BR112017009016B1

BR112017009016B1 - Método e aparelho de aquisição sísmica

Info

Publication number: BR112017009016B1
Application number: BR112017009016-3A
Authority: BR
Inventors: Dellinger Joseph Anthony
Original assignee: Bp Corporation North America Inc.
Priority date: 2014-12-02
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2022-08-23
Also published as: BR112017009016A2; AU2015355148A1; BR112017011255B1; CA2966644A1; BR112017011255A2; US9933533B2; EP3227725B1; EA201791190A1; EP3227725A1; WO2016089884A1; US10126446B2; MX368608B; CA2966644C; AU2015355148B2; US20160187504A1; US10094942B2; US10802167B2; MX2017007145A; EA037851B1; AU2015355142A1

Abstract

A presente invenção refere-se a uma técnica de aquisição sísmica que emprega um arranjo receptor e uma metodologia de processamento que são projetadas para atenuar o ruído sísmico de fundo registrado ao longo de dados sísmicos durante a aquisição. A técnica potencializa o conhecimento de que o ruído sísmico de fundo que ocorre naturalmente se move com uma velocidade de fase menor do que os sinais sísmicos utilizados para formar imagens e inversão e, em algumas modalidades, pode chegar de direções preferidas em particular. A técnica descrita compreende duas etapas: 1) determinar de um ruido sismico de fundo que ocorre naturalmente nos dados sísmicos preliminares uma faixa de velocidades de fase e amplitudes que contêm primariamente ruídos e o grau em que os ruídos necessitam ser atenuados, e 2) projetar um método de aquisição e processamento para atenuar o ruído relative ao sinal desejado.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA A PEDIDOS RELACIONADOS

[001] Este pedido reivindica o benefício do pedido de patente provisório US No. de série 62/086.362 depositado em 2 de dezembro de 2014 e intitulado "Matrizes de ondas de caixa em levantamentos sísmicos marinhos", que é aqui incorporado por referência na sua totalidade.

DECLARAÇÃO RELATIVA A PESQUISA OU DESENVOLVIMENTO PATROCINADOS FEDERALMENTE

[002] Não aplicável.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[003] A presente invenção divulgada refere-se ao levantamento sísmico e, mais particularmente, a uma técnica de aquisição sísmica de baixa frequência.

[004] O levantamento sísmico é a prática de sondar formações subterrâneas na Terra usando ondas sonoras. Isso inclui transmitir ondas acústicas ou sonoras em um ambiente natural para que entrem na Terra e percorram as formações geológicas subterrâneas de interesse. Durante suas viagens através das formações, certas características das formações retornarão as ondas de volta à superfície onde são gravadas.

[005] A energia de onda de retorno gravada é então estudada para verificar informações sobre essas formações. Os dados sísmicos derivados das ondas gravadas são processados, por exemplo, para imagens das formações subterrâneas de interesse. Muitas vezes, as imagens são usadas para modelar as formações subterrâneas. Por exemplo, os modelos conhecidos como "modelos de atributo subsuperficiais" são frequentemente desenvolvidos para estudar as formações subterrâneas. As imagens e os modelos deles derivados podem ajudar a identificar os recursos subterrâneos. Mais notavelmente, esses recursos podem incluir hidrocarbonetos fluidos, como petróleo e gás natural. As técnicas também podem ser aplicadas na localização de outros tipos de recursos.

[006] Um tipo de levantamento sísmico é o levantamento sísmico “marinho”. O termo "marinho" apenas indica que a pesquisa ocorre na água ou sobre ela. Não implica necessariamente que a pesquisa esteja ocorrendo em um ambiente de água salgada. Enquanto um levantamento sísmico marinho pode ocorrer em um ambiente de água salgada, como o oceano, também pode ocorrer em águas salobras, como é encontrado em baías, estuários e pântanos de marés. Eles podem até ser conduzidos em águas totalmente novas, como são encontradas em lagos, pântanos e brejos.

[007] Outro desenvolvimento relativamente recente na aquisição sísmica é a aquisição de "baixa frequência". O levantamento sísmico historicamente usou frequências na faixa de 6-80 Hz para sinais sísmicos devido à sua adequação à luz dos desafios técnicos inerentes ao levantamento sísmico. O termo "baixas frequências" é entendido dentro desse contexto histórico, uma vez que as frequências abaixo das quais a obtenção de sinal em ruído suficiente com fontes convencionais rapidamente se torna mais difícil à medida que a frequência diminui, isto é, abaixo de cerca de 6-8 Hz.

[008] O uso de baixas frequências para imagens com dados sísmicos marinhos provou ser desafiador para frequências inferiores a cerca de 6 Hz, particularmente para frequências inferiores a cerca de 4 Hz. O desafio é duplo: em frequências mais baixas, o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural da Terra é progressivamente mais forte, e as fontes convencionais de banda larga, como as armas de ar, ficam progressivamente mais fracas. Como resultado, o sinal-ruído dos dados sísmicos marinhos em águas profundas pode diminuir em mais de 30 dB por oitava para frequências inferiores a 4 Hz.

[009] Assim, embora possa haver muitas técnicas adequadas para a imagem sísmica em geral e para gerar modelos de atributo subsuperficiais em particular, a necessidade de aumentar o sinal-ruído efetivo em baixas frequências na aquisição de dados sísmicos continua a impulsionar a inovação no estado da técnica. Em particular, entre outras coisas, há necessidade de técnicas de aquisição e processamento que melhorem a aquisição e o uso de dados sísmicos de baixa frequência em frequências mais baixas. O estado da técnica é, portanto, receptivo a melhorias ou, pelo menos, a meios, métodos e configurações alternativos que possam promover os esforços de melhoria.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[0010] As figuras anexas, que são incorporadas e constituem uma parte deste relatório, ilustram formas de realização da invenção e, em conjunto com a descrição, servem para explicar os princípios da invenção. Nas figuras:

[0011] A Figura 1 representa uma área de pesquisa sísmica dentro de uma área de interesse em que um levantamento sísmico de baixa frequência projetado de acordo com a técnica aqui divulgada pode ser conduzido.

[0012] A Figura 2 ilustra um método implementado por computador de acordo com um aspecto da técnica presentemente divulgada.

[0013] A Figura 3 ilustra porções selecionadas da arquitetura de hardware e software de um aparelho de computação, que pode ser empregado em alguns aspectos da técnica presentemente divulgada.

[0014] A Figura 4 ilustra uma concretização particular na qual a técnica primeiramente ilustrada na Figura 2, forma uma parte de um processo maior.

[0015] A Figura 5 representa conceitualmente a aquisição do conjunto de dados preliminares na forma de realização da Figura 4.

[0016] A Figura 6 ilustra uma rede de aquisição de receptor exemplificativa tal como a utilizada na aquisição da Figura 5.

[0017] A Figura 7 ilustra uma concretização particular do aparelho de computação da Figura 3 como usado na forma de realização da Figura 4 e que é, mais particularmente, um sistema de computação no qual alguns aspectos da presente invenção podem ser praticados em algumas formas de realização.

[0018] A Figura 8 representa um desenho exemplificativo de levantamento que pode ser construído em algumas formas de realização da invenção.

[0019] A Figura 9 ilustra conceitualmente um levantamento sísmico marinho de baixa frequência realizado de acordo com o desenho do levantamento da Figura 8.

[0020] A Figura 10 representa um disparo recolhido que se aproxima de um que resultaria do levantamento marítimo de baixa frequência da Figura 9.

[0021] A Figura 11 ilustra outra forma de realização alternativa à da Figura 4.

[0022] A Figura 12 representa a atenuação dos espectros 3x3 de Chebychev representados na Figura 8.

[0023] As Figuras 13A - 13B descrevem conceitualmente uma aquisição particular que pode ser utilizada na forma de realização da Figura 11.

[0024] A Figura 14 representa esquematicamente sinal versus ruído para dados do fundo do oceano em águas profundas do Golfo do México.

[0025] A Figura 15 representa esquematicamente uma análise de "Radar" para dados do fundo do oceano em águas profundas do Golfo do México.

[0026] As Figuras 16 - 17 ilustram graficamente uma concretização particular de uma técnica de inversão de forma de onda completa que pode ser praticada em alguns aspectos da técnica presentemente divulgada.

[0027] A Figura 18 apresenta aspectos de hardware e software selecionados de uma concretização particular de um aparelho de computação, que pode ser usado para implementar a técnica de inversão da forma de onda completa da Figura 16 - Figura 17.

DESCRIÇÃO DAS FORMAS DE REALIZAÇÃO

[0028] A técnica de aquisição sísmica marinha presentemente divulgada emprega um conjunto de receptores e uma metodologia de processamento que são projetados para atenuar o ruído de fundo sísmico ocorrido naturalmente, gravado juntamente com os dados sísmicos durante a aquisição. A abordagem aproveita o conhecimento de que o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural se move com uma velocidade de fase mais lenta do que os sinais sísmicos utilizados para a imagem e a inversão e, em algumas formas de realização, podem chegar a partir de direções preferenciais particulares. A técnica descrita compreende duas etapas: 1) determinar a partir do ruído de fundo sísmico de ocorrência natural nos dados sísmicos preliminares uma faixa de velocidades de fase e amplitudes que contêm principalmente ruído e o grau em que esse ruído precisa ser atenuado, e 2) projetar um método de aquisição e processamento para atenuar esse ruído em relação ao sinal desejado. Algumas formas de realização da técnica descrita também empregam a direção de chegada, ou azimute, do ruído porque, quando disponível, seu uso às vezes pode ser vantajoso.

[0029] O que constitui "principalmente o ruído" e o grau de atenuação do ruído necessário variam de uma forma de realização à outra forma de realização dependendo da implementação de detalhes específicos. É bem conhecido no estado da técnica que todos os dados sísmicos contêm ruído e que a magnitude desse ruído é medida pela relação "sinal/ruído", ou a "relação S/N". Em geral, a relação S/N em qualquer conjunto de dados sísmicos deve ser suficientemente alta para que o processamento subsequente produza resultados utilizáveis para o propósito pretendido pelo processamento. Consequentemente, a relação S/N necessária e, portanto, a atenuação do ruído necessária variará dependendo do processamento empregado e da utilização a qual os resultados do processamento serão colocados. O que constitui "principalmente o ruído" não é, portanto, facilmente acessível à quantificação objetiva devido à variação específica da implementação. Para os propósitos presentes, o ruído indesejável é aquele que está em uma amplitude onde degrada seriamente a capacidade de usar o sinal que se sobrepõe a ele.

[0030] Por exemplo, uma motivação principal para a aquisição de baixas frequências é para fins de inversão de forma de onda completa ("FWI"). O FWI é um processo de otimização iterativa que tenta encontrar um modelo de terra que explique todas as informações sísmicas registradas nos receptores. Em uma concretização, FWI produz um volume tridimensional que dá um atributo de subsuperfície estimado em cada ponto iluminado dentro da Terra. Em formas de realização, o atributo de subsuperfície pode incluir, mas não está limitado a velocidade da onda P, velocidade da onda S, densidade, parâmetros de anisotropia, constantes elásticas, parâmetros de atenuação ou outras velocidades da onda subterrânea.

[0031] Um algoritmo FWI popular é o FWI de domínio de frequência, em particular FWI de domínio de frequência somente de fase, caso em que apenas a fase dos dados, e não sua amplitude, são usadas para a inversão. Para determinar o impacto do ruído ambiente no FWI de domínio de frequência apenas de fase, primeiro modelamos a aquisição sísmica sem ruído e calculamos uma fase para cada par de fontes- receptores. Em seguida, adicionamos aos resultados do modelo medições adequadamente dimensionadas do ruído ambiente do campo e, novamente, calculamos uma fase para cada par de fontes-receptores. A diferença entre estes indica o erro de fase atribuível ao ruído ambiente.

[0032] A modelagem mostra que os resultados de FWI de domínio de frequência apenas de fase não são significativamente degradados se os erros de fase RMS introduzidos pelo ruído forem inferiores a cerca de 20 graus. Em seguida, devemos determinar a quantidade de atenuação do ruído necessária para reduzir os erros da fase RMS abaixo desse limite. Assim, continuando este exemplo, um sinal monocromático de 1.5 Hz modelado que dura 1 minuto processado contra um fundo de ruído medido produz um erro de fase de 2 graus a uma distância de 1 km, 10 graus a 5 km, 20 graus a 10 km, 41 graus a 20 km e 57 graus a 30 km. Assim, a 10 km, o S/N (de cerca de 2,5) é apenas adequado, mas se exigimos compensações de 30 km, devemos atenuar o ruído em relação ao sinal a 1,5 Hz em cerca de um fator de 30/10 = 3, ou cerca de 10 dB. Assim, nestas concretizações particulares com estes parâmetros particulares, os dados que são "principalmente o ruído" são dados cujo S/N > ~ 2,5. Os técnicos no assunto que tenham o benefício dessa divulgação poderão realizar cálculos similares para outros cenários de aquisição.

[0033] As matrizes de receptores para atenuar o ruído de movimento lento são uma técnica convencional para levantamentos sísmicos terrestres. As matrizes de receptores terrestres geralmente contêm uma grande quantidade de elementos. Tais matrizes grandes não seriam úteis para o uso com levantamentos de nódulos do fundo do oceano. Consequentemente, a sabedoria convencional no estado da técnica é que tais matrizes não são úteis e não são usadas em levantamentos marinhos.

[0034] O FWI de domínio de frequência requer dados apenas em um pequeno número de frequências discretas para produzir um resultado útil. Com este pequeno número de frequências discretas, tipicamente apenas a mais baixa é suficientemente impactada pelo ruído ambiente para exigir uma matriz de receptores para suprimir. Assim, para uma pesquisa de nódulos de fundo do oceano realizada para fins de FWI de domínio de frequência, descobrimos que se pode otimizar o projeto de matriz para essa menor frequência. Em contraste com o projeto de matriz de banda larga convencional, esta aplicação de banda estreita permite redução dramática no número de elementos necessários, permitindo a gravação de dados utilizáveis em frequências mais baixas do que seria possível. Quanto menor a frequência utilizável nos dados, maior a anomalia de velocidade que a FWI pode resolver com sucesso.

[0035] Embora o método seja descrito em termos de sua aplicabilidade particular aos dados adquiridos com o propósito de processar com FWI de domínio de frequência, os técnicos no assunto reconhecerão que as técnicas aqui descritas também são passíveis de outras técnicas de processamento, como a tomografia ou a imagem via migração.

[0036] A referência será agora feita em detalhe nas presentes formas de realização (formas de realização exemplificativas) da invenção, exemplos dos quais são ilustrados nas figuras anexas. Sempre que possível, os mesmos números de referência serão utilizados em todas as figuras para se referir às mesmas ou a partes similares.

[0037] Voltando agora à Figura 1, o levantamento sísmico marinho deve ser conduzido em uma área de pesquisa 100 localizada em uma área de interesse 105. A área 105 é de interesse devido ao seu potencial para a produção de um recurso de interesse, por exemplo, hidrocarbonetos fluidos. A indústria gasta um grande esforço para localizar, identificar e adquirir direitos sobre áreas de interesse, como a área de interesse 105. O mesmo é verdade para a seleção da área de pesquisa 100 na área de interesse 105. Assim, os meios e os métodos pelos quais isso é feito são bem conhecidos no estado da técnica e, portanto, não serão discutidos de modo a não obscurecer a invenção.

[0038] A área de pesquisa 100 e a área de interesse 105 em geral, experimentam o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110. Aqueles técnicos no assunto entenderão que o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 é tipicamente mais difuso do que se poderia inferir a partir do elemento gráfico usado para representá-lo na Figura 1. O ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 pode ser caracterizado por atributos tais como velocidade de fase, amplitude, azimute, etc., e geralmente não variará muito nesses atributos dentro de uma área de interesse 105, ou variará com a posição de maneira suave e previsível.

[0039] Os técnicos no assunto também entenderão que a escala tanto da área de pesquisa 100 como da área de interesse 105 pode variar muito de acordo com a utilização particular. Isso é verdade no sentido dos tamanhos relativos. A área de pesquisa 100 pode, em algumas formas de realização, ser coincidente ou quase coincidente com a área de interesse 105 enquanto que em algumas concretizações pode ser apenas uma parte muito pequena. Também é verdade em seus tamanhos em um sentido absoluto. Elas podem ser várias dezenas de milhas quadradas ou várias centenas de milhas quadradas, por exemplo.

[0040] A técnica presentemente divulgada inclui um método 200 implementado por computador, ilustrado na Figura 2, para projetar um levantamento sísmico marinho de baixa frequência. Neste contexto, "baixa frequência" significa frequências inferiores a cerca de 6-8 Hz. Algumas formas de realização serão inferiores a cerca de 4 Hz, algumas das quais podem empregar frequências tão baixas quanto cerca de 2 Hz, ou cerca de 1,5 Hz, ou cerca de 0,5 Hz. O termo "cerca de" é um reconhecimento de que as fontes sísmicas de aquisição podem sair da calibração ou ser mal calibradas, irradiarem simultaneamente em frequências adicionais (por exemplo, de harmônicos ou de ruído de um compressor) ou que seus sinais podem derivar ou de outra maneira desviarem-se do que é desejado. Assim, o termo "cerca de" significa que a frequência real está dentro do erro operacional aceitável para aqueles técnicos no assunto em relação à frequência de aquisição desejada.

[0041] Retornando agora às Figuras 1 - 2, o levantamento será conduzido por uma ou mais fontes sísmicas marinhas de baixa frequência (não mostradas) através da coluna de água 115 com uma rede de receptor (não mostrada) posicionada no fundo do mar 120. Uma vez que se sabe que o levantamento será conduzido usando baixas frequências sísmicas, também é conhecido que o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 pode criar problemas no conjunto de dados resultante. Consequentemente, o método 200 tenta mitigar essas questões no projeto de levantamento, projetando uma matriz de receptores que suprimirá o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 nos dados sísmicos coletados na pesquisa.

[0042] Para projetar uma matriz de receptores para atenuar o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural implica um conhecimento a priori desse ruído. Este conhecimento pode ser obtido a partir de dados sísmicos previamente adquiridos que, para fins atuais, devem ser referidos como "conjunto preliminar de dados sísmicos". Assim, o método 200, primeiro determina (em 210) no ruído de fundo sísmico natural nos dados sísmicos preliminares um intervalo de velocidades de fase sobre o qual o ruído está em uma amplitude em relação ao sinal desejável de modo que o ruído requer atenuação e o grau em que esse ruído precisa ser atenuado.

[0043] O método 200 admite ampla variação quanto à origem dos dados preliminares. Pode ser um legado de uma aquisição prévia e convencional, ou seja, dados "delegados". Ou pode ser adquirido de forma convencional com o objetivo de implementar a presente técnica. Também pode ser de uma aquisição de baixa frequência em algumas formas de realização. A forma e o período em que os dados sísmicos preliminares são adquiridos não são materiais para a prática da técnica. No entanto, independentemente desses tipos de considerações, a rede receptora através da qual os dados sísmicos preliminares são adquiridos deve fornecer uma densidade de sensor suficiente para que o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 não seja alisado. Uma concretização particular atinge tal densidade com um espaçamento de sensor de 450 m.

[0044] Os dados preliminares devem ser adquiridos na área de pesquisa 100 ou, se não, dentro da área de interesse 105. O ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 pode ser determinado diretamente se os dados sísmicos preliminares forem adquiridos dentro da área de pesquisa 100. No entanto, isto não é necessariamente necessário, e o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 pode ser estimado a partir de dados sísmicos adquiridos dentro da área de interesse 105. Como os técnicos no assunto irão apreciar, o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 variará dependendo da localização. Assim, se os dados preliminares são adquiridos na área de interesse 105, o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 é estimado em vez de determinado diretamente.

[0045] Isto limita implicitamente a área de interesse 105 a uma área na qual qualquer dado sísmico adquirido contém um ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 que é pelo menos semelhante ao encontrado na área de pesquisa 100. Como o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 varia de acordo com a localização, assim também a área de interesse 105. Uma concretização particular considera a área de interesse 105 ser limitada à base em que a área de pesquisa 100 está contida.

[0046] A faixa de frequência e as amplitudes do ruído de fundo sísmico de ocorrência natural variarão geralmente com a estação e o estado do mar. Esta variação também pode ser medida ou estimada e pode ser usada para melhorar as estimativas de planejamento dos níveis de ruído de fundo. Por exemplo, se os níveis de ruído forem medidos no verão, mas a aquisição será realizada no inverno, as estimativas de nível de ruído do verão podem ser ajustadas sazonalmente para fornecer uma melhor estimativa de seus prováveis níveis de inverno.

[0047] Os dados sísmicos preliminares também devem ser acessíveis a uma análise de "onda de caixa". Uma análise de onda de caixa adequada é descrita no contexto de um levantamento terrestre no Capítulo 11 de Sismologia de Carbonato, Volume 6, Palaz et al. Eds. (1997). Neste contexto, as ondas acústicas a partir das quais os dados sísmicos são gravados são relativamente mais fracas, mas com uma velocidade de fase relativamente mais rápida do que o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110. Este é um cenário clássico de "onda de caixa", particularmente quando o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 chega a partir de uma faixa conhecida de azimutes. O método 200, procura, portanto, mitigar ou suprimir o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 através de uma matriz de receptores projetada (em 220) para atenuar os modos de onda mais lenta indesejados, mas passar ondas com velocidades de fase mais rápidas.

[0048] Por conseguinte, o método 200 então projeta (em 220) um levantamento sísmico de baixa frequência da área de pesquisa. Isto inclui tanto uma matriz de receptores sísmica do fundo do oceano (em 230) na qual os receptores estão posicionados de modo a filtrar o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 e um plano de disparo de fonte sísmica (em 240).

[0049] Os técnicos no assunto que têm o benefício desta descrição também apreciarão que o aspecto da técnica presentemente divulgada ilustrada na Figura 2 é implementado por computador. A Figura 3 representa conceitualmente porções selecionadas da arquitetura de hardware e software de um aparelho de computação 300, tal como pode ser empregado em alguns aspectos da presente invenção. O aparelho de computação 300 inclui um processador eletrônico 303 que comunica com o armazenamento 306 através de um meio de comunicação 309.

[0050] O processador eletrônico 303 pode ser qualquer processador eletrônico ou conjunto de processador apropriado conhecido no estado da técnica. Aqueles técnicos no assunto apreciarão que alguns tipos de processadores serão preferidos em várias formas de realização dependendo dos detalhes familiares específicos da implementação. Fatores como o poder de processamento, velocidade, custo e consumo de energia são comumente encontrados no processo de projeto e serão altamente específicos de implementação.

[0051] Devido à sua ubiquidade no estado da técnica, tais fatores serão facilmente reconciliados pelos técnicos no assunto que têm o benefício dessa divulgação. Os técnicos no assunto que tenham o benefício desta divulgação apreciarão, portanto, que o processador eletrônico 303 pode teoricamente ser um micro controlador eletrônico, um controlador eletrônico, um microprocessador eletrônico, um conjunto de processador eletrônico ou um circuito integrado específico de aplicação programado apropriadamente ("ASIC"), uma matriz de porta programável em campo ("FPGA"), ou unidades de processamento gráfico ("GPUs"). Algumas formas de realização podem até usar alguma combinação desses tipos de processadores.

[0052] No entanto, os técnicos no assunto também entenderão que os conjuntos de dados, tais como os dados sísmicos preliminares ("PSD") 324, são bastante volumosos e que o processamento aqui descrito é computacionalmente intensivo. As implementações típicas para o processador eletrônico 303, portanto, constituem, de fato, vários conjuntos de processadores eletrônicos espalhados por vários aparelhos de computação que funcionam em conjunto. Uma dessas formas de realização é discutida abaixo. Essas considerações também afetam a implementação do armazenamento 306 e do meio de comunicação 309 de forma semelhante.

[0053] O armazenamento 306 pode incluir um disco rígido e/ou memória de acesso aleatório ("RAM") e/ou armazenamento removível, tal como um disco magnético flexível 312 e um disco ótico 315. O armazenamento 306 é codificado com uma série de componentes de software. Esses componentes incluem um sistema operacional ("OS") 318; um aplicativo 321; uma estrutura de dados composta pelos dados sísmicos preliminares 324; e, uma vez desenvolvido, um projeto de levantamento sísmico marinho de baixa frequência 327. Algumas formas de realização também podem incluir uma estrutura de dados composta por dados sísmicos marinhos de baixa frequência ("LFD") 330. O armazenamento 306 pode ser distribuído em vários aparelhos de computação como descrito acima.

[0054] Tal como acontece com o processador eletrônico 303, as restrições de projeto específicas da implementação podem influenciar o projeto do armazenamento 306 em qualquer forma de realização particular. Por exemplo, como observado acima, a técnica divulgada opera em conjuntos de dados volumosos, que tipicamente mitigarão para vários tipos de armazenamento "em massa", como uma matriz redundante de discos independentes ("RAID"). Outros tipos de armazenamento em massa são conhecidos no estado da técnica e também podem ser usados em adição ou em vez de um RAID. Tal como acontece com o processador eletrônico 303, esses tipos de fatores são comuns no processo de projeto e os técnicos no assunto que têm o benefício desta divulgação serão capazes de equilibrá-los facilmente à luz de suas restrições de projeto específicas de implementação.

[0055] O processador eletrônico 303 opera sob o controle do OS 318 e executa o aplicativo 321 sobre o meio de comunicação 309. Esse processo pode ser iniciado automaticamente, por exemplo, no momento da inicialização ou no comando do usuário. O comando do usuário pode ser diretamente através de uma interface de usuário. Para esse fim, o sistema de computação 300 da forma de realização ilustrada também emprega uma interface de usuário 342.

[0056] A interface de usuário 342 inclui o software de interface de usuário ("UIS") 345 e um display 340. Ele também pode incluir dispositivos de entrada/saída periférica ("I/O"), como um teclado ou interface de escrita 350, um mouse 355 ou um joystick 360. Estes serão detalhes específicos da implementação que não são relevantes para a técnica presentemente divulgada. Por exemplo, algumas concretizações podem renunciar a dispositivos periféricos de I/O se o display 340 incluir uma tela de toque. Consequentemente, a técnica presentemente descrita admite ampla variação neste aspecto do sistema de computação 300 e pode ser utilizada qualquer implementação convencional conhecida no estado da técnica.

[0057] Além disso, não há exigência de que a funcionalidade do sistema de computação 300 descrito acima seja implementada conforme divulgado. Por exemplo, o aplicativo 321 pode ser implementado em algum outro tipo de componente de software, como um daemon ou utilitário. A funcionalidade do aplicativo 321 não precisa ser agregada em um único componente e pode ser distribuída em dois ou mais componentes. Da mesma forma, as estruturas de dados para os dados sísmicos preliminares 324 e os dados sísmicos marinhos 330 de baixa frequência podem ser implementados usando qualquer estrutura de dados apropriada conhecida no estado da técnica.

[0058] Como com o processador eletrônico 303 e o armazenamento 306, a implementação do meio de comunicação 309 variará com a implementação. Se o sistema de computação 300 é implantado em um único aparelho de computação, o meio de comunicação 309 pode ser, por exemplo, o sistema bus desse aparelho de computação único. Ou, se o sistema de computação 300 for implementado em uma pluralidade de aparelhos de computação em rede, então o meio de comunicação 309 pode incluir uma ligação com fio ou sem fio entre os aparelhos de computação. Assim, a implementação do meio de comunicação 309 será altamente dependente da concretização particular de maneiras que serão evidentes para os técnicos no assunto que tenham o benefício dessa divulgação.

[0059] Observe que os vários conjuntos de dados 324, 330 discutidos aqui são coleções de dados ordenados representativos de um ambiente natural tangível, real, natural. Isso inclui objetos tangíveis e de mundo real que compõem esse ambiente, embora em alguns casos ele possa incluir dados que caracterizem um sinal. Por exemplo, dados sísmicos são informações que caracterizam as formações subterrâneas a partir das quais são gerados. Da mesma forma, o plano de levantamento 327 também representa um ambiente tangível e real, nomeadamente a colocação e operação de componentes de levantamento durante um levantamento sísmico.

[0060] Os dados sísmicos 324, 330 e o plano de levantamento 327 podem ser, ou podem não ser, representados para percepção humana por exibição eletrônica ou por redução de cópia impressa dependendo da concretização particular que está sendo implementada. A técnica divulgada é indiferente quanto à existência de tal renderização. Os dados sísmicos 324, 330 e o plano de levantamento 327 nas formas de realização ilustradas não são renderizados, mas são analisados sem renderização.

[0061] Algumas porções das descrições detalhadas aqui são, portanto, apresentadas em termos de um processo implementado por software envolvendo representações simbólicas de operações em bits de dados dentro de uma memória em um sistema de computação ou um dispositivo de computação. Essas descrições e representações são os meios usados por aqueles no estado da técnica para transmitir de forma mais eficaz a substância do seu trabalho a outros profissionais técnicos no assunto. O processo e a operação requerem manipulações físicas de quantidades físicas que transformarão fisicamente a máquina ou o sistema particular em que as manipulações são realizadas ou em que os resultados são armazenados. Geralmente, embora não necessariamente, essas quantidades assumem a forma de sinais elétricos, magnéticos ou óticos capazes de serem armazenados, transferidos, combinados, comparados e de outra forma manipulados. Foi provado conveniente às vezes, principalmente por razões de uso comum, referir esses sinais como bits, valores, elementos, símbolos, caracteres, termos, números ou similares.

[0062] No entanto, deve-se ter em mente que todos esses termos e termos similares devem ser associados às quantidades físicas apropriadas e são apenas rótulos convenientes aplicados a essas quantidades. A menos que especificamente indicado ou diferente, como possa ser aparente, ao longo da presente divulgação, essas descrições se referem à ação e aos processos de um dispositivo eletrônico, que manipula e transforma dados representados como quantidades físicas (eletrônicas, magnéticas ou óticas) dentro do armazenamento de algum dispositivo eletrônico em outros dados representados de forma semelhante como quantidades físicas dentro do armazenamento, ou em dispositivos de transmissão ou exibição. Exemplos dos termos que denotaram essa descrição são, sem limitação, os termos "processamento", "computação", "cálculo", "determinação", "exibição" e similares.

[0063] Além disso, a execução da funcionalidade do software transforma o aparelho de computação no qual é executado. Por exemplo, a aquisição de dados alterará fisicamente o conteúdo do armazenamento, assim como o processamento subsequente desses dados. A alteração física é uma "transformação física" na medida em que altera o estado físico do armazenamento para o aparelho de computação.

[0064] Note-se também que os aspectos implementados pelo software da invenção são tipicamente codificados em alguma forma de meio de armazenamento do programa ou, alternativamente, implementados em algum tipo de meio de transmissão. O meio de armazenamento do programa pode ser magnético (por exemplo, um disquete ou um disco rígido) ou ótico (por exemplo, uma memória de leitura de disco compacto ou "CD ROM"), ou com base em carga (por exemplo, uma memória flash) e pode ser somente leitura ou acesso aleatório. Da mesma forma, o meio de transmissão pode ser par de fios torcidos, cabo coaxial, fibra ótica ou algum outro meio de transmissão adequado conhecido.

[0065] Os técnicos no assunto apreciarão que a técnica descrita acima pode ser parte de um processo maior que se estende desde a aquisição dos dados sísmicos preliminares 324 através da condução do levantamento sísmico marinho de baixa frequência para a qual o plano de levantamento 327 é desenvolvido. Para aprofundar a compreensão da técnica presentemente descrita, seu papel em um tal processo grande será agora divulgado em uma concretização particular.

[0066] Voltando agora para a Figura 4, esta concretização particular 400 começa com a aquisição (em 410) dos dados sísmicos preliminares. Estes dados sísmicos são "preliminares" apenas no sentido de seu papel no desenvolvimento de um subsequente levantamento sísmico marinho de baixa frequência. Pode ter sido, em algum momento, objeto em si mesmo na condução do levantamento no qual foi adquirido. Nesse contexto, talvez não tenha sido "preliminar". No contexto atual, é considerado "preliminar" porque não são os dados sísmicos coletados durante o levantamento sísmico marinho de baixa frequência que será usado para projetar.

[0067] Com referência agora à Figura 5, a aquisição 410 é realizada em um levantamento de fundo de oceano convencional neste caso particular. Um navio de reboque 500 reúne uma ou mais fontes convencionais 503 que podem ser, por exemplo, armas de ar ou fontes de varredura, tais como conhecidas no estado da técnica, na superfície da água 506. A (s) fonte (s) 503 transmitem um ou mais sinais sísmicos 509 para a coluna de água 115 para penetrar no fundo do mar 120 e onde eles interagem com as estruturas subterrâneas 512, fazendo com que uma porção da energia sísmica 515 volte para a superfície.

[0068] A energia sísmica de retorno 515 então se propaga de volta para a rede receptora 518 no fundo do mar 120. A rede receptora 518 inclui uma pluralidade de receptores 521 (apenas um indicado). A Figura 6, adaptada de Dellinger, J. e J. Ehlers, "Frequências baixas com uma matriz ‘densa’ OBS Array: The Atlantis Green-Canyon Earthquake Dataset.", Annual Meeting abstracts, Society of Exploration Geophysicists (2007), mapeia as posições do receptor em uma implementação particular da rede do receptor 518, cada círculo numerado 600 (apenas um indicado) representando um receptor 521. Observe a densidade do receptor (ou seja, < 450m), o que significará que o ruído de fundo sísmico que ocorre naturalmente 110 não será alisado. Os receptores 521 podem ser hidrofones, geofones ou multicomponentes, dependendo da implementação. A energia sísmica de retorno 515 é detectada pelos receptores 521 e registrada como dados sísmicos. Os dados gravados que contêm energia a partir de fontes sísmicas artificiais conhecidas 503 são chamados de dados sísmicos "ativos".

[0069] Os receptores 521 também registram dados sísmicos devido a fontes naturais, em particular, eles gravam quando não há fontes ativas convencionais próximas 503 operando. Os dados registrados na ausência de fontes artificiais conhecidas são denominados dados sísmicos "passivos". Nesta concretização particular, os dados sísmicos ativos e passivos gravados pelos receptores 521 tornam-se os "dados sísmicos preliminares". Os dados sísmicos preliminares gravados são então comunicados a uma instalação computacional 524. Esta comunicação pode ser, por exemplo, por cópia impressa em uma fita magnética 527 ou por transmissão através de um satélite 530.

[0070] A instalação computacional 524 abriga um sistema de computação pelo qual os dados sísmicos preliminares são processados como descrito acima para projetar o levantamento sísmico de baixa frequência. Uma porção de um sistema de computação exemplificativo 700 é mostrada na Figura 7. O sistema de computação 700 é conectado em rede, mas não há exigência de que o sistema de computação 700 seja conectado em rede. As formas de realização alternativas podem empregar, por exemplo, uma arquitetura pessoa para pessoa ou algum híbrido de uma arquitetura pessoa para pessoa e cliente/servidor. O tamanho e o alcance geográfico do sistema de computação 700 não são materiais para a prática da invenção. O tamanho e o alcance podem variar em qualquer lugar de apenas algumas máquinas de uma Rede de Área Local ("LAN") localizadas na mesma sala para muitas centenas ou milhares de máquinas distribuídas globalmente em um sistema informático empresarial.

[0071] O sistema de computação 700 compreende, na porção ilustrada, um servidor 710, um dispositivo de armazenamento em massa 720 e uma estação de trabalho 730. Cada um desses componentes pode ser implementado no seu hardware de maneira convencional. As formas de realização alternativas também podem variar nos aparelhos de computação utilizados para implementar o sistema de computação 700. Além disso, os técnicos no assunto apreciarão que o sistema de computação 700, e mesmo a parte dele mostrada, será muito mais complexo. No entanto, esse detalhe é convencional e não deve ser mostrado ou discutido para evitar obscurecer o assunto reivindicado abaixo.

[0072] Na Figura 7, o aplicativo 321 é mostrado residindo no servidor 710 enquanto que os dados sísmicos preliminares 324, o plano de levantamento sísmico marinho 327 e os dados sísmicos de baixa frequência 330 são mostrados residindo no armazenamento em massa 720. Enquanto isto é uma maneira de localizar os vários componentes de software, a técnica não depende de tal arranjo. Embora as preocupações de desempenho possam mitigar certos locais em concretizações particulares, a localização dos componentes de software é de outra forma imaterial.

[0073] Ao retornar à Figura 4, os dados sísmicos preliminares 324 são analisados para determinar (em 420) a partir do ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 na área de pesquisa 100 nos dados sísmicos preliminares uma faixa de velocidades de fase sobre a qual o ruído é em uma amplitude em relação ao sinal desejável de modo que o ruído requer atenuação e o grau em que esse ruído precisa ser atenuado. O azimute de chegada para o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 também é verificado (em 430). Isto pode ser feito realizando o que é conhecido no estado da técnica como uma análise "radar" dos dados sísmicos preliminares 324. A análise de radar pode ser realizada pelo aplicativo 321, mostrada na Figura 7, por exemplo, respondendo à entrada pelo usuário 740.

[0074] As Figuras 14 e 15 mostram um exemplo de como se pode determinar as velocidades de fase (em 420) e os azimutes (a 430). Para determinar a amplitude do ruído de fundo, os espectros de potência calibrados são plotados para janelas de tempo extraídas dos dados sísmicos preliminares ativos e passivos. Em algumas concretizações, os dados sísmicos preliminares ativos e passivos podem ser extraídos de levantamentos sísmicos diferentes. A Figura 14 mostra uma representação de espectros típicos de potência ativa e passiva para dados sísmicos de fundo de oceano em águas profundas do Golfo do México. Na janela de tempo de dados ativo mostrada na Figura 14, as fontes eram armas de ar convencionais localizadas a cerca de 2,5 km do receptor. Sobre a faixa de frequência de interesse (0,5 - 6 Hz), o ruído de fundo e a energia de fontes convencionais podem ser bem aproximados como linhas retas em um gráfico log-log, como mostrado aqui.

[0075] Os dados da fonte ativa podem ser plotados para uma variedade de locais de origem, mostrando como a amplitude das fontes convencionais varia com o deslocamento do receptor-fonte e, portanto, como a relação sinal-ruído varia com o deslocamento fonte-receptor. Alternativamente, a curva de amplitude para um deslocamento conhecido pode ser deslocada para cima e para baixo para modelar a amplitude em outros offsets, com base em um modelo de como a amplitude deve variar com o deslocamento, por exemplo, espalhamento esférico.

[0076] Nota-se que, para fontes de armas de ar convencionais em águas profundas do Golfo do México, abaixo de 2 Hz, os dados ativos aproximam-se de dados passivos, mesmo para fontes ativas relativamente próximas. Assim, uma análise da amplitude do ruído ambiente abaixo de cerca de 2 Hz pode ser feita mesmo a partir de dados ativos convencionais, porque as fontes sísmicas convencionais produzem muito pouca energia nessa faixa de frequência. Para algumas bacias oceânicas, espectros de ruído ambiente foram publicados e estão disponíveis gratuitamente, e esta é outra fonte possível de dados sobre os níveis de ruído ambiente. Os espectros de ruído ambiente variam com a estação e o estado do mar, e esta variação pode ser contabilizada ao estimar os níveis de ruído ambiente a serem projetados.

[0077] A modelagem do desafio de imagem esperado determinará quão baixa a frequência, com a qual o sinal ao ruído na qual o deslocamento máximo fonte-receptor, é esperado para ser necessária para a imagem das estruturas subterrâneas de interesse. Alternativamente, a experiência empírica com desafios similares de imagem em bacias similares pode ser usada para estimar estas.

[0078] Os pontos marcados como "LFS" na Figura 14 indicam uma faixa de possíveis varreduras de zumbido de uma única frequência que estão disponíveis a partir de uma fonte de baixa frequência controlável (LFS). Podem encontrar-se informações adicionais sobre varreduras de zumbido de frequência no pedido de invenção norte-americano n° de série 13/327 524 e no pedido de patente de invenção norte-americano n° 61/896394, incorporado por referência abaixo. Outros tipos de varreduras, por exemplo, varreduras de banda estreita de uma faixa de frequência restrita em uma oitava ou menos, também podem ser usados. Observe que a fonte de baixa frequência reduziu significativamente a largura de banda em comparação com as armas de ar, mas pode atingir um sinal ao ruído muito maior em uma faixa de frequência restrita. No entanto, quanto às armas de ar, o poder alcançável diminui rapidamente à medida que a frequência diminui, então há uma compensação a ser otimizada entre a frequência e o sinal ao ruído.

[0079] O sinal obtido a partir de uma fonte de baixa frequência controlável que realiza uma varredura particular pode ser medido empiricamente, ou pode ser estimado com base em considerações tais como o tamanho do dispositivo, a água que ele desloca, a força que aplica à água, a estimativa de espalhamento e atenuação do sinal na subsuperfície, etc., ou uma combinação de ambos. Se for esperado um sinal de fonte insuficiente na frequência mais baixa requerida, então a baixa em dB deve ser calculada (por exemplo, de um gráfico como a Figura 14), a seguir uma investigação sobre como aumentar o sinal ao ruído atenuando o ruído por pelo menos esse montante. Uma solução possível é aumentar o sinal construindo um dispositivo maior ou empregando uma variedade de fontes. A solução alternativa, descrita aqui, é atenuar o ruído em relação ao sinal.

[0080] A Figura 15 mostra um gráfico esquemático de "radar" para dados de pressão de uma rede de nódulo de fundo de oceano em águas profundas do Golfo do México. O gráfico polar mostra energia através de uma rede (como é mostrado na Figura 6) como função da lentidão da fase (velocidade inversa da fase horizontal) e do azimute. A lentidão da fase zero (indicando uma onda que invade todas as partes da rede simultaneamente) traça no centro. A borda externa indica energia movendo-se a 1000 m/s, energia viajando de norte para sul a essa velocidade na borda superior da trama, de oeste para o leste a essa velocidade na margem esquerda, etc.

[0081] Para este exemplo, a energia é principalmente proveniente de uma faixa de azimutes centrados no Sudeste, em uma faixa de velocidades de fase entre cerca de 1600 e 3000 metros por segundo. Os dados desejáveis da fonte ativa chegam a velocidades mais elevadas que se traçariam mais perto do centro da trama. O azimute, a amplitude e a faixa de frequência do ruído ambiente podem variar de acordo com a estação e o tempo, mas o alcance das velocidades é uma função da geologia local e não deve mudar. Assim, ao escolher uma série de fases lentas para atenuar e a supressão de ruído dB requerida em relação a esse intervalo, podemos projetar uma matriz de receptores apropriada, como é bem conhecido pelos técnicos no assunto de análise de onda de caixa.

[0082] Uma matriz de receptores é especificada pela sua geometria e o conjunto de pesos Aj aplicado aos elementos da matriz (aqui os elementos são indexados por j). Um tipo preferido de matriz bem conhecida no estado da técnica é uma "matriz de Chebychev", que maximiza a atenuação mínima em uma faixa de rejeição especificada. Outros tipos de matrizes com diferentes propriedades úteis também são possíveis e são conhecidas pelos técnicos no assunto de projeto de matriz para a atenuação do ruído de ondas de superfície.

[0083] Uma análise de radar também pode ser realizada nos dados ativos, para determinar as velocidades e azimutes da energia a partir de uma fonte ativa, para garantir que a matriz também não atenua excessivamente o sinal desejável. As fontes ativas também podem gerar sinais indesejáveis, como as ondas superficiais e, idealmente, a matriz também pode atenuar estas.

[0084] Uma vez que o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110 e o seu azimute de chegada são determinados (em 420, 430), o método 400 então projeta (em 220) um levantamento sísmico de baixa frequência 327 da área de pesquisa 100. Isso inclui ambos uma matriz de receptores sísmica do fundo do oceano (em 230) na qual os receptores estão posicionados de modo a filtrar o ruído de fundo sísmico 110 de ocorrência natural e um plano de disparo de fonte sísmica (em 240). Conforme descrito acima, a disposição do receptor é projetada para atenuar o ruído de fundo sísmico de ocorrência natural 110, e o plano de disparo de fonte sísmica complementa o projeto da matriz de receptores.

[0085] Continuando com este exemplo particular específico, uma matriz de receptores filtra energia sísmica pelo seu número de onda (um sobre o comprimento de onda da onda medida ao longo da superfície de gravação). Para determinar o número de onda mínimo e máximo, determina-se as velocidades mínimas e máximas de fase a serem atenuadas e as frequências mínimas e máximas de interesse. O número de onda mínimo é então a frequência mínima dividida pela velocidade máxima da fase e o número de onda máximo é a frequência máxima dividida pela velocidade mínima da fase.

[0086] Para este exemplo, as frequências mínima e máxima são de 1,6 Hz, portanto, o número de onda mínimo é de 1,6 Hz/3000 m/s e o número de onda máximo é de 1,6 Hz/1600 m/s. Uma matriz ótima tem seu espaçamento de amostra Nyquist centrado entre esses números mínimos e máximos. Para este exemplo, se d é o espaçamento da matriz, então ^ d = ^ (1.6/3000 + 1.6/1600), e encontramos d = 652.17 ou cerca de 650 metros.

[0087] A Figura 12 mostra a atenuação de uma matriz 3x3 de Chebychev para este exemplo, que atinge uma atenuação mínima de cerca de 18 dB ao longo do intervalo de número de onda necessário. As formas de realização alternativas que utilizam outros tipos de matrizes também são possíveis, por exemplo, o ganho sobre a banda de rejeição pode ser ajustado para coincidir com a forma do espectro de ruído em relação a essa janela de número de onda. Outras configurações de matriz também são possíveis, por exemplo, matrizes hexagonais 605 (apenas uma indicada) como ilustrado na Figura 6, ou as matrizes podem ter espaçamentos diferentes ao longo de diferentes eixos. Em formas de realização, o método de implantação do nódulo pode impedir que seja possível especificar com precisão a origem dos nódulos. O projeto da matriz pode ser modificado para ter em conta o fato de que a matriz implantada pode apenas se aproximar do projeto de aquisição, devido a restrições sobre onde os nódulos podem estar localizados ou com a precisão deles podem ser colocados.

[0088] A atenuação mínima de uma matriz de Chebychev é uma função da proporção dos números de onda mínimo e máximo e o número de elementos na matriz. Matrizes com mais elementos conseguem uma maior atenuação, mas com uma maior despesa de aquisição, como é bem conhecido pelos técnicos no assunto de projeto da matriz. Observe que os princípios de projeto exemplificados aqui são os mesmos que para projeto de matriz de terra, para o qual essas ferramentas e esta metodologia foram originalmente projetadas. As matrizes de terra normalmente devem lidar com dados de banda larga, muito maiores que as matrizes que são usadas nesse caso, tipicamente 12x12 no mínimo. Para a aplicação de imagens de sísmica de baixa frequência de interesse particular, a inversão da forma de onda completa, apenas um pequeno número de frequências discretas separadas é necessário.

[0089] Neste exemplo, não precisamos projetar uma matriz de banda larga porque, como mostrado na Figura 14, o sinal ao ruído melhora rapidamente com o aumento da frequência. Em frequências mais altas, não é necessária uma matriz de receptores para suprimir o ruído ambiente, portanto, as matrizes só serão necessárias na menor frequência usada na pesquisa. Porque estamos apenas tentando projetar uma matriz que atenua o ruído em uma única frequência, mesmo uma matriz humilde de 3x3 pode fornecer rejeição de ruído significativa.

[0090] Fora da banda de frequência para a qual a matriz foi concebida, pode não proporcionar muita rejeição de ruído. No entanto, o ruído fora das frequências de interesse pode ser facilmente suprimido pela filtração de frequência convencional no domínio do tempo, então isso não é um problema.

[0091] Uma vez que as matrizes de receptores foram projetadas, elas são incorporadas no projeto da pesquisa. Primeiro, a pesquisa é projetada da maneira convencional assumindo nenhum ruído, então cada nódulo receptor na rede de aquisição é substituído por uma pequena matriz. Considere, por exemplo, o projeto de levantamento sísmico marinho 800, ilustrado conceitualmente na Figura 8. A técnica aqui descrita não faz necessariamente o projeto de levantamento sísmico marinho 800 em uma forma perceptível humana como foi discutido acima. A Figura 8 é usada apenas para ilustrar aspectos selecionados do projeto de levantamento sísmico marinho 800 para ampliar a compreensão do assunto atualmente reivindicado.

[0092] O projeto de levantamento sísmico marinho 800 inclui uma rede receptora 803 composta por várias linhas receptoras 806 espaçadas a 4 km de distância. Na ausência de ruído ambiente, uma única linha de nódulos 809 (apenas um indicado) seria espaçada ao longo desta linha em um espaçamento determinado pelos requisitos de amostragem da pesquisa. (Cada nódulo representa um receptor sísmico.) Esta geometria de disparo, com tiros densamente espaçados em uma direção e receptores densamente espaçados na direção ortogonal, pode ser referido como "aquisição 3D dispersa".

[0093] Na Figura 8, o espaçamento de disparo é denso ao longo do eixo horizontal da figura, e os receptores são densos ao longo do eixo vertical da figura. Os locais de disparo representativos 810 (apenas um indicado) são mostrados na linha de disparo 815 espaçada a cerca de 150 m de distância. Aqui "denso" significa "um espaçamento de amostra suficientemente fino para representar os campos de onda de interesse sem alias". Pelo critério de amostragem de Nyquist, "denso" significa um espaçamento de amostra < ^ V/F, onde F é a frequência e V é a velocidade de fase horizontal de um campo de onda de interesse. "Dispersa" é uma densidade de amostra muito inferior a esta, isto é, um espaçamento de amostra> ~ 3x que para um espaçamento de amostra denso.

[0094] Na prática, as linhas não precisam ser exatamente ortogonais, mas neste caso, o espaçamento da amostra em linha da linha desviada deve ser multiplicado por cerca do cosseno do desvio da ortogonalidade para manter a mesma amostragem efetiva. Assim, mais pontos de disparo ou receptor serão necessários e essa geometria é menos eficiente.

[0095] Outros projetos de pesquisa são possíveis. Em particular, descobriu-se que a inversão da forma de onda completa ("FWI") não precisa do mesmo tipo de cobertura que é necessária para a imagem. A FWI precisa de uma boa amostragem ao longo de cada eixo no domínio de disparo ou no domínio do receptor, mas não em ambos. Existem três formas fundamentais de obter a amostragem necessária. Uma aquisição 3D dispersa (como na Figura 8) atinge a amostragem necessária com linhas ortogonais de disparo e receptor, cada densa na direção interna, mas grosseira na direção transversal.

[0096] Alternativamente, na aquisição do receptor escasso, os disparos são geralmente densos, caso em que os receptores podem então estar espaçados grosseiramente. Esta é a estratégia de aquisição típica usada em frequências convencionais, porque é muito menos dispendioso adquirir uma cobertura densa de fontes (tipicamente armas de ar rebocadas por trás de um navio) do que uma cobertura densa de receptores de fundo de oceano (o que talvez seja necessário colocar manualmente uma de cada vez por um veículo operado remotamente ('ROV')). A Figura 6 mostra um exemplo de tal rede de receptor para um levantamento sísmico convencional. Os nódulos estão separados por ~ 450 m, o que não é denso nas frequências sísmicas convencionais. As frequências sísmicas convencionais são acima de cerca de 6 Hz. O termo "principalmente" aqui denota que algumas fontes de banda larga (como armas de ar) emitem energia em muitas frequências, algumas das quais podem ser diferentes daquela que é considerada a frequência nominal do sinal. Assim, como reconhecido pelos técnicos no assunto que têm o benefício desta divulgação, mesmo os sinais nominalmente considerados acima de 6 Hz podem ser acompanhados por algumas quantidades menores de energia abaixo de 6 Hz. Assim, o sinal é "principalmente" acima de 6 Hz neste contexto.

[0097] No entanto, esta mesma rede de receptores com nódulos de ~ 450 m de distância torna-se densa para frequências inferiores a cerca de 1,7 Hz. Assim, em algumas concretizações, particularmente em um "levantamento de sobreposição", onde uma rede de receptor projetada para um levantamento convencional também é usada para aquisição de baixa frequência, a aquisição de disparos esparsos pode ser usada para a aquisição de baixa frequência. Na aquisição de disparos esparsos, os disparos podem estar espaçados grosseiramente, aproveitando uma rede receptora muito densa para alcançar a amostragem necessária (ou seja, a rede do receptor é densa ao longo de ambos os eixos horizontais). Note-se que um "levantamento secundário" resulta em uma única aquisição.

[0098] No presente contexto, "grosseiro" significa com espaçamentos muito maiores do que o requerido com frequências convencionais, isto é, frequências > cerca de 68 Hz. Por exemplo, uma concretização particular usa disparos geralmente densos, mas espaçamentos de nódulos bastante grosseiros, por exemplo, uma rede com nódulos 4 km separados. No entanto, os espaçamentos não devem ser "excessivamente grosseiros", ou seja, mais do que cerca de 10 km de distância, o que pode produzir mais artefatos indesejáveis.

[0099] Essas observações podem se manifestar em uma variedade de estratégias de aquisição. Por exemplo, pode-se usar uma rede mais apertada de nódulos (como a rede na Figura 6) sobre a parte central do modelo de interesse fazendo duplo dever para fins de imagem convencional também. Estes seriam então cercados por uma rede muito mais grosseira de nódulos suficientes para adquirir compensações ultra largas para FWI sobre a área de interesse. Alternativamente, uma extensa rede de nódulos de escala pode ser cara, porque o barco que coloca os nódulos precisa percorrer longas distâncias entre os canais do nódulo e passar muito tempo viajando. Se a pesquisa não requer uma grande distribuição de deslocamento, uma linha de nódulos mais espaçada em um ou mais offsets fora do centro da área de interesse pode ser uma estratégia de implantação mais econômica.

[00100] Por exemplo, uma "parede de receptores" em torno do perímetro da área de pesquisa pode ser suficiente. Uma variação disto seria "disparo na bobina do nódulo", onde os nódulos são implantados em um padrão espiral, com os braços espirais relativamente próximos uns dos outros no centro, mas distantes na borda externa. Esse padrão também pode envolver uma rede cartesiana convencional, como na Figura 6. Ou, se cada nova linha de disparo/receptor adiciona grandes despesas, mas uma amostragem mais fina dentro de uma linha de disparo ou receptor adiciona apenas despesas incrementais, isso favorece o uso de aquisição 3D dispersa, com linhas de disparo amplamente espaçadas indo de uma maneira, e linhas de nódulo de receptor amplamente espaçadas indo para o outro lado.

[00101] Qualquer que seja o projeto de pesquisa escolhido, os receptores individuais no projeto podem ser substituídos por matrizes de receptores projetadas para atenuar o ruído ambiente em relação ao sinal desejável. Voltando ao projeto de levantamento 3D disperso na Figura 8, as linhas do receptor tornam-se linhas "gordas" com três nódulos de largura, com os nódulos espaçados de 650 m de distância em faixas retangulares. Os nódulos 809 ao longo da linha do receptor gorda são configurados em quadrados 3x3 e são 1300 m por lado. Os fragmentos ilustrados 806 são representativos e serão repetidos de forma suficiente para essas dimensões para cobrir toda a área de pesquisa 100. Os fragmentos quadrados do nódulo 3x3 suprimem o ruído aproximadamente o mesmo independentemente da direção. No entanto, o projeto que consiste em três linhas paralelas também permite que os fragmentos adjacentes se sobreponham, e os fragmentos sobrepostos podem ter mais de três linhas de elementos de matriz ao longo do eixo das linhas de receptor gordas, por exemplo, a matriz de receptores 5x3 801. O eixo de maior supressão desta matriz não-quadrada é indicado pela seta 812.

[00102] Observa-se que uma aquisição de "linha de receptor gorda" tal como ilustrada na Figura 8 é particularmente adequada para sistemas de cabo de fundo de oceano ou "nódulos em corda". Em uma concretização, os nódulos em cordas são nódulos de fundo de oceano que são unidades de gravação independentes autoalimentadas que estão amarradas em cabos que são usados para implementá-los. A posição em linha dos nódulos dentro de cada cabo ou corda pode ser escalonada para produzir uma aquisição de "linha de receptor gorda" com matrizes de receptores hexagonais, em vez de quadrada ou retangular como mostrado na Figura 8. O efeito de uma "linha de receptor gorda" também pode ser alcançado por colocar um único cabo em uma sinuosa, de um lado para o outro, dente de serra, ou de outra forma complicado. Para um cabo não preso, tal disposição também pode resultar em melhor acoplamento ao fundo do mar.

[00103] O projeto de levantamento sísmico marinho 800 também inclui um plano de disparo de fonte sísmica. A Figura 8 inclui várias indicações representativas das linhas de vela 815 (apenas uma indicada) sobre a qual a fonte sísmica (não mostrada) será rebocada. A direção interna da fonte é indicada pela seta 818 e a direção da cruzada é indicada pela seta 821. Nesta concretização particular, as linhas de vela 815 são separadas de 1 km.

[00104] Retornando à Figura 4, a técnica conduz (a 440) um levantamento sísmico marinho de baixa frequência de acordo com o projeto de levantamento sísmico marinho 800. A Figura 9 ilustra conceitualmente um levantamento sísmico marinho de baixa frequência 900, particular realizado de acordo com o projeto de levantamento 800 ilustrado na Figura 8, chegado como discutido acima. O levantamento 900, é conduzido muito à maneira do levantamento 500 da Figura 5, modificado conforme indicado pelo projeto de levantamento 800.

[00105] Em particular, o levantamento 900 emprega a fonte sísmica marinha de baixa frequência 903. Uma fonte adequada é revelada e reivindicada na patente de invenção norte-americana 8.387.744. No entanto, a técnica atualmente divulgada não se limita a esta fonte específica. Pode ser utilizada qualquer fonte sísmica marinha de baixa frequência adequada conhecida no estado da técnica. Note-se que, em certo grau, o que constitui uma fonte "adequada" pode ser restringida pelo projeto de levantamento 800. Por exemplo, se o projeto de levantamento 800 exige um sinal sísmico de varredura, a fonte 903 deve ser capaz de emitir sinais sísmicos de varredura.

[00106] O levantamento 900 também usa a rede receptora 803 e o plano de disparo de fonte sísmica primeiro ilustrado na Figura 8. Os receptores 521 são implantados em cabos de fundo de oceano ("OBCs") 906 (apenas um indicado) nesta concretização particular. A técnica divulgada não se limita a este tipo de implantação. Existem várias maneiras conhecidas no estado da técnica para a implantação de receptores sísmicos no fundo do mar e qualquer um desses pode ser usado. Note-se que, de acordo com o plano de levantamento 800, o eixo das linhas de vela 815 (apenas um mostrado) é transversal ao eixo das linhas do receptor.

[00107] Ainda se referindo à Figura 9, os dados sísmicos de baixa frequência registados durante o levantamento sísmico de baixa frequência 900 são então transmitidos para a instalação de computação 524 na fita magnética 527 ou através de transmissão sem fios no satélite 530. Passando agora à Figura 7, o usuário 740 invoca o aplicativo 321 da estação de trabalho 730 para começar a processar os dados sísmicos de baixa frequência 330. Os técnicos no assunto entenderão que os dados sísmicos preliminares 324 podem ser submetidos a pré-processamento para condicionar os dados para o processamento que está por vir. Tal pré-processamento é descrito, por exemplo, na patente US 7,725,266 e no pedido de invenção norte-americano n° de série 13/327,524. O tipo e a quantidade de pré- processamento variam de forma de realização de uma maneira que se tornará evidente para os técnicos no assunto tendo o benefício desta descrição.

[00108] O processamento (em 450, figura 4) pode incluir, por exemplo, uma ou mais técnicas conhecidas como "inversão de forma de onda completa". Como é bem sabido para os técnicos no assunto, a transmissão, a reflexão, a difração, etc., das ondas sísmicas dentro da Terra podem ser modeladas com considerável precisão pela equação de onda e, consequentemente, os motores de extrapolação de campo de onda baseada em equações de onda são o método de escolha para problemas de imagem difíceis. A equação de onda é uma equação diferencial parcial que pode ser facilmente redigida em termos de uma, duas ou três dimensões.

[00109] Para desafios complexos de imagem, a equação de onda acústica de densidade constante extrapolando no tempo é tipicamente usada como o mecanismo de extrapolação. Juntamente com uma condição de imagem, produz uma imagem de refletores dentro da Terra. A imagem dessa forma é chamada de "migração de tempo reverso".

[00110] O mesmo mecanismo de extrapolação também pode ser usado dentro de um processo de otimização iterativa que tenta encontrar um modelo de terra que explique todas as informações sísmicas registradas nos receptores. O processo iterativo transmite numericamente as ondas de modelos que se propagam das fontes para os receptores e compara esses dados previstos com o que foi realmente gravado. A diferença entre estes é o "residual de dados", que então numericamente para trás - se propaga no tempo reverso dos receptores de volta para a Terra simulada. A correlação do campo de onda da fonte de propagação direta e o campo de onda residual de propagação reversa produz uma estimativa do erro no modelo de velocidade. O modelo é então atualizado e a iteração se repete.

[00111] Isto é chamado de "inversão de forma de onda completa", ou "FWI". Idealmente, a inversão produz um volume tridimensional que dá uma velocidade estimada da onda subterrânea em cada ponto iluminado dentro da terra. Se a equação da onda acústica é utilizada, que incorpora tanto a velocidade como a densidade como parâmetros médios, a inversão pode produzir um volume tridimensional que dá tanto a velocidade como a densidade em cada ponto.

[00112] A maioria dos fluxos de trabalho FWI convencionais são projetados para trabalhar com dados de fontes impulsivas. Uma técnica de uso comum para melhorar a convergência de FWI é silenciar as chegadas e as compensações internas, forçando o FWI a considerar apenas ondas de mergulho rápidas na inversão. Essas ondas de mergulho têm números de ondas verticais mais baixas e, portanto, proporcionam os mesmos benefícios de ter frequências mais baixas na inversão sem a necessidade de ter uma fonte de baixa frequência. Na ausência de silenciamento, essas chegadas rápidas de deslocamento largo tendem a ser subjugadas na inversão por eventos mais altos, mais tarde, mais viajando verticalmente (e, portanto, maior número de ondas).

[00113] Embora os dados sísmicos sejam adquiridos a partir de uma fonte de baixa frequência, as técnicas de processamento que permitem a inversão de números de ondas verticais ainda menores serão ainda bem-vindas. Nas frequências mais baixas, a fonte sísmica utilizada nesta concretização particular emitirá sinais sísmicos com uma varredura de fonte de banda estreita para monocromática, que produzirá um agrupamento de disparos que se aproxima do mostrado na Figura 10.

[00114] Geralmente, será difícil silenciar mais tarde as chegadas porque, em baixas frequências, a potência no sinal é relativamente baixa em comparação com a potência no ruído. Portanto, devemos usar uma janela de tempo longo para reunir energia suficiente para o processamento, o que impede o silenciamento em uma pequena janela de tempo para permitir apenas as chegadas mais rápidas. Consequentemente, a inversão é realizada usando uma janela de dados como a área em caixa 1000 na Figura 10. Na área em caixa 1000 pode-se ver que há vários eventos em vários mergulhos batendo uns com os outros sobre o deslocamento.

[00115] Embora o silenciamento pelo tempo (isto é, as chegadas posteriores) como é convencionalmente feito é difícil, o silenciamento por deslocamento é ainda desejável e viável. Pode-se também discriminar entre eventos por suas velocidades de fase, ou seja, pelo seu mergulho. Por exemplo, as duas linhas 1003, 1006 na Figura 10 mostram que os eventos 1003 mais rápidos que chegam cedo têm uma velocidade de fase visivelmente mais rápida do que as altas chegadas tardias 1006. No entanto, enquanto as ondas de mergulho que chegam cedo têm uma velocidade de fase mais rápida, são muitos eventos que chegam mais tarde que também possuem velocidades de fase igualmente rápidas.

[00116] Os dados em silêncio são tipicamente usados com um algoritmo FWI não modificado. As chegadas tardias que faltam correspondem a refletores que são melhor visualizados utilizando técnicas convencionais de migração de qualquer maneira, por isso não é um problema se a FWI os deixar fora. O problema é fisicamente consistente, na medida em que existe um modelo de Terra que a FWI pode achar que (principalmente) explica os dados silenciados. Tem as estruturas de velocidade de baixo número de ondas que são desejadas, mas deixa para fora alguns refletores mais profundos.

[00117] Os eventos com velocidades de fase mais rápidas correspondem a várias ondas de refração e mergulho. Não está claro que exista um modelo de Terra que gere essas ondas, mas deixa os eventos mais lentos. Por esse motivo, pode ser desejável incluir filtragem de imersão no próprio algoritmo FWI. Ou seja, quando a modelagem direta para gerar os dados previstos dentro do algoritmo FWI, um seria um filtro de imersão para combinar a filtragem de imersão feita nos dados reais antes de calcular os resíduos. Isso deve tornar o problema que a FWI está tentando resolver "consistente". A filtragem de mergulho também pode ter outras propriedades úteis, como atenuar o ruído de fundo sísmico que ocorre naturalmente.

[00118] Existem muitas técnicas FWI conhecidas no estado da técnica adequadas para modificação à luz das considerações discutidas acima. Embora qualquer uma dessas técnicas possa ser utilizada, uma em particular é revelada na Patente US 7,725,266. Esta técnica particular pode ser modificada para uso com os dados sísmicos de baixa frequência 330, renunciando ao silenciamento por tempo, mantendo o silenciamento por deslocamento. Algumas formas de realização também incluirão filtragem de imersão no próprio algoritmo FWI.

[00119] Uma concretização particular modifica uma técnica FWI tal como a descrita na Patente US 7,725,266 para incluir filtração por imersão. Nesta concretização particular, isto é feito através da inclusão no modelo de um modelo numérico das matrizes de receptores, tais como a matriz receptora 801 na Figura 8. Com referência agora à Figura 16 e à Figura 17, o processo 1600 de FWI começa (em 1605) com as funções de tempo de origem S (t) 1605. Na fase de modelagem direta (em 1610), durante a extrapolação de campo de onda direta (a 1615), a energia da fonte (em 1605) é propagada (em 1620) através de um modelo de atributo subterrâneo 1705 para todos os elementos da rede de modelagem. Conforme discutido acima e como aqueles técnicos no assunto que têm o benefício desta divulgação apreciarão, existem vários tipos de modelos de atributo de subsuperfície e qualquer modelo adequado conhecido no estado da técnica pode ser usado. Esta concretização particular emprega um modelo de velocidade.

[00120] A execução da extrapolação de campo de onda direta dessa maneira produz um campo de onda de origem modelado W (x, y, z, t) 1710 para todo o tempo e espaço e, em particular, um campo de onda de origem modelado W (x, y, z, t) em cada elemento da matriz de receptores Ri,j. Os elementos da matriz de receptores Ri,j são recolhidos (em 1625) em matrizes de receptores com as matrizes indexadas por i e os elementos dentro de uma matriz por j. Neste contexto, "reunir" significa selecionar quais receptores estão na matriz, ponderando-os pelos pesos da matriz e somando. Usando um conjunto de pesos de matriz Ai,j (em 1715), cada matriz do elemento é ponderada (em 1630).

[00121] Cada matriz de receptores é então somada sobre todos os seus elementos ponderados (em 1635) para produzir dados da matriz de receptores modelados Ri 1720: Ri (t) = ∑j Ai, j Ri,j (t)

[00122] Os dados da matriz de receptores medidos Di 1725 do campo são então diferenciados (a 1640) com os dados da matriz de receptores modelados 1720 para produzir um Ei 1730 residual de dados para cada matriz de receptores.

[00123] Na segunda fase 1645 de propagação posterior, o processo 1600 de FWI faz propagação posterior deste valor residual de dados 1730. É conhecido na técnica como propagar posteriormente um residual de dados gravado em um receptor de ponto. O princípio da reciprocidade estabelece a maneira correta e consistente de fazer isso para dados de uma matriz de receptores: os dados residuais, Ei (t) 1730 de cada matriz de receptores (indexados por i) são multiplicados (a 1650) por cada um dos pesos da matriz para essa matriz Ai, j (t) 1750 (matrizes indexadas por i, elementos de matriz indexados por j) por sua vez: Ei, j (t) = Ai,j Ei (t)

[00124] Cada elemento de matriz residual de dados resultante, Ei, j (t) torna-se então uma fonte que é propagada para trás no tempo (em 1655) para o modelo de atributos subsuperficiais 1705, para produzir um campo de onda residual modelado 1735 para todo o tempo e espaço.

[00125] Na terceira fase do algoritmo, o campo de onda de origem modelado 1710 e o campo de onda residual modelado 1735 são usados para produzir uma atualização do modelo de velocidade (em 1660). Se os dados não estiverem suficientemente modelados, o modelo de velocidade atualizado torna-se um novo modelo de partida para outra iteração (em 1665). As iterações repetem até a convergência (em 1740). Este método promove a consistência entre os dados gravados e o modelo numérico dos dados gravados. Aqueles técnicos no assunto que têm o benefício desta divulgação serão prontamente capazes de modificar as técnicas conhecidas de FWI desta maneira. De modo mais geral, essas considerações serão aplicadas a qualquer técnica de inversão que dependa da falta de correspondência entre os dados sísmicos previstos e registrados para atualizar um modelo de terra estimado, por exemplo, a tomografia sísmica.

[00126] A técnica também admite variação. Em uma forma de realização alternativa, o mesmo fluxo de trabalho na Figura 16 - Figura 17 é usado para restringir quais partes dos dados que o FWI pode caber. Nesta forma de realização, os pesos de matriz 1715 no algoritmo FWI 1600 são escolhidos para atenuar as chegadas nos dados que não são sensíveis às características geológicas desejadas de interesse. As chegadas indesejadas são atenuadas pelo seu mergulho diferente das chegadas desejáveis. Nesta forma de realização, as matrizes de receptores existem apenas como um embelezamento do algoritmo FWI e não modelam uma matriz de receptor físico implantada no campo. Não tendo sido atenuada por matrizes de receptores, as chegadas indesejadas podem estar presentes nos dados do campo, mas o FWI é constrangido de encaixá-los. Observe que neste caso nós desistimos de manter a consistência entre os dados modelados e gravados.

[00127] O processo FWI 1600 ilustrado na Figura 16 - A Figura 17 é um processo implementado por computador. As mesmas considerações gerais que regem a tecnologia de computação descrita acima em relação à Figura 3 também se aplicam à seleção e projeto do aparelho de computação pelo qual a técnica FWI pode ser implementada. Uma concretização particular de um tal aparelho de computação é mostrada na Figura 18. O aparelho de computação é o aparelho de computação 700 da Figura 7 modificado para implementar também a técnica de processo FWI 1600.

[00128] Mais particularmente, o aparelho de computação 700 'na Figura 18 foi modificado em relação ao aparelho de computação 700 na Figura 7 para implementar o processo FWI 1600 descrito acima. Os vários dados, modelos, etc. utilizados no processo são armazenados no armazenamento em massa 720 e incluem as funções de tempo de origem S (t) 1700, modelo de atributo subterrâneo 1705, dados da matriz de receptores modelados 1720, dados da matriz de receptores medidos 1725, dados residuais 1730 e o campo de onda residual modelado 1735. O FWI pode ser executado por um aplicativo FWI 1800 armazenado no servidor 710 e invocado pelo usuário 1810 em uma estação de trabalho 1805.

[00129] Note, no entanto, que a técnica FWI admite ampla variação na forma como o aparelho de computação pode ser implementado. Não há exigência de que seja no mesmo aparelho de computação que o projeto do levantamento. Também não há nenhum motivo que seja localizado na mesma instalação de computação. Essas características são apenas para facilidade de ilustração. O aparelho de computação para o FWI pode ser completamente separado do aparelho de computação para o projeto do levantamento e a proximidade geográfica não é necessária.

[00130] O FWI tem muitos usos nos modelos sísmicos de geração de campo, por exemplo. Os modelos de terra também têm muitos usos. Em última análise, fazem parte de um processo pelo qual as formações subterrâneas que modelam são analisadas quanto a indícios de depósitos de hidrocarbonetos ou outros fluidos. Os modelos de Terra produzidos pela técnica FWI modificada discutida acima podem ser usados de forma semelhante para detectar tais indicações.

[00131] Como é implícito na discussão da forma de realização da Figura 2, a técnica atualmente descrita admite ampla variação na relação temporal entre e entre várias implementações, como a descrita na Figura 4. O método 400 da Figura 4 assume uma relação linear, relação um tanto contemporânea entre, por exemplo, a aquisição dos dados sísmicos preliminares (410) e o projeto do levantamento marítimo de baixa frequência (em 220). No entanto, muitas formas de realização podem explorar a latitude nas relações temporais.

[00132] Como exemplo, a frequências suficientemente baixas, o espaçamento padrão do nódulo do fundo do oceano não será alisado para as ondas superficiais de movimento relativamente lento que constituem o volume do ruído que ocorre naturalmente a frequências abaixo de 2 Hz. Por exemplo, 2000 m/s a 1 Hz tem um espaçamento Nyquist de 1000 m. Isso é maior do que o espaçamento padrão de nódulos de ~ 450 metros usado em pesquisas convencionais no fundo do mar. Isso significa que as matrizes de receptores podem ser formadas a partir de fragmentos (possivelmente sobrepostos) de nódulos existentes na rede do receptor para atenuar o ruído sísmico de fundo de ocorrência natural. Assim, por exemplo, a rede receptora do fundo do oceano convencional 518 mostrada na Figura 6 pode ser agrupada em conjuntos de receptores hexagonais 605 (três mostrados, sendo apenas um indicado). Se isso nos permitir expandir a faixa de frequência utilizável de nossos dados existentes para frequências suficientemente baixas, esse processamento alternativo pode nos permitir reutilizar uma aquisição convencional em uma "baixa frequência". Em particular, formando conjuntos de receptores para atenuar o ruído, podemos estender o limite de frequência mais baixa utilizável de fontes convencionais de banda larga, tais como armas de ar.

[00133] Assim, como mostrado na Figura 11, nesta forma de realização 1100, o projeto do levantamento sísmico marinho de baixa frequência (a 220') pode ocorrer após a sua realização (a 440'). O projeto da matriz do receptor (a 230') e o plano de disparo da fonte sísmica (a 240') então compreende selecionar como combinar receptores em fragmentos para atenuar o ruído ambiente e/ou suprimir dados indesejáveis da fonte ativa, incluindo a filtragem de imersão no algoritmo. Por último, as fontes também poderiam ser combinadas em fragmentos de forma exatamente análoga. As matrizes de receptores e/ou fonte são então construídas e os dados ponderados e somados em conformidade (em 1103) para fornecer os dados que entraram no processamento (em 450).

[00134] Uma vez que o levantamento sísmico marinho de baixa frequência é realizado (a 440'), independentemente do ruído sísmico de fundo de ocorrência natural 110, a relação temporal da aquisição preliminar de dados sísmicos (em 410) é imaterial. Pode ser adquirido antes, em paralelo com, ou após o levantamento sísmico marinho de baixa frequência ser conduzido (a 440'). No entanto, uma vez que são estes dados a partir dos quais o ruído sísmico de fundo de ocorrência natural 110 é determinado (em 420), deve ser realizado em algum ponto antes do projeto do levantamento sísmico de baixa frequência (a 220').

[00135] Nesta concretização particular, uma vez que o levantamento sísmico marinho de baixa frequência já foi conduzido (a 440 '), o projeto do levantamento marinho de baixa frequência (a 220') é conduzido de forma um tanto diferente do que está nas formas de realização descritas acima. Isso ocorre principalmente na medida em que a rede de aquisição do receptor e as linhas de navegação de origem da pesquisa já registrada restringem o projeto das matrizes de receptores atenuantes (a 230') e o plano de disparo de fonte sísmica (a 240'), respectivamente. Essencialmente, o projeto do levantamento (a 220') deve se relacionar com o que foi antes.

[00136] Esta restrição pode manifestar-se de várias maneiras. Por exemplo, pode-se chegar a um projeto de matriz desejado e a um plano de disparo desejado, superá-los no que está disponível no levantamento realizado e, em seguida, aceitar a congruência entre o que é desejado e o que está disponível como os projetos atuais. Ou pode-se realmente restringir o processo de projeto, chegando ao projeto desejado e ao plano de disparo com o que está disponível no levantamento já realizado.

[00137] Uma maneira que isso pode acontecer geralmente é uma pesquisa chamada de "piggyback", uma aquisição de baixa frequência que aproveita a mobilização e os nódulos de uma aquisição convencional para economizar custos. Uma fonte de baixa frequência e uma fonte convencional irão normalmente irradiar em bandas de frequência largamente disjuntas, caso em que os seus sinais podem ser facilmente separados por filtragem de passagem de banda. Ou, seus sinais podem ser facilmente separáveis usando técnicas padrão de separação de fontes simultâneas. Essa separação provavelmente será particularmente bem-sucedida se as assinaturas dos dois tipos de fontes forem distintas, por exemplo, se a fonte de baixa frequência gerar energia via varredura ou zumbido enquanto a fonte de armas de ar convencional for impulsiva.

[00138] Em ambos os casos, os sinais da (s) fonte (es) de baixa frequência e fontes convencionais podem ser separados no processamento de dados. Neste caso, uma pesquisa de baixa frequência e uma pesquisa convencional podem ser realizadas simultaneamente, o que economiza tempo e despesas de mobilização. No entanto, a aquisição de baixa frequência pode ter que fazer com um layout de nódulo projetado principalmente para a pesquisa convencional (por exemplo, o layout do nódulo mostrado na Figura 6). O espaçamento do nódulo ditado pelo levantamento convencional pode, por exemplo, influenciar a escolha das frequências a utilizar para o levantamento de baixa frequência. Assim, por exemplo, uma frequência de aquisição de zumbido pode ser escolhida de tal forma que o espaçamento do nódulo do receptor permite que as matrizes de receptores que são ótimas para a supressão do ruído ambiente a essa frequência sejam formadas a partir de fragmentos de nódulos. Outros exemplos podem tornar-se evidentes para os técnicos no assunto que têm o benefício desta divulgação.

[00139] Uma aquisição adequada para esta forma de realização "piggyback" é ilustrada na Figura 13A. Em algumas concretizações, um levantamento sísmico será conduzido no oceano 1300 sobre um alvo subterrâneo de interesse geológico 1326 que se encontra abaixo do fundo do mar 1325. Um recipiente 1310 flutuando na superfície do oceano 1320 rebocará um conjunto de armas de ar convencional 1340 e uma flâmula 1330 de receptores, por exemplo, hidrofones 1332 (apenas um indicado). Esses componentes compreendem a parcela de "aquisição de banda larga convencional" do sistema de pesquisa.

[00140] O recipiente 1310 pode rebocar uma ou mais fontes de varredura de banda estreita ou de baixa frequência de frequência discreta de zumbido 1350, cada uma das quais conterá um receptor ou sensor (não mostrado) que irá gravar o campo de onda emitido por essa fonte como é muitas vezes feito. Para melhorar as gravações de baixa frequência, os receptores de fundo do oceano 1335 podem ser utilizados simultaneamente e usados em conjunto com a flâmula convencional 1330, ou os receptores de fundo do oceano 1335 podem ser usados sem as flâmulas 1330. Estes compreendem a porção de "banda estreita, baixa frequência" de uma forma de realização do sistema de pesquisa instantânea.

[00141] Em uma concretização particular, a fonte de zumbido ou de banda estreita é implementada usando a fonte divulgada e reivindicada na patente US 8,387,744, incorporada por referência abaixo. No entanto, a técnica não está limitada à aquisição com esta fonte particular. As formas de realização alternativas podem utilizar outras fontes, por exemplo, uma fonte de ressonância de bolhas sintonizáveis, desde que sejam capazes de usar na aquisição de dados de varredura e de banda estreita como descrito acima.

[00142] As pistolas de ar 1340 podem ser rebocadas a profundidades rasas para aumentar a sua capacidade de gerar ondas acústicas de maior frequência. As fontes de baixa frequência 1350 são mostradas rebocadas em profundidades mais profundas; em algumas formas de realização, cada uma será rebocada a uma profundidade apropriada para a sua faixa de frequência, de modo que a reflexão fantasma de superfície maximize o sinal de propagação para baixo. Assim, quanto mais profunda a profundidade do reboque, menor a frequência da fonte de varredura de zumbido ou banda estreita. Veja, por exemplo, o pedido US número de série 12/291,221 ou a patente US 7,257,049, que discute a relação entre profundidade e frequência de aquisição. Para alguns tipos de fontes, a faixa de frequência disponível muda para cima com o aumento da profundidade, por exemplo porque um aumento na pressão da água aumenta a frequência de ressonância da fonte. Assim, em outras formas de realização, as fontes de baixa frequência serão rebocadas em profundidades mais rasas, apesar da atenuação da reflexão fantasma da superfície que isso pode causar.

[00143] Muitas variações deste sistema de aquisição são possíveis e bem dentro da capacidade de técnico no assunto planejar. O sistema de levantamento instantâneo poderia adquirir dados 2D, 3D ou 4D. As variações no projeto da propagação ou o número de recipientes também serão facilmente apreciadas pelos técnicos no assunto que tenham o benefício dessa divulgação. O levantamento de banda estreita de baixa frequência poderia ser realizado ao mesmo tempo que o levantamento convencional de banda larga de alta frequência, ou em uma passagem separada, ou em várias passagens separadas. As fontes convencionais e de baixa frequência podem ser rebocadas a partir do mesmo barco, ou mais tipicamente barcos diferentes.

[00144] As fontes de baixa frequência 1350 podem funcionar continuamente. As fontes de baixa frequência podem operar cada uma em uma única frequência ou ciclo entre duas ou mais frequências discretas (fontes de baixa frequência de "foice") ou varrer a faixa de baixa frequência de banda baixa projetada para aumentar a faixa de frequência produzida pelas fontes de banda larga ("Varredura de banda estreita" fontes de baixa frequência). As fontes poderiam operar para produzir ondas de amplitude constante, ou a amplitude das ondas poderia variar (diminuir e diminuir).

[00145] Um ou mais conjuntos de dados de zumbido de baixa frequência, um ou mais conjuntos de dados de varredura de banda estreita e conjuntos de dados de banda larga convencionais podem ser adquiridos em qualquer ordem. Em particular, eles podem ser adquiridos sequencialmente, ou entrelaçados por linhas de disparo, ou intercalados dentro de uma linha de disparo, ou são adquiridos simultaneamente e separados usando qualquer das técnicas padrão conhecidas no estado da técnica, ou em qualquer combinação destes.

[00146] Nesta concretização particular, um levantamento conjunto é conduzido, embora algumas formas de realização possam separar os levantamentos de banda larga e de banda estreita de baixa frequência. O levantamento convencional pode prosseguir de acordo com a prática convencional. Se as armas de ar emitirem ondas com uma intensidade detectável em, por exemplo, 2,8 Hz, a maior das fontes de baixa frequência, pode ser desejável modificar ligeiramente o tempo de cada disparo, de modo que o componente da onda de 2,8 Hz do sinal da arma de ar cronometrado para estar em fase com as ondas produzidas pela (s) fonte (es) de baixa frequência de 2,8 Hz. Observe que, no máximo, isso exigiria atrasar ou avançar o tempo de disparo em 1,4 segundos. Alternativamente, a velocidade da embarcação pode ser ajustada de modo que as pistolas de ar atinjam os locais de disparo apenas no ponto desejado no ciclismo da fonte de zumbido. Observe que a energia do sinal acústico produzido a partir de pistolas de ar cai rapidamente em frequências mais baixas, de modo que qualquer interferência indesejada será muito reduzida para qualquer fonte de baixa frequência mais baixa.

[00147] As fontes de baixa frequência de banda estreita podem funcionar independentemente ou simultaneamente. As fontes de baixa frequência de banda estreita podem operar de forma contínua ou descontínua. Cada fonte de baixa frequência de banda estreita registra o sinal que está irradiando, pois, esta informação será usada ao executar a inversão da forma de onda completa. Os receptores podem ser gravados de forma contínua. As localizações de todas as fontes e receptores, em algumas formas de realização, também serão gravadas de forma contínua.

[00148] Em algumas concretizações alternativas, a fonte sísmica é suficientemente pesada para pendurar quase verticalmente por baixo do recipiente de origem. Uma dessas formas de realização é mostrada, em parte, na Figura 13B. Isto é referido, para os propósitos presentes, como um "reboque pesado". Mais particularmente, a (s) fonte (s) sísmica (s) 1350 'são rebocadas a uma profundidade profunda e a um ângulo de reboque íngreme. Isso ocorre porque a fonte sísmica 1350', ao contrário das fontes sísmicas marinhas convencionais, não é projetada para ser neutra. Por isso, afunda-se e a linha de reboque e/ou o umbilical de acordo com o peso da fonte sísmica 1350', novamente diferente da prática convencional.

[00149] Na realização ilustrada, a "profundidade profunda" é ~ 60m, mas isto pode variar em formas de realização alternativas, por exemplo, de ~ 30m a ~ 60m. O ângulo de reboque é, para os propósitos presentes, o desvio da linha de reboque do vertical normal para a superfície do oceano médio 1320. Na forma de realização ilustrada, o ângulo de reboque íngreme é ~ 15° fora da vertical, mas isso também pode diferir entre as formas de realização.

[00150] O reboque pesado, se suficientemente próximo à vertical, gerará uma vibração induzida por vórtice ("VIV"), um fenômeno conhecido no estado da técnica. Existem técnicas de supressão VIV conhecidas, mas estas podem ficar sobrecarregadas se o VIV se tornar suficientemente severo. Assim, a medida precisa do reboque íngreme variará entre as formas de realização dependendo, por exemplo, do ângulo do reboque, da gravidade da VIV e do número e eficácia das técnicas de supressão VIV (se houver) que são empregadas. Aqueles técnicos no assunto que têm o benefício desta divulgação podem discernir e apreciar outros fatores, também. Assim, um ângulo de "reboque íngreme" é aquele que está próximo o suficiente à vertical, que o VIV começa a se tornar um problema. Conforme observado acima, algumas formas de realização podem omitir o reboque pesado.

[00151] Embora descrito em termos de aquisição marítima, alguns dos conceitos inovadores aqui descritos também podem se aplicar à aquisição terrestre. Em uma concretização de um sistema para aquisição terrestre, o método pode incluir o seguinte: 1) formar sub-matrizes fora de uma rede de aquisição grosseira convencional tal como na Figura 6, observando que as sub-matrizes tornam-se densas a frequências suficientemente baixas, e para que as baixas frequências possam assim ser utilizadas como matrizes de receptores que atenuam o ruído por filtragem sobre o número de onda; 2) otimizar o design de uma matriz de receptores em uma faixa de frequência estreita ou monocromática, permitindo níveis de atenuação utilizáveis em uma rede relativamente pequena; 3) aumentar a aquisição 3D dispersa substituindo as linhas de receptores convencionais por "linhas de receptor gorda"; e 4) incorporar filtragem por imersão em FWI.

[00152] Os seguintes pedidos de patente, patentes e documentos são aqui incorporados por referência para as porções que estão listadas e para os propósitos ilustrados como se apresentados aqui.

[00153] O Pedido US intitulado "Aquisição sísmica em baixas frequências com fontes sísmicas pesadas profundamente rebocadas", tendo prioridade ao Pedido Provisório U.S. No. 62/086.581 e aos inventores Andrew J. Brenders et al. (Documento de advogado 500445US P1).

[00154] O Pedido US No. de série 61/896.394, intitulado "Modelo de Velocidade Sísmica de Duas Fases", e depositado em 28 de outubro de 2013, em nome dos inventores Andrew Brenders e Joseph Dellinger, pelos seus ensinamentos sobre aquisição de foice e FWI com dados coletados através da aquisição de zumbido.

[00155] O Pedido US No. de Série 13/327.524, intitulado "Aquisição Sísmica Usando Fontes Sísmicas de Banda Estreita", depositado em 15 de dezembro de 2011, em nome dos inventores Joseph A. Dellinger et al., publicado em 21 de junho de 2012, como Publicação de Patente US 2012/0155217, e comumente atribuído aqui por seus ensinamentos sobre aquisição de dados e, em particular, varreduras de zumbido de frequência localizadas nos parágrafos [0024]-[0040], [0054]-[0059], [0065]-[0088].

[00156] A Patente US 7,725,266, intitulada "Sistema e Método para a Inversão da Forma de Onda do Domínio de Frequência 3D com base na Modelagem Avançada no Domínio do Tempo 3D", e concedida em 25 de maio de 2010, para a BP Corporation North America Inc., como cessionário dos inventores Laurent Sirgue et al., por seu ensino sobre a técnica de inversão da forma de onda completa na coluna 7, linha 64 à coluna 13, linha 50, com referência às Figuras 3-5.

[00157] A Patente US 8,387,744, intitulada "Fonte sísmica marinha", e concedida em 5 de março de 2013, para a BP Corporation North America Inc., como cessionário dos inventores Mark Harper et al., por seu ensino sobre o projeto e operação de uma fonte sísmica de zumbido e banda estreita na coluna 5, linha 62 a coluna 12, linha 46.

[00158] Sismologia de carbonato, Vol. 6 (Palaz, et al. Eds. SEG Books, 1997). O capítulo é de autoria de Carl Regone e intitulado "Medição e Identificação do Ruído Coerente 3D Gerado a partir de Carbonato de Superfície Irregular". Este artigo é incorporado por seus ensinamentos sobre a análise de onda de caixa de ondas sísmicas.

[00159] Na medida em que qualquer patente, pedido de patente ou documento incorporado por referência aqui conflita com a presente descrição, a presente descrição controla.

[00160] Quando é feita referência aqui a um método que compreende duas ou mais etapas definidas, as etapas definidas podem ser realizadas em qualquer ordem ou simultaneamente (exceto quando o contexto exclui essa possibilidade), e o método também pode incluir uma ou mais outras etapas que são realizadas antes de qualquer uma das etapas definidas, entre duas etapas definidas, ou após todas as etapas definidas (exceto onde o contexto exclui essa possibilidade).

[00161] Outras realizações da invenção serão evidentes para os técnicos no assunto a partir da consideração do relatório e prática da invenção aqui descrita. Pretende-se que o relatório e os exemplos sejam considerados apenas exemplificativos, com um verdadeiro escopo e espírito da invenção sendo indicados pelas seguintes reivindicações.

Claims

1. Método computacional para uso em pesquisa sísmica, caracterizado pelo fato de compreender: acessar dados sísmicos preliminares a partir de uma pesquisa no fundo do oceano realizada em uma faixa de frequência estreita; determinar do ruído de fundo sísmico de ocorrência natural nos dados sísmicos preliminares; determinar, a partir do ruído sísmico de fundo que ocorre naturalmente nos dados sísmicos preliminares, uma faixa de velocidades de fase sobre a qual o ruído de fundo está em uma amplitude em relação a um sinal desejável, de modo que o ruído de fundo exija atenuação, um azimute do ruído de fundo em um área de pesquisa do fundo do oceano e até que ponto o ruído de fundo precisa ser atenuado; e projetar uma pesquisa sísmica de baixa frequência da área de pesquisa com base na faixa de velocidades de fase, no azimute do ruído de fundo e no grau em que o ruído de fundo precisa ser atenuado, um projeto de levantamento da pesquisa sísmica de baixa frequência, incluindo : um arranjo de receptores sísmicos na qual uma pluralidade de receptores é posicionada no fundo do oceano, de modo a filtrar o ruído sísmico de fundo que ocorre naturalmente; e um planejamento de registro de fonte sísmica, em que acessar, determinar e o projetar são realizados com um dispositivo de computação.

2. Método computacional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados sísmicos preliminares são adquiridos na área de pesquisa e em que determinar a faixa de velocidades de fase inclui determinar velocidades de fase mínima e máxima do ruído de fundo sísmico que ocorre naturalmente a partir dos dados sísmicos preliminares.

3. Método computacional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados sísmicos preliminares são adquiridos fora da área de pesquisa, mas dentro de uma área de interesse, incluindo a área de pesquisa, e em que determinar a faixa de velocidades de fase inclui estimar velocidades de fase mínimas e máximas do ruído de fundo sísmico que ocorre naturalmente a partir dos dados sísmicos preliminares.

4. O método computacional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelos dados sísmicos preliminares, serem dados sísmicos de onda de caixa adquiridos usando um arranjo receptor de onda de caixa de fundo de oceano.

5. Método computacional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo arranjo de receptores sísmicos compreendendo um arranjo de receptores sísmicos no fundo do oceano para uma pesquisa sísmica de baixa frequência subsequente realizada a < 4 Hz.

6. Método computacional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo arranjo de receptores sísmicos que compreende um arranjo de receptores sísmicos no fundo do oceano para uma pesquisa sísmica de baixa frequência subsequente realizada com uma largura de banda estreita.

7. Método computacional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo arranjo de receptores sísmicos compreender um arranjo de receptores sísmicos no fundo do oceano compreendendo fragmentos densos e espaçados de receptores sísmicos.

8. Método computacional, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo arranjo de receptores sísmicos no fundo do oceano incluir linhas receptoras grossas amplamente espaçadas, cada linha receptora grossa compreendendo uma pluralidade de linhas paralelas densamente espaçadas de receptores sísmicos.

9. Método, computacional, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo projeto da pesquisa incluir ainda um plano de registro de fonte sísmica, em que o plano de registro de fonte sísmica inclui o registro de uma pluralidade de sinais sísmicos de posições espaçadas a cerca de 150 metros (m) ao longo de uma pluralidade de linhas de vela.

10. O método computacional, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo plano de registro de fonte sísmica inclui linhas de vela espaçadas a cerca de 1 km (quilômetro).

11. Método, computacional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo projeto da pesquisa incluir ainda um plano de registro de fonte sísmica, em que o plano de registro de fonte sísmica inclui o registro de uma pluralidade de sinais sísmicos de zumbido de baixa frequência.

12. O método computacional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo projeto de pesquisa incluir ainda um plano de registro de fonte sísmica, em que o plano de registro de fonte sísmica inclui uma pluralidade de sinais sísmicos de baixa frequência.

13. Método computacional, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de compreender o projeto de um arranjo de receptores sísmicos terrestres para uma pesquisa sísmica de baixa frequência subsequente realizada a < 4 Hz.

14. O método computacional, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo arranjo de receptores sísmicos terrestres, destinado a uma pesquisa sísmica de baixa frequência subsequente realizada com uma largura de banda estreita.