DE3316278A1 - Verfahren zur auswertung seismischer aufzeichnungen - Google Patents

Description

Hamburg, den 26. April 1983 268683

Anmelder:

Chevron Research Company

San Francisco CaI. USA

VERFAHREN ZUR AUSWERTUNG SEISMISCHER AUFZEICHNUNGEN

Die Erfindung bezieht sich auf seismische Aufschlußverfahren zur Erkundung von Erdöllagerstätten mittels einer Vielzahl von Aufschlußpunkten. Insbesondere betrifft die Erfindung die Umwandlung von Anomalien mit Reflexionsamplituden hoher Intensität, die einem oder mehreren gemeinsamen Mittelpunkten der beobachteten seismischen Spuren zugeordnet sind, in diagnostische Anzeichen für das Lagerpotentail für Kohlenwasserstoffe und für die Lithologie der unterirdischen Schichten.

Bei Erdöl betreffenden seismischen Aufschlußarbeiten werden akustische Störungen über, an oder unmittelbar unter der Erdoberfläche erzeugt, wobei Sprengstoff, Luftpulser oder große mechanische Vibratoren benutzt werden. Die erzeugten

akustischen Wellen breiten sich nach unten in die Erde aus und werden teilweise zurück an die Oberfläche reflektiert, falls im Untergrund akustische Impedanz-Änderungen auftreten. Ein tibergang von einer Gesteinsart zu einer anderen kann z.B. mit einer akustischen Impedanz-Änderung verbunden sein, und das Reflexionsvermögen einer bestimmten Schicht hängt vom Geschwindigkeits- und Dichteverhältnis zwischen dieser Schicht und der darüberliegenden ab.

In den Anfangsjähren wurden die Signalspuren der reflektierten akustischen Wellen unmittelbar im Feld als eine Gruppe von schwarzer, Ausschläge aufweisender Linien auf weißem Papier, den Seismograminen, hergestellt. Stattdessen werden jetzt die aufgenommenen Signale digital auf einem Magnetband aufgezeichnet und erst in einem Rechenzentrum in die Aufzeichnung von einer Gruppe von Spuren auf Papier oder Film umgesetzt.

In solchen Zentralen können durch ausgeklügelte Verfahren auch solche Signale von Störgeräuschen unterschieden werden, die früher nicht mehr erkennbar waren. Bis 1965 arbeiteten auch fast alle seismischen Verfahren mit einer automatischen Verstärkungssteuerung, die fortlaufend den Verstärkungsfaktor der Verstärker bei der Feldaufnahme an die sich verringernde Energie der später ankommenden Reflexionen anpaßte. Aufgrund dessen konnten die Relexionskoeffizienten nicht genau bestimmt werden. Durch die Entwicklung von Verstärkern mit Dynamikdehner und binärem Verstärkungsfaktor kann der Verstärkungsfaktor der Verstärker jetzt gesteuert und können die Amplituden genau aufgezeichnet werden. Damit wird es möglich, nicht nur die besondere Charakteristik der Reflexionen, sondern auch ihre absoluten Amplituden zu erhalten.

Der modernen Geophysik stehen jetzt leistungsfähigere Rech-

. A4*

ner zur Verfügung, die mit Aufstellungsprozessoren und wirtschaftlichem Fließkomma ausgestattet sind, und ermöglichen, die Amplitude aller aufgezeichneten Signale zu überwachen und zu steuern. Die Fließkomma-Einrichtung ist besonders wirksam, wenn die Rechnerarbeiten um einen großen Faktor gesteigert werden und die Notwendigkeit einer automatischen Steuerung des Verstärkungsfaktors für den Computer vermieden wird. Aufgrund dessen können Reflexionen aus mehreren tausend Meter Teufe zuverlässig festgestellt und über oft hunderte von nebeneinanderliegenden Spuren verfolgt werden, wobei die Änderung in den entsprechenden Ankunftszeiten ein Anzeichen für das Ansteigen oder Abfallen der tatsächlich interessierenden Sedimentschicht ist.

Anlaß des Vorstehenden ist die Nutzung von Anomalien mit äußerst großer Amplitude in seismischen Spuren als Anzeichen für das Vorhandensein von Erdgas. Seismische Auswerter haben die sog. "bright-spot" (Hellfleck)-Analyse benutzt, um mehrere große Gaslagerstätten aufzufinden, besonders an der Golfküste der USA. Eine derartige Analyse wird jetzt ziemlich häufig angewendet; es gibt aber auch Kritik hierzu. Die Ausbreitung derartiger Anomalien mit erhöhter Amplitude können nicht als Bestätigung für die seitliche Ausdehnung der Gaslagerstätte gewertet werden, und auch die Anomalie selbst kann in einigen Fällen nicht durch Reflexionen verursacht sein, die von einer Diskontinuität zwischen einem gasführenden Medium und dem Hangenden oder Liegenden stammen.

Die Frage, wie weit für Anomalien hoher Intensität die vorstehend skizzierte Bewertung angenommen werden kann, kann entsprechend neuen Erkenntnissen abgeschätzt werden. So können z.B. das Speicherpotential und die lithologischen Eigenschaften von Speicher- und Deckgestein bestimmt werden, indem zunächst Felddaten aufgenommen werden, wobei mehr als ein

— & —

Quelle-Detektorpaar einem gemeinsamen Mittelpunkt zugeordnet ist, weiter die Daten indiziert werden, so daß alle aufgezeichneten Spuren gekennzeichnet sind als ein Produkt entsprechender Quelle-Detektor-Paare mit bekannter Horizontal-Ausrückung und bekanntem Mittelpunktort, und schließlich eine Zuordnung der Anomalien starker Amplituden in den Spuren in einer Weise vorgenommen wird, die die Bestimmung sowohl des Gebietes mit einer Möglichkeit der Gasspeicherung als auch der Gesteinseigenschaften des Speicher- und des Deckgesteins mit einer überraschenden Genauigkeit ermöglicht.

Dieses Verfahren läßt sich weiter verbessern im Sinne einer genauen Identifizierung lithologischer Eigenschaften und des Auftretens von strömungsfähigen Kohlenwasserstoffen, wobei gewisse Vorkommen in den Amplituden dieser Anomalien hoher Intensität bei Ausrückung benutzt werden, um diese Anomalien von ähnlich aussehenden Reflexionen von anderen Strukturen zu unterscheiden, die keine interessierenden Ansammlungen enthalten.

Gemäß der Erfindung können fortschreitende Änderungen in der Amplitude als Funktion der Ausrückung (offset) gemeinsamer Zusammenfassungen (common gathers) leichter identifiziert werden, indem das Ausmaß der Amplitudenänderung betont wird, die zwischen näher und weiter ausgerückten Spuren jeder Zusammenfassung entlang einer seismischen Linie oder Profillinie mit Bezug auf einen gemeinsamen Quellenpunkt auftritt, worauf die sich ergebenden Abschnitte mit geringer und weiter Ausrückung dargestellt werden. Der Auswerter kann dann leicht einer fortschreitenden Amplitudenänderung in einer Weise folgen, die die Bestimmung der Möglichkeit für die Führung strömungsfähiger Kohlenwasserstoffe und der lithologischen Eigenschaften des Speicher- und Deckgesteins in einem erstaunlich genauen Ausmaß gestattet.

Gemäß der Erfindung wird die systematische Erzeugung von näher und weiter ausgerückten Spuren und Sektionen oder Abschnitten sehr wirksam dadurch ermöglicht, daß Mustererkennungsverfahren benutzt werden, die für diesen Zweck bisher nicht angewendet worden sind.

Als Beispiel sei angenommen, daß eine T₁ Zeitprobe für eine Spurenzusammenfassung besteht und daß die nahe und weit ausgerückten Spuren für eine solche Zeitprobe zu bestimmen sind. Für die Ausführung eines solchen Verfahrens werden zunächst die Spurenamplituden, die der T₁ Zeitprobe zugeordnet sind, erzeugt, d.h. die zur Probe T₁ gehörenden Amplituden A™... Danach gibt es eine Anpassung der formulier ten A-., an eine Reihe linearer und quadratischer Funktionen der Form:

I.	A(X)	= co	+ C	1 X
II.	A(X)	= co	+ C	2 χ2
III.	A(X)	= C	+ C	V +

Der Zweck ist nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate eine beste Anpassung der erzeugten A^₁ Amplituden an eine der Gleichungen I, II oder III. Sodann werden Amplituden für vorgewählte nahe und ferne Werte berechnet. D.h., daß die best passende der oben erwähnten linearen und quadratischen Gleichungen für einen vorgewählten Wert naher und weiter Ausrückung gelöst wird. Das Verfahren kann dann wiederholt und danach erneut wiederholt werden für Probezeiten T₂ ....T., um einen Reihe von Paaren naher und weiter Spuren zu erzeugen, die auf vorgewählte Orte projeziert werden, die von den Quellenpunktorten, die der ursprünglichen Zusammenfassung von Spuren zugeordnet sind, in der vorgewählten Weise nahe und weit ausgerückt sind.

Vorzugsweise werden die nahen und weiten Spuren zusammengefaßt, um eine Reihe von Abschnitten oder Sektionen zu bilden, und am besten nebeneinander dargestellt. Der Auswerter kann dann leicht der Änderung in der Amplitude als Funktion der Ausrückung von Abschnitt zu Abschnitt entlang der gesamten seismischen Aufnahmelinie folgen.

Weitere Vorzüge und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen:

Fig. 1, 5 Grundrisse bzw. übertragene Ansichten eines ^un Gitters von Mittelpunkten, die einerseits durch eine Anordnung seismischer Quellen und Detektoren und andererseits durch seismische Bearbeitung erzeugt worden sind, wobei eine Reihe örtlicher Spuren, die einzelnen Mittelpunkten zwischen entsprechenden Quelle-Detektor-Paaren zugeordnet sind, in sinnvoller Weise in Beziehung gebracht werden können,

Fig. 2 ein Modell typischer Reflexionshorizonte innerhalb einer Erdformation, die in Zusammenhang gebracht werden kann mit den örtlichen Spuren gem. Fig. 1 und 5,

Fig. 3, 4 Diagramme des Reflexions - Koeffizienten als Funktion des Einfallswinkels seismischer Wellen, die von den reflektierenden Horizonten der Fig.2 herrühren,

Fig. 7, 8 Flußdiagrainme von Verfahren, die den in Fig. 5 und 6 veranschaulichten entsprechen, zur Ausführung der Erfindung und unter Verwendung von Rechnern,

Fig. 9A schematische Darstellungen zur Veranschaulichung ^un gewisser Schritte in den Flußdiagrammen der Fig. 7 und 8,

Fig. 10 eine schematische Darstellung der in einem Rechner vorhandenen Elemente und

Fig.11-16 Aufzeichnungsabschnitte und Teile solcher Abschnitte zur Veranschaulichung der durch die Erfindung gegebenen Diagnosemöglichkeiten.

Vor Erläuterung einer Ausführungsform der Erfindung in Beziehung zu tatsächlichen Feldverhältnissen erscheint es wichtig, die durch Gesteinseigenschaften gegebenen Grenzen aufzuzeigen. So bilden z.B. Anomalien, die Gassanden über Schieferdeckgebirge zuzuordnen sind, einen Fall, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren zu überraschenden Ergebnissen führt. Ein weiterer betrifft gasgesättigten Kalkstein über Schiefer. Wichtig ist auch die Beziehung zwischen dem Poisson-Verhältnis und den sich ergebenden Anomalien mit Amplituden hoher Intensität auf den seismischen Spuren.

Das Poisson'sche Verhältnis (σ) hat die allgemeine Formel

V ² -2

V ² -1
2. _£

^VS (A)

hierin ist Vp die Geschwindigkeit der Kompressionswelle und V die Geschwindigkeit der Scherwelle in dem Medium. Die folgende Betrachtung soll die Bedeutung dieser Formel im vorliegenden Fall zeigen. Wenn auf einen schlanken zylindrischen Stab aus einem elastischen Material eine Korn-

-γ-

pressionskraft auf die Enden einwirkt, ändert der Stab seine Form in der Weise, daß seine Länge um ^L abnimmt, während der Radius um Δ R zunimmt. Das Poisson'sche Verhältnis wird definiert als das Verhältnis der relativen Änderungen im Radius ( AR/R) zur relativen Änderung in der Länge (^ L/L). Daher haben kompressible Materialien kleine Poisson'sche Verhältnisse, während inkompressible Materialien, wie eine Flüssigkeit, große Poisson'sche Verhältnisse haben.

Die Gleichung (A) zeigt die Beziehung der Kompressions- und Scherwellen-Geschwindigkeiten des Materials, V_p bzw. V_s. Das heißt, daß das Poisson'sche Verhältnis dynamisch bestimmt werden kann, indem die Geschwindigkeiten der P- und der S-Welle gemessen wird. Nur zwei der drei Variablen sind unabhängig.

Im einzelnen wird auf die nachfolgenden Untersuchungen über Reflexion und Übertragung seismischer Wellen verwiesen:

(1) Koefoed, 0., 1955, "On the Effect of Poisson's Ratios of Rock Strata in the Reflection Coefficients of Plane Waves", Geophysical Prospecting, Vol. 3, No.4.

(2) Koefoed, 0., 1962, "Reflection and Transmission Coefficients for Plane Longitudinal Incident Waves", Geophysical Prospecting, Vol. 10, No. 3

(3) Muskat, M. und Meres, M.W., 1940, "Reflection and Transmission Coefficients for Plane Waves in Elastic Media", Geophysics, Vol. 5, No. 2.

(4) Tooley, R.D., Spencer, T.W. und Sagoci H.F., "Reflection and Transmission of Plane Compressional Waves", Geophysics, Vol. 30, No. 4 (1965).

(5) Costain, J.K., Cook, K.L. und Algermisshi, S.T., "Amplitude, Energy and Phase Angles of Plane SP Waves and Their Application to Earth Crustal Studies", Bull. Seis. Soc. Am., Vol. 53, p. 1639 et seq.

Diese Untersuchungen konzentrieren sich auf die komplizierte Modellierung der Änderung in dem Reflexions- und Übertragungs-Koeffizienten als Funktion des Einfallswinkels.

Das Problem ist jedoch kompliziert, wie ein Beispiel zeigt. In einem Modell mit isotropen Medien soll für die einfallende Energie eine Schicht mit dem Index i = 1 und für das Liegende der Index i = 2 angenommen und damit Gleichungen für den P-Wellen-Reflexionskoeffizienten A und für den Koeffizien-

pr

ten A . der Verschiebungsamplitude bei der P-WeIlen-übertragungl Für jedes der Medien, d.h. dem der einfallenden Energie und dem des Liegenden, bestehen drei unabhängige Variable, nämlich die Geschwindigkeit der P-Welle, er und die Durchschnittsdichte, oder insgesamt sechs veränderliche für beide Medien. *)gebildet uerden

Um die vielen Kombinationen möglicher Veränderungen zu erfassen, sind in den oben erwähnten Aufsätzen die folgenden Wege beschritten worden:

(a) Es sind viele (buchstäbliche tausende) Diagramme mathematischer Art für die verschiedenen Parameter mit Werten gezeichnet worden, bei denen nur sehr wenig Beziehung zu tatsächlichen geophysikalischen Anwendungen besteht, die durch die theoretischen Untersuchungen häufig überdeckt und unkenntlich wurden, oder

(b) es wurden vereinfachte Annahmen gemacht, derart, daß trotz richtiger Rechnungen der wahre Charakter des Übertragungs- und des Reflexionskoeffizienten in besonderen lithologischen Verhältnissen, die in Verbindung mit der

Ansammlung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in der Erde auftreten, nicht ausgedrückt werden konnte.

So schließt zwar Koefoed 1962, daß Änderungen im Poisson¹sehen Verhältnis der zwei aneinander grenzenden Medien Änderungen im Reflexionskoeffxzient als Funktion des Einfallswinkels verursachen können, setzt diese Erscheinung aber nicht in Beziehung zu Gesteinsverhältnissen, die aufgrund der Ansammlung von gasförmigen Kohlenwasserstoffen bestehen, wie es die Erfindung tut.

Neue Erkenntnisse zeigen, daß gasführende Schichten kleine Poissont-Verhältnisse haben und daß der Kontrast zum Deckgestein als Funktion der horizontalen Ausrückung zu einem überraschenden Ergebnis führt. Dieser Kontrast sorgt für eine merkliche und fortschreitende Änderung im P-Wellen-Reflexionskoeffizient an der interessierenden Grenzfläche als Funktion des Einfallswinkels der auftreffenden Welle. Demnach ist die Bestimmung sowohl des Gasführungspotentials als auch der Gesteinsverhältnisse des Speichergesteins vereinfacht durch Beziehung zur fortschreitenden Änderung in der Amplitudenintensität als Funktion der Ausrückung zwischen Quelle-Detektor-Paaren, d.h. dem Einfallswinkel, der unmittelbar in Beziehung steht zur Ausrückung. In manchen Fällen besteht jedoch noch die Erfordernis zur stärkeren Hervorhebung des Ausmaßes der Amplitudenänderung als Funktion der Ausrückung insbesondere bei Quelle-Detektor-Paaren, die bei einer Spurenzusammenfassung oder Gruppe von Spuren nah und weit ausgerückten Orten zugeordnet sind.

Mit den Bezeichnungen "nah" und "weit" ausgerückte Orte ist gemeint, daß diese mit Bezug auf die Quellenorte gemessen werden, die den ursprünglichen Quellenpunkten zugeordnet sind, wo die seismischen Wellen erzeugt worden sind. Sie stellen

also das Ausmaß der horizontalen Ausrückungsdistanz dar, die zwischen solchen Feldorten, der Quelle und dem Empfänger, bei Aufnahme der Daten im Feld besteht.

Nachfolgend wird auf die Zeichnungen im einzelnen Bezug genommen :

Fig. 1 veranschaulicht u.a., wie die hier verwendeten Ausdrücke abzuleiten sind. Z.B. bezeichnet "Mittelpunkt" einen geographischen Ort, der in der Mitte zwischen einer Reihe von Quellen S₁, S„... S einer geophysikalischen Aufnahmeanordnung 9 und einer Gruppe von

Detektoren D.., D„...D auf einer Bezugsebene nahe 12m

der Erdoberfläche liegt. Die Mittelpunkte sind in der Figur mit C₁,C₂...C bezeichnet und sind einer Spur zugeordnet, die abgeleitet wird durch Anordnung einer Quelle an dem Ort des Mittelpunktes und unmittelbar nachfolgender Anordnung eines Detektors an dem Ort.

Das heißt, falls die Quellen S....S in Reihe an den angezeigten Quellenorten erregt werden, können die an den gezeigten verschiedenen Detektororten aufgenommenen Spuren in Beziehung zu gemeinsamen Mittelpunkten zwischen ihnen gebracht werden und es wird eine Zusammfassung oder Gruppe von Spuren gebildet. Falls die Reflexionsfläche ein Söhligerhorizont ist, definiert der Teufenpunkt, an dem die Reflexion eintritt, eine vertikale Linie, die durch den interessierenden Mittelpunkt geht. Die Anbringung von statischen und dynamischen Korrekturen an den Feldspuren ist unter den vorstehenden Tatsachen gleichwertig damit, daß die einzelnen Quellen S₁,¹' ...S in Reihenfolge an dem Mittelpunkt angeordnet und jeweils nachfolgend am selben Ort die Detektoren D₁...D aufgestellt wer-

i m

den. Falls die einem gemeinsamen Mittelpunkt zugeordneten Spuren summiert werden, wird eine Reihe von verstärkten Spuren, oft auch CPS-Spuren (gemeinsame Teufenpunktstapelung) gebildet. Aber vor der Summierung solcher Spuren kann die Darstellung wesentlich verbessert werden, um überraschend die Möglichkeit für das Auftreten von flüssigen Kohlenwasserstoffen in einer Speicherschicht und deren lithologische Verhältnisse anzuzeigen.

Fig.2 veranschaulicht Reflexionserscheinungen eines drei-Schichten-Modells, das kennzeichnend für eine verhältnismäßig junge und flach liegende geologische Formation 10 ist, wie sie z.B. an der Golfküste vorhanden ist. Es wird gezeigt, wie Reflexionserscheinungen, die sich bei einer Aufnahme mit dem Feldsystem 9 der Fig.1 ergeben, in Beziehung zum Auftreten von Gas gebracht werden können.

Der Abschnitt 10 enthält einen Gassand 11, der in eine Schieferschicht 12 eingebettet ist. Es wird eine Poisson'sche Zahl von 0,1 für den Gassand und von 0,4 für die Schieferschicht angenommen, ferner eine 20%ige Geschwindigkeitsabnahme an der Grenzfläche 13, etwa von 3.000 m/sec auf 2.400 m/sec, und eine 10%ige Dichte-Verringerung von 2,40 g/cm auf 2,16 g/cm .

Der tatsächliche P-Wellen-Reflexionskoeffizient A

kann durch die unten angegebene Gleichung (1) in Beziehung zum Abschnitt 10 gebracht werden. In gleicher Weise kann mit Gleichung (2) der Koeffizient A für

Xr

die Verschiebungsamplitude der P-Wellen-Übertragung in Beziehung gebracht werden.

^pr * «ι,

f+T+x

^Apt * ^h2 ' ^2al^kl ^(C1^{V +} °2^ζ h_x(f + τ + χ)

Έ ο Ο

_f - kfklOiajCj + S₂C₁) (3)

2 — OO

^a2^c2 ^ ⁺ ^ajC-j^c^b^ (5)

η = Se₂-C₁ (6)

C - β-1 (7)

ν - St₂ + 2b² (8)

ξ » C₁ + 26b² (9)

^ei - ^ki - ^2b2 (10)

« " V₂/Vi (11)

^μ1 * ^pi^vsi (12)

(13) a? - hf - b² ₍₁₄₎

Cf » kf - b² ₍₁₅)

^hi * ¹ZVpI (16)

^ki " 1/V₈I (17)

Ferner ist V . die P-Wellen-Geschwindigkeit

V . die S-Wellen-Geschwindigkeit

ο JL

P_± die Dichte

i der Schichtenindex

θ der Einfallswinkel.

Die Gleichungen (1) und (2) sind die zwei Grundgleichungen für die Wellenausbreitung in einer Erdformation und gelten für isotrope Medien, wobei der Schichtenindex i = 1 für das Einfallsmedium und 1=2 für das Liegende gilt. Die Gleichungen (3) bis (17) definieren entsprechende veränderliche.

Als Beispiel für die hier auftretenden Berechnungen wird ö =0°(normal gerichteter Einfall) angenommen. Der P-Wellen-Reflexionskoeffizient A ist dann gleich etwa -0,16 und +0,16.

Fig.3 veranschaulicht die Änderung im Reflexionskoeffizient als Funktion des Einfallswinkels 6 für das Dreischichtenmodell der Fig. 2.

Die ausgezogenen Linien 20, 21 veranschaulichen die Reflexionswirkungen (und ohne besondere Darstellung der Übertragung) am top und der Basis des Gassandes. Bei θ = 0° entspricht auf der Linie 40 der A -0,16, dagegen bei© = 40° ist der A etwa -0,28. Das bedeu-

pr

tet, daß eine überraschend große Änderung im Reflexionskoeffizienten als Funktion des Einfallswinkels auftritt, wobei die größte Änderung zwischen#= 20° und 6= 40° stattfindet.

Für die liegende Schicht ändert sich die Linie 21 in etwa gleichem Ausmaß, aber mit entgegengesetztem Vorzeichen. D.h., bei θ= 0° ist A etwa +0,16 und bei θ = 40 etwa +0,26. Wieder tritt die größte Änderung für A zwischen θ = 20° undö= 40° auf. Aufgrund dessen würde die Amplitude der seismischen Welle, die an diesem Modell reflektiert worden ist, über den dargestellten Einfallswinkelbereich, d.h. über eine Zunahme

von 40 , um etwa 70 % anwachsen.

Einfallswinkel von 40° mögen etwas groß für Reflexionsaufnahmen erscheinen. Bislang wurden die meisten Daten entsprechend Ankünften von mehr als 30 für nutzlos gehalten und ausgesondert. Die Erfahrung hat aber trotzdem gezeigt, daß Reflexionsdaten mit Reflexionswinkeln von mehr als 30° auftreten können und das auch tatsächlich tun. Daher müssen die Einfallswinkel bestimmt werden, und es ist nützlich, das mit Annahme gerader Strahlen zur Abschätzung der Einfallswinkel auszuführen, wobei Teufe-Reflektor- und Quelle-Detektor- und Quelle-Gruppe-Ausrückungsbeziehungen benutzt werden.

Fig.4 veranschaulicht ein weiteres Diagramm, das mit dem Dreischichtenmodell der Fig.2 in Beziehung steht, wobei aber der Gas enthaltende Sandstein in großer Teufe liegt. Die Werte für das Dreischichtenmodell der Fig.2 werden wieder benutzt mit der Ausnahme, daß die Geschwindigkeitsänderung von Schiefer auf Sandstein nur 10 % beträgt, d.h. von 3.000 m/sec auf 2.700 m/sec sinkt. Die Kurven 25, 26 sind sogar noch ausgeprägter. Beide Kurven wachsen in der Größe über die 40 Änderung im Einfallswinkel an. Die Feldergebnisse haben jedoch dieses Ergebnis bislang noch nicht bestätigt; die Poissont-Zahl kann in solchen Gassänden stark durch die Teufel beeinflußt sein.

Fig.5 dient zur Veranschaulichung des vorliegend praktizierten Daten-"Adressier"-Verfahrens. Nach der Darstellung in Fig.2 werden die Spuren erzeugt mit einer vom Ende abgeschossenen Aufstellung von 48 Detektoren, wobei Quelle und Detektoren jeweils um einen Detektor-Abstand pro Schußpunkt vorbewegt werden. Damit ergibt sich eine

24-fache überdeckung mit CDP-Stapelung. Jedem Mittelpunkt sind dabei 24 gesonderte Spuren mit jeweils anderen Ausrückungen zugeordnet.

Zum weiteren Verständnis der Fig. 5 wird angenommen, daß die Quellen S.,S₂...S in Reihenfolge an den Schußpunkten SP₁, SP₀... SP im oberen Teil der Figur ange-I & nt

ordnet werden. Weiter sollen die Detektoren in gerader Linie mit den Quellen, d.h. entlang derselben Profil-Linie A an den Detektororten D₁,D₃... D aufgestellt werden. Nach Erregung jeder Quelle werden von den Detektoren an den entsprechenden Orten Reflexionen aufgenommen. Sodann werden im "rollalon"-Verfahren die Quelle und die Detektorauslegungen in Richtung B der Profillinie A weitergezogen und das Verfahren wiederholt, um eine Reihe von Spuren zu erzeugen. Diese Spuren sind Mittelpunkten zugeordnet, die in der Mitte zwischen entsprechenden Detektor-Quelle-Paaren liegen. Zum Beispiel wird angenommen, daß die Quelle S₁ am Schußpunkt SP₁ angebracht und erregt worden ist. In der Mitte zwischen SP₁ und den entsprechenden Detektoren D₁,D₀...D befindet sich eine Reihe von Mittelpunk-12m

ten C₁,C₉...C , von denen jeder jeweils einer Spur zugeordnet ist. Zur weiteren Erläuterung wird auf die US-PS 3.597.727 verwiesen. Mit entsprechenden statischen und dynamischen Korrekturen können die aufgenommenen Daten auf die gemeinsamen Mittelpunkte zwischen einzelnen Quelle-Punkte und Detektoren bezogen werden, siehe die zitierte US-PS.

Aber durch ein solches Feldverfahren erzeugen die verfügbaren Daten 24 gesonderte Spuren, die demselben Mittelpunkt C₁...C zugeordnet sind. Zur genauen Indizierung oder "Adressierung" dieser Spuren als Funktion

mehrerer Faktoren, einschließlich horizontaler Ausrückung und Mittelpunktsorte, ist ein Stapelungsdiagramm 44 heranzuziehen, siehe Fig. 6.

In dem Diagramm 40 sind die Spuren entweder einer Mehrzahl von schrägen gemeinsamen Profillinien PL₁, PL₂..., oder einer Reihe gemeinsamer Ausrückungsund Mittelpunktsorte zugeordnet, die im Winkel von 90 gegeneinanderstehen. Zur Verdeutlichung soll ein einzelner Schußpunkt, etwa SP₁ und eine einzelne Detektorauslegung mit den Detektoren D₁,D₃...D entlang der Profillinie A in Fig. 6 betrachtet werden. Es wird angenommen, daß eine Quelle sich am Schußpunkt SP₁ befindet und erregt wird. Die Detektorauslegung und die Quelle werden entlang der Profillinie A in Richtung B weitergezogen, und zwar um eine Station nach jeder Erregung. Sodann ergibt sich nach entsprechender Aufnahme, und falls das resultierende Muster an Mittelpunkten 45 um den Winkel 46 auf die Profillinie PL₁ gedreht und die Auslegung wie in Fig. 6 als Funktion der gemeinsamen Ausrückungswerte und Mittelpunktslagen projiziert wird, das Diagramm 44 der Fig. 6. Dabei ist jedem Mittelpunkt eine Spur zugeordnet, die die Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. Zur Veranschaulichung kann angenommen werden, daß diese Spur entlang einer Linie verläuft, die normal zur Ebene der Fig.6 gerichtet ist.

Es ist zu betonen, daß die in den Fig. 5 und 6 vorgesehenen Mittelpunkte geographisch entlang der Aufnahmelinie A wie die Quellenpunkte SP₁,SP„... angeordnet sind. Bei der Erzeugung der örtlichen Spuren hilft das Diagramm 44, jede sich ergebende Spur mit einem "Anhänger" zu versehen. Wenn die Detektor-Auslegung und die

Quellen um eine Station weitergezogen werden und das Verfahren wiederholt wird, werden weitere Reihen von Spuren erzeugt, die zu Mittelpunkten auf einer neuen Profillinie PL₃ gehören. Obwohl demnach die Mittelpunkte geographisch noch zu Positionen entlang der Profillinie A der Fig. 5 gehören, kann durch Drehung um den Winkel 46 das neue Mittelpunktmuster C₁ ¹, C ' ... C ' horizontal und vertikal auf vorher erzeugte Mittelpunkte ausgerichtet werden. Das heißt, daß bei gemeinsamen Ausruckungswerten (in horizontaler Ausrichtung) bestimmte Mittelpunkte Gerade bilden, nämlich der Mittelpunkt C₁ mit C₁', C₃ mit C₃ ¹ usw. Auch gibt es Spuren, die gemeinsame Mittelpunkte haben. Das heißt, an gemeinsamen Mittelpunkten (in senkrechter Ausrichtung) ist Mittelpunkt C₂ mit Mittelpunkt C₁ ¹ in einer Geraden, und die Mittelpunkte C₃,C₃ ¹ und C₁" sind entsprechend in Flucht. Demnach kann über das Diagramm 44 jede einem Mittelpunkt zugeordnete Spur leicht "adressiert" werden mit Bezug auf:

I. ihren tatsächlichen geographischen Ort, d.h. entlang Phantomlinien, die normal zu diagonalen Profillinien PL₁,PL₉... und entlang gemeinsamer Ortslinien LL₁,LL₉... liegen, so daß der tatsächliche Ort im Feld entsprechend bekannt ist,

II. ihre Zuordnung zu anderen Spuren entlang gemeinsamer horizontaler Ausrückungslinien COL₁,COL₉... COL und

III. ihre Zuordnung zu noch anderen Spuren entlang gemeinsamer vertikaler Mittelpunkt-Ortslinien CPL₁, CPLj « * ■ · ■

Auch ermöglicht die "Adressierung" der Spuren, daß solche Spuren hervorgehoben werden können, indem eine Amplitudenprojektion für die Spurengruppe auf neue "nah"

und "weit" ausgerückte Orte vorgenommen wird, wie in Fig. 7 und 8 skizziert. In Fig. 7 und 8 ist angedeutet, daß durch Ausnutzung nur der Variation der Amplituden zwischen nahen und weiten Ausrückungen der Auswerter leichter wertvolle Eigenschaften bestimmen kann, wie das Lagerungspotential für strömungsfähige Kohlenwasserstoffe und die lithologischen Eigenschaften des Speichergesteins. Dabei wird die Zahl der Parameter vereinfacht, die erforderlich ist, um eine anschauliche Darstellung der Daten zu ermöglichen.

Fig. 7 und 8 sind Flußdiagramme zur Erläuterung eines mit Rechner auszuführenden Verfahrens, mit welchem die für die Erfindung benötigten Funktionen ermittelt oder dargestellt werden können. Es wird angenommen, daß vor den in Fig. 7 gezeigten Schritten ein Abschnitt mit seismischen Aufnahmedaten auf "helle Flecke" analysiert worden ist. Diese Ereignisse sind durch den geographischen Ort und/oder eine Zeit/Teufen-Basis bekannt, und die Spuren sind, wie erwähnt, statisch und dynamisch korrigiert worden.

Die Schritte gem. Fig. 7 umfassen die Erzeugung von Adressen für die Daten einschl. einer gemeinsamen Ausrückungsadresse in der Art der Fig. 2, einer gemeinsamen Mittelpunktadresse und einer Adresse des tatsächlichen geographischen Ortes, ebenfalls in der Art der Fig.2. Danach werden nahe und ferne Spuren (und schließlich Abschnitte davon) erzeugt, gestützt auf einer analytischen Beziehung, die am besten die tatsächliche Schwankung in der Amplitude in Abhängigkeit von der Ausrückung innerhalb jeder Spurengruppe für eine Reihe von Zeitproben annähert, worauf die hervorragenden Amplituden der nahen und fernen Spuren bestimmt werden,

- 2p.-

gestützt auf die funktioneile Form der am besten passenden Kurve. Schließlich werden die erzeugten nahen und fernen Abschnitte nebeneinander dargestellt, so daß der Charakter des interessierenden Amplitudenereignisses als eine Funktion von sich ändernden Mittelpunktwerten dargestellt wird. Falls der EreignisCharakter von dem nahen zum fernen Abschnitt, normalisiert auf gemeinsame Mittelpunktwerte, sich plötzlich ändert, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß das Ereignis ein Anzeichen für kohlenwasserstoffhaltige Schichten ist. Auch die Lithologie der Speicherschicht läßt sich bestimmen, wie noch erläutert wird.

Nachdem die Adressen erzeugt worden sind, können die Amplituden der nebeneinanderliegenden Spuren jeder Zusammenfassung oder Gruppe als Funktion von Zeit und Ausrückung erneut mit Indices versehen werden. Das heißt, daß für eine Zeitmusterung, etwa die Zeitprobe T₁, der Spurenzusammenfassung G₁ alle Amplituden zunächst als eine Funktion der Ausrückung neu indiziert werden, falls nicht bereits so bestimmt, siehe Fig. 9A. Danach werden die Daten, betreffend die in Abhängigkeit von der Ausrückung erzeugte Amplitude, mit einer Reihe von analytischen Funktionen verglichen und, gestützt auf eine Analyse der kleinsten Quadrate, die beste Anpassung bestimmt. Die lineare oder quadratische Gleichung, die am besten den Daten angepaßt ist, ist diejenige, in der die Summe der Quadrate der Abstände, die zu den Amplituden der Spurengruppe gehören, ein Minimum ist.

Um den Schritt der besten Anpassung der tatsächlichen Daten an eine bestimmte lineare oder quadratische Gleichung zu vereinfachen, werden gewöhnlich drei mathema-

tische Funktionen angegeben, nämlich

eine lineare Gleichung der Form A (x) = C + C.

2 quadratische Gleichungen der Formen A (x) = C + C~x

A (x) = Cq+CjX +

Hierbei ist A (x) die Änderung in der Datenamplitude als Funktion der Ausrückung, und C_Q, C. und C₂ sind Konstanten, bestimmt durch mit pseudoinversen Standardmatrizenverfahren, die in der seismischen Datenverarbeitung an sich bekannt sind. Nachdem eine beste Anpassung der zu der Zeit T. gehörenden Daten erzielt worden ist, werden danach die Amplitudenwerte für die Nah- und Fernausrückung erzeugt, gestützt auf die Funktionsform der am besten passenden Gleichung, siehe Fig.9B. Das Ergebnis wird dann gespeichert. Sodann wird, nachdem die Nah- und Weitausrückungs-Amplituden, die zu den übrigen Zeiten T,...T. der Zusammenfassung G₁ gehören, erzeugt worden sind, das Verfahren für die benachbarten Zusammenfassungen G₂...G. wiederholt.

Zur Erzeugung von nah und weit ausgerückten Spuren (und schließlich daraus gebildeten Abschnitten) müssen neue Ausrückungswerte gewählt werden, auf die die Feldaufnahmen projiziert werden und die natürlich außerhalb der Gruppe von Ausrückungen liegen, die den Spuren jeder ursprünglichen Zusammenfassung zuzuordnen sind. Im Fall des nahen Ausrückungsortes ist die Wahl konventionell, nämlich Null, Fig. 9B. Das heißt, daß für die oben erwähnten linearen oder quadratischen Gleichungen χ gleich Null gesetzt wird und die Amplitudenlösungen als Funktion der verschiedenen Zeiten T₁...T. bestimmt werden. In dem Verfahren zur Erzeugung von nah ausgerückten Spuren entsprechenden Daten kann die Wahl in gewisser Weise als naheliegend bezeichnet werden, nämlich, wenn χ in den oben erwähnten Gleichungen I - III gleich Null ge-

setzt wird; das trifft aber nicht im Fall der weit ausgerückten Spuren und der entsprechenden, damit gebildeten Sektionen zu.

Zur Erzeugung solcher weit ausgerückten Spuren und Sektionen müssen die Ausrückungswerte nicht nur als konstant und außerhalb der Gruppe der üblichen Ausrückungswerte der gemeinsamen Zusammenfassung gewählt werden, wie bei der Bearbeitung nahe ausgerückter Spuren; es müssen auch Werte sein, die gewöhnlich als annehmbar angesehen werden. In dieser Hinsicht haben sich "mute" - Ausrückungen der üblichen Auswerteverfahren als brauchbar erwiesen. Auch Ausrückungsorte, die zu gemeinsamen Austrittswinkeln mit angemessenem Frequenzinhalt gehören, sind gleichfalls brauchbar. Die Ausrückungswerte, die auf diese Weise für Zwecke der Weitausrückungsprojektion gewählt werden sind demnach solche Werte, die (I) üblicherweise zu denen gehören, die von den anfänglichen Teilen der ausgerückten Spuren ausgeschlossen werden, d.h. von Refraktionsenergie überdeckte Signale, oder (II) die zu solchen Austrittswinkeln gehörenden, daß zugeordnete Spuren mit weiter Ausrückung einen Frequenzinhalt haben, der nicht merklich geringer als der benachbarter Spuren ist.

Die Raumkoordinaten der endgültigen Spuren sind jedoch nicht die einer Ausrückung, sondern tatsächlich die eines Mittelpunktsortes, der zu der gemeinsamen Gruppe gehört, von denen die Spuren mit naher und weiter Ausrückung erzeugt worden sind. Infolgedessen lassen sich die Ergebnisaufzeichnungen leicht mit tatsächlichen Feldadressen korrelieren.

Um diese Schritte entsprechend schnell ausführen zu können, wird am besten mit einem voll programmierbaren Rechner gearbeitet. Es können aber auch an sich bekannte elektromechanische Systeme benutzt werden. In jedem Fall müssen Feldspuren zunächst statisch und dynamisch korrigiert werden, bevor sie als eine Funktion der Ausrückung dargestellt und damit ggf. mögliche potentielle Gaslagerstätten bestimmt werden können. Diese Korrekturverfahren sind an sich bekannt, siehe z.B. die US-PS 2838.743, in der eine mechanische Vorrichtung und ein entsprechendes Verfahren dargestellt sind. Bei der heutigen Auswertung werden entsprechend programmierte Rechner für diese Aufgabe benutzt, bei der die Datenwörter u.a. als Funktion von Amplitude, Zeit, Bezugsniveau, Ortsbestimmung, Gruppenaus rückung, Geschwindigkeit gekennzeichnet sind und zur Korrektur für die Winkel- und horizontale Ausrückung bearbeitet werden, siehe z.B. die US-PS 3.731.269, in der ein mit einem Computer auszuführendes Programm für diesen Zweck dargestellt ist. Elektromechanische Einrichtungen zum Sortieren und Stapeln sind ebenfalls als Mittel zur Beseitigung oder Verminderung von Störgeräuschen bekannt. Einrichtungen dieser Art zum Zuordnen und Stapeln, einschl. der Ausführung von Strahllenkungsverfahren, sind in den nachfolgenden US-PS beschrieben:

3.597.727 3.766,519

3.806.863 3.784.967

3.638.178 3.149.302

3.346.840 3.149.303

Fig.10 veranschaulicht einzelne Elemente eines Rechnersystems zur Ausführung der in Fig. 7, 8, 9A und 9B dargestellten Schritte. An sich sind viele am Markt befindliche

Rechenanlagen für die Ausführung des Verfahrens geeignet. Um jedoch die Verfahrensabläufe mit möglichst geringen Kosten am besten zu veranschaulichen, empfiehlt sich ein hier näher erläutertes Kleinrechnersystem 50, das aus Elementen zusammengesetzt werden kann, die von den verschiedensten Herstellern geliefert werden, z.B. der Intel Corporation, Santa Clara, California. Wo jedoch ein zentrales Rechenzentrum für seismische Auswertearbeiten zur Verfügung steht, ist meistens eine Großrechenanlage, wie etwa IBM 370/65, vorhanden. Für die meisten Ausführungsformen der Erfindung ist es am günstigsten, ein solches System zu verwenden.

Das System 50 kann eine CPU (Zentraleinheit öder Prozessor) 51 aufweisen, die von einer Steuereinheit 52 gesteuert wird. Zwei Speichereinheiten 53 und 54 sind mit der CPU 51 durch die Sammelschiene 55 verbunden. Eine Programmspeichereinheit 53 speichert Instruktionen, nach welchen sich die Tätigkeiten der CPU 51 richten. Die Datenspeichereinheit 54 enthält als Datenwörter Daten, die in Beziehung stehen zu den seismischen Daten, die von dem Feldaufnahmesystem geliefert werden. Da die seismischen Spuren große Mengen an Datenbits enthalten, kann eine Hilfsspeichereinheit 55 vorgesehen sein. Die CPU 51 hat schnellen Zugriff zu den gespeicherten Daten durch Adressierung des entsprechenden Einganges, etwa 56. Zusätzliche Eingänge können vorgesehen sein, um zusätzliche Information nach Erfordernis von üblichen äußeren, an sich bekannten Ausrüstungsteilen aufzunehmen, wie z.B. floppy disks, Papierbandleser usw. einschließlich solcher Ausrüstungsteile, die durch Eingangsschnittstellenöffnung 57 angeschlossen sind, der eine Tasteneinheit 58 vorgeschaltet ist. Durch Verwendung von Zeitsignaleingaben hält die Steuerschaltung 52 die richtige Reihenfolge der Ereignisse

aufrecht, die für irgendeinen Bearbeitungsschritt erforderlich ist. Nachdem eine Anweisung aufgenommen und decodiert worden ist, liefert die Steuerschaltung die entsprechenden Signale sowohl an interne als auch externe Einheiten, um die entsprechenden Bearbeitungsschritte auszulösen, die oben beschrieben worden sind.

Zusätzlich zu der Aufgabe, die mathematischen Projektionen der Spurendaten jeder ursprünglichen Zusammenfassung und die Darstellung solcher Projektionen Seite an Seite zu liefern, kann das System 50 auch die überprüfung der Inhalte dieser Projektionen mit Bezug auf gewisse bekannte Tendenzen in den ursprünglichen Daten ermöglichen, um dadurch besser das Potential für die Lagerung flüssiger Kohlenwasserstoffe und/oder die Lithologie der untersuchten Erdformation zu bestimmen. Solche Entscheidungen hängen ab von gewissen Beziehungen, die von vornherein in den Daten vorhanden sind.

Es ist zu beachten, daß Zonen mit Ansammlung gasförmiger Kohlenwasserstoffe genau identifiziert werden können, indem zunächst bestimmt wird, ob Ereignisse hoher Intensität in den interessierenden Spurenzusammenfassungen bestehen, und danach, ob die Ereignisse mit dem Auftreten von gasförmigen Kohlenwasserstoffen in Zusammenhang gebracht werden können, nämlich, ob die Frage "ändert sich die Amplitude dieser Ereignisse fortschreitend als Funktion der horizontalen Ausrückung?" bejahend beantwortet werden kann. Solch ein Schritt schließt einen vorbereitenden Schritt ein, indem die interessierenden Ereignisse (aus einer Zusammenfassung mit denselben Ereignissen einer anderen Zusammenfassung) einander gegenübergestellt werden. Falls dann eine merkliche Änderung im Amplitudencharakter des inter-

essierenden Ereignisses erscheint, etwa eine Umkehr in der Neigung zur Zu- oder Abnahme, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß der Schluß, daß eine solche Änderung durch die Gegenwart gasförmiger Kohlenwasserstoffe bewirkt worden ist, zutrifft. Nach Untersuchung oder Vergleich mittels einer Übersichtstabelle ist auch der lithologische Charakter der Untergrundschicht einer Bestimmung zugänglich.

Derartige Bestimmungen und die Ergebnisse dieser Bestimmungen können selbsttätig mit dem System 50 herbeigeführt werden. Nach Auswahl und Codierung der Amplituden des interessierenden Ereignisses bzw. der interessierenden Ereignisse, d.h. der Projizierung der nah- und weitausgerückten Amplituden mittels einer Anpassung nach den kleinsten Quadraten, kann das System 50 auch automatisch ihre Neigung zur Vergrößerung oder Verkleinerung bestimmen. Ferner kann bestimmt werden, ob die Neigung eine Umkehr der vorher berechneten Daten ist, und in Abhängigkeit davon, ob eine Umkehr gefunden wird oder nicht, bei Auftreten der Umkehr diese hervorheben. Sodann kann ihre Richtung mit einer eine einzelveränderliche aufweisenden lithcj»logischen Tabelle verglichen werden, um so sowohl das' Gasführungspotential als auch die Lithologie der Schicht zu ermitteln. Mit Bezug auf die Arbeitsweise dieser Tabelle ist zu beachten, daß sie eine LOOK-UP-Funktion aufweist, in der die Vergrößerungs- oder Verkleinerungstendenz (UP- oder DOWN-scale trend) der Amplitudenrichtung (bei Ausrükkung) der einzelnen Zusammenfassung den Druck einer entsprechenden lithologischen Kennzeichnung auslöst.

Zur Ausgabe der Information kann das System 50 einen Drucker 59 aufweisen, durch den die Ergebnisse der

lithologischen Bestimmung (durch Befragung der lithologischen Übersichtstabelle) ausgedruckt werden können.

Noch wichtiger als ein Ausgabedrucker ist jedoch eine disk-Elnheit 60, die zeitweilig die Daten speichern kann. Danach kann ein von dem Rechner unabhängiger Digital-Plotter, der eine Reihe von Darstellungen erzeugen kann, in Verbindung mit den Daten der Einheit 60 benutzt werden. Derartige Plotter sind im Handel erhältlich und arbeiten z.B. mit einer Rechner-gesteuerten Kathodenstrahlröhre (CRT), um optisch auf Fotopapier als Darstellungsmittel die seismischen Daten zusammenzufassen. In einem solchen Plotter werden die Daten in Kathodenstrahl-Ablenkungssignale umgewandelt. Der resultieren Strahl wird über den Schirm der Röhre bewegt und damit die optisch zusammengefaßte Aufzeichnung des Ereignisses angezeigt, etwa mittels fotografischem Film. Nachdem eine vorbestimmte Zahl von Linien nebeneinander gezogen worden ist, wird der Film in einem Fotolabor entwickelt, und es werden Kopien zur Betrachtung durch den Auswerter gezogen.

Die mit dem Verfahren sich ergebenden Möglichkeiten zur Auswertung werden durch die nachfolgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel I

In Fig. 11 sind seismische Daten in CDP-gestapelter Form dargestellt, die im Sacramento-Tal, Kalifornien, USA, aufgenommen worden sind. Drei Aufschlußbohrungen, die etwa bei den Mittelpunkten CP-109, CP-98 und CP-85 liegen, haben einen m mächtigen Sand durchteuft, der nahezu vollständig gasgesättigt ist. Der entwickelte Teil des Feldes erstreckt sich

von etwa CP-75 nach CP-130. Gas tritt in einer Teufe von etwa 2.100 m auf_r die einer Zeit von etwa 1,7 see auf der Aufzeichnung entspricht.

Die Sektionen oder Abschnitte 80, 81 für die Projektionen nahe und weit ausgerückter Spuren sind in den Fig. 12 und 13 dargestellt. Ein Vergleich der Sektionen zeigt, daß in den interessierenden Bereichen und Teufen die Amplituden mit der Ausrückung in den Darstellungen zunehmen, wobei sich eine gute Übereinstimmung mit dem Gasfund ergibt.

Beispiel II

In Fig. 14 sind in CDP-Zusammenfassung seismische Daten dargestellt, die in Alaska aufgenommen worden sind. Aufschlußbohrungen liegen bei etwa CP-140 und CP-110 und haben eine Reihe von dünnen Schichten hoher Geschwindigkeit (stringer) durchteuft, die gasförmige Kohlenwasserstoffe enthalten.

Das Feld erstreckt sich von etwa CP-105 bis CP-150. Das Gas tritt auf in einer Teufe von etwa 1.050 m, die auf den Zeitprofilen einer Zeit von etwa 0,9 see entspricht.

Die Fig. 15 und 16 zeigen Profilabschnitte 84 bzw. 85 mit für nahe bzw. weite Ausrückung projizierten Spuren. Ein Vergleich dieser Abschnitte zeigt, daß die Amplituden über die interessierenden Bereiche und Teufen mit der Ausrückung innerhalb der Darstellungen zunehmen und außerdem gut mit dem interessierenden Gasfund korrelieren.

Zu den hier erläuterten Ausfuhrungsformen der Erfindung sind Abwandlungsmöglichkeiten denkbar.

Zum Beispiel können für die Amplituden jeder der Nah- und Weitausrückungsspuren umhüllende erzeugt werden, wobei

übliche Mittelungsverfahren benutzt werden, z.B. die Wurzel aus dem mittleren Quadrat vieler Amplitudenwerte, die dem Null- und dem 90°-Wellenzug (wavelet) der gespeicherten Daten zugeordnet sind, d.h., daß mehrere Amplitudenproben über mehrere Zeitproben erst bei der Phase Null und dann um 90° phasenverschoben benutzt werden, worauf die erzeugten Umhüllenden, eine von der anderen, als Funktion des gemeinsamen Mittelpunktsortes subtrahiert werden. Die sich ergebende Differenz-Umhüllende ist zuverlässiger, da irgendein Ausschnitt ein Mittel von mehreren Amplitudenwerten über viele Zeitproben ist. Damit wird das Geräusch in dem ursprünglichen Profil unterdrückt.

Zu beachten ist, daß die erwähnten Voraussageverfahren zur Bestimmung der Nah- und Weit-Spurenprojektionen auch Matrix-Gleichungen der nachfolgenden Form benutzen können.

Pseudo-Inverse Matrix-Gleichungen

Es wird angenommen, daß N Spuren pro Zusammenfassung mit Ausrückungen Xj und Amplituden Aj für die Bearbeitung verfügbar sind und daß die analytischen Funktionen die oben beschriebene Form haben, nämlich

A(J) = C₀ + C₁X (B)

A(J) » C₀ + C₂X² (C)

A(j) ■ C₀ + C₁X + C₂ x² (D)

Für die Gleichung (C) ist die "kleinste Quadrate"-Lösung in Matrixform für die Konstanten C_Q und C₃:

C₀ N ZX₁ ² -1 EA₁ C₂ EX₁ ² EX₁ ⁴ EA₁X₁ ²

33Ί6278

Das ergibt:

_DET « N . EX₁ ⁴ - UXi²)²

Danach wird die Bewertung der Konstanten C_Q und C₂ weiter vereinfacht:

W · »i - W

Wenn die Amplituden der nah ausgerückten und weit ausgerückten Spuren projiziert werden, ist mit solchem Verfahren die Subsitution eines finiten Ausrückungswertes, d.h., eines Ausrückungswertes Xp in den obigen Gleichungen/wie folgt verbunden:

Projektion bei der Ausrückung Xp:

A(Xp) = C₀ + C₂Xp²

= ΣΧ⁴-Χρ²ΣΧ² . _ΣΑ.
DET

DET

^EWi^Ai

Hierin ist

w - ^Σχ4 " ^χΡ^{2 Σχ2} + ^ΝΧρ2 " ^Σχ2 Χ·

i DET DET ' ³

^Wi ' K₀ + K₂ . Χ.²

- 3t -

Da die Konstanten K und K₂ leicht bestimmbar sind, kann die Gleichung (C) schnell gelöst werden.

In gleicher Weise sind die Gleichungen (B) und (D) lösbar. Z.B. liefert bei der Gleichung (B) die Anwendung der Matrixform für eine Projektion bei Xp

(Xp) - SWj Aj

Daraus ergibt sich mit Einsetzen

DET ■ N ^# ΣΧ* -

W » ΣΧ² - Xp ΣΧ ₊ NXp - ΣΧ _χ. i DET DET *

DET DET

W₁ = K₀ + K₁ . x_±

Bei der vorstehenden Form ist zu beachten, daß, falls der projizierte Ausrückungsort etwa gleich 2/3 des maximalen Ausrückungswertes ist, sich ergibt

Xp = ΣΧ²/ΣΧ ~ 2/3 x_max; Kq₁= 0; and

Gleichfalls liefert die Anwendung der vorstehenden Matrix form auf die Gleichung (D) für eine Projektion bei Xp

A(Xp) =

Hierbei ist ^wi ^{= K}o ^{+ K}l^xi ^{+ K}2^xi²

und K'_s » / (EX₁, EX₁ ², ZX₁ ³, ΣΧ_£ ⁴, Xp, N)

• kv*

268683

Chevron Hesearch Company

Legende zu den Fig. 1 bis 16 der Zeichnungen

Pig. 1

Fig. 2 Shale = Schiefer

linker Pfeil .Reflexion an der Oberkante Gassand 11

rechter Pfeil .Reflexion an der Basis Gassand 11

Fig. 3 Abszisse: Einfallswinkel

Ordinate: lieflexionskoeffizient

Kurve 20: .Reflexion von der Basis Gassand 11

Kurve 21: Reflexion von der Oberkante Gassand 11

Fig. 4 Abszisse und Ordinate: siehe Fig. 3

Kurve 2,6: .Reflexion von der Basis des tiefliegenden Gassandes 11

Kurve 25 '· .Reflexion von der Oberkante des tiefliegenden Gassandes 11

Fig. 5

Fig. 6 Doppelpfeil: Gemeinsamer Mittelpunkt

Fig. 7 oberer Kasten: Erzeuge Adress-Zusatz für alle korrigierten Amplitude/Zeit-Spuren von Gruppen die Horizontal-Ausrückungswerte enthalten, die zu bestimmten Quelle-Detektor-Paaren, die jeweils eine Spur erzeugen, und einem entsprechenden Mittelpunktsort gehören

mittlerer Kasten: Erzeuge "Nah"- und "Weit"-Spuren (und Profilabschnitte daraus), gestützt auf eine "kleinste Quadrate" Anpassung an die korrigierten Spuren

unterer Kasten: Klassifiziere die "Nah"- und "Weit"-Spuren (und Profilabschnitte daraus), so daß Ereignisse in den Spuren Gasführungspotential und Lithologie der Schicht anzeigen

Fig. 8 oberer Kasten: wie Fig. 7

2. Kasten: Bestimme für Zeiten T1...TJ eine Gruppe G1...GJ alle Amplituden als Funktion der Ausrückung

—2—

3- Kasten: Bestimme die beste Anpassung der erzeugten Amplituden an eine Keihe analytischer Funktionen

4-, Kasten: Bestimme die Amplitudenwerte für Nah- und Weitausrückung, gestützt auf die funktionale Form der best passenden Punktion

5. Kasten: Nein
Ist die Zeit Tj ?
Ja

6. Kasten: Speicher die Daten

7. Kasten: Nein

Ist diese Gruppe Gj ?
Ja

8. Kasten: Darstellung einer Reihe von gespeicherten Spuren naher und weiter Ausrückung Seite an Seite als seismisches Profil, wobei alle Profilabschnitte auf gemeinsame Mittelpunktskoordinaten normiert sind.

linker Seitenkasten: Iteration für eine neue Zeitprobe für die Gruppe G1...GJ

Fig. 9A Kopf der Figur: CDP Spurengruppe Ausrückung (x)

linker Hand der Fig.: Zeit Tj Fig. 9B Abszisse: Ausrückung
Ordinate: Amplitude

Kopf der Fig.: Anpassung der Daten durch Bestimmung nach den kleinsten Quadraten an die Funktionsgleichung

unter der Fig.: A(o) = Nahausrückungsprojektion A(L) = Weitausrückungsprojtktion

Fig. 10 Bezugszeichen %) bis 60: siehe Beschreibung Input Interface = Eingabe Schnittstelle Output Interface = Ausgabe Schnittstelle

Fig. 11 Kopf der Fig.: Gasfeld Kalifornien, normale Stapelung

linker Rand: Zeit
Fig. 12 Kopf der Fig.: Nahausrückungsprojektion

linker Rand: Zeit
Fig. 13 Kopf der Fig.: Weitausrückungsprojektion

linker Rand: Zeit

Fig. 14 entsprechend den Fig. 11 bis 13 bis 16

- Leerseite ~

Claims (15)

33Ί6278 PATENTANSPRÜCHE

1.(Verfahren zur Bestimmung von Schichteigenschaften unter Benutzung von in seismischen Aufzeichnungen auftretenden Ereignissen mit starker Amplitude, wobei mit einer Quellen und Detektoren aufweisenden Aufnahmeanordnung gearbeitet wird, in der Mittelpunkte zwischen ausgewählten Paaren von Quellen und Detektoren eine Reihe von Mittelpunkten entlang einer Aufnahmelinie bilden und die von den Detektoren gelieferten Signale aufgezeichnet werden, einschließlich Signalen, die von akustischen Diskontinuitäten stammen, die einer interessierenden Schicht bzw. interessierenden Schichten zuzuordnen sind, und statisch und dynamisch korrigiert werden, so daß korrigierte Spuren gebildet werden, von denen jede zu einem Mittelpunkt gehört, der horizontal in der Mitte zwischen einem Quelle-Detektor-Paar liegt, von dem die korrigierte Spur ursprünglich stammt, dadurch gekennzeichnet, daß

die korrigierten Spuren derart mit Indizes versehen werden, daß jede der korrigierten Spuren in ihrer Beziehung zu benachbarten Spuren identifiziert ist auf der Basis fortschreitender Änderungen im gemeinsamen Mittelpunktsort,

in einer Reihe analytischer Funktionen bekannten mathematischen Charakters eine bestmögliche Anpassung an in Abhängigkeit von der horizontalen Ausrückung auftretenden Amplitudenveränderungen in einer Gruppe der korrigierten Spuren bestimmt wird, wobei diese Gruppe von Spuren mit einem gemeinsamen Mittelpunktsort und einer Gruppe von fortschreitend sich ändernden horizontalen Ausrückungswerten identifiziert wird,

für die Gruppe der korrigierten Spuren an neuen Ausrückungsorten, gestützt auf die am besten passende analytische Funktion, die Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit zeigende Spurenprojektionen für Nah- und Weitausrückung geschaffen werden, die mit Ausrückungsorten identifizierbar sind, die mit Bezug auf die Gruppe sich ändernder horizontaler Ausrückungswerte auf entgegengesetzten Seiten dieser Gruppe liegen, und

eine erste Reihe von Spurenprojektionen, die zu Orten naher Ausrückung gehören, Seite an Seite mit einer zweiten Reihe von Spurenprojektionen dargestellt wird, die zu weit ausgerückten Orten gehören, wobei die erste und die zweite Reihe der dargestellten Spuren wenigstens denselben allgemeinen Gruppen von Mittelpunkten zuzuordnen sind, so daß die fortschreitende Änderung in einem Ereignis mit hoher Amplitude in den dargestellten Spuren als eine Funktion fortlaufender Änderung in den Mittelpunktswerten dargestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reihe analytischer Funktionen bekannten mathematischen Charakters ausgewählt wird aus einer Gruppe linearer und quadratischer Gleichungen der Form:

I. A(X) = C_ + C 1 ^X II. A(x) = C_n + C 2 ^χ2 III. A(x) = C +C
\-*—. I V-, v 4-

wobei A(x) die Amplitude der projezierten Spur als Funktion der Ausrückung χ ist und C₀, C₁ und C₂ Konstan ten sind, die durch an sich bekannte seismischen Auswerteverfahren bestimmbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wahl der einen analytischen Funktion bekannten mathematischen Charakters auf einer Anpassung nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate beruht.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorauswahl der Spurenprojektionen für nahe und weite Ausrückung für jede der Zusammenfassungen oder Gruppen korrigierter Spuren bestimmt wird durch die Lösung der bestpassenden analytischen Funktion für vorgewählte Nah- und Weitausrückungswerte, wobei die Konstanten durch an sich bekannte Arbeitsschritte bestimmt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spurenprojektionen für Amplituden in Abhängigkeit von Nahausrückungen bestimmt wird durch Lösung der gewählten analytischen Funktion für einen Nahausrückungswert X=O, wobei die Konstanten durch an sich bekannte Arbeitsschritte bestimmt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Spurenprojektionen für die in Abhängigkeit von der Weitausrückung gegebenen Amplitude bestimmt wird durch Lösung der gewählten analytischen Funktion für den Weitausrückungsort x, der dem bei der CDP-Bearbeitung der korrigierten Spuren vorliegenden schwachen (mute) Ausrückungsort entspricht.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spurenprojektion für die Amplitude in Abhängigkeit von der Weitausrückung bestimmt wird, indem die bestpassende analytische Funktion für den Weitausrückungsort χ gelöst wird, der dem Ausrückungsort entspricht, der für

CDP-Bearbeitung der korrigierten Spuren benutzt wird, derart, daß ein Austrittswinkel gegeben ist, der eine annehmbare kleinste Spurenverzerrung gewährleistet.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittswinkel für annehmbare kleinste Spurenverzerrung zwischen 40 und 50 beträgt, gemessen von einem Lot auf einen waagerechten Reflexionshorizont.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der lithologische Charakter der Schicht bzw. der Schichten anhand der Richtung der fortschreitenden Änderung in der Amplitude des Ereignisses zwischen der ersten und der zweiten Reihe von Spurenprojektionen bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Amplitude in den beiden Reihen festgestellt wird, wobei eine Zunahme von der ersten Reihe der Spuren zur zweiten Reihe hin als Anzeichen für einen unter undurchlässigem Schiefer befindlichen Sandstein und eine Abnahme für einen unter undurchlässigem Schiefer befindlichen Kalkstein gewertet wird. '

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ursprünglich aufgenommenen Spuren auf der Grundlage gemeinsamer, aber fortschreitend sich ändender horizontaler Ausrückungswerte und gemeinsamer, aber fortschreitend sich ändender, gemeinsamer Mittelpunktsorte geordnet werden, so daß danach jede Spur identifiziert ist durch einen Mittelpunktsort, der wenigstens auch bei einer weiteren Spur auftritt, und einen bekannten horizontalen Ausrückungswert, daß in der Reihe analytischer Funktionen bekannten mathematischen Charakters eine beste Anpassung an die Änderungen der Amplitude in Abhängigkeit

von der Ausrückung für jede resultierende Spur und die wenigstens eine weitere Spur bestimmt wird.

12. Verfahren zur Bestimmung der Möglichkeit für die Führung von Kohlenwasserstoffen und/oder der Lithologie von unterirdischen Schichten unter Benutzung von Ereignissen starker Amplitude in seismischen Aufzeichnungen, die Signale von akustischen Diskontinuitäten enthalten, die den interessierenden Schichten zugeordnet werden können, und durch eine Anordnung von Quellen und Detektoren erhalten worden sind, von denen die Mittelpunkte zwischen ausgewählten Paaren von Quellen und Detektoren eine Reihe von Mittelpunkten . entlang einer Aufnahmelinie bilden, wobei die aufgezeichneten Signale die Ausgangssignale der Detektoren sind und zunächst statisch und dynamisch korrigiert werden, so daß jede der korrigierten Spuren einem Mittelpunkt zuzuordnen ist, der horizontal in der Mitte zwischen dem Quelle-Detektor-Paar liegt, von dem die korrigierte Spur ursprünglich stammte, dadurch gekennzeichnet, daß

die korrigierten Spuren derart mit Indizes versehen werden, daß jede der korrigierten Spuren in ihrer Beziehung zu benachbarten Spuren identifiziert ist auf der Basis fortschreitender Änderungen im gemeinsamen Mittelpunktsort,

in einer Reihe analytischer Funktionen bekannten mathematischen Charakters eine bestmögliche Anpassung an in Abhängigkeit von der horizontalen Ausrückung auftretenden Amplitudenveränderungen in einer Gruppe der korrigierten Spuren bestimmt wird, wobei diese Gruppe von Spuren mit einem gemeinsamen Mittelpunktsort und einer Gruppe von fortschreitend sich ändernden horizontalen Ausrückungswerten identifiziert wird,

für die Gruppe der korrigierten Spuren an neuen Ausrückungsorten, gestützt auf die am besten passende analytische Funktion, die Amplitude in Abhängigkeit von der Zeit zeigende Spurenprojektionen für Nah- und Weitausrückung geschaffen werden, die mit Ausrückungsorten identifizierbar sind, die mit Bezug auf die Gruppe sich ändernder horizontaler Ausrückungswerte auf entgegengesetzten Seiten dieser Gruppe liegen. Eine erste Umhüllende der Spurenamplituden-Projektionen, die den nahe ausgerückten Orten zugeordnet sind, und eine zweite Amplitudenumhüllende der Spurenprojektionen erzeugt wird, die den weit ausgerückten Orten zugeordnet sind, und die zwei Umhüllende, eine von der anderen, subtrahiert werden, um eine Differenz-Umhüllende zu bilden, und

die Differenz-Umhüllende dargestellt wird, um die in Abhängigkeit von der Zeit stattfindende Amplitudenänderung als Funktion der Mittelpunktskoordinate darzustellen, so daß die fortschreitende Änderung in einem durch Amplitude hoher Intensität ausgezeichneten Ereignis in den dargestellten Spuren identifiziert ist als Funktion fortschreitender Änderung in den Mittelpunktswerten.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorauswahl von Spurenprojektionen für nahe und weite Ausrückung aufgrund der Lösung der allgemeinen Gleichung A(x) = w. A. in Matrixform getroffen wird, wobei w. eine Funktion ist, die mit der gewählten linearen oder quadratischen Gleichung variiert, die am besten an die in Abhängigkeit von der Zeit auftretenden Amplitudenänderungen der Spurengruppe angepaßt und A. die Amplitude der Zusammenfassungen für die Zeiten T₁...T. ist.

14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorauswahl der Projektionsamplituden Projektionen für einen Ausrückungsort bei X bestimmt werden, wobei W. in der allgemeinen Gleichung A(x) = W. A. wie folgt bestimmt ist

X⁴ - Xp² X² _A NXp² - χ² 2 DET DET * i

15. Verfahren zur Bestimmung von Schichteigenschaften unter Benutzung von in seismischen Aufzeichnungen auftretenden Ereignissen mit starker Amplitude, wobei mit einer Quellen und Detektoren aufweisenden Aufnahmeanordnung gearbeitet wird, in der Mittelpunkte zwischen ausgewählten Paaren von Quellen und Detektoren eine Reihe von Mittelpunkten entlang einer Aufnahmelinie bilden und die von den Detektoren gelieferten Signale aufgezeichnet werden, einschließlich Signalen, die von akustischen Diskontinuitäten stammen, die einer interessierenden Schicht bzw. interessierenden Schichten zuzuordnen sind, und statisch und dynamisch korrigiert werden, so daß korrigierte Spuren gebildet werden, von denen jede zu einem Mittelpunkt gehört, der horizontal in der Mitte zwischen einem Quelle-Detektor-Paar liegt, von dem die korrigierte Spur ursprünglich stammt, dadurch gekennzeichnet, daß die korrigierten Spuren in zwei Dimensionen indiziert werden, derart, daß jede der korrigierten Spuren identifiziert ist in ihrer Beziehung zu benachbarten Spuren auf der Grundlage fortschreitender Änderungen in dem horizontalen Ausrückungswert, bezogen auf fortschreitende Änderungen in dem gemeinsamen Mittelpunktsort,

die bei dem vorhergehenden Schritt erzielten Reihen von Spuren durch Ähnlichkeitskoeffizienten gewichtet werden, wobei, nachdem eine Reihe normalisierter Verhältnisse von Ausgabe-Zu-Eingabe-Energie durch Stapelung erzeugt

worden ist, Ereignissen in den Spuren, die in einer begrenzten Anzahl von Phasen auftreten, deutlicher hervorgehoben werden, und

die gewichteten Spuren dargestellt werden, so daß die fortschreitende Änderung in einem Ereignis starker Amplitude in den dargestellten Spuren identifiziert wird als Funktion der fortschreitenden Änderung in den horizontalen Ausrückungswerten.