DE2009746A1 - Verfahren zur Ermittlung von Störwerten In seismischen Signalen sowie Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens - Google Patents

Description

. se, oirL.<*>nvd. ο«.

HOGeR-STELLRECHT- QRIESSBACH PATINTANWiLTIlN STUTTeART

A 38 O4o b

ρ - 129

27. Febr. 197o

Texas Instruments Incorporated, 135OO North Central Expressway, Dallas, Texas, U.S.A.

Verfahren zur Ermittlung von Störwerten in seismischen Signalen sowie Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung von Störwerten einer Gruppe von seismischen Signalen, die mittels einer Schallquelle und mehreren Empfängern erzeugt wurden sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Zum Aufspüren von Petroleum- oder«anderen'Minerallagern in ^

unserer Erdrinde werden gewöhnlich seismische Messverfahren angewendet, die von der CDP-Technik (coxnmen depth point technic, Technik mit Punkten, gleicher Tiefe) Gebrauch machen. Dabei werden eine Anzahl von in einen Stenogramm gleichzeitig aufgenommenen geophonischen Signalen in Form von seismischen Spuren erzeugt, welche eine gewisse räumliche Redundanz der aufgenommenen Daten aufweisen; dies ist eine Folge der bei der CDP-Technik vorliegenden geometrischen Verhältnisse, durch : '■-■''■ ■"·■.' - -2- .

0 0 98 37/1560

ρ « 129 . ,

27. Febr. 197ο «C .

welche bewirkt wird, dass bestimmte Sätze seisr.ischer Signale oder bestimmte Seismograirme miteinander identische unterirdische Punkte aufweisen, weichletztere jedoch von verschiedenen Sprengsignalen, aber gleichen Geophonorten

_____^ _ stanmen. Aufgrund solcher räur.licher

Redundanzen erweist sich die CDP-Technik als sehr nützlich hinsichtlich der Verminderung von in die Messwerte mit einstreuenden Störsignalen (US-Patent 2,732,9o6).

Um nun Daten mit guter Aussagekraft bei Messungen mit der CDP-Technik zu erzielen, müssen Korrekturen an den durch Seismograinme und andere Speicher aufgenommenen Messdaten vorgenommen werden, welche Störwerte in nun durch die Speicher fixierter, statischer Form mit enthalten; diese Störwerte gilt es auf ein Mincestmaas herabzusetzen; sie entstanden insbesondere dufch die nahe der Oberfläche herrschenden Verhältnisse, wie beispielsweise durch Verwitterung. Zur teilweisen Elir.inierung solcher Störwerte, die in ursprünglichen Seis~ogra.Tr-.en mit enthalten sind, wurde bereits eine Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen entwickelt; viele davon enthalten eine Kreuzkorrelation, bei welcher die seismischen Signale miteinander werden

kombiniert/und eine zeitliche Verschiebung der seismischen Signale zueinander um bestimmte Werte erfolgt, die aus den Beträgen der bei der Korrelation gefundenen Zeitverzöcerungen resultieren. Die bei dieser Technik von Menschen rechnerisch durchzuführende Störwert-Elimination «rweist sich jedoch trotz ihrer im allgemeinen guten Genauigkeit als zu zeitraubend, ca waitschweifende und ermüdende Manipulationen dabei durchgeführt werden müssen.

Aufgabt der Erfindung ist «s nun« «in Verfahren sowie ein« Ein·*

-3-

Ibao original 009837/1560

A 38 o4o b

2QM746

derartiger
richtung zur Durchführung / Verfahren zu ersinnen, durch welche der vorerwähnte l-lachteil vermieden und eine noch höhere Genauigkeit erzielt werden kann.

Diese Aufgabe wird für das Verfahren der eingangs erwähnten Art gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, dass Bezugssignale durch Mittelwertbildung aus mindestens einem Teil der seismischen Signale erstellt werden, dass ferner mehrere Kor relations signale durch KreuzkorrelaiiDn zwischen ■ , ·_ den Bezugssignalen und jedem der seismischen Signale der *

Gruppe gebildet werden, und dass schliesslich aus den Korrelationssignalen Schallquelle- und Empfängerstörwerte enr.ittelt werden, die von den an die Schallquelle und an die Empfänger angrenzenden Schichten herrühren; die erfindungsgeinässe Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens ist schliesslich gekennzeichnet durch

a) einen ersten Mittelwertsbildner zur Bildung des Mittelwerts aus mindestens einem Teil der seismischen Signale;

b) einen Kreuzkorrelator zur Kreuzkorrelation zwischen den Mittelwerten und jedem seismischen Signal;

c) einen Zeitmesser zur Bestimmung der Zeitintervalle zwischen vorbestimmten Maximalwerten in den AusgangsSignalen aes i Kreuzkorrelators;

d) einen zweiten Mittelwertbildner zur Mittelung über zu einem gemeinsarrien Schallimpuls gehörende Zeitintervalle;

e) einen dritten Mittelwerthildner zur Mitteluno über zu ei-

Empfängerort
nem gemeinsamen ι gehörende Zeitintervalle, und

f) eine Vorrichtung zur Erzeugung von Korrektursignalen aus den Zeitintervall-Mittelwerten.

Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, dass durch das vorgeschlagene Verfahren sowie durch die Einrichtung zur pureh-

009837/1560

A 38 o4o b

2. März 197o (, -/- 20097 A 6

führunq dieses Verfahren Kreuzkorrelationen zur Elimination von Störwerten in seismischen Signalen praktisch einaesetzt werden können, was bislang bei der Umständlichkeit der Rechenverfahren nicht realisierbar war. Zweckmässigerweise werden bei der hier vorliegenden Erfindung zunächst Korrekturen restlicher NMO-Fehler (residual normal moveout errors) an einem Satz seismischer Signale durchgeführt; hiernach erfolgt eine Kreuzkorrelation zwischen jedem Element des Satzes seismischer Signale und dem Durchschnittswert der restlichen Elemente desselben Satzes. Zeitspannen, welche Amplitudensnitzen in den Kreuzkorrelationen entsprechen, werden gemäss vorgewählten Kriterien festgestellt und ausgewertet. Zu einer gemeinsamen Sprengung gehörende Zeitspannen werden gemittelt, woraus ein Wert resultiert, der einen sprenostellenseitigen Störwert darstellt und der auf eine Oberfläche bezogen ist, aus welcher dieser Störwert stammt (surface consitent shot static correction); andore in Beziehung zu einem gemeinsamen Geophonort stehende Zeitspannen werden ebenfalls gemittelt, wodurch sich ein Wert ergibt, der ebenfalls auf eine Oberfläche bezogen ist, aus der dieser Störwert stammt (surface consistent receiver static correction).

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden Korrelationssignale erzeugt, welche der Kreuzkorrelation zwischen dem Durchschnitt einer Vielzahl seismischer Signale und jedem der seismischen Signale selbst entstammt. Zeitspannen werden den Korrelationssignalen dort entnommen, wo Amplitudenspitzen auftreten und vorgewählte Kriterien erfüllen. Die Zeitspannen werden in Matrixform gespeichert, wobei die sprengäbellenseitigen Störwerte entsprechenden Zeitspannen in ersten Sätzen und die empfängerseitigen Störwerten entsprechenden Zeitspannen gleicher Geophonorte in zweiten Sätzen gruppiert werden.

Die ersten Sätze werden daraufhin gemittelt, woraus Werte resultieren, die sprengstellenseitige Störwerte als Korrekturgrössen ergeben; die zweiten Sätze werden ebenfalls gemittelt,

-5-

009837/1560

2. März 197ο A f

wonach der Mittelwert entsprechend einen empfangsseitigen Störwert ergibt.

Zweckmässigerweise werden Spitzenwerte zur Rechnung herangezogen, welche Korrelationssignale entstammen, die aus einer Kreuzkorrelation zwischen räumlich redundanten seismischen Signalen gewonnen werden. Ferner werden Signale erzeugt, die einem Spitzenwert entsprechen, dessen Spitze nächst einer Zeitbezugslinie zu jedem Korrelationssignal liegt. Die Signale dienen der Bestimmung von Korrelationszeitverzögerungen, wenn nicht andere Spitzenwerte vorhanden sind, deren Amplitude um einen vorbestimmten Wert grosser ist als die Amplitude des | Spitzenwerts, dessen Spitze der Zeitbezugslinie am nächsten liegt.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden aus einem Satz von N CDP seismischen Signalen N Referenzsignale errechnet, die aus dem Mittelwert verschiedener Kombinationen aus N-I seismischen Signalen bestehen. Hieraus werden N Korrelationssignale aus der Kreuzkorrelation zwischen jedem Element des Satzes seismischer Signale und demjenigen Referenzsignal erzeugt, welches innerhalb der Gruppe von N-I Elementen fehlte. Daraus werden Werte erzeugt, welche als sprengstellenseitige Störwerte oder empfangsseitige Störwerte Korrek- | turwerte ergeben.

Zweckmässigerweise werden N CDP Seismiksignale so verarbeitet, dass aus ihnen Korrelationssignale erzeugt werden, welche einer Kreuzkorrelation zwischen dem Mittelwert von N-I Seismiksignalen und dem jeweils restlichen Seismiksignal entsprechen. Daraufhin werden die Zeitspannen zwischen den Amplitudenspitzen innerhalb der Korrelationssignale bestimmt. Diese Zeitspannen werden mit einem Korrekturfaktor N-I

-6-

A 38 o4o b

multipliziert.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung können den beigefügten Ansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung entnommen werden, die der Erläuterung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels der Erfindung dient. Es zeigen:

Fig. 1 ein übersichtsschaltbild zur Darstellung des Auftretens von Störsignalen in Form von Zeitverschiebungen bei seismischen Messungen;

Fig.2a

bis 2c ein Ort-Zeit-Diagramm zur Illustration einer CDP Technik mit mehreren zeitlich aufeinander folgenden Schallquellensignalen ;

Fig. 3 eine Matrix zur schematischen Darstellung der in Fig.2 angewandten Ort-Zeit-Relation innerhalb der CDP Technik;

Fig. 4 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung zur Durchführung des Verfahrens zur Ermittlung von Störwerten aus Gruppen seismischer Signale;

Fig. 5 ein Flussdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit einem Digitalcamputer;

Fig. 6 ein Flussdiagramm zur Darstellung der Kreuzkorrelation seismischer· Signale gemäss der Erfindung;

Fig. 7 ein Flussdiagramm zur Korrektur restlicher NMO Fehler; Fig. 8a

bis 8c mehrere Korrelationssignalfunktionen;

Fig. 9 ein Flussdiagramm zum Aufsuchen von Spitzen innerhalb einer Korrelationsfunktion gemäss der Erfindung,

Fig.Io ein Diagramm zur Darstellung möglicher Fehler bei der gegenwärtigen Technik; und die

_— "I_-

009837/1860

2. März 197ο. _

FIg. Ha

und Hb Darstellungen von Störwertprofilen mit nieder- bzw. hochfrequenten Änderungen.

In Fig. 1 wird eine seismische Messung und Messwertverarbeitung gezeigt, bei welcher nach der sogenannten CDP Technik
(common depth point technic, Verfahren mit Messpunkten gleicher Tiefe) gearbeitet wird. Sprengstellen (shots) dienen als Schallquellen lo; die durch sie erzeugten erdbebenförmigen
seismischen Wellen dringen zuerst durch eine Verwitterungsschicht, bei'welcher unregelmässige und niedrige Ausbreitungs- g geschwindigkeiten auftreten, dann durch Schichten mit höheren ^ Ausbreitungsgeschwindigkeiten, bis die seismischen Wellen an einer reflektierenden Zone 12 reflektiert werden, wonach sie durch Geophone 14a bis 14x (Erdhörer), welche als Signalempfänger und -wandler dienen, abgefühlt werden.

Obwohl solche seismischen Messungen nach CDP Techniken durchgeführt werden können, bei denen eine Anzahl verschiedener
Oberflächenanordnungen für Schallquelle und Geophone gewählt werden können, zeigt das in den Fig. 1 und 2 dargestellte Messverfahren die übliche geometrische Anordnung idt Sprengstellen, welche sich seitlich und vorzugsweise in Verlängerung
einer Reihe von Geophonen (conventional off-end shot-spread | geometry) befinden; die Anzahl der Geophone beträgt dabei
üblicherweise 24 Stück, wodurch insbesondere eine sechsfache Erfassung des Untergrunds mit dieser CDP Technik erzielt werden kann. Es ist ebenfalls bereits vorgeschlagen worden, die CDP Technik in einem solchen Ort-Zeit-Funktionsablauf durchzuführen, dass die Sprengstellen sukzessive an anderen Oberflächenorte verlegt und die Geophone entsprechend mit versetzt werden. Mittels einer solchen CDP Technik werden nicht nur kontinuierliche und vielfache Erfassungen des Unter- _o

— o—

009837/1560

2. März 197o J

grün*möglich, sondern auch redundante Messdaten für die dieselben Räume und Messteilen in grosser Anzahl geschaffen, was von der hier vorliegenden Erfindung vorteilhaft genutzt werden kann.

Eine Elimination statischer Störgrössen dient dem Zweck, statistisch verteilte, unregelmässige Zeitverzögerungen, die insbesondere durch Verwitterungsschichten zwischen der Erd-

oberfläche und einer geschätzten Bezugfläche 19 (Datum plane) auftreten, zu beseitigen. Eine Korrektur eines sprengstellenseitigen Störwerts bedeutet damit die Elimination der Laufzeit der seismischen Welle zwischen einer Stelle a und einer Stelle c der Fig. 1; die Elimination eines empfang»seitigen Störwerts aber bedeutet die Korrektur des Messwerte um eine Laufzeit zwischen einer Stelle e und einer Stelle g der Fig.l. Die Korrekturwerte für die statischen Störgrössen werden erfindungsgemäss als vom Fortplanzungswinkel der Schallwelle unabhängig betrachtet. Zwar ist diese Annahme nicht ganz richtig, sie genügt jedoch in den meisten Fällen als ausreichende Näherung, wenn nicht die Untergrenze der Verwitterungsschichten besonders unregelmässig ist oder besonders dicke Verwitterungsschichten vorliegen.

Die aus den Geophonen 14a bis 14x kommenden seismischen Signale können von einem üblichen Aufzeichnungsgerät 16 atigezeichnet werden, wodurch ein Seismogramm entsteht, welches Daten enthält, die insbesondere über die reflektierende Zone 12, aber auch über andere reflektierende Zonen, die vorhanden sein können, etwas aussagen. Ein Datenverarbeitungsgerät 18 verarbeitet die seismischen Daten oder das Seismogramm hinsichtlich a priori Bezugsstörwerten (a priori datum statics); vor dar Durchführung des hier vorgeschlagenen erfindungsgemässen Verfahrens werden vom Gerät 18 auch noch NMO Korrekturen

-9-

009837/1660

A 38 o4o b

(normal moveout corrections) an den einzelnen Spuren des Seis-v mograrnms durchgeführt. Solche a priori Störwerte sollen die Messdaten dahingehend korrigieren, dass letztere auf die Bezügsfläche 19 bezogen sind; dabei werden Oberflächenerhebungen/ eine geeignete Geschwindigkeit in der Mähe der Oberfläche sowie UnterstütEungszeiten (uphold timesV in Rechnung gesetzt, falls die Schallquellen Io durchSprengstellen mit Dynamitschüssen dargestellt werden. Solche a priori Bezugsstörquellenrechnungen werden üblicherweise bei seismischen Messungen und Auswertungen durchgeführt; Störwertprobleme werden durch sie jedoch nicht gelöst, da die Verwitterungsschichten als irreguläre Schichten schwankender niedriger Schall-eitfähigkeit und schwankender Dicke durch die besägte.Datenverarbeitung nicht oder nur unvollständig berücksichtigt werden. Es ver->y bleiben + Fehler als sogenannte restliche NMO und andere^^Tehler hinsichtlich der Bezugsfläche .19, welche, durch di^hier vorliegende Erfindung beseitigt werden müssen, bevorraten ausreichender Aussagekraft aus dem Seismogramm entnommen werden können. Selbst wenn eine solche vorläufige stfypertbestimmung.hinsichtlich der Bezugsflach« 19 vom batenvefarbeitungsgerät Ϊ8 unterlassen wirdg liefert das Verfantenfunct Gerät der hier vprliegenden Erfindung doch eine brauchbar Störwertbe-Stimmung, indem Plus- und Minuskorrekturen relativ zu einer *fliessenden"Bezugsflache derart erstellt werjfen, dass eine zeitliche Korrektur und gegenseitige VerscWebung der einzelnen seismischen Signaie mit minimalen FehMrn^äi.h/mit sehr kleiner Zeitverschiebungstoleranr er«teipwerdeh kann.

Die vom Datenverarbeitungsgerät 18 gelfefetteh Besultate v/erden ÜblicheP^i^^auf Magnetbändern j^er dergleichen aufge- -geiefeg^^^n^dann zu eineh räumlich^ntfernten Stöirwertbe- ," stiramungsgerät 2o geschafft:_r welcjÄ die erfinäungsgemässe Einrichtung vorzugsweise darsteijt. Das Gerät 2o kann ein Analogrechner aus mehreren Baj^ieilen üblicher Bauweise sein.

-lo-

#91117/1110

A 38 o4o b SfQ -itf-2 O O 9 7 4 6

Infolge der komplexen Rechenverfahren gemäss der Erfindung empfiehlt sich jedoch ein geeignet programmierter Digitalcomputer, beispielsweise ein Computer TIAC 327 der Firma Texas Instruments Inc., Dallas, Texas, U.S.A.. Die Ausgangsdaten aus dein Gerät 2o werden zum Eingang eines weiteren Aufzeichnungsgeräts 22 geführt, welches aus diesen ein Seismogramm erstellt, in dem die besagten Störwerte fehlen; die Daten bzw. das Seismogramm können in weiteren Verarbeitungsschritten eines Datenverarbeitungsgeräts entsprechend ausgewertet werden.

Trotzdem die CDP Technik zur Erfassung seismischer Daten vorbekannt ist, zeigen die Figuren 2a bis 2c, mit welcher Datenredundanz bei diesem Verfahren zu rechnen ist.

-U-

008137/1510

200974E

A 58 o*»o b ' ·

27. Februar 197o

Das in Pig. 2 gezeigte CDP Verfahren ist typisch und stellt ein sechsfaches, mit vierundzwanzig in g3eichen Abständen und in einer Geraden angeordneten Geophonen Verfahren dar* bei welchem die Geofone um jeweils einen Geofon-Abstand zum jeweils nächsten Geofon entfernt sind und die Schall" ; quelle insgesamt vier GeofcwAbstände vom ersten Geofon entfernt ist (six feld offend shooting geometrie). Durch ein erstes Schallquellensignal A wird vermittels der

Geofone 1 bis 24 ein erstes Seismogramm oder ein erster |

Satz seismischer Signale erzeugt; dies zeigt die Fig.. 2ä. Vor Ausfnahme des folgendes Seismogramms'werden die Schallquelle Io und die Geofone gleichmässig in Richtung von Geofon 1 nach der Schallquelle Io um zwei Geοfön-Abstände versetzt. Dies geschieht ebenso für jede weitere Messung. Zur ζΐ/eiten Messung befindet sich somit das Geofon an dem Ort, an welchen während der ersten Messung des Geofon 1 war (Fig. 2b). Ein zweites Schallquellensignal 3 lässt ein zweites Seismogramm oder einen zweiten Satz seismischer' Signale oder Spuren entstehen. Entsprechendes gilt für ein drittes Schallquellensignal C während einer dritten Messung ' (Fig. 2), bei welcher das Geofon 5 an deni Ort ist, an welchen zur ersten Messung das Geofon 1 war. Auf diese Weisewerden. . * während jeder Messung, d.h. durch jedes Schallquellensignal A, B, C ,vierundzwanzig seismische Spuren erzeugt, welche denselben sprengstellenseitigen Störwert, jedoch verschiedene empfangsseitige Störv;erte aufweisen. . . ■

In Fig. 2a wird das erste Schallquellensignal in einem Verlauf ^!> 3o von einem CDP-Punkt gleicher gemeinsamer Tiefe reflektiert " und vom Geofon 5 aufgenommen. In ähnlicher Weise wird ein i Verlauf 32 desselben Signals A Reflektiert und vom Geöfort 1 ab- / gefühlt. Weitere Verläufe sind der Übersichtlichkeit wegen in Fig. 2a ebensovienig gezeichnet, wie der Rest der insgesamt vie rund zwanzig Geofone. ; '-■ i2,--<·,

001837/1560 '

- t

P - 93

27. Februar 197ο

Die von der Fig. 2Ό gezeigte zweite Messung zeigt Verläufe 3^, 36» welche reflektiert und von den Geofonen 9 bzw. 3 gemessen werden; die Verläufe der Ausbreitungswellen entstehen durch das während der zweiten Messung gesendete Schallquellensignal B. In gleicher Weise zeigt Fig. 2c das· die dritte Messung einleitende Schallquellensignal C, wobei die Schallquelle und mit ihr die Geofone um weitere zwei Geofonabstände in Richtung der Messgeraden versetzt sind. Der Verlauf der Ausbreitungswelle des Signals C wird durch einen ersten Verlauf 38 dargestellt, welcher an einen CDP-Punkt reflektiert und vom Geofon 13 aufgenommen wird. Schliesslich ist ein Verlauf 4o dargestellt, welcher ebenfalls reflektiert und vom Geofon 5 abgefühlt wird, das nun an dem Ort sitzt, an welchem zuvor Geofon 3 und während der ersten Messung Geofon 1 sich befand.

Durch gegenseitigen Vergleich derFig. 2a - c sieht man, dass am selben geofonischen Ort zuerst das Geofon 1, zur zweiten Messung das Geofon 3» zur dritten Messung das Geofon 5 usw. sass; aus Gründen der vereinfachten Darstellung sowie als erste Näherung kann deshalb angenommen werden, dass diese Geofone bei Messung ar. selben geofonen Ort dieselben er.pfangsseitigen Störwerte aufnahmen. Bei einer sechsfach-CDP-Technik werden zwölf verschiedene Seismogramme oder Sätze seismischer Signale oder Spuren durch insgesamt zwölf Schallquellensignale erzeugt, wobei zwölf Geofone am selben geofonischen Ort sassen und denselben empfangsseitigen Störwert aufnahmen, der also insgesamt zwölffach registriert ist.

Der im folgenden vorkommende Ausdruck "Oberflächenkonsistenz" (surface consistent) soll besagen, dass alle zu einer Explosion gehörenden seismischen Signalspuren einen identischen

- 13 009837/1660

P - 93 : . /

27. Februar 197o

sprengstellenseitigen Störwert in Form einer identischen : Laufzeit"ent/ ■'■* in. gleicher Weise haben alle diejenigen . seismischen Signalspuren, Vielehe denselben geofonisehen Ort : betreffen, jedoch aus verschiedenen Schallquellensignalen '"-stammen ,".einen identischen emp fangs sei tigen Störwert in Form einer identischen Laufzeit haben. ' :

Fig. 3 stellt nun eine aus numerischen Werten aufgebaute Matrix dar, bei welcher gleiche geofone Orte durch je eine Spalte ausgewiesen sind; der Ort der Schallquelle innerhalb g der mit zeitlich aufeinander folgenden Schallquellensignalen A- H arbeitenden CDP-Messtechnik wird jeweils links neben Reihen mit den Werten der von den Geofonen aufgenommenen Signale dargestellt. Die Matrix der Fig. 3 ist insbesondere zur Darstellung der geofonen Orte nützlich, welche dieselben

stellen
spreng/jeitigen Störwerte (Reihe) und dieselben empfangssei tigen Stör;verte (Spalte) enthalten.

Jede Reihe innerhalb der Matrix enthält durch die Nummer des Jeweiligen Geofons symbolisierte Messwerte verschiedener geofoner Orte von Ge on fönen in auf- ■"*■ '

steigender Reihenfolge, v/obei die Kesswerte einen identischen sprenstellenseitigen Störwert aufi-ieisen, da sie alle von Reflektipnen derselben Ausbreitungswelle desselben Schall- " quellensignals entstammen. So v;eisenbeispielsweise die in der Reihe des Schallquellensignals D befindlicheny in Fig. 3 umrahmten Messwerte denselben sprengstellenseitigen störwert infolgjt dilvgeweinsainert SehalXquellensignals D auf, '

von vt^s^ifd^nen, öoch m selben geofonen Ort aufgenomnienen und dureb ^rschiedene^Sehallqüellettsignale erzeugten Signalen enthalten efi^iictte Signal derselben Spalte öder

P - 93 tf

27. Febr. 197ο

Vertikale einen identischen empfangsseitigen Störwert. Durch die in Fig. 3 umrandet gezeichnete Spalte werden die Werte des Geofons 1 der ersten Messung mit Hilfe des Schallquallensignals A, des Geofons 3 der zweiten Messung, des Geofons 5 der dritten Messung, des Geofons 7 der vierten Messung, des Geofons 9 der fünften !'essung, des Geofons 11 der sechsten Messung, des Geofons 13 der siebten Messung und schliesslich des Geofons 15 der achten Messung mittels

W des Schallquellensignals H dargestellt. Sämtliche V/er te dieser Spalte enthalten also ausser dem eigentlichen interessierenden Messwert auch denselben empfangsseitigen Störwert sowie einen unterschiedlichen sprengstellenseitigen Störwert. Durch die vorliegende Erfindung werden nun Xreuzkorrelationsfunktionen zur Messung der relativen Laufzeitverschiebungen jedes Spurensignals eines. CDP-Satzes verwendet. Wird bekanntermassen eine mit Laufzeit-Störwerten behaftete Signalspur eines seismischen Signals mit einer Bezugsspür kreuzkorreliert, von welchletzerer angenommen sei, dass sie keine störwertbedingten Laufzeiten habe, stellt die Stelle des Spitzenwerts der Korrelationsfunktion ein Mass für die Laufzeitverschiebung des

^ . störwertbehafteten seismischen Signals dar.

Qemäss der Erfindung werden die nun durch Kreuzkorrelationen und entsprechende Ausmessungen bestimmten Störwert-Laufzeiten (im folgenden einfach Lauf Seiten genannt), jeder Spur in eine Matrix eingebracht» die nach der in Fig. 3 dargestellten Art eine Zuordnung der errechneten Störwerte zu den einseinen geofonen Orten ermöglicht. Anschliessend werden die jedem geofonen Ort zugeteilten, aus der Korrelationsrechnunc errechneten Laufzeiten reihenweise gemittelt, wobei der Mittelwert eine Aproximation des iprengstellenseitigen Störwerts jeder Reihe darstellt. In gleicher Weise werden die

-15 009837/15*0

A 38 oHo b ■·■■■■■■

27. Feb. 197o

Vierte spaltenvjezse geiriittelt, wodurch nan die empfänger-. ■ ■ seitigen StSrvrerte für jede Spalte aiProximatiν erhält.

Dae seismischen Signale der einzelnen Spuren eines SeisinOgrarans enthalten vor ihrer Verarbeitung geinäss der hier gezeigten Erfindung jeweils einen sprengstellenseitigen Störwert, einen emp fangs sei ti gen Stö.rwert, einen restlichen NMO-Fehler sowie einen bestimmten Räuschanteil. Um hochwertige Resultate ■ j mit der vorliegenden Erfindung zu erzielen, führt man eine ■

übliche NMO-Fehlerkorrektur an den einzelnen Spuren durch, bevor eine weitere Signalverarbeitung nach dem hier gezeigten erfindungsgemässen Verfahren eingeleitet wird.

Nach einer Korrelation der einzelnen Signalspuren wird ein zusätzlicher Diagonal-Korrelations-Fehler (bias correlation error) in diese eingeführt. Daraufhin reduziert man die übrigbleibenden, restlichen NMÖ-Fehler. Nach einer Mitteilung der in der -Matix gemäss Fig. .3 eingeordneten Laufzeiten verbleiben im wesentlichen nur noch die sprengstellenseitigen und empfängerseitigen Störwerte, da die Rauschwerte sowie die Diagonal-Fehler im wesentlichen Zufalls-Effekte sind, welche die Tendenz zeigen, im Mittel zu , |

verschwinden. .

Obwohl die hier vorliegende Erfindung besonders günstig durch eine Verarbeitung mittels Digitalcomputer realisiert werden kann, zeigt Fig. ¹I ein Blockschaltbild für einen Analogrechner, durch welchen in gleicher Weise eine Signalverarbeitung möglich ist.

Eine Aufzeichnung 5o auf einem Magnetband enthalte alle Daten der durch eine CDP-Operation erstellten Seismogpärnme oder Sätze seismischer Signale oder Spuren. Die. Aufzeichnung 5o ■ · werde auf Magnettrommelspeicher 52und 54 übertragen. Die vom

-009837-/1I-IO ^

A 38 o4o b
27. Febr. 197o

52
Trommelspeicher/ausgelesenen Signaldaten erfahren in einem Filter 56 eine Filterung mittels einer Vielzahl von Bandpässen, wie dies bei seismischen Signalen üblich ist.

In einer dem Filter 56 nachgeschalteten Station 58 erfahren die Signaldaten eine Korrektur hinsichtlich ihres noch ^H vorhandenen restlichen NHO-Fehlers, wobei angenommen wurde, α dass eine grobe NMO-Korrektur (gross normal move-out correction) " bereits zuvor durchgeführt worden war. Eine solche, zur Durchführung einer groben NMO-Korrektur geeignete Technik wird in OS-Patent 3 o92 805 beschrieben. Vom Ausgang der Station 58 werden die Daten in einen Korrelator 60 gebracht, in diesem wird jedes Spurensignal eines Seismogramms oder Satzes aus . H seismischen Spuren mit dem Mittelwert der restlichen N -1 . Spurensignale¹¹ desselben Satzes oder Seismogramms kreuzkorreliert.

Eine Kreuzkorrelation seismischer Signale mit Referenzsignalen ist bereits vorgeschlagen worden. Auch andere KorreIAtionsverfahren sind bekannt und werden sowohl analog als auch,digital durchgeführt. Beispielsweise werden in Ver-} bindung mit Fig. 1 des US-Patents 2 79** 965 und im US-Patent 3 t$l 375 analoge Korrelationssysteme beschrieben. Desgleichen erfolg eine Beschreibung eines analogen Korrelator« in "Geophysics ", Band 26 Nr. 3 "Analog seismic oorrelator" von Tullos u. a.

Während nun eine Korrelation zwischen CDP-Seismik-Signalen und Referenz-Signalen als solche bekannt ist, verwendet hi#r vorliegende Erfindung vorteilhafterweise eine Kreuz-

tion einer einzelnen eeismischen Spur aus einem Satz H itismiechen Signalen mit dem Mittelwert der restlichen teiatnisehen Spuren dieses Satzes. Bei dieser Technik wird

:■:<■■

00II37/1II0

P ~ 93
27, Febr.

ein "Diagonal fehler (bias error) in die seismischen Signale infolge der Tatsache eingeführfej dass ein Mitteln der Signale ; nicht ein absolut genaues Referenzsignal für die Zwecke einer KreuzkorrelatIon erzeigen kannV Wie jedoch später beschrieben wird, fü-*irt man einen Korrekurfaktor in das Signal ein, wodurch die Genauigkeit der Kreuzkorrelationv erhöht wird, und überdies weisen solche Diagonalfehler im allgemeinen. >■' --_ aufgrund ihrer statistischen Natur die Tendenz auf, während g der späteren Verarbeitungsschriftte im Mittel nach : Null si-ii- gehen. ■ .-■■■■"" ^:- ■■_'-■'., ~\ -.■■._ \^: ^-i- y~ ';■' ' -■ '

Die 30 kreuzkorrej-ierten Signale werden nun an die Station 58 aurückgereicht/ wo sie eine verbesserte Rest-NMO-Korrekturrechnung durchlaufen. Das dabei gewählte Rechenverfahren enthält ein Aufsummieren oder Mitteln (stacking) gemeinsamer. Offäet-Korrelationen, um eine purohschnittskorrelation für jede der vierundzwanzig Offsets vorzusehen, Die Durchschnitts- ■■! ' korrelationen werden dann gemäss verschiedener möglicher move-out-Beziehungen zeitverschoben und summiert. Diejenige move"out-BeZiehung, welche den grasten Spitaenkorrelations- | wert in der Summe erbringt, wird zur Definition der ver- _t;^v bleibenden restIichen mqve-put-Korrektur herangezogen. Diese j p*$t?liche NMQ'Korrektur vrird in Station 58 iurchgefahrt. . [

Die kreuzkorrelierten Signale werden zusätzlich einer Spitzenbtetimroung&einheit 62 zugeführt, welche von bekannter Bauweise sein kann und in welcher die Amplitudenspitzen der zuvor erzeugten Kreuzkorrelationsfunktionen aufgesucht werden. Diese Amplitudenspitzen der Korrelationssignale, welche vorbestinjite Eigenschaften aufzuweisen haben, werden deshalb bestimmt, um ein Mass für die jeweiligen Laufzeiten der einzelnen seismischen Spuren zu gewinnen. Ein geeignetes, mechanisch arbeitendes ; ."■ ^: ■■.. .■■ ■'.■.- ■■.;;.. .. / ■"■■ - 13 - 7

27. Febr. 197ο

Spitzenbestimmungsgerät ist in einer älteren Anmeldung (amtl. Aktenz ,. ) der Anmelderin bereits vorgeschlagen worden. Die so festgestellten Werte für die jeweiligen Laufzeiten werden an eine zweite Station 64 weitergereicht, in welcher die einkommenden Signale durch Korrekturfaktoren bezüglich der Spitzenbestimmung berichtigt werden. Eine solche Korrektur enthält im wesentlichen eine Multiplikation jeder Laufzeit bzw. jedes Zeitintervalls mit dem Paktor (N -1); N, von welchem man fand, dass er eine vorzügliche Steigerung der Genauigkeit der Laufzeiten bewirkt, welche durch das zuvor beschriebene Kreuzkorrelationsverfahren 60, 62 ermittelt wurden.

Die so korrigierten Laufzeiten werden nun in Matrixform gespeichert, wobei diese Matrix der in Pig, 3 gezeigten Anordnung folgt. In einer der zweiten Station 64 nachgeschalteten sprengstellenseitigen Störwertmittlung 66 wird daraufhin über die einzelnen Reihen der Matrix gemittelt. Eine solche MittKLung kann wie üblich durch Summennetzwerke oder dergl, erfolgen. In einer ebenso der aweiten Station 64 unmittel· bar nachgeschalteten empfängerseitigen Störwertmittlung 68 erfolgt eine entsprechende Bearbeitung der Spalten der gemäss Fig. 3 angeordneten Matrix, so dass für jede Spalte vorzugsweise ein Mittelwert für den empfangsaeitigen Störwert ein-es geofonen Orts gebildet wird, Die Eingänge einer Kombinations-■törwert-Ersteilung 70 (static synthese») sind mit den Ausgängen der sprengstellenseitigen Störwertmittlung 66 sowie der empfängerseitigen Störwertmittlung 68 verbunden. In der Kombinationsstörwert-Erstellung 7o werden die Werte der zwei vorgenannten Einheiten vorzugsweise so Busammengesetst, dass darauf ein Summensignal für den Gesamtetorwert entsteht«

Im speziellen Fall wird eine solch· Synthese oder Zusammen-•etzung zum Gesamtstörwert durch eine algebraische Addition beider Störwerte für jede eeismiaohe Spur bewerkstelligt.

- 19 -

009837/1510

a 37 oito b . 200974$

?7. Feb. 197ο

der einzelnen seismischen Spuren Die Gesamtstörwerte,Welche die Summenstörwerterstelluhg 7o verlassen, werden zu einem Aufzeichnungsverschieber 72 " ■: gebracht, welcher in der Lage ist, die Leseköpfe am magnetischen Trommelspeicher 5^, welche in üblicher Weise auf der Trommel angeordnet sein können, so zu verschieben, wie dies die Gesamtstörwertsignale angezeigt erscheinen lassen« Der aus einer Laufzeitmessung resultierende Gesamtstörwert verursacht somit eine seinem Wert entsprechende Ortsverschiebung des ihm zugeordneten Lesekopfs der Trommel, wodurch schliesslich eine Zeitverschiebung bei der Ablesung der betreffenden Spur ersielt wird. Die Gesamtstörwertsignale werden überdies zum Korrelator 6o sowie zur zweiten Station 6k zurückgeführt, wodurch eine zusätzliche Korrelation erzielt wird, um die Genauigkeit der StÖrwertermittlung zu erhöhen.

Die eine Verschiebung der Leseköpfe verursachenden GesaKitstörwertsignale ermöglichen⁵,⁵ dass die Ausgangsdaten aus dem magnetischen Trommelspeicher 54 von den Störx/erten befreite Mess- ■-.-' daten sind, da die einzelnen Seismogranutispuren so gegeneinanr der verschoben wurden, dass die sprengstelleriseitigen und err.pfangs' seitigen Stör\ ^rte einer jeden Seismograiranspur"·-eliminiert vtir*· ^den· ' ^Auf diese Keise wurde jede seismische Spür, die zur selben Sprengstelle, d.h. zum selben Schallquellensignal I gehört, von einem* identischen sprengstellenseitigen Störwert befreit; in gleicher Keise wurde jedes Spurensignal/ das cen^ selben gsophonen (rtangehörte, zusätzlich um den diesem Ort entsprechenden identischen enpfangsseitigen Störwert, verschoben. Statt einer mechanischen Verschiebung der einzelnen Ma$- netköpfe, welche seismischen Spuren zugeordnet sind, können' selbetverständlich andere Zeitverzögerungssysteme oder Systeme

009137/1680

A 38 o4o b

«ur gegenseitigen Verschiebung von Spuren Anwendung finden. Beispielsweise ist schon vorgeschlagen worden, irifc Vorrichtungen aus Sperrklinken und einem Trommelantriebsmotor zu arbeiten.

Die Fig. 5 stellt ein Flussdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens mit Hilfe eines digitalen Computers, wie beispielsweise des oben erwähnten TIAC 827 dar.

Seisraogramme oder Sätze seismischer Signale oder Spuren gemäss der CDP Technik werden nach üblichem Verfahren hinsichtfei lieh der NMO Fehler und dergleichen verarbeitet und dann auf Bändern abgespeichert, wonach diese in den entsprechend programmierten Digitalcomputer, beispielsweise den oben genannten TIAC 827, bei loo (Fig. 5) eingegeben werden. Bei Io2 wird ein bestimmter Datenzeitabschnitt ausgewählt oder ausgegeben, ■ welcher in den folgenden Verarbeitungsschritten verwendet werden soll. Beim Computer TIAC 827 ist eine solche Zeitspanne im allgemeinen auf eine Zeit von etwa 4oo Millisekunden begrenzt. Bei einem Computer mit grosserer Kapazität können jedoch grössere Zeitspannen verwendet werden. Auf diese Weise kann eine Eingabe solcher Seismogranunabschnitte, welche interessierende Daten erkennen lassen, z.B. auch durch einen Ma- ^ schinenbediener erfolgen.

In Io4 werden die so eingegebenen Seismogrammabschnitte gefiltert, wie dies anlässlich des Filters 56 der Fig. 4 erwähnt wurde. Eine solche Digitalfilterung seismischer Signale wird auch in "Principles of digital filterings" von Robinson und anderen in "Geophysics", Band 29, auf den Seiten 395 bis 4o4 sowie in einer Anzahl anderer Veröffentlichungen und Patentschriften berichtet. Im allgemeinen verfügt der Maschinenbe-

-21-

009837/1660

A 38 ο4ο b

ρ- 129 20Q974S

2. März 197ο *4

diener über eine Anzahl von Filterbandpässen, welche selektiv' angewendet werden können.

Wie zuvor erwähnt, sind NMO Korrekturen bereits durch eine vorhergehende Datenverarbeitung der Messdaten durchgeführt worden, wohingegen restliche NMO Fehler im allgemeinen noch in den bei looeingegebenen Messdaten enthalten sind. Bei Io6 der Fig. 5 werden nun restliche NMO Korrekturen an den Eingangsmessdaten durchgeführt, basierend auf Eingangsdaten, welche Errechnungen restlicher NMO Fehler aus früheren Aufzeichnungen darstellen. . *,

, '.'■ ■ ■■-. ■ "■ ■. I

Gemäss der anlässlich des Korrelators 6o der Fig. 4 beschriebenen Arbeitsweise werden nun in Io8 die Seismogramme oder Sätze der gestalt gemittelt und kreuzkorreliert., dass jeweils ein seismisches Signal mit dem Mittel des Rests der übrigen Signale kreuzkorreliert wird*

Ein in Fig. 6 gezeigtes Flussdiagramm stellt nut) eilte Detailierung vonIo8 der Fig» 5 dar. InHo werden. N seismische Spurensignale eines CDP Satzes oder Seismogramms' einge-: geben. In 112 wird aus diesem Satz eine einzelne Spur herausgenommen, in 114 der Rest (die N-I Spuren dieses Satzes) gemittelt, indem ein Stapelverfahren (stacking) angewendet wird* | Die geraittelten N-I Spuren dienen als Referenzsignal zur Kreuzkorrelation mitder separierten Spur; dies erfolgt in 116.

Die durch den Digitalcomputer zu bewerkstelligende Kreuzkorrelation kann nach einem bereits vorgeschlagenen Verfahren durchgeführt werden. Grundsätzlich muss der Computer so programmiert sein, dass mit ihm bereits vorgeschlagene Kreuzkorrelationsfunktionen numerisch verarbeitet werden können.

-22-

00 9 837/1680

A 38 o4o b

ρ - 129

2. März 197o ^Z. '²^' 2009746

Bei 118 der Fig. 6 wird nun geprüft, ob bereits jede Spur aus dem Satz von N Spuren mit dem Durchschnitt der restlichen Spuren kreuzkorreliert wurde. Ist dies noch nicht geschehen, wird von 118 über 112 solange iteriert, bis insgesamt N Kreuzkorrelationen durchgeführt wurden. Daraufhin wird nach 12o verzweigt; die Kreuzkorrelationsfunktionen werden ausgegeben.

Rückkehrend nach Fig. 5 und damit an den Ausgang von Io8 wird als nächstes in 122 ein Schalter abgefühlt, oö eine Reiteration für restliche NMO Korrekturen durchzuführen ist. Im allgemeinen wird nur eine einmalige Reiteration zur Durchführung einer restlichen NMO Korrektur in 124 gemacht.

Ein Flussdiagramm in Fig. 7 zeigt mehr im Detail den durch 124 der Fig. 5 sowie durch 61 der Fig. 4 angedeuteten Iterationsweg, in dessen Verlauf ein Mitteln von restlichen NMO Fehlern, ein Aufsuchen von Spitzen der Mittelswertfunktion und die Korrektur eines Abschnitts durchzuführen sind. Die von Io8 der Fig. 5 ausgegebenen Korrelationsfunktionen werden in 126 der Fig. 7 eingegeben und in 128 so geordnet, dass sich eine Matrix genäss der in Fig. 3 gezeigten Anordnung nach Seismogrammen (Reihen) und gleichen geophonen Orten (Spalten) ergibt. Es kann gezeigt werden, dass der restliche NMO Fehler ein systematischer Fehler ist und dass jeder Fehler, der in der Matrix entlang einer Diagonalen, aus geophonen Orten gleicher Ordnungszahl liegt, denselben restlichen NMO Wert aufweist. Zusätzlich enthält natürlich jedes zugehörige Messignal sprengstellenseitige und empfängerseitige Störwerte sowie einen Rauschanteil, welche entlang solcher Diagonalen Zufallswerte darstellen.

Wenn nun in 13o die Korrelationsfunktionen gemittelt werden, tendieren diese Zufallsfehler infolge der Mittelung dazu auf Null zu gehen, wobei lediglich der restliche NMO Fehler übrig

-23-

009837/1560

A 38 o4o b

bleibti Eine Vielzahl restlicher NMO Werte wird bei 131 vorgesehen, indem die Spitzen jeder; gemittelten Korrelationsfunktionen bestimmt werden. Bekanntermassen wird ein NMO Fehler gut durch eine Hyperbel angenähert* Deshalb wird bei 132 eine Hyperbel durch die gemittelten restlichen NMO Punkte gelegt, um die Genauigkeit des Verfahrens zu erhöhen. Die nun durch die Punkte der so eingebrachten Hyperbel bestimmten restlichen NMO Werte werden in 134 zur Korrektur der seismischen Spuren benutzt, welche zur erneuten Kreuzkorrelation nach Io8, Fig.5, anschliessend zurückgeführt werden.

In der Praxis hat sich, wie zuvor erwähnt, gezeigt, dass im | allgemeinen eine einzige Iteration über 124 zum Zwecke einer restlichen NMO Mittelung und Korrektur wünschenswert ist.

Wiederum zurückkehrend nach 122 der Flg. 5 erfolgt bei umgelegter Schaltstellung ein Weiterlaufen nach 136, wo die Spitzenwerte der Kreuzkorrelationsfunktion zu bestimmen sind, Theoretisch gesehen erfolgt ein Aufsuchen des maximalen Werts der Kreuzkorrelationsfunktion leicht, indem man den höchsten Werteiner maximalen Amplitude dieser Funktion herausgreift* Ge- . mäss der Fig. 8a, in welcher eine Kreuzkorrelationsfunktion 138 gezeigt ist, liegt der Spitzenwert im Schnittpunkt mit einer Zeitbei .igslinie (zero-lag line) der Funktion. In der ^

Praxis jedoch, infolge von Rauscheinflüssen und anderen Variab* " len, wie beispielsweise der gesuchten Laufzeit, weist die errechnete Kreuzkorrelationsfunktion eine gewisse Distortion oder oder verzemende Phasenverschiebung auf, wodurch Schwierigkeiten bei der Suche des korrekten, tatsächlichen kreuzkorrelationsspitzenwerts entstehen können. Beispiele solcher distortierten Kreuzkorrelationsfunktionen werden in den Fig. 8b und 8c ge- ■« -.-zeigt.

Durch die hier vorliegende Erfindung wird ein besonders

■ \ · - ■■'.■' -24- . ■'.. ■;-.■'■ ■■ ■■■■;■■

00 9837/1660

P - 93

27. 2. 197o

vorteilhaftes Verfahren zur Auffindung des richtigen Kreuzkorrelationsmaximums aufgezeigt. Gemäss der Erfindung erfolgt ein Aufsuchen der Spitze der Korrelationsfunktion danach, dass diejenige Spitze vorerst als die gesuchte angesehen wird, welche der Zeitbezugslinie am nächsten liegt. Findet man jedoch in etwas weiterer Entfernung davon eine andere Spitze, welche einen vorgegebenen Differenzbetrag zur vorher gefundenen Spitze überschreitet, wird diese als die gesuchte, die Störverte repräsentierende Spitze definiert. In der Praxis .wurde ein vorgegebener Differenzbetrag von ^l0 dB als besonders günstig festgestellt.

Zur Erläuterung des genannten Verfahrens sei eine solche Suche anlässlich der Figuren 8 b und 8c gezeigt. Eine Spitze I4o der Fig. 8b wird als Maximum der Korrelationsfunktion ausgewählt, da sie der Zeitbezugslinie am nächsten liegt und überdies wesentlich grosser ist als jede andere Spitze der Korrelationsfunktion der Fig. 8b. In der Korrelationsfunktion der Fig. 8c dagegen wird eine Spitze 142 deswegen afc das interessierende Maximun der Xreuzkorrelationsfunlrticn gewählt, obwohl sie nicht so nahe an der Zeitbezugslinie wie eine andere Spitze 144 liegt, weil sie die letztere um mehr als ^{l0 dB} übersteigt.

Durch ein Flussdiagramm in Fig. 9 wird der in 13*>(Fig. 5^ skizzierte Sachverhalt detailliert. Die Korrelationsfunktionen werden nach 146 eingegeben. Jede ihrer Wellenformen ist durch Ii Punkte dargestellt, wobei jeder dieser Punkte einen beistimmten Betrag der Wellenform bei einer bestimmter. Zeit Kennzeichnet· In der Praxis werden die Korrelationstjffllenformen in einundzwanzig Punkte zeitlich aufgelöst und also digitalisiert. Aue 146 laufen somit einundzwanzig Punkte

- 25 -

001137/1180 bad '

P - 93 ■

27, 2. 197o

einer Kreuzkorreiatiönsfunktiön zeitlich seriell nach 15o. ' Die einundzwanzig Punkte haben zueinander gleiche Zeitap-. stände. Die den Punkten entsprechenden Werte werden nun . in 15ö miteinander verglichen, indem jeder wert nit jeceia vorhergehenden und mit jedem nachfolgenden verglichen wird. Wird nun ein Punkt bestimmt, dessen Wert gegenüber den vorhergehenden und dem nachfolgenden Wert des vorhergehenden bzw. nachfolgenden Punkts grosser ist, so wird durch 152 bestimmt, dass dieser betreffende Punkt eine Spitze darstelle, % wonach der V/ert dieses Punkts in 15^ abgespeichert yird. In US- Patent 3 o75 6o? wird ein Beispiel zur Progrannsierung eines digitalen Computers zum digitalen Aufsuchen von Spitzen beschrieben.

Durch eine 152: nachgeschaitete Abfrage 156 wird. bestirr;t, ob alle einundzwanzig Punkte der Kreuzkorrelation bereits so geprüft wurden ,wie dies soeben beschrieben wurde. Die Laufzeit zwischen der Zeitbezugslinie und dem jeweils so gefundenen und in 15M gespeicherten Spitzenwerten wird in festgestellt, wobei insbesondere festgehalten wird, welche Spitze die kürzeste Laufzeit aufweist. Letzterer Wert wird | dann nach l6o al3 der maximale und den Störwert charakterisierende Spitzenwert ausgegeben» Wenn durch 162 festge-* stellt wurde, dass kein anderer Spitzenwert existiert,dessen Differenzbetrag zur vorherigen Spitze den Wert von Io dB übersteigt. Sollte jedoch ein& Spitze gefunden werden, deren , Wert um 1° ^d3> oder mehr grosser^ ist, als die der Zeitbezugslinie am nächsten liegende Spitze»wird letzterer Wert ttber loft als derjenige Viert ausgegeben, der die gesuchte Störgrösse und Laufzeit bestimmt.

dft!·!?/ifta

P - 93

27. 2. 197o

Zurückkehrend nach Fig. 5 kann also gesagt werden, dass solche Werte aus I36 nach I70 gebracht werden, welche dem nach den oben genannten Kriterien bestimmten Maximum der ermittelten Kreuzkorrelationsfunktionen entsprechen. Diese Werte werden in 17o korrigiert indem sie wie oben beschrieben, sie einer Multiplikation mit dem PaktocCN -1): N unterworfen werden, wobei N die Zahl der Spuren innerhalb eines CDP-Satzes ist. Man hat festgestellt, dass eine solche Korrektur vorzügliche Resultate bei der Errechnung der statischen Störgrössen von durch CDP-Techniken ermittelten Messwerten ergibt.

Die in 17o korrigierten Störwerte werden nun in 172 nach Matrix-Art sortiert, wobei die Matrix der Form der Fig. 3 zugrunde gelegt sei. Im Computer kann ein solcher Verfahrensschritt zweckmässigerweise durch bekannte Magnet-

bleiben.

apeichertechniken oder dergl. durchgeführt werden» In werden nun die Matrixreihen gemittelfc^unin I76 die Matrixspalten, wie dies anlässlich der Störwertmittelungen 66, der Fig. 4 erläutert wurde. Durch eine solche Mittelwertbildung werden statistische Rauschsignile sowie Diagonalfehler eliminiert, während die nicht statistischen Störwerte ver-

In 178, welches sowohl 17¹I wie 176 nachfolgt, wird zur Ermittlung der zu jeder Stelle der Matrix gehörenden Störwerte eine anlässlich der Suramenstörwerterstellung 7o der Fig. 5 beschriebene Prozedur durchgeführt, in dem eine Synthese oder Kombination der sprengstellenseitigen und der empfängeraeitigen Störwerte durchgeführt wird. Im allgemeinen erfolgt dies durch eine einfache Addition jeweils eines sprengstellenseitigen Störwerts mit einem Zugehörigen empfangsseitigen Störwert, wobei beide zu demselben Punkt innerhalb der besagten Matrix gehören müssen. Bei dem 178 folgenden Verfahrensachritt I80

00SI37/UI0 " ²¹ "

27. 2» 1970 2.·^ - 2Tf -

wird nun entschieden, ob und wie^viele Iterationen dieses durch 17^1 bis 178 praktizierten Verfahrens'-eercaeht Werden sollen". Bei positivem Entscheid werden durch I82 die in 178 errechneten ,synthetisierten/ von^r§er⁵inⁿl35^teerEittelten Laufzeit subtrahiert. Nimmt man an, dass die Bestimmung der Spitze der Korrelationsfunktion korrekt durchgeführt wurde, kann man erwarten, dass die resultierende Differenz verhältnismässig klein ausfällt.

Diese Differenzen werden in 18¹I untersucht; falls Ban eine relativ grosse Differenz findet, wird der zugehörige Wert in lBH entsprechend markiert j um in folgenden Berechnungen ausgeschieden werden zu können» Die in 1S^i markierten Werte

(cross static errors) . werden als Bruttostörwertfenler/bezeichnet. Markierte Therme werden automatisch nach 188 übergeben, wo sie im folgenden gemittelt werden, um eine genauere Störwertbildung des Verfahrens zu veranlassen.

Bei einer erneuten positiven Iterationsentscheidung in wird in 182 die wiedererrechnete Störwertsynthese von der Korrelationszeit abgetrenntjionach der Betrag des verbleibenden Zahlenwerts erneut in 184 geprüft wird. Erneut festgestellte Bruttostörwertfehler werden in 188 in die Matrix genass Pig* 3 gebracht und enäprechend gemittelt. Die daraus resultierenden verbesserten Signale_werden zurückgeschleift und bei der

Mittelwertbildung zur mittlung" der sprengstellenseitigen und empfangsseitigen Störwerte in 17^ und 176 mit verwertet. Ein solches Zurückschleifen kann so oft wiederholt werden, bis die gewünschte Genauigkeit erzielt wurde.

00 9 8 37/1660

A 38 o4o b

Nach der gewünschten Anzahl von Iterationen wird in einem weiteren Verfahrensschritt 19o entschieden, ob eine Toriteration auszuführen sei. Im allgemeinen werden zwei oder drei Iterationsschleifen an dieser Stelle gewählt. Die Gesaratstörwerte aus 178 werden in 192 an die ausgegebenen Tore (edited gates) angelegt, wonach ein erneutes Verfahren zur Errechnung der Störwerte an der Stelle der Korrelationsbildung I08 begonnen wird. Durch solche Reiterationen wird ein neuer Satz von Gesamtstörwerten erzeugt, der eine höhere Genauigkeit hat.

Nach Verlassen der bei 19o begonnen Iterationsschleifen wird ein Mittelwert der Korrelationslaufzeiten für jede Spur eines entsprechenden CDP Satzes errechnet; dies erfolgt in 194. übersteigt der berechnete Mittelwert einen vorbestimmten Betrag, kann er mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit als fehlerhaft angesehen werden; somit dient dies der Qualitätskontrolle der Ausgangsdaten. Im Falle des Auftretens solcher Fehler müssen gewisse interpretierende Schritte unternommen werden, um die Fehlerquelle zu eliminieren.

Die nun so endgültig errechneten Gesamtstörwerte - die aus der Schallquellennachbarschaft einerseits und aus der Empfähgernachbeschaft andererseits herrührenden Laufzeit-Störwerte - eines bestimmten Seismogrammabschnitts werden zur entsprechenden Korrektur einer ganzen Aufzeichnung verwendet, wie dies durch 196 dargestellt ist, wodurch gleichlaufende Aufzeichnungen entstehen, welche eine seismische Forschung erleichtern.

Die Figuren Io und 11 zeigen typische Resultate, welche man aus Modellstudien und beim Einsatz der Erfindung innerhalb der CDP Technik erzielte. Man fand, dass gemäss der Erfindung erzielte Resultate vergleichbar waren mit der Anwendung exakter statischer Störwerte bei Modellprüfungen, mit der Ausnahme sehr langsam sich ändernder Laufzeitstörwerte. Diese Unempfird lichkeit gegenüber langsam veränderlichen Störwerten beein-__2g_

009837/1660

A 38 o4o b

2. März 197o ILQ 2fr

trächtigt nicht wesentlich die hervorragenden Resultate, welche durch das erfindungsgemässe Verfahren geschaffen werden. .

Ein tatsächliches Störwertprofil kann als eine Zeitfolge betrachtet werden, seine schnell oder langsam veränderlichen Teile als hohe oder niedrige Frequenzen» Der durch die hier vorliegende Erfindung erzeugte Rechenfehler bei der Errechnung der tatsächlichen Störwerte kann so als Fehlerspektrum nach Art der Fig. Io dargestellt werden, bei welchem die Fehlerleistung als Funktion der räumlichen Frequenz des Fehlerprofils aufge- · tragen ist. Die Kurve der Fig. Io ist eine geglättete Darstellung der tatsächlichen Fehlerkurve. K ist die Wellenzahl in ä Zyklen/Zoll und d ist der Abstand in Zoll zwischen den einzelnen Schallquellenorten. Bei kurzen Wellenlängen ist der Ausdruck K'd grosser als 0,1 und die Fehlerleistung -12dB bis -18 dB relativ zum tatsächlich aufgetretenen Störwert. Mit anderen Worten, die errechneten Resultate weisen einen Fehler von etwa 15% auf. Bei grossen Wellenlängen, bei welchen der Ausdruck K«d kleiner als 0,1 ist, wächst dieser Fehler wesentlich an*

Das in Fig. Io gezeigte Verhalten kann verstanden verden, wenn man die zwei Störwertprofile betrachtet, welche in den Fig. 11a und 11b dargestellt sind. Jedes dieser Profile sei gemäss der Erfindung errechnet, wobei Daten verwendet wurden, welche sich ™ über ein Intervall L erstreckten, das die Länge eines Aufzeichnungsbezirks ist. Die L entsprechende Wellenlänge wird durch den Pfeil im Fehlerspektrum der Fig. Io angezeigt. Bei Veränderungen mit niedriger Frequenz besteht nur sehr wenig Information über solche Variationen innerhalb des Intervalls L, weshalb das Ergebnis der Rechnung auch relativ schlecht ist. Ist die Variation jedoch hochfrequent, existiert ausreichend Information, und damit fällt die Rechnung gemäss der vorge-

~3o-

A 38 o4o b

legten Erfindung gut aus. Bei einer niederfrequenten Begrenzung, wenn das Störwertproblem einfach nur eine konstante Zeitverschiebung auf allen Spuren ist, entstehen nur geringe Variationen, die man aus den Spurensignalen herausmessen kann, so dass die konstante Zeitverschiebung nicht sehr genau bestimmt werden kann. Die relativen Zeitverschiebungen, wie sie von der Kreuzkorrelationfunktion gemessen werden, betragen dann Null.

Durch geeignete Programmierung des TIAC 827 Computers beispielsweise durch das Programm "N-fold static correction package" Nr. PR 010266 der Firma Texas Instruments Inc., Dallas, U.S.A., wird der Computer neben der Errechnung gleichzeitig eine Liste der Sätze der restlichen Störwertkorrekturen gemäss der Erfindung erstellen. Zudem wird gleichzeitig eine Liste der mittleren Störwerte für jeden CDP Satz mit gefertigt. Falls der Benutzer dies wünscht, wird der errechnete Störwert unmittelbar zur Korrektur verwendet, wobei es möglich ist, die CDP Sätze auf den Mittelwert Null zu korrigieren. Das Programm kann bei den folgenden, räumlich etwas verschiedenen Messverfahren arbeiten:

a) Shot off end, mit der Ausbreitungsrichtung nach Spur 1 oder Spur 24.

b) Schallquelle zwischen zwei konsekutiven Spuren mit der Ausbreitungsrichtung nach Spur 1 oder Spur 24, wobei zwischen den zwei konsekutiven Spuren kein Abstand ist.

c) Die CDP Technik kann drei-, vier-, sechs- oder zwölffach sein.

Es wurden auch die folgenden Annahmen gemacht;

-31-

009837/1560

A 38 o4o b οηηητ/υ

2. März 197o S^7 -*33<

a) Konsistente Bezugsstörwertkorrekturen, basierend auf uphole, Erhebung usw., wurden angewandt.

b) Restliche Störwertkorrekturen weisen statistische Verteilung auf, deren Mittelwert nach Null geht.

Falls erwünscht kann ein Bandpassfilter, ausgewählt aus einem Satz von 24 einundzwanzigpunktigen Nullphasenfiltern, in den Programmablauf eingebaut und für den zu korrelierenden Zeitpro grammabschnitt in Anwendung gelangen. Die Störgrössenkorrekturen werden nach den am nächsten liegenden Zeiten ausgewählt (Millisekunden) und während des Programmablaufs in zwei üblichen Formaten aufgelistet. Die sprengstellenseitigen Störwerte und 12 Gruppen Störwerte werden für jede. Eingangsauf-

ν - ■'..■.:■■■ . :

zeichnung aufgelistet, und zwar zusätzlich zu einer Nettostörwertkorrektur für alle vierundzwanzig Spuren jeder Aufzeichnung. .-'

Im Rahmen des Erfindungsgedankens sind Abänderungen vom gezeigten Ausführungsbeispiel möglich, insbesondere kann das erfindungsgemässe Verfahren und Gerät zur Durchführung dieses Verfahrens ebenso für andere Messtechniken angewendet werden, welche ausserhalb der beschriebenen CDP Technik liegen, falls diese eine ausreichende Redundanz räumlicher Messwerte aufweisen.

00983771S60

Claims (1)

1. A 38 o4o b

   b - 129

   26. Febr. 197o

   Patentansprüche

   Iy Verfahren zur Ermittlung von Störwerten einer Gruppe von seismischen Signalen, die mittels einer Schallquelle und mehreren Empfängern erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, dass Bezugssignale durch Mittelwertbildung aus mindestens einem Teil der seismischen Signale erstellt werden, dass ferner mehrere Korrelationssignale durch Kreuzkorrelation zwischen den Bezugssignalen und jeden der seismischen Signale der Gruppe gebildet werden, und dass schliesslich aus den Korrdationssignalen Schallquelle und Empfänger-Störwerte ermittelt werden, die von den an die Schallquelle und an die Empfänger angrenzenden Schichten herrühren.

   2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Gruppe N seisr.ische Signale enthält, dadurch gekennzeichnet, dass N Bezugssignale durch Mittelwertbildung jeweils einer anderen Kor±ination von N-I seismischen Signalen der Gruppe gebildet werden, und dass ferner die Korrelationssignale durch Kreuzkorrelation eines jeden seismischen Signals mit denjenigen Bezugssignalen gebildet werden, das aus einer das jeweilige seismische Signal nicht enthaltenden Kombination erstellt wurde.

   3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verarbeitung seismischer Signale, die alle aus der gleichen Tiefe stammen.

   4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus jedem Korrelations·

   -2-

   009837/1680 β» OBM·*·

   A 38 o4o b . ο η no "7/O

   26. Febr. 197o

   3Z

   signal die die StÖrwerte kennzeichnenden Laufzeiten ernittelt werden, worauf diese entsprechend der Anordnung von Schallquelle und Empfängern in Matrixform angeordnet und Mittelwerte gebildet werden.

   5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

   die Mittelwerte solcher Laufzeiten der Matrix gebildet > werden, die denselben Empfängerstörwert enthalten, und dass ferner die Mittelwerte derjenigen Laufzeiten der Matrix gebildet werden, die denselben Schallquellenstör- " wert enthalten.

   6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Korrelationssignal das Zeitintervall zwischen vorgegebenen Maximalwerten ermittelt wird und Mittelwerte aus diesen Seitintervallen gebildet werden, und zwar einmal aus demjenigen, die zu einem gemeinsamen Schallimpuls gehören, und zum anderen aus denjenigen, die zu einem gemeinsamen Empfängerort gehören, und dass aus diesen Mittelwerten Störwertsignale gebildet werden.

   - ' ■ f

   7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass aus den Mittelwerten, die zu Zeitintervallen für gleiche Schallimpulse gehören, die Schallquellenstörwerte, und aus denMlttelwerten, die zu Zeitintervallen für gleiche Empfängerorte gehören, die Empfängerstörwerte ermittelt werden.

   8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,

   dass die Zeitintervalle mit dem Korrekterfaktor N-I

   ■...'-■..■■. .-■·■;-■.■ Ν' multipliziert werden₀

   -3-

   A 38 o4o b

   b - 129

   26. Febr. 197o 3W

   9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis

   3, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Korrelaticnssignal die Maximalwerte ermittelt werden, dass ferner in jedem Korrelationssignal der einer Bezugszeit an nächsten liegende erste Maximalwert bestimmt und ausserden geprüft wird, ob in diesem Korrelationssignal ein zweiter Maximalwert auftritt, der um einen vorgegebenen Faktor grosser als der der Bezugslinie nächste Maximalwert ist, und dass in Abwesenheit eines zweiten Maximalwerts Signale erstellt werden, die ein Mass für die Zeitintervalle zwischen den ersten Maximalwerten der Korrelationssignale darstellen.

   10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Faktor Io dB beträgt.

   11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor Erstellung der Korrelationssignale die seismischen Signale für Norr.al-Moveout-Zwecke korrigiert werden.

   12. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in jeden Korrelaticnssignal derjenige Maximalwert ermittelt wird, der einer Bezugszeit am nächsten kommt und dessen Amplitude über einem vorbestimmten Kriterium liegt, und dass das Zeitintervall zwischen Bezugszeit und dem Maximalwert bestimmt wird.

   13. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Zeitintervall-Mittelwerten gebildeten Stör-

   BAD

   009837/1560

   A 38 o4o b

   b - 129 ^

   26. Febr. 197o ZS

   wertsiähäle bezüglich Gesamtfehlern (gross errors) korrigiert und dann die vorhergehenden Schritte wiederholt werden.

   14. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diejenigen Störwertsignale gemittelt werden*die denselben restlichen Normal-Moveout-Fehler (residual normal moveout error) aufweisen, worauf die seismischen Signale entsprechend dieser Mittelwertbildung korrigiert und die vorhergehenden Schritte wiederholt werden. , -\

   15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittelwerte der restlichen Normal-Moveout-Fehler einer Hyperbel angepasst werden, worauf die seismischen Signale entsprechend dieser Hyperbel korrigiert werden.

   16. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Empfängerort Schallquellen- und Empfängerstörwerte addiert werden.

   17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass

   der Mittelwert der Störwerte gebildet und diejenigen -a

   Störwerte eliminiert werden, die vom Mittelwert un mehr als einen vorbestimmten Faktor abweichen* ;.

   18. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem

   009837/1860

   A 38 o4o b

   26. Febr. 197o 3 6

   oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch

   a) einen ersten Mittelwertbildner (6o) zur Bildung des Mittelwerts aus mindestens einem Teil der seisnischen Signale;

   b) einen Kreuzkorrelator (6o) zur Kreuzkorrelation zwischen den Mittelwerten und jedem seismischen Signal;

   c) einen Zeitmesser (62) zur Bestimmung der Zeitintervalle zwischen vorbestimmten Maximalwerten in den Ausgangssignalen des Kreuzkorrelators;

   d) einen zweiten Mittelwertbildner (66) zur Mittelung über zu einem gereinsamen Schallimpuls gehörenden Zeitintervalle;

   e) einen dritten Mittelwertbildner (68) zur Mittelung über zu einem gemeinsamen Empfängerort gehörenden Zeitintervalle, und

   f) eine Vorrichtung zur Erzeugung von Xorrektursignalen aus den Zeitintervall-Mittelwerten.

   19. Einrichtung nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch eine Korrekturvorrichtung (58) zur Korrektur der seisnischen Signale bezüglich restlicher Normal-Moveout-Fehler vor Durchführung der Kreuzkorrelation.

   20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Mittelwertbildner (6o) so ausgebildet ist, dass er jeweils über li-1 seismische Signale der Gruppe aus N Signalen mittelt.

   21. Einrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 18

   -6-

   009837/1560

   A 38 o4o b

   b - 129 :t

   26. Febr. 197o

   bis 2P/ gekennzeichnetdurch einen Multiplizierer (64) für die Ausgangssignale des Kreuzkorrelators zu deren Multiplikation mit dem Faktor N-I.

   009837/1*60 .