DE1448557B2

DE1448557B2 - Verfahren zum untersuchen des gesteinsaufbaus der erde

Info

Publication number: DE1448557B2
Application number: DE19641448557
Authority: DE
Inventors: Milford Ray Heath Billy Joe Waters Kenneth Harold Ponca City OkIa Lee (V St A) GOIv 1 38
Original assignee: Continental Oil Co , Ponca City, OkIa (V St A)
Priority date: 1963-11-20
Filing date: 1964-11-16
Publication date: 1971-07-29
Also published as: NL146604B; GB1089118A; US3300754A; ES306276A1; DE1448557A1; BE680424A; NL6413316A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Untersuchen des Gesteinsaufbaus der Erde, bei dem an einem ersten Ort auf der Erdoberfläche unter Steuerung durch ein Steuersignal seismische Wellen mit mehreren Frequenzkomponenten von vorgebbarer Amplitude und Phasenlage ausgesandt und an einem zweiten Ort auf der Erdoberfläche die zugehörigen an seismischen Horizonten reflektierten Wellen aufgefangen und unter Verwendung des Steuersignals zeitrichtig festgehalten werden.

Mit Hilfe eines solchen Verfahrens, das in den USA.-Patentschriften 2 688 124, 2 808 577, 2 874 795, 2 981 928 und 2 989 726 beschrieben ist, erhält man primär ein Seismogramm, aus dem sich die Laufzeiten der ausgesandten seismischen Wellen zwischen dem Aussendeort und den Refiexionsstellen bzw. der reflektierten Wellen zwischen den Reflexionsstellen und dem Empfangsort entnehmen lassen. Bei Kenntnis dieser Laufzeiten lassen sich dann Lage und Verlauf der reflektierenden seismischen Horizonte bestimmen. Leider gestaltet sich jedoch die Auswertung der Seismogramme häufig schwierig, da meist eine Vielzahl von Horizonten gleichzeitig wirksam werden, die Gesteinsbetten unterschiedlicher und zunächst unbekannter Dicke und Eigenart begrenzen.

Leichter deutbar und daher bequemer sind dagegen Meßdaten, die in Form eines sogenannten Geschwindigkeits- oder Impedanzlogs anfallen, da ein solches Log in unmittelbarer Beziehung zu Aufbau und physikalischer Eigenart der Gesteinsbetten steht. Brauchbare Impedanzlogs haben sich bisher jedoch nur mit Hilfe der klassischen Methode gewinnen lassen, bei der in ein Bohrloch eine Logvorrichtung abgesenkt und die Zunahme der Schallgeschwindigkeit mit wachsender Tiefe ermittelt wird. Durch die Notwendigkeit eines entsprechend tiefen Bohrlochs wird aber diese Methode sehr kostspielig, und überdies läßt sie sich nicht überall anwenden, da an vielen Orten keine Möglichkeit zur Erstellung eines passenden Bohrloches auch unabhängig von den zugehörigen Kosten gegeben ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das ohne die Erstellung eines Bohrloches auskommt und dennoch zu Meßdaten führt, die sich mit der gleichen Einfachheit und Aussagekraft wie ein Impedanzlog deuten lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art die auf die reflektierten Wellen zurückgehenden Signale zunächst in der Weise normalisiert werden, daß die Spektralenergie für jede Oktave des Frequenzspektrums gleich groß wird und daß anschließend die normalisierten Signale integriert werden.

Die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gewinnbaren Informationen sind einem Impedanzlog ,, weitgehend äquivalent, lasseh sich jedoch mit erheblich geringerem Aufwand erhalten.

Eine noch weitere Annäherung an ein echtes Impedanzlog läßt sich in Weiterbildung der Erfindung dadurch erzielen, daß die normalisierten und integrierten Signale anschließend exponentiell verstärkt werden. Außerdem hat sich gezeigt, daß die Güte der Annäherung an ein echtes Impedanzlog durch eine passende Wahl des Frequenzbandes für die ausgesandten seismischen Wellen gesteigert werden kann, wobei vor allem die tieferen Frequenzen von besonderer Bedeutung sind. Eine bevorzugte Aus-: führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht daher darin, daß seismische Wellen mit einem Frequenzspektrum ausgesandt werden, das von einer oberen Frequenzkomponente mit 75 Hz bis zu einer unteren Frequenzkomponente mit 2 Hz reicht.

In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen veranschaulicht; dabei zeigt in der Zeichnung

Fig. 1 eine Schemadarstellung zur Veranschaulichung der einzelnen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens,

F i g. 2, 3 und 4 Lageplan und Schaltbilder für eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Apparatur, ->

F i g. 5 die Betriebskennlinie eines in F i g. 3 veranschaulichten Exponentialverstärkers,

F i g. 6 mehrere zusammengesetzte und normalisierte seismische Signale,

F i g. 7 ein Geschwindigkeitslog, das mit Hilfe eines Bohrlochs für das Gebiet erhalten wurde, aus dem auch die Signale von F i g. 6 stammen,

F i g. 8 fünf identische synthetische Seismogrammspuren, die aus dem Geschwindigkeitslog von F i g. 7 gewonnen sind,

F i g. 9 ein mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens gewonnenes Paar seismographischer Spuren,

Fig. 10 bis 14 schematische Darstellungen zur Erläuterung der dem erfindungsgemäßen Verfahren zugrunde liegenden theoretischen Überlegungen,

Fig. 15 eine Gruppe von seismographischen Spuren, die der Erläuterung der Bedeutung der niedrigen Frequenzkomponenten für die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erhältlichen Daten dienen, und

Fig. 16 eine entsprechende Gruppe von seismographischen Spuren zur Veranschaulichung der mittels anschließender exponentieller Verstärkung der integrierten Signale erzielbaren Verfeinerung.

Es werden mehrere Frequenzkomponenten seis- i mischer Energie in einem vorausbestimmten oder bekannten relativen Phasenverhältnis in der Erde erzeugt, und die seismischen Reflexionen der Frequenzkomponenten werden ermittelt. Im einzelnen werden in der Erde Frequenzkomponenten seismischer Energie erzeugt, die ein Gesamtfrequenzspektrum relativ großer Bandbreite und flacher Amplitude haben. Die Reflexionen seismischer Energie werden ermittelt und in bezug auf die vergangene Zeit aufgezeichnet. Das Signal der Reflexionsaufzeichnung wird bearbeitet, um jede entsprechende Phasendifferenz gegenüber den Originalfrequenzkomponenten seismischer Energie zu beseitigen, um jeden durch die Instrumentierung hervorgerufenen Phasenfehler zu beseitigen und um die Phasenverschiebung um 90° auszugleichen, die durch den Reflexionsprozeß der Erde erzeugt wird. Dann werden die relativen Amplituden der Komponenten ausgeglichen, bis jede Oktave der Frequenzbandbreite der seismischen Energie den gleichen Spektralenergiegehalt wie irgendeine andere entsprechende Oktave hat.

Die »seismischen Erscheinungen« eines üblichen Seismogramms sind meistenteils aus zahlreichen Reflexionen unterschiedlicher Wellenlänge zusammengesetzt. Wellenlängen werden in Metern gemessen, d. h., irgendwo in den zusammengesetzten Reflexionserscheinungen wird eine Information über den Gesteinsaufbau in Metern ausgedrückt. Demzufolge sind zahlreiche größere Reflexionen in gewissem Sinne auf einen Schichtgrenzenabstand oder eine Folge von

Schichtgrenzenabständen abgestimmt. Falls in einem abwärts laufenden seismischen Signal irgendwelche Wellenlängen vorhanden sind, die das richtige Verhältnis zu Gesteinsschichtgrenzentrennungen haben, so liest das Bodensystem diese besonderen Wellenlängen aus und sendet sie selektiv und bevorzugt als Teil des Signals zurück, das an der Oberfläche festgestellt wird. Die Refiexionssignale werden deshalb in dem Sinn gefiltert, daß eine spezielle Frequenzanreicherung aufgetreten ist, und daß diese Frequenzanreicherung in einer Weise aufgetreten ist, die in unmittelbare Beziehung mit dem Gesteinsaufbau gesetzt werden kann. Demzufolge wird ein seismisches Eingangssignal mit breitem Frequenzband, das alle möglichen Wellenlängen enthält, bevorzugt, um sämtliche möglichen Werte von Schichtgrenzenabständen zu erhalten. Dies trifft besonders für das untere Ende des Frequenzspektrums zu, wie später mehr im einzelnen ausgeführt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung wird durch folgende mathematische Ableitung bestätigt und leichter verständlich. Die Reflexion seismischer Energie zwischen zwei verschiedenen Gesteinsformationen mit Impedanzen Z und Δ Z für die seismische Energie wird durch folgende Formel wiedergegeben:

AR =

(Z + JZ)-Z
(Z + AZ)+ Z

(1)

worin Δ Z die Änderung des Reflexionskoeffizienten R ist. Wenn die Änderung der Impedanz für seismische Energie zwischen angrenzenden Gesteinsformationen klein ist, kann die Gleichung (1) auf

zlR =

AZ_

2Z

(2)

reduziert werden. Unter Verwendung der Standardtabellen für Differentiale können folgende Substitutionen in Gleichung (2) vorgenommen werden:

AR = y/l(Log_eZ).

(3)

deshalb als der Wert definiert werden, der mit der Zeit, über welche er wirkt, multipliziert den Reflexionskoeffizienten ergibt. Deshalb (t) ■ At = AR und durch Substitution in Gleichung (3):

Man sieht also, daß die Variation des Reflexionskoeffizienten die Hälfte der Variation des natürlichen Logarithmus der Impedanz Z der seismischen Energie ist.

Es ist bekannt, daß die Impedanz der Erde für seismische Energie sich in glatter Weise ändert, so daß sie durch eine ununterbrochene Kurve dargestellt werden könnte, in der die Impedanz für seismische Energie in bezug auf die Laufzeit der seismischen Welle in der Erde aufgezeichnet ist. Diese glatte Kurve kann natürlich durch eine Reihe von Schritten in den Zeitabständen J t angenähert werden, und die Annäherung wird um so genauer, je kleiner die Zeitabschnitte zl t werden. Wird also jeder kleine Reflexionskoeffizient über einen kleinen Zeitabschnitt genommen, der einer sehr kurzen Strecke an Tiefe entspricht, so wird entweder ein positiver oder ein negativer Reflexionsimpuls für jede Tiefenzunahme erzeugt. Der Wert oder die Amplitude des Reflexionsimpulses ist dann auch gleich dem Reflexionskoeffizienten, der durch die Änderung der Impedanz für seismische Energie über diese Tiefe bewirkt wird. Das Reflexionsvermögen r(t) zu jedem Zeitpunkt kann

r-(t)At = y z1[Log_eZ(i)].-

Gleichung (4) kann umgeformt werden als
zl[Log_eZ(t)]

_ j_
^n> 2

At

Mit dem kleiner und kleiner Werden von At zur '5 immer näheren Annäherung an das Impedanzlog wird die Gleichung (5) zu

_ 1

ⁿⁱ ~ 2

[Log_e

dt

Das Reflexionsvermögen r(i), wie es durch die Gleichung (6) definiert wird, ist die mathematische Darstellung einer seismographischen Aufzeichnung, die erzielt würde, wenn in der Erde ein seismischer Impuls von unendlicher Bandbreite erzeugt würde und keine Mehrfachreflexionen oder Rückspiegelungen stattfänden. Man ersieht also, daß eine solche seismische Aufzeichnung in Beziehung zur Änderung Z(t) der Impedanz für die seismische Energie steht. ^

Die Gleichung (6) kann umgekehrt werden, um das Impedanzlog durch die seismischen Aufzeichnungen unendlicher Bandbreite in folgender Weise auszudrücken. Erst integriere man beide Seiten der Gleichung in bezug auf die Zeit, man erhält:

dt = J i- A [Lo_&Z(i)] dt,

die auf

di = y [Log_eZ(r) - Log_eZ(o)] (8)

reduziert werden kann und schließlich auf

Z(t)

Jr(i)dt = yLog_e

Nimmt man das Exponential beider Seiten der Gleichung (9), so ergibt sich

ljr(t)dt =

Z(t) Z(O)'

(10)

das wiederum ausgedrückt werden kann als

= Z(o)

worin Z(O die Impedanz in bezug auf die Laufzeit des seismischen Signals ist. Gleichung (11) ist die Grundformel für den Prozeß der Erzielung eines Impedanz-

logs aus einem theoretisch vollkommenen Seismogramm r(t), das erzielt wurde, indem in der Erde ein seismographisches Signal erzeugt wurde von unendlicher Bandbreite und gleicher oder flacher Amplitude. Der Fachmann bemerkt natürlich, daß ein seismisches Signal unendlicher Bandbreite und demzufolge ein Seismogramm eines solchen Signals nicht möglich ist. Wir haben entdeckt, daß eine sehr brauchbare Annäherung an ein Impedanzlog erfolgen kann, indem eine seismische Aufzeichnung von Impulsart mit einem Spektrum begrenzter Bandbreite und im wesentlichen flacher Amplitude S(t) gemäß der Gleichung

7lt\ — 7lA\i*^AI^SM^dt (i7\

verarbeitet wird, worin Z(O das annähernde Impedanzlog seismischer Energie (akustischer Energie) als Funktion der Laufzeit der seismischen Energie darstellt, Z(o) eine Konstante ist, welche die Impedanz für die seismische Energie zum Zeitpunkt Null ist, und A eine empirisch bestimmte Konstante ist. Als genaueste Lösung ist ein Integrieren des Seismogramms und dann ein Exponentialverstärken des integrierten Seismogramms erforderlich. Die Konstanten Z(o) und A können als lineare Verstärkungsfaktoren auf einer empirischen oder best passenden Basis mit verfügbaren Daten eingerührt werden. Wir haben jedoch festgestellt, daß eine sehr gute Annäherung an die Lösung der Gleichung (12) durch einfaches Integrieren dieser besonderen Art seismischer Daten erzielt werden kann. Diese letztere Entdeckung wurde gemacht, indem der Gedanke einer gleichen Darstellung durch Oktaven befolgt wurde. Nachdem diese Entdeckung gemacht worden war, wurde der Einklang dieses Gedankens mit der empirisch bestimmten Gleichung (12) wie folgt erreicht, was beide Behauptungen bestätigt.
Angenommen, daß der Wert des Integrals

1

ifs(t)dt

(13)

der Gleichung (12) immer weit unter der Einheit liegt und tatsächlich so klein ist, daß das Quadrat oder höhere Potenzen im Vergleich zum Integral selbst vernachlässigt werden können, und durch Substitution der Einfachheit halber des Buchstabens X für das Integral, ergibt sich

50 Z(O = Z(o) ■ sF . (14)

e* kann als wohlbekannte Reihe ausgedrückt

werden:

x² . x³ ,

X²
Da angenommen wurde, daß -~- und Glieder

höherer Ordnung im Vergleich zu X vernachlässigt werden können, ergibt sich

Z(O = Z(o)(l + x) (16)

und durch Rücksubstitution von X

Z(t) = Z(o) + A_z(o) J S(A) dt. (17)

Eine Deutung der Gleichung (17) besteht darin, daß der Wert eines annähernden Impedanzlogs zum Zeitpunkt »i« eine Konstante Z(o) plus einem verstärkten Integral des speziellen Seismogramms ist bis zum Zeitpunkt »i«. Da das Hauptinteresse in den Variationen des Wertes der Impedanz in bezug auf die Laufzeit liegt, ist die vereinfachte Form des Impedanzlogs einfach eine verstärkte Integration der besonderen seismischen Spur.

Ein neuartiges Verfahren der praktischen Ausübung der Erfindung wird in Fig. 1 schematisch dargestellt. Ein seismisches, einen Durchgang bildendes Signal (sweep) wird von einer geeigneten Quelle 8 in der Erde erzeugt, die auf ein vorausbestimmtes, einen Durchgang bildendes Steuersignal anspricht und synchron damit arbeitet. Die seismische Energie pflanzt sich abwärts auf mehreren Wegen 9 zu den unterirdischen Impedanzschichtgrenzen 10 fort, wo ein Teil der seismischen Energie auf einer Mehrzahl von Wegen 11 zurück zur Erdoberfläche reflektiert, darm durch einen Empfänger 12 aufgenommen und einem Aufzeichnungsgerät 13 zugeführt wird. Dieser Vorgang wird nacheinander mehrere Male wiederholt, wobei darauf geachtet wird, zwischen den nacheinander aufgezeichneten Signalen das richtige Verhältnis in bezug auf den Zeitpunkt Null einzuhalten. Die verschiedenen Signale werden dann einem Zusammensetzgerät 14 zugeführt, das die vom Aufzeichengerät 13 nacheinander aufgezeichneten Signale gleichzeitig abspielt und ein zusammengesetztes Signal erzeugt. Das zusammengesetzte Signal wird dann einem Korreliergerät 15 zusammen mit dem den Durchgang bildenden Steuersignal zugeführt, um die Phase der verschiedenen Frequenzkomponenten des Durchgangssignals auf einen gemeinsamen Zeitpunkt zu verschieben und ein korreliertes Signal zu erzeugen, das ein Seismogramm der Laufzeit in beiden Richtungen ist. Dieses Seismogramm ist dasjenige, das infolge eines Impulses seismischer Energie erzeugt würde, die eine vorausbestimmte begrenzte Bandbreite und eine auf Null bezogene Phasenlage hat. Das korrelierte Signal wird dann einem Normalisiergerät 16 zugeführt, wo an vorausbestimmten Abschnitten des Frequenzspektrums eine Amplitudenangleichung in einer später zu beschreibenden Weise durchgeführt wird. Das normalisierte Signal wird dann einem Integrator 17 zugeführt, wo es nach der Zeit Null oder einem vorausbestimmten Grundniveau über seine gesamte Länge integriert wird. In den meisten* Fällen bildet das sich ergebende integrierte Signal vom Integrator 17 eine ausreichend genaue Annäherung an das Impedanzlog, so daß eine weitere Verarbeitung nicht gerechtfertigt ist. Für eine weitere Verfeinerung wird das integrierte Signal jedoch durch den Exponentialverstärker 18 exponentiell verstärkt, um ein Impedanzlog zu erzeugen, das eine relativ nahe Annäherung an ein im Bohrloch gewonnenes Geschwindigkeitslog ist.

Das Verfahren, wie es in F i g. 1 beschrieben wird, kann unter Verwendung der in F i g. 2 und 3 schematisch gezeigten Ausrüstung zur Ausführung gelangen. Eine magnetische Aufzeichenvorrichtung (zweckmäßigerweise die im USA.-Patent 3 065 453 beschriebene) besitzt eine rotierende Trommel, auf der ein magnetisches Blatt 52 angeordnet ist. Ein sich nicht wiederholendes Durchgangssignal mit einer sich kontinuierlich verändernden Frequenz, das sich über einen Zeitraum von einigen Sekunden erstreckt, ist auf einer

Aufzeichenspur 54 des Aufzeichenblattes 52 aufgezeichnet. Das Durchgangssignal kann zweckmäßigerweise entweder ein Aufwärts- oder ein Abwärtsdurchgangssignal zwischen 6 und 65 Hz z. B. sein. Das Durchgangssignal wird von einem Hörkopf 56 von der Aufzeichenspur 54 abgespielt und durch einen Radiosender 58 mit einer Antenne 60 ausgesendet. Das Steuerdurchgangssignal wird von einem geeigneten Empfänger in einem Lastwagen 62 aufgenommen, der einen Schwingungstransduktor 64 trägt.

Der Transduktor 64 besitzt in der Regel einen Teil zum Kuppeln mit der Erde, der durch das Gewicht des Lastwagens 62 gegen die Oberfläche 66 der Erde gepreßt werden kann.

Das vom Transduktor erzeugte seismische Durchgangssignal pflanzt sich dann abwärts längs der Wege 68 z. B. fort. Beim Auftreffen auf eine Impedanzschichtgrenze 70 wird ein Teil der seismischen Energie allgemein längs der Wege 72 zu einem geeigneten Aufnahmegerät wie z. B. den Geophonen 74,76 und 78 reflektiert. Das vom Geophon 74 aufgenommene seismische Reflexionssignal wird verstärkt und von einem Sprechkopf 80 auf der Spur 82 des Aufzeichenblattes 52 der Trommel aufgezeichnet. Das vom Geophon 76 aufgenommene seismische Reflexionssignal wird in ähnlicher Weise verstärkt und von einem Sprechkopf 83 auf einer Spur 84 aufgezeichnet, und das von Geophon 78 aufgenommene seismische Reflexionssignal von einem Sprechkopf 86 auf eine Spur 88 aufgezeichnet. Das zur Steuerung dienende Durchgangssignal der Spur 54 wird mehrfach abgespielt, und demzufolge wird auch der Betrieb des Transduktors 64 mehrfach wiederholt, um eine Reihe von reflektierten seismischen Signalen zu liefern. Die Sprechköpfe 80, 83 und 86 werden zwischen jedem Abspielen des Durchgangssignals auf dem Aufzeichenblatt 52 weitergeschaltet, um eine Reihe von parallelen Spuren 82,84 und 88 zu liefern, die die entsprechenden von den Geophonen 74, 76 und 78 empfangenen Reflexionssignale darstellen, um die Zusammensetzung dieser Signale zu erleichtern, wie später beschrieben wird. Der Lastwagen 62 kann apch zwischen den verschiedenen Sendungen des Transduktors 64 bewegt werden, um den Geräuschabstand im sich ergebenden zusammengesetzten Signal zu verbessern, wie dem Fachmann verständlich sein wird. ·

Aus obiger Beschreibung geht hervor, daß das auf Spur 54 aufgezeichnete Steuerdurchgangssignal als Ausgangspunkt oder Zeit Null dient. Unter Verwendung dieses Signals als Grundlage oder Bezugspunkt kann die Lage der verschiedenen Impedanzschichtgrenzen, welche die längs dem Wege 68 aufgezeichneten Reflexionen bewirken, durch den Zeitraum bestimmt werden, der zwischen der Zeit Null und dem Zeitpunkt vergangen ist, an dem die Reflexionen aufgezeichnet sind.

Nachdem die seismischen Daten zusammengetragen worden sind, wird das Aufzeichenblatt 52 auf ein Gerät 100 übertragen (s. F i g. 3), das die Daten zusammensetzt, korreliert, normalisiert, integriert und exponentiell verstärkt. Das Aufzeichenblatt 52 wird auf eine Abspieltrommel 102 gebracht, die mit einer Welle 104 verbunden ist. Eine Korreliertrommel 106 und eine Aufzeichentrommel 108 sind auch mit der Welle 104 verbunden, die von einem geeigneten Mittel 109 angetrieben wird. Ein Hörkopf 110 ist über der aufgezeichneten Spur 54 angebracht, um das ursprüngliche Steuerdurchgangssignal wiederzugeben, während die Trommel 102 durch die Welle 104 gedreht wird. Das abgespielte Steuerdurchgangssignal wird verstärkt und durch einen Sprechkopf 112 auf der Aufzeichenspur 112^ der Korreliertrommel 106 aufgezeichnet. Ein einziger Hörkopf 114 hört sämtliche aufgezeichneten Spuren 82 ab, um die getrennten Sätze seismischer Daten gleichzeitig abzuspielen und zu addieren bzw. zusammenzusetzen. Das abgespielte und zusammengesetzte Signal wird dann verstärkt

ίο und durch einen Sprechkopf 116 auf der Aufzeichenspur 116a dep Korreliertrommel 106 aufgezeichnet. Ein länglicher Korrelierkopf 120 besitzt einen NuIlzeitsprechkopf 122 und einen Korreliersprechkopf 128, die angrenzend an die aufgezeichneten Spuren 112

und 116 angeordnet sind.'Im allgemeinen wird für diese Köpfe jein Leiter in gedruckter Schaltung verwendet, dessen Form der Form des Durchgangssignals entspricht, und sie sind in geeigneter Weise gelagert, so daß sie sich um den Umfang eines größeren Teiles der Trommel 106 über die entsprechenden Spuren 112a und 116a erstrecken. Die Größe des in den entsprechenden Köpfen erzeugten elektrischen Signals ist ein Maß für den Grad der Kohärenz zwischen dem Durchgangssignal, und dem auf den entsprechenden Aufzeichenspuren 112a und 116a der Korreliertrommel 106 aufgezeichneten Signal. Wenn also auf der Spur 112a der Korreliertrommel 106 aufgezeichnete Durchgangssignal mit dem Nullzeitsprechkopf 122 übereinstimmt, wird ein Impuls er-

zeugt, der dann verstärkt und vom Sprechkopf Ϊ24 auf der Aufzeichenspur 126 der Aufzeichentrommel 108 aufgezeichnet wird. Beim Durchgang des komplexen zusammengesetzten, auf Spur 116 a aufgezeichneten Signals unter dem Korreliersprechkopf 128 wird über die gesamte Länge des Kopfes ein Korreliersignal erzeugt, das dem Grad des Zusammenhanges von Durchgangssignal und zusammengesetztem Signal direkt proportional ist.

Der Uberspielkreis, der Radiosender und der Empfänger, die Geophone und der Verstärker sowie Aufzeichenkreise bewirken eine gewisse Phasenverschiebung beim Sammeln der seismischen Daten durch das Gerät von F i g. 2. Diese Verschiebung kann dadurch jedoch wesentlich verringert werden, daß der Korreliersprechkopf 128 identisch dem durch die Instrumente verzerrten Durchgangssignal angepaßt ist und in bezug auf den Nullzeitsprechkopf 122 nacheilend angeordnet ist, so daß er automatisch das im Durchg"angssignal durch die Instrumente hervorgerufene Nacheilen der Phase kompensiert.

Der Korreliersprechkopf 128 ist durch elektrische Anzapfungen elektrisch in mehrere Abschnitte 128 a, 12Sb, 128c, 128d und 128e aufgeteilt. Mehrere Trenntransformatoren 130a-130e sind mit den entsprechenden Anzapfungen verbunden, um die in den entsprechenden Abschnitten 128a-128e induzierten Wechselstromsignale zu isolieren und wiederzugeben. Die isolierten Signale werden durch die Verstärker 132a-132e jeweils verstärkt und dann den Regelwiderständen 134a-134e jeweils zugeführt. Die Schleifkontakte dieser Regelwiderstände sind über die Leitungen 136 a-136e jeweils mit einem Mehrspuroszilloskop 138 verbunden. Die Schleifkontakte der Regelwiderstände 134a-134e liegen auch über die Widerstände 142a-142e an einer gemeinsamen Leitung 140. Diese Leitung 140 liegt über einen Schalter 144 an einem Verstärker 146, der mit einem Sprechkopf 148 verbunden ist. Dieser Sprechkopf 148 arbeitet auf einer

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Aufzeichentrommel 108. Obgleich nur ein Sprechkopf 148 gezeigt wird, sind in der Regel mehrere Sprechköpfe vorgesehen, um die ursprünglich von mehreren Geophonanordnungen aufgezeichneten verarbeiteten Daten getrennt aufzuzeichnen. In der Praxis würden die verschiedenen Sprechköpfe wahlweise mittels eines geeigneten Wahlschalters (der nicht gezeigt wird) eingeschaltet. j

Die Leitung 140 liegt auch über einen Schalter 150 an einem Integrierkreis 152, der im wesentlichen, wie in F i g. 4 gezeigt wird, ausgebildet sein kann und einen Widerstand 154 sowie einen Kondensator 156 enthält. Der Ausgang vom Integrierkreis 152 liegt über einen Schalter 158 am Verstärker 146 und von diesem am Sprechkopf 148, so daß ein integriertes Signal, falls es erwünscht ist, auf der Trommel 108 aufgezeichnet werden kann, wie nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Der Ausgang des Integrators 152 liegt auch an einem Linearverstärker 160 oder einem anderen geeigneten linearen Kreis mit regelbarem Ausgang, der eine Regelung der Amplitude gestattet, wie z. B. ein Regelwiderstand. Der Ausgang des Verstärkers 160 wird einem Exponentialverstärker 162, dessen Verhältnis von Ausgang zu Eingang im wesentlichen das durch die Kurve 165 von F i g. 5 gezeigte ist, zugeführt. Der Ausgang des Exponentialverstärkers 162 liegt an einem zweiten einstellbaren Linearverstärker 164 oder einem anderen einstellbaren linearen Kreis und über einen Schalter 166 am Verstärker 146 und schließlich am Sprechkopf 148. Ein zweites Oszilloskop 168 ist vorgesehen, um den Ausgang vom Verstärker 164 visuell zu überwachen.

Wie ersichtlich ist, wird also nach Aufzeichnung der seismischen Daten auf dem Aufzeichenblatt 52 in der oben beschriebenen Weise dieses Blatt auf die Aufzeichentrommel 102 des Gerätes 100 gebracht. Der Hörkopf 114 spielt gleichzeitig sämtliche aufgezeichneten Spuren 82 ab, um ein zusammengesetztes Signal zu erzeugen. Zu einem gewissen Zeitpunkt während der Verarbeitung eines Satzes seismischer Daten wird das Steuerdurchgangssignal von der Aufzeichenspur 54 durch den Kopf 110 ebenfalls abgespielt und auf der Korreliertrommel 106 durch den Sprechkopf 112 aufgezeichnet. Beim Weiterrotieren der Korreliertrommel 106 gehen die magnetisch auf den Aufzeichenspuren 112a und 116a aufgezeichneten Signale unter den Hörköpfen 122 und 128 durch. Wie oben erwähnt wurde, sind die Stellungen der Hörköpfe 122 und 128 vorzugsweise derart gewählt, daß sie ein eventuelles Nacheilen kompensieren, das durch Abspielen, Senden und Empfangen des Steuerdurchgangssignals und durch die Geophone sowie das Aufzeichensystem des in F i g. 2 gezeigten Gerätes entstanden sein könnte.

Beim Durchgang des auf der Aufzeichenspur 112ά der Korreliertrommel 106 aufgezeichneten Steuersignals unter dem Hörkopf 122 wird darin ein einziger Impuls erzeugt und durch den \Sprechkopf 124 auf der Aufzeichenspur 126 aufgezeichnet. Nach einem kurzen Zeitraum beginnt das auf der Aufzeichenspur 116 a der Korreliertrommel 106 aufgezeichnete zusammengesetzte Signal unter dem Hörkopf 128 hindurchzugehen und darin ein Korrelationssignal zu erzeugen. Das gesamte im Hörkopf 128 erzeugte Signal bildet ein impulsäquivalentes Seismogramm, wie später.mehr im einzelnen beschrieben wird; da jedoch die Erde dazu neigt, verschiedene Anteile des Frequenzspektrums des seismischen Signals bei seinem Lauf durch die Erde zu schwächen, sollte das Korreliersignal normalisiert werden, um das Frequenzspektrum auf im wesentlichen gleiche Amplitude umzuformen.

Der Vorgang der »Normalisierung« wird auf folgende Weise durchgeführt. Das gesamte im Hörkopf 128 erzeugte Korrelationssignal wird durch die angezapften Abschnitte 128a-128e und die Trenntransformatoren 130(7-13Oe jeweils in fünf getrennte Signalkomponenten aufgespalten. Die Signalkomponenten werden durch die Verstärker 132 α-132 e verstärkt und den Regelwiderständen 134a-134e zugeführt, wonach sie getrennt vom Mehrspuroszilloskop 138 angezeigt werden. Die Schleifkontakte der verschiedenen Regelwiderstände 134 a-134 e werden so lange verstellt, bis die relativen Amplituden der Signalkomponenten in vorausbestimmten interessierenden Zeitabschnitten gleiche oder vorausbestimmte relative Amplituden haben. In den meisten Fällen wird in einem einzelnen, interessierenden Zeitabschnitt die Amplitude der Signalkomponenten auf die gleiche Amplitude eingestellt. Wo jedoch ein Geschwindigkeitslog aus einem Bohrloch an dem Ort, wo die seismischen Daten gewonnen wurden, zur Verfügung steht, besteht das bevorzugte Verfahren zur Normalisierung des Korrelationssignals darin, daß das Geschwindigkeitslog in eine gleiche Anzahl synthetischer Seismogramme mit Bandbreiten umgewandelt wird, die den Bandbreiten der Signalkomponenten entsprechen, und dann die Amplituden der Signalkomponenten auf die gleichen relativen Amplituden eingestellt werden. Wenn die relativen Amplituden der Signalkomponenten einmal in der vorausbestimmten. Weise eingestellt sind, bildet das Korrelationssignal, wie es in dem gemeinsamen Leiter 140 erscheint, für praktische Zwecke ein Seismogramm, wie es entstünde, wenn a) ein einziger Impuls mit vorausbestimmter begrenzter Bandbreite, einem Spektrum von im wesentlichen flacher Amplitude und einer auf Null bezogenen Phasenlage erzeugt wird, und b) die seismischen Reflexionen des Impulses ohne Schwächung oder Phasenverschiebung durch die Erde aufgenommen werden. Demzufolge kann das am Leiter 140 liegende Signal durch die Funktion S(t) in Gleichung (12) dargestellt werden.

Falls es erwünscht ist, kann das Seismogramm begrenzter Bandbreite ohne Weiterverarbeitung einfach durch Schließen des Schalters 144 aufgezeichnet werden. Wenn der Schalter 150 statt des Schalters 144 geschlossen wird, so liegt das Signal S(i) einfach am Integrierkreis 152, um das integrierte Signal

S(i) dt

zu erzeugen. Wie nachfolgend mehr im einzelnen beschrieben ,wird, liefert das integrierte Signal eine sehr gute Annäherung an ein Impedanzlog und ist außerordentlich brauchbar. Falls erwünscht kann das integrierte Signal durch einfaches Schließen des Schalters 158 auf der Trommel 108 aufgezeichnet werden. Wenn der Schalter 166 statt des Schalters 158 geschlossen wird, wird das integrierte Signal

S(t)dt

mit dem Faktor A in dem die Amplituden regelnden Linearverstärker 160 unter Bildung eines Signals

multipliziert, das der Funktion

A S(f)df

entspricht. Das amplitudenmäßig eingestellte Signal vom Verstärker 160 wird dann dem Exponentialverstärker 162 zugeführt, um ein Signal zu erzeugen, das durch die Funktion

(18)

beschrieben werden kann.

Das Signal (18) vom Exponentialverstärker 162 wird dann dem Verstärker 164 zugeführt, um ein Signal

Z(o)e

A jSU) dt

(19)

zu erzeugen, das über den Schalter 166 und den Verstärker 146 zum Sprechkopf 148 geht.

Das vom Verstärker 164 kommende Signal (19) kann im Oszilloskop 168 überwacht werden, so daß die Absolutwerte der erkennbaren Gesteinslagen auf der im Oszilloskop erscheinenden Spur festgelegt werden. In den meisten Fällen dürften die Impedanzänderungen die gesuchte Hauptinformation liefern, so daß die Feststellung absoluter Impedanzwerte nur annähernd zu sein braucht. Auf jeden Fall wird die genaue Bestimmung von absoluten Impedanzwerten auf Fälle beschränkt, wo sehr niedrige Frequenzen in der Erde erzeugt werden können, wie nachfolgend mehr im einzelnen beschrieben wird.

In F i g. 6 werden neun getrennt zusammengesetzte, korrelierte und normalisierte, im Gelände gewonnene seismische Spuren zusammen mit der Bezugszahl 170 bezeichnet. Jedes der neun Seismogramme wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren unter Verwendung eines seismischen Durchgangssignals von 6 bis 65 Hz erzeugt. Danach sind die Spuren 170 die Signale, die an der gemeinsamen Leitung 140 (s. F i g. 3) erschienen.

In F i g. 7 ist die Spur 172 ein in einem Bohrloch gewonnenes Geschwindigkeitslog, und das Bohrloch liegt in der Nähe des Ortes, wo die seismischen Daten für die Spuren 170 gewonnen wurden. Die in F i g. 8 gezeigten fünf identischen synthetischen Spuren 174 sind synthetische Impulsseismogramme, die mittels eines Digitalrechners aus der Geschwindigkeitslogspur 172 gewonnen wurden. Das Verfahren der Erzeugung solcher synthetischer Seismogrammspuren 174 ist dem Fachmann wohlbekannt und bildet nicht Bestandteil der Erfindung, da die Spuren nur zum Vergleich verwendet werden, wie nachfolgend beschrieben wird. Es wird in Fachkreisen jedoch allgemein anerkannt, daß synthetische Seismogrammspuren 174 das theoretisch optimale Seismogramm darstellen, das unter Verwendung eines Impulses seismischer Energie mit einem Frequenzspektrum von 6 bis 65 Hz flacher Amplitude gewonnen werden kann.

In F i g. 9 ist die untere Spur 176 ein Impedanzlog, das aus der Spur 170a von F i g. 6 durch Integration und Exponentialverstärkung der Spur 170 in der oben beschriebenen Weise erzeugt wurde. Die obere Spur 178 ist zum Vergleich angeführt und wurde durch Integrieren und Exponentialverstärken einer der identischen synthetischen seismographischen Spuren 174 erzeugt. Die Übereinstimmung zwischen den Spuren 176 und 178 ist ohne weiteres ersichtlich. Noch wichtiger jedoch ist die Übereinstimmung zwischen der Spur 176 und der Geschwindigkeitslogspur 172. Man vergleiche z. B. die Punkte 176a mit 172a, 176b mit 172b, 176c mit 172c und I76d mit I72d. Es ist also ersichtlich, daß im wesentlichen eine Übereinstimmung von Spitze zu Spitze zwischen der Geschwindigkeitslogspur 172 und der Impedanzspur 176 besteht.

Ein seismisches Breitbandimpulssignal ist in Fig. 10 als kleine Impulswelle 180 dargestellt. Die kleine Impulswelle hat eine Bandfrequenzbreite von 2 bis 64 Hz, und jede Frequenz in diesem Band ist gleich dargestellt. Eine Aufzeichnung der relativen Amplituden jeder dieser Frequenzen würde z. B. die Kurve 182 ergeben. Die kleine Impulswelle 180 ist gleich der Summe aller Frequenzkomponenten gleicher Amplitude zwischen 2 und 64 Hz, wobei die Phasenlage der Frequenzkomponenten auf einen gemeinsamen, der Spitze 180 a der Spur 180 entsprechenden Punkt bezogen ist.

Die kleine Impulswelle 180, die ein relativ breites Band an Frequenzen enthält, ist, wie ersichtlich ist, scharf getrennt und hat einen deutlichen Hochfrequenzcharakter. Die Tatsache, daß die niedrigen Frequenzen bis zu 2 Hz in der Zusammensetzung voll vertreten sind, ändert diese Tatsache nicht. Hieraus ergibt sich, daß das einzelne Band an Frequenzkomponenten gleicher Amplitude nur so viel Einfluß haben kann wie sein relativer Anteil am· entsprechenden Gesamtfrequenzspektrum. Wenn also mit anderen Worten das Amplitudenspektrum eines Impulssignals von 2 bis 64 Hz flach ist, wie in F i g. 14, bildet die 2- bis 4-Hz-Oktave nur ein Zweiunddreißigstel der gesamten Bandbreite und spielt annähernd denselben geringen Anteil bei der Ausbildung der zusammengesetzten kleinen Welle. Aus Fig. 11 geht z. B. hervor, daß die kleine Welle 184 aus der 2- bis 4-Hz-Oktave auf das gesamte Aussehen der kleinen Welle 180 nur sehr wenig Einfluß hat. Die kleinen Wellen der nachfolgenden Oktave 186, 188, 190 und 192 für die Oktaven 4 bis 8, 8 bis 16, 16 bis 32 und 32 bis 64 Hz jeweils haben offenbar zunehmend größere Wirkung auf das Aussehen der ganzen kleinen Impulswelle 180.

Da lange seismische Energie mit gleicher Spektralamplitude als wünschenswert angesehen wurde, und da es schwierig ist, niedrige Frequenzen zu erzeugen und aufzuzeichnen, war es bisher üblich, die niedrigen Frequenzen bei der seismischen Energie nicht zu berücksichtigen, und zwar wegen der geringen Auswirkung der niedrigen Frequenzen im endgültigen Seismogramm, was nachfolgend eingehend an Hand von Fig. 14 erläutert wird. Wir haben jedoch entdeckt, daß die niedrigeren Frequenzen in dem Verfahren sehr wichtig sind, um sich den absoluten Impedanzwerten zu nähern. Diese Tatsache läßt sich leicht erklären, wenn man untersucht, was stattfindet, wenn ein seismischer Breitbandimpuls auf zwei aufeinanderfolgende, in einem Abstand voneinander angeordnete Impedanzschichtgrenzen trifft. Zu bemerken ist, daß für irgendeinen gegebenen Schichtgrenzenabstand eine besondere Frequenz verstärkt wird, meistens infolge unmittelbarer Phasengleichheit der einzelnen seismischen Reflexionen von den beiden, in einem Abstand voneinander befindlichen Schichtgrenzen, die in der Regel als Ober- und Unterseite einer geologischen Lagerung anzusehen sind. Diese

13 14

Frequenz kann als abgestimmte Frequenz angesehen denselben Spektralenergiegehalt hat wie irgendeine

werden. Die Frequenzen unmittelbar über und unter andere entsprechende Oktave.

der abgestimmten Frequenz werden in einem gewissen Wie oben gezeigt wurde, besteht ein abgeleitetes Grad so lange verstärkt, als allgemein eine Addition Verhältnis zwischen Reflexionsvermögen und Erdderbeiden Reflexionen infolge Phasengleichheit erfolgt. 5 impedanz. Um demzufolge sämtliche Frequenzkom-Bei genauer Untersuchung läßt sich feststellen, daß ponenten in bezug auf einen gemeinsamen Zeitpunkt der gesamte Bereich an Frequenzverstärkung für auszurichten, muß die gleichzeitige Phasenverschieirgendeinen besonderen Schichtgrenzenabstand auf bung korrigiert werden. Glücklicherweise entspricht einer Oktavbasis erfolgt statt auf einer Bandbreiten- die Neigung der Kurve 194 von Fig. 13 der Neigung zyklenbasis. Wenn z. B. die Grund- oder abgestimmte io eines Integrierfilters von sechs Dezibel pro Oktave, Frequenz für einen besonderen Schichtgrenzenab- der automatisch die richtige Phasenverschiebung um stand 20 Hz ist, so erfolgt eine gewisse Addition 90° zur Erzielung der Korrektur einbringt,
durch Phasengleichheit in Frequenzen auf beiden Um die Differenz zwischen unter Verwendung Seiten von 20 Hz, solange sie nicht einen großen Teil eines Spektrums flacher Amplitude gewonnenen seiseiner Oktave von 20 Hz entfernt sind. Es ist natürlich 15 mischen Daten und solchen, die unter Anwendung klar, daß einige der höheren Frequenzen auch auf des Gedankens der phasenkorrigierten oktavenweise dieselben Gesteinslagen abgestimmt sind, aber, wie gleichen Repräsentation zur Erzeugung eines annachfolgend klar wird, werden diese höheren Fre- nähernden Impedanzlogs gewonnen wurden, aufzuquenzen durch vorliegendes Verfahren in einem zeigen, wird auf Fi g. 15 verwiesen. Ein in einem Bohrsolchen Ausmaß unterdrückt, daß sie als Nachweis 20 loch abwärts gewonnenes Geschwindigkeitslog wird für den besonderen Schichtgrenzenabstand ohne Be- mit der Bezugszahl 200 bezeichnet. Ein synthetisches deutung sind. Demzufolge sollte für jeden gegebenen Seismogramm mit einem Frequenzspektrum von 2 bis Schichtgrenzenabstand eine Indikatorfrequenzkom- 75 Hz flacher Amplitude, das von einem Digitalponente in der seismischen Energie vorhanden sein, rechner erzeugt wurde, ist mit der Bezugszahl 202 um den Abstand festzustellen. Der Indikator besteht 25 versehen. Die Spuren 204, 206 und 208 sind ebenfalls in der Regel aus dem Frequenzband, dessen in Er- synthetische Seismogramme jedoch mit Frequenzscheinung tretende Wellenlängen derart sind, daß spektren von 4 bis 75,8 bis 75 und 16 bis 75 Hz jeweils, sie eine Verstärkung ergeben. Im Hinblick auf die Das Verfahren der Herstellung einer synthetischen Erörterungen in bezug auf Fig. 10 und 11 ist es Spur aus einem Geschwindigkeitslog · mittels eines klar, daß, wenn den Amplituden der Frequenzdar- 30 Digitalrechners ist dem Fachmann wohlbekannt. Stellungen in den Oktaven unter der abgestimmten Die synthetischen Seismogramme werden nur zu oder Grundfrequenz gleiche Amplituden wie den Vergleichszwecken wiedergegeben, da synthetische Frequenzen in den Oktaven über der abgestimmten Seismogramme von Fachleuten allgemein als die Frequenz gegeben werden, die abgestimmte Fre- bestmöglichen Daten angesehen werden, die unter quenz für den besonderen Schichtgrenzenabstand 35 Verwendung üblicher seismographischer Techniken nicht ordnungsgemäß dargestellt wird. Um eine zu erzielen sind. Demzufolge stellen die Spuren 202, kleine seismische Impulswelle zu erzeugen, die für 204, 206 und 208 die bestmöglichen Daten dar, die die abgestimmte Frequenz repräsentativ ist, ist es an der Leitung 140 (F i g. 3) auftreten könnten, wenn notwendig, der Oktave unter der abgestimmten seismische Energieimpulse mit Frequenzspektra von Frequenz dieselbe Spektralenergie zu geben wie der 4° 2 bis 75, 4 bis 75, 8 bis 75 und 16 bis 75 Hz jeweils Oktave über der abgestimmten Frequenz. Da die zur Erzielung der Daten verwendet werden. Die Oktave unter der abgestimmten Frequenz nur die Spuren 210, 212, 214 und 216 sind annähernde Impehalbe Bandbreite hat wie die Oktave über der abge- danzlogs, die erzielt wurden, indem die synthetischen stimmten Frequenz, ist es notwendig, der unteren Seismogrammspuren 202, 204, 206 und 208 jeweils Oktave die doppelte Amplitude der oberen zu geben. 45 durch das Integrierfilter 152 der Vorrichtung gemäß

Das Prinzip gleicher Repräsentation durch Ok- F i g. 3 geleitet wurden.

taven wird in F i g. 12 gezeigt, indem die relativen Zuerst ist zu bemerken, daß die vier Seismogramm-Amplituden in bezug auf die Frequenz aufgetragen spuren praktisch voneinander nicht zu unterscheiden sind. Wenn z.B. die abgestimmte Frequenz eines sind, obgleich die obere Spur 202 eine um drei Okbesonderen Betts oder eines Schichtgrenzenabstands 5° taven größere Bandbreite hat als die untere Spur 208. 16 Hz beträgt, so sollte die relative Amplitude der Weiterhin weisen die Seismogramme nur eine sehr unteren Oktave von 8 bis 16 Hz das doppelte der geringe genaue Übereinstimmung mit dem Geschwin-Amplitude der Oktave zwischen 16 und 32 Hz sein, digkeitslog auf, von dem sie abgeleitet wurden. Andamit die gesamte Fläche unter der Kurve für jede dererseits ist zu bemerken, daß die Impedanzlog-Oktaye gleich ist. Es ist also zu erkennen, daß dasselbe 55 spuren 210 bis 216 im wesentlichen eine Uberein-Relativverhältnis zwischen den Oktaven unter und Stimmung von Spitze zu Spitze mit dem Geschwinüber irgendeiner besonderen abgestimmten Frequenz digkeitslog haben. Insbesondere ist zu bemerken, diesem Prinzip entsprechen sollte. Um dieser Be- daß die Impedanzlogspur 210, bei der ein Frequenzdingung über dem gesamten Frequenzspektrum zu spektrum von 2 bis 75 Hz verwendet wurde, im wesentgenügen, müssen die Amplituden der verschiedenen 60 liehen mit dem Geschwindigkeitslog 200 identisch Frequenzkomponenten der seismischen Energie der ist und daß die absoluten Werte der Impedanzlog-Kurve 194 von Fi g. 13 entsprechen, die in deutlichem spur 210 denjenigen des Geschwindigkeitslogs 200 Gegensatz zur Amplitudenkurve von Fig. 14 eines sehr nahe liegen. Sowie jedoch die untere Grenze des sogenannten amplitudengleichen Breitbandimpulses Frequenzspektrums allmählich um eine Oktave in steht. In Fig. 13 ist ersichtlich, daß jede Oktave 65 den Impedanzlogspuren 212, 214 und 216 jeweils genau die gleiche Fläche unter der Kurve 194 hat wie angehoben wird, entfernen sich die absoluten Werte irgendeine andere entsprechende Oktave, und dem- der Impedanzlogspuren, wie ersichtlich ist, immer zufolge sagt man, daß irgendeine einzelne Oktave mehr von den absoluten Geschwindigkeitswerten

(die nahe an den annähernden Impedanzwerten liegen) des Abwärtsgeschwindigkeitslogs 200, obgleich die Übereinstimmung von Spitze zu Spitze aufrechterhalten bleibt. Es ist also ersichtlich, daß, je niedriger die Frequenz des in der Erde hervorgerufenen seismischen Signals ist, desto näher die gemäß der Erfindung aufgestellten seismischen Daten erwartungsgemäß den tatsächlichen absoluten Impedanzwerten liegen.

Fig. 16 soll zeigen, welcher Grad an Verfeinerung vom Schritt der Exponentialverstärkung des integrierten Signals erwartet werden kann. Das Abwärtsgeschwindigkeitslog 200 wird in F i g. 16 zu Vergleichszwecken wiedergegeben. Die Impedanzspur 220 wurde gewonnen, indem das synthetische Seismogramm 202 mit einem Frequenzspektrum von 2 bis 75 Hz sowohl durch den Integrations- als auch durch den Schritt der Exponentialverstärkung geführt wurde. Ebenso wurden Impedanzspuren 222, 224 und 226 gewonnen, indem die synthetischen Seismogramme 204, 206 und 208 sowohl durch den Integrations- als auch durch den Exponentialverstärkungsschritt geführt wurden. Die vier integrierten Spuren 210, 212, 214 und 216 von Fig. 15 sind in Fig. 16 zum Vergleich wiedergegeben und werden dort mit 210a, 212o, 214 a und 216 a bezeichnet. Die obere Spur jedes Paares ist also die untere exponentialverstärkte Spur. So ist z. B. die Spur 220 nur die exponentialverstärkte Spur 210 a, wobei beide Spuren aus dem synthetischen Seismogramm 202 erzeugt wurden, das ein Frequenzspektrum von 2 bis 75 Hz hat.

Wie ersichtlich ist, kann die exponentialverstärkte Spur 226 von der integrierten Spur 216α nicht unterschieden werden, obgleich beide Spuren ein Spektrum von 16 bis 75 Hz haben. Ebenso ist die exponentialverstärkte Spur 224 im wesentlichen mit der integrierten Spur 214a identisch. Wird jedoch das Frequenzspektrum bis auf 4 Hz abwärts erweitert, so kann ein geringer Unterschied zwischen der exponentialverstärkten Spur 222 und der integrierten Spur 212 a festgestellt werden. Wenn sich das untere Ende des Frequenzspektrums bis auf 2 Hz hinunter erstreckt, wie es für die Spuren 220 und 210 a der Fall ist, so ist ersichtlich, daß die absoluten Werte der exponentialverstärkten Spur etwas größer werden und die Spur sich dem Geschwindigkeitslog 200 a zunehmend nähert. Die Exponentialspur 220 weist mit anderen Worten eine deutlichere Verschiebung gegenüber einer Grundlinie auf, wie es beim Geschwindigkeitslog der Fall ist. Hieraus kann abgeleitet werden, daß die oben bei der Ableitung der Gleichung (13) von der Gleichung (12) gemachte Annahme praktisch in allen Fällen gültig ist, ausgenommen diejenigen, wo die seismische Energie die allerniedrigsten Frequenzen enthält, und in der Praxis ist es sehr schwer, so viel seismische Energie unter 4 Hz zu erzeugen, daß sie brauchbar ist. Deshalb reicht für die meisten praktischen Zwecke der Integrierschritt allein aus, ausgenommen, wenn extrem niedrige Frequenzen in den seismischen Daten vorhanden sind.

Wie aus Fig. 15 und 16 ersichtlich ist, ist seismische Energie unter 16 Hz erforderlich, bevor irgendeine erkennbare Änderung des absoluten Wertes in den Impedanzspuren aufzutreten beginnt. So enthalten z. B. die Spuren 216, 216a und 226 nur seismische Energie von 16 bis 75 Hz, und praktisch ist keinerlei absolute Wertverschiebung erkennbar. Wird jedoch seismische Energie unter 16 Hz einbezogen wie in den Spuren 214, 214 a und 224, so werden die absoluten Werte erkennbar. Seismische Energie herab bis zu 4 Hz erzeugt sogar bessere Resultate; während also die Fachleute bisher im allgemeinen seismische Energie im unteren Frequenzbereich nicht berücksichtigt haben, haben wir entdeckt, daß diese Frequenzen für die Erzeugung von praktisch verwertbaren Impedanzdaten unter alleiniger Verwendung von seismischer Energie wesentlich sind.

Aus obiger eingehender Beschreibung der verschiedenen besonderen Gesichtspunkte der Erfindung ersieht der Fachmann, daß ein absolut neuartiges und zweckmäßiges Verfahren zur Gewinnung von Impedanzdaten einer gewissen örtlichkeit unter alleiniger Verwendung seismischer Techniken eröffnet wurde. Es gilt als allgemein anerkannt, daß die Gewinnung von Impedanzdaten wahrscheinlich das beste Verfahren für die Beschreibung des Gesteinsaufbaus der Erde ist. Die Impedanzdaten gestatten es, die unterirdischen Schichten mit einem Minimum von seismischen Daten darzustellen, weil die verschiedenen Schichten einfach und genau nachgewiesen werden können. Weiterhin liefern Impedanzdaten Auskunft über die Dicke und den physikalischen Charakter der Gesteinsformationen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Untersuchen des Gesteinsaufbaus der Erde, bei dem an einem ersten Ort auf der Erdoberfläche unter Steuerung durch ein Steuersignal seismische Wellen mit mehreren Frequenzkomponenten von vorgebbarer Amplitude und Phasenlage ausgesandt und an einem zweiten Ort auf der Erdoberfläche die zugehörigen an seismischen Horizonten reflektierten Wellen aufgefangen und unter Verwendung des Steuersignals zeitrichtig festgehalten werden, dadurch gekennzeichnet, daß die auf die reflektierten Wellen zurückgehenden Signale zunächst in der Weise normalisiert werden, daß die Spektralenergie für jede Oktave des Frequenzspektrums gleich groß wird und daß anschließend die normalisierten Signale integriert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß-die normalisierten und integrierten Signale anschließend exponentiell verstärkt werden. ■■■■

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß seismische Wellen mit einem Frequenzspektrum ausgesandt werden, das von einer oberen Frequenzkomponente mit 75 Hz bis zu einer unteren Frequenzkomponente mit 2 Hz reicht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen