BR9904428B1 - método permitindo realizar migração de pré-empilhamento de eventos sìsmicos. - Google Patents
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Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODOPERMITINDO REALIZAR MIGRAÇÃO DE PRÉ-EMPILHAMENTO DEEVENTOS SÍSMICOS".
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se a um método permitindo realizarmigração de pré-empilhamento de eventos sísmicos gravados para formarimagem de uma parte de uma zona abaixo do solo.
O método de acordo com a invenção permite por exemplo reali-zar uma migração em profundidade pré-empilhada a 3D, para um dado mo-delo de velocidade, para formar imagem de várias interfaces geológicas ouheterogeneidades de uma parte da subsuperfície.FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
A migração de pré-empilhamento é um método convencional deprocessamento de dados sísmicos. A técnica geralmente consiste em, co-nhecendo o valor de um campo de onda a uma profundidade conhecida, so-bre a superfície, por exemplo, e um modelo de distribuição das velocidadesde propagação na zona, em modelar a propagação do campo fonte e a re-tropropagação dos dados de reflexão gravados, e em buscar coerência defase entre estes dois campos modelados.
Existem três tipos de migração de pré-empilhamento principais:
- migração de ponto de disparo: o campo fonte é o estado de vibração gera-do pelo ponto de disparo e os dados de reflexão são a resposta da subsu-perfície para este campo fonte;
- migração de onda plana, também chamada migração de ângulo de ilumi-nação comum: o campo fonte é a onda plana considerada e os dados dereflexão são a resposta de uma subsuperfície ao campo fonte;
- migração de deslocamento: o campo fonte é aquele emitido por um pontode disparo e os dados de reflexão são as gravações obtidas pelos sensoresassociados com este ponto de disparo que têm o deslocamento considera-
do. Em um tal tipo de migração, a migração dos dados associados com umdeslocamento requer tantas ondas de propagação e modelamentos de re-tropropagação quantos são os pontos de disparo e empilhamento dos resul-tados obtidos para cada ponto de disparo.
Exemplos de implementação deste tipo de técnica são, por e-xemplo, descritos em:
- Claerbout, J.F., 1985; Imaging the EarthTs Interior; Blackwell Publications1.
- Duquet, B., 1996; Amélioration de Hmagerie Sismique de Structures Géo-logiques Complexes, thèse, Université Paris 13, ou
- Whitmore, N.D., Felinsky, W.F., Murphy, G.E. and Gray, S.H., 1993; TheApplication of Common Offset and Common Angle Pre-stack Deph Migrationin the North sea, 55th Mtg., EAGE1 Expanded abstract.
A principal desvantagem das implementações convencionais ba-seadas na equação de Kirchoff (ou versões mais elaboradas desta técnica,ela mesma baseada em técnicas assintóticas de alta freqüência) é que elassão geralmente muito caras em tempo de cálculo devido ao volume de da-dos a serem processados e dos resultados, especialmente quando o campode velocidades varia lateralmente (que complica os cálculos de tempo dechegada para implementar este método). Por razões de economia, muitasvezes se é levado a limitar os volumes de dados (por decimação) e/ou aquantidade de resultados produzidos (volume de formação de imagem detamanho reduzido, amostragem grosseira dos resultados).
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
O método de acordo com a invenção permite realizar a migraçãode dados sísmicos formando imagem de uma parte de uma zona abaixo dosolo, sendo os dados sísmicos obtidos depois de uma série de N ciclos dereflexões sísmicas compreendendo cada emissão sucessiva de campos deonda elementares cada um definido pela associação de um sinal sísmicoW(t) e de um ponto de emissão em uma série de pontos de emissão S1 com1 < i < Ns, recepção, por receptores sísmicos colocados em posições Rjj, dossinais sísmicos refletidos pela zona em resposta a cada um destes camposde onda, e gravação dos vários sinais recebidos por cada receptor sísmicocomo traços sísmicos dependentes do tempo d'j (t).
Ele é caracterizado pelo fato de que para um dado modelo develocidade, ele compreende os seguintes estágios:a) definir um vetor de lentidão ρ cujos dois componentes pi e p2podem cada um assumir uma série de valores previamente definidos,
b) definir, para um dado vetor de lentidão ρ e para um dado pon-to de emissão Sj, uma função de atraso de tempo to (p, i),
c) aplicar uma função de atraso de tempo t0 (p, i) a cada campode onda elementar associado com o ponto de emissão Sj e formando umcampo de ondas compósito em superfície por superposição espaço tempo-ral dos vários campos de onda aos quais tal atraso de tempo é aplicado.
d) aplicar uma função de atraso de tempo to (p, i) a cada traçosísmico d', (t), marcado pelo par (ij) e formando um campo de traços com-pósito em superfície por superposição espaço-temporal dos vários traçossísmicos aos quais tal atraso de tempo é aplicado.
e) realizar a migração do campo de traços compósito usando ocampo de onda compósito como o campo de onda, modelando a propaga-ção do campo de onda compósito e retropropagação do campo de traçoscompósito, e combinando adequadamente os dois campos compósitos as-sim modelados em qualquer ponto da zona a ser submetida à formação deimagem.
f) repetindo os estágios c) a e) para todos os valores assumidospelas componentes pi e P2 do dito vetor p, e
g) para qualquer conjunto de valores do segundo componente Ρ2do dito vetor p, empilhando os resultados destas várias combinações de for-ma a obter uma imagem migrada associada com este conjunto de valor P2,realizando assim migração de pré-empilhamento.
De acordo com uma modalidade, os resultados obtidos podemser empilhados em g) para todos os valores assumidos pelo parâmetro p2,realizando assim o empilhamento de pós-migração.
De acordo com uma modalidade pode ser obtido empilhamentode pós-migração, sem particuIarizar o estágio g).
O método pode também compreender atualização de velocida-des pela análise das deformações obtidas quando a segunda coordenadado vetor ρ é variada.De acordo com uma modalidade, uma imagem migrada de urnaparte de uma zona a ser submetida à formação de imagem usando o fenô-meno de conversão de onda, pela definição de pelo menos uma parte docampo de velocidade em ondas P e ondas S (aplicando previamente, porexemplo, preprocessamento provido aos dados de forma a separar os váriostipos de eventos sísmicos).
Os estágios a) a g) podem ser usados para determinar o gradi-ente de uma função de custo envolvido em um problema sísmico inverso.
É também possível substituir uma migração em profundidadepor uma migração em tempo.
O método proposto permite muitas vantagens:
1) Ele permite realizar a migração a um preço atrativo (cálculode custo) já que é independente do volume de resultados calculados e donúmero de traços sísmicos gravados, ao contrário dos métodos convencio-nais tipo Kirchoff. Somente o volume da zona na qual as ondas são propa-gadas tem um efeito sobre o custo de cálculo. Imagens de volume são as-sim obtidas levando em conta de todos os traços sísmicos a um custo vanta-joso. Este método é considerado diminuir por um fator da ordem de diversasdezenas o tempo de cálculo requerido para a dita migração de pré-empilhamento 3D.
2) O método é aplicado para modelos de velocidade de comple-xidade arbitrária enquanto a noção de migração de pré-empilhamento retémo seu significado. Ele é aplicado sem encontrar qualquer das limitações es-pecíficas às técnicas assintóticas de alta freqüência (ótica geométrica) usa-das comumente para migrações de pré-empilhamento 3D.
O método pode ser implementado por meio de ferramentas depropagação de onda convencional e de modelamento de retropropagação,descritas no livro acima mencionado por Duquet B.
A aplicação do método pode permitir obter imagens migradaselementares com um dado valor de um parâmetro e a soma destas imagens(pilha de pós-migração) no domínio de profundidade bem como no domíniodo tempo.BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
Outras características e vantagens do método de acordo com ainvenção tornar-se-ão claras da leitura da descrição a seguir de um exemplode realização não limitativo, com referência aos desenhos anexos em que:
A Figura 1 mostra muito esquematicamente, um Iayout de pon-tos de emissão Sl e de pontos de recepção Rji de uma zona abaixo do soloexplorada onde os horizontes In da subsuperfície são para ser restaurados.
A Figura 2 mostra uma seção gravada extraída de um bloco de3D de dados migrados em profundidade pós-empilhamento, obtida dentrodo escopo da exploração sísmica de uma estrutura de sal no Mar do Norte.
A Figura 3 mostra uma seção gravada, coincidindo com a seçãogravada da Fig. 2 extraída de um bloco de 3D de dados migrados, por meiode um método de acordo com a invenção, usando o modelo de velocidadeusado para a Fig. 2.
A Figura 4 mostra em quatro pontos diferentes da superfície dazona abaixo do solo, as imagens 3D migradas em profundidade de pré-em-pilhamento obtidas com o método de acordo com a invenção quando osegundo componente p2 do vetor p, varia em seu domínio de definição, aanálise da deformação dos eventos observados nestas imagens, permitindoser aplicado o modelo de velocidade.
DESCRIÇÃO DETALHADA DO MÉTODO
Definições, notações e hipóteses requeridas
O método de acordo com a invenção permite realizar a migraçãodos dados sísmicos para formar imagem de uma zona abaixo do solo M,sendo os dados sísmicos obtidos depois de uma série de Ns ciclos sísmicos,cada um (Fig. 1) compreendendo a emissão de um sinal sísmico W(t) desdeum ponto de emissão Si com 1 < i < Ns, recepção, por receptores sísmicoscolocados em posições Rjl, dos sinais sísmicos refletidos pelas descontinui-dades da zona, e gravação dos vários sinais refletidos por cada receptor sís-mico como um traço sísmico djj (t). É assumido que cada fonte sísmica emiteo mesmo sinal W(t), já que cada situação pode sempre ser obtida por pre-processamento adequado dos dados tal como uma deconvolução.O termo perfil refere-se a um conjunto de pontos alinhados deemissão e é assumido que todas as aquisições de sinal são realizadas u-sando perfis de emissão paralelos. É assumido que, para cada fonte, os re-ceptores são localizados sobre o perfil onde ela está situada (marcado porponto de emissão Sj). De fato, o método prova ser robusto no que diz respei-to à precisão com a qual estas hipóteses são verificadas. As hipóteses pré-vias são feitas principalmente no sentido de introduzir as notações abaixo.
Um sistema de referência ortonormal é definido, cujo primeiro ei-xo é perpendicular à direção do perfil e cujo segundo eixo é paralelo a estadireção, e um vetor de lentidão ρ (homogêneo ao inverso de uma velocida-de, como ele é bem conhecido) cujos componentes P1 e p2 medem respecti-vamente as componentes ao longo destes dois eixos deste vetor lentidão p.Uma função de atraso de tempo é definida para um dado vetor ρ e uma fon-te localizada em um dado ponto de emissão Si:(1) t0(p,i) = P-(S1-S0)
onde So representa qualquer ponto do domínio da aquisição.
Processamento
Seleção do vetor ρ
Um conjunto finito Pi de valores assumidos pelo parâmetro pi eum conjunto finito P2 de valores assumidos pelo parâmetro P2 são seleciona-dos primeiramente. O conjunto E = Pi χ P2 será todos os valores (vetoriais)assumidos pelo vetor ρ. O conjunto Pi de valores assumidos pelo parâmetroPi pode ser construído, por exemplo, amostrando a faixa [-pimin, p-imax]com um intervalo de amostragem regular δρι. O valor a ser dado ao intervaloδρ1 depende notavelmente da precisão desejada e do espaçamento entre osperfis. Um valor típico é: δρι = 2,5 χ 10"5 s/m. Os valores a serem dados aPimin, e P1Inax dependem da complexidade da estrutura na direção ortogo-nal ao perfil. Valores típicos são: P1Inin = P1Inax = 2,5 χ 10"5s/m. O conjuntoP2 de valores assumidos pelo parâmetro p2 podem ser construídos, por e-exemplo,, amostrando a faixa [-P1 min, P1Inax] com um intervalo de amostra-gem regular δρ2· O valor a ser dado ao intervalo δρ2 depende notavelmenteda precisão desejada e da finura com a qual a evolução dos eventos nas co-leções de pontos de imagem é para ser seguida quando varia p2. Um valortípico é: δρ2= 2,5 χ 10 5 s/m. Os valores a serem dados a p2min, e p2max de-pendem da complexidade da estrutura na direção ortogonal dos perfis. Valo-res típicos são: p2min = p2max = 2,5 χ 1CT4 s/m.
A) Estágios de processamento
1) Geração de um primeiro campo de ondas compósito em superfície (cam-po fonte)
Uma pequena onda W(t) conectada a cada fonte Si define umcampo de onda elementar W(t). ô(x2D - Sj) onde o vetor x2D mostra a posição dequalquer ponto na superfície da terra e δ é uma delta de Dirac odefinida sobreR2 e centrada centrado na origem. Depois de atrasar o campo de onda elemen-tar associado por um tempo to(p, i), é gerado um primeiro campo de ondascompósito em superfície por superposição espaço-temporal dos vários camposde onda elementares assim atrasados. A seguinte função é assim definida:
(2) Wp(X2dJ) = YS(X20-Si) W (t-t0(p,i))
2) Geração de um segundo campo de ondas compósito em superfície (cam-po traço)
Depois de atrasar por um tempo to(p, i) o traço sísmico dj, (t) as-sociado com cada par (ponto de emissão Sj1 ponto de recepção Rj,) marcadopelo par (i, j), um segundo campo de onda compósito de superfície é geradopela superposição espaço-temporal dos vários traços assim atrasados. Afunção seguinte é definida com a mesma notação:
(3) D.(x2D,t) = Σδ(χζο - Rij) dj (t-t0(p,i))
3) Modelamento de propagação de campo fonte compósito
A propagação do campo fonte compósito é modelada buscandosoluções periódicas de período T para a equação de ondas, usando comodistribuição de velocidade a distribuição definida pelo modelo de velocidadeconsiderado. Um primeiro campo de onda propagado (dependendo do espa-ço e tempo) Wp (X3d, t) é assim obtido para qualquer tempo t (a solução é pe-riódica no tempo) e para qualquer ponto da parte da subsuperfície a sersub-metida à formação de imagem, um ponto cuja posição é marcada pelo vetorX3D. O período T é selecionado, como é usual, dos algoritmos de migraçãoconvencionais (isto é, da ordem do tempo de gravação).
4) Modelamento de retropropaqação de campo de traço compósito
A retropropagação do campo de traço compósito é modeladabuscando soluções periódicas de período T para a equação de onda, usan-do como distribuição de velocidade a distribuição definida pelo modelo develocidade considerado. Um campo de onda retropropagado (dependendodo espaço e tempo) Dp (x3D, t) é assim obtido para qualquer tempo T e paraqualquer ponto da parte da subsuperfície a ser submetida à formação deimagem, um ponto cuja posição é marcada pelo vetor x3D.
5) Buscando coerência de fase
Uma coerência de fase possível é então procurada (por cálculosde correlação cruzada por exemplo) entre o primeiro campo de onda compó-sito propagado e o segundo campo de traço compósito retropropagado, co-mo qualquer ponto da zona abaixo do solo (subsuperfície) a ser submetido àformação de imagem, um ponto cuja posição é marcada pelo vetor x3D. Aseguinte quantidade é portanto avaliada, ainda no caso do cálculo da corre-lação cruzada:
<formula>formula see original document page 9</formula>
O componente P2 tendo um dado valor em P2, os resultados cal-culados em (4) são empilhados quando o pi percorre Pi. Este empilhamentopermite definir, para qualquer ponto de imagem marcado pelo vetor x3d. afunção Mp2(x3d) com a seguinte fórmula:
<formula>formula see original document page 9</formula>
A quantidade calculada em (5) é interpretada como o valor noponto x3d da superposição sobre os vários perfis de aquisição das imagensmigradas associadas com uma onda cilíndrica com o perfil de aquisição co-mo o eixo e uma inclinação definida pela lentidão p2.B) Empilhamento pós-migraçãoÉ possível, ainda mais, realizar empilhamento de pós-migraçãoempilhando as contribuições (5) obtidas pelos vários valores do parâmetrop2 pertencendo a P2, de acordo com a fórmula como segue:
<formula>formula see original document page 10</formula>
VARIANTES
1) Uma primeira variante dos estágios A-3 e A-4 descritos acimaconsiste em resolver no estágio A-3 um problema de valor inicial e em A-4um problema de valor final ao invés de buscar soluções periódicas (procedi-mentos convencionais de formação de imagem conhecidos como migraçãoreversa no tempo).
2) Outra variante consiste em substituir o estágio A-1 de geraçãodo primeiro campo de onda compósito pela geração de uma onda plana cujalentidão na direção dos perfis e na direção ortogonal é P2 e pi respectiva-mente. Isto leva a fórmula que segue:
<formula>formula see original document page 10</formula>
A variante mostra uma certa similaridade entre os processamen-tos implementados no método e aqueles usados no método de migração deonda plana convencional. Como diferença essencial que constitui a caracte-rística original do método é que ele permite realizar um procedimento de mi-gração de onda plana mesmo se a aquisição não permite a síntese da res-posta de subsuperfície à excitação de uma onda plana, uma resposta que éessencial para conhecer em algoritmos de migração de onda plana conhecidos.
Outras aplicações
De acordo com uma modalidade, é possível formar uma imagemmigrada de uma parte da subsuperfície usando o fenômeno de conversãode onda, pela definição de pelo menos parte do campo de velocidade emondas P e em ondas S, possivelmente depois de processar adequadamenteos dados no sentido de separar os vários tipos de eventos sísmicos.
Os estágios definidos acima podem também ser usados paracalcular o gradiente de uma função de custo envolvida em um problema sís-mico inverso.
Claims (8)
1. Método permitindo realizar migração de pré-empilhamento deeventos sísmicos para formar imagem de uma parte da zona abaixo do solode uma série de um número Ns de ciclos de reflexão sísmicos compreen-dendo emissão sucessiva de campos de onda elementares, cada um defini-do por associação de um sinal sísmico W(t) e de um ponto de emissão defi-nido em uma série de pontos de emissão S, com 1< i < Ns, a recepção porreceptores sísmicos localizados em posições Rj, de sinais sísmicos refletidospela zona em resposta a cada um destes campos de onda, e gravando osvários sinais recebidos por cada receptor sísmico como traços sísmicos de-pendentes do tempo djj (t), caracterizado pelo fato de que, para um dadomodelo de velocidade, ele compreende os seguintes estágios:a) definir um vetor de lentidão ρ cujos dois componentes pi e P2podem cada um assumir uma série de valores previamente definidos,b) definir, para um dado vetor de lentidão ρ e para um dado pon-to de emissão S,, uma função de atraso de tempo t0 (p, i),c) aplicar uma função de atraso de tempo to (p, i) a cada campode onda elementar associado com o ponto de emissão Sj e formar um cam-po de onda compósito em superfície por superposição espaço-temporal dos vários campos de onda elementares aos quais tal atraso de tempo é aplica-do,d) aplicar uma função de atraso de tempo t0 (p, i) a cada traçosísmico dj, (t), marcado pelo par (i,j) e formar um campo de traços compósitoem superfície por superposição espaço-temporal dos vários traços sísmicosaos quais tal atraso de tempo é aplicado,e) realizar uma migração do campo de traço compósito usandoo campo de onda compósito como o campo de onda modelando a propaga-ção do campo de onda compósito e retropropagação do campo de traçoscompósito, e combinando adequadamente os dois campos compósitos as-sim modelados em qualquer ponto da zona a ser submetida à formação deimagem,f) repetir os estágios c) a e) para todos os valores assumidospelos componentes P1 e P2 do dito vetor p, eg) para qualquer valor fixado do segundo componente P2 do ditovetor p, empilhar os resultados destas várias combinações de forma a obteruma imagem migrada associada com este valor fixado P2, realizando assimmigração de pré-empilhamento.
2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que compreende ainda mais formar uma imagem final representativado empilhamento de pós-migração dos traços obtidos por todos os valoresdo segundo componente P2 do vetor p.
3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que os estágios a) a g) são usados para realizar diretamente empi-lhamento de pós-migração.
4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelofato de que compreende ainda mais atualizar as velocidades pela análisedas deformações obtidas quando a segunda coordenada p2 do dito vetor ρ évariada.
5. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo fato de que uma imagem migrada de uma parte de zo-na a ser submetida à formação de imagem usa o fenômeno de conversãode onda, pela definição de pelo menos uma parte do campo de velocidadeem ondas P e ondas S.
6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelofato de que é aplicado preprocessamento adequado aos dados de forma aseparar os vários tipos de eventos sísmicos.
7. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que os ditos estágios a) a g) são usados paradeterminar o gradiente de uma função de custo envolvida em um problemasísmico inverso.
8. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pelo fato de que a migração de profundidade é substituídapela migração de tempo.
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