DE2254180A1

DE2254180A1 - Geophysikalische aufschlussanordnung zur seismischen untergrunderforschung durch reflexionsseismik

Info

Publication number: DE2254180A1
Application number: DE2254180A
Authority: DE
Inventors: Dominique Michon
Original assignee: Compagnie Generale de Geophysique SA
Current assignee: CGG SA
Priority date: 1971-11-08
Filing date: 1972-11-06
Publication date: 1973-05-10
Also published as: CA972455A; OA04213A; GB1407275A; US3838390A

Description

Geophysikalische 'AufSchlußanordnung zur seismischen Untergrunderforschung durch Reflexionsseismik

Die Erfindung betrifft eine geophysikalische Aufschlußanordnung zur seismischen Untergrunderforschung durch Reflexionsseismik, welche der Lagerstättenerschließung dient. Das Hauptprinzip der Reflexionsseismik ist folgendes: Um Informationen über den Aufbau eines zu untersuchenden Geländes zu erhalten, erzeugt man wenigstens eine Erschütterung, die von einer an der Oberfläche oder in einer geringen Tiefe angeordneten seismischen Schallquelle ausgeht. Der Erzeugung der Erschütterung folgt die Ausbreitung von seismischen Wellen in allen Schichten des Geländes, wobei die Ausbreitung von der Natur und der Anordnung der verschiedenen Formationen abhängt. Die Reflexionsseismik beschäftigt sich in erster Linie mit den an Grenzflächen reflektierten Wellen. Die Grenzflächen trennen verschiedene Schichten voneinander und wirken für die von der Schallquelle hervorgerufenen Erschütterungswellen oder seismischen Strahlen als Spiegel. Das-Verhalten der Erschütterungswellen ist in klassischer Weise verwandt mitdemjenigen von Lichtstrahlen in einem dursichtigen Medium.

Der Empfang von reflektierten"Wellen erfolgt mit Hilfe einer Reihe von Empfängern (oder Gruppen von Empfängern), beispielsweise mittels Geophonen (Vertikalseismographen) oder Hydrophonen. Die Empfänger nehmen eine Folge von Signalen auf, die Kurven darstellen, welche den von den verschiedenen Schallquellen ausgehenden Erschütterungen nach der Reflexion durch die seismischen Spiegel entsprechen. Jedem Paar. Schallquelle-Empfänger entspricht eine Elementarkurve, die nach Reflexion an einem Elementarspiegel erhalten wird. Die Signale der verschiedenen Empfänger (oder Gruppen von Empfängern) werden registriert, im allgemeinen auf einem magnetisieren Tonträger, beispielsweise einer Schallplatte oder einem Tonband .

Im folgenden soll, auch zur Vereinfachung der Einleitung, unter "Geophon" oder "Empfänger" unterschiedslos eine Empfangs-

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und Registriereinrichtung verstanden werden, die entweder einen einzigen Empfänger (Geophon oder Hydrophon) oder eins Gruppe von solchen Empfängern umfaßt, die alle an denselben seismischen Verstärker angeschlossen sind. Mit Schußpunkt ist jeder Standort der Schallquelle gemeint, unabhängig von der Natur derselben, wobei die Lage des Schußpunktes vom geographischen Zentrum der Gesamtheit aller Schußpunkte abweicht, die gemeinsam zum Erzeugen ein und derselben Erschütterung oder getrennt benutzt werden können, um mehrere Erschütterungen zu erzeugen, welche aufgezeichnete Signale hervorrufen, die gemeinsam addiert werden (Vielfachauswertung), Als Spiegelpunkte werden die Orte der verschiedenen Elementarspiegel bezeichnet.

Allgemein gesagt lassen sich einmal gewonnene seismische Informationen oder Kurven auf verschiedene Weise behandeln, um die Auswertung der in ihnen enthaltenen Informationen zu erleichtern.

Man kann zunächst Filterungen durchführen, um das Verhältnis Signal/Rauschen zu verbessern. Man kann auch jede Kurve statisch korrigieren, d.h. die Auswirkungen de$ Relief und der durchlüfteten Oberflächenzone beseitigen^odW dynamisch, d.h. den Einfluß des die Schallquelle _vom Geophon trennenden Abstandes beseitigen. Es läßt sich jede Kurve auch auf das zurückführen, was sie wäre, wenn die Schallquelle und das Geophon am selben Punkt vereinigt wären, beispielsweise auf der Flächennormalen eines Elementarspiegels in einer horizontalen Bezugsebene (Kurve bei Spiegelstellung). Unter diesen Umständen kann man ferner mehrere Kurven, deren Refexionen in Phase sind, zusammensetzen, d.h. addieren oder superpositionieren. Eine solche Superposition, die Bestandteil herkömmmlicher Verfahren ist, begünstigt die reflektierten Wellen undbeseitigt das Rauschen, d.h. die Störwellen, insbesondere die Oberflächenwellen.

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Bei einer besonderen.Vielfachauswertung genannten Anwendung setzt man Kurven, die auf verschiedene Schallquellen zurückgehen und mittels verschiedener Geophone registriert werden, so zusammen, daß der entsprechende Spiegelpunkt für jedes Paar Geophon/Schallquelle derselbe ist, wobei sämtliche auf diese Weise gebildeten Paare eine gemeinsame Symmetrieachse haben. Die Vielfachauswertung ist in der US-PS 2-732 906 näher beschrieben.

Allgemein läßt sich sagen, daß bis jetzt in der Mehrzahl der Fälle eine lineare oder doch im wesentlichen lineare Auf-Schlußanordnung benutzt wurde. Bei der klassischen Untergrunderforschung verteilt man mit anderen Worten die Geophone und die Schußpunkte im wesentlichen längs einer Geraden, um die Spiegelpunkte festzustellen, die in der vertikalen Ebene (Profil) liegen, welche durch diese gerade Linie geht.

Es ist seit langem bekannt, -daß die oben erwähnten klassischen Methoden des Arbeitens im Profil es nicht ermöglichen, das Einfallen jedes auftretenden seismischen Ereignisses nach Größe und-Richtung zu bestimmen.

Der Erfindung liegt daher im wesentlichen die Aufgabe, zugrunde, eine neue geophysikalische AufSchlußanordnung zur seismischen Untergrunderforschung durch Refexionsseismik zu schaffen, welche dies gestattet.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schußpunkte und die Geophone oder dergleichen auf die ein zweidimensionales Punktgitter bildenden Spiegelpunkte verteilt sind und daß jeder Spiegelpunkt Ursprungspunkt für mehrere Elementarlinien Schußpunkt-Spiegelpunkt-Geophon_ ist. Eine derartige Anordnung erlaubt es,zur Vielfachauswertung eine überlagerung der Elementarkurven durchzuführen. Die auf diese Weise erhaltenen Informationen (Elementarkurven oder nach überlagerung gefundene Kurven) ermöglichen durch Anwendung bekannter Techniken zur Behandlung von Kurven mit

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verschiedenem transversalen Profil, insbesondere in Digitalrechnern, die Bestimmung des Elnfaliens jedes seismischen Ereignisses, das durch drei Koordinaten räumlich festgelegt werden kann (dreidimensionale Bestimmung).

Es wird erfindungsgemäß auch eine optimale Ausgestaltung der Aufschlußanordnung vorgeschlagen,d.h. eine optimale zweidimensionale Verteilung der Geophone und Schußpunkte zur Bestimmung des genannten zweidimensionalen Gitters aus Spiegelpunkten.

Die Problemanalyse zeigt zunächst, daß das zweidimensionale Gitter aus Spiegelpunkten eine elementare Masche in Gestalt eines Parallelogramms, vorzugsweise eines Rechteckes oder noch besser eines Quadrates, sein sollte. Sie läßt es auch als wichtig erkennen, die im Gelände notwendigen Investitionen zu begrenzen. In dieser Hinsicht haben Versuche gezeigt, daß die Zahl der Schußpunkte nicht wesentlich höher zu sein braucht als diejenige, die man gewöhnlich bei den klassischen Aufnahmen zur Vielfach-auswertung antrifft.

Schließlich erscheint es erforderlich, die Arbeitsmethoden sowohl im Gelände als auch im Stadium der geologischen Interpretation der Seismogramm nicht"gewaltsam zu verändern.

Die Erfindung liefert auch eine einfache und elegante Lösung dieser Probleme, welche einen optimalen Kompromiß zwischen den Erfordernissen der Untergrunderforschung (ein Minimum von Schußpunkten, Gesetz des Vorrückens und einfache Verteilung) und den Notwendigkeiten der Auswertung (Reichhaltigkeit der Informationen und Leichtigkeit ihrer Auswertung) darstellt.

Hierzu werden die Empfänger oder Geophone, die herkömmlicherweise in einer Anzahl von 24 oder 48 vorhanden sein können, linear und äquidistant längs einer Achse verteilt, bei der

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es sich vorzugsweise um eine zentrale Achse der Aufschlußanordnung handelt, wobei diese Achse parallel zur allgemeinen Fortschreitrichtung bei der üntergrunderforschung verläuft und im folgenden "Achse der Geophone" genannt sei. Die Schußpunkte sind auf eine Schar von Linien verteilt, die parallel zu dieser Achse verlaufen, wobei eine Linie mit der Achse auch zusammenfallen kann. Der'Abstand zwischen den Linien ist vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, gleich groß wie der Abstand zwischen zwei Geophonen. Auf jeder der so festgelegten Linien sind die Schußpunkte gleichmäßig verteilt. Sie befinden sich dort in einem Abstand voneinander, der ein ganzzahliges Vielfaches des Abstandes zwischen den Geophonen ausmacht.

Man kann auch eine Anordnung wie die oben gekennzeichnete übernehmen und in ihr die Schußpunkte durch die Geophone und umgekehrt ersetzen.

Es ist bestens bekannt, daß die Lage eines Spiegelpunktes unverändert bleibt, wenn man die jeweilige. Lage des Empfängers und des Schußpunktes vertauscht. Die Ausbreitungsstrecke Schußpunkt-Spiegel-Empfänger der Erschütterung bleibt physikalisch dieselbe, lediglich die Ausbreitungsrichtung kehrt sich um. -

Man erhält auf diese Weise eine Anordnung, bei der die Schußpunkte linear und äguidistant auf eine parallel zur allgemeinen Forschungsrichtung (Profilachse) verlaufende Achse verteilt sind. Die Empfänger sind auf einer Vielzahl von untereinander und zu dieser Achse parallelen Linien äquidistant angeordnet, wobei eine der Linien mit dieser Achse auch zusammenfallen kann. Der Abstand zwischen den Linien ist gegebenenfalls gleich dem Abstand zwischen den Schußpunkten. Auf einer so festgelegten Linie sind die Empfänger gleichmäßig in einem Abstand voneinander angeordnet, der ein gazzahliges Vielfaches des Abstandes zwischen den Schußpunkten

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beträgt.

Im folgenden ist die Erfindung anhand dreier durch dia Zeichnung dargestellter Ausführungsformen der erfindungsgeraäßen Aufschlußanordnung im einzelnen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellte Draufsichten auf

die drei Ausführungsformen und , Fig. la das von Spiegelpunkten gebildete zweidimensionale Punktgitter, das man für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 erhält.

In allen Figuren sind die Geophone, oder allgemeiner Empfänger, durch das Zeichen +, die Spiegelpunkte durch das Zeichen χ und die Schußpunkte durch das Zeichen ο kenntlich gemacht.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind Geophone + äquidistant auf eine zentrale Achse X-X verteilt, die zugleich die Richtung angibt, in der fortschreitend geforscht wird. Zwei benachbarte Geophone + sind durch einen Abstand e voneinander getrennt.

In diesem Beispiel sind auf fünf Linien L. ... L₅, die untereinander parallel verlaufen, Schußpunkte ο angeordnet. Eine der Linien (L₃) fällt mit der Achse X-X zusammen. Der senkrecht gemessene Abstand zwischen zwei benachbarten Linien beträgt überall e und ist damit gleich groß wie derjenige zwischen zwei Geophonen.

Auf jeder der so festgelegten Linien L sind die Schußpunkte gleichmäßig verteilt, wobei sie untereinander durch den Abstand n«e (n ist eine natürliche Zahl) voneinander getrennt sind. Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 fallen die Schußpunkte ο bei senkrechter Projektion auf die Achse X-X in die Mitte zwischen zwei Geophone +.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die axialen Orte der Schußpunkte ο auf einer Linie L^ im Vergleich mit den axialen Orten der

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Schußpunkte ο auf der benachbarten Linie I*. + . von einer Linie zur anderen regelmäßig um e verschoben, so daß schließlich die Schußpunkte ο der· verschiedenen Linien L auf die Mitten aller Intervalle zwischen zwei Geophonen + projizierbar sind. Die Schußpunkte ο sind auch gleichmäßig auf untereinander parallelen Linien ξ verteilt, die eine unter 45° gegen die Achse X-X geneigte Schar bilden/ wobei jede 'Linie £ aus der vorhergehenden durch eine Verschiebung parallel zur Achse X-X um eine Strecke n«e (n ganz)hervorgeht. Mit einer derartigen Anordnung erhält man ein Profil, das durch ein Band gebildet ist, welches eine homogene Dichte der Spiegelpunkte χ (Fig. la) aufweist. Diese verschiedenen Spiegelpunkte χ sind auf fünf Linien in einem zwexdimensionalen Netz mit quadratischen Maschen mit der Kantenlänge e/2 verteilt.

Im Falle der Fig. 1 entspricht jeder Spiegelpunkt χ sechs oder drei Wegen, falls 48 bzw. 24 Geophone verwendet werden. Man erhält durch überlagerung von Elementarwellen in, Übereinstimmung mit der Technik der Vielfachauswertung zusammengesetzte Wellen in Spiegellage, verteilt auf fünf Linien.

Die Addition dieser fünf Linien zu einer einzigen ergibt einen gewöhnlichen Querschnitt mit verbesserter Qualität, da die seitlichen Einstreuungen gedämpft sind. Man kann auch eine überlagerung bewirken, indem man. nur die phasengleichen Ereignisse festhält, woraus sich ein von seitlichen Einstreuungen bereinigter linearer Querschnitt ergibt. Noch allgemeiner erlaubt es die Betrachtung- einer Gesamtheit von Wellen in Spiegellage, beispielsweise eines Quadrates mit 25 Wellenzügen in drei Dimensionen,das Einfallen jeder seismischen Gegebenheit vollständig zu bestimmen.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 stellt eine Variante der

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Ausführungsform gemäß Fig. 1 dar. Hier sind die Linien £' senkrecht zur Achse X-X angeordnet.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 3 sind die Schußpünkte ο gleichmäßig auf einer Achse X'-X¹ verteilt, die parallel zur Erforschungsrichtung verläuft. Der Abstand zwischen zwei benachbarten Schußpunkten ο beträgt überall'gleichmäßig e*. Die Empfänger oder Geophone + verteilen sich auf sechs Linien L*. ... L'g» welche unter sich und zur Achse X'-X¹ parallel sind, wobei der Abstand zwischen benachbarten Linien gleichmäßig e' beträgt.

Auf jeder der so bestimmten Linien L¹. (i= 1, 2, ... §) sind die Geophone + mit einem Abstand n»e' (n natürlich) voneinander gleichmäßig verteilt. Bei der nur beispielsweise in der Figur dargestellten Anordnung fallen die Geophone + bei senkrechter Projektion auf die Achse X'-X¹ in die Mitte zwischen zwei Schußpunkte o, obwohl diese Lage der Sprengstücke auch eine andere sein könnte, ebenso wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1.

'■■■<■■■■ Vorzugsweise sind auch die axialen Lägen der Geophone +■ auf einer Linie bezüglich der Lagen der Geophone auf einer benachbarten Linie von einer Linie zur anderen-gleichmäßig um e' verschoben, so daß auch die Geophone + gleichmäßig auf eine Vielzahl von unter 45° schräg zur Achse X'-X' verlaufenden Linieni¹'¹ Verteilt sind, wobei jede Linie £^%t aus der benachbarten Linie durch eine Verschiebung parallel zur Achse X¹-X¹ um die Strecke n«e' hervorgeht.

Bei einer derartigen Anordnung erhält man in ähnlicher Weise wie bei den Anordnungen gemäß Fig. 1 und 2 ein Profil, das von einem Band gebildet wird, welches eine homogene Dichte der nicht dargestellten, gemäß einem zweidimensionalen Netz mit quadratischen Maschen der Kantenlänqe e'/2 auf sechs Linien L¹ verteilten Spiegelpunkte aufweist.

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Eine Variante dieser Ausführungsform besteht darin, die Linien £·· senkrecht zur Achse X'-X¹ verlaufen zu lassen, wie dies in Fig. 2 bei den Linien 6^l der Fall ist. Die Anordnung gemäß Fig. 3 ist besonders für den Fall von Interesse, in dem man in den Schußpunkten oberflächlich wirkende Schallquellen (Gewichtaufschlage, Vibratoren etc.) vorsieht. Diese oberflächlichen Schallquellen s'ind im allgemeinen an einem Fahrzeug angebracht. Es erscheint für die Praxis vorteilhaft, wenn man diese Fahrzeuge auf einer einzigen Linie (Achse X¹-X¹) fahren lassen kann.

Es sei bemerkt, daß bei gewissen Anwendungen die Geophone + (oder die Schußpunkte o) so angeordnet werden können, daß keines von ihnen in bestimmte Intervalle zwischen Schußpunkten ο (oder zwischen Geophonen +) projizierbar ist. Man kann sie auch so anordnen, daß mehrere von ihnen in bestimmten Intervallen auf denselben Punkt projiziert werden. Alle diese Varianten sind für den Fachmann ohne weiteres ersichtlich. Sie erlauben es, die Gesamtstrecke festzulegen, auf welche die für ein und dieselbe Registrierung gemeinsam benutzten Geophone + (oder Schußpunkte o) projiziert werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

/ I)J Geophysikalische Aufschlußanordnung zur seismischen Untergrunderforschung durch Reflexionsseismik, dadurch gekennzeichnet, daß die Schußpunkte (o) und die Geophone (χ) oder dergleichen auf die ein zweidimensionales Punktgitter bildenden Spiegelpunkte (x) verteilt sind und daß jeder Spiegelpunkt (x) Ursprungspunkt für mehrere Elementarlinien Schußpunkt-Spiegelpunkt-Geophon ist.

2) Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

das Gitter ein Netz mit parallelograinmförmigen Maschen ist.

3) Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschen rechteckförmig, vorzugsweise quadratisch sind.

4) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Geophone (+) geradlinig und in gleichem Abstand (e) voneinander auf einer parallel zur Fortschreitrichtung verlaufenden Achse (X-X) angeordnet sind, daß die Schußpunkte (o) auf eine Schar zur Achse (X-X) paralleler Linien (L₁ .^. L₅) verteilt sind und daß auf jeder Linie (L. ...L₅) der Abstand zwischen zwei benachbarten Schußpunkten (o) ein ganzzahliges Vielfaches η (η= 1, 2, 3, 4 ...) des Abstandes (e) zwischen den Geophonen (x) beträgt.

5) Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand (e) der Linien (L. ... L₅) voneinander gleich groß ist wie der Abstand (e) zwischen den Geophonen (x) .

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6) Anordnung nach Anspruch 4 oder 5_r dadurch gekennzeichnet, daß die Schußpunkte Co) auf senkrecht zur Achse (X-X) verlaufende Linien (£') verteilt sind.

7) Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schar eine ungerade Anzahl von Linien (L. ... L₅) aufweist und die mittlere Linie (L₃) mit der Achse (X-X) zusammenfällt,

8) Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schußpunkte (o) geradlinig und in gleichem Abstand (e¹) voneinander-auf einer parallel zur Fortschreitrichtung verlaufenden Achse (X'-X*) angeordnet sind, daß die Geophone (χ) auf eine Schar zur Achse (x*-x»> paralleler Linien (L₁ ¹ ... L₆') verteilt sind und daß auf jeder Linie (L * ... L_g ^l)der Abstand zwischen zwei benachbarten Geophonen (x) ein ganzzahliges Vielfaches η (η= 1, 2, 3, 4, 5, β, .'..) des Abstandes (e¹) zwischen den Schußpunkten (o) beträgt..

9) Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der senkrechte Abstand (e^f) der auf einer Seite der Achse (X'-X¹) angeordneten Linien (L' ... Lg¹) voneinander gleich groß ist wie der Abstand (e') zwischen den Schußpunkten (o).

10) Anordnung nach Anspruch 8 oder 9,"dadurch gekennzeichnet, daß die Schar sechs Linien (L.' ... L>') umfaßt; -

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H) Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis iö, dadurch g"§* kennzeichnet, daß die Geophone (χ) auf Unter 45° zur Achse (X'-X¹) verlaufende Linien (£*<) verteilt iiitl*

12) Aufschlußverfahren der Refelxionsseisetik, dadurch ge* kennzeichnet, daß die Anordnung nÄCh ekittttt der Ansprüche 1 bis 11 getroffen wircl* daß in deil ScHu" ßpilriktett ^;' _ seismische Wellen erzeugt und die von den därutörliegeifiden Formationen reflektierten Wellen in FOfm Von Elementarkurven empfangen werden und daß die filernentärkurVetl zur Vifelfachauswertung superpositioniert werden, um eine Kurvengesamtheit bei Spiegelstellung zu erhalten entsprechend einem zweidimensionalen Gitter.

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