-
Seismisches Explorationsverfahren
-
Die Erfindung betrifft ein seismisches Explorationsverfahren, bei
dem ausgehend von im wesentlichen sphärischen seismischen Wellen die Reflexionsansprache
der Erde auf seismische Energie simuliert wird, welche über einen Explorationsbereich,
der in wenigstens einer Dimension relativ zu einer seismischen Wellenlänge groß
ist, eine im wesentlichen kontinuierliche Wellenfront aufweist.
-
Allgemein betrifft die Erfindung also seismische Explorations- oder
Meßverfahren. Bei derartigen bekannten seismischen Explorationsverfahren werden
seismische Quellen dazu verwendet, seismische Energiewellen in die Erde einzuleiten,
die sich in sphärischen oder annähernd sphärischen
Wellenfronten
durch die Erde fortpflanzen. Reflexionen der Kugelwellen werden dabei durch einen
oder mehrere seismische Detektoren oder Empfänger aufgenommen, wobei die aufgenommenen
Signale dann aufgezeichnet werden. Die aufgezeichneten Signale, welche Informationen
hinsichtlich der untersuchten geologischen Schichten enthalten, werden bei den bekannten
Verfahren dann verarbeitet, um die enthaltene Information besser unterscheidbar
zu machen. Bei den bekannten Verfahren sind jedoch verschiedene Probleme aufgetreten,
die auf die Verwendung von Kugelwellen und die Signalverarbeitungsmethoden zurückzuführen
sind.
-
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein neuartiges und
verbessertes seismisches Explorationsverfahren zu schaffen.
-
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs
genannten Art gelöst durch die nachfolgenden Schritte: a) Eingeben der seismischen
Kugelwellen in die Erde von einer seismischen Quelle in einer Quellenposition; b)
Erzeugen einer Vielzahl von Reflexionssignalen in Abhängigkeit von den seismischen
Wellen an einer Vielzahl von Empfängerpositionen, die über einen Bereich, der wenigstens
eine Dimension aufweist, welche relativ zu einer seismischen Wellenlänge groß ist,
mit Abstand angeordnet sind; und c) Aufsummieren der Reflexionssignale in der Weise,
daß für die Quellenposition ein Signal gebildet wird, welches die Reflexionsansprache
der Erde auf die seismische Wellenenergie simuliert, die über wenigstens eine Dimension,
die relativ zu einer seismischen Wellenlänge groß ist, eine im wesentlichen kontinuierliche
Wellenfront aufweist.
-
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also eine Quelle im
wesentlichen ebener Wellen oder im wesentlichen zylindrischer Wellen simuliert.
Eine Gruppe von Quellenpositionen und eine Gruppe von Empfängerpositionen werden
so eingerichtet, daß wenigstens eine der Gruppen eine Vielzahl von Positionen umfaßt,
die über einen Bereich mit Abstand angeordnet sind, der wenigstens eine Dimension
aufweist, welche im Verhältnis zu einer seismischen Wellenlänge groß ist. Durch
Kombinieren der seismischen Signale, die an einer Empfängerposition von einer Vielzahl
von Quellenpositionen abgeleitet werden, oder durch das umgekehrte Verfahren, indem
nämlich die Signale kombiniert werden, die an einer Vielzahl von Empfängerpositionen
von einer Quellenposition abgeleitet werden, wird ein kombiniertes Signal erhalten,
welches die Ansprache oder "Antwort" der Erde auf eine im wesentlichen kontinuierliche
Wellenfront über eine Erstreckung der Quellen oder Empfängerpositionen repräsentiert,
wobei die Dimension wenigstens einer der Positionen relativ zu Wellenlänge der seismischen
Energie groß ist. Obwohl also Quellen für im wesentlichen sphärische oder kugelförmige
Wellen verwendet werden, wird ein kombiniertes Signal erhalten, welches die Reflexionsansprache
der Erde auf eine nach unten verlaufende Ebene oder zylindrische Welle, die vertikale
Strahlengänge aufweist, repräsentiert.
-
Die Kombination von Signalen mit dem Zweck, ebene oder Zylinderwellen
zu simulieren, bietet die Möglichkeit, einen beträchtlichen Teil der Signal/Rausch-Vorteile
der Mehrfachabdeckung zu erhalten, ohne daß die Notwendigkeit einer Normalaustrittskorrektur
oder einer gemeinsamen Tiefenpunkt-Stapelung (common depth point stacking) bestände.
Eine quellenausgebreitete Anordnung wird entlang eines zu querenden
Profiles
vielfach wiederholt, wobei der Abstand der aufeinanderfolgenden Quellenpositionen
als angenäherter Bruchteil der Ausbreitungslänge genommen wird. Die Vielzahl der
Reflexionssignale, die für jede Quellenposition erhalten werden, werden so kombiniert,
daß für jede Quellenposition ein einziges kombiniertes Signal abgeleitet wird. Dementsprechend
beseitigt die Kombination der Signale nicht nur die Notwendigkeit einer Normalaustrittskorrektur
oder der gemeinsamen Tiefenstapelung, während ein beträchtlicher Teil der Signal/Rausch-Vorteile
der Mehrfachabdeckung beibehalten wird, sondern es wird auch deutlich die Datenmenge,
die in aufeinanderfolgenden Signalverarbeitungsschritten gehandhabt werden muß,
reduziert, wodurch der Zeitaufwand und die Kosten für seismische Explorationsunternehmungen
herabgesetzt werden können.
-
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch
aus, daß die vorstehend beschriebenen Vorteile noch weiter dadurch reduziert werden,
daß die Anzahl der Kanäle, die bei seismischen Explorationen verwendet werden, weiter
reduziert wird. Bei bekannten seismischen Explorationsverfahren ist die Anzahl der
erforderlichen Kanäle typischerweise gleich der Anzahl der verwendeten Detektoranordnungen
oder -Reihen. Die Erfindung ermöglicht aber die Erstellung von Abfolgen von Detektor-
oder Empfängeranordnungen, bei denen die durch jede Detektoranordnungsfolge erzeugten
Signale durch ein einziges Paar von Leitungen zu einem Aufzeichnungsgerät geleitet
werden. Die Anzahl der Kanäle, die bei der Erfindung notwendig ist, ist daher gleich
der Anzahl der Detektoranordnungsfolgen. Diese reduzierte Anzahl von Kanälen gibt
die Möglichkeit, die Ausbreitungskabel wesentlich leichter auszubilden, die Aufzeichnungsinstrumente
weniger kompliziert auszugestalten und insgesamt die Kosten für die
Geräte
und die Aufzeichnungsbänder herabzusetzen.
-
Die vertikale Orientierung der nach unten gehenden Strahlenwege ist
ebenfalls von Vorteil. Diese vertikale Orientierung stellt sicher, daß Mehrfachreflexionen
und Nachhallerscheinungen, die zwischen horizontalen Zwischenflächen erzeugt werden,
auf der betreffenden Komponente des Strahlenganges eine konstante Periodizität behalten.
Weiterhin wird sichergestellt, daß Strahlengänge, die durch oberflächennahe geologische
Formationen gehen, einschließlich Dauerfrostschichten, vertikal liegen, so daß die
mit nicht-vertikalen Strahlengänge verbundenen und insbesondere in Dauerfrostzonen
auftretenden Nachhallprobleme reduziert werden.
-
Zusätzlich wird durch die Erfindung ein Wander- oder Migrationsverfahren
geschaffen, bei dem der Grenzwert einer Komponente des Strahlenganges zur Senkrechten
verwendet wird. Da Reflexionssignale kombiniert werden, um die Reflexionsansprache
der Erde auf eine nach unten verlaufende Welle mit vertikalen Strahlengängen zu
repräsentieren, existiert keine signifikante Komponente des kombinierten Signales,
die nach unten verlaufenden Strahlengängen zugeordnet werden müßte, welche nicht
vertikal verliefen. Die nach oben verlaufenden Strahlengänge sind natürlich nur
dann vertikal, wenn der Reflektor horizontal liegt. Ansonsten sind die aufsteigenden
Strahlengänge stets zur Vertikalen geneigt und gehen stets durch diejenige Quellenposition
hindurch, der das kombinierte Signal zugeordnet ist. Die Position möglicher Reflexionspunkte
ist daher für einen Reflexionsweg vorgegebener Länge eine Parabel. Dementsprechend
erfolgt eine zweidimensionale Migration durch Aufsummieren einer Vielzahl kombinierter
Signale entlang einer Kurve, die im wesentlichen parabolische Form hat,
während
eine dreidimensionale Migration dadurch bewerkstelligt wird, daß eine Vielzahl kombinierter
Signale über eine Oberfläche summiert wird, die im wesentlichen Paraboloidform hat.
-
Die Begrenzung einer Komponente des Strahlenganges zur Vertikalen
reduziert auch die üblichen Diskrepanzen zwischen Stapel- oder Paketgeschwindigkeiten,
Effektivgeschwindigkeiten, mittleren Geschwindigkeiten und Migrations- oder Fortpflanzungsgeschwindigkeiten.
Da diese Geschwindigkeiten für vertikale Strahlengänge durch horizontale Zwischenflächen
identisch sind, reduziert die Begrenzung einer Komponente des Strahlenganges auf
die Vertikale die Differenz zwischen den jeweiligen Geschwindigkeiten.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Berechnen von Geschwindigkeiten
aus den simulierten ebenen oder zylindrischen Wellensignalen. Für jeden Geschwindigkeitsbereich
und jede Laufzeit wird der Normalaustritt für jede Quellen-Empfängerdistanz, die
im simulierten Signal repräsentiert wird, berechnet. Ein Geschwindigkeitskorrelationssignal
wird dann dadurch konstruiert, daß eine Impulsspitze oder ein anderer Impuls an
jedem berechneten Wert des Normalaustrittes erzeugt wird. Anschließend wird der
Korrelationskoeffizient zwischen dem Geschwindigkeitskorrelationssignal und dem
simulierten seismischen Signal berechnet. Die Geschwindigkeit, welche den maximalen
Querkorrelationskoeffizienten ergibt, wird als Funktion der Laufzeit identifiziert.
Die Geschwindigkeit, die auf diese Weise ermittelt wird, ist die tatsächliche Fortpflanzungsgeschwindigkeit
und hängt nicht von dem Durchhang des Reflektors ab, wie dies bei den meisten Fortpflanzungsgeschwindigkeiten
'
die nach traditionellen Verfahren berechnet werden, der Fall ist.
-
Die Erfindung weist auch vorteilhafte Merkmale hinsichtlich der Messung
des Durchhanges oder des Abfalls auf. Eine ebene Welle, die von einem ebenen Reflektor
reflektiert wird, bleibt eben. Daher ist die übliche Beziehung zwischen dem Durchhäng-
oder Eintauchwinkel, der Geschwindigkeit und dem Austrittswinkel bei der Erfindung
exakt, nicht also nur eine Näherung, wie es bei bekannten seismischen Verfahren
der Fall ist. Während ein steiles Eintauchen bei Verwendung horizontal orientierter
Wellenfronten nicht nachweisbar ist, können auf die ursprünglichen Reflexionssignale
Zeitverschiebungen aufgebracht werden. Die Zeitverschiebungen steigen progressiv
an, positiv in einer Richtung und negativ in der anderen Richtung, von der Oberflächenposition
weg, der ein kombiniertes Signal zugeordnet ist. Auf diese Art repräsentiert das
kombinierte Signal die Reflexionsansprache auf eine nach unten verlaufende ebene
oder zylindrische Wellenfront, die zur Vertikalen geneigt ist, so daß steile Reflektor-Eintauchlagen
nachgewiesen werden können. Weiterhin ist zu beachten, daß die seismischen Explorationen,
die unter Verwendung der Erfindung durchgeführt werden können, gegenüber Oberflächenwellen
und gebrochenen Signalen, die im wesentlichen gleichförmige Geschwindigkeiten und
Beschleunigungen durch die Erde hindurch aufweisen, relativ wenig empfindlich sind,
unter der Voraussetzung, daß die Ausbreitungsanordnung, welche verwendet wird, so
beschaffen ist, daß sich benachbarte Empfängeranordnungen beinahe berühren.
-
Wenn die einzelnen seismischen Detektoren mit gleichem Abstand über
eine solche Ausbreitung angeordnet sind, nähert die Ausbreitung eine kontinuierliche
Anordnung an und ist daher relativ unempfindlich gegenüber derartigen Oberfächen-und
gebrochenen
Signalen.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen
und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung
im einzelnen erläutert sind. Dabei zeigt: Fig. 1 einen Reflexionsweg von einer Quelle
zu einem Empfänger und den Normal-Einfallsweg, der einem Oberflächenpunkt auf halbem
Weg zwischen Quelle und Empfänger zugeordnet ist; Fig. 2 die horizontale Verschiebung
des Oberflächenpunktes von Fig. 1, welche durch Zeitmigration bewirkt wird; Fig.
3 im wesentlichen das herkömmliche Migrationsverfahren, bei dem die übliche Tangentenmethode
verwendet wird; Fig. 4 im wesentlichen das herkömmliche Migrationsverfahren, bei
dem entlang eines Beugungsmusters aufsummiert wird; Fig. 5 im wesentlichen die Dualität
zwischen den Migrations- oder Wanderungsverfahren, die in den Fig. 3 und 4 gezeigt
sind; Fig. 6A eine seismische Reflexionssituation mit horizontalem Reflektor; Fig.
6B die seismische Reflexionsaufzeichnung, die der Reflexionssituation von Fig. 6A
zugeordnet ist, und die Art und Weise, in der die Reflexionsaufzeichnung nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren manipuliert wird; Fig. 7A eine seismische Reflexionssituation
mit eintauchendem Reflektor; Fig. 7B die seismische Reflexionsaufzeichnung, die
der Reflexionssituation von Fig. 7A zugeordnet ist, und die Art und Weise, in welcher
die Reflexionsaufzeichnung nach dem erfindungsgemäßen Verfahren manipuliert wird;
Fig.
8 ein Oberflächendiagramm, welches darstellt, wie die symmetrische Ausbreitung von
Fig.
-
6A und 7A aus Mehrfach-Uberdeckungsdaten synthetisiert wird, die
mittels Längsrichtausbreitung erhalten werden; Fig. 9 den parabolischen Ort möglicher
Reflexionspunkte, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt werden; Fig.
10 die annähernd parabolischen Beugungsmuster, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
erzielt werden; Fig. 11 den dualen Zusammenhang zwischen den beiden implizit in
den Fig. 9 und 10 wiedergegebenen Migrationsverfahren; Fig. 12 einen nach unten
verlaufenden Strahlengang, der im wesentlichen eine mittlere Geschwindigkeit repräsentiert,
und einen nach oben verlaufenden Strahlengang, der im wesentlichen eine Fortpflanzungsgeschwindigkeit
darstellt; Fig.13A eine Aufzeichnung von Normalaustrittszeiten entlang einer Zeitachse;
Fig. 13B Impulse, die an den Austrittszeiten auf der Achse von Fig. 13A gebildet
werden, um ein Geschwindigkeitskorrelationssignal zu bilden, welches die Möglichkeit
gibt, Geschwindigkeiten von simulierten Zylinderwellensignalen abzuleiten; Fig.
14 die einer simulierten ebenen Welle zugeordneten Eintauch-Zusammenhänge; Fig.
15 einen repräsentativen Mehrfach-Reflexionsweg, der einem eintauchenden Reflektor
zugeordnet ist; Fig. 16 in blockdiagrammartiger Darstellung ein weiterentwickeltes
Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches sich insbesondere dazu eignet, einen
verbesserten Querschnitt an Bord eines Meßschiffes zu erzeugen; und Fig. 17 eine
Anordnung, mittels welcher Felddaten unter Verwendung von nur vier Aufzeichnungskanälen
gewonnen werden können.
-
Zunächst erscheint es als zweckmäßig, anhand der Figuren 1 bis 5 die
bekannten analytischen Techniken, die bei seismischen Explorationsverfahren unter
Verwendung sphärischer Wellen Anwendung finden, zu diskutieren.
-
Die sphärischen oder Kugelwellen weisen eine sphärische Divergenz
auf. Wenn diese Wellen sich durch die geologischen Schichten fortpflanzen, breiten
sich die Kugelwellen kontinuierlich aus, wobei sich sphärische Wellenfronten ergeben,
die kontinuierlich größere Radien aufweisen. Als Resultat dieser geometrischen Ausbreitung
nimmt die Amplitude der Kugelwellen um einen Betrag ab, der dem Radius der Wellenfront
umgekehrt proportional ist. Seismische Quellenanordnungen werden manchmal verwendet,
die den Wellen ein Richtungsmaß aufprägen, und zwar in Form von Amplituden- und
Frequenzgehalt in Funktion der Radiusrichtung. Die Wellenfronten bleiben dabei aber
immer noch sehr dicht an der Kugelform, soweit es sich um Distanzen handelt, die
üblicherweise interessant sind, und die Energiedichte der Wellen nimmt mit der durch
die Wellen durchlaufenen Distanz ab.
-
Um die Einflüsse dieses Abfalls der Kugelwellen zu reduzieren, ist
es bereits bekannt - dies wird häufig angewendet -, die reflektierten Wellen um
einen Betrag amplitudenzukompensieren, der dem Radius der Krümmung der Wellenfront
umgekehr proportional ist. Die Amplitudenkompensation bringt aber ein anderes Problem
mit sich: Sie vergrößert nämlich die Amplitude der Mehrfachreflexionen an den Wellen
relativ zur Amplitude der Primärreflexionen, die zur selben Zeit nachgewiesen werden.
Mehrfachreflexionen haben üblicherweise von der Quelle zum Detektor eine kürzere
Entfernung zurückgelegt als die gleichzeitig empfangenen Primärreflexionen,
weil
ein größerer Teil der Fortpflanzung der Mehrfachreflexionen durch flachere geologische
Schichten erfolgte, in denen die Effektivgeschwindigkeit der Wellenfront typischerweise
niedriger ist. Da sowohl die Mehrfachreflexionen als auch die Primärreflexionen
um einen Betrag amplitudenkompensiert werden, der der größeren Quelle-Empfänger-Distanz
entspricht,welche durch die Primärreflexion zurückgelegt worden ist, ist in den
kompensierten Signalen die Amplitude der Mehrfachsignale übermäßig vergrößert.
-
Bei bekannten seismischen Explorationsverfahren ist eine Korrektur
für Normalaustritt erforderlich. Eine Einzelreflexion, die von einer Kugelwelle
herrührt und als Funktion der Zeit an einer Oberflächenausbreitung von Detektoren
aufgezeichnet wird, hat eine im wesentlichen hyperbolische Form. Die Entfernung
dieser hyperbolischen Krümmung ist als sogenannte Normalaustrittskorrektur bekannt.
Nach der Normalaustrittskorrektur ist die Ankunftszeit einer Reflexion, beobachtet
an einem beliebigen Oberflächendetektor, annähernd gleich der doppelten Normaleinfallszeit
zum Reflektor von einem Oberflächenpunkt, der auf halbem Weg zwischen der Quelle
und dem Detektor oder Empfänger liegt. Nachfolgend werden bei dem bekannten Verfahren
nach der wohlbekannten Methode der Mehr Nach Abdeckungs-Stapelung (multiple coverage
stacking) die vielfachen Versionen jedes nominellen Normal-Einfallsweges summiert,
um eine Stapelspur zu erhalten. Während durch diese Art der Signalverarbeitung Signal/Rausch-Vorteile
erhalten werden, ist die Normalaustrittskorrektur insofern nicht vorteilhaft, weil
dabei die Reflexionssignale gestreckt und ihre Frequenz information deformiert wird.
Zusätzlich hierzu erfordert das Stapelverfahren die Bestimmung
geeigneter
Stapel- oder Paketgeschwindigkeiten, wenn diese nicht bekannt sind. Auch existieren
Probleme bei der Interpolation der Stapelgeschwindigkeiten zwischen den Stellen
, an denen diese bestimmt wurden.
-
Die Geometrie der Zwischenflächen und der Strahlengänge wurde durch
die Verwendung von De-Konvolutionsverfahren ebenfalls nachteilig beeinflußt, welche
dazu dienen, Wasser-Nachhallerscheinungen und andere Mehrfachreflexionen von den
aufgezeichneten Reflexionen der Kugelwellen zu entfernen. Wenn die erzeugenden Zwischenflächen
nicht horizontal und/oder die Nachhallwege nicht vertikal sind, so sind die Nachhallerscheinungen
im Grundsatz nicht-periodisch, so daß De-Konvolutionstechniken beim Entfernen derartiger
Mehrfachreflexionen nur einen begrenzten Wert haben.
-
Eine Migration wird bisher entweder nach dem herkömmlichen Tangentenverfahren
durchgeführt, welches in der US-PS 2 693 862 beschrieben ist, oder aber dadurch,
daß entlang einer Oberfläche maximaler Konvexität aufsummiert wird, wie es durch
Hagedoorn, Geophysical Prospecting, Juni 1954, beschrieben ist. Bei beiden Migrationsverfahren
werden Reflexionssignale in Zonen verteilt, in denen in Wirklichkeit keine Reflexion
existiert. Von einer individuellen Reflexion einer Kugelwelle, die durch einen Empfänger
zu einem gegebenen Zeitpunkt aufgenommen wird, läßt sich dabei der tatsächliche
Reflektor nicht definieren, jedoch läßt sich eine Oberfläche bestimmen, welche den
Ort der möglichen Reflexionspunkte für die aufgenommene Reflexion umfaßt.
-
Mittels der bekannten Migrationsverfahren wird jede Reflexion aus
einer Vielzahl nachgewiesener Reflexionen über eine Oberfläche verteilt, die zum
Ort möglicher Reflexionspunkte für die Einzelreflexion in Beziehung steht, obwohl
bekannt ist, daß nicht an allen Punkten entlang dieser Oberflächen
Reflexionen
existieren. Die verteilten Signale, die also einer Vielzahl derartiger Oberflächen
zugeordnet sind, die einer vorgegebenen Reflexionszeit entsprechen, werden bei dem
bekannten Verfahren aufsummiert. Bei diesem Aufsummierverfahren ergibt sich eine
wechselseitige Ausschaltung von Signalen, die in Zonen verteilt worden sind, in
denen tatsächlich keine Reflexion auftrat. Aus diesen aufsummierten Daten kann eine
Bestimmung der tatsächlichen Reflexion erhalten werden.
-
In Fig. 1 ist die allgemeine Reflexionssituation für herkömmliche
seismische Explorationsverfahren, bei denen sphärische Wellen Anwendung finden,
dargestellt. Seismische Energie von einer Quelle 78 gelangt zu einem eintauchenden
Reflektor 80, wird an einem Reflexionspunkt 82 reflektiert und gelangt dann zu einem
Empfänger 84. Ein Basis-Strahlengang 86 definiert im wesentlichen die Fortpflanzung
der seismischen Energie von der Quelle 78 zum Empfänger 84.
-
Nach der Normalaustrittskorrektur ist die Ankunftszeit des Reflexionssignales
am Empfänger 84 annähernd gleich der doppelten Normalseinfalls-Laufzeit zum Reflektor
80 entlang eines Normal-Einfallweges 88 von einem Quellenpunk-t 90, der auf halbem
Weg zwischen der Quelle 78 und dem Empfänger 84 liegt. Wie aus Fig. 1 entnommen
werden kann, sind im wesentlichen der tatsächliche Strahlenweg 86 von der Quelle
78 zum Reflektor 80 und zurück zum Detektor 84 sowie auch der nominelle Normaleinfallsweg
88 sämtlich zur Vertikalen geneigt. Der Reflexionspunkt 82 liegt nicht vertikal
unterhalb der Quelle 78, dem Detektor 84 oder dem auf halbem Weg gelegenen Oberflächenpunkt
90. Bei bekannten seismischen Explorationsverfahren wird das herkömmliche Verfahren
der Zeitmigration dazu verwandt, die Reflexionsanzeige auf einem seismischen Querschnitt
zu einer neuen
Position zu bewegen, wie dies im wesentlichen in
Fig. 2 dargestellt ist. Horizontal entspricht diese neue Position 92 derjenigen
des Reflexionspunktes 82. Vertikal repräsentiert die neue Position 92 die vertikale
seismische Zweiweg-Laufzeit entlang eines Weges 94 vom Reflexionspunkt 82 zu der
Oberflächenposition 92. Bei der praktischen Ausführung ist dieser doppelte Weg 94
physikalisch nicht realisierbar. Die herkömmliche gewanderte" Reflexion erscheint
aber auf einer seismischen Spur, die dem Oberflächenpunkt 92 zugeordnet ist, und
zwar zu einer Zeit, welche die Laufzeit entlang dem Rotationspfad 94 repräsentiert.
-
Das traditionelle Migrationsverfahren mittels der Methode der gemeinsamen
Tangente ist allgemein in Fig. 3 wiedergegeben. Die Migration durch Aufsummieren
entlang einer Oberfläche maximaler Konvexität 96 ist allgemein in Fig. 4 dargestellt.
Die duale Beziehung zwischen den beiden traditionellen Migrationsverfahren, die
in den Fig. 3 und 4 wiedergegeben sind, ist in Fig. 5 für den Basisfall wiedergegeben,
in dem der Ort der möglichen Reflexionspunkte in Fig. 3 ein Kreis 98 ist, entsprechend
einer sphärischen Wellenfront. Die entsprechende Oberfläche maximaler Konvexität
in Fig. 4 ist eine Hyperbel 96. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, schneidet jeder kreisförmige
Ort 98 das hyperbolische Beugungsmuster 96 zweimal, nämlich einmal an einem elementaren
Streuer 100 und einmal unterhalb desjenigen Oberflächenpunktes, an dem ein Normaleinfallsweg
102 endet. Das Migrationsverfahren besteht darin, daß eine Reflexionsanzeige von
dem zweiten der Schnittpunkte zum ersten bewegt wird, und zwar entlang entweder
des kreisförmigen geometrischen Ortes 98 oder des hyperbolischen Ortes 96. Diese
Migrationsverfahren verteilen Reflexionssignale entlang entweder von Flächen 98
oder 96 und aus
diesem Grunde also in Zonen entlang dieser Wege,
an denen keine tatsächliche Reflexion existiert. Die Migrationsverfahren verlassen
sich auf eine wechselseitige Ausschaltung beim Aufsummieren, welche dazu führt,
daß die Signale in diesen Zonen abgeschwächt werden, wobei diese Ausschaltung sich
in der Praxis als wirkungsvoll herausgestellt hat. Die Menge der Daten, die verarbeitet
werden müßten, um diese Migrationsverfahren auszuführen, ist aber sehr groß, wodurch
Migrationsverfahren sehr zeitaufwendig und kostspielig sind.
-
In ähnlicher Weise müssen auch unter anderen Gesichtspunkten große
Mengen von Daten bei bekannten seismischen Explorationsverfahren separat verarbeitet
werden. In typischer Weise sind zahlreiche Detektorkanäle erforderlich. Diese Kanäle
müssen auf dem gesamten Weg von den einzelnen Detektoranordnungen über die Bandaufzeichnung,
die Leistungswiedergabe, die Kompensation der sphärischen Divergenz und manchmal
auch durch De-Konvolutionsprozesse einzeln gehandhabt werden, ehe die Datenmenge
durch Stapelung reduziert werden kann. Der Zeit- und Kostenaufwand, der erforderlich
ist, um derartig große Mengen an Daten zu handhaben, haben es als wünschenswert
ergeben, die Menge der zu verarbeitenden Daten zu reduzieren. Bei bekannten seismischen
Explorationsverfahren und Signalverarbeitungsverfahren ließ sich eine Datenreduktion
charakteristischerweise aber nicht bewerkstelligen, ohne daß ein Teil der in den
reflektierten Signalen enthaltenen Information verlorenging.
-
Allgemein wird durch die Erfindung ein Verfahren vorgeschlagen, bei
dem eine Quelle für im wesentlichen ebene oder im wesentlichen zylindrische Wellen
simuliert wird, wobei seismische Explorationen unter Verwendung einer derartigen
Quelle
durchgeführt werden. Eine Gruppe von Quellenpositionen und eine Gruppe von Empfängerpositionen
werden zunächst erstellt. Hier, wie auch im folgenden, bedeutet der Ausdruck "Quellenposition"
stets eine Quelle für ein seismisches Signal, beispielsweise eine herkömmliche seismische
Quelle für im wesentlichen sphärische Wellen, angeordnet an einem gewünschten Ort.
In ähnlicher Weise bedeutet der Ausdruck "Empfängerposition" einen Empfänger, wie
eine herkömmliche Geophon- oder Hydrophongruppe, an einer gewünschten räumlichen
Position. Weiterhin bedeutet der Ausdruck "Gruppe von Quellenpositionen" eine oder
mehrere fluellenpositionen, während der Ausdruck Gruppe von Empfängerpositionen"
eine oder mehrere Empfängerpositionen bedeutet. Entsprechend dem Verfahren nach
der Erfindung weist wenigstens eine der beiden Gruppen, also der Gruppe von Quellenpositionen
und der Gruppe von Empfängerpositionen, eine Vielzahl von Positionen auf, die mit
Abstand über einen Bereich angeordnet sind, der wenigstens eine Dimension aufweist,
welche im Verhältnis zu einer seismischen Wellenlänge groß ist. Seismische Energie
wird in die Erde von der Gruppe von Quellenpositionen aus eingegeben. Eine Vielzahl
von Signalen wird durch die Empfänger in herkömmlicher Weise in Abhängigkeit von
der an der Gruppe von Empfängerpositionen empfangenen seismischen Energie erzeugt.
Die erzeugten Signale werden dann in einer Form kombiniert und aufgezeichnet, daß
die Reflexionsansprache der Erde auf eine seismische Welle simuliert wird, die eine
im wesentlichen kontinuierliche Wellenfront über wenigstens diejenige Erstreckung
der Quellen- oder Empfängerpositionen aufweist, deren Dimension im Verhältnis zu
einer seismischen Wellenlänge groß ist.
-
Es ist bekannt, daß eine Quelle, die im wesentlichen ebene Wellen
erzeugen soll, Dimensionen aufweisen muß, die relativ
zu einer
Wellenlänge groß sind. In ähnlicher Weise muß eine Quelle, welche im wesentlichen
zylindrische Wellen erzeugen soll, die Form einer Linie haben, deren Länge groß
ist im Verhältnis zu einer Wellenlänge. Bei der herkömmlichen seismischen Exploration
sind die Quellenabmessungen in der Größenordnung von höchstens einer Wellenlänge,
beispielsweise bei typischen Empfängerreihen. Die Gesamtlänge der Empfängerausbreitung
ist aber ein Vielfaches größer als die Wellenlänge der seismischen Energie.
-
Typische Ausbreitungen weisen 48 oder 96 einzelne Empfängerreihen
auf. Die Ausbreitungen können sechzigmal so groß sein wie die Länge einer seismischen
Welle. In gewisser Weise kann das Verfahren nach der Erfindung, unter einem bestimmten
Aspekt, wenigstens teilweise als Simulation von Zylinder oder ebenen Wellen durch
Verwendung einer vollständigen Ausbreitung als einzelne Empfängeranordnung aufgefaßt
werden.
-
Betrachtet man nun die Erfindung in ihren Einzelheiten, so zeigt Fig.
6A eine klassische Reflexionssituation, bei der ein Reflektor 20 horizontal angeordnet
ist. Eine Quelle 22 ist zentral entlang einer Ausbreitung oder einer Bahn 24 angeordnet.
Eine Vielzahl von Empfängern sind entlang der Ausbreitung 24 angeordnet. Drei derartige
Empfänger 26 sind in Fig. 6A dargestellt. Der zentrale Empfänger befindet sich dabei
in derselben Position wie die Quelle 22. Wege 28, 30 und 32 repräsentieren die Basis-Strahlenwege
für seismische Wellen von der Quelle 22 zum Reflektor 20 und zu den drei Empfängern
26. Ein Seismograph 34 (Fig. 6B) gibt die Spuren, welche diesen Strahlenwegen entsprechen,
als Funktion der Zeit wieder. Auf dem Seismographen 34 entspricht die Spur 36 dem
Strahlenweg 28, die Spur 38 dem Strahlenweg 30 und die Spur 40 dem Strahlenweg 32.
Die allgemeine Form der ersten ankommenden Signale,
der gebrochenen
Signale 42, hat auf dem Seismographen die allgemeine Form, welche durch die Linie
44 wiedergegeben ist. Die reflektierten Signale 36a, 38a und 40a andererseits haben
die im wesentlichen hyperbolische Form einer Normalaustrittskurve 46. Es ist zu
bemerken, daß die typische Ausbreitung 24)48 oder 96 Empfängeranordnungen aufweist,
wobei eine gleiche Anzahl von Strahlenwegen vorhanden ist. Zur klareren zeichnerischen
Darstellung sind aber nur drei derartige Empfänger und Strahlenwege in Fig. 6A wiedergegeben.
In ähnlicher Weise würde natürlich der Seismograph 34 eine gleiche Anzahl von Spuren
aufweisen, wie die Zahl der Empfängerreihen oder Empfängeranordnungen.
-
Reflexionssignale 48 und 50, die reinigender zusätzlichen Empfänger
entsprechen, sind auf dem Seismographen 34 aus nachfolgend sich noch ergebenden
Diskussionsgründen gezeigt.
-
Figur 7A gibt dieselbe Grundsituation wieder, die in Figur 6A dargestellt
ist, mit der Ausnahme, daß der Reflektor 20 eintaucht. In ähnlicher Weise betrifft
Figur 7B einen Seismographen, der der in Figur 7A wiedergegebenen Situation entspricht.
In den Figuren 6A, 6B, 7A und 7B sind gleiche Bezugszeichen verwendet, um entsprechende
Elemente in diesen Figuren zu bezeichnen.
-
Die Seismographen bzw., richtiger, die seismographischen Aufzeichnungen
34 in den Figuren 6B und 7B geben die herkömmlichen seismischenBeobachtungen wieder,
die von einer Quelle snhärischcr Wellen in eine Ausbreitung aus vielen Empfängeranordnungen
wiedergegebeli werden, wie dies in den Figuren 6A und 7A dargestellt ist. Es ist
legitim, das Prinzip der Reziprozität auf die Grundsituationen, die in Figuren 6A
und 7A wiedergegeben sind, anzuwenden. Eine Anwendung dieses Prinzips erlaubt die
Vertauschung von Quelle und Empfänger ohne Anderung des beobachteten Reflexionssignales.
Daher können die Aufzeichnungen 34 der Figuren 6B und 7B als die Aufzeichnungen
betrachtet werden, die von einem Empfänger an der Quellenposition für aufeinanderfolgende
Erregung der Kugelwellenquellen an jeder der Empfängerpositionen erhalten werden.
-
Die Wirkung dessen, daß diese Kugelwellenquellen simultan erregt werden,
und nicht sukzessiv, besteht darin, daß eine im wesentlichen zylindrische Welle
erzeugt wird. Die Simulierung der Reflexions ansprache einer zylindrischen Welle
wird dementsprechend durch einfache lineare Aufsummierung
der gesamten
Spurenfolge, die durch die Spuren 36, 38 und 40 wiedergegeben ist, erhalten. Mit
anderen Worten, die Aufsummierung entlang der Zeitachse aller Spuren der seismischen
Aufzeichnung 34 ergibt das Signal, welches man durch einen einzigen Empfänger an
der Quellenposition im Anschluß an die Impulserregung einer Linienquelle, die eine
Ausbreitungsdimmension 24 hat, erhalten würde.
-
Eine graphische Darstellung einer kombinierten Spur 42, die durch
eine derartige Summierung erhalten wurde, ist in den Figuren 6B und 7B wiedergegeben.
Die Form des Reflexionsimpulses 51 auf der Spur 52 ist eine Integralversion derjenigen
auf der Spurenfolge, die durch die Spuren 36a, 38a und 40a wiedergegeben ist. Die
Originalform der Spuren kann durch einfache Differenzierung des Ausganges oder der
kombinierten Spur 52 wiederhergestellt werden. Zu einem Zeitpunkt, zu dem die Tangente
an die Kurve 46 horizontal liegt, existiert ein signifikanter Ausgang 51, während
nachfolgend nur ein kleiner Ausgang vorliegt. Alle einzelnen Reflexionsausgänge
36a, 48, 50, 38a und 40a sind relativ zur Hyperbel 46 in Phase, jedoch sind sie
nicht in Phase, betrachtet man sie bezüglich der vertikalen Zeitachse der Aufzeichnung
34. Vielmehr sind die Reflexionsausgänge relativ zur Zeitachse miteinander um einen
Betrag außer Phase, der der Neigung der Hyperbel 46 entspricht. Wenn dementsprechend
die einzelnen Reflexionsausgänge entlang der Zeitachse aufsummiert werden, werden
benachbarte Ausgänge in beträchtlichem Maße an Positionen entlang der Hyperbel 46
ausgelöscht, an denen die Neigung oder Steigung der Hyperbel groß ist und die Phasenunterschiede
benachbarter Signale signifikant sind. Im geringeren Maß findet jedoch eine Auslöschung
benachbarter Ausgänge nahe einem Scheitel 54 der Hyperbel statt, wo die Steigung
der
Hyperbel klein ist und die Phasenunterschiede zwischen benachbarten Reflexionsausgängen
relativ gering sind. Beispielsweise haben die Ausgänge 36a und 48 die Tendenz, einander
während des Summationsprozesses auszulöschen, weil diese Ausgänge deutlich außer
Phase liegen. Die benachbarten Ausgänge 38 und 50 jedoch, die nahe dem Scheitel
54 der Hyperbel 46 liegen, löschen einander nicht stark aus, weil die Phasenunterschiede
zwischen diesen letztgenannten Ausgängen relativ gering sind. In der Tat sind die
Ausgänge nahe dem Scheitel 4 additiv und tragen beträchtlich zum Ausgang der kombinierten
Spur 52 bei.
-
Es ist daher wünschenswert, daß ein einzelner Reflexionsausgang bei
einer kleinen Quellen/Empfänger-Distanz in den einzelnen kombinierten Reflexionssignalen
verfügbar ist. Derartige Reflexionssignale werden nahe dem Scheitel der Kurve 46
auf der seismischen Aufzeichnung gefunden, und zwar wegen der relativ kurzen Zweiweg-Laufzeiten,
die kleinen Quellen/Empfänger-Distanzen entsprechen.
-
Diese einzelnen Reflexionsausgänge nahe dem Scheitel 54 der Hyperbel
46 sind diejenigen Reflexionsausgänge, welche zum Ausgang auf der kombinierten Spur
52 signifikant beitragen. Wenn ein Signal dieser Art jedoch nicht verfügbar ist,
kann es durch Interpolation entlang einer geeigneten Hyperbel von den nächstgelegenen
wenigen Emfpängerspuren konstruiert werden. Die Erstreckung des Reflektors 20, der
effektiv-ensonifiziert ist, d.h. also, die Erstreckung des Reflektors produziert
Reflexionssignale, die signifikant zum Reflexionsausgang der kombinierten Spur 52
beitragen, hängt eng mit der Krümmung der Hyperbel 46 zusammen.
-
Wo die Krümmung der Hyperbel stark ist, tragen nur relativ wenige
Spuren nahe dem Scheitel 54 der Hyperbel 46 signifikant zum Reflexionsausgang auf
der kombinierten Spur 52 bei. Wenn andererseits die Krümmung der Hyperbel 46 flacher
ist,
trägt eine größere Anzahl von Spuren nahe dem Scheitel 54 der Hyperbel zum Ausgang
der kombinierten Spur 52 bei.
-
Die Krümmung der Hyperbel 46 ist wiederum mit der Geschwindigkeit
der seismischen Wellen verknüpft. Seismische Wellen, welche höhere Geschwindigkeiten
haben, bilden flachere Hyperbelkurven. Da allgemein die Geschwindigkeit seismischer
Wellen ansteigt, wenn die seismische Welle durch tiefere geologische Schichten läuft,
bilden die einzelnen Reflexionssignale von Reflektoren unterhalb des Reflektors
20 im allgemeinen flachere hyperbolische Kurven. Aus diesem Grunde trägt ein größerer
Anteil dieser niedriger gelegenen Reflektoren signifikant zum Reflexionsausgang
der kombinierten Spur 52 bei. Es ist wünschenswert, daß diese größere Anzahl einzelner
Reflexionsimpulse zum Ausgang der kombinierten Spur 52 beiträgt, weil das Signal/Rausch-Verhältnis
sich mit einem Anstieg der Zahl der Reflexionssignale, die zum Ausgang 51 der Spur
52 beitragen, verbessert. Durch das Simulationsverfahren nach der Erfindung ergibt
sich also ein automatischer Vorteil hinsichtlich der Signal/Rausch-Verhältnisse,
da die effektiv-ensonifizierte Erstreckung des Reflektors mit der Tiefe des Reflektors
ansteigt.
-
Aus einem ähnlichen Grund ist das Verhältnis von Primärreflexionen
zu Mehrfachreflexionen auf der kombinierten Spur 52 besser als auf einer einzelnen
Spur 38a, da die Krümmung der Primärreflexionen normalerweise geringer ist als diejenige
der Mehrfachreflexionen, die gleichzeitig ankommen. Meh rfachre flexionen haben
allgemein geringere Geschwindigkeiten als Primärreflexionen, die gleichzeitig empfangen
werden, da ein größerer Teil der Fortpflanzung der Mehrfachreflexionen durch flachere
Schichten der geologischen Struktur führt, in denen die effektive Geschindigkeit
der Wellen typischerweise niedriger ist. Dementsprechend
ist die
Krümmung der Normalaustrittskurve 46, die den Mehrfachreflexionen zugeordnet ist,
stärker als diejenige der Kurve 46, die den Primärreflexionen zugeordnet ist. Wegen
dieses Unterschiedes in den Krümmungen der Normalaustrittskurven, die den Primär-
und Mehrfachreflexionen zugeordnet sind, ist das Verhältnis der Primärreflexionen
zu den Mehrfachreflexionen, die zum Ausgang auf der kombinierten Spur 52 beitragen,
größer als dasjenige, welches einem einzelnen Reflexionssignal, beispielsweise 38a
zuzuordnen ist.
-
Es ist auch zu bemerken, daß der Ausgang auf der kombinierten Spur
52, welcher Oberflächenwellen zuzuordnen ist, relativ gering ist. Wenn die Ausbreitungsanordnung
so gewählt wird, daß benachbarte Anordnungen sich beinahe berühren, so ist in der
Tat die Empfindlichkeit gegenüber Oberflächenwellen sehr klein. Wenn die einzelnen
Empfänger mit gleichem Abstand über das Ausbreitungsfeld angeordnet sind, so nähert
das gesamte Ausbreitungsfeld sich sehr eng an eine kontinuierliche Anordnung und
ist daher gegenüber Oberflächenwellen relativ unempfindlich.
-
Bei der üblichen Fraxis der Mehrfachabdeckung wird die Quellen-Ausbreitungsanordnung
der Figuren 6A und 7A entlang des durchquerten Profiles viele Male wiederholt.
-
Der Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Quellenpositionen ist angenähert
ein Bruchteil der Ausbreitungslänge. Wenn bei der vorliegenden Erfindung Mehrfachabdeckung
angewandt wird, so wird für jede aufeinanderfolgende Quellenposition eine kombinierte
Spur 52 erhalten.
-
Insbesondere für die übliche Verbesserung der Mehrfachabdeckungsmethode,
bei der eine Quellenposition wiederum an
jeder Empfängerposition
eingenommen wird, können die oben unter Bezugnahme auf eine symmetrische Ausbreitung
beschriebenen Signale auch bei einer Längsrichtausbreitung gewonnen werden. Eine
symmetrische Siebenspur-Ausbreitung, die um die Stelle 56 zentriert ist, läßt sich
von einer Längsrichtausbreitung 58 mit vier Empfängern 60, 62, 64 und 68 erhalten,
wenn die Quelle vier Positionen 70, 72, 74 und 76 einnimmt. Die Mitte und der linke
Teil der symmetrischen Ausbreitung wird von der Quelle bei einer Position 70 erhalten,
indem seismische Signale auf Empfänger in den Positionen 60, 62, 64 und 68 eingegeben
werden. Der rechte Teil wird von den Quellen an den Positionen 72, 74 und 76 erhalten,
indem seismische Energie in die Empfänger an den Positionen 64a, 62a bzw. 60a eingegeben
wird (d.h. also, bei der Position 68).
-
Bei den oben beschriebenen Situationen repräsentiert die kombinierte
Spur 52 den Ausgang von einer Linienquelle, die eine Dimension der symmetrischen
Ausbreitungslänge hat. Die Spur 52 ist daher die Ansprache der Erde auf eine im
wesentlichen zylindrische Welle. Natürlich können die Flächen anordnungen von Quellen
und Empfängern so gebildet werden, daß eine der Spur 52 äquivalente Spur für eine
effektive Flächenquelle großer Abmessungen gehalten werden, woraus sich eine kombinierte
Spur 52 ergibt, die die Ansprache der Erde auf eine im wesentlichen ebene Welle
repräsentiert.
-
Da die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeleiteten Signale ebene
oder zylindrische Wellen sind, erfordern diese Signale eine geringere Amplitudenkompensation
als solche Signale, die nach herkömmlichen seismischen Explorationsverfahren aufgezeichnet
werden. Bei den herkömmlichen
Verfahren wird ein seismisches Reflexionssignal
von einer sphärischen Quelle aufgezeichnet, wobei die erforderliche Amplitudenkompensation
zum Radius der Wellen frontproportional ist. Ebene Wellen unterliegen keiner sphärischen
Divergenz, wie dies bei sphärischen Wellen der Fall ist, so daß also keine Amplitudenkompensation
erforderlich ist. Signale, die von zylindrischen Wellen abgeleitet werden, erfordern
eine Kompensation, die der Quadratwurzel des Radius der Wellenfront proportional
ist, nicht aber eine Kombination, die dem Radius der Wellen von selbst proportional
wäre.
-
Wie bei bekannten seismischen Explorationsverfahren ist ein Zeitmigrationsverfahren
bei den Signalen, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeleitet werden, von
Nutzen.
-
In den Figuren 9 bis 12 ist ein Migrationsverfahren wiedergegeben,
welches sich für Signale eignet, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeleitet
worden sind.
-
Die simulierte Spur 52, die in den Figuren 6B und 7B dargestellt ist,
entspricht dem Ausgang von einem Empfänger, an einer Quellenstelle, die durch eine
lineare Quelle über die Erstreckung der Ausbreitung 24 erzeugt wird. Dieser Ausgang
der kombinierten Spur 52 wird durch die einfache Summierung einer Folge von Spuren,
die durch die Spuren 36, 38 und 40 charakterisiert sind, erhalten. Der Ausgang der
kombinierten Spur 52 repräsentiert daher die Reflexionsansprache an die Erde auf
eine nach unten sich fortpflanzende ebene Welle, deren Front horizontal liegt und
deren Strahlengänge oderStrUßenwege vertikal sind. Die nach oben verlaufenden Strahlenwege
sind natürlich nur dann vertikal, wenn der Reflektor horizontal liegt. Ansonsten
ist der nach oben verlaufende Strahlenweg zur Vertikalen geneigt
und
geht stets durch die Quellenposition, der die simulierte Spur 52 zugeordnet ist,
hindurch. Der geometrische Ort der möglichen Reflexionspunkte für eine feste Länge
des Reflexionsweges ist daher eine Parabel 104 (Figur 9).
-
Die Wege 106 bis 116 stellen typische nach unten verlaufende Strahlenwege
dar, während die Wege 118 bis 128 typische nach oben verlaufende Strahlenwege bezeichnen.
Die Parabel 104, die den geometrischen Ort der möglichen Reflexionspunkte repräsentiert,
hat ihren Fokuspunkt an einer Oberflächenposition 130, welche diejenige Oberflächenposition
repräsentiert, der die simulierte Spur 52 zuzuordnen ist.
-
Die Parabel 104 schneidet die Oberfläche 132 unter Winkeln von 450,
so daß Reflektoreintauchungen von mehr als 450 durch die vereinfachte Situation,
die in Figur 9 dargestellt ist, nicht nachgewiesen werden können. Eintauchwinkel
von 450 werden in der Tat durch die Ausbreitung von Figur 9 nur dann nachgewiesen,
wenn die Ausbreitung viermal so lang ist wie der Fokalabstand z0. Ansonsten entspricht
der maximal nachweisbare Eintauchwinkel bei der in Figur 9 wiedergegebenen Situation
der Neigung der Parabel 104 an einem Ende 134 der Ausbreitung. Wie jedoch weiter
unten noch im einzelnen gezeigt wird, können auf die durch die Spuren 36, 38 und
40 charakterisierten Spuren Zeitverschiebungen aufgeprägt werden, so daß steilere
Reflektoreintauchungen nachweisbar sind.
-
Die Gleichung der Parabel 104, bezogen auf ein Koordinatensystem,
dessen Ursprung an der simulierten Empfängerstelle 130 liegt, ist: x2 = 4z0-( z0-z)
(1) Das Verfahren der Zeitmigration nach der Methode der gemeinsamen Tangente muß
daher die Reflexions an zeige horizontal
um eine Strecke x bewegen.
Wenn das Medium, durch welches die seismischen Wellen verlaufen, gewährleistet,
daß die Wellen entlang ihrer jeweiligen Strahlenwege mit konstanter Geschwindigkeit
v laufen, so bewegt die Migration auch die Ankunftszeit der Reflexionsanzeige entlang
eines seismischen Schnittes nach oben zu einer neuen Zeit tx, die definiert ist
durch: 2 t = t - x (2) x 0 tov wobei t0 die Zeit der Reflexion vor der Migration
ist.
-
Wie weiter oben bereits unter Bezugnahme auf Figur 5 diskutiert wurde,
besteht eineduale Beziehung zwischen der Migration nach der Methode der gemeinsamen
Tangente und durch Summieren entlang eines Beugungsmusters. Figur 10 illustriert
die Form eines Beugungsmusters, welches für die Migration geeignet ist, wobei Signale
verwendet werden, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgeleitet worden sind.
Ein Streupunkt 138, ein simulierter vertikaler, nach unten verlaufender Strahlenweg
140 und ein Beugungsstrahlenweg 142 gehen zu einem Empfänger 144, wie in Figur 10
dargestellt ist. Die Zeit t0 der Beugung, die unter der Empfängerposition 144 stattfindet,
ist bei 146 wiedergegeben. Die Zweiweg-Laufzeit für diese Beugung ist gleich der
Summe der Laufzeiten entlang der Wege 140 und 142. Die Gleichung des Beugungsmusters
136, bezogen auf ein Koordinatensystem, welches durch den Streupunkt 138 geht, lautet
wie folgt: X2 2 2(3) X2 v v2 t + t (3)
wobei t die Zweiweg-Laufzeit
zum Scheitel des Beugungsx musters 136 ist, beobachtet am Schnitt, und td die zusätzliche
Zweiweg-Zeit zu einem Punkt auf dem Beugungsmuster darstellt, der um eine Distanz
x vom Scheitel entfernt ist.
-
Wenn td relativ zu t klein ist, wie es für Streuer mit bex trächtlicher
Tiefe zutrifft, ist das Beugungsmuster 136 annähernd eine Parabel.
-
Bezogen auf ein besser brauchbares Koordinatensystem, welches durch
einen Oberflächenpunkt 148 oberhalb des Streuers 138 hindurchgeht, lautet die Gleichung
des Beugungsmusters 136 wie folgt: 2 tO = t x x2 O x (4) t v2 x wobei t0 die vertikale
Zweiweg-Zeit vom Ursprung der Koordinaten 148 bis zum Scheitel 138 und t die Zweiweg-Zeit
x des Beugungsauftrittes auf der simulierten Spur beim Empfänger 144 um eine Distanz
x vom Oberflächenpunkt 148 darstellt.
-
Die letztgenannte Gleichung des Beugungsmusters hat dieselbe allgemeine
Formel wie die Gleichung (2) für die Migration nach der Methode der gemeinsamen
Tangente, mit der Ausnahme, daß der Ursprung der x-Koordinate im allgemeinen unterschiedlich
ist.
-
Der Zusammenhang zwischen den durch die Methode der gemeinsamen Tangente
und durch die Beugung wiedergegebenen Näherungen an die Migration nach der Erfindung
läßt sich aus Figur 11 erkennen. Eine Reflexion, die zu einer Zeit 150 auf der simulierten
Spur 52 auftritt, die einem Oberflächenpunkt 152 zugeordnet ist, abgebildet auf
einer nicht-migrierten Sektion, kommt von einem Reflexionspunkt, der irgendwo auf
einer Parabel 154 liegt. Ein Element 156 des Reflektors, dls Punktstreuer betrachtet,
erzeugt Beugungssignale auf simulierten Spuren 52, die allen Oberflächenpunkten
zugeordnet sind.
-
Diese Signale auf dem nicht-migrierten oder keiner Verschiebung unterworfenen
Abschnitt folgen einer Kurve 158, die in der Tiefe eine Parabel annähert. Der Effekt
der zweidimensionalen Migration nach der Methode der gemeinsamen Tangente besteht
darin, daß die Reflexionsanzeige von ihrer nicht-migrierten Position 160 entlang
der Parabel 154 zu ihrer migrierten Position 162 bewegt wird, indem in herkömmlicher
Weise alle simulierten Spuren 52, die entlang der Kurve 154 verteilt sind, aufsummiert
werden. In der Position 162 wird das migrierte Signal durch migrierte Signale verstärkt,
die von den simulierten Spuren erhalten werden, die Oberflächenpunkten zwischen
der Empfängerposition 152 und einem Oberflächenpunkt 164 vertikal oberhalb des Reflexionsnunktes
162 zugeführt wurden. Der Effekt der zweidimensionalen Beugungsmigration besteht
darin, daß die Reflexionsanzeige 160 in das aufgetragene migrierte Signal unterhalb
eines Oberflächenpunktes 164 eingetragen wird, indem in herkömmlicher Weise alle
simulierten Spuren 52, die entlang der Beugungskurve 158 verteilt sind, summiert
werden. In ähnlicher Weise erfolgt eine dreidimensionale Wanderung oder Migration
dadurch, daß Spuren 52 über ein Paraboloid aufsummiert werden, welches entweder
der Kurve 154 oder aber der Kurve 158 entspricht.
-
Die vorstehende Diskussion der Migration ist natürlich übermäßig vereinfacht,
da in der wirklichen Erde die Geschwindigkeiten eine Funktion der Tiefe sind. Wenn
dieser Faktor berücksichtigt wird, so müssen die oben wiedergegebenen Gleichungen
in der Weise modifiziert werden, daß sie eine Geschwindigkeitsänderung enthalten,
während die Oberflächen, die sie repräsentieren, stärker gekrümmt werden.
-
Die Art der Geschwindigkeitsvariation ist in Fig. 12 wiedergegeben,
wobei die Geschwindigkeit entlang eines nach unten verlaufenden Strahlenweges 166
sich stets sehr eng an die mittlere Geschwindigkeit annähert. Die Geschwindigkeit
eines
nach oben verlaufenden Strahles 168 nähert sehr eng die Fortpflanzungsgeschwindigkeit
(r.m.s.-Geschwindigkeit) an. Die Kenntnis, daß eine Komponente des Weges 166 stets
vertikal verläuft, ist bei der Lösung der Geschwindigkeitsprobleme von beträchtlichem
Vorteil.
-
Dieselbe Kenntnis ist auch von Vorteil bei Einzelheiten der Migrationstechnik,
da es bekannt ist, daß der im wesentlichen vertikale Weg 94 (Fig. 2), der durch
einen zeitmigrierten Abschnitt wiedergegeben wird, bei den vorliegenden Verfahren
ein realer Strahlenweg 166 ist. Bei bekannten seismischen Explorationsverfahren
ist der Weg 54 hingegen vollständig willkürlich. Dementsprechend sind die Amplituden
der migrierten Signale, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhalten werden,
wesentlich verläßlicher als diejenigen, die durch herkömmliche Migrationssignalverarbeitung
bei bekannten seismischen Explorationsverfahren erhalten werden, Einige weitere
Vorteile ergeben sich aus der Tatsache, daß eine Komponente 166 des Reflexionsweges
im wesentlichen vertikal verläuft. Dazu gehört die Sicherheit, daß Plehrfachreflexionen
und Nachhallerscheinungen, die zwischen horizontalen Zwischenflächen erzeugt werden,
auf dieser Komponente des Weges eine konstante Periodizität behalten.
-
Weiterhin gehört hierzu die Sicherheit, daß Wege, die durch oberflächennahe
Schichten verlaufen, insbesondere in Dauerfrostschichten, vertikal sind.
-
Bei bekannten seismischen Explorationsverfahren werden Paketgeschwindigkeiten
aus Beobachtungen der gemeinsamen Tiefenpunkte (common-depth-point) berechnet, wobei
mittlere Geschwindigkeiten und Migrations- oder Wandergeschwindigkeiten wiederum
hieraus abgeleitet werden. Diese Möglichkeit ist auch beim erfindungsgemäßen Verfahren
gegeben. Das Verfahren
nach der Erfindung gibt jedoch darüber hinaus
eine neuartige Methode zum Berechnen der Geschwindigkeiten an.
-
Für die neigungslose Reflexionssituation, die in Fig. 6A wiedergegeben
ist, ist die Kurve 46 von Fig 6B eine Hyperbel die symmetrisch um die mittlere Spur
38 verläuft. Der Normalaustritt für diese symmetrische Hyperbel 46 als Funktion
der Quellen/Empfänger-Distanz, damit auch als eine Funktion der Spurenzahl über
die Folge von Spuren, welche durch die Spuren 36, 38 und 40 wiedergegeben ist, kann
aus jedweder vorgegebenen Geschwindigkeit nach bekannten Techniken berechnet werden.
Wenn die Normalaustrittszeiten für die bekannten uellenempfänger-Distanzen entlang
einer gemeinsamen Zeitachse 170 (Fig. 13A) aufgetragen werden, so erscheinen sie
als Punkte 172 - 190. Der Punkt 172 repräsentiert die Normaleinfallsreflexionszeit
auf der Spur 38.
-
Die anderen Punkte repräsentieren Reflexionszeiten bei progressiv
größeren Quellen/Empfänger-Distanzen. Da die Hyperbel 46 um eine Spur 10 von Fig.
6A symmetrisch ist, existieren zwei aufgezeichnete Signale, die jedem Normalaustrittspunkt
in Fig. 13A entsprechen. Wenn also die Feldanordnung der Empfängerausbreitung 48
Empfängeranordnungen, symmetrisch auf jeder Seite der Quelle, aufweist, existieren
48 Punkte entlang der Zeitachse 170.
-
Wie in Fig. 13B gezeigt ist, kann eine Vielzahl von Impulsspitzen
172a - 190a entlang der Zeitachse 170 errichtet werden. Jeder derartiger Impulsspitzen
entspricht einem der Punkte 172 bis 190 auf der Zeitachse 170, die in Fig. 13A wiedergegeben
ist. Die Impulsspitzen 172a bis 190a geben eine Zeit-Wellenform, die als Geschwindigkeitskorrelationssignal
verwendet wird. Da die kombinierte Spur 52 durch Addieren der Aufeinanderfolge der
Spuren, welche durch die Spuren 36, 38 und 40 charakterisiert ist, gebildet wird,
enthält die kombinierte Spur 52 in sich Reflexionsimpulse,
deren
zeitlicher Zusammenhang mit dem Reflexionsimpuls auf der Spur 38 exakt dem Impulsspitzenmuster
172a bis 190a entspricht. Wenn daher das Geschwindigkeitskorrelationssignal, welches
in Fig. 13B wiedergegeben ist, mit der Spur 52 korreliert wird, so wird ein großer
Wert eines Korrelationskoeffizienten erhalten, vorausgesetzt, daß die Geschwindigkeit,
die beim Berechnen des Normalaustrittet angewendet wird, geeignet gewählt ist. Es
kann also derjenige Geschwindigkeitswert gesucht werden, der dem maximalen Korrelationskoeffizienten
bei jeder Reflexionszeit liefert. Ein derartiges Verfahren der Identifizierung derjenigen
Geschwindigkeit, die den maximalen Korrelationskoeffizienten liefert, ist dann von
Vorteil, wenn die Anzahl der Empfängeranordnungen, die in der Ausbreitung 24 verwendet
werden, groß ist, so daß die Anzahl von Impulsspitzen 172a bis 190a groß ist. Diesist
bei der heutigen seismischen Explorationstechnik der Fall. Der Korrelationskoeffizient,
der zur richtigen Zeit und Geschwindigkeit erhalten wird, ist daher ein vielfaches
größer als derjenige, der ohnehin durch Einzelkorrelationen zwischen den einzelnen
Impulsspitzen und den Reflexionsimpulsen, die nicht angepaßt sind, erhalten wird.
-
Beim Bestimmen der Geschwindigkeit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
kann es auch wünschenswert sein, Impulsspitzen zu verwenden, die ungleiche Amplituden
aufweisen, oder einen Impuls nach Art einer Reflexion anstelle jeder Impulsspitze
zu erzeugen. Die Verwendung eines Impulses nach Art eines Reflexes, wie eines solchen,
der aufgrund der Reflexionsdaten zu erwarten ist, hat den Vorteil, daß man von Rauschen
unterscheiden kann. Wenn reflexionsartige Impulse verwendet werden, ist eine volle
Korrelation zwischen den Spuren 52 und dem Geschwindigkeitskorrelationssignal wünschenswert.
Impulsspitzen mit ungleichen Amplituden, wie also Impulsspitzen, die kleinere
Amplituden
bei kleineren Werten des Normalaustrittes haben, können dazu verwendet werden, die
Reflexionsausgänge der Spuren, wie 36a und 40a, die an den äußeren lxanten der Normalaustrittskurve
46 liegen, zu betonen. Diese äußeren Spuren enthalten eine wertvolle Information
hinsichtlich der Geschwindigkeit, die es manchmal wünschenswert macht, derartige
Spuren hervorzuheben.
-
Wie bereits oben ausgeführt wurde, haben Ausbreitungen oder Ausbreitungsfelder,
die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden, vorzugsweise Anordnungen,
die im wesentlichen benachbart sind, so daß die Geophone oder Hydrophone einheitlich
entlang der AusbreItung verteilt sind. Dies ist manchmal für die Geschwindigkeitsbestimmungsmethode,
die oben beschrieben wurde, nicht zuträglich, da die Summierung, mittels welcher
die Spuren 52 erhalten werden, die Tendenz hat, den Beitrag von den äußeren Spuren,
wie 36 und 40, von denen eine Geschwindigkeitsmessung abhängig ist, zu reduzieren.
Daher wird die Geschwindigkeitsbestimmung nach der Erfindung am besten an einigen
Spuren 52 ausgeführt, die nicht alle möglichen Spuren der Spurenfolge, welche durch
die Spuren 36, 38 und 40 charakterisiert ist, repräsentieren. Beispielsweise kann
die Geschwindigkeitsbestimmung unter Verwendung einer symmetrischen Ausbreitung
zunächst mit allen ungraden Spuren auf einer Seite der Quelle und dann mit allen
geraden Spuren auf der anderen Seite ausgeführt werden. Anschließend wird die Bestimmung
wiederholt, wobei die restlichen Spuren verwendet werden.
-
Auf diese Weise stehen zwei unabhängige Messungen zur Mittelwertbildung
zur Verfügung, wobei jede Messung eine alternierende Abfolge von Anordnungen und
Lücken enthält.
-
Zur Ceschwindigkeitsbestimmung ist es also zweckmäßig, weniger als
alle Spuren von den Empfängern zu verwenden, da hierdurch der Vorteil beibehalten
wird, daß die äußeren Spuren, wie 36 und 40, zur Geschwindigkeitsbestimmung
beitragen.
-
Während die vorstehende Diskussion der Geschwindigkeitsbestimmung
unter Bezugnahme auf die Null-Eintauch-Situation, wie sie in Fig. 6A wiedergegeben
ist, erläutert wurde, kann dieselbe Technik auch dazu verwendet werden, Geschwindigkeiten
zu berechnen, wenn ein Eintauchen stattfinden darf.
-
Wenn ein Eintauchen oder eine Neigung zulässig ist, wird die Normalaustrittshyperbel
sowohl horizontal als auch vertikal von derjenigen Position, die sie ohne Vorliegen
eines Eintauchens einnehmen würde, verschoben. Die Normalaustrittskurve behält aber
dieselbe hyperbolische Form.
-
Ein besonderer Vorteil der Geschwindigkeitsbestimmung nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren besteht darin, daß die resultierende Geschwindigkeitsmessung die tatsächliche
Fortpflanzungsgeschwindigkeit ergibt. Diese hängt nicht vom Eintauchwinkel ab. Bei
herkömmlichen Verfahren erfordern die Kurvenanpassungsverfahren, die zur Geschwindigkeitsbestimmung
verwandt werden, eine Annahme hinsichtlich der Position des Scheitels 54 der Normalaustrittskurve
46.
-
Wenn die Annahme hinsichtlich der Position des Scheitels falsch ist,
so ist auch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit, die nach herkömmlichen Verfahren
ermittelt wird, falsch.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren hängt die Aufsummierung der Spuren
zur Bildung der kombinierten Spur 52 nicht von einer bestimmten Position des Scheitels
54 der Normalaustrittskurve 46 ab. Dementsprechend ist die Fortpflanzungsgeschwindigkeit,
die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gemessen wird, nicht von der eintauchwinkelabhängigen
Position des Scheitels 54 der Normalaustrittskurvc abhängig.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren weist jedoch auch beträchtliche Vorteile
hinsichtlich der Messung des Eintauchens auf.
-
Eine ebene Welle, die von einem ebenen Reflektor 192 (Fig.
-
14) reflektiert wird, bleibt eben und tritt an einer Oberfläche
194
in dieser Form aus. Der übliche Zusammenhang zwischen dem Eintauchwinkel (1l-, der
Geschwindigkeit und dem Austrittswinkel, der aus einer Lösung des Dreiecks, welches
durch die Linien zwischen den Empfängerpositionen 196 und 198 und aus einer dritten
Position 200 erhalten werden kann, ist beim erfindungsgemäßen Verfahren exakt.
-
Bei den bekannten seismischen Explorationsverfahren, bei denen Kugelwellen
verwendet werden, ist dieser Zusammenhang nur annähernd erfüllt. Der Austrittswinkel
2 zur ist gleich dem doppelten Eintauchwinkel für eine konstante Geschwindigkeit.
Wenn die gesamte Zweiweg-Laufzeit von einer effektiven Quelle 202 zum Reflektor
192 und wiederum zu einem effektiven Empfänger bei 196t ist, so nimmt ein vertikaler,
nach unten gerichteter Teil des Strahlenweges 204 eine Einweg-Laufzeit von ungefähr
1/2t (1-tan (X) (5) ein, während der schräge, aufwärts gerichtete Teil des Weges
206 eine Hinweg-Laufzeit erfordert, die gegeben ist durch 1/2t (1+tan2ri) (6) Eine
Messung des Zeitgradienten einer Reflexion auf den simulierten Spurenabschnitt,
der durch eine Vielzahl von Spuren 52 gebildet wird, läßt sich dazu verwenden, die
Verteilung der seismischen Daten während der Migration zu wichten, um den Effekt
der Verteilung von Reflexionssignalen in Zonen, in denen die Reflektoreintauchung
hinreichend steil ist, um den Nachweis einer Reflektion in diesen Zonen auszuschließen,
auf ein Minimum zu brinqen.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren gibt weiterhin die Möglichkeit, Reflexionssignale
auch von steilen Eintauchungen nachzuweisen. Zeitverschiebungen können auf die Originalspuren,
wie
36, 38 und 40, aufgebracht werden. Die Zeitverschiebungen wachsen progressiv von
der simulierten Spurenposition weg, positiv in einer Richtung und negativ in der
anderen. Durch Aufbringen derartiger Zeitverschiebungen auf die Originalspuren wird
eine nach unten verlaufende Ebene oder zylindrische Wellenfront, die zur Horizontalen
geneigt ist, simuliert. Die Wellenfront kann so geneigt sein, daß sie zum eintauchenden
Reflektor parallel liegt. Wenn sie parallel zum eintauchenden Reflektor liegt, ist
der Austrittswinkel gleich dem Eintauchwinkel, während der Eintrittswinkel das Komplement
des Eintauchwinkels ist. Um die Migration auszuführen, wenn kein Teil des Strahlenweges
vertikal liegt, sind kompliziertere Migrationstechniken erforderlich, wie sie in
der US-Patentanmeldung Serial No. 519 347, angemeldet am 30. Oktober 1974, beschrieben
sind.
-
Ein weiteres Merkmal der Erfindung hinsichtlich des Eintauchens sollte
ebenfalls beachtet werden: Wenn bei der Erfindung horizontale Wellenfronten verwendet
werden, werden keine Mehrfachreflexionen beobachtet, wenn die zugeordneten Primärreflexionen
mehr als die Hälfte des maximalen Eintauchens aufweisen, welches durch die Empfängerausbreitungslänge
erlaubt ist. In Fig. 15 ist eine Primärreflexion 208 von einem eintauchenden Reflektor
210 dargestellt, zusammen mit einer entsprechenden ersten Mehrfachreflexion 212
von demselben Reflektor 210.
-
Eine Ausbreitung 214 von Empfängern erstreckt sich von einer Oberflächenposition
216 zu einer Oberflächenposition 218. Aus Darstellungsgründen wird angenommen, daß
die maximal erlaubte Eintauchung für die Ausbreitungsgänge 214 3% beträgt. Die erscheinende
Eintauchung der Mehrfachreflexion 212 ist doppelt so groß wie diejenige der Primärreflexion
208. Dementsprechend, wenn nämlich die Primärreflexion 208 einen Eintauchwinkel
2 Qaufweist,
hat die Mehrfachreflexion 212 einen Eintauchwinkel
von 4(Y,. Die Mehrfachreflexion, welche diesen großen Eintauchwinkel aufweist, wird
jedoch durch die Ausbreitung 214 nicht nachgewiesen, da die Mehrfachreflexion eine
scheinbare Eintauchung aufweist, welche die maximal durch die Ausbreitung 214 erlaubte
Ausbreitung überschreitet.
-
Es trifft aber zu, daß Mehrfachreflexionen von horizontalen oder annähernd
horizontalen Reflektoren in Spuren resultieren, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren
abgeleitet worden sind. Diese Mehrfachreflexionen von horizontalen oder annähernd
horizontalen Reflektoren sind aber Mehrfachreflexionen, deren Periode im wesentlichen
konstant ist. Wegen dieser konstanten Periode können diese Mehrf achreflexionen
durch Subtraktionstechniken bearbeitet werden.
-
Besonders vorteilhaft zum Eliminieren derartiger Mehrfachreflexionen
sind die bekannten Nachhallvorhersagemethoden, komplizierte Formen der Basis-Drei-Punkt-Nachhallmethode,
sowie eine rekursive oder Rückkopplungsmethode, bei welcher der nachfolgende Algorithmus
verwendet wird: i k=l gj-k fk (7) k=l wobei f. gleich der unbehandelten Spur, gj
gleich der be-3 3 handelten Spur und gO gleich einer von Null verschiedenen Konstanten
ist.
-
Da die Notwendigkeit zur Mehrfachunterdrückung und die Art der Durchführung
dieser Unterdrückung von der Gegenwart oder der Abwesenheit des Eintauchens oder
der Schrägstellung abhängt, kann das erfindungsgemäße Verfahren durch Filtern oder
auf andere Weise derart angepaßt werden, daß der zeitmigrierte Abschnitt, der erfindungsgemäß
abgeleitet wird,
in seinen eintauchenden und seinen nicht-eintauchenden
Teil unterteilt wird. Dann wird die geeignete Form der Mehrfachunterdrückung auf
den im wesentlichen nicht-eintauchenden Teil angewandt, woraufhin die beiden Teile
rekombiniert werden.
-
Die vorstehende Diskussion der vorliegenden Erfindung ist weitgehend
in Strahlenwegen ausgedrückt. Natürlich existieren horizontale ebene oder zylindrische
Wellenfronten, die durch derartige Strahlenwege oder Strahlengänge impliziert werden,
nur über einen Bereich, der mit der Länge der Ausbreitung vergleichbar ist. An den
Enden der Ausbreitungsstrecke werden die Wellenfronten gekrümmt. Der Beitrag von
den Quellen und/oder Empfängern an den Enden der Ausbreitung kann abgesenkt werden,
um zu erreichen, daß die Simulation der ebenen oder zylindrischen Wellen genauer
wird.
-
Weiterhin ist zu beachten, daß die Verteilung der Empfänger entlang
der Ausbreitung vorzugsweise regelmäßig ist, um die Beiträge von den gebrochenen
Signalen 42 (Fig. 6B) und von Oberflächenwellen zu den aufsummierten Spuren 52 zu
reduzieren. Wenn die Verteilung der Empfänger entlang der Ausbreitung im wesentlichen
benachbart ist, nähert sich die Ausbreitung einer Einzelanordnung und ist daher
verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Oberflächenwellen oder gebrochenen Signalen,
die im wesentlichen regelmäßige Geschwindigkeiten haben. Es hat sich aber herausgestellt,
daß die Oberflächenwellen oder gebrochenen Signale beträchtlich zu den aufsummierten
Spuren beitragen, wobei diese Oberflächenwellen und gebrochenen Signale gedämpft
oder aus den Spuren mittels bei bekannten seismischen Explorationsverfahren gebräuchlicher
Methoden ausgefiltert werden können.
-
Fig. 16 zeigt ein funktionelles Blockdiagramm einer praktischen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, die sich insbesondere als verbesserter Monitorabschnitt
auf einem Meßschiff eignet. Der Block 220 bezeichnet allgemein
das
übliche Längsricht-Ausbreitungsgerät, vorzugsweise Empfängeranordnungen nahe der
Quelle umfassend, sowie konventionelle Aufzeichnungsinstrumente zum Aufzeichnen
der reflektierten seismischen Signale. Die Aufzeichnungsinstrumente umfassen herkömmliche
Aufzeicnungseinrichtungen, die sich dazu eignen, als separaten Kanal die durch jede
Empfängeranordnung erzeugten Signale aufzuzeichnen. Vorzugsweise sind 48 oder 96
Empfängeranordnungen vorgesehen. Der Ausgang von den Aufzeichnungsinstrumenten wird
auf zwei verschiedenen Wegen unterteilt.
-
In der Stufe 222 werden alle Kanäle aufsummiert, um eine einzige kombinierte
Spur zu ergeben. Dies ist dem Aufsummieren der Signale von den Empfängerpositionen
60 bis 68 bei der Ausbreitungsanordnung, wie sie in Fig. 8 gezeigt ist, äquivalent.
In einer anderen Stufe 224 werden die reziproken Wege für die seismischen Wellen
ausgewählt und aufsummiert. Dieses Verfahren ist dem Aufnehmen von Signalen wie
denjenigen, die durch die Quelle 72 bei der Ausbreitung, wie sie in Fig. 8 dargestellt
ist, in den Empfänger 64a gegeben werden, äquivalent, wobei alle derartigen Spuren
in der Ausbreitung aufsummiert werden. Dann werden die summierten Signale von den
Stufen 222 und 224 in der Stufe 226 aufsummiert, wodurch sich eine einzelne Summenspur
52 ergibt. Dieser Schritt entspricht dem Aufsummieren der linken und rechten Hälften
der Spuren in Fig. 6B. Die summierte Spur aus der Stufe 226 wird als nächstes in
der Stufe 228 amplitudenkompensiert. Vorzugsweise wird die aus der Stufe 226 aufsummierte
Spur durch die Funktion v t expandiert. Als nächstes wird in der Stufe 230 die expandierte
kombinierte Spur differenziert und/oder gefiltert, ehe sie in der Stufe 332 wiedergegeben
wird. Die Endwiedergabe aus der Stufe 332 liefert eine summierte Spur 52 einer simulierten
zylindrischen Welle für jede Quellenposition, die der Ausbreitung zugeordnet ist.
-
In Fig. 17 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
gezeigt, welche sich insbesondere dazu
eignet, in Landexplorationen
mit gespaltener Ausbreitung verwendet zu werden. Ein Ausbreitungsfeld 234 ist symmetrisch
um eine Quelle 236 angeordnet. Zum Zwecke der klareren Darstellung sind nur 16 Empfängeranordnungen
in Fig. 17 wiedergegeben, obwohl in der Praxis die Anzahl der Empfängeranordnungen,
die verwendet wird, 48 oder 96 betragen kann. Die gezeigten Anordnungen, wie sie
in Fig.
-
17 wiedergegeben sind, sind einander benachbart. Die einzelnen Geophone
können in regelmäßigen Intervallen entlang der Ausbreitung 234 angeordnet sein.
Jede Anordnung repräsentiert die Verbindung aller Geophone innerhalb einer Erstreckung
von beispielsweise 50 oder 100 m mit einem einzigen Ausgang. Bei der speziellen
Darstellung, wie sie in Fig. 17 wiedergegeben ist, weist jedes Geophonkabel nur
zwei Leiterpaare auf. Anordnungen 238, 240, 242 und 244 sind z.B. sämtlich mit einem
einzigen Paar Leitungen 246 sowie mit einem Aufzeichnungsgerät 248 verbunden. Die
übrigen Empfänger in der Ausbreitung 234 werden in ähnlicher Weise in drei zusätzliche
Gruppen unterteilt, von denen jede mit dem Aufzeichnungsgerät 248 durch ein einziges
Leiterpaar verbunden ist. Diese Lösung gibt die Möglichkeit, daß die gesamte Ausbreitung
234 auf ganzen vier Kanälen aufgezeichnet wird, im Gegensatz zu den 48 oder 96 Kanälen,
die bei bekannten seismischen Explorationsmethoden häufig erforderlich sind. Bei
der nachfolgenden Signalverarbeitung können die vier aufgezeichneten Signale von
dem Aufzeichnungsgerät 248 auf verschiedene Arten zu verschiedenen Zwecken verwendet
werden. Alle vier Signale können direkt aufsummiert werden, um die Spur 52 von Fig.
6B zu ergeben. Die Summe der vier Signale von dem Auf zeichnungsgerät kann dazu
verwendet werden, die Geschwindigkeiten zu bestimmen, indem die Korrelation mit
einem Geschwindigkeitskorrelationssignal durchgeführt wird, wie dies in Verbindung
mit
Fig. 13 beschrieben wurde. Zusätzlich kann die Summe von zweien
der Kanäle von dem Aufzeichnungsgerät aufsummiert und dazu verwendet werden, eine
unabhängige Geschwindigkeitsbestimmung zu erhalten, die dann mit der ersten Geschwindigkeitsbestimmung
unter Verwendung aller vier Kanäle gemittelt werden kann.
-
Die Anordnung, die in Fig. 17 wiedergegeben ist, bietet natürlich
bei der Feldaufzeichnung beträchtliche Vorteile. Die Ausbreitungskabel können wesentlich
leichter sein, die Aufzeichnungsinstrumente können weniger komplex aufgebaut sein,
und sowohl die Geräte als auch die magnetischen Aufzeichnungsbänder sind wesentlich
kostengünstiger.
-
Natürlich können auch andere Aufzeichnungsanordnungen verwendet werden,
als diejenigen, die in den Fig. 16 und 17 gezeigt sind, ohne daß dies aus dem Bereich
des Erfindungsgedankens herausführen würde. Wenn beispielsweise das erfindungsgemäße
Verfahren in Verbindung mit einer herkömmlichen seismischen Schwingungsquelle mit
variabler Frequenz angewendet wird, kann die Signalverarbeitung dadurch erfolgen,
daß die simulierte Spur 52 aufbereitet wird, ehe die Korrelationsoperation erforderlich
ist.
-
Dieses Merkmal gewährleistet eine größere Wirtschaftlichkeit in der
Signalverarbeitung, weil nämlich das Datenvolumen , welches bei der Signalverarbeitung
gehandhabt werden muß, signifikant reduziert werden kann. Kurz gesagt, die Vorteile,
die sich bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben, können in einer
Vielzahl von Ausführungsformen erzielt werden.
-
Die vorstehende Beschreibung der Erfindung dient lediglich
zu
Darstellungszwecken, wobei mannigfache Abwandlungen in der Größe, in der Form und
in den Materialien sowie auch in den Einzelheiten der beschriebenen Konstruktionen
möglich sind, ohne daß dies aus dem Erfindungsgedanken herausführen würde.