DE2243623C2

DE2243623C2 - Reflexionsseismische Meßanordnung

Info

Publication number: DE2243623C2
Application number: DE2243623A
Authority: DE
Inventors: Jerry Lewis Hacienda Heights Calif. Morrison; Francis Huntington Beach Calif. Muir
Original assignee: Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1971-09-03
Filing date: 1972-09-02
Publication date: 1982-04-08
Also published as: FR2150868A1; JPS5626828B2; DE2243623A1; OA04205A; NO137618B; FR2150868B1; GB1400044A; JPS4834580A; BR7205903D0; ZA725480B; US3719924A; NO137618C; AU4628672A; ES406380A1; AU475006B2; CA951007A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die reflexionsseismische Meßanordnungen gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 2.

Bei seismischen Untersuchungen werden an, oder nahe der Erdoberfläche, z. B. durch Sprengungen oder Vibratoren elastische Wellen erzeugt und in die Erde hinein übertragen und von den Grenzflächen unterirdischer Formationen reflektiert. Diese reflektierten Wellen werden durch Geophone oder Seismographen aufgenommen, die an der Erdoberfläche aufgestellt sind.

Die Geophone wandeln die aufgenommenen Wellen in äquivalente elektrische Signale um, die verstärkt und als Seismogramm aufgezeichnet werden. Ein Seismogramm oder eine seismische Aufzeichnung besteht üblicherweise aus einer Vielzahl parallel verlaufender Aufzeichnungsspuren, von denen jede den zeitlichen Verlauf des elektrischen Ausgangs eines Geophons oder einer Gruppe von Geophonen an einem bekannten geographischen Ort darstellt.

Zusätzlich zu den bereits erwähnten, nach unten in die Erde übertragenen elastischen Wellen erzeugen die meisten seismischen Quellen eine Vielzahl anderer elastischer Wellentypen, wie z. B. direkte Luftwellen und Oberflächenwellen, die zusammen mit anderen

s möglichen Störwellen gemeinsam als von der Quelle erzeugte kohärente Störwellen eingestuft werden. Es ist typisch für diese kohärenten Störwellen, daß ihre in einem Seismogramm gemessenen Horizontalkomponenten der Geschwindigkeit relativ niedriger bzw. ihre als »ruoveouts« bezeichneten Eintreffzeit-Differenzen an unterschiedlichen Geophonorten größer sind als die von Reflexionen von Grenzflächen tief unter der Erde befindlicher Lagerstätten.

Zur Dämpfung der unerwünschten kohärenten Störwellen ist es bekannt, anstelle einzelner Quellen und einzelner Empfänger Anordnungen oder Gruppen von Quellen und Empfängern zu verwenden. Der im folgenden verwendete Ausdruck »Geophongruppe« soll eine Sammelgruppe von Empfängern bezeichnen, die entweder tatsächlich oder wirkungsmäßig elektrisch in Serie geschaltet sind, so daß von dieser Gruppe nur eine einzige Spur aufgezeichnet wird, die den summierten Ausgangssignalen der einzelnen Empfänger dieser Gruppe äquivalent ist. Der Ort der Geophongruppe wird in einem festgelegten Koordinatensystems durch die Lage eines einzelnen Punktes bestimmt, welcher der Geophongruppe zugeordnet ist und als Zentrum der Geophongruppe bezeichnet wird. In der Praxis werden die Empfänger einer Gruppe üblicherweise symmetrisch um das Gruppenzentrum angeordnet.

Der im folgenden verwendete Ausdruck »Quellengruppe« wird zur Bezeichnung einer mechanisch oder wirkungsmäßig zusammengefaßten Gruppe von Quellen verwendet, die gemeinsam oder aufeinanderfolgende in Betrieb gesetzt werden und ein einziges Seismogramm erzeugen. Wenn die Quellen innerhalb der Quellengruppe nacheinander in Betrieb gesetzt werden, werden die resultierenden Aufzeichnungsspuren anschließend in der Weise kombiniert, daß das endgültige Seismogramm im wesentlichen äquivalent ist zu einem Seismogramm, das erhalten würde, wenn alle Quellen innerhalb der Gruppe gleichzeitig in Betrieb gesetzt werden. Der Ort der Quellengruppe ist ebenfalls durch die Lage eines einzelnen Punktes bestimmt, welcher der Quellengruppe zugeordnet ist und als Zentrum der Quellengruppe bezeichnet wird. In der Praxis werden die Quellen einer Quellengruppe üblicherweise symmetrisch um das Zentrum der Quellengruppe angeordnet.

Zusätzlich zu den vorstehend definierten Ausdrücken soll an dieser Stelle auch der Begriff »Aufzeichnungszeit« erläutert werden. Der Ausdruck Aufzeichnungszeit wird im folgenden für die Zeit verwendet, die nach dem Einschaltzeitpunkt der Quelle verstrichen ist. Es ist übliche Praxis, in einer einzigen seismischen Aufzeichnung die Ausgänge von 24 oder mehr Geophongruppen aufzunehmen, deren Zentren in Abständen bis zu etwa 2200 m vom Zentrum der Quellengruppe entfernt sind. Die seismische Aufzeichnung enthält daher im allgemeinen eine zusätzliche »Abriß«-Spur, die den Zeitpunkt angibt, zu dem die seismische Quellengruppe in Betrieb gesetzt wurde, und ferner eine konstante Folge von Signalen oder Zeitmarken, mit deren Hilfe in den seismischen Spuren für die aufgezeichneten Informationen die Zeit bestimmt wird, die jeweils vom Augenblick der Quelleneinschaltung verstrichen ist. Diese bis zum Auftreten eines Vorganges im Seismogramm verstrichene Zeit ist im allgemeinen in zwei verschiedenen

Spuren eines Seismogramms fur den gleichen Vorgang verschieden.

Die Meßanordnungen sind im allgemeinen vereinfachte Ausführungen einer idealisierten theoretischen Anordnung, bei der eine unendliche Zahl von Geophon-Gruppenzentren mit jeweils gleichem Abstand auf einer geraden Linie angeordnet sind. Bei diesen theoretischen Verfahren könnte das Zentrum der Quellengruppe an beliebiger Stelle auf der gleichen geraden Linie wie die Zentren der Geophon-Gruppen angeordnet werden, jedoch wird das Quellengruppen-Zentrum normalerweise an die gleiche Stelle wie ein Geophongruppen-Zentrum oder mitten zwischen zwei benachbarten Geophon-Gruppen-Zentren gelegt, so daß die Quellengruppe entweder am Ende der Geophonlinie oder in deren Mitte liegt

Durch besondere Anordnung der Geophone in den Geophongruppen und der Quellen, durch Filterung, Mischung und Stapelung der Signale bemüht man sich in der Praxis darum, störende Einflüsse zu vermeiden und zu besser deutbaren Seismographen zu gelangen.

Zum Beispiel beschreibt die US-PS 24 73 469 (C. G. Dahm) ein Verfahren, in dem eine Seismographen-Anordnung mit einer zeitlichen Filterung kombiniert ist, wodurch im wesentlichen einzelne seismische Wellen mit einzeln bestimmten horizontalen Wellenlängen eliminiert werden sollen. Dieses Verfahren ist für eine moderne Lagerstättenforschung praktisch nicht geeignet

Die US-PS 25 80 636 (A. Wolf) beschreibt die Mischung von Signalen mehrerer Geophon-Grupoen, die wiederum aus mehreren einzelnen Geophonen zusammengesetzt sind.

Nach der US-PS 26 98 927 (J. O. Parr) sollen die Ausgänge mehrerer Geophone und in gleicher Weise auch die Ausgänge mehrerer Quellen unter Anwendung einer unterschiedlichen Bewertung kombiniert werden, u. a. mit Hilfe einer Binomial-Bewertung.

Einem Aufsatz »A New Method of Pattern Shooting« von J. O. Parr ji. und W. H. Mayne in Geophysics, XX, Nr. 3, JuIi 1955, Seiten 539-564, ist zu entnehmen, daß unerwünschte Energie durch zweckmäßige Anordnung von Quellen- und Empfängergruppen eliminiert werden kann. Diese Literaturstelle betrifft jedoch ein einziges »breites kontinuierliches Band von Störlängenwellen«. Ferner wird eine »relative Maximalwirkung« beschrieben, die sich auf maximale Spitzenwerte der Ansprechfunktion der Geophon- oder Quellengruppen in dem in Frage stehenden Frequenzband bezieht. Die Wellentäler zwischen den in großer Zahl auftretenden Spitzen- so werten der Ansprech-Funktionen werden dagegen nicht diskutiert, und die Literaturstelle enthält auch keinen Hinweis auf die Möglichkeit einer Einstellung der Lage dieser Wellentäler.

Ein unter dem Titel »Noise Analysis und Multiple Seismometer Theory« von M. K. Smith in Geophysics, XXI, Nr. 2, April 1956, auf Seiten 337 - 360 erschienener Artikel enthält eine zumindest mathematisch sehr gute Abhandlung, die sich auf die Theorie der verallgemeinerten harmonischen Analyse von Norbert Wiener und seinen Mitarbeitern stützt Darin wird die Auffassung vertreten, daß diese Theorie so allgemein ist, daß im Hinblick auf die Natur des Signals oder der Störung zunächst keine einschränkenden Voraussetzungen erforderlich seien. An keiner Stelle wird jedoch die Existenz des von der Erfindung behandelten, speziellen Problems angesprochen, und es fehlt auch jeder Hinweis auf eine zweckmäßige Einstellung der Wellentäler der Ansprech-Funktionen von Geophon- oder Quellen-Gruppen ebenso wie ein Hinweis auf eine mögliche Ausnutzung dieser Weilentäler.

In dem Artikel »The Moveout Filter« von C. H. Savit, J. T. Brustad und J. Sider in Geophysics, XXIlI, Nr. 1, Januar 1S58, Seiten 1—25, werden einige der in dem vorstehend behandelten Aufsatz erwähnten Möglichkeiten und Begriffe, wie z.B. der Begriff der »räumlichen Frequenz« erklärt und erläutert Dieser Artikel enthält den Hinweis, daß es wünschenswert sei, ein Tiefpaßfilter zur Aussiebung von Differenzen in der Ankunftszeit bei verschiedenen Geophon-Standorten in ein seismographisches System einzubauen. Ein derartiges Filter läßt geringe Ankunftszeit-Differenzen, d. h. niedrige Werte der räumlichen Frequenz durch und sperrt höhere Ankunftszeit-Differenzen. Die im allgemeinen zu erwartende Form der Ansprech-Funktion einer Geophon- oder Quellengruppe in Abhängigkeit von der räumlichen Frequenz wird in dieser Literaturstelle klar erläutert. Es wird auch der Begriff einer Gemeinschafts-Anordnung identischer Anordnungen (»meta array of identical arrays«) erläutert der auch in der vorliegenden Erfindung, allerdings unter einer anderen Bzeichnung, verwendet wird, und es wird angegeben, daß eine derartige Anordnung »eine Frequenzkurve aufweisen müßte, die gleich dem Produkt der Kurve der Ansprechcharakteristik einer typischen Komponente der Anordnung und der Kurve der Ansprechcharaktsristik der als einfache Anordnung betrachteten Gemeinschaftsanordnung ist«. Wie jedoch bereits in den anderen erwähnten Aufsätzen wird auch in diesem Artikel, und zwar explizit, darauf hingewiesen, »daß im wesentlichen alle räumlichen Frequenzen innerhalb des Untersuchungsbereiches von gleicher Bedeutung für die Störung sind.« Da diese Lehre nicht mit der seismischen Wirklichkeit übereinstimmt, tritt auch bei dieser bekannten Anordnung selbstverständlich das erst durch die Erfindung gelöste Problem auf.

Das auf die drei Autoren des vorstehend behandelten Aufsatzes zurückgehende US-Patent 30 96 846 enthält im wesentlichen die gleichen Hinweise und Angaben wie der genannte Aufsatz. Es sei jedoch speziell auf die in der Patentschrift auftauchende Wendung »a least squares best fit to ... zero response over the range of noise moveouts«, was nicht mit den gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung bei ausgewählten Frequenzen auftretenden Nullfrequenzbereichen verwechselt werden sollte.

Der Erfindung am nächsten kommt die US-PS 34 00 783 (E. K. Lee), die sich mit einer zweckmäßigen Geophon-Aufstellung zum Ausfiltern von Wellen höherer räumlicher Frequenzen beschäftigt. Auch diese Patentschrift stimmt jedoch insofern mit dem bisher abgehandelten Stand der Technik überein, als sie ebenfalls ein breites Band höherer räumlicher Frequenzen behandelt, und die Möglichkeit der Verwendung zweckmäßig angeordneter Wellentäler der Ansprechoder Empfangscharakteristiken einer Seismographen-Gruppe überhaupt nicht erkennt Tatsächlich sind die in den graphischen Darstellungen dieser Patentschrift eingezeichneten Wellentäler angehoben, und die Tatsache, daß es sich dabei in Wirklichkeit um Nullstellen handeln sollte, ist in den graphischen Annäherungen nicht erkannt und daher auch nicht berücksichtigt worden.

Auch in der US-PS 34 32 807 (J. P. Lindsey) werden noch die Bemühungen fortgesetzt, »Ausfiltern und Kombinieren« der von den Geophon-Gruppen erhalte-

nen Signale dazu zu verwenden, das gesamte obere Band der hier als »Wellenzahlen« bezeichneten räumlichen Frequenzen oberhalb eines vorgewählten Wertes zu eliminieren.

In der Arbeit »Application of the Two-Dimensional Fourier Transforms to Enhancement of Seismic Data« der Autoren R. O. Lindseth, H. J. Hoogstraat und K.. H. Tseng, die im September 1969 der Society of Exploration Geophysicists, Calgary, Canada, überreicht wurde, ist erstmals die theoretisch notwendige Existenz eines »Alias«-Phänomens erwähnt, wenn die Einstellung der Abstände der Geophon-Gruppen nicht fein genug ist, um die kürzesten in der Erdoberfläche wandernden horizontalen Wellenlängen abzutasten. Es wird jedoch nicht darauf hingewiesen, daß dies bei einem Aufnahmefeld ein wichtiges Problem ist, und es wird lediglich angedeutet, daß das »Alias-Problem durch einen engeren Spurabstand im Aufnahmefeld begrenzt werden könnte«. Ein Geophon-Gruppenabstand, der klein genug ist, um zu Ergebnissen zu führen, die mit den erfindungsgemäß erzielten Ergebnissen vergleichbar sind, wäre jedoch nicht praktikabel.

Der Bericht »Recent Advances in Digital Processing of Geophysical Data« von R. O. Lindseth, Januar 1970, bei CDP Computer Data Processors Ltd, 1370 Calgary House, 550 6th Avenue S.W., Calgary I, Alberta, Canada, diskutiert die Möglichkeit eines Alias-Problems räumlicher Frequenzen und erwähnt, welche Arten falscher Depressionswinkel (dips) als Ergebnisse von Alias-Wirkungen in einer Aufnahme auftreten können, jedoch ist auch hier wieder als eine Lösung des möglichen Problems lediglich erwähnt, daß »Seismographen-Gruppierungen enger zusammen gelegt werden müssen«. Auch in diesem Bericht fehlt irgendein Hinweis auf die kostensparend durchführbare Lösung der Erfindung.

Der Aufsatz »Optimization and Implementation of Marine Seismic Arrays« von M. Schoenberger in Geophysics, XXXV, Dezember 1970, Nr. 6, Seiten 1038 — 1053, betrifft das Problem der Anordnungen von Gruppen zur Abweisung genau bestimmter »Bänder von Wellenlängen, welche Störungen enthalten«. Wie die obengenannten Analysen von Parr und Mayne, Savit et al. und Smith, befaßt sich auch der hier diskutierte Bericht mit der Minimisierung der Spitzenwerte der Funktionen der Ansprech- oder Empfangscharakteristik innerhalb genau bezeichneter räumlicher Frequenzbänder. Der Bericht enthält jedoch keinen Hinweis auf die Möglichkeit, daß eine wesentliche Verbesserung der Aufzeichnung durch eine zweckmäßige Anordnung oder Einstellung der Wellentäler bzw. Nullstellen in den Ansprech- oder Empfangscharakteristiken der Anordnung erreicht werden könnte.

Den obigen Ausführungen, in denen der der Erfindung am nächsten kommende Stand der Technik abgehandelt wurde, ist zu entnehmen, daß das Alias-Problem bei räumlichen Frequenzen frühestens 1969 als theoretische Möglichkeit erwähnt wurde. Die tatsächlich mögliche wesentliche Bedeutung des Problems wurde aber entweder nicht richtig beurteilt oder überhaupt nicht beachtet vermutlich, weil die Auswirkung des Problems in Feldaufzeichnungen nicht gemessen werden konnte, bevor das Problem gelöst war. Der bisher vorgeschlagene und auch naheliegende Weg, das Problem allein durch hinreichende Verringerung der Abstände der Seismographen-Gruppen zu lösen, ist sehr teuer und auch technisch kaum durchführbar.

Das allgemeine Problem seismischer Aufzeichnungsverfahren, eine kontinuierliche Funktion in regelmäßigen Intervallen abzutasten, kann befriedigend gelöst werden, wenn die abzutastende Welle so lang ist, daß der Abstand zwischen zwei beliebigen Wellenknoten eine Mehrzahl von Abtaststellen erfaßt wird. Die Aufnahme vermittelt dann eine sehr gute Vorstellung von der Wellenform und ermöglicht sogar eine mathematisch exakte Darstellung der Welle.

Wenn die abzutastende Welle so kurz ist, daß mehrere Schwingungen der Welle zwischen zwei beliebigen Abtastpunkten auftreten, ergibt sich nur ein unzulängliches Bild des Wellenverlaufs. Mathematisch ist nachzuweisen, daß eine solche Aufnahme mehrdeutig ist.

Eine mittels zu weit entfernter Aufnahmepunkte unzulänglich abgetastete Welle kann aus dieser Abtastung mathematisch rekonstruiert werden als Zusammensetzung aus einer oder mehreren Frequenzen einer Gruppe bestimmter Frequenzen, deren Beziehungen untereinander vom Abtast-Intervall abhängig sind.

Die niedrigste Frequenz dieser Gruppe ist die, die ausreichend abgetastet würde, wenn sie vorhanden wäre. Zur Aufklärung der Mehrdeutigkeit kann auch davon ausgegangen werden, daß die Wellenenergie, die tatsächlich in einem Glied oder in mehreren Gliedern der Gruppe von Frequenzen existiert, scheinbar ganz im niedrigsten Glied auftritt, welches in den noch ausreichend abtastbaren Frequenzbereich fällt. Ein weiterer Weg besteht in der Annahme, daß eine oder alle höheren Frequenzen gewissermaßen »unter anderem Namen« oder »alias« in dem Bereich richtig abgetasteter Frequenzen auftreten und sich eine derartige Frequenz gewissermaßen so maskiert hat, daß sie als eine in den ausreichend abgetasteten Nutzfrequenzbereich gehörende Frequenz angesehen wird.

Nachfolgend wird der Ausdruck »hohe räumliche Frequenzen« für die hoch erscheinenden, in Zyklen oder Schwingungsperioden pro Meter angegebenen, räumlichen Frequenzen der Horizontalkomponenten der Erdwellen verwendet, deren räumliche Änderung mittels der entlang der Erdoberfläche aufgestellten Seismographen-Gruppen abgetastet werden solL Weil es aus technischen und wirtschaftlichen Gründen nicht durchführbar ist, die Erde an so dicht zusammenliegenden Punkten abzutasten, um eine unzweideutige Abtastung von allen auftretenden Wellen tieferer und höherer Frequenzen zu erhalten, gelangen etwa auftretende Wellen höherer Frequenzen gewissermaßen unter falschem Namen (»alias«) in das richtig abgetastete untere Frequenzband. Eine bestimmte Darstellung des seismischen Alias-Phänomens kann mit den Ausdrücken der Wellen-Ankunftsrichtung besehrieben werden. Es wird hier auf F i g. 1 Bezug genommen, in der zwei Wellen dargestellt sind, die in ihren zugehörigen Bewegungsrichtungen jeweils die gleiche wahre oder tatsächliche Wellenlänge besitzen, die jedoch völlig unterschiedlich erscheinende horizontale Wellenlängen aufweisen. Die aus einer zur Vertikalen geneigten Richtung kommende Welle hat eine scheinbare horizontale Wellenlänge, die viel größer ist als ihre tatsächliche Wellenlänge. In dem in Fi g. 1 dargestellten Beispiel ist die scheinbare horizontale Wellenlänge größer als der doppelte Abstand zwischen den Zentren der Geophon-Gruppen, und nach der später im einzelnen erläuterten mathematischen Berechnung der Abtastung werden Wellen, die zwei mal so lang sind wie der Abstand zwischen den Zentren der Seismographen-

Gruppen und längere Wellen völlig ausreichend abgetastet.

Demgegenüber wird die in horizontaler Richtung fortschreitende Welle, die die gleiche tatsächliche Wellenlänge besitzt, deren scheinbare horizontale Wellenlänge jedoch genau gleich der tatsächlichen Wellenlänge ist, durch die dargestellten Seismographen-Gruppen nur unzulänglich abgetastet. Diese Welle mit zu kurzer Wellenlänge oder zu hoher räumlicher Frequenz erscheint in Abhängigkeil von ihrer tatsächlichen, räumlichen Frequenz und dem Gruppenabstand der Geophone als »alias«, d. h. als eine scheinbar tiefere räumliche Frequenz. In der erhaltenen seismischen Aufzeichnung stellt sich dann genau diese Welle selbst als falsche Welle mit tieferer räumlicher Frequenz dar, die eine falsche, scheinbar zur Vertikalen geneigte Ausbreitungsrichtung besitzt. Die aufgezeichnete falsche oder Schein-Welle kann mit einer ebenfalls aufgezeichneten, wirklichen Welle interferieren, die aus der gleichen zur Vertikalen geneigten Richtung kommt. Diese Interferenzerscheinung kann so stark sein, daß eine tatsächlich aufgetretene Welle in der Aufzeichnung nicht erkennbar ist.

Das seismische Alias-Problem im Bereich räumlicher Frequenzen besteht also darin, daß bei der Erzeugung und Aufzeichnung seismischer Wellen und ihrer weiteren Auswertung kohärente Störwellen auftreten, die hörere räumliche Frequenzen bzw. kürzere Wellenlängen besitzen als die Welle in dem geforderten und verwendeten Durchlaßbereich für räumliche Frequenzen. Diese Störwellen haben die Tendenz, in einer durch die Abtastung bedingten Form zu erscheinen und in dem Aufnahmebereich für die Nutzfrequenzen Interferenzerscheinunge-i zu bewirken.

Die Aufgabe der Erfindung bestand darin, bei gegebener Geophonzahl die Aliaswirkung in den seismischen Aufzeichnungen im Vergleich zum Stand der Technik stärker zu unterdrücken.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine reflexionsseismische Meßanordnung gemäß Anspruch 1 oder gemäß Anspruch 2.

Eine Verringerung der intervaile zwischen den Geophon-Gruppen unter technisch und wirtschaftlich vernünftigen Grenzen ist demnach nicht erforderlich. Nach der Anordnung des Anspruchs 1 können die Abstände innerhalb der Geophon-Gruppen derart in Beziehung zu den Abständen zwischen den Geophon-Gruppen gesetzt werden, daß vorzugsweise alle diejenigen besonderen Nachbarbänder räumlicher Frequenzen unterdrückt werden, die sich sonst aufgrund der Aliaswirkung in das für die Aufzeichnung ausgewählte Nutzfrequenzband einschleichen würden. Diese Amplituden als Funktion einer räumlichen Frequenz (1 /Wellenlänge) aufgetragen ist, wobei hier der Reziprokwert (MAg) des Abstandes der Geophon-Gruppen als übliche Einheit für die räumliche Frequenz verwendet ist,

Fig. 2B ein der Fig. 2A entsprechendes Diagramm, das Wirkung und Inhalt einer getrennten Abtastung in der Fourier-Transformation der seismischen Signale darstellt,

IU F i g. 3A eine bekannte, als seismische Übertragungsanordnung mit Flächenschwerpunkt-Abständen bezeichnete Gruppierung von Geophonen,

Fig. 3B eine im Dezibel-Maßstab aufgetragene Kurve der Ansprech- oder Empfangscharakteristik der in F i g. 3A dargestellten Geophon-Anordnung,

Fig.4A eine erfindungsgemäße Anordnung von Geophonen,

F i g. 4B eine im Dezibel-Maßstab aufgetragene Ansprech- oder Empfangscharakteristik der in Fig.4A dargestellten Anordnung, wobei die Nullstellen der Empfangscharakteristik einer derartigen Anordnung mit gleichen Abständen der Größe MAg im Bereich räumlicher Frequenzen liegen,

Fig.5 eine Darstellung durch Faltung abgeleiteten bzw. auf Faltung beruhenden Anordnung seismischer Quellengruppen, in welcher der von Zentrum zu Zentrum gemessene Quellengruppen-Abstand As beträgt,

F i g. 6 einen Teil einer mit einer typischen konventionellen Geophon-Gruppierung aufgenommenen Feldaufzeichnung und

F i g. 7 einen Teil einer Feldaufzeichnung der gleichen seismischen Linie, wie in F i g. 6 dargestellt, wobei jedoch die Daten mittels einer Meßanordnung gemäß der Erfindung aufgenommen wurden.

Eine reflexionsseismische Meßanordnung, siehe Fig. 1, weist eine Vielzahl mit Abstand zueinander und zu einer seismischen Quelle angeordneter Geophongruppen und eine Verbindung jeder Geophongruppe zu einem Feldaufzeichnungssystem auf. Die Abstandskoordinate einer Geophongruppe längs der Linie der Geophon-Anordnung ist g. Wenn eine Funktion w der unabhängigen Variablen ^eine Fourier-Transformation W(fg) aufweist, ist die Funktion W₅(Zg), weiche die Fourier-Transformation der aus den in regelmäßigen Abständen von g aufgenommenen Abtastwerte von w(g)rekonstruierten Funktion darstellt, gegeben durch

iir»<»ninincf»l

htp

(Vergleiche beispielsweise

2Ag

Petersen, D. P. und D.

die Nullstellen der Gruppen-Ansprechfunktion der Geophongruppen in Abhängigkeit von der räumlichen Frequenz eliminiert

Eine entsprechende Wirkung ist gemäß Anspruch 2 durch die entsprechende Wahl der Quellenabstände zu erzielen. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Beschreibung und der Zeichnungen ausführlich erläutert In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 schematisch eine reflexionsseismische Meßanordnung einschließlich einer Veranschaulichung der Ableitung der Geophon- und Quellenabstände und verschiedener, mit der Anordnung aufzunehmender seismischer Wellen,

Fig. 2A ein Diagramm einer Fourier-Transformation einer seismischen Störung, deren zusammengesetzte Diese Beziehung ist in Fig.2B dargestellt Aus Gleichung (1) und Fig.2B ist offensichtlich, daß die Amplitude von W/f_g), die für jeden Wert von f_g der Beziehung \fg\ < MlAg genügt bestimmt wird durch die Werte von W(fg)bei f_g-n/Ag, wobei n=0, ±1, ±2 ...

ist Ober die Amplituden W(f_g— n/Ag), wobei n=±\, ±2 ... ist wird ausgesaugt daß sie durch das Alias-Phänomen zu der räumlichen

zurückwandern.

Im Zusammenhang mit der Forschungsseismologie könnte Fig.2A die Fourier-Transformation einer seismischen Störung darstellen, die zu irgendeiner festgelegten Aufzeichnungszeit auf der seismischen Profillinie auftritt Fig.2B stellt dann die Wirkung der Abtastung bei einem Abstand Ag in der Fourier-Trans-

Frequenz f_g

formation der rekonstruierten seismischen Störung dar. Wenn nun die seismische Energie in der Nähe von 4=0 als Signal und der Rest als Störung betrachtet wird, (\f_g\<M4Ag gibt den in der Praxis üblicherweise am meisten interessierenden Bereich an), ist es offensichtlich, daß die durch die Energie in der Nachbarschaft der räumlichen Frequenzen f_e=n/Ag verursachten Alias-Wirkungen die Tendenz haben, das Signal-Stör-Verhältnis für interpolierte Werte der seismischen Störung zu verkleinern.

Wie bereits erörtert, wurde beim Stand der Technik vorgeschlagen, Geophon- und Quellen-Anordnungen (oder -Gruppen) aufzubauen, die versuchen, die Energie bei räumlichen Frequenzen, die mit den kohärenten Störwellen korrespondieren, zu dämpfen. Die Funktion der Geophon-Ansprech- oder Empfangscharakteristik in Abhängigkeit von der räumlichen Frequenz foigt für eine symmetrische Geophon-Gruppe der Gleichung

wobei G_n die Empfindlichkeit oder den Verstärkungsgrad des Λ-ten Geophons und g„ der Abstand des n-ten Geophons von dem Zentrum der Gruppe (einschl. ,go = 0). Die Symmetrie ergibt sich aus den Voraussetzungen G a~G_n und g-n=gn- Die Zahl der Geophone in der Anordnung ist 2N, wenn Go = O ist und sonst 2N+1. Die Funktion der Geophon-Gruppen-Ansprech- oder Empfangscharakteristik wird im folgenden häufig kurz mit R(fg) bezeichnet. Eine in der Forschungsseismologie üblicherweise zur Charakterisierung der Dämpfungseigenschaften einer Geophon-Gruppe für die räumliche Frequenz verwendeten Funktion isl die Dezibel-Ansprech- oder Empfangscharakteristik der Gruppe, die gegeben ist durch

D(f_g)= 201og,o|Ätfyi

Ein Beispiel für eine einfache nach dem Stand der Technik aufgebaute Geophon-Gruppe und deren Dezibel-Ansprech-Charakteristik ist in den Fig.3A bzw. 3B dargestellt Die Gruppe besteht aus sechs Geophonen gleicher Empfindlichkeit, die bezogen auf das Zentrum der Anordnung wie aus F i g. 3A ersichtlich angeordnet sind. Die Anordnung wird als seismische Übertragungsanordnung mit Flächenschwerpunkts-Abständen (Centroid spaced seismic transducer array), wie sie in der US-PS 34 00 783 (E. K. Lee et al.) beschrieben ist

Bei einem angenommenen Geophongruppen-Intervall Ag= 183 m treier. c=s ganzzahügen Vielfachen vor MAg an den in der Dezibel-Ansprechcharakteristik in Fig.3B eingezeichneten Stellen auf. Es sei vermerkt, daß die maximale Dämpfung bei einem ganzzahligen Vielfachen von MAg etwa 23 dB beträgt Bei der Verwendung von Oberflächenquellen ist es nicht ungewöhnlich, wenn kohärente Störwellen 50 dB über dem reflektierten Signal liegen. Beispielsweise besitzt die 18,4-Hz-Komponente einer Luftwelle mit einer Geschwindigkeit von 335,28 m/sec eine räumliche Frequenz von MAg= 0,055 Zyklen pro Meter, die sich nach der Gleichung

/,(räumliche Frequenz) = / (zeitliche Frequenz)
^g V (Geschwindigkeit)

berechnen läßt Wenn die Amplitude dieser 18,4-Hz-Komponente merklich größer ist als die Signalamplitude bei derselben Aufzeichnungszeit, ist es leicht möglich, daß die Alias-Wirkung der kohärenten Störwelle die Nutzinformation verwischt.

■5 Fig.4A und 4B zeigen eine erfindungsgemäße Anordnung und die Ansprechcharakteristik dieser Anordnung, die im Hinblick auf die Alias-Verhinderung räumlicher Frequenzen bessere Eigenschaften aufweist als die in Fig. 3B dargestellte Anordnung. Die

K) Anordnung besteht aus sechs Geophonen gleicher Empfindlichkeit, die bezogen auf das Gruppenzentrum in der aus F i g. 4A ersichtliche Weise angeordnet sind. Der Gruppenabstand soll wiederum mit Ag—\8,3 ni angenommen werden. Wenn ein unterschiedlicher Gruppenabstand erwünscht ist, müssen die Teilabstände in F i g. 4 A mit dem gewünschten Wert (ag) multipliziert werden. Aus Fig.4B ist zu ersehen, daß die Nullstellen der Übertragungsfunktion der in Fig.4A gezeigten Anordnung in gleichen Abständen von 1 IAg zwischen den Hauptkeulen oder -erhöhungen nullter und erster Ordnung haben. Diejenigen räumlichen Frequenzen, die zu Alias-Wirkungen in der Nachbarschaft räumlicher Nullfrequenzen führen könnten, werden also vollständig gedämpft. Dies wäre mit der Anordnung nach F i g. 3A

nicht möglich, weil die Nullstellen der Übertragungsfunktion dieser Anordnung keine gleichen Abstände besitzen.

Die Anordnung gemäß F i g. 4A ist ein verhältnismäßig einfaches Beispiel für Anordnungen, bei denen alle Gruppen Übertragungsfunktionen in gleichen Abständen zwischen den Haupterhöhungen liegende Nullstellen haben. Mit derartigen Anordnungen ist es immer möglich, den Abstand der Einzelelemente so einzustellen, daß die Nullstellen der Übertragungsfunktion bei räumlichen Frequenzen n/Ag liegen, wobei n= ±1, ±2 ... ± n_milx ist. Die Anordnung der sechs Einzelelemente in Fig.4A gehört zu einer Unterklasse derartiger Anordnungen, die als prime Flatungs-Anordnungen bezeichnet werden. Im einzelnen ist die Anordnung der Fig.4A eine Faltung zweier einfacher Anordnungen mit zwei bzw. drei Elementen. Die Zwei-Elemente-Anordnung hat bei (-AgIA, +AgIA) aufgestellte Geophone, während die Drei-Elemente-Anordnung bei (-AgI 3,0, +Agl3) aufgestellte Geophone aufweist Die Geophone beider Gruppen besitzen die gleiche Empfindlichkeit Die Aufstellorte der Geophone der in F i g. 4A dargestellten Anordnung sind somit durch die Faltung der beiden einfacheren Anordnungen gegeben. Die Ansprech-Funktion der Geophongruppe mit sechs Geophonen ist gleich dem Produkt der Grupper.-Ansprechfunktionen der Zwei- und Drei-Elemente-Anordnung. Somit haben die Ansprech- oder Empfangscharaktensüken sowohl der Zw*e;- als auch der Drei-Elemente-Anordnung bei 4= ± MAgden Wert Null, so daß die Ansprech-Funktionen der Geophon-Gruppenanordnung in F i g. 4 bei 4= ± i/Agtine Nullstelle zweiter Ordnung aufweist Dies ist in der normierten Dezibel-Ansprechcharakteristik in Fig.4B als stärkere Dämpfung in der Nähe von f_g=MAg=0,055 Perioden Im zu erkennen.

Prime-Faltungs-Anordnungen mit besseren Dämpfungscharakteristiken als die vorher erwähnte Sechs-Elemente-Anordnung können folgendermaßen konstruiert werden:

Eine Anordnung mit m\ Elementen gleicher Empfindlichkeit in Abständen von Ag/m\ wird als a\ bezeichnet Entsprechend wird eine Anordnung mit mi Elementen gleicher Empfindlichkeit mit Abständen von Ag/mi mit

Il

a₂ bezeichnet. Die Funktion der Geophongruppen-Empfangscharakteristik der Anordnung a\ ist gegeben durch

Dir\- ' sin W₁₁Ag)

sin

π
/η,

In dem Intervall 0 r£/_Ä ^ n\\IA g hat diese Funktion bei f_K = MAg, 21Ag,... On₁ -I)IAgNullstellen erster Ordnung. Die entsprechende Ansprech-Funktion der An-Ordnung a₂ ist gegeben durch

sin (n/_KAg)

'»2

sin

Diese Funktion hat im Intervall Q < f^ m₂/A g für f_K = MAg, 2IAg, ..., Un₂-I)ZAg Nullstellen erster Ordnung. Die durch Faltung von α, mit a₂ gebildete Anordnung, die symbolisch mit a, * a₂ bezeichnet wird, besitzt eine Geophon-Gruppen-Ansprechfunktion der Form

= RxW*

sin (JLfAg) sin (JL_fAg) V '»ι / V '»2 /

Wenn m\ < m₂ relativ prim sind, hat Äuf/y Nullstellen erster Ordnung bei f_e=k\m\IAg und K₂Hi₂IAg, wobei

iti = l, 2 Cm₂-I) und A₂=I, 2, ... Cmi-1) ist, im

Intervall §Sf_g<m\m₂/Ag. Alle anderen Nullstellen in diesem Intervall sind Nullstellen zweiter Ordnung. Die Anordnung in diesem Ausführungsbeispiel wird als m\, m₂ primgefaltet bezeichnet. Es ist als wesentlich anzusehen, daß die Anfangsnullstellen der Geophongruppen-Ansprechfunktion von zweiter oder höherer Ordnung sind, damit die normierte Dezibel-Ansprechfunktion gute Dämpfungscharakteristiken in der Nachbarschaft der zuerst kommenden ganzzahligen Vielfachen von MAg aufweist.

Es gibt auch noch andere Arten von Geophon-Anordnungen, deren Geophon-Ansprechfunktionen Nullstellen in gleichen Abständen haben. Die primgefalteten Anordnungen sind jedoch besonders einfach auszuführen, da die Geophon-Gruppen-Ansprechfunktion einer Faltungs-Anordnung gleich dem Produkt der Geophon-Gruppen-Ansprechfunktionen der Komponentenanordnungen ist. Diese Tatsache ist unmittelbar dem Faltungs- oder Convolutionstheorem für Fourier-Transformation zuzuschreiben.

Wie oben diskutiert und in Fi g. 4B dargestellt, führt eine geeignete Ausstellung der Geophone in einer Gruppe zu einer hohen Dämpfung derjenigen räumlichen Frequenzen, welche Alias-Wirkungen in der Nachbarschaft der räumlichen Nullfrequenz hervorrufen.

Zusätzlich treten in dem gewünschten Durchlaßbereich auch Alias-Wirkungen auf, die durch Komponenten der räumlichen Frequenzen verursacht sind, die auf halben Wege zwischen den ganzzahligen Vielfachen von MAg liegen. In Fig.4B ist 2U erkennen, daß die Dezibel-Ansprechcharakteristik der dargestellten einfachen Sechs-Elemente-Anordnung Maxima aufweist, die etwa in der Mitte zwischen den ganzzahligen Vielfachen von 1 IAg liegen.

Entsprechend sind Geophon-Anordnungen möglich, deren Geophon-Gruppen-Ansprechfunktionen bei allen frühzeitig auftretenden, halbzahligen Vielfachen des Reziprokwertes des Gruppenintervalls gleich Null sind.

Diese allgemeine Klasse von Geophon-Anordnungen wird durch das nachfolgende Beispiel veranschaulicht.

Eine Anordnung mit π\ gleich empfindlichen Elementen, die in Abständer von 2Ag/n\ angeordnet sind, wird als Ci bezeichnet. Ähnlich wird eine Anordnung mit n₂ Elementen gleicher Empfindlichkeit, die in Abständen von 2AgZn₂ angeordnet sind, als C₂ bezeichnet Die Funktion der Geophon-Gruppen-Ansprechcharakteristik der Anordnung Q ist gegeben durch

30 sin (2 π/gAg)

sin —J₁. Ag
«ι

Diese Funktion hat
bei/_s = MlAg, MAg,

Nullstellen erster Ordnung ..., (n\-\)l2Ag im Intervall

0<yj,<n,/2 Ag. Die Funktion der Geophon-Gruppen-Ansprechcharakteristik der Anordnung C₂ ist durch

R₂If,) = —

1 sin (2nf_gAg)

sm

"2

gegeben und hat Nullstellen erster Ordnung bei f_s=MlAg, MAg,...Oh-I)HAg im Intervall 0 <f_s<n₂f2 Δ g.Die durch Faltung von C₁ mit O gebildete Anordnung besitzt demnach eine Ansprechfunktion

sin² (nf.Ag)

/Z₁Jl₂

sin 2JL f_Ag sin ^£ _fÄg lh "2

Wenn n\ < n₂ relativ prime ganze Zahlen sind, besitzt Ra(Ig) Nullstellen erster Ordnung bei {_s—k\n\l2Ag\ma. k₂n₂!2Ag, wobei Ai = I, 2, .... (n₂— 1) und Jt₂=I, 2, ..^ CiJi = I), ist im Intervall 0<f_g<m ln₂l2Ag. Alle anderen Nullstellen in diesem Intervall sind zweiter Ordnung.

Die Geophon-Anordnung in diesem Beispiel ist eine prime Faltungsanordnung, deren Geophon-Gruppen-Ansprechfunktion bei allen frühzeitig auftretenden halbzahligen Vielfachen des Reziprokwertes des Gruppenintervalls gleich Null ist Im Hinblick auf diese Tatsache kann diese Geophon-Anordnung verwendet werden anstelle einer Geophon-Anordnung mit einer Geophon-Gruppen-Ansprechfunktion mit NuEstellen bei den früh auftretenden ganzzahligen Vielfachen des Reziprokwertes des Gruppenintervalls und eines Mischgliedes, das die Geophon-Gruppen-Ansprechfunktion bei den frühzeitig auftretenden ungeraden halbzahligen Vielfaches des Reziprokwertes des Gruppenintervalls zu Null macht

Zusätzlich zur Verwendung von Geophon-Gruppen

M	S_1n	cos (2 πf_ss_m)	/	,1/	Λ/	S_n,
Σ				Σ
= -			in = -

zur Dämpfung kohärenter Störwellen sind zu diesem Zweck auch Quellen-Gruppen bekannt. Im Hinblick auf die Tatsache, daß eine seismische Datenlinie als Funktion der drei unabhängigen Variablen g, s und t betrachtet werden kann, wobei g die Abstandskoordinate längs der Linie der Geophon-Aufstellorts, 2 s die entsprechende Koordinate für die Quellen und t die Aufzeichnungszeit ist, kann die dreidimensionale Fo'jrier-Transformation der seismischen Linie als eine Funktion der drei unabhängigen Frequenzvariablen f_g, f_s und f_t betrachtet werden. Bis hierher werde also die Dämpfung kohärenter Störenergie diskutiert, die mit Werten von f_g so korrespondieren, daß |^|2:1/2/1^- ist. Es ist auch möglich, diejenigen Teile kohärenter Störwellen zu dämpfen, die mit räumlichen Frequenzen f_s so korrespondieren, daß |/,| > \/2As ist, wobei ^5 der oben definierte Quellen-Gruppen-Abstand ist. Quellengruppen können vorgesehen werden, die zu den oben beschriebenen Geophongruppen analog sind.

Insbesondere ist es erwünscht, eine Quellengruppe zu verwenden, deren Funktion der Quellengruppen-Ansprechcharakteristik über der räumlichen Frequenz (oder einfacher: Quellen-Gruppen-Ansprechfunktion)

25

die Nullstellen bei /J= k/As, aufweist, wobei A= ± 1, ±2, ..., ±k_max ist. In Gleichung (16) ist S_m die Stärke der m-ten Einzelquelle in der Gruppe und s_m deren Aufstellort, bezogen auf das Quellengruppen-Zentrum. Es ist erwünscht vorzusehen, daß 5-_m=5_mund s-_m=s_m ist. Die Anzahl der Quellen in der Anordnung ist 2M, wenn 5O = O ist, und anderenfalls 2M+ 1.

F i g. 5 zeigt ein einfaches Beispiel einer primgefalteten Quellengruppe von sechs Quellen gleicher Stärke. Zwei benachbarte ineinander greifende Quellenanordnungen sind in dem Diagramm dargestellt, um die Bedeutung des Abstandes As zu veranschaulichen, der in diesem Beispiel gleich groß gewählt wurde wie Ag, was jedoch nicht generell erforderlich ist.

Ebenso wie es als wichtig angesehen wird, daß R(f_g) Nullstellen zweiter oder höherer Ordnung bei den frühzeitig auftretenden ganzzahligen Vielfachen von l/Ag aufweist, ist es auch wichtig, daß P(f_s) Nullstellen zweiter oder höherer Ordnung bei den frühzeitig auftretenden ganzzahligen Vielfachen von MAs besitzt.

Für die praktische Ausführung ist zunächst der Abstand Ag zwischen aufeinanderfolgenden Gruppen-Zentren zu bestimmen, im allgemeinen unter Berücksichtigung sowohl praktischer Erfordernisse wie der zur Verfügung stehenden Geldmittel, der Feld-Ausrüstung und der Verfahrens-Einrichtungen- und Möglichkeiten, als auch der angezeigten geologischen Erfordernisse. Je ausgeprägter das vermutete Einfaller der geologischen Formationen sind, desto kleiner muß Ag gewählt werden. Abstände von 15 bis 122 m sind typisch für die gegenwärtige Praxis. Nachdem Ag festgelegt ist, müssen die Abstände zwischen den Geophonen innerhalb jeder Anordnung bestimmt werden. Der einfachste, jedoch nicht der beste Weg, um diese Bestimmung erfindungsgemäß durchzuführen, besteht darin, die Geophone einheitlich mit einem Abstand Ae=AgZm anzuordnen, wobei m die Anzahl der Geophone innerhalb einer Gruppe darstellt. Dies führt dazu, daß die Übertragungsfunktion der räumlichen Frequenz in Übereinstimmung mit den Angaben des vorstehenden Abschnittes Nullstellen bei allen frühzeitig auftretenden, von Null verschiedenen, ganzzahligen Vielfachen des Reziprokwertes der Entfernung Ag zwischen den Gruppenzentren aufweist Die Nullstellen für die einfache, mit einheitlichen Abständen angeordnete Geophongruppe sind jedoch ausschließlich Nullstellen erster Ordnung; eine weitere Verbesserung ist mit Hilfe von Nullstellen zweiter und höherer Ordnung möglich.

In Übereinstimmung mit den Lehren oder Angaben des vorstehenden Abschnitten können also durch Faltung von aus einzelnen Anordnungen mit einheitlichem Abstand bestehenden Paaren, Dreiergruppen, Vierergruppen oder Gruppen höherer Ordnung auch verbesserte Anordnungen aufgebaut werden. Die Ordnung wenigstens einiger der Nullstellen der Übertragungsfunktion der resultierenden Geophongruppe ist in diesen Fällen gleich der Zahl der in die Faltung eingehenden einfachen Gruppen mit einheitlichen Geophon-Abständen.

Wenn zwei einfache Anordnungen mit einheitlichem Geophon-Abstand gefaltet werden sollen, von denen die eine m Elemente bzw. Geophone und die andere η Elemente aufweist, müßten die ursprünglichen Abstände von Element zu Element dieser einfachen Anordnungen Ag/m bzw. / <j/n betragen.

In der gefalteten Anordnung nach F i g. 4A die im vorhergehenden Abschnitt bereits beschrieben wurde, müssen die Größen Ag/m bzw. Ag/n 18,3/2 = 9,15 und 18,3/3 = 6,1 betragen. Die Geophone der gefalteten Anordnung müssen dann an folgenden Stellen aufgestellt werden:

±(1/2)	(18,3/2)	= +4,6 m	+ 4,6	+ 6,1	= 10,7 m
		= -4,6 m	-4,6	+ 6,1	1,5 m
±(1/2)	(18,3/2)	±(18,3/3) =	+ 4,6	-6,1	= -1,5 m
		=	-4,6	- 6,1	= -10,7 m
		=
		=

Dies sind die in Fig.4A dargestellten Aufstellorte. Die Rechenvorgänge für die Bestimmung anderer gefalteter Anordnungen sind völlig analog.

Es wird nun wieder auf F i g. 1 Bezug genommen, in der eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Feldsystem dargestellt ist. F i g. 1 zeigt in schematischer Darstellung ein Abtast- und Aufzeichnungssystem, bei dem die seismische Quelle und die Abtastelemente in erfindungsgemäß bemessenen Abständen angeordnet sind, so daß seismische Quellenenergie, die üblicherweise durch Aliaswirkung in den erwünschten Bereich niedrigerer räumlicher Frequenzen eindringen würde, wirksam von den aufgezeichneten Wellen ausgeschlossen werden kann.

Geophongruppen der bereits in Verbindung mit F i g. 4A beschriebenen Art sind in F i g. 1 dargestellt, wobei benachbarte Geophongruppen ineinander eingreifen. Die Gruppen in F i g. 1 sind abwechselnd schwarz und weiß dargestellt, um deutlich zu zeigen, welche Geophone zu jeder Gruppe gehören. Dies veranschaulicht eines der interessantesten Merkmale von Gruppen mit Prim-Faltung. Die Geophone jeder Gruppe überlappen die Geophone der jeweiligen Nachbargruppe gerade auf eine solche Weise, daß eine Gruppierung von 'Aufstellorten mit einheitlichen Abständen vollständig besetzt ist, jede mit einem, und zwar nur einem Geophon.

Die relativ einfachen, 2 χ 3-rimgefalteten Gruppen,

die in F i g. 1 dargestellt sind, haben Überlappungen von nur einem Geophon pro Gruppe von jeder der beiden Nachbargruppen. Primgefaltete Gruppen höherer Ordnung haben dagegen komplizierte Überlappungs-Sequenzen.

Das im oberen linken Teil der F i g. 1 dargestellte Diagramm dient zur Veranschaulichung, wie die Geophon-Orte durch Faltungen von 2- und 3-Elementen-Anordnungen erhalten werden können. Punkte 10a und 11a stellen Komponenten-Anordnungen mit m Elementen dar, bei denen der Abstand von Element zu Element Ag/m beträgt Punkte 1Oi und 116 stellen Komponenten-Anordnungen mit η Elementen dar, bei denen der Abstand von Element zu Element Ag/n beträgt Bei der Faltung ist für jeden Elementen-Ort 10a oder 11a eine Gruppe von Elementen-Orten 106 bzw. 11 b substituiert Mit den einzelnen Anordnungen, die für jede Komponentenanordnung von zwei Aufstellorten gezeigt ist, ergibt sich dabei eine Anordnung mit 6 Aufstellorten. Von den jeweils durch Faltung erhaltenen Orten führen gestrichelte Linien zu den endgültigen Geophon-Auf stellorten 10 bzw. 11.

Die gemeinsamen elektrischen Leitungen sind in der Darstellung mit lOcund 11 cbezeichnet und an zentralen Stellen der Geophongruppen angeschlossen.

Die Geophone 10 und 11 entlang der Meß- oder Profil-Linie werden durch seismische Wellen erregt, die von einer seismischen Quelle 14 erzeugt werden, die in der schematisch dargestellten Ausführungsform als exzentrisches Gewicht 12 dargestellt ist, das auf einem Sockel oder Fundament 13 mittels eines Antriebsmotors, beispielsweise eines Elektromotors 16, drehbar angeordnet ist

Eine Steuerung der Vibrationsgeschwindigkeit erfolgt durch die Steuerung der Geschwindigkeit des Motors 16 mittels einer Steuerschaltung 18.

Wie gestrichelt dargestellt, ist der Abstand s zwischen aufeinanderfolgenden Quellen entlang der Horizontal-Koordinate s gleich groß wie der Abstand gder Zentren der Geophongruppen entlang der Horizontal-Koordinate g.

Die Leitungen von den Geophongruppen in F i g. 1 führen zu Mischkreisen 20, 21 und 22, die hier symbolisch als Operationsverstärker dargestellt sind, obwohl die Mischglieder wie vorher bereits erwähnt, auch aus passiven Widerstandsnetzwerken bestehen können. Die Ausgänge der Mischglieder führen über Leitungen 25 unmittelbar oder ggf. über weitere nicht dargestellte Verstärker zu Aufzeichnungsköpfen 27, die Spuren auf einem Aufzeichnungsträger 30 erzeugen, der zeitlich synchron mittels eines Motors 32 angetrieben wird. In der heute tatsächlich üblichen Praxis können die Leitungen 25 zu einer Einheit führen, die digitale Signale unmittelbar auf ein Magnetband aufzeichnet

Wie bereits erläulert wurde, besteht der Gesamtzweck eines vollständigen Systems, wie es in F i g. 1 beispielsweise dargestellt ist, darin, die Aufzeichnung bestimmter räumlicher Frequenzen zu verhindern, welche halbzählige Vielfache des Reziprokwertes des Geophon-Gruppen-Abstandes und halbzählige Vielfaehe des Reziprokwertes des Quellen-Gruppen-Abstandes sind.

Um Art und Ausmaß der in seismischen Aufzeichnungen durch Verwendung der vorliegenden Erfindung erzielbaren Verbesserung aufzuzeigen, sind in Fig.6

ι ο und 7 tatsächliche Aufzeichnungsdaten dargestellt

F i g. 6 zeigt ein gestapeltes Zeitprofil einer zusammengesetzten Aufzeichnung, die durch konventionelle Aufzeichnungs- und Rechnerverarbeitungs-Verfihren erzeugt wurde. Die verwendeten Quellen waren vom

is nicht explosiven Oberflächentyp und die äquivalente Quellenanordnung war eine lineare Gruppierung von 21 Quellen mit einem Abstand von jeweils 4 m mit relativen Quellstärken im Verhältnis

{1,2,4,6,7,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,8,7,6,4,2,1}

Die äquivalente Geophon-Anordnung war eine Gruppierung von 20 Empfängern, die im Abstand von jeweils 4 m angeordnet waren und deren relative Empfindlichkeiten in einem Verhältnis von

{1,1,1,1,2,2,2,2,3,3,3,3,2,2,2,2,1,1,1,1,1}

standen. In der Feldpraxis wird eine derartige Geophonanordnung durch Aufstellung von einem, zwei oder drei Geophonen gleicher Empfindlichkeit an den Empfängerarten verwirklicht, die eine-Mehrfach-Empfindlichkeit erfordern. Der Quellengruppen-Abstand war gleich dem zweifachen Geophongruppen-Abstand (As=95m, Ag= 47,5 m).

Fig.7 ist ein gestapeltes Zeitprofil aus einer zusammengesetzten Aufzeichnung, die mittels einer erfindungsgemäßen Meßanordnung gewonnen wurde. Die seismische Meß- oder Aufnahmelinie ->var die gleiche wie für Fig.6. Die benutzte Quelle war wiederum vom nicht explosiven Oberflächentyp und die äquivalente Quellenanordnung war eine 3x11 primgefaltete Anordnung. Die Geophonanordnung war eine 4x9 primgefaltete Anordnung. Ein 1 :4 :6 :4 :1-FeId-Binomial-Mischglied wurde auf die Spuren der gemeinsamen Quellen-Gruppen-Zusammenfassungen angewendet, während ein 1:2:1-Rechner-Binomial-Mischglied auf die Spuren der gemeinsamen Geophon-Gruppen-Zusammenfassungen angewendet wurde. Der Quellengruppen-Abstand war gleich dem Geophongruppen-Abstand (As=Ag= 50,3 m).

Die beachtliche Überlegenheit der F i g. 7 gegenüber Fig.6 in der Darstellung der unterirdischen Schicht-Konfigurationen wird durch eine vergleichende Betrachtung sofort deutlich. Der Vergleich veranschaulicht somit unmittelbar die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Meßanordnung gegenüber herkömmlichen Anordnungen.

Hierzu 7 Blatt Zeichnungen

230 214/94

Claims

Patentansprüche:

1. Reflexionsseismische Meßanordnung mit einer Mehrzahl von linearen, im wesentlichen längs einer Meßlinie aufgestellten, gleichen Geophongruppen, deren Mittelpunkte voneinander bestimmte gleiche Abstände haben und die jeweils mehrere gleiche Geophone enthalten, die zur Bildung der Gruppe gebündelt sind und deren Abstände in der Gruppe zur Erzielung einer räumlichen Filterung aufgrund einer Gruppen-Ansprechfunktion bestimmt sind, wobei jede Gruppe an jeweils einen Aufnahmekanal einer Meß- und Aufzeichnungsapparatur angeschlossen ist, und mit mindestens einer auf der Meßlinie angeordneten, seismischen Quelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Gruppen-Ansprechtunktion Rn(f_g) gebildet ist durch die Faltung von zwei Ansprechfunktionen für Anordnungen (ay, a-i) mit m\ bzw. /722 äquidistanten Geophonen, wobei /Wi, /772 teilerfremd und die Abstände in der einen Anordnung (a\) von denen in der anderen Anordnung (ai) verschieden sind und die Geophone entsprechend den Nullstellen der Gruppen-Ansprechfunktion Ru(fg) angeordnet sind.

2. Reflexionsseismische Meßanordnung mit einer Mehrzahl gleicher seismischer Quellen, die linear längs der Meßlinie in gegenseitigen Abständen angeordnet sind, die zur Erzielung einer räumlichen Filterung aufgrund einer Ansprechfunktion bestimmt sind, und mit einer Mehrzahl von im wesentlichen längs der Meßlinie aufgestellten, gleichen Geophongruppen, von denen jede an jeweils einen Aufnahmekanal einer Meß- und Aufzeichnungsapparatur angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansprechfunktion Pn(f_s) der Quellen (14) durch die Faltung von zwei Ansprechfunktionen für Anordnungen (aw a₂) mit m\ bzw. /7J2 äquidistanten Quellen gebildet ist, wobei m\, /722 teilerfremd und die Abstände in der einen Anordnung (a\) von denen in der anderen Anordnung (ai) verschieden sind und die Quellen entsprechend den Nullstellen der Gruppenansprechfunktion P\2(f₅)angeordnet sind.