BR102013029343A2

BR102013029343A2 - Dispositivo e método para aquisição contínua de dados

Info

Publication number: BR102013029343A2
Application number: BR102013029343-1A
Authority: BR
Inventors: John Sallas; Robert Dowle; Laurent Ruet; Benoit Teyssandier
Original assignee: Cgg Services Sa
Priority date: 2012-11-15
Filing date: 2013-11-13
Publication date: 2014-10-29
Also published as: WO2014076076A2; GB2508095B; AU2013254957A1; WO2014076076A3; DK201370680A; CN103823235A; US20140133272A1; GB201320025D0; MX2013013457A; CA2833116C; CA2833116A1; US8619497B1; NO20131504A1; GB2508095A; US9759827B2

Abstract

DISPOSITIVO E MÉTODO PARA AQUISIÇÃO CONTINUA DE DADOS Método para gerar um sinal de excitação para uma primeira fonte sísmica vibratória, de modo que a primeira fonte sísmica vibratória é acionada sem tempo de escuta. O método inclui uma etapa (2200) de estabelecer um primeiro grupo de restrições para a primeira fonte sísmica vibratória; e uma etapa (2204) de gerar um primeiro sinal de excitação para a primeira fonte sismica vibratória, com base no primeiro grupo de restrições e no primeiro espectro alvo. Os primeiros traços sísmicos registrados com diversos receptores podem ser identificados quando a primeira fonte sismica vibratória é acionada sem tempo de escuta, com base no primeiro sinal de excitação.

Description

“DISPOSITIVO E MÉTODO PARA AQUISIÇÃO CONTÍNUA DE DADOS” FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

CAMPO TÉCNICO

As formas de realização do assunto descrito aqui referem-se genericamente a métodos e sistemas e, mais particularmente, a mecanismos e técnicas para aquisição contínua de dados para exploração geofísica.

DISCUSSÃO DOS FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO A sismologia de reflexão é um método de exploração geofísica para determinar as propriedades de uma parte de uma camada de subsuperfície da terra, que é informação especialmente útil na indústria do óleo e do gás. A sismologia de reflexão marinha é baseada no uso de uma fonte controlada que remete ondas de energia para dentro da terra. Medindo-se o tempo que leva para as reflexões voltarem para diversos receptores, é possível estimar a profundidade e/ou composição dos detalhes provocando tais reflexões. Estes detalhes podem ser associados com depósitos de hidrocarbonetos subterrâneos.

Para aplicações marinhas, as fontes de uso comum são essencialmente impulsivas (p. ex., ar comprimido é repentinamente permitido expandir-se). Uma das fontes mais usadas são espingardas de ar comprimido. Uma espingarda de ar comprimido produz um elevado grau de energia acústica durante um curto tempo. Uma tal fonte é rebocada por um navio em uma certa profundidade ao longo da direção X. As ondas acústicas da espingarda de ar comprimido propagam-se em todas as direções. A espingarda de ar comprimido libera instantaneamente grandes pressões acústicas pico e energia. Uma tal fonte é ilustrada na Fig. 1. Esta figura mostra um arranjo fonte 104 sendo rebocado por um navio 101 em uma profundidade rasa. Quando o arranjo fonte é ativado, energia acústica é acoplada dentro da água e transmitida para dentro da terra, onde parte da energia é parcialmente refletida de volta do fundo do oceano 113 e das interfaces de formação de rocha 112 (camada de rocha que tem uma mudança na impedância acústica). Os sensores ou receptores 106 usados para registrar a energia refletida incluem hidrofones, geofones e/ou acelerômetros. Os receptores podem ser encapsulados em fluido carregado ou streamers sólidos 105, que são também rebocados por navios em profundidade rasa.

Atualmente, é típico para um navio rebocar múltiplos streamers com desviadores empregados para assegurar separação de streamer por uma distância fixa. A fim de manter o espacejamento apropriado entre os streamers e fontes, o navio move-se para a frente continuamente, tipicamente em uma velocidade de cerca de 4 nós (2 m/s). Em alguns casos, o streamer pode ser controlado de modo que todos os receptores estejam em uma profundidade comum ou, em outros casos, os receptores de cada streamer são controlados para seguir um perfil de profundidade particular.

Os modernos streamers são equipados com pássaros, bússolas e boias receptoras de GPS. Os pássaros são dispositivos equipados com aletas, afastadas em intervalos que ficam em comunicação com o navio para controlar a profundidade do streamer e a posição espacial transversal. Alternativamente, os receptores podem ser estacionários e posicionados no fundo do oceano como nodos autônomos ouem um cabo de fundo de oceano.

Dependendo do tipo de sensor, a energia retornando é registrada como uma pressão, velocidade ou variação de aceleração, em função do tempo de cada posição de receptor. A combinação de registros feitos em múltiplos locais de fonte e receptor pode ser usada para formar uma imagem dos aspectos subterrâneos da terra. As imagens formadas pela sismologia de reflexão são úteis para localizar estruturas que são indicativas de reservatórios de óleo e/ou gás.

Entretanto, o conteúdo de frequência das fontes impulsivas não é totalmente controlável e diferentes números, tamanhos e/ou combinações de fontes de espingarda de ar comprimido são selecionados, dependendo das necessidades de um levantamento particular. Além disso, o uso de fontes impulsivas pode apresentar certas preocupações de segurança e ambientais.

Assim, outra classe de fontes que podem ser usadas é fontes vibratórias. Para fontes vibratórias, a excitação de sinal fonte é tipicamente um chilro (sinal de excitação de onda senoidal de frequência varrida através de uma largura de faixa varrida predeterminada por um intervalo de tempo predeterminado). A formação fonte emite um chilro através de um dado comprimento varrido quando ela é rebocada por um navio movendo-se. Tipicamente, após algum período reajustado de instrumento e/ou tempo de escuta, o chilro é repetido para iniciar um novo registro para a nova posição da fonte/receptor. Assim, um registro bruto típico inclui tempo tanto varrido como escutado. Correlação pode ser empregada para colapsar os dados para produzir um registro que é similar aoque podería ser obtido usando-se uma fonte impulsiva. A técnica de utilizar uma fonte vibratória, seguida por correlação para colapsar os dados, é chamada Vibroseis.

Uma alternativa para correlação é desconvolução de assinatura fonte, por meio do que um sinal fonte medido é usado para converter o sinal fonte estendido em um impulso, que envolve o desempenho de alguma forma de divisão espectral. Em desconvolução de assinatura fonte, uma rápida transformação de Fourier (FFT) de um sinal recebido e um sinal fonte medido são tomados usando-se dados não-correlacionados ou correlacionados. Um quociente espectral é formado em que o espectro recebido é dividido pelo espectro de frequência fonte em cada frequência. Uma forrriação incluindo os quocientes espectrais resultantes é convertida de volta para o domínio de tempo usando-se uma operação de transformação de Fourier inversa (IFFT), para recuperar a resposta de impulso da terra.

Geralmente, os dados sísmicos adquiridos em levantamentos marinhos são superiores àqueles coletados em levantamentos terrestres. O acoplamento fonte em água é muito melhor e mais homogêneo do que em terra. Em terra, o acoplamento fonte é muito mais variável do que no mar porque os vibradores agitam-se nas superfícies, que podem rapidamente mudar de areia para rochas para troncos de árvores, estradas, lama etc. O ambiente marinho é geralmente mais imóvel do que para levantamentos em terra, resultando em registros com níveis de menos ruído ambiental.

Entretanto, há problemas especiais que surgem em sismologia marinha. Em razão de a fonte ser localizada embaixo da superfície da água, isto dá origem a um evento de reflexão de superfície, referido como um fantasma de superfície. O coeficiente de reflexão acústica da superfície é essencialmente -1, de modo que as ondas de pressão subindo, irradiadas pela fonte, sofrem uma inversão de polaridade quando elas se refletem para baixo para longe da superfície da água. Estes fantasmas destrutiva e construtivamente interferem com a energia irradiada primária da fonte, para produzir picos espectrais e nós no espectro de força da energia irradiada. A Fig. 2 representa o efeito do fantasma fonte sobre o espectro de força de um sinal propagando-se verticalmente, gerado por duas fontes. A curva 200 corresponde a uma fonte operando em uma profundidade de 20 m e tem nós em seu espectro a aproximadamente 0, 37,5, 75, 112,5 e 150 Hz. Para a curva 202, a fonte é a 5 m de profundidade e os nós de seu espectro aparecem a 0 e 150 Hz. As curvas da Fig. 2 foram normalizadas a seus respectivos valores pico. O fantasma de superfície produz energia construtiva para produzir os picos de curva da Fig. 2.

Observamos também que, na extremidade muito baixa do espectro e abaixo de 30 Hz, a fonte na profundidade de 20 m tem significativamente mais rendimento do que a fonte rasa. Assim, se estes fantasmas não forem tratados, eles podem resultar em deficiências espectrais nos dados de reflexão. As frequências em que estes nós ocorrem são função da profundidade da fonte e da trajetória do raio. Uma vez a maior parte da energia útil para iluminação acústica em sismologia de reflexão está próxima da vertical, os nós espectrais produzidos para as trajetórias de raio próximo da vertical são de preocupação particular. Deficiências do conteúdo espectral da energia fonte irradiada podem comprometer a qualidade e resolução da imagem processada.

Outro assunto de alguma preocupação para fontes vibratórias marinhas é o fato de que a energia irradiada é espalhada durante o tempo. Em razão de o navio, a fonte e receptores estarem-se movendo, o tempo e espaço são matematicamente acoplados. Se as fontes emitirem um sinal de frequência de varredura, o espectro fonte muda quando a fonte se move. A energia recebida também será afetada pelo movimento. Geralmente, uma correção para movimento do receptor é mais fácil de calcular do que uma correção para movimento da fonte, porque, durante um levantamento, o navio se move em uma linha reta em velocidade constante e os receptores seguem-se. Assim, durante uma varredura, um ou mais receptores passarão sobre a mesma posição. Portanto, um simples método de interpolação poderia ser empregado para combinar receptores adjacentes para criar um receptor virtual que parece estacionário.

Para chilros, quanto mais baixa a taxa de varredura e/ou quando a frequência é aumentada, maior a dispersão de fase resultante causada pelo efeito de Doppler do sinal varrido fonte. A este respeito, Allen (Patente U.S. No. 6.049.507) mostra um método para corrigir o movimento fonte, classificando os dados em fatias de inclinação constante, transformando os dados no domínio F-K (número de ondas de frequência), computando e aplicando a correção de movimento necessária a cada fatia e então somando os resultados.

Exatamente como suas contrapartes terrestres, as fontes vibratórias marinhas têm limites de produção espectral impostos elas pelas restrições do sistema. Estas restrições podem ser mecânicas, por exemplo, o curso do atuador pode limitar o grau de deslocamento de um acionador acústico, desse modo limitando o conteúdo de baixa frequência temporal de pico máximo de uma varredura. Para vibradores marinhos acionados por atuadores hidráulicos, a taxa máxima de fluxo da bomba pode limitar a velocidade do acionador e a pressão de suprimento hidráulica pode limitar a força que pode ser desenvolvida em alta frequência. Ou, como pode ser o caso para fontes vibratórias acionadas por atuadores eletromagnéticos, os componentes eletrônicos podem impor restrições de produção acústica em outras frequências, devido aos limites de tensão e/ou corrente.

Recentemente, numerosos métodos de aquisição de fonte simultâneos foram descritos principalmente pra uso em levantamentos sísmicos terrestres que são úteis para aumentar a taxa em que os dados podem ser adquiridos, desse modo reduzindo o tempo necessário para conduzir um levantamento. Becquey (Patente U.S. No. 6.704.245) descreve um método para aquisição simultânea de dados de Vibroseis que requerem o uso de sequências codificadas binárias de comprimento máximo, em combinação com permutação circular.

Dois esquemas são descritos. Em uma realização, todas as fontes utilizam versões retardadas no tempo da mesma sequência codificada, com cada formação fonte utilizando um único retardo. Correlação circular é empregada para separar as contribuições de cda fonte e então selecionar o intervalo de interesse atribuído a um retardo de tempo de fonte particular. Em uma implementação alternativa, códigos de comprimento máximo únicos são selecionados para cada formação fonte e os diferentes códigos são selecionados para serem mutuamente fracamente correlacionados. Os sinais são simultaneamente emitidos dentro da terra e um registro composto contém a superposição das emissões fonte, cada uma convoluída com a resposta de impulso da terra representativa do trajeto de sinal da fonte através da terra e para o receptor. A correlação cruzada circular dos dados recebidos com as diferentes sequências codificadas é usada para separar as contribuições fontes para o registro composto.

Entretanto, Becquey não mostra como construir sinais limitados por faixa de comprimento arbitrário, que não se baseiam em códigos binários de comprimento máximo. Além disso, Becquey não descreve como modificar sequências pseudoaleatórias para melhor adequar sua implementação em hardware real.

Sallas e Gibson (Patente U.S. No. 7.859.945, cujo inteiro conteúdo é incorporado aqui por referência) ensina um método para gerar e separar emissões simultâneas de vibradores sísmicos terrestres. Esse método cria sinais pseudoaleatórios que são somente fracamente correlacionados durante uma janela de tempo de interesse. Estes sinais são simultaneamente emitidos dentro da terra por vibradores ocupando diferentes locais. O sinal superposto, após deslocar-se através da terra, é registrado usando-se uma linha receptora compartilhada. O registro composto é correlacionado e provido de janela com os vários sinais de excitação, bem como sinais fontes medidos. Após transformar os sinais correlacionados providos de janela no domínio de frequência usando-se FFT’s, um método de separação de matriz é usado para separar as computações de fonte individuais, frequência por frequência. Os vetores de matriz resultantes são então transformados em frequência inversa, de volta para o domínio do tempo, desse modo criando um esquema de desconvolução de assinatura fonte útil.

Smith (Patente U.S. No. 6.942.059) mostra um método pelo qual múltiplos vibradores marinhos são implementados em diferentes profundidades para formar uma formação fonte composta. Para cada profundidade, uma única varredura de chilro ou sequência de varreduras é prescrita. As contribuições fonte para cada profundidade podem ser separadas em virtude do fato de que elas cobrem diferentes larguras de faixa e/ou têm diferentes taxas de varredura e/ou têm frequências que se sobrepõem em diferentes tempos. O objetivo de Smith é duplo: aumentar a produtividade cobrindo a largura de faixa sísmica total mais rapidamente e eliminar o fantasma fonte e os nós espectrais resultantes, criados por reflexões de superfície.

Uma dificuldade prática com esta abordagem é que ela não requer um elevado nível de energia de saída de fonte combinado, que é capaz de realizar seu objetivo citado de adquirir um conjunto de tiros no mesmo tempo que é feito com espingardas de ar comprimido (tipicamente 6 s).

Para ajudar a mitigar problemas associados com restrições de equipamento, Bagaini (Patente U.S. No. 7.327.633) descreve um método que considera uma restrição de baixa frequência devida ao curso do atuador no projeto de varreduras de chilro do vibrador. Sallas (Publicação de Pedido de Patente U.S. No. 2011/0085416) provê uma extensão de largura de faixa de vibrador, enquanto aceitando múltiplas restrições de equipamento e meio-ambiente. Ambos os documentos tratam apenas de aquisição Vibroseis quando varreduras de onda senoidal varrida (chilros) são para ser empregadas.

Em aquisição sísmica, é desejado realizar o levantamento no mais curto tempo possível. Quanto mais rápido um volume de dados possa ser adquirido sem significativo compromisso com qualidade, mais baixo o custo da aquisição de dados. Assim, um método que pode contínua e simultaneamente registrar dados de várias fontes sem parar é valioso. Não há necessidade de repetidamente começar e parar o registro. Além disso, um sistema que permite flexibilidade na maneira em que os dados registrados podem ser analisados mais tarde, durante processamento, provê uma abordagem em que a densidade de tiro pode ser aumentada para melhorar a amostragem espacial do levantamento, se desejado.

Assim, há necessidade de prover-se um método para reduzir o tempo de aquisição de um levantamento sísmico realizado com uma fonte vibratória.

RESUMO DA INVENÇÃO

De acordo com uma forma de realização exemplar, há um método para gerar um sinal de excitação para uma primeira fonte sísmica vibratória, de modo que a primeira fonte sísmica vibratória é acionada sem tempo de escuta. O método inclui uma etapa de determinar um primeiro espectro alvo para a primeira fonte sísmica vibratória; uma etapa de gerar um primeiro sinal de excitação para a primeira fonte sísmica vibratória, com base no primeiro grupo de restrições e no primeiro espectro alvo. Os primeiros traços sísmicos registrados em diversos receptores podem ser identificados quando a primeira fonte sísmica vibratória é excitada sem tempo de escuta, com base no primeiro sinal de excitação.

De acordo com outra forma de realização exemplar, há um dispositivo de computação para gerar um sinal de excitação para uma primeira fonte sísmica vibratória, de modo que a primeira fonte sísmica vibratória é excitada sem tempo de escuta. O dispositivo de computação inclui uma interface configurada para receber um primeiro espectro alvo para a primeira fonte sísmica vibratória e para receber um primeiro grupo de restrições para a primeira fonte sísmica vibratória. O dispositivo de computação inclui ainda um processador conectado à interface e configurado para gerr um primeiro sinal de excitação para a primeira fonte sísmica vibratória, com base no primeiro grupo de restrições e no primeiro espectro alvo. Os primeiros traços sísmicos com diversos receptores podem ser identificados quando a primeira fonte sísmica vibratória é excitada sem tempo de escuta, com base no primeiro sinal de excitação.

De acordo com outra forma de realização exemplar, há um meio legível por computador, incluindo instruções executáveis por computador, em que as instruções, quando executadas por um processador, implementam o método discutido acima.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Os desenhos anexos, que são incorporados em e constituem uma parte do relatório, ilustram uma ou mais formas de realização e, juntos com a descrição, explicam estas formas de realização. Nos desenhos. A Fig. 1 ilustra um sistema de levantamento sísmico marinho tradicional; A Fig. 2 é um gráfico comparando o efeito que uma reflexão fantasma de superfície tem sobre uma plotagem de densidade espectral de força para fontes ideais operando em duas diferentes profundidades; A Fig. 3 ilustra um sistema de levantamento sísmico de acordo com uma forma de realização exemplar; A Fig. 4 é um diagrama esquemático de um sistema de aquisição de dados vibratório marinho, de acordo com uma forma de realização exemplar; A Fig. 5 é um diagrama esquemático de uma fonte vibratória marinha de acordo com uma forma de realização exemplar;

As Figs. 6A-B são diagramas mostrando várias restrições que limitam uma saída de vibrador de acordo com uma forma de realização exemplar; A Fig. 7 é um fluxograma de um método para determinar sinais de excitação pseudoaleatórios para operar continuamente duas fontes vibratórias de acordo com uma forma de realização exemplar; A Fig. 8 é um fluxograma de um método para determinar sinais de excitação pseudoaleatórios contínuos para uma fonte vibratória de baixa frequência, de acordo com uma forma de realização exemplar; A Fig. 9 é um fluxograma de um método para determinar sinais de excitação pseudoaleatórios contínuos para uma fonte vibratória de alta frequência, de acordo com uma forma de realização exemplar;

As Figs. 10A-C são uma ilustração de dois espectros alvo de amplitude de fonte e o espectro composto objetivo resultante, de acordo com uma forma de realização exemplar;

As Figs. 11A-B são uma ilustração das sequências de excitação de origem, de acordo com uma forma de realização exemplar;

As Figs. 12A-B são uma ilustração das sequências de excitação final, de acordo com uma forma de realização exemplar;

As Figs. 13A-C são magnitudes de correlação auto e transversais-circulares dos sinais de excitação final, de acordo com uma forma de realização exemplar; A Fig. 14 é um diagrama esquemático de um modelo acústico simples ilustrando trajetos de raio de chegada direta, fantasma de superfície e reflexão de subsuperfície, de acordo com uma forma de realização exemplar; A Fig. 15 ilustra a análise do registro de dados contínuos adquiridos, de acordo com uma forma de realização exemplar; A Fig. 16 é um fluxograma ilustrando um método para separar o registro combinado de acordo com uma forma de realização exemplar;

As Figs. 17A-B ilustram função de janela fonte e receptora, empregada em um / processo de separação de acordo com uma forma de realização exemplar;

As Figs. 18A-D ilustram ondinhas resultantes da correlação cruzada dos dados de receptor com sinais de excitação de fonte, de acordo com uma forma de realização exemplar;

As Figs. 19A-D ilustram ondinhas resultantes do processo de desconvolução de separação/assinatura de fonte, de acordo com uma forma de realização exemplar;

As Figs. 20A-D ilustram ondinhas resultantes do processo de desconvolução de separação/assinatura de fonte, após remoção do fantasma de fonte de acordo com uam forma de realização exemplar. A Fig. 21 ilustra uma fonte vibratória de terra, que pode ser configurada para continuamente varrer de acordo com uma forma de realização exemplar; A Fig. 22 é um fluxograma de um método para gerar um sinal de excitação para uma fonte sísmica vibratória, de modo que a fonte sísmica vibratória seja acionada sem tempo de escuta, de acordo com uma forma de realização exemplar; e A Fig. 23 ilustra um streamer de perfil curvo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A seguinte descrição das formas de realização exemplares refere-se aos desenhos acompanhantes. Os mesmos números de referência em diferentes desenhos identificam os mesmos ou elementos similares. A seguinte descrição detalhada não limita a invenção. Em vez disso, o escopo da invenção é definido pelas reivindicações anexas. As seguintes formas de realização são discutidas, para simplicidade, com respeito a um método para criar um conjunto de sinais de excitação pseudoaleatórios continuamente repetidos para vibradores marinhos. Entretanto, as formas de realização a serem discutidas em seguida não são limitadas a uma fonte sísmica marinha, porém podem ser aplicadas a outras estruturas que geram uma onda sísmica tendo uma faixa de frequência controlada, por exemplo, uma fonte sísmica terrestre. A referência por todo o relatório a “uma forma de realização” significa que um detalhe, estrutura ou característica particular descrita com relação a uma uma forma de realização é incluído em pelo menos uma forma de realização do assunto descrito. Assim, o aparecimento das frase “em uma forma de realização” em vários locais por todo o relatório não necessariamente refere-se à mesma forma de realização. Além disso, os detalhes, estruturas ou característica particulares podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais formas de realização.

De acordo com uma forma de realização exemplar, há um método para criar um conjunto de sinais de excitação pseudoaleatórios continuamente repetidos, que são mutuamente fracamente correlacionados durante um tempo de escuta. Os sinais podem ser modificados para honrar limites de fonte para ajudar a maximizar saída irradiada sujeita àquelas restrições. O conjunto de sinais pseudoaleatórios pode ser baixado em uma unidade de interface de fonte (um computador e/ou outro instrumento eletrônico adequado, que tenha sido programado e configurado para excitar e controlar um ou mais conjuntos de vibradores marinhos). Os vibradores marinhos e sensores de receptores são rebocados por um navio (ou navios) equipado com a unidade de interface de fonte, um sistema de registro de dados, um equipamento de controle de streamer de navegação e fonte. Alternativamente, é antecipado que os sensores receptores podem ser estacionários, por exemplo, implementados em nós autônomos no fundo do oceano ou em um cabo de fundo de oceano.

Quando do comando pela unidade de interface de fonte, o conjunto de sinais pseudoaleatórios é simultaneamente emitido por várias fontes vibradoras ou formações de fonte implementadas em diferentes profundidades ou locais e registrado em receptores comuns para formar um registro composto. Por exemplo, as fontes vibradoras podem ser localizadas em duas diferentes profundidades, ao longo de uma curva variando em profundidade parametrizada etc. Para simplicidade, a seguir, as fontes vibradoras sao consideradas serem localizadas em duas diferentes profundidades. O método pode incluir algoritmos para separar o registro composto em conjuntos de tiros correspondendo a cada formação de fonte. As contribuições separadas podem então ser combinadas em subsequentes etapas de processamento para mitigar problemas associados com fantasmas de fonte, e movimento de fonte/receptor. Estas novas concepções são agora discutidas em mais detalhes.

Voltando para a Fig. 3, um navio 301 reboca um flutuador 302 que pode ser dirigido na superfície do mar. Duas fontes marinhas 303 e 304 são suspensas do flutuador 302 (ou de diferentes flutuadores) em diferentes profundidades fixas. As fontes 303 e 304 podem incluir um ou mais vibradores, suspensos por um ou mais flutuadores. A fonte vibratória de baixa frequência 303 é colocada em uma primeira profundidade, por exemplo, 20 m. Ao mesmo tempo, a fonte vibratória de alta frequência 304 é rebocada em uma profundidade rasa, por exemplo, 5 m. O navio 301 também reboca o streamer 305 que contém múltiplos receptores 306 (tipicamente hidrofones que são responsivos a sinais de pressão de som na água). Múltiplos hidrofones são tipicamente interconectados para formar uma formação em linha de receptor, que pode abarcar 12,5 m; esta é referida como um “grupo receptor” com um “intervalo de grupo” de 12,5 m. O streamer é equipado com conversores A/D (não mostrados) para digitalizar cada saída de grupo receptor com os dados digitalizados remetidos através de cabo elétrico ou de fibra óptica de volta para o navio para serem registrados. Além disso, um desviador 307 pode ser usado para puxar a seção de streamer para fora para uma largura operacional prescrita. O desviador é ligado ao navio através de um condutor na seção 308. Há também uma seção de estiramento 309, localizada entre o desviador 307 e o streamer 305, para mitigar os ruídos de rebocagem e reduzir as forças de guinada nos streamers que podem sr muito longos, apresentando uma correspondente grande carga inercial. Observamos que um diferente navio pode ser colocado para rebocar as fontes separadamente do navio usado para reboar o(s) streamer(s). Também observamos que, mais do que um flutuador, um tubo de comunicação submerso, equipado com superfícies de controle (aletas) podería ser rebocado pelo barco com as fontes seguindo atrás, desse modo mitigando variações de ruído e profundidade de fonte devido a vagas.

As duas fontes 303 e 304 são equipadas com eletrônicos adequados para acionar/controlar seus atuadores e receber força do navio e dos comandos de controle através dos cabos 310 e 311, que se conectam à unidade de interface de fonte de navio 320. Os streamers podem ser equipados com sistemas GPS em boias traseiras (não mostradas), radares (não mostrados) para controle de profundidade de posição de streamer, bússolas (não mostradas) em intervalos ao longo do comprimento do streamer e/ou outros dispositivos úteis para medir posição de streamer e/ou formato de streamer (esta informação sendo útil para determinar as posições do grupo receptor para cada ponto do tempo). Traçando-se um trajeto de raio de energia, p. ex., uma emissão acústica pelo vibrador marinho 303 é observado que o raio propaga-se através da água, passa através do fundo do oceano 313, onde ele pode chocar-se com um refletor, por exemplo, um ponto localizado em uma interface 312 entre duas camadas subterrâneas (p. ex., uma camada de lama e uma camada de rocha). Uma parte da energia incidente é refletida de volta para a superfície e propaga-se de volta através do fundo do oceano 313 e através da água em que a energia refletida choca-se com um hidrofone 306. O transdutor de hidrofone converte a energia acústica recebida em energia elétrica, que é amostrada por um conversor A/D em um valor numérico. Os dados digitais são multiplexados com os dados recebidos por outros grupos receptores e transmitidos através do streamer 305 de volta para o sistema de aquisição sísmica a bordo, onde sãp registrados. Ao mesmo tempo, um sinal representativo da saída do vibrador da fonte 303 é digitalizado e transmitido de volta para o navio via um conduto de transmissão de dados localizado no cabo 310, para integração com o aparelho de dados receptor.

Um exemplo de um sistema de aquisição de dados sísmicos é mostrado na Fig. 4. O sistema de aquisição de dados sísmicos 400 pode incluir um consolo de usuário 406 (por exemplo: um teclado, botões, chaves, tela de toque e/ou joy stick) para prover um meio para pessoal dar entrada em comandos e configuração dentro do sistema. Um dispositivo monitor 407 pode ser usado para mostrar: a posição do streamer, representações visuais de dados adquiridos, informação de status de fonte e receptor, informações de levantamento e outras informações importantes para o processo de aquisição de dados sísmicos. Uma unidade de interface de fonte e receptor 403 recebe os dados sísmicos de hidrofone, através do conduto de comunicação de streamer 402, bem como as informações de posição de streamer; o link é bidirecional, de modo que os comandos podem também ser remetidos para os radares para manter posicionamento de streamer apropriado. A unidade de interface de fonte e receptor 403 também comunica-se bidirecionalmente com as fontes através do conduto de comunicação de fonte 401. Os sinais de excitação de fonte, controle de fonte, sinal de saída de fonte medido, informação de status de fonte podem ser trocados através deste link entre o sistema de aquisição de dados sísmicos e o controlador de vibrador marinho. O consolo de usuário 406, a unidade de interface de fonte e receptor 403, uma unidade de processamento 405, unidade de armazenagem de dados 404 e o monitor 407 são todos ligados juntos através de um barramento de comunicação de sistema de aquisição de dados sísmicos 408. O barramento 408 permite um trajeto de dados para coisas como: a transferência e armazenagem de dados que se originam dos sensores de fonte ou receptores de streamer; para a unidade de processamento 405 para acessar os dados armazenados contidos na memória da unidade de armazenagem de dados 404; para a unidade de processamento 405 remeter informações para exibição visual para a unidade de monitor 407; ou para o usuário remeter comandos para os programas operacionais do sistema que poderíam residir em na unidade de processamento 405 ou na unidade de interface de fonte e receptor 403.

Um exemplo de um elemento de fonte vibratório (303 ou 304) é agora discutido com respeito à Fig. 5. O elemento fonte 500 é configurado como um duplo acionador. Outros tipos de elementos fonte podem ser usados. Nesta forma de realização, o elemento fonte acústico 500 emprega acionadores eletromagnéticos magnéticos móveis, porém implementações alternativas que empregam bobina móvel, atuadores pneumáticos ou hidráulicos podem ser usadas em seu lugar. O duplo acionador consiste de um recinto 516 que é pressurizado com ar para equilibrar a pressão hidrostática da água na profundidade.

Ar pressurizado externo pode ser suprido via uma mangueira (não mostrada) para um tanque de ar localizado no flutuador 302 ou para um tanque ou compressor de ar localizado no navio 301. Um controlador de vibrador 501 recebe sinais de excitação e força elétrica externa da unidade de interface de fonte e receptor 403 localizada no navio. O controlador de vibrador 501 contém um sistema de controle de realimentação, para assegurar que a saída acústica seja sincronizada e espectralmente corresponda ao sinal de excitação. O controlador de vibrador 501 pode incluir: suprimentos de força DC para converter força AC do navio; amplificadores de força para acionar os estatores 502 e 503 dos acionadores de eletroímã móveis; uma CPU programada para rodar algoritmos de controle; um conjunto de conversores A/D para digitalizar sinais de realimentação; e uma pequena unidade de comunicações para amortecer, remeter e receber sinais para a/da unidade de interface de fonte e receptor 403.

Quando o controlador de vibrador 501 recebe um sinal de excitação, seu amplificador de força aplica uma corrente às bobinas 502 e 503 que são fixadas dentro de uma estrutura de estator de laminado de aço. Quando a corrente da bobina muda, o campo magnético muda no circuito magnético formado entre a unidade de estator, a folga e armadura de eletroímã permanente. Os eletroímãs permanentes, localizados nas armaduras 504 e 505 reagem à mudança do campo magnético da folga e farão com que a armadura sofra movimento linear. As armaduras de eletroímã móveis 504 e 505 são rigidamente fiadas aos pistões 508 e 509, respectivamente, que estão em contato com a água circundante.

Mancais 506 e 507 mantêm a armadura centrada. Molas 510 e 511, por exemplo, molas lamelares, ajudam a manter alinhamento apropriado, bem como provêm centragem de força-zero. Os pistões 508 e 509 são conectados ao recinto 516 em torno de seu perímetro via um mecanismo de selagem circunferencial 512 e 513, que pode ser formado com foles metálicos ou outro meio adequado, que permita movimento axial enquanto, ao mesmo tempo, evitando ingresso de água para o interior do recinto. Os pistões 508 e 509 são aproximadamente de 1 metro de diâmetro.

Um sensor de deslocamento, por exemplo, LVDTs 517 e 518 proveem informação de alimentação de posição de pistão para o controlador de vibrador 501, que pode ser usado por um regulador pneumático localizado dentro do controlador de vibrador para manter equilíbrio hidrostático. Sensores de aceleração, p. ex., acelerômetros 514 e 515, são fixados aos pistões, de modo que a aceleração axial dos pistões possa ser medida. Para fontes que são pequenas em comparação com o comprimento de onda de som em água, a aceleração do pistão provê uma estimativa útil da saída acústica de fonte. A saída dos LVDTs 517 e 518, em combinação com os sinais de acelerômetros 514 e 515, podem ser combinados no controlador de vibrador para prover realimentação útil para ajustar a saída do amplificador de força, para assegurar que a aceleração do pistão corresponda ao sinal de excitação de fonte. O controlador de vibrador 501 é configurado de modo que o movimento do pistão seja sincronizado com tanto os pistões movendo-se para fora juntos ou para dentro juntos, desse modo atuando como uma fonte acústica volumétrica. Em virtude do fato de que a fonte é simétrica, tende a mitigar vibração do recinto indesejada. O sinal dos acelerômetros 514 e 515 é digitalizado pelo controlador de vibrador 501 e transmitido de volta para a fonte e unidade de interface de receptor 403 para integração com os dados do receptor.

Por esta descrição da fonte, pode ser observado que há limites tanto elétricos como mecânicos para o atuador de fonte. Para um atuador eletromagnético, os limites podem incluir: limites de curso impostos pelo deslocamento do atuador; restrições de velocidade devidas a preocupações acerca da vida de uso dos mancais, buchas e selagens; restrições de aceleração para evitar cavitação para fontes operando em profundidade rasa; restrições de corrente devidas a problemas de desempenho de amplificador ou atuador de força; e restrições de tensão devidas a suprimento de força, potências nominais de amplificador ou rompimento de isolamento de fio. Para ilustrar esta idéia, consideremos restrições de saída para tanto um vibrador de baixa frequência (LFV) que é rebocado em uma profundidade de 20 m e um vibrador de alta frequência (HFV) que é rebocado em uma profundidade de 5 m. Em razão de as faixas de frequência para o LFV e HFV serem diferentes, pode ser observado que para otimizar o desempenho o tamanho e potências nominais para os vários componentes usados nos acionadores de LFV e HFV podem ser diferentes, desse modo apresentando diferentes restrições de equipamento. Para este exemplo, consideremos as seguintes classificações do equipamento: Limites picos de LFV: deslocamento = 14 mm velocidade = 2 m/s corrente = 40 A tensão = 400 V, e para limites picos de HFV: deslocamento = 7 mm velocidade = 2 m/s corrente = 40 A tensão = 400 V

Com referência agora às Figs. 6A e 6B, a restrição imposta sobre a aceleração do pistão pico vs. frequência é plotada devido a cada limite pico mecânico ou elétrico que se aplicaria sob excitação senoidal. Em razão das condições de acoplamento de fonte operacional/acústica serem tão uniformes no ambiente subaquático, o desempenho do atuador é muito estável/previsível. As restrições para o LFV são ilustradas na Fig. 6A e para o HFV são ilustradas na Fig. 6B (a restrição da velocidade não é mostrada porque para este exemplo ela não restringe o desempenho). Por modelagem, usando-se informação provida pelo fabricante, ou por medição empírica, as várias funções de transferência relativas à saída de aceleração do pistão para a variável da entrada de interesse podem ser computadas. A resultante aceleração de saída do pistão (em uma escala dB relativa a aceleração pico de 1 m/è2) é plotada versus frequência nas Figs. 6A-B quando os seguintes limites são aplicados: o deslocamento de pistão 601 e 604, velocidade de pistão (não mostrada), corrente de atuador 602 e 605 e tensão de atuador 603 e 606. Como pode ser visto, as relações são variante de frequência devida a muitos fatores, por exemplo, uma ressonância de massa/mola próxima de 4 Hz no gráfico 602, onde a massa efetiva é a soma do pistão/armadura e impedância de radiação efetiva da água e a elasticidade efetiva formada combinando-se as contribuições do efeito de mola das molas de ar pressurizado/lâmina 510 e 511 aprisionadas no recinto e foles 512 e 513.

Outros fatores influenciando a função de transferência incluem mas não são limitados a: resistência de bobina de atuador, indutância de bobina de atuador, fator de força de atuador e dinâmica de amplificador. Observamos também que, quando a frequência muda, o parâmetro de limitação, que restringe a saída, pode mudar. Assim, por exemplo, com referência à Fig. 6A, o limite prevalecendo que restringe a saída do LFV é: deslocamento 601 através da faixa de 1 - 7 Hz, limites de corrente emitidos através da faixa de 7 - 20 Hz e tensão através da faixa de frequência de 20 - 100 Hz. A restrição prevalecendo para uma frequência particular na aceleração de saída é o mínimo local das várias curvas de restrição.

As curvas ilustradas nas Figs. 6A e 6B podem ser suficientes para predizer restrições para fontes empregando excitações senoidais que poderíam ocorrer enquanto empregando-se chilros. Entretanto, embora estas curvas sejam úteis, elas não são suficientes quando sinais de excitação pseudoaleatórios são usados. Em razão de sinais pseudoaleatórios terem muitas frequências presentes ao mesmo tempo, não é possível predizer o efeito que eles têm sobre a restrição da saída de pico empregando-se somente as amplitudes de função de transferência mostradas nas Figs. 6A e 6B. O espectro de fase necessita também ser considerado.

Para manusear os sinais pseudoaleatórios, as representações de função de transferência de Laplace das relações que existem entre os vários parâmetros e aceleração limitantes são muitíssimo úteis. Elas proveem uma ferramenta para calcular valores instantâneos de: deslocamento, velocidade, corrente ou tensão para uma forma de onda de aceleração predefinida. O uso da função de transferência de Laplace provê uma maneira para avaliar restrições de aceleração instantânea, quando sinais de excitação arbitrários são aplicados, como sinais pseudoaleatórios.

As várias funções de transferência expressas no domínio de Laplace são definidas abaixo, onde “s” é o operador Laplace. “s” torna-se “??” no Fourier ou domínio de frequência com a letra Grega iota “i” sendo a raiz quadrada de -1 e “?” sendo a frequência natural (radianos/s) Com esta notação, para tanto LFV como HFV, as seguintes funções de transferência são introduzidas para transformar o deslocamento, corrente e tensão para o domínio de aceleração ou para transformar a aceleração para o deslocamento, corrente e tensão como segue: com Disp, IDisp e ? sendo explicados abaixo.

For LFV, com coeficientes: ? = ? radianos/s, wLc = 2? (4) radianos/s, LKcur =0.4 m/A-s2, wLv = 2? (5.5) radianos/s, e LKvolt= 0.13 m/V-s2. O coeficiente “wLc” é a frequência natural da função de transferência de corrente correspondendo à ressonância do sistema 4 Hz em evidência como um pico no gráfico 602. O coeficiente “wLv” é a frequência natural da função de transferência de tensão em evidência como um pico em 5,5 Hz no gráfico 603.

Para o HFV, as seguintes equações se aplicam: com coeficientes: wHc = 2? (28) radianos/s, HKcur = 0.4 m/A-s2, wHv = 2 ? (58) radianos/s, and HKvolt = 0.13 m/V-s2. O coeficiente “wHc” é a frequência natural da função de transferência de corrente correspondendo à ressonância do sistema de 28 Hz em evidência como um pico no gráfico 605. O coeficiente “wHv” é a frequência natural da função de transferência de tensão em evidência como um pico a 58 Hz no gráfico 606. “HKcur” é o coeficiente de conversão da aceleração da corrente e “HKvolt” é um coeficiente de conversão da aceleração da tensão.

Na Equação (1), a função “Disp(s) descreve uma transformada útil para mapear o deslocamento para aceleração (filtro de deslocamento), que se aplica tanto a LFV como HFV, enquanto na equação (2) a função “IDisp(s)” é a função recíproca que mapeia a aceleração para o deslocamento (filtro de deslocamento recíproco). Igualmente, na equação (3) a função “LCur(s)” para o LFV; e na equação (7) a função “HCur(s)” para o HFV mapeia a corrente na aceleração do pistão (filtro de corrente), enquanto na equação (5) “ILCur(s)” e na equação (9) “IHCur(s)” são as funções recíprocas correspondentes (filtro de corrente recíproco). Também na equação (4) “LVolt(s)” e na equação (8) “HVolt(s)” são funções úteis para mapear a tensão na aceleração para o LFV e HFV respectivamente (filtro de tensão), com correspondentes funções recíprocas (6) “ILVolt(s)” e (10) “IHVolt(s)” (filtro de tensão recíproco). O coeficiente representado pela letra Grega zeta “?” foi inserido para estabilizar a função recíproca para todas as frequências. Assim, o valor selecionado para ? somente terá efeito para frequências muito baixas (abaixo de 1 Hz), que são frequências bem baixas operando as frequências de excitação de interesse. Retornando para as Figs. 6A-B, avaliando-se a magnitude do Filtro de Corrente LFV (equação 3) em diferentes frequências (substitui s—>? ?? —» i 2 ? f, por f em Hz) e então multiplicando-o por 40 amps (o limite da corrente), é possível estimar a aceleração do pistão pico para excitação senoidal. Quando a aceleração do pistão pico é plotada, esta corresponde à curva 602 após a aceleração ser convertida em uma escala dB tomando-se sua amplitude (Y) relativa a 1 m/s2 (X) (em outras palavras, Y é convertido em dB por 20 log10 (Y/X)).

Para o caso de sinais de excitação pseudoaleatórios que representam a desejada aceleração do pistão, versões digitais dos filtros recíprocos podem ser implementadas em um computador digital, para estimar o deslocamento, velocidade, corrente e tensão. O sinal de excitação pseudoaleatório pode ser convoluído com os vários filtros recíprocos para predizer o deslocamento, velocidade, corrente e formas de onda de tensão. A convolução no domínio do tempo corresponde à multiplicação no domínio da frequência. Assim, tomando-se uma FFT do sinal de excitação e então multiplicando-se-a pelo valor do filtro recíproco para cada ponto de frequência da FFT e então realizando-se uma IFFT para pegar o resultado de volta para o domínio do tempo, as estimativas de forma de onda para o deslocamento do pistão, velocidade do pistão, corrente de atuador e tensão de atuador podem ser computadas. Aquelas estimativas de forma de onda podem então ser avaliadas para determinar seus respectivos valores de pico e comparadas com seus respectivos limites.

Como anteriormente discutido, é desejável que o espectro de emissão de fonte não contenha nós. Com referência agora de volta à Fig. 2, pode ser visto que fontes operando a 20 m (curva 200) têm efetivamente saída de mais baixa frequência do que as fontes rasas operando a 5 m de profundidade (curva 202). Entretanto, a fonte profunda tem diversos nós, enquanto a fonte rasa não tem. Operando-se fontes em duas profundidades com sinais de excitação que não interferem destrutivamente, um espectro composto, que não tem nós através da faixa sísmica de interesse (tipicamente 5-100 Hz), pode ser produzido. Antecipamos que em alguns levantamentos sísmicos, por exemplo, onde os nós se situam fora da faixa de frequência de interesse ou de pouca preocupação por outras razões, fontes vibratórias marinhas podem ser rebocadas em somente uma profundidade, em cujo caso um sinal de excitação, compatível com as restrições de fonte, é ainda requerido, porém a geração de dois sinais de excitação não-interferentes pode não ser necessário; e para este caso somente um único sinal de excitação pseudoaleatório é usado.

Em seguida, um processo para gerar sinais de excitação de fonte é discutido com referência à Fig. 7. Observamos que os sinais de excitação de fonte são calculados antes da utilização das fontes. A Fig. 7 é um fluxograma que detalha as etapas empregadas para criar dois sinais pseudoaleatórios que podem ser usados para excitar vibradores marinhos operados em duas diferentes profundidades. Além disso, os sinais pseudoaleatórios são projetados de modo que os dois vibradores marinhos operem simultaneamente e possam ser operados continuamente para produtividade aumentada e sem interferência.

Nas etapas 700 a 706, o espectro alvo desejado para cada fonte é definido e os parâmetros limitantes para cada dispositivo são especificados. Por exemplo, espectros alvo como mostrados nas Figs. 10A e 10B são selecionados, onde as curvas 1001 e 1002 correspondem, respectivamente, ao desejado espectro alvo normalizado LFV e HFV exibido em uma escala linear. O espectro alvo composto 1003 foi selecionado para cobrir as frequências sísmicas de interesse, enquanto a divisão do espectro é determinada com base no conhecimento da profundidade em que as fontes vibradoras vão operar, para este exemplo as profundidades foram 20 m e 5 m para o LFV e HFV, respectivamente, em combinação com as especificações de desempenho do vibrador. O espectro alvo LFV 1001 deste exemplo foi escolhido para suavemente afilar-se para cima em amplitude, começando a 2 Hz, em seguida manter saída total através da faixa de 6 - 28 Hz e então suavemente afilar-se para baixo até saída zero a 32 Hz. O espectro i alvo HFV 1002 suavemente afila-se para cima em amplitude começando a 28 Hz, mantém amplitude total através da faixa de 32 Hz a 96 Hz e suavemente afila-se para baixo até zero a 100 Hz. É desejado que um espectro alvo suave seja empregado porque, em geral, ângulos ou descontinuidades de um espectro de amplitude de sinal indicam artefatos indesejáveis na função de autocorrelação de sinais, como elevados níveis de lobos laterais. Observe-se que para esta forma de realização os espectros alvo foram escolhidos serem espectralmente planos; porém outros formatos podem ser usados, por exemplo, um espectro alvo que aumenta de amplitude com a frequência para compensar absorção da terra. O espectro composto é ilustrado na Fig. 10C como curva 1003 e representa a saída espectral combinada de sinais de excitação LFV e HFV. O intervalo de frequência 1004 indica a região de sobreposição espectral entre as fontes LFV e HFV, através da qual ambas as fontes têm alguma saída. A faixa de sobreposição espectral 1004 é (FOa, FOb), para este exemplo, e estende-se de 28 a 32 Hz. Assim, algumas sequências de partida são geradas usando-se um gerador de números aleatórios, cujo comprimento é igual ao desejado comprimento de varredura (aproximadamente 16,4 s para este exemplo com um intervalo de amostragem de 2 ms) e “N” é o número de amostras no registro prescrito. Em geral, o algoritmo empregado para criar estas sequências de partida não é importante, por exemplo, o gerador de número aleatório Mathcad “rnorm( )” foi usado para gerar uma sequência com uma sequência de distribuição normal com um meio zero e um desvio padrão de 3. A este respeito, as Figs. 11A e 11B representam o primeiro 0,5 s da sequência de partida A 1101 e B 1102, respectivamente, que serão modificadas para tornarem-se os desejados sinais de excitação representativos dos sinais de saída de aceleração do pistão para as fontes LFV e HFV, respectivamente. O intervalo de amostra para a representação digital destes sinais é 2 ms. As sequências de partida A e B são geradas na etapa 706 da Fig. 7. É observado que os limites de fonte considerados nas etapas 704 e 706 podem variar de levantamento para levantamento ou de elemento fonte para elemento fonte.

Continuando com a Fig. 7, um circuito iterativo é formado na etapa 708 para modificar a sequência “A” para formar um sinal de excitação LFV útil. Após o sinal de excitação LFV ser determinado na etapa 708, o algoritmo avança para a etapa 710, em que o sinal de excitação HFV é gerado.

As etapas 708 e 710 são agora examinadas mais detalhadamente com respeito às Figs. 8 e 9. Com respeito à Fig. 8, na etapa 800 um contador de circuito externo “j” é inicializado. A sequência “A” é convertida na etapa 802 para o domínio de frequência utilizando-se, por exemplo, um FFT para produzir um vetor “FA” de números complexos em cada frequência distinta com índice “m”. O número de elementos no vetor de matriz complexa “FA” é igual a “NFFT”. Em razão de o algoritmo trabalhar com valores reais e não sequências complexas no tempo, somente as frequências positivas precisam ser computadas, de modo que o número de pontos na FFT será de aproximadamente metade e o número de pontos N nas sequências “A” e “B” será também igual a “NFFT”. A este respeito, pode ser observado que, utilizando-se somente as frequências positivas, se terá o número de computações, desse modo melhorando a eficiência do software.

Na etapa 804, o espectro de amplitude pode ser tornado uniforme para preencher quaisquer nós espectrais e conformado em parte ao desejado espectro alvo LFV 1101. Agora, o espectro de amplitude e a autocorrelação de um sinal são firmemente ligados. Uma propriedade a observar é que um sinal com um espectro de amplitude contínuo uniforme tenderá a possuir uma autocorrelação com baixos níveis de lobo-lateral; desse modo, o sinal não cria artefatos, que poderíam ser mal entendidos por eventos de reflexão sísmica em um registro correlacionado. A equação (11) mostra como isto é conseguido para cada elemento de frequência.

Considerando-se que o símbolo é interpretado como “torna-se” ou “substituído por” onde em um programa de computador “X<-Y” implicaria em que um valor atribuído à localização de memória atualmente alocada para a variável X é substituído pelo valor numérico Y, a equação (11) diz que: Na equação (11), o termo representado pela letra Grega nu “v” é um pequeno número, por exemplo, 10'8 multiplicado pelo desvio padrão representado pela letra Grega sigma “?” de “A” ou “??” para evitar problemas de divisão por zero. Assim, para cada frequência distinta indexada em “m”, uma divisão espectral de “FAm” por sua magnitude “|FAm|” é realizado para produzir um espectro de amplitude plana, enquanto preservando o espectro de fase original. Esta sequência esbranquiçada é então multiplicada por uma versão digital do espectro alvo LFV 1001, chamado TargetLm, elevado a uma potência fraccional de (1-?), onde neste caso “?” foi escolhido ser 0,3. Assim, o espectro alvo é somente parcialmente aplicado. O vetor “FA” é então substituído após este ajustamento. O vetor “FA” é IFFT na etapa 806, de volta ao domínio de tempo e o resultado desta etapa substitui o vetor “A” contendo o sinal fonte LFV sofrendo modificação. As etapas 808 a 812 computam algumas estatísticas para normalizar a sequência “A” antes de ser comprimida e em seguida expandida. Em particular, a magnitude pico de “A” chamada “MaxA” é usada para normalizar “A”, após o que o desvio padrão (“? A”) de “A” normalizado é computado. Na etapa 814, o termo recozimento "p é computado, que ajusta quanto o sinal será comprimido e em seguida expandido na etapa 816. O termo recozimento é ajustado como mostrado abaixo na equação (12) e será próximo da unidade nas primeiras poucas iterações de loop, quando “j” é pequeno e então diminuirá de valor quando “j” aumentar, de modo que na última iteração de loop, quando j = Niter, terá um valor numérico de zero. A Equação (12) é dada por: Na etapa 816, uma sequência “Ak”, em que “k” é o índice de tempo e “N” é o número total de amostras na versão digital de “A”, é ainda modificada usando-se uma função chamada função compand como mostrado na equação (13): onde compand(x) = sin {2 x /?}, para |x|<1, e = x / [x| em outra parte (14).

Assim, no início do loop iterativo, a função “compand()” tem um forte efeito e então nas iterações de loop posteriores tem pouco efeito e nenhum efeito na última iteração de loop. A função “compandO” distorce o sinal atuando para comprimir valores quando eles se aproximam da unidade e amplificar ou expandir os valores que estão próximos de zero. Os sinais pseudoaleatórios são notórios terem baixos valores RMS para um dado valor pico. Assim, a função compand tende a aumentar o teor de RMS do sinal relativo a seu pico. O termo “?” também determina quão fortemente a função “compandO” atua. Um exemplo deste termo é ? = 0,55.

Será reconhecido que “compandO” é uma função não-linear, de modo que,quando é aplicado a um sinal pseudoaleatório, os termos produtos de ruído de intermodulação são produzidos, que negarão parte da uniformização espectral realizada nas etapas anteriores. Assim, incluindo-se o termo recozimento, a função compand é invertida nas iterações posteriores.

Nas etapas 818 a 828, os filtros recíprocos de restrição (definidos acima nas equações (2), (5) e (6)) são convoluídos com “A” no domínio de frequência e então retornados para o domínio de tempo. As resultantes são “LD”, “LC” e “LV” correspondendo respectivamente às estimativas de deslocamento de pistão LFV, sinais de corrente e tensão. Na etapa 830, a magnitude pico de cada sinal é computada, isto é, “MaxLD”, “MaxLCL” e “MaxLV”. Em seguida na etapa 832 um fator de escalação “??” é computado que, na realidade, iguala o mínimo das relações {LDmax/MaxLD, Lcmax/MaxLC, Lvmax/MaxLV}. As relações representam quanta altura livre é deixada antes de uma variável particular atingir um limite de sistema. Assim, o fator de escalação “??” é aplicado na etapa 834 para reescalar “FA”, de modo que um sistema que é operado tão próximo quanto possível de seus limites, sem exceder os limites, é obtido. Também na etapa 834, a parte restante da função de conformação espectral alvo é aplicada com base na equação (15): FAm^°T'FAm'(TarS«LJM (15) Na etapa 836, “FA” é IFFT’d (FFT transformado inverso) para retorná-lo para o domínio do tempo e substituir o vetor matriz “A”. Na etapa 838, o contador de loop é incrementado e comparado com um valor “Niter” predeterminado, que representa o número de iterações o usuário introduziu (em um exemplo Niter = 40). Se o número de iterações estiver completo, o processo deixa este loop e prossegue para criar o sinal de excitação HFV, explicado agora com referência à Fig. 9.

Os processos definidos no loop HFV (etapa 710 da Fig. 7) inclui as etapas 900 a 946, que na maior parte são idênticas às etapas do processo usado para formar o sinal de excitação LFV. As diferenças entre as etapas da Fig. 8 e Fig. 9 são agora examinadas. As diferenças incluem: um espectro alvo HFV é usado, os limites de desempenho para o vibrador HFV são aplicados e as frequências que se situam sobre o intervalo de sobreposição de frequência (FOa, FOb) requerem tratamento especial. As Equações (16) e (17) abaixo mostram como o processo de branqueamento é conduzido para o caso HFV. A versão transformada FFT da sequência “B”, onde “B” é a sequência pseudoaleatória sofrendo modificação para uso como o sinal de excitação HFV, é o vetor matriz complexo “FB”, onde mais uma vez o índice de frequência distinta é “m”. As Equações (16) e (17) são dadas por: Comparando-se a equação (11) com equação (16) acima, pode ser visto que a mesma técnica de branqueamento usada antes para o sinal LFV é agora usada. Entretanto, na equação (17), para as frequências que se situam entre a frequência “FOa” e “FOb”, o espectro de fase de “FB” é mudado, onde (“Hzm”) é a frequência em Hz correspondendo ao índice de frequência FFT “m”. Examinando-se mais a equação (17), a divisão espectral de “FAm” por sua magnitude “|FAm|” (com um pequeno número adicionado ao denominador para estabilizar assuntos) produz um vetor matriz cujos elementos espectrais são todos de magnitude unitária, porém que têm o mesmo espectro de fase que o sinal “A” do sinal de excitação LFV. É também evidente na equação (17) que o termo pós-multiplicador introduz um termo de mudança de fase linear à sequência, o resultado sendo que os componentes espectrais sobrepondo-se da sequência “B” são mudados no tempo por um tempo correspondendo a metade do comprimento de registro e, para este caso, em aproximadamente 8,2 segundos, porque o comprimento de registro é considerado ser de cerca de 16,4 s. Portanto, qualquer diafonia entre sinais “A” e “B”, após correlação circular, será de cerca de ± 8,2 s do termo de retardo zero.

As figs. 12A e 12B exibem os primeiros 0,5 s das versões modificadas finais 1200 e 1202 dos sinais de excitação “A” e “B” para as fontes vibratórias marinhas LFV e HFV, respectivamente. Em razão destes sinais de excitação modificados terem sido formados usando-se uma permutação circular e são sinais limitados em faixa, eles têm a propriedade especial de que, se as sequências forem repetidas, o sinal parecerá ser contínuo quando ele avança do último ponto da primeira sequência para o primeiro ponto da sequência repetida. Além disso, se a sequência for repetida em contínuo por concatenação, pode-se escolher um intervalo arbitrário igual ao comprimento de registro e aquele segmento reterá o mesmo espectro de força e a mesma função de autocorrelação que a sequência de origem. As Figs. 13A-C exibem a autocorrelação circular do sinal de excitação LFV 1300 e sinal de excitação HFV 1302. Observe-se que o comprimento da autocorrelação corresponde ao comprimento de registro original de aproximadamente 16,4 s.

Estas são exibições normalizadas do valor pico de retardo zero e exibem o valor absoluto de autocorrelação em uma escala dB (10 log10(| |). A correlação cruzada circular entre os sinais de excitação LFV e HFV é mostrada na Fig. 13C. A correlação cruzada é exibida em uma escala dB que foi normalizada para a média geométrica dos picos de autocorrelação para os sinais de excitação LFV e HFV. Observe-se que a correlação cruzada é mais do que 50 dB para baixo sobre o intervalo 0 - 6,4 s e sobre o intervalo de 10 - 16,4 s. Isto assegura que qualquer diafonia significativa será deslocada temporariamente em mais do que ± 6,4 s de qualquer evento de reflexão que pudesse ser registrado após correlação.

Em outra forma de realização exemplar, uma etapa opcional pode ser usada para converter os sinais de excitação de fonte resultantes em um formato compatível com os algoritmos instalados nos eletrônicos de controle de vibrador 501. Em particular, se o intervalo de amostra de tempo (p. ex., intervalo de amostra de 2 ms para o caso ilustrado nas figuras) for maior, então o intervalo de amostra do algoritmo de controle de vibrador (por exemplo, taxa de amostra de 0,5 ms), os sinais de excitação podem ser amostrados em uma taxa mais elevada (taxa de 2 kHz) através do uso de um filtro de interpolação, para produzir sinais de excitação de fonte equivalentes, porém compatíveis.

Observamos que, embora o método de criar duas sequências de excitação seja mostrado, se se escolher dividir a faixa de frequência sísmica diferentemente entre três ou mais fontes, uma extensão do método para qualquer número de fontes pode ser acomodada. Além disso, observamos que se somente uma profundidade de fonte for empregada, a necessidade de divisão espectral não é necessária, entretanto, as etapas realizadas para aumentar a amplitude de fonte, sujeita a restrições do sistema, podem ser usadas. A diafonia devida a sobreposição espectral entre as fontes poderia ser mitigada de um modo similar. Além disso, o novo algoritmo pode ser aplicado a uma forma de realização que inclui um segundo conjunto de fontes consistindo de vibradores marinhos colocados em diferentes profundidades, que são rebocados pelo mesmo navio que o primeiro conjunto de fontes ou por um segundo navio. Neste caso, ambos conjuntos de fontes são simultaneamente energizados e os dados recebidos em um receptor ou streamer comum. Assim, um diferente conjunto de sinais de excitação podem ser projetados para o segundo conjunto de fontes, de modo que o novo conjunto de sinais de excitação é fracamente correlacionado com o primeiro conjunto de sinais de excitação, possibilitando que dados a serem simultaneamente adquiridos em dois diferentes deslocamentos de fonte produzam um registro combinado que poderia ser separado durante o processamento.

Um método para separar as contribuições fonte é agora discutido. É observado que esta é uma forma de realização exemplar e outros métodos podem ser usados para separar as contribuições de fonte. A este respeito, a Fig. 14 ilustra possíveis emissões acústicas de fonte de múltiplos trajetos, que se deslocam das fontes para os receptores. Para este simples exemplo, somente energia propagando-se verticalmente é considerada. Para a fonte HFV 1411 (p. ex., localizada em uma profundidade de 5 m), há uma curta chegada direta 1420 da fonte 1411 para o receptor 1413, há um trajeto 1422 da fonte HFV 1411 para uma interface de subsuperfície 1414 (que reflete energia de volta para a superfície) e para o receptor 1413. Há também um fantasma de superfície fonte HFV 1424, representado por uma fonte nocional 1412, que é localizada 5 m acima da superfície da água (uma quantidade igual à profundidade de fonte). Em razão de o coeficiente de reflexão na superfície 1419, entre a água e o ar ser essencialmente -1, a fonte nocional 1412 tem a mesma intensidade que a fonte 1411, porém é de polaridade oposta. Outro trajeto mostrado 1426 corresponde a uma reflexão de um fantasma da interface 1414. Outros trajetos de raio são possíveis, por exemplo, um fantasma receptor ou outros eventos secundários que são múltiplos dos trajetos primários. Entretanto, estes trajetos adicionais não são mostrados por simplicidade.

Para fins de ilustração, uma parte de um registro contínuo será sintetizado, que inclui um simples modelo acústico. O modelo acústico simples inclui sinais de fonte emitidos medidos sintéticos, que são livres de ruído (são idênticos a seus respectivos sinais de excitação) e um sina! de receptor composto, que é a soma das contribuições tanto LFV como HFV. A simulação inclui somente trajetos de raio 1422 correspondendo ao refletor primário de subsuperfície 1414 e seu correspondente fantasma de superfície 1426. Igualmente, os trajetos de raio 1430, correspondendo ao refletor primário de subsuperfície 1418 e seu correspondente fantasma de superfície 1432 (correspondendo à segunda fonte 1415), são incluídos.

Além disso, os receptores 1413 e 1417 são presumidos serem um hidrofone comum e compartilharem um refletor comum 1414 e 1418 que tem um coeficiente de reflexão positivo. Neste modelo simples, a resposta de impulso da terra é para ser uma combinação de picos retardados, cujos tempos de retardo correspondem aos tempos de deslocamento da energia acústica para o receptor, seguindo os trajetos de raio definidos. O tempo de deslocamento de dois caminhos da fonte LHV 1415 para o refletor de subsuperfície 1418 para o hidrofone 1417 é de 4 s. O tempo de chegada para os outros trajetos de raio mostrados na Fig. 14 será diferente devido à diferença nas profundidades LFV e HFV (20 m vs. 5 m) com a velocidade do som na água do mar presumida ser em torno de 1500 m/s. Para simplicidade e para ilustrar como os sinais criados pelas fontes HFV e LFV podem ser separadas, é presumido que os hidrofones 1413 e 1417 definem o mesmo receptor.

Observe-se que um navio movendo-se reboca fontes e receptores, tipicamente em uma taxa de cerca de 2 m/s, de modo que a profundidade dos eventos de reflexão podem mudar durante a extensão do registro porque as interfaces acústicas de subsuperfíccie não são rigorosamente horizontais. O movimento da fonte e receptor podem criar distorções de sinais se a extensão de registro for longa. Em razão da multiplicidade dos receptores, esquemas simples podem ser empregados para combinar sinais de receptores adjacentes para criar, na realidade, um “receptor estacionário” nas posteriores etapas de processamento. As correções do movimento da fonte podem ser feitas no processamento também, vide, por exemplo, a Patente U.S. No. 6.049.507. Entretanto, tais correções estão fora do escopo desta invenção. As correções para estas distorções podem ser aplicadas em etapas de processamento que seguem o processo de separação de fonte. Assim, para o exemplo simples descrito na Fig. 14, os efeitos do movimento de fonte não estão incluídos. O registro sintetizado é mostrado na Fig. 15 e inclui alguns traços de canal de dados. O registro inclui (i) o sinal de excitação de fonte LFV repetido 1521, (ii) o sinal HFV repetido 1522 e (iii) o sinal de hidrofone 1523 ( que é um sinal composto consistindo da superposição das emissões de fonte LFV e HFV, cada uma convoluída com suas respectivas respostas de impulso de terra). Em um levantamento sísmico típico, pode haver centenas ou mesmo milhares de canais de dados registrados, principalmente traços de sinais de hidrofone. Os sinais de saída de fonte medidos, por exemplo, sinais de aceleração de pistão, não são mostrados na Fig. 15, porém, para uma fonte bem-controlada, eles devem rigorosamente parecer-se com sinais 1521 e 1522. O método de separação é agora examinado com respeito à Fig. 16. O método é baseado, em parte, em uma solução de filtro de quadrados mínimos ótima (filtro Weiner-Kolmogorov) na presença de ruído de fundo aplicado no domínio de frequência. Em uma aplicação, o processo de separação pode ser executado a bordo do navio empregando-se o sistema de aquisição de dados ilustrado na Fig. 4 através da execução de um programa de computador na unidade de processamento 405 com acesso aos dados do levantamento sísmico adquiridos, armazenados na memória da unidade de armazenagem de dados 404 ou em outro local, por exemplo, em um centro de processamento onshore, que tem uma cópia dos dados de levantamento sísmico adquiridos. O registro contínuo ilustrado na Fig. 15 é selecionado na etapa 1601. Na etapa 1602, o registro contínuo é analisado em menores registros compostos, cada um de duração igual ao comprimento de registro predeterminado, para o qual as sequências pseudoaíeatórias foram projetadas. Por exemplo, uma escolha podería ser selecionar o segmento 1524, cuja duração de tempo seria de cerca de 16,4 s. Em etapas subsequentes, este registro composto será separado para prover uma resposta de impulso da terra das fontes para os os vários receptores (por exemplo, o correspondendo ao sinal 1523). Estes registros compostos separados são, em essência, “registros de tiro” que representam uma coleta de respostas de terra da fonte separada para cada hidrofone. Outros registros compostos podem ser selecionados que podem, em parte, sobrepor-se ao segmento 1524, por exemplo, 1525 ou 1526, que são cada um de duração de cerca de 16,4 s para este exemplo. Cada um destes registros compostos podem ser separados para produzir um registro de tiro, consistindo de muitos sinais recebidos, que representam a resposta de impulso média (devida ao movimento) da terra de uma posição de fonte conhecida ou calculada para as várias, conhecidas ou calculáveis posições de receptor selecionadas.

Em razão de um navio movendo-se rebocar muitos receptores, cada registro de tiro é registrado como função, não somente com respeito ao tempo, mas também de espaço. Assim, em etapas posteriores de processamento além do escopo desta invenção, uma correção do movimento do receptor pode ser aplicada para criar um receptor estacionário virtual, cuja localização será no ponto intermediário do trajeto que o receptor seguiu durante o intervalo de tempo da extensão de registro. Igualmente, uma correção pode ser feita para o movimento da fonte para criar uma fonte estacionária virtual, localizada tipicamente no ponto intermediário de sua trajetória durante o intervalo de tempo de extensão de registro. Uma implicação de todas estas correções é que, mudando-se a posição de partida de cada segmento de análise relativo ao início do próximo segmento de análise, por exemplo, o tempo entre o início do segmento 1524 e 1525, é possível variar o intervalo de amostragem espacial do levantamento, desse modo provendo-se uma densidade traço mais elevada que pode ser útil em subsequentes etapas de processamento.

Em razão de os sinais pseudoaleatórios, emitidos pelas fontes, exibirem um teor espectral razoavelmente constante por toda a extensão de registro, os aspectos de subsuperfície são uniformemente iluminados por toda a extensão de registro. Para fontes que utilizam chilros ou ondas senoidais varridas convencionais, este não será o caso porque, quando a fonte se move durante o registro, diferentes detalhes podem receber diferente iluminação espectral. Os canais do registro analisado são então correlacionados cruzados na etapa 1603 com a versão analisada dos sinais de excitação “A” e “B”. Dependendo da posição de partida do registro combinado, as versões analisadas de “A” e “B” na realidade apenas serão versões retardadas no tempo dos códigos originais que são embrulhadas. Em uma forma de realização exemplar, a correlação circular é realizada no domínio da frequência. Assim, uma FFT dos vários canais do registro composto pode ser realizada. A representação do domínio de frequência dos sinais medidos de fonte e todos os sinais do receptor é então multiplicada, frequência por frequência, pelo conjugado complexo da representação de domínio da frequência dos sinais de excitação de fonte “A" e “B”. Os sinais de correlação cruzada do domínio de frequência resultante são IFFTd para pegar os sinais de volta para o domínio de tempo.

Na etapa 1604, os sinais de saída de fonte medidos analisados (acelerações de pistão) que foram correlacionado cruzados com as versões analisadas dos sinais de excitação “A” e “B”, são providos de janela no domínio do tempo, empregando-se uma função de janela fonte como 1741, como ilustrado na Fig. 17. A função de janela fonte 1741 é centrada em torno do retardo zero (tempo = 0 s) e enrolada em torno. A janela fonte desta forma de realização é de um comprimento igual a cerca de 90% (cerca de 14,8 s) da extensão de registro (cerca de 16,4 s) e segue uma função de afilamento de cosseno. O afilamento de janela de início e fim é de cerca de 5% do comprimento da janela para cada. Uma transição uniforme é implementada da região em que a janela está totalmente “LIGADA” e assume um valor de unidade e em que a janela está “DESLIGADA” e assume um valor zero. A transição uniforme é desejada para evitar a introdução de artefatos de processamento. A parte “DESLIGADA” da janela corresponde ao retardo de tempo em que a diafonia entre as fontes, devida a emissões de frequência comuns, foi introduzida no processo de criação do sinal de excitação definido na seção anterior. A operação de produção de janela é meramente o produto do sinal de correlação cruzada de fonte e a amostra de tempo de função de janela fonte por amostra de tempo.

Por exemplo, a amostra “ke” de um sinal de correlação cruzada de fonte é multiplicada pela amostra “ka” da função de janela. Após a produção de janela, o resultado é chamado o sinal de correlação-cruzada de fonte de janela. Assim, para o presente exemplo, com dois sinais de excitação de fonte (“A” e “B”) e dois sinais de saída de fonte medidos “U” (aceleração do pistão LFV) e “V” (aceleração de pistão HFV), haverá quatro sinais de correlação cruzada de fonte de janela: “rUA”, “rUB”, “rVA” e “rVB”, onde, por exemplo, “rUA” corresponde à correlação cruzada de janela da saída de fonte “U” correlacionada com o sinal de excitação “A”, e “rUA” é um vetor de matriz com cada elemento correspondendo a uma retardo de tempo distinto. O sinal “U” pode ser uma combinação dos dois sinais de aceleração de pistão, como medido por 514 e 515, por exemplo, a soma dos dois sinais de aceleração de pistão. O mesmo é verdadeiro para o sinal de saída de fonte medido HFV, onde se, por exemplo, dois projetos acionadores foram usados, “V” realmente seria uma combinação de suas acelerações de pistão medidas.

Na etapa 1605 uma FFT para cada vetor matriz “rUA”, “rUB”, “rVA” e “rVB” é tomada para produzir suas representações de domínio de frequência, que são vetores de matriz: “FRUA”, “FRUB”, “FRVA” e “FRVB”, onde o elemento de cada vetor corresponde a um valor de frequência distinto com índice T. Ainda no domínio da frequência, os elementos de “FRUA”, “FRUB”, “FRVA” e “FRVB” são usados para formar na etapa 1606 uma matriz de separação de fonte que será aplicada mais tarde, frequência por frequência, para calcular a resposta de impulso da terra. A matriz de separação de fonte é dada por “{Df (sf )T}”, que é realmente um produto de duas matrizes. O superescrito “T” indica o operador de transposição de matriz e a barra acima de Sf indica a conjugação complexa dos elementos fora-da-diagonal (sem troca dos elementos diagonais). As matrizes “Df” e “Sf” são definidas como segue: em que I é a matriz de identidade, que é dada por: • mFRVB (21) mFRUA := max ( | FRUA | ) e (22) mFRVB := max ( | FRVB | ) (23) Nas equações (22) e (23), os termos: “max(|FRUA|)” e “max(|FRVB|)” são para ser entendidos significar a magnitude máxima sobre todas as frequências de interesse da matriz valiosa complexa “FRUA” e “FRVB”, respectivamente. O número “y" é um pequeno número usado para estabilizar a operação de inversão da matriz realizada na equação (19) e este é às vezes referido como o termo de ruído de fundo. Em razão de neste exemplo somente duas fontes serem usadas, as matrizes “D”, “S” e “I” são todas matrizes quadradas 2x2. Entretanto, se mais fontes forem usadas, por exemplo, outra operando através de uma diferente faixa de frequências, de modo que 3 fontes sejam usadas, então estas matrizes tornar-se-ão de tamanho 3x3.

Os valores de matriz de separação de fonte, correspondendo a cada frequência distinta indexada por “f, são armazenados para aplicação posterior após cada uma ser computada na etapa 1606.

Em seguida, na etapa 1607, um índice de loop “k” é inicializado. O índice “k” corresponde ao índice de traço de receptor, porque o registro composto inclui uma pluralidade de sinais de hidrofone d correspondendo ao sinal recebido medido na posição que ele ocupa no streamer. Na etapa 1608, o sinal de hidrofone dk, correspondendo a k, é recuperado da memória do computador, por exemplo, a unidade de armazenagem de dados do sistema de aquisição 404.

Na etapa 1609, o sinal de hidrofone selecionado dk é correlacionado cruzado com cada uma das versões analisadas dos sinais de excitação “A” e “B”. Em uma aplicação, a correlação é realizada no domínio da frequência para realizar um processo de correlação circular. Os sinais correlacionados cruzados circulares de hidrofone são colocados em janela na etapa 1610 do domínio de tempo empregando-se a função de janela de receptor 1742 que é exibida na Fig. 17B. A função de janela de receptor 1742 é centrada próximo do retardo de tempo correspondendo ao ponto intermediário do tempo de escuta (3,5 s); neste exemplo, o tempo de escuta foi de 7s para registrar eventos de reflexão que tinham tempos de deslocamento de dois caminhos, que eram de menos do que 7 s. O operador de janela de receptor é projetado para ter um comprimento total igual a cerca de 1,2 vezes o tempo de escuta (8,4 s para este exemplo).

Como a função de janela de fonte 1741, uma janela de afilação de cosseno é usada que tem uma transição uniforme de zero para unidade. Observamos que a parte de amplitude total da janela de receptor é igual ao tempo de escuta e é posicionada de modo que a função de janela de receptor é de valor um através do intervalo de retardo de tempo de zero para o tempo de escuta, isto é, 0 a 7 s para este exemplo. Os afilamentos que correspondem às regiões de transição de nível são cada uma de duração igual a 10% do tempo de escuta, neste exemplo (0,7 s). outros valores podem ser usados. O processo de colocação em janela é um produto entre os sinais de correlação cruzada de hidrofone e o correspondente valor de função de janela do receptor naquele mesmo retardo de tempo. Várias pequenas ondas são mostradas nas Figs. 18A - D da correlação-cruzada de hidrofone colocado em janela. A pequena onda 1851, ilustrada na Fig. 18A, inclui o resultado da correlação do sinal de hidrofone com o sinal de excitação analisado “A” exibido através do intervalo de tempo de escuta (0,7 s). A Fig. 18B ilustra uma vista ampliada 1852 daquela mesma pequena onda 1851. A Fig. 18C ilustra uma ondinha 1853 correspondendo à correlação cruzada circular do sinal de hidrofone selecionado e o sinal de excitação analisado “B”, exibido através do intervalo de tempo de escuta com uma correspondente vista ampliada 1854 daquela mesma ondinha ilustrada na Fig. 18D.

Ambas as ondinhas 1852 e 1854 não parecem ser ondinhas de fase zero como se poderia esperar para uma simples reflexão fora de uma interface tendo um coeficiente de reflexão positivo. Isto ocorre por causa do efeito de fantasma fonte. Na aquisição convencional de Vibroseis, a correlação é tipicamente usada para comprimir os dados para produzir registros que lembram registros produzidos usando-se fontes impulsivas como espingardas de ar comprimido e este resultado intermediário pode ser suficiente em algumas aplicações sem incluir o uso de assinaturas de saída de fonte para produzir dados desconvoluídos de assinatura de fonte.

Entretanto, há algumas vantagens em realizar um procedimento de separação que inclua seu uso. Por exemplo, se as fontes tiverem algum mecanismo não-linear presente em sua operação, isto dará origem a distorção de intermodulação (IMD), que pode criar artefatos de diafonia que ocorrem dentro do tempo de escuta. A aplicação da técnica de separação de fonte de matriz, baseada nos sinais de saída de fonte medidos (por exemplo, aceleração do pistão), tenderá a mitigar estes problemas. Além disso, uma simples correlação não é uma representação verdadeira da resposta de impulso da terra, uma vez que é colorida pelo espectro de saída de fonte. Assim, mudanças no desempenho de controle de fonte, que poderia ocorrer durante o tempo, podem resultar em leituras falsas se não responsáveis por outras maneiras.

Avançando para a etapa 1611, os correlogramas (ondinhas) são convertidos para o domínio de frequência através da aplicação de uma FFT. As representações do domínio de frequência dos correlogramas de hidrofone são dadas pelos vetores de matriz “FRHA” e “FRHB”. Estes vetores de matriz correspondem aos correlogramas de hidrofone enquadrados em janela, correspondendo às fontes LFV e HFV, respectivamente. Cada FRHA E FRHB ccontém elementos consistindo de números complexos que têm um índice de frequência distinto ‘f. Assim, para cada frequência distinta da FFT, um vetor de matriz “Rf” pode ser construído como segue: Continuando para a etapa 1612, um vetor de matriz “Hf”, que contém a resposta de impulso terrestre separada atribuída a cada fonte, “HAf” para LFV e “HBf” para HFV, avaliado na frequência distinta com o índice “f”, pode ser computado usando-se a seguinte equação: As representações do domínio de frequência separadas de resposta de impulso de terra (“HA” calculado na etapa 1613 e “HB" calculado na etapa 1614) são cada uma limitada por faixa nas etapas 1615 e 1616, respectivamente, para remover quaisquer artefatos espectrais que pudessem situar-se fora dos respectivos espectros de amplitude alvo de fonte. Para este exemplo, os elementos do vetor “HA”, cujo índice de frequência situa-se fora da faixa correspondendo a 2 - 32 Hz, são mutados (amplitude de sete a zero) e para os valores de vetor “HB", correspondendo a frequências fora da faixa de 28 - 100 Hz, são mutados. As respostas limitadas por faixa são então convertidas de volta para o domínio de tempo através da aplicação da transformação IFFT para produzir “ha” na etapa 1617 e ‘hb’ na etapa 1618, que são as representações de domínio do tempo separadas da resposta de impulso de terra da fonte LFV e da fonte HFV, respectivamente, para o hidrofone “ke”.

As respostas terrestres separadas são armazenadas na etapa 1619 em memória de computador e uma decisão é feita na etapa 1620. A etapa 1620 compara o índice atual com o último índice de hidrofone chamado “Nhyd”. Se o último traço composto de hidrofone tiver sido separado, então o programa retorna à rotina na etapa 1622. Se houver mais traços composto de hidrofone restando para serem separados, o índice de loop k é incrementado na etapa 1621 e o processo é repetido para o próximo sinal de hidrofone iniciando na etapa 1608.

As Figuras 19A - D mostram os resultados do sinal de hidrofone composto sintético, após sofrer o processo de separação descrito na Fig. 16. A Fig. 19A mostra uma ondinha 1961 contendo a resposta de impulso de terra separada, correspondendo à fonte LFV e uma vista ampliada 1962 desta ondinha na Fig. 19B. Igualmente, a resposta de impulso de terra separada, correspondendo à fonte HFV, é mostrada como ondinha 1963 na Fig. 19C, com uma vista ampliada 1964 na Fig. 19D. Como foi o caso para os correlogramas 1852 e 1854, as respostas de impulso terrestres 1962 e 1964 não são pulsos pontudos de fase zero simples porque eles ainda contêm a contribuição do evento de reflexão de fantasma de superfície juntamente com o evento de reflexão de subsuperfície.

As Figs. 20A - D mostram o resultado após a contribuição de fantasma de superfície ter sido removida. O fantasma de superfície foi removido usando-se, por exemplo, um simples modelo determinístico. Outros modelos podem ser usados. A Fig. 20A mostra a resposta de impulso de terra LFV com o fantasma retirado 2071 e sua ampliação 2072 é mostrada na Fig. 20B. A Fig. 20C mostra o evento de reflexão sem o fantasma 2073 e sua ampliação 2074 é mostrada na Fig. 20C. Após as etapas de processamento correção semelhante para movimento de receptor, movimento de fonte e retirada de fantasma, etapas que estão fora do escopo desta invenção, as contribuições separadas 2071 e 2072 podem ser geometricamente corrigidas (a revogação das fontes é em diferentes profundidades), mudadas e combinadas para eventualmente produzir um registro empilhado que tenha totalmente utilizado a largura de faixa combinada da fonte LFV e HFV.

Observamos que outras formas de realização do sistema contínuo descrito podem ser implementadas que são substancialmente as mesmas que as formas de realização acima citadas. Estas implementações alternadas podem ser hardware implementado ou etapas de processos. Por exemplo, a fonte'LFV pode realmente ser compreendida de múltiplos vibradores marinhos, como o mostrado na Fig. 5. Uma saída do vibrador mostrado na Fig. 5 é controlada e sincronizada em um primeiro sinal de excitação. O mesmo podería mantêm-se verdadeiro para a fonte HFV onde múltiplos vibradores marinhos são escravizados a um segundo sinal de excitação. Nesta situação, se a dimensões globais da formação de fonte LFV forem pequenas, comparadas com as ondinhas emitidas, a média ou uma combinação das acelerações de pistão para a formação de fonte LFV poderia ser usada para formar o sinal medido de saída da fonte, chamado “U”. O mesmo seria verdadeiro para a formação de fonte de HFV, em que as acelerações de pistão médias de todos os vibradores marinhos, em que a formação seria combinada para formar o sinal medido de saída de fonte, chamado “V”.

Os sinais “U” e “V” descritos poderíam então ser usados no processo de separação para computar a resposta de impulso de terra da formação de fonte de LHV e da formação de fonte de HFV. Em uma diferente forma de realização, em que as fontes LHV e HFV utilizam pistões diferentemente dimensionados, uma ponderação baseada em área de superfície de pistão poderia ser aplicada à aceleração de pistão medida para converter seu sinal de aceleração linear em um sinal representativo da aceleração volumétrica eficaz de cada fonte e aquele sinal poderia ser usado em lugar de “U” e “V”, respectivamente, desse modo eliminando o diferente ganho de acoplamento que as diferentes fontes poderíam ter quando computando as respostas de impulso de terra. Outra possível forma de realização seria o caso quando os receptores estiverem realmente estacionários, como poderia ser o caso quando um OBC (cabo de fundo do oceano) for usado ou quando os receptores forem nós autônomos, por exemplo, nós Trilobit, manufaturados por CGGVeritas, que são colocados no piso do mar.

Além disso, observamos que os métodos examinados acima podem ser estendidos para fontes sísmicas terrestres. Para esta situação, a fonte sísmica pode ser como ilustrada na Fig. 21, isto é, um caminhão 2100 provido com uma chapa de base 1102. A chapa de base 2102 tem rodas 2102 (ou outros meios) para permanecer em contato com o solo, enquanto o caminhão 2100 move-se ao longo de uma linha de aquisição, de modo que a energia acústica seja continuamente transmitida para o solo.

Um método para gerar um sinal de excitação pra uma primeira fonte sísmica vibratória, de modo que a primeira fonte sísmica vibratória seja acionada sem tempo de escuta poder ser implementado como examinado em seguida. Como ilustrado na Fig. 22, o método inclui uma etapa 2200 de determinar um primeiro espectro alvo para a primeira fonte sísmica vibratória; uma etapa 2202 de estabelecer um primeiro grupo de restrições para a primeira fonte sísmica vibratória; e uma etapa 2204 de gerar um primeiro sinal de excitação para a primeira fonte sísmica vibratória, com base no primeiro grupo de restrições e no primeiro espectro alvo. Os primeiros traços sísmicos registrados com diversos receptores podem ser identificados quando a primeira fonte sísmica vibratória é acionada sem tempo de escuta, com base no primeiro sinal de excitação.

Como também será observado por uma pessoa hábil na arte, as formas de realização exemplares podem ser corporificadas em um dispositivo de comunicação sem fio, uma rede de telecomunicações, como um método ou em um produto de programa de computador. Por conseguinte, as formas de realização exemplares podem tomar a forma de uma forma de realização inteiramente de hardware ou uma forma de realização combinando aspectos de hardware e software. Além disso, as formas de realização exemplares podem tomar a forma de um produto de programa de computador armazenado em um meio de armazenagem legível por computador, tendo instruções legíveis por computador corporificada no meio. Qualquer meio legível por computador adequado pode ser utilizado, incluindo discos rígidos, CD-ROMs, discos versáteis digitais (DVDs), dispositivos de armazenagem óptica ou dispositivos de armazenagem magnética, tais como disco flexível ou fita magnética. Outros exemplos não-limitantes de meios legíveis por computador incluem memórias tipo flash ou outros tipos conhecidos de memórias.

As formas de realização acima foram examinadas sem especificar que tipo de receptores sísmicos são usados para registrar os dados sísmicos. Neste sentido, é sabido na arte o uso, para um levantamento sísmico marinho, streamers que são rebocados por um ou mais navios e os streamers incluem os receptores sísmicos. Os streamers podem ser horizontais ou inclinados ou tendo um perfil curvado, como ilustrado na Fig. 23. O streamer curvado 2300 da Fig. 23 inclui um corpo 2302 tendo um comprimento predeterminado, diversos detectores 2304 providos ao longo do corpo; e diversos radares 2306 providos ao longo do corpo para manter o perfil curvado selecionado. O streamer é configurado para correr sob a água quando rebocado, de modo que diversos detectores são distribuídos ao longo do perfil curvado. O perfil curvado pode ser descrito por uma curva parametrizada, p. ex., uma curva descrita por (i) uma profundidade z0 de um primeiro detector (medido da superfície da água 2312), (ii) uma inclinação s0 de uma primeira parte T do corpo com um eixo geométrico 2314 paralelo com a superfície da água 2312 e (iii) uma distância horizontal predeterminada hc entre o primeiro detector e uma extremidade do perfil curvado. Observamos que o inteiro streamer não tem que ter o perfil curvado. Em outras palavras, o perfil curvado não deve ser interpretado aplicar-se sempre ao inteiro comprimento do streamer. Embora esta situação seja possível, o perfil curvado pode ser aplicado somente a uma parte 2308 do streamer. Em outras palavras, o streamer pode ter (i) somente uma parte 2308 tendo o perfil curvado ou (ii) uma parte 2308 tendo o perfil curvado e uma parte 2310 tendo um perfil plano, as duas partes sendo ligadas entre si.

As formas de realização exemplares descritas proveem software de computador, um dispositivo de processamento e um método para gerar sinais de excitação para fontes vibracionais marinhas. Deve ser entendido que esta descrição não é destinada a limitar a invenção. Ao contrário, as formas de realização exemplares são destinadas a cobrir alternativas, modificações e equivalentes, que são incluídos no espírito e escopo da invenção, como definido pelas reivindicações anexas. Além disso, na descrição detalhada das formas de realização exemplares numerosos detalhes específicos são expostos para prover um entendimento compreensivo da invenção reivindicada. Entretanto, uma pessoa hábil na arte entendería que várias formas de realização podem ser praticadas sem tais detalhes específicos.

Embora os aspectos e elementos das presentes formas de realização exemplares sejam descritos nas formas de realização em combinações particulares, cada aspecto ou elemento pode ser usado sozinho, sem os outros aspectos e elementos das formas de realização, ou em várias combinações com ou sem outros aspectos e elementos descritos aqui.

Este relatório escrito utiliza exemplos do assunto descrito para possibilitar que qualquer pessoa hábil na arte pratique-o, incluindo produzir e utilizar quaisquer dispositivos ou sistemas e realizar quaisquer métodos incorporados. O escopo patenteável do assunto é definido pelas reivindicações e pode incluir outros exemplos que ocorram àqueles hábeis na arte. Tais outros exemplos são destinados a situarem-se dentro do escopo das reivindicações.

Claims

1. Método para gerar um sinal de excitação para uma primeira fonte sísmica vibratória, de modo que a primeira fonte sísmica vibratória seja acionada sem tempo de escuta, dito método caracterizado pelo fato de que compreende: determinar (2200) um primeiro espectro alvo para a primeira fonte sísmica vibratória; estabelecer (2202) um primeiro grupo de restrições para a primeira fonte sísmica vibratória; e gerar (2204) um primeiro sinal de excitação para a primeira fonte sísmica vibratória, com base no primeiro grupo de restrições e Ho primeiro espectro alvo, em que os primeiros traços sísmicos registrados com diversos receptores podem ser identificados quando a primeira fonte sísmica vibratória é acionada sem tempo de escuta, com base no primeiro sinal de excitação.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira fonte sísmica vibratória é uma fonte vibratória marinha.

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de gerar compreende: gerar uma primeira sequência pseudoaleatória no domínio tempo-frequência; aplicar (818) uma transformada de Fourier rápida à primeira sequência pseudoaleatória, para obter uma primeira sequência pseudoaleatória de transformada de Fourier; convoluir (820 - 824) a primeira sequência pseudoaleatória de transformada de Fourier com um ou mais filtros recíprocos de restrição, para obter correspondentes sinais de restrição (LD, LC, LV), em que o um ou mais filtros recíprocos de restrição correspondem a uma restrição que é um membro do primeiro grupo de restrições; reescalar (834) a primeira sequência pseudoaleatória de transformada de Fourier, com base nos sinais de restrição; e aplicar (836) uma transformada de Fourier rápida inversa à primeira sequência pseudoaleatória de transformada de Fourier reescalada, para criar o primeiro sinal de excitação.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a restrição é um deslocamento, velocidade, aceleração, corrente ou tensão associados com a primeira fonte sísmica vibratória.

5. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: aplicar (816) uma função compand (f) à primeira sequência pseudoaleatória.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: determinar um segundo espectro alvo para uma segunda fonte sísmica vibratória, em que o segundo espectro alvo parcialmente sobrepõe-se com o primeiro espectro alvo; estabelecer um segundo grupo de restrições para a segunda fonte sísmica vibratória; e gerar um segundo sinal de excitação para a segunda fonte sísmica vibratória, com base no segundo grupo de restrições e no segundo espectro alvo, em que os primeiro e segundo traços sísmicos registrados com os diversos receptores podem ser separados quando as primeira e segunda fontes sísmicas vibratórias são acionadas sem tempo de escuta, e simultaneamente baseadas nos primeiro e segundo sinais de excitação, e em que os primeiros traços sísmicos são gerados pela primeira fonte sísmica e os segundos traços sísmicos são gerados pela segunda fonte sísmica.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a primeira fonte sísmica vibratória emite em uma faixa de frequência diferente de uma faixa de frequência da segunda fonte sísmica vibratória.

8. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a primeira fonte sísmica vibratória é provida em uma primeira profundidade debaixo d’água e a segunda fonte sísmica vibratória é provida em uma segunda profundidade debaixo d’água.

9. Dispositivo de computação (400) para gerar um sinal de excitação para uma primeira fonte sísmica vibratória, de modo que a primeira fonte sísmica vibratória seja acionada sem tempo de escuta, o dispositivo de computação (400) caracterizado pelo fato de que compreende: uma interface (406) configurada para receber um primeiro espectro alvo para a primeira fonte sísmica vibratória e receber um primeiro grupo de restrições para a primeira fonte sísmica vibratória; e um processador (405) conectado à interface (406) e configurado para gerar um primeiro sinal de excitação para a primeira fonte sísmica vibratória, com base no primeiro grupo de restrições e no primeiro espectro alvo, em que os primeiros traços sísmicos registrados com diversos receptores podem ser identificados quando a primeira fonte sísmica vibratória é acionada sem tempo de escuta, com base no primeiro sinal de excitação.

10. Meio legível por computador caracterizado por incluir instruções executáveis por computador, em que as instruções, quando executadas por um processador (405), implementam um método para gerar um sinal de excitação para uma primeira fonte sísmica vibratória, de modo que a primeira fonte sísmica vibratória é acionada sem tempo de escuta, dito método compreendendo: determinar (2200) um primeiro espectro alvo para a primeira fonte sísmica vibratória; estabelecer (2202) um primeiro grupo de restrições para a primeira fonte sísmica vibratória; e gerar (2204) um primeiro sinal de excitação para a primeira fonte sísmica vibratória, com base no primeiro grupo de restrições e no primeiro espectro alvo, em que os primeiros traços sísmicos registrados com diversos receptores podem ser identificados quando a primeira fonte sísmica vibratória é acionada sem tempo de escuta, com base no primeiro sinal de excitação.