinâmicas do fluido. A figura 4B representa um instantâneo, em um momento no tempo, da superfície livre ondulante 422 e da forma seme- lhante a onda suave correspondente no cabo sismográfico flutuante 412. A figura 4A inclui um plano xy 423 e a figura 4B inclui um plano xz 424 do mesmo sistema de coordenadas cartesianas usado para especificar orienta- ções e localizações de coordenadas dentro do volume de fluido com relação a três eixos de coordenadas espaciais ortogonais rotulados de x, y e z. A coordenada x especifica exclusivamente a posição de um ponto em uma direção paralela ao comprimento dos cabos sismográficos flutuantes, e a coordenada y especifica exclusivamente a posição de um ponto em uma direção perpendicular ao eixo x e substancialmente paralela à superfície livre 422, e a coordenada z especifica exclusivamente a posição de um ponto perpendicular ao plano xy com a direção z positiva apontando para baixo para longe da superfície livre. Tal como mostrado na figura 4B, o cabo sis- mográfico flutuante 412 está em uma profundidade, Zr, abaixo da superfície livre, a qual pode ser estimada em várias localizações ao longo dos cabos sismográficos flutuantes a partir de medições de pressão hidrostática feitas por controladores de profundidade (não mostrados), tais como paravanes ou pipas de água, fixados aos cabos sismográficos flutuantes. Os controladores de profundidade tipicamente são colocados em intervalos de cerca de 300 metros ao longo de cada cabo sismográfico flutuante. As profundidades de cabo sismográfico flutuante estimadas são então usadas para calcular uma forma de cabo sismográfico flutuante interpolada bidimensional que se apro- xima da forma semelhante a onda de um cabo sismográfico flutuante real em um instante no tempo. Alternativamente, as profundidades de cabo sismo- gráfico flutuante estimadas podem ser usadas para calcular uma aproxima- ção de superfície interpolada tridimensional da superfície de aquisição. A profundidade zr e a elevação do perfil de superfície livre são estimadas com relação ao geóide, o qual está representado na figura 4B pela linha pontilha- da 425. O geóide é a superfície hipotética da terra que coincide em toda par- te com nível médio do mar e é usado para definir elevação zero (isto é, z = 0). Nas figuras 4A e 4B, discos escurecidos, tais como disco escurecido 426 na figura 4A, representam receptores espaçados em intervalos regulares. As coordenadas do receptor 426 são dadas por onde a profundidade zr pode ser um valor interpolado. A figura 4B também mostra exemplos de reflexões primárias e múltiplas. As setas direcionais pontilhadas 428 representam uma "reflexão primária" na qual ondas sonoras associadas com um impulso de som gerado pela fonte 406 passam diretamente da fonte 406 através da superfície de aquisição de fonte 406 e entram no fundo do mar 430 para sofrer uma refle- xão em uma interface subterrânea 432 de volta para o volume de fluido para serem medidas pelos receptores da superfície de aquisição de receptores. A figura 4B também mostra exemplos de reflexões múltiplas de camada de fluido de lado de fonte e de lado de receptor. As setas direcionais de linhas de traço e ponto 434 representam múltiplas de camada de fluido de lado de fonte nas quais uma onda sonora gerada pela fonte 404 atravessa a superfí- cie de aquisição de fonte 406 antes de sofrer reflexões múltiplas consistindo em uma sequência de reflexões no fundo do mar 430 e reflexões na superfí- cie livre 422, e seguidas por uma reflexão na interface 432 antes de ser me- dida pelos receptores da superfície de aquisição de receptores. As setas direcionais de linhas tracejadas 436 representam múltiplas de camada de fluido de lado de receptor nas quais uma onda sonora gerada pela fonte 404 atravessa a superfície de aquisição de fonte 406 antes de sofrer reflexões múltiplas consistindo em uma reflexão na interface 432, uma sequência de reflexões na superfície livre 422 e reflexões no fundo do mar 430 antes de ser medida pelos receptores da superfície de aquisição de receptores. A fon- te 406 também produz ondas sonoras que são primeiramente refletidas pela superfície livre, tal como representado pela seta direcional 438, antes de as ondas se deslocarem para dentro da formação subterrânea para produzir campos de ondas espalhadas direcionadas para trás na direção da superfí- cie livre. Estes tipos de ondas sonoras são chamados de "fantasmas de fon- te", os quais são atrasados no tempo em relação às ondas sonoras que se deslocam diretamente da fonte 404 para a formação subterrânea. Fantas- mas de fonte podem amplificar algumas frequências e atenuar outras fre- quências e tipicamente são manifestados como entalhes espectrais nas for- mas de ondas sísmicas gravadas, o que torna difícil obter imagens sísmicas de alta resolução precisas da formação subterrânea. A fonte sísmica 404 pode ser implementada como um conjunto de elementos de fonte sísmica, tais como canhões a ar, canhões de água ou fontes vibradoras, a fim de superar aspectos indesejáveis de uma assinatura associada com um único elemento de fonte. As figuras 5A-5B mostram uma vista isométrica e uma vista em elevação lateral, respectivamente, de uma fonte sísmica de exemplo 500. A fonte 500 inclui os três flutuadores separa- dos 501-503 e as três hastes separadas correspondentes 505-507 suspen- sas pelos flutuadores 501-503. Cada haste é suspensa por um flutuador cor- respondente por meio de diversos cabos ou fios, tais como os cabos 508 que suspendem a haste 505 abaixo do flutuador 501. No exemplo da figura 5A, onze canhões estão suspensos por cada uma das hastes. Por exemplo, os onze canhões denotados por Gi-Gn estão suspensos pela haste 505. Em outras palavras, a fonte 500 é composta de um conjunto de trinta e três ca- nhões 510. Considerar, por exemplo, canhões a ar. Cada canhão a ar injeta uma bolha de alta pressão de ar no fluido como uma fonte de energia para gerar ondas de pressão acústica que irradiam para fora. Em outras palavras, quando uma bolha é liberada de um canhão existe um deslocamento radial da água a partir do centro do bolha e uma perturbação de pressão é propa- gada para fora no fluido. À medida que a bolha expande a pressão do ar na bolha diminui até que ela caia para aquela do fluido circundante, mas inércia faz com que a bolha expanda mais de maneira que a pressão de ar na bolha fica menor que a pressão hidrostática do fluido circundante. Então a bolha muito expandida contrai por causa da pressão hidrostática do fluido circun- dando. O processo de expansão e contração continua com a bolha oscilando através de muitos ciclos. À medida que a bolha oscila e a pressão de bolha varia, ondas de pressão irradiam para fora dentro do fluido. A amplitude de oscilação de bolha diminui com o tempo, e o período de oscilação diminui de um ciclo para o próximo. A variação de pressão no fluido como uma função do tempo causada pela bolha é chamada de "assinatura de canhão". Os re- cursos detalhados de uma assinatura são determinados pelo movimento subsequente da bolha seguinte à sua liberação de um canhão.

Cada canhão tem uma assinatura de campo próximo e uma as- sinatura de campo distante associadas. "Campo próximo" e "campo distante" são expressões usadas para descrever proximidade de um ponto de obser- vação para um canhão quando a assinatura é medida. Para um canhão que libera uma onda de pressão com um comprimento de onda Λ ~ /f, onde c é a velocidade do som no fluido e f é a frequência, as regiões radiais de cam- po próximo e campo distante circundando o canhão podem ser definidas como: Campo próximo: d c λ Campo intermediário: Campo distante: Λ « d onde d é a distância do canhão a um ponto de observação. A figura 5C representa um gráfico de uma assinatura de campo próximo hipotética associada com um canhão. O eixo horizontal 512 repre- senta tempo e o eixo vertical 514 representa pressão. O primeiro pico 516 representa o desenvolvimento inicial e liberação de uma bolha do canhão para o fluido, após o que os picos subsequentes 517-519 representam uma diminuição em amplitude com o tempo aumentando. A assinatura de campo próximo revela que a pressão após alcançar um pico cai para valores abaixo da pressão hidrostática ph. A amplitude de oscilação de bolha diminui à me- dida que o tempo passa e o período de oscilação de bolha não é constante de um ciclo para o seguinte. Em outras palavras, o movimento de bolha não é movimento harmônico simples. O volume de câmara de um canhão deter- mina a assinatura de campo próximo associada e que também é influencia- da pelas ondas de pressão criadas por outros canhões no conjunto de ca- nhões. Em geral, quanto maior o volume de câmara tanto maior a amplitude de picos e tanto maior os períodos de bolha das assinaturas de campos pró- ximos associadas.

Os canhões de um conjunto de canhões são selecionados com diferentes volumes de câmara e arranjados de uma maneira particular a fim de gerar uma onda sísmica de campo distante resultante com uma assinatu- ra pequena e estreita na direção vertical para baixo e com um espectro que seja uniforme e amplo sobre uma banda de frequência de interesse. A figura 6A mostra um gráfico de exemplo de assinaturas de canhão de campo dis- tante hipotéticas associadas com os onze canhões G-i-G-n mostrados na fi- gura 5. O eixo horizontal 602 representa tempo, o eixo vertical 604 represen- ta pressão, e o eixo oblíquo 606 representa os índices dos canhões Gi-Gn.

Cada assinatura de campo distante inclui um primeiro pico positivo grande seguido no tempo por um segundo pico negativo grande, o qual é seguido por uma série de oscilações não periódicas de menor amplitude. Por exem- plo, a assinatura de campo distante associado com o canhão Gi tem um primeiro pico positivo grande 608, um segundo pico negativo grande 609 e uma série de oscilações não periódicas 610 associadas com oscilações a- mortecidas de uma bolha liberada do canhão Gi tais como medidos por um sensor de pressão no campo distante. O primeiro pico positivo grande de cada assinatura de campo distante é a liberação de pressão inicial da bolha do canhão no campo distante e é chamado de "pico primário". O segundo pico negativo grande de cada assinatura de campo distante representa a liberação de pressão inicial refletida pela superfície livre e é chamado de "fantasma de fonte". Os canhões G-i-Gn são selecionados com diferentes volumes de câmara de ar para produzir diferentes oscilações de bolha amor- tecidas seguintes aos picos primários. A figura 6A representa as assinaturas de campos distantes associadas com os canhões G-i-G-n quando os ca- nhões estão disparando simultaneamente. Como resultado, cada assinatura de campo distante tem um pico primário aproximadamente no mesmo ponto no tempo. As assinaturas de campos distantes associadas com cada um dos canhões individuais de um conjunto de canhões não combinam de acordo com o princípio de superposição. Se interações entre ondas de pressão ge- radas pelos canhões em um conjunto de canhões forem desprezíveis ou i- nexistentes, as assinaturas de campos distantes podem ser combinadas de acordo com o princípio de superposição para calcular uma assinatura de campo distante resultante desejável do conjunto de canhões. Entretanto, interações entre as ondas de pressão criadas pelos canhões não são des- prezíveis, especialmente em frequências baixas. Em vez disto, os canhões G1-G11 são selecionados com diferentes volumes de câmara, espaçamento de canhão e posições de canhão dentro do conjunto de canhões a fim de amplificar os picos primários e cancelar as oscilações de bolha amortecidas para produzir uma assinatura de fonte de campo distante resultante hipotéti- ca 612 dos canhões G1-G11 representada graficamente na figura 6B. A assi- natura de fonte de campo distante resultante 612 tem um primário amplifica- do 614 seguido no tempo por oscilações de amplitudes muito pequenas. O primário amplificado resultante 614 é um exemplo do campo de ondas de pressão descendente direta usado para produzir a reflexão primária 428 descrita anteriormente com referência à figura 4B.

Deve ser notado que fontes sísmicas não são pretendidas para ficar limitadas ao conjunto de trinta e três canhões de exemplo 610 mostrado na figura 6A. Na prática, fontes sísmicas podem ser configuradas com um ou mais flutuadores e cada flutuador pode ter qualquer número de canhões suspensos pelo flutuador. Os canhões podem ser arranjados e selecionados com volumes de câmara para produzir uma assinatura de fonte de campo distante resultante que case substancialmente com a assinatura de fonte de campo distante resultante de exemplo mostrada na figura 6B. A figura 7A mostra uma vista superior de uma superfície de a- quisição de fonte de exemplo 702 localizada debaixo da fonte 500 mostrada na figura 5. A superfície de aquisição de fonte 702 inclui os dez cabos sis- mográficos flutuantes de fonte 704-713 conectados a um cabo de transmis- são de dados transversal 714, o qual é conectado em uma primeira extremi- dade a um colar de deslizamento 716 e é conectado em uma segunda ex- tremidade a um colar de deslizamento 718. Os colares de deslizamento 716 e 718, por sua vez, são fixados aos cabos de transmissão de cabos sismo- gráficos flutuantes 418 e 421, respectivamente. Em outras palavras, a super- fície de aquisição de fonte 702 fica suspensa no fluido pelos cabos de transmissão de cabos sismográficos flutuantes 418 e 421. A superfície de aquisição de fonte 702 também é conectada ao navio 402 por meio dos ca- bos de transmissão de dados de fonte 720 e 722. O cabo de transmissão 720 é conectado em uma primeira extremidade ao cabo 714 e é conectado em uma segunda extremidade ao navio 402, e o cabo de transmissão 722 é conectado em uma primeira extremidade ao cabo 714 e é conectado em uma segunda extremidade ao navio 402. Tal como mostrado no exemplo da figura 7A, os cabos sismográficos flutuantes de fonte são menores em com- primento que os cabos sismográficos flutuantes da superfície de aquisição de receptores mostrada na figura 4. A figura 7B mostra uma vista em eleva- ção lateral da superfície de aquisição de fonte 702 localizada debaixo da fonte 500, a qual é fixada ao navio (não mostrado) via cabos de fonte, tais como o cabo de fonte 726. Os cabos sismográficos flutuantes de fonte 709- 713 estão localizados atrás dos cabos sismográficos flutuantes 704-708 e não estão mostrados na figura 7B. Os cabos sismográficos flutuantes de fon- te 704-713 são pesados para formar uma superfície de aquisição de fonte curvada 702 com os cabos sismográficos flutuantes de fonte mais pesados 708 e 709 localizados debaixo da fonte 500 e os cabos sismográficos flutu- antes de fonte mais leves 704 e 713 localizados mais distantes da fonte 500.

Por exemplo, na figura 7B, o cabo sismográfico flutuante 704 é mais leve que o cabo sismográfico flutuante 705, o qual, por sua vez, é mais leve que o cabo sismográfico flutuante 706 e assim por diante. Círculos escurecidos, tais como os círculos escurecidos 724, representam receptores (ou grupos de receptores) distribuídos em intervalos regulares ao longo das colunas de elementos de fontes 704-708, ou receptores distribuídos em uma malha em um nível sob as fontes. Os receptores podem ser sensores de pressão (ou grupos de sensores de pressão arranjados ao longo da normal à superfície de aquisição) ou sensores de pressão em combinação com sensores de movimento de partículas. Afigura 7C mostra uma vista seccional transversal da superfície de aquisição de fonte mostrada nas figuras 7A-7B, ao longo de uma linha A-A, olhando na direção da traseira do navio 402. A fonte 500 é operada tal como descrito anteriormente com refe- rência às figuras 5-6 para gerar um campo de ondas que é medido pelos receptores da superfície de aquisição de fonte 702. O campo de ondas me- dido em cada receptor da superfície 702 é transmitido como um sinal ao lon- go de um cabo sismográfico flutuante de fonte correspondente para o cabo de transmissão 714. Os sinais são então transmitidos do cabo de transmis- são de dados 714 para os cabos de transmissão 720 e 722, os quais carre- gam os sinais para o navio 402.

No exemplo da figura 7, a superfície de aquisição de fonte 702 está localizada debaixo do nível do conjunto de canhões. Na prática, a su- perfície de aquisição de fonte pode ficar localizada mais próxima do conjunto de canhões com cabos sismográficos flutuantes de fonte localizados no lado de fora da superfície de aquisição de fonte aproximadamente no mesmo ní- vel do conjunto de canhões ou acima dele.

Um cabo transversal adicional pode ser usado para prender as extremidades de partes traseiras dos cabos sismográficos flutuantes de fon- te. As figuras 8A-8B mostram vistas superior e em elevação lateral, respecti- vamente, de uma superfície de aquisição de fonte de exemplo 802. A super- fície 802 é similar à superfície 702 descrita anteriormente com referência à figura 7, exceto que a superfície 802 inclui um cabo transversal 804 fixado às extremidades de partes traseiras dos cabos sismográficos flutuantes de fon- te 704-713. O cabo transversal 804 é conectado em uma primeira extremi- dade a um colar de deslizamento 806 e é conectado em uma segunda ex- tremidade a um colar de deslizamento 808. Os colares de deslizamento 806 e 808, por sua vez, são fixados aos cabos de transmissão de cabos sismo- gráficos flutuantes 418 e 421, respectivamente. O cabo transversal 802 adi- ciona estabilidade e aumenta as profundidades das extremidades de partes traseiras dos cabos sismográficos flutuantes 704-713 tal como mostrado na figura 8B. O cabo transversal 804 também pode ser um cabo de transmissão de dados que carrega sinais dos cabos sismográficos flutuantes 704-713 para os cabos de transmissão 720 e 722.

Uma superfície de aquisição de fonte pode incluir diversos cabos transversais para formar uma superfície de aquisição de fonte tal como rede. A figura 9 mostra uma vista superior de uma superfície de aquisição de fonte de exemplo 902. A superfície 902 é similar à superfície 802, exceto que a superfície 902 inclui os três cabos transversais adicionais 904-906 fixados aos cabos sismográficos flutuantes de fonte 704-713. Tal como os cabos transversais 714 e 804 descritos anteriormente, os cabos 904-906 são co- nectados aos cabos de transmissão de cabos sismográficos flutuantes 418 e 421 por meio de colares de deslizamento. Um, dois ou todos os três cabos transversais 904-906 podem ser cabos de transmissão de dados que carre- gam sinais dos cabos sismográficos flutuantes 704-713 para os cabos de transmissão 720 e 722.

Os cabos sismográficos flutuantes de fonte também podem ser equipados com controladores de profundidade, tais como paravanes ou pi- pas de água, para controlar a posição e manter as profundidades dos cabos sismográficos flutuantes de fontes. A figura 10 mostra uma vista em eleva- ção lateral de uma superfície de aquisição de fonte de exemplo 1002. No exemplo da figura 10, a superfície 1002 é similar à superfície 702 descrita anteriormente, exceto que cada um dos cabos sismográficos flutuantes é equipado com dois paravanes, tais como os paravanes 1004 e 1006 fixados ao cabo sismográfico flutuante 708. Os paravanes incluem asas podem in- cluir sensores de profundidade, e podem ser controlados remotamente para controlar as formas, posições e profundidades dos cabos sismográficos flu- tuantes a fim de criar a superfície de aquisição de fonte com uma forma de- sejada. Em outras modalidades, os cabos sismográficos flutuantes de fonte podem ter aproximadamente o mesmo peso e os paravanes podem ser com pesos e/ou operados para controlar as formas, posições e profundidades dos cabos sismográficos flutuantes de fonte.

Superfícies de aquisição de fontes também não estão limitadas às superfícies curvas. Superfícies de aquisição de fontes também podem ter uma configuração aproximadamente plana. A figura 11A mostra uma vista em elevação lateral de uma superfície de aquisição de fonte aproximada- mente plana de exemplo 1102, e a figura 11B mostra uma vista seccional transversal da superfície 1102 ao longo de uma linha B-B, mostrada na figu- ra 11A, olhando na direção da traseira do navio 402. A superfície 1102 é si- milar à superfície de aquisição de fonte 702 exceto que a superfície 1102 é composta dos cabos sismográficos flutuantes de fonte 1104-1113 que têm aproximadamente o mesmo peso a fim de posicioná-los aproximadamente na mesma profundidade abaixo da superfície livre. Os cabos sismográficos flutuantes 1104-1113 são conectados a um cabo de transmissão de dados 1116 que carrega sinais para os cabos de transmissão 720 e 722. A superfí- cie 1102 também pode incluir diversos cabos transversais tal como descrito anteriormente com referência às figuras 8-9 para formar uma superfície de aquisição de fonte substancialmente plana com uma estrutura tal como rede.

Uma superfície de aquisição de fonte pode incluir cabos sismo- gráficos flutuantes de fonte localizados abaixo e em lados opostos da fonte.

As figuras 12A-12B mostram vistas superior e em elevação lateral, respecti- vamente, de uma superfície de aquisição de fonte de exemplo 1202 compos- ta dos cinco cabos sismográficos flutuantes de fonte 1204-1208. Os cabos sismográficos flutuantes 1204-1208 são fixados aos cabos de transmissão de dados 1210 representados por linhas tracejadas. Os cabos de transmis- são de dados fixados aos cabos sismográficos flutuantes 1204 e 1205 são conectados ao cabo de fonte 1212 por meio do colar de deslizamento 1214; o cabo de transmissão de dados fixado ao cabo sismográfico flutuante 1206 é conectado ao cabo de fonte 1216 por meio do colar de deslizamento 1218; e os cabos de transmissão fixados aos cabos sismográficos flutuantes 1207 e 1208 são conectados ao cabo de fonte 1220 por meio do colar de desliza- mento 1222. Tal como mostrado no exemplo da figura 12, os cabos sismo- gráficos flutuantes 1205-1207 são posicionados abaixo das colunas de ele- mentos de fonte da fonte 500 e os cabos sismográficos flutuantes 1204 e 1208 são posicionados em profundidades mais rasas e nos lados da fonte 500. Os cabos sismográficos flutuantes 1205-1207 medem os campos de ondas de fonte descendentes, e os cabos sismográficos flutuantes mais ra- sos 1204 e 1208 medem campos de ondas de fonte se propagando horizon- talmente. Os cabos sismográficos flutuantes 1205-1207 podem ser mais pe- sados que os cabos sismográficos flutuantes 1204 e 1208 a fim de posicio- nar os cabos sismográficos flutuantes 1205-1207 mais profundos do que os cabos sismográficos flutuantes 1204 e 1208. Os cabos sismográficos flutu- antes 1204-1208 podem incluir paravanes e/ou controladores passivos late- ralmente, tais como o paravane 1224 mostrado na figura 12B, que posicio- nam os cabos sismográficos flutuantes 1205-1207 abaixo da fonte 500 e/ou posicionam os cabos sismográficos flutuantes 1204 e 1208 em lados opos- tos da fonte 500. Os cabos sismográficos flutuantes 1204-1208 também po- dem incluir elementos de flutuabilidade que posicionem as extremidades de partes traseiras dos cabos sismográficos flutuantes 1204-1208 em profundi- dade desejadas. Em outras modalidades, um sistema de aquisição de fonte pode ser composto de um único cabo sismográfico flutuante de fonte locali- zado debaixo da fonte e ter dois ou mais cabos sismográficos flutuantes de fonte localizados em profundidades diferentes em lados opostos da fonte.

Em outras modalidades, a superfície de aquisição de fonte pode incluir somente um único cabo sismográfico flutuante de fonte posicionado abaixo de uma fonte, ou a superfície de aquisição de fonte pode ter dois ou mais cabos sismográficos flutuantes de fonte que se cruzam abaixo da fonte.

Afigura 13 mostra uma vista superior de uma superfície de aquisição de fon- te de exemplo 1302 composta dos dois cabos sismográficos flutuantes de fonte 1304 e 1306 que se cruzam abaixo da fonte 500. Tal como mostrado no exemplo da figura 13, o cabo sismográfico flutuante de fonte 1304 é co- nectado em uma primeira extremidade ao cabo sismográfico flutuante de receptores 418 por meio de um colar de deslizamento 1308 e em uma se- gunda extremidade ao cabo sismográfico flutuante de receptores 421 por meio de um colar de deslizamento 1310. O cabo sismográfico flutuante de fonte 1306 é conectado em uma primeira extremidade ao cabo sismográfico flutuante de receptores 421 por meio de um colar de deslizamento 1312 e em uma segunda extremidade ao cabo sismográfico flutuante de receptores 418 por meio de um colar de deslizamento 1314. Os cabos sismográficos flutuantes 1304 e 1306 são conectados aos cabos de transmissão 720 e 722, respectivamente.

Em outras modalidades, a superfície de aquisição de fonte pode ser incorporada à fonte a fim de obter medições de campo próximo nos ca- nhões. As medições de campo próximo são usadas para calcular assinatu- ras de fonte teóricas associadas com cada um dos canhões. Uma assinatura de fonte teórica é uma medição de sensor de pressão de campo próximo sem a influência de ondas de pressão dos canhões vizinhos. Os sensores de pressão também podem ser projetados para executar medições de pressão diretas enquanto suprimindo fantasmas de fonte de menor amplitude. As figuras 14A-14B mostram vistas isométrica e em elevação lateral, respecti- vamente, de uma fonte sísmica de exemplo 1400 que inclui uma superfície de aquisição de fonte composta das hastes de detecção de pressão 1401- 1403. A fonte 1400 é similar à fonte 500 exceto que um conjunto das hastes de detecção de pressão 1401-1403 é suspenso entre os flutuadores e as hastes pelas quais os canhões são suspensos. Por exemplo, a haste de de- tecção de pressão 1401 fica suspensa entre o flutuador 501 e a haste 505 pela qual os canhões G-i-Gn são suspensos. Cada uma das hastes 1401- 1403 inclui sete sensores de pressão. Cada sensor de pressão é posiciona- do e projetado para medir diretamente a onda de pressão gerada pelo um ou dois canhões suspensos abaixo do sensor de pressão, enquanto suprimindo os fantasmas de fonte de menor amplitude. Por exemplo, a haste 1401 inclui os sensores de pressão 1404-1410 com cada um destes sensores de pres- são localizado acima de um ou dois dos canhões Gi-Gn. Os sensores de pressão 1404-1410 medem as assinaturas de campos próximos dos ca- nhões Gi-Gn correspondentes. Em outras modalidades, as hastes de detec- ção de pressão podem ficar suspensas abaixo dos canhões. As figuras 15A- 15B mostram vistas isométrica e em elevação lateral, respectivamente, de uma fonte 1500 que inclui uma superfície de aquisição de fonte composta das hastes de detecção de pressão 1401-1403. A fonte 1400 é similar à fon- te sísmica 1500 exceto que as hastes de detecção de pressão 1401-1403 estão em profundidades abaixo dos canhões. Por exemplo, a haste de de- tecção de pressão 1401 está suspensa pela haste 505 com os cabos 1502.

Nos exemplos das figuras 14 e 15, as hastes de detecção de pressão 1401- 1403 formam uma superfície de aquisição de fonte que é incorporada em uma fonte. Métodos para Imageamento com Reflexões Primárias e Múlti- plas Como um Exemplo de Métodos e Sistemas de Processamento Compu- tacional Métodos e sistemas computacionais para computar imagens de uma formação subterrânea usando reflexões primárias e múltiplas são agora descritos. A figura 16 mostra um diagrama de fluxo de controle de um méto- do para imagear uma formação subterrânea com reflexões primárias e múlti- plas. Na figura 16, os blocos 1601 e 1603-1605 são exibidos em paralelo aos blocos 1602, 1606 e 1607, e na descrição a seguir as operações associadas com os blocos 1603-1605 são descritas antes das operações associadas com os blocos 1606 e 1607. Entretanto, os blocos 1601-1607 não são pre- tendidos para ficar limitados à ordenação particular das operações. Alternati- vamente, os processos computacionais associados com os blocos 1603- 1605 podem ser executados após os processos computacionais associados com os blocos 1606 e 1607. Alternativamente, os processos computacionais associados com os blocos 1603-1605 podem ser executados em paralelo com os processos computacionais associados com os blocos 1606 e 1607.

No bloco 1601, campos de ondas de fonte descendentes são medidos em sensores de pressão da superfície de aquisição de fonte, e no bloco 1602 campos de ondas de pressão e campos de ondas de velocidade normal são medidos em receptores da superfície de aquisição de receptores.

Afigura 17 mostra uma vista em elevação lateral do cabo sismográfico flutu- ante 412 localizado debaixo da superfície livre 422. Tal como mostrado na figura 17, e na figura 4B, a superfície de aquisição de fonte 406 e a superfí- cie de aquisição de receptores composta dos cabos sismográficos flutuantes 408-415 formam uma superfície de aquisição fechada. Os receptores da su- perfície de aquisição de receptores são sensores duplos que incluem um sensor de pressão, tal como um hidrofone, e um sensor de movimento, tal como um geofone. Por exemplo, um receptor 1702 inclui um sensor de pres- são que mede um campo de ondas de pressão, pO?r-t> 1704, e inclui um sensor de movimento que mede um campo de ondas de velocidade normal, ;v(.¥v,r) 1706, onde ^.<ψί ψ< j Jí e t representa tempo. Os sensores de movimento podem ser montados em uma articulação a fim de orientar os sensores de movimento para detectar movimento de partículas em uma di- reção normal à superfície de aquisição de receptores. Em outras palavras, o sensor de movimento do receptor 1702 detecta um campo de ondas de ve- locidade !V normal ao cabo sismográfico flutuante 412 com o vetor subscrito n representando um vetor de unidade normal que aponta para baixo no pla- no xz. Tal como descrito anteriormente, a superfície de aquisição de fonte 406 inclui sensores de pressão que medem o campo de ondas de fonte des- cendente S£feçc(xp5,r) 1708 gerado pela fonte 404, onde xm = CTf-Ts-Tt) repre- senta as coordenadas de um sensor de pressão na superfície de aquisição de fonte no nível de profundidade zr. Este campo de ondas pode ser extrapo- lado (isto é, provido com novos dados) para uma dada referência da qual o imageamento pode iniciar.

Retornando à figura 16, no bloco 1603, as assinaturas de fonte teóricas são calculadas a partir do campo de ondas medido nos sen- sores de pressão de campo próximo, onde representa as coordenadas ) de uma fonte elementar (por exemplo, canhão a ar ou de água) na fonte 404, mostrada na figura 14 (ver, por exemplo, "The signature of an air gun array: Computation from near-field measurements including interactions", de A. Ziolkowski e outros, Geofísica, Vol. 47, No. 10, outubro de 1982; "The signature of an air gun array: Computation from near-field me- asurements including interactions-Practical considerations", de G. E. Parkes e outros, Geofísica, Vol. 48, No. 2, fevereiro de 1984). As assinaturas de fon- te teóricas s(xm,ú são transformadas do domínio do tempo para o domínio da frequência, e assumindo um meio acústico homogêneo e superfície livre plana em z = 0, o campo de ondas de fonte descendente pode ser calculado no domínio da frequência-número de onda em um dado de referência plana por: (1) onde i é a unidade imaginária ω é frequência angular, é o sinal de fonte teórico do elemento de fonte m, frim é o tempo de atraso de disparo do elemento de fonte m, e são elementos do vetor de onda í"o é o coeficiente de reflexão de superfície livre, e com c a velocidade do som no fluido.

Quando as suposições indicadas acima são satisfeitas, o campo de ondas de fonte calculado a partir das assinaturas de fonte teóricas e o campo de ondas de fonte medido devem ser equivalentes. Por outro lado, quaisquer diferenças podem ser usadas para pré-condicionar a inversão das assinaturas teóricas.

No bloco 1606, o campo de ondas de pressão ,·. f) e o campo de ondas de velocidade normal ^-(^0 obtidos no bloco 1602 podem ser transformados do domínio do espaço-tempo para o domínio da frequência- número de onda usando transformações de Fourier dadas oor: (2) (3) Na prática, a transformação do domínio do espaço-tempo para o domínio da frequência-número de onda também pode ser realizada com transformações rápidas discretas de Fourier. No bloco 1607, decomposição de campo de ondas é executada para calcular campos de ondas de pressão ascendentes e descendentes dos campos de ondas de pressão e de veloci- dade no domínio da frequência-número de onda: (4) (5) Decomposição de fluxo normalizado é um procedimento alterna- tivo de separação de campos de ondas que satisfaz a reciprocidade dos campos de ondas em cruzamento de interfaces com contraste de impedân- cia (ver, por exemplo, "Review of elastic and electromagnetic wave propaga- tion in horizontally layered media", B. Ursin, Geofísica, 48,1063-1081, 1983; e "Reciprocity properties of one-way propagators", por K. Wapenaar, Geofí- sica, 63, 1795-1798, 1998).

No bloco 1608, um nível de profundidade z0 maior que zr é sele- cionado, tal como representado pela linha tracejada 1710 na figura 17. No bloco 1609, o campo de ondas de pressão ascendente calculado no bloco 1607 é extrapolado para o nível de profundidade z0 como se segue: Pasc(K’ky’Z0>&) = P,Jk^ky,Zr,m)e‘L {Z'' - ’ (6) No bloco 1610, o campo de ondas de fonte descendente calcu- lado no bloco 1605 é extrapolado para o nível de profundidade z0 como se segue: (7) e o campo de ondas de pressão descendente calculado no bloco 1607 tam- bém é extrapolado para o nível de profundidade z0 como se segue: (8) No bloco 1611, o campo de ondas ascendente Pasc(kx,ky,z0,(o) e os campos de ondas descendentes Sdesc(kx,kv,z0,co) e Pdesc(kx,kv,zr,a>) so- frem transformação inversa do domínio da frequência-número de onda para o domínio do espaço-frequência: (9a) (9b) (9c) A seguir, nos blocos 1612 e 1613, uma condição de imageamen- to no nível de profundidade selecionado é aplicada. Em uma modalidade, a condição de imageamento pode ser uma função de correlação cruzada dada por: (10) onde D(x,z, ω) representa um campo de ondas descendente, Uix.z, ω) representa um campo de ondas ascendente, x = ü:. r), e o traço superior significa conjugado complexo.

Em outras modalidades, a condição de imageamento pode ser uma função de deconvolução dada por: onde fi^éa diferença entre posições de campos de ondas horizontais adja- centes, e a(x,Ξ,ω) é um parâmetro de estabilização que pode ser incluído para evitar divisão instável por pequenos valores de Οϊχ,ζ,ω).

As integrais nas Equações (10) e (11) podem ser avaliadas u- sando integração numérica. As condições de imageamento geram valores de pixels de imagem. Em outras palavras, f(x.z) é um pixel em uma imagem digital de uma formação subterrânea. No bloco 1612, quando a função de correlação cruzada dada pela Equação (10) é usada, valores de imagens primárias no nível de profundidade z0 são calculados por: (12) e, no bloco 1613, valores de imagens múltiplas no nível de profundidade z0 são calculados usando a função de correlação cruzada como se segue: (13) No bloco 1612, quando a função de deconvolução dada pela Equação (11) é usada, valores de imagens primárias no nível de profundida- de z0 são calculados por: (14) e, no bloco 1613, valores de imagens múltiplas são calculados no nível de profundidade z0 usando a função de deconvolução como se segue: (15) Deve ser notado que, em imageamento com reflexões primárias, a condição de imageamento de deconvolução dada pela Equação (11) é fre- quentemente usada em vez de a função de correlação cruzada dada pela Equação (10) a fim de remover uma impressão de assinatura de fonte da imagem final de uma formação subterrânea. Uso da condição de imagea- mento de deconvolução, entretanto, é importante para imageamento com reflexões múltiplas por causa das assinaturas de fonte complexas, incluindo fontes secundárias.

No bloco 1614, quando um outro nível de profundidade maior que zr é selecionado, as operações associadas com os blocos 1608-1613 são repetidas para obter valores de imagens primárias e valores de imagens múltiplas para o nível de profundidade. As operações dos blocos 1608 e 1609 são repetidas para uma série de níveis de profundidade para obter uma imagem primária da formação subterrânea e uma imagem de múltiplas da formação subterrânea. No bloco 1615, a imagem primária e a imagem de múltiplas são somadas para obter uma imagem resultante tridimensional da formação subterrânea dada por: (16) Deve ser notado que, quando a função de deconvolução dada pelas Equações (11) e (14) é selecionada como a condição de imageamen- to, eliminação de fantasmas do campo de ondas de fonte descendente Sdesc não é necessária. Por outro lado, quando a função de correlação cruzada dada pelas Equações (10) e (12) é selecionada, o campo de ondas de fonte descendente Sdesc tem a eliminação de fantasmas em uma operação sepa- rada.

Os métodos de computação descritos anteriormente com refe- rência à figura 16 podem ser aplicados para imagear uma formação subter- rânea quando a superfície de aquisição de fonte usada para medir o campo de ondas de fonte descendente é uma dos vários tipos de superfícies de a- quisição de fonte descritos anteriormente com referência às figuras 7-13. Por outro lado, quando a superfície de aquisição de fonte está incorporada à fon- te, tal como descrito anteriormente com referência às figuras 14 e 15, os hi- drofones medem o campo de ondas de fonte diretamente dos canhões e suprimem o fantasma de fonte de menor amplitude. Como resultado, o cam- po de ondas de fonte descendente no bloco 1605 pode ser calculado usan- do: A Equação (17) é igual à Equação (1) exceto que ao coeficiente de reflexão r0 é designado o valor zero. Como resultado, o campo de ondas de fonte descendente não necessita ter fantasmas de fonte eliminados du- rante imageamento e o campo de ondas de fonte descendente pode ser u- sado quando eliminação de fantasmas de fonte não é necessária que é quando reflexões múltiplas tenham sido removidas dos dados sísmicos. A figura 18 mostra um exemplo ilustrativo de um sistema de computador generalizado que executa um método eficiente para computar imagens de uma formação subterrânea usando reflexões primárias e múlti- plas e, portanto, representa um sistema de processamento de dados de aná- lise sísmica para o qual a descrição é direcionada. Os componentes internos de muitos sistemas de computadores de tamanhos pequenos, médios e grandes assim como sistemas de armazenamento baseados em processa- dores especializados podem ser descritos com relação a esta arquitetura generalizada, embora cada sistema particular possa caracterizar muitos componentes adicionais, subsistemas e sistemas paralelos similares com arquiteturas similares a esta arquitetura generalizada. O sistema de compu- tador contém uma ou múltiplas unidades centrais de processamento ("CPUs") 1802-1805, uma ou mais memórias eletrônicas 1808 interligadas com as CPUs por meio de um barramento de subsistema CPU/memória 1810 ou de múltiplos barramentos, uma primeira ponte 1812 que interliga o barramento de subsistema CPU/memória 1810 aos barramentos adicionais 1814 e 1816, ou outros tipos de mídias interligação de alta velocidade, inclu- indo múltiplas interligações seriais de alta velocidade. Estes barramentos ou interligações seriais, por sua vez, conectam as CPUs e memória a proces- sadores especializados, tais como um processador de gráficos 1818, e a uma ou mais pontes adicionais 1820, as quais são interligadas a enlaces seriais de alta velocidade ou aos múltiplos controladores 1822-1827, tais como controlador 1827, que fornecem acesso a vários tipos diferentes de mídias legíveis por computador, tais como a mídia legível por computador 1828, mostradores eletrônicos, dispositivos de entrada, e outros tais compo- nentes, subcomponentes e recursos computacionais. Os mostradores ele- trônicos, incluindo tela de exibição, alto-falantes e outras interfaces de saída, e os dispositivos de entrada, incluindo mouses, teclados, telas sensíveis ao toque e outras tais interfaces de entrada, conjuntamente constituem interfa- ces de entrada e saída que permitem ao sistema de computador interagir com usuários humanos. A mídia legível por computador 1828 é um dispositi- vo de armazenamento de dados, incluindo memória eletrônica, unidade de disco ótico ou magnético, unidade USB, memória flash e outros tais disposi- tivos de armazenamento de dados. A mídia legível por computador 1828 pode ser usada para armazenar instruções legíveis por máquina associadas com os métodos computacionais descritos anteriormente e pode ser usada para armazenar dados codificados, durante operações de armazenamento, e da qual dados codificados podem ser recuperados, durante operações de leitura, por sistemas de computadores, sistemas de armazenamento dados e dispositivos periféricos. A descrição exposta anteriormente, para propósitos de explica- ção, usou nomenclatura específica para fornecer um completo entendimento da revelação. Entretanto, estará aparente para os versados na técnica que os detalhes específicos não são exigidos a fim de praticar os sistemas e mé- todos descritos neste documento. Por exemplo, qualquer número de diferen- tes implementações de métodos de processamento computacional que exe- cute geração eficiente de um imageamento tridimensional de uma formação subterrânea pode ser projetado e desenvolvido usando várias linguagens de programação e plataformas de computador diferentes e ao variar diferentes parâmetros de implementação, incluindo estruturas de controle, variáveis, estruturas de dados, organização modular e outros tais parâmetros. As re- presentações computacionais de campos de ondas, operadores e outros objetos computacionais podem ser implementados em modos diferentes.

Deve ser percebido que a descrição anterior das modalidades reveladas é fornecida para capacitar quaisquer pessoas versadas na técnica para construir ou usar a presente revelação. Várias modificações para estas modalidades estarão prontamente aparentes para os versados na técnica, e os princípios genéricos definidos neste documento podem ser aplicados para outras modalidades sem divergir do espírito ou escopo da revelação. Assim, a presente revelação não é pretendida para ficar limitada às modalidades mostradas neste documento, mas é para ser conferido a ela o escopo mais amplo consistente com os princípios e recursos inéditos revelados neste do- cumento.

Claims (22)

1. Método para computar imagens de uma formação subterrânea para ser executado por um sistema de computador que inclui um ou mais processadores e um ou mais dispositivos de armazenamento de dados, o método compreendendo instruções legíveis por máquina direcionadas para: calcular um campo de ondas de fonte descendente a partir de um campo de ondas de pressão medido em uma superfície de aquisição de fonte rebocada por um navio de exploração sísmica; decompor um campo de ondas de pressão medido em uma su- perfície de aquisição de receptores rebocada pelo navio em um campo de ondas de pressão ascendente e um campo de ondas de pressão descen- dente; e computar uma imagem da formação subterrânea com base no campo de ondas de fonte descendente combinado com o campo de ondas de pressão descendente e o campo de ondas de pressão ascendente,

2. Método de acordo com a reivindicação 1, em que calcular o campo de ondas de fonte descendente a partir do campo de ondas de pres- são compreende: calcular assinaturas de fonte teóricas a partir de gravações de pressão de campo próximo; e transformar as assinaturas de fonte teóricas de um domínio do espaço-tempo para um domínio da frequência-número de onda, em que ca- da assinatura de fonte teórica está associada com um elemento de uma fon- te sísmica rebocada pelo navio.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, em que decompor o campo de ondas de pressão compreende: transformar o campo de ondas de pressão medido e o campo de ondas de velocidade normal de um domínio do espaço-tempo para um do- mínio da frequência-número de onda; calcular o campo de ondas de pressão ascendente como uma função dos campos de ondas de pressão e de velocidade normal no domínio da frequência-número de onda; e calcular o campo de ondas de pressão descendente como uma função dos campos de ondas de pressão e de velocidade normal no domínio da frequência-número de onda.

4. Método de acordo com a reivindicação 1, em que calcular o campo de ondas de fonte descendente a partir do campo de ondas de pres- são inclui: restringir o cálculo de assinaturas de fonte teóricas com base no campo de ondas de fonte medido na superfície de aquisição de fonte.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, em que computar uma primeira imagem da formação subterrânea com base no campo de on- das de fonte descendente e no campo de ondas de pressão ascendente compreende: para cada nível de profundidade: extrapolar o campo de ondas de fonte descendente e o campo de ondas de pressão ascendente para um nível de profundidade; transformar o campo de ondas de fonte descendente e o campo de ondas de pressão ascendente do domínio da frequência-número de onda para o domínio do espaço-frequência; e calcular valores de imagem usando uma condição de imagea- mento.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, em que computar uma segunda imagem da formação subterrânea com base nos campos de ondas de pressão ascendente e descendente compreende: para cada nível de profundidade: extrapolar os campos de ondas de pressão ascendente e des- cendente para um nível de profundidade; transformar do domínio da frequência-número de onda para o domínio do espaço-frequência; e calcular valores de imagem usando uma condição de imagea- mento.

7. Mídia legível por computador tendo instruções legíveis por máquina codificadas na mesma para capacitar um ou mais processadores de um sistema de computador para executar as operações de calcular um campo de ondas de fonte descendente a partir de um campo de ondas de pressão medido em uma superfície de aquisição de fonte rebocada por um navio de exploração sísmica; decompor um campo de ondas de pressão medido em uma su- perfície de aquisição de receptores rebocada pelo navio em um campo de ondas de pressão ascendente e um campo de ondas de pressão descen- dente; e calcular uma imagem da formação subterrânea como uma fun- ção do campo de ondas de fonte descendente, do campo de ondas de pres- são ascendente e do campo de ondas de pressão descendente,

8. Método de acordo com a reivindicação 7, em que calcular o campo de ondas de fonte descendente a partir do campo de ondas de pres- são inclui: restringir o cálculo de assinaturas de fonte teóricas com base no campo de ondas de fonte medido na superfície de aquisição de fonte.

9. Método de acordo com a reivindicação 7, em que calcular o campo de ondas de fonte descendente a partir do campo de ondas de pres- são compreende: calcular assinaturas de fonte teóricas a partir das gravações de pressão de campo próximo; e transformar as assinaturas de fonte teóricas de um domínio do espaço-tempo para um domínio da frequência-número de onda, em que ca- da assinatura de fonte teórica está associada com um elemento de uma fon- te sísmica rebocada pelo navio.

10. Método de acordo com a reivindicação 7, em que decompor o campo de ondas de pressão e o campo de ondas de velocidade normal compreende: transformar o campo de ondas de pressão medido e um campo de ondas de velocidade normal medido na superfície de aquisição de recep- tores de um domínio do espaço-tempo para um domínio da frequência- número de onda; calcular o campo de ondas de pressão ascendente como uma função dos campos de ondas de pressão e de velocidade normal no domínio da frequência-número de onda; e calcular o campo de ondas de pressão descendente como uma função dos campos de ondas de pressão e de velocidade normal no domínio da frequência-n úmero de onda.

11. Método de acordo com a reivindicação 6, em que calcular uma imagem da formação subterrânea compreende: computar uma primeira imagem da formação subterrânea com base no campo de ondas de fonte descendente e no campo de ondas de pressão ascendente; computar uma segunda imagem da formação subterrânea com base nos campos de ondas de pressão ascendente e descendente; e somar a primeira imagem e a segunda imagem para formar a imagem da formação subterrânea.

12. Método de acordo com a reivindicação 11, em que computar a primeira imagem da formação subterrânea com base no campo de ondas de fonte descendente e no campo de ondas de pressão ascendente com- preende: para cada nível de profundidade: extrapolar o campo de ondas de fonte descendente e o campo de ondas de pressão ascendente para um nível de profundidade; transformar o campo de ondas de fonte descendente e o campo de ondas de pressão ascendente do domínio da frequência-número de onda para o domínio do espaço-frequência; e calcular valores de imagem usando uma condição de imagea- mento.

13. Método de acordo com a reivindicação 11, em que computar a segunda imagem da formação subterrânea com base nos campos de on- das de pressão ascendente e descendente compreende: para cada nível de profundidade: extrapolar os campos de ondas de pressão ascendente e des- cendente para um nível de profundidade; transformar do domínio da frequência-número de onda para o domínio do espaço-frequência; e calcular valores de imagem usando uma condição de imagea- mento.

14. Sistema para medir campos de ondas em volume de fluido, o sistema compreendendo: uma fonte sísmica para ser conectada a um navio e rebocada abaixo de uma superfície livre de um volume de fluido; uma superfície de aquisição de fonte para ser conectada ao na- vio e rebocada debaixo da fonte para medir campos de ondas de pressão gerados pela fonte; e uma superfície de aquisição de receptores para ser conectada ao navio e rebocada atrás da superfície de aquisição de fonte para medir campos de ondas de pressão e de velocidade normal associados com os campos de ondas de pressão gerados pela fonte.

15. Sistema de acordo com a reivindicação 14, em que a super- fície de aquisição de fonte compreende um ou mais cabos sismográficos flutuantes de fonte, cada cabo sismográfico flutuante de fonte tendo um ou mais sensores de pressão distribuídos ao longo do comprimento do cabo sismográfico flutuante de fonte.

16. Sistema de acordo com a reivindicação 15, em que a super- fície de aquisição de fonte compreende adicionalmente um cabo de trans- missão de dados transversal tendo uma primeira extremidade conectada a um primeiro cabo de transmissão de dados de fonte e uma segunda extre- midade conectada a um segundo cabo de transmissão de dados, em que os cabos sismográficos flutuantes de fonte são conectados ao cabo de trans- missão de dados transversal e os cabos de transmissão de dados de fonte são conectados ao navio.

17. Sistema de acordo com a reivindicação 15, em que a super- fície de aquisição de fonte compreende adicionalmente um ou mais cabos transversais conectados aos cabos sismográficos flutuantes de fonte.

18. Sistema de acordo com a reivindicação 15, em que os cabos sismográficos flutuantes de fonte são pesados para formar uma superfície de aquisição de fonte curvada.

19. Sistema de acordo com a reivindicação 15, em que os cabos sismográficos flutuantes de fonte têm aproximadamente o mesmo peso para colocar os cabos sismográficos flutuantes de fonte aproximadamente na mesma profundidade.

20. Sistema de acordo com a reivindicação 15, em que cada ca- bo sismográfico flutuante de fonte compreende adicionalmente um ou mais controladores de profundidade para controlar a profundidade e posição do cabo sismográfico flutuante de fonte.

21. Sistema de acordo com a reivindicação 15, em que os cabos sismográficos flutuantes de fonte são cruzados.

22. Sistema de acordo com a reivindicação 14, em que a super- fície de aquisição de fonte a ser conectada ao navio e rebocada debaixo da fonte compreende adicionalmente um único cabo sismográfico flutuante re- bocado debaixo da fonte para medir um campo de ondas de fonte descen- dente e um ou mais cabos sismográficos flutuantes rebocados em um pri- meiro lado da fonte e um ou mais cabos sismográficos flutuantes rebocados em um segundo lado da fonte localizado oposto ao primeiro lado, o um ou mais cabos sismográficos flutuantes para medir campos de ondas descen- dentes e se propagando horizontalmente.