DE3415409A1

DE3415409A1 - Seismisches aufschlussverfahren mit aus umwandlung herruehrenden p- oder s-wellen

Info

Publication number: DE3415409A1
Application number: DE19843415409
Authority: DE
Inventors: Clint W. Irvine Calif. Frasier
Original assignee: Chevron Research and Technology Co; Chevron Research Co
Current assignee: Chevron USA Inc
Priority date: 1983-04-20
Filing date: 1984-04-19
Publication date: 1984-11-15
Also published as: GB2139355B; GB8410296D0; FR2544869A1; GB2139355A; DE3415409C2; FR2544869B1; CA1219329A

Description

Hamburg, den 18.4.1984

280884

Priorität: 20.4.1983, USA

Patentanmeldungen Nr.:

486659, 486&6O, 486754

Anmelder:

Chevron Research Company

San Francisco, CaI., USA

SEISMISCHES AUFSCHLUSSVERFAHREN MIT AUS UMWANDLUNG HERRÜHRENDEN P- ODER S-WELLEN

Die Erfindung betrifft ein geophysikalisches Aufschlußverfahren, das mit der gleichzeitigen Aufnahme üblicher P- oder S-Wellen und solcher aus Umwandlung und nachfolgender Bearbeitung der sich ergebenen Spuren arbeitet,-wobei unsymmetrische Weglängen der einfallenden Primärwellen und der reflektierten umgewandelten Wellen benutzt werden, um vor der Spurenstapelung einen sich ergebenden begrenzten Ausrück-Abschnitt auf einen Abschnitt mit einer tatsächlichen Null-Ausrückung zu transformieren, unabhängig von der Teufe oder dem Einfallen des Reflektors. Für die Aufnahme ist die Benutzung von Mehrkomponenten-Empfängern vorgesehen.

Die übliche Aufnahme und Bearbeitung seismischer Reflexionsdaten beginnt mit der gesonderten Erzeugung von Druckwellen (P-Wellen) oder Seher-Wellen (S-Wellen), und nachfolgender, gesonderter Aufzeichnung mittels Einzelkomponenten-Empfängern, d.h. Empfängern, die aktive Elemente haben, die auf Bewegungen der reflektierten Wellen in nur einer Richtung ansprechen. Wenn eine vertikal ausgerichtete seismische Quelle angenommen wird, laufen übliche P-Wellen abwärts in die Erde hinein und werden von einer oder mehreren geologischen Schichten als P-Wellen reflektiert. Diese P-Wellen werden mittels einer Auslegung von Empfängern aufgezeichnet, deren aktive Elemente nur auf eine vertikal ausgerichtete, elastische Wellenbewegung anspricht. Ähnlich wird bei Aufschlußarbeiten mittels Scherwellen gearbeitet; die S-Wellen, die von einer horizontal ausgerichteten seismischen Quelle erzeugt werden, werden von Reflektoren im Untergrund als S-Wellen reflektiert und in entsprechender Weise mit einer Auslegung von Empfängern aufgezeichnet, bei denen aber die aktiven Elemente ausschließlich auf horizontal ausgerichtete Wellenbewegungen ansprechen.

Die Weiterverarbeitung von P- und/oder S-Wellen-Aufnahmen wird noch dadurch kompliziert, daß zur Aufnahme gewöhnlich CMP-Roll-along-Verfahren (Verfahren mit gemeinsamem Mittelpunkt und kontinuierlichem Vorrücken) verwendet werden. Solche Verfahren arbeiten mit sich überlappenden Auslegungen von Empfängern in Verbindung mit in Richtung des Arbeitsfortschrittes entlang der Aufnahmelinie weiterbewegten Quellen, um eine beträchtliche Anzahl von "redundanten" seismischen Spuren zu erzeugen. Diese sind insofern redundant, weil eine gewisse Anzahl von Spuren demselben gemeinsamen Mittelpunkt zugeordnet werden kann, der in der Mitte zwischen einer Mehrzahl von entsprechenden Quelle-Empfänger-Paaren liegt, von denen die Spuren in erster Linie erzeugt werden. Nach Anbringung von Zeitverschiebungen an solchen Spuren, d.h. statischen und dynamischen Korrekturen, wird eine Zusammenfassung

mit gemeinsamem Mittelpunkt (CMP) geschaffen. Danach werden die zu der Zusammenfassung gehörenden Spuren gestapelt, um das Verhältnis von Nutz- zu Störsignalen zu verbessern.

Im folgenden ist das Verständnis der für die Aufnahmekoordinaten bestehenden Beziehungen wesentlich, wobei Spuren entweder durch die Koordinaten der Quellenorte (s) und Empfängerorte (g) entlang der Linie des Aufnahmeprofils oder durch Koordinaten identifiziert werden, die dem Ausrückungsabstand (f) zwischen Quelle und Empfängerstationen und dem Mittelpunktsort (y) zwischen entsprechenden Quelle- und Empfängerpaaren zugeordnet sind, siehe im einzelnen John F. Claerbout, "Fundamentals of geophysical data processing", New York 1976, S. 228 ff.).

Obwohl die gestapelte Zusammenfassung von Spuren wegen der Stapelung eine Verbesserung zeigt, kann eine Interpretation doch aufgrund der Tatsache erschwert sein, daß an Grenzen zwischen verschiedenen Gesteinsarten eine teilweise Umwandlung von dem einen Wellentyp auf den anderen eintritt, wenn der Winkel der einfallenden Welle größer als Null ist. Zum Beispiel kann eine einfallende P-Welle teilweise in eine Sv-Reflexionswelle, oder eine einfallende Sv-Welle teilweise in ein P-Reflexionswellensignal umgewandelt werden.

Die Zoeppritz-Gleichungen bestimmen die Amplituden der reflektierten und umgewandelten Wellen. Sie sind aber selten bei der Auswertung geophysikalischer Daten benutzt worden, trotz der Tatsache, daß bei modernen Aufnahmen seismischer Reflexionen, wie bei CMP-Verfahren, lange Ausrückungen und merkliche Einfallwinkel benutzt werden. Der Grund ist, daß bei tieferen Reflektoren die Einfallswinkel verhältnismäßig klein sind und die Geschwindigkeits- und Dichte-Unterschiede zwischen den Schichten als verhältnismäßig klein angenommen werden. Siehe zum Beispiel Kenneth H. Waters, "A tool for energy resource exploration", 1978, S. 21 ff.

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überdies kann die Anwendung solcher Gleichungen auch viele verschiedene Energie-Niveaus, die mit den zahlreichen reflektierten Wellen für alle Einfallswinkel und Materialunterschiede, die im Untergrund bestehen, zur Erzeugung einer derart umfangreichen Datenmenge führen, daß damit der Auswerter überfordert ist. Er kann es demnach als zu schwierig ansehen, die Zoeppritz-Gleichungen systematisch anzuwenden, insbesondere, wenn die Felddaten durch moderne CMP-Verfahren aufgenommen werden. Auch wenn in diesem Zusammenhang die Mittelpunkte und Reflexionspunkte nicht vertikal in Flucht zu liegen brauchen, wird diese Tatsache gewöhnlich vernachlässigt, d.h. es werden die Unterschiede vernachlässigt, die zwischen umgewandelten P- und Sv-WeIlenweglängen in Bezug auf Vertikalprojektionen durch Mittelpunkte bestehen, die in der Mitte zwischen entsprechenden Quelle-Empfängerpaaren liegen.

Bei üblichen einfallenden und reflektierten Wellen liegen die Reflexionspunkte söhliger Reflektoren unmittelbar unter der Vertikalprojektion des Mittelpunktes entsprechender Quelle-Empfänger-Paare, die zu den interessieren Spuren gehören. Daher können Spuren, die gemeinsamen Reflexionspunkten oder Tiefenpunkten auf söhligen Reflektoren zugeordnet sind, nach entsprechenden Korrekturen zur Ausrichtung der Spuren summiert oder gestapelt werden, obwohl sie von verschiedenen Quelle-Detektor-Paaren stammen. Bei umgewandelten Wellen liegen aber die Reflexionspunkte unter den gleichen Umständen nicht unter den Projektionen der Mittelpunkte der entsprechenden Quelle-Empfänger-Paare, sondern sind vielmehr gegenüber diesen Projektionen um eine bestimmte Strecke versetzt.

Das Problem der unsymmetrischen Weglängen ist erwähnt in z.B. "DIGITAL PROCESSING OF TRANSFORMED REFLECTED WAVES", Soviet Geology and Geophysics, V. 21, No.4, S. 51 - 59.

ΛΑ

T. T. Nefedkina et al. beschreiben hier die Verwendung von P-Wellen, die in Sv-Wellen umgewandelt werden, in Permafrost-Gebieten von Sibirien und ähnlichen Gebieten. Ein Stapelungsverfahren für derartige Umwandlungswellen zeigt, daß es vorteilhaft ist, den Stapelungspunkt der Zusammenfassungen in Übereinstimmung mit einer Reihe von Normalisierungswerten zu variieren, die zu einem besonderen Datenverarbeitungsverfahren gehören, das in dem Artikel "Kondakova's alpha-language" genannt wird. Dieses Verfahren benutzt aber, neben einer völlig unüblichen Terminologie, unzureichende Datengruppen und Vereinfachungsmodelle, so daß eine Anwendung im Zusammenhang mit modernen Aufschlußverfahren, insbesondere dort, wo geneigte Reflektoren auftreten, nicht möglich ist.

Nach der Erfindung werden unsymmetrische Weglängen von primeren einfallenden Wellen und reflektierten umgewandelten Wellen, unabhängig davon, ob die einfallende Welle eine P- oder Sv-Welle ist, berücksichtigt, so daß die Spuren umgewandelter Sv- oder P-Wellen korrekt zusammengefaßt werden können, wobei die zu einer Zusammenfassung gehörenden Spuren im wesentlichen auf denselben Reflexionspunkt auf einen gemeinsamen Reflektor bezogen sind. Das heißt, daß die Spuren umgewandelter Sv- oder P-Wellen durch die Koordinaten der gemeinsamen Reflexionspunkte (CRP) identifiziert werden können, die in korrekter Weise aus den Koordinaten der Quellenpunkte (SP) und der Detektorstationen (D) gewonnen worden sind, so daß die unsymmetrischen Weglängen der einfallenden und umgewandelten Wellen berücksichtigt werden.

Die vorliegende Erfindung beruht teilweise auf der Tatsache, daß die unsymmetrischen Weglängen eine Funktion der Quellenart, des Verhältnisses der Geschwindigkeiten der P- und S-Wellen, d.h. des Vp/Vs-Verhältnisses der Deckschichten über dem zu untersuchenden Reflektor und auch des Einfallswinkels und der Teufe dieses Reflektors ist. Um die hier er-

wähnten Variablen in Beziehung zu setzen, sieht die Erfindung die gleichzeitige Aufnahme üblicher und umgewandelter P- bzw. S-Wellen im Feld vor, wobei übliche CMP-Aufnahmeverfahren benutzt werden. Derartige Verfahren arbeiten mit einer in Reihenfolge stattfindenden Erregung einer üblichen seismischen Quelle, die an einer Reihe von Quellenpunktorten (SP) entlang einer Aufnahmelinie aufgestellt wird, und mit einer redundanten Aufnahme von Reflexionen sowohl von üblichen Wellen als auch von deren umgewandelter Phasen mit Hilfe einer Reihe von Mehrkomponenten-Detektoren. Derartige Detektoren werden entlang der Aufnahmelinie an einer Mehrzahl von Detektorstationen (D) aufgestellt. Aufgrund dessen kann jede konventionelle und umgewandelte Spur einem Quellenpunkt-Detektor stations -Paar mit bekanntem (SP und D) Koordinatenort zugeordnet werden. Danach werden die konventionellen Spuren einer Koordinatentransformation und Verstärkung unterworfen und dabei (a) die unterschiedlichen Laufwege der üblichen Welle in der Deckschicht über dem zu untersuchenden Reflektor und (b) die Teufe und das Einfallen jedes zu untersuchenden Reflektors berücksichtigt. Nachdem Teufe und Einfallen des Zielreflektors derart bestimmt worden sind, wird die Neigung imaginärer gerader Zusammenfassungslinien auf einem Stapelungsblatt angepaßt, das auf die Sp- und D-Koordinaten bezogen ist und die gemeinsamen Umwandlungsspuren identifiziert. Eine solche Anpassung berücksichtigt die Unterschiede in der Weglänge, den Einfalls- und Reflexionswinkel für die einfallenden und die reflektierten Wellen sowie das Einfallen und die Teufe der Zielreflektoren. Die .neu geordneten Spuren werden dann gestapelt, um einen Abschnitt umgewandelter Spuren mit einer tatsächlichen Null-Ausrückung zu bilden.

Für ebene Reflektoren beziehen sich die Koordinaten des gemeinsamen Reflexionspunktes (CRP) einer Zusammenfassung konventioneller Spuren, die auf eine horizontale Bezugsebene projiziert worden sind, auf die Koordinaten des Quellenpunk-

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tes (SP) und der Detektorstation (D), wie nachstehend angegeben :

DRP = (D+SP)/2.

Die vorstehende Transformation kann betrachtet werden als ein Verfahren zur Bestimmung der Koordinaten eines Reflexionspunktes auf dem Zielreflektor, wobei die Koordinaten auf die Bezugsebene projiziert worden sind, indem mit einer Konstanten (k), die auch das Geschwindigkeitsverhältnis von einfallender und reflektierter Welle in der Deckschicht berücksichtigt, die (SP)-und (D)-Koordinaten entsprechender gemeinsamer Quelle-Empfängerpaare multipliziert werden, die die Spurenzusammenfassung bilden, gemäß der nachfolgenden Transformationsgleichung:

SRP = kD + (l-k)SP, wobei k = 0,5 ist.

Gemäß der Erfindungen können die Koordinaten eines gemeinsamen Reflexionspunktes (CRP) für eine Zusammenfassung von umgewandelten Spuren in ähnlicher Weise auf die Koordinaten von Quellenpunkt (SP) und Detektorstation (D) bezogen werden, etwa mit ähnlichen Transformationsgleichungen der nachstehenden Form:

Konversion P-Sv : CRP = kD + (l-k)SP Konversion Sv-P : CRP - (l-k)D + kSP.

Hierin sind SP und D die Quellenpunkt- und Detektor-Koordinaten und k eine Konstante, die das Geschwindigkeitsverhältnis der Deckschicht (Vp/Vs) den Einfallswinkel α und die Teufe (h) des Zielreflektors sowie die Ausrückungsstrecke X zwischen Quelle und Detektor berücksichtigt. Vp und V_s sind die entsprechenden Geschwindigkeiten der P- und der Sv-WeHe in der Deckschicht.

Eine Näherungsformel für k, die alle diese Einflüsse berücksichtigt, lautet:

[(V_n/V_) + {1 + (X/h)sin a

Hier ist

f =

[(V /V₃) - 11

^μ _+(X/h)² cos²

[(v_p/v_s)

V_n V beziehen sich auf das Geschwindigkeitsverhältnis in der Deckschicht. Der Einfallswinkel (α) und die Teufe (h) sowie die Ausrückung X zwischen Quelle und Empfänger sind vorstehend definiert. Es hat sich gezeigt, daß die vorstehende Formel für Einfallswinkel bis zu α = 30 und Ausrückungen genau ist, die etwa das Doppelte der Reflektorteufe, d.h., 2h, betragen. Sie ist auch anwendbar auf übliche P-P-Wellen, falls V_p/V_s = 1 ist.

Für viele Ausrückungsfälle, bei denen die Ausrückung X viel kleiner als die Teufe h und das Einfallen α = Null ist, wird k angenähert durch den einfacheren Ausdruck:

<V^Vs>

■(Vp/v_s) + ι

Für diesen Fall mit einem ebenen Zielreflektor unter einer Deckschicht mit Vp/V_s = 2,4, führt die k-Bewertung mit den vorstehenden Gleichungen zu:

P-Sv : CRP = .73 D + .27 SP Sv-P : CRP = .27 D + .73 SP

In der vorliegenden Beschreibung werden bestimmte Schlüsselausdrücke verwendet, die sich auf die Aufnahme und die Auswertung der Daten einer Mehrfachpunktseismik beziehen und entsprechend den nachstehenden Definitionen benutzt werden.

Es wird angenommen, daß jede aufgenommene CMP-Spur durch die Funktion W (SP, D) beschrieben wird und daß die Koordinate des Quellenortes (SP) und die Koordinate des Empfän-

gerortes (D) die unanhängigen Veränderlichen sind.

In Wirklichkeit sind der Quellenort (SP) und der Empfängerort (D) nicht in einem Kontinuum entlang der Aufnahmelinie (oder -achse) verteilt, die durch die x-Koordinaten definiert ist, sondern sind gewöhnlich eng genug beieinander, so daß es nur eine Sache der Interpolation ist, um W für irgendwelche (SP)- und (D)-Koordinaten zu finden. Entlang der x-Achse liegen auch die Ausrückungskoordinaten (f) des Quelle-Empfänger-Abstandes und die Koordinaten der gemeinsamen Mittelpunktsorte (CMP), die orthogonal zueinder sind, aber die (SP, D)-Ebene mit einem gegebenen Winkel schneiden, der von den Feldaufnahmeparametern abhängt. Falls für den "roll"-AbstandsZuwachs ^SP= AD, ist, dann beträgt der Kreuzungswinkel 45°, und die Koordinaten der Ausrückung und des Mittelpunktes stehen in Beziehung zu den Quelle- und Empfängerkoordinaten in der folgenden Weise:

f = D - SP
CMP = (D + SP)/2

Zur weiteren Erläuterung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen .

Fig.1 ist eine Draufsicht auf ein CMP-Aufnahmesystem und zeigt, wie Daten für das CMP-Verfahren üblicherweise im Feld aufgenommen werden, wobei eine Detektorlinie D1, D2, ...Dm in Verbindung mit Quellen an den Quellenpunkten SP^, ... SP_n benutzt wird und wobei die Quellenerregung bei SP^ eine Aufzeichnung an den Detektoren D-|,...Dm und die Quellenerregung bei SP2 die Datenaufnahme an den Orten D2,... Dm+1 ermöglicht.

Fig. 2A - 2D sind von der Erdoberfläche ausgehende Vertikalschnitte in einem Gebiet, das mit dem CMP-Aufnahmesystem der Fig.1 untersucht worden ist, und zeigen im einzelnen, wie für eine Quelle konventionelle Reflexionen ausgezeichnet werden, wobei ohne Umwandlung des Wellentyps am interessie-

renden Reflektor die Weglängen von einfallender und reflektierter Welle symmetrisch zum zugehörigen Reflektionspunkt eines ebenen Reflektors sind, so daß Spuren mit gemeinsamen Mittelpunkten zwischen entsprechenden Quellenpunkt-Empfänger-Orten zusammenfallen, unabhängig davon, ob die an der Quelle erzeugte Welle eine P-Welle (Fig.2A), eine Sh-Welle (Fig.2B) oder eine Sv-Welle (Fig.2C) ist, vorausgesetzt, daß der zugehörige Empfänger in den entsprechenden Komponenten aufnahmefähig ist (Fig.2D).

Fig. 3 und 4 sind Vertikalschnitte einer Erdformation, die mit dem CMP-Aufnahmesystem der Fig. 1 untersucht worden ist, und zeigen im einzelnen die Änderung im Ort des Reflexionspunktes als Funktion der ursprünglichen Ausbreitungsform der elastischen Welle, d.h., ob eine P- oder Sv-Welle vorliegt, wobei das Einfallen des Zielhorizontes gleich Null ist und die Teufe, die Koordinaten der Detektorstationen D1...Dn und die Koordinaten des Quellenpunktortes SP1 konstant bleiben.

Fig. 5 und 6 sind Schnitte durch eine Erdformation und veranschaulichen im einzelnen, daß Spuren, die zu einer CMP-Zusammenfassung gehören, mit einem zugeordneten gemeinsamen Teufenpunkt auf einem ebenen Reflektor zusammenfallen (oder nicht zusammenfallen), in Abhängigkeit davon, daß eine Wellenumwandlung nicht (oder doch) stattgefunden hat.

Fig. 7 ist ein Stapelungsblatt, in dem Quelle-Empfänger-Koordinaten, die zu Spuren gehören, die durch CMP-Aufnahmeschritte erzeugt worden sind, auf einem von gemeinsamem Mittelpunkt und Ausrückung gebildeten Koordinatensystem dargestellt sind, um die mit der Erfindung verbundene Auswertung besser zu veranschaulichen.

Fig. 8-11 sind Schnitte durch eine Erdformation und veranschaulichen im einzelnen Strahlen-Konstruktionsverfahren, die nach der Erfindung benutzt werden, um das Ausmaß der An-

derung der Reflexionspunkte entlang ebenen Reflektoren (Fig. 8) und entlang einfallenden Reflektoren (Fig.9-11) als Funktion der Ausrückung bei auftretender Umwandlung der elastischen Welle zu bestimmen.

Fig. 12 veranschaulicht ein Verfahren zur Ausführung der Erfindung unter Benutzung eines entsprechend programmierten Digital-Rechners, wobei umgewandelte Spuren entlang richtiger Zusammenfassungslinien zusammengefaßt werden, um die unsymmetrischen Laufwege für einfallende und reflektierte Strahlen zu berücksichtigen, indem eine bestimmte Gleichung der Koordinatentransformation benutzt wird.

Fig. 13 zeigt einen vergrößerten Ausschnitt aus dem Stapelungsblatt der Fig. 7, worin einen gemeinsamen Reflexionspunkt (CRP) betreffende Linien, entlang denen umgewandelte Spuren zusammengefaßt werden können, durch eine ausgewählte Gleichung für Koordinatentransformation festgestellt werden.

Fig. 14 und 15 sind Flußdiagramme für die gleichzeitige Auswertung aufgenommener üblicher und umgewandelter Spuren in Ausführung der Erfindung.

Fig. 16 - 18 zeigen seismische Schnitte und Teile solcher Schnitte, um die Diagnose-Möglichkeiten der Erfindung bei der Auflösung komplexer Strukturen in tatsächlichen Feldbeispielen darzustellen.

Fig. 19 und 20 sind grafische Darstellungen der Stapelung von Vp- und Vs-Geschwindigkeiten sowie ihrer geometrischen Mitte als Funktion des Schlußpunktortes für verschiedene Aufnahmen in den seismischen Schnitten der Fig. 16 - 18.

Vor einer ausführlichen Diskussion der Ausführungsformen der Erfindung sollen zunächst die Grundzüge, auf denen sie beruht, kurz nachstehend erläutert werden.

Für in üblicher Weise erzeugte und empfangene seismische

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Wellen, wie z.B. die durch eine P-Wellenquelle erzeugten P-Wellen, die mit vertikal ausgerichteten Empfängern aufgenommen werden, sind die gemeinsamen Reflexionspunkte (CRP) bei ebenen Reflektoren vertikale Projektionen der gemeinsamen Mittelpunkte zwischen entsprechenden Quelle-Empfänger-Paaren, die den aufgezeichneten Spuren zugeordnet sind. Solche Annahmen gelten in Aufschlußgebieten, die nur eine beschränkte Struktur oder beschränktes Einfallen zeigen, und ermöglichen eine übliche und wirksame Aufnahme und Zusammenfassung seismischer Daten. Bei Wellenumwandlung sind jedoch die Einfalls- und Reflexionswinkel an den unterirdischen Reflektoren ungleich. Daher ist der Reflexionspunkt keine Vertikalprojektion des Mittelpunktes zwischen dem Quelle-Empfänger-Paar.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf ein seismisches Aufnahmesystem und veranschaulicht die interessierenden Ausdrücke in dieser Beschreibung.

Zum Beispiel bezeichnen die Ausdrücke "Zentralpunkt" und "Mittelpunkt" einen geografischen Ort in der Mitte zwischen einer Quellenkoordinate, etwa dem Quellenort SP1 einer Reihe von Quellenorten SP1...SP4 eines Feldaufnahmesystems 10 und einem Empfängerort, etwa D1, einer Reihe von Empfängerorten D1...Dm auf einer Bezugsebene in der Nähe der Erdoberfläche und zusammenfallend mit der Aufnahmelinie 11. Die Zentralpunkte sind mit C1... C 4 bezeichnet, und jeder Zentralpunkt ist adressierbar zugeordnet einem bestimmten Quelle-Detektor-Paar, das eine gegebene Spur produziert hat.

Bei einer Aufnahme mit gemeinsamem Mittelpunkt (CMP) werden verschiedene Gruppen von Detektorauslegungen in Richtung des Pfeiles 12 "vorgerollt" in Verbindung mit der gleichen Teilvorrückung einer Quelle nach neuen Orten entlang der Aufnahmelinie 13. Sodann wird in Reihenfolge nacheinander an der Reihe von Aufstellorten die Quelle erregt, d.h. an

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den Quellenorten SP2...SP4. Aufgrund dessen können die Spuren, die an den verschiedenen Empfängerorten aufgenommen werden, bestimmten Mittelpunkten innerhalb des untersuchten Untergrundes zugeordnet werden. Zum Beispiel bestimmt, falls die reflektierende Fläche ein ebener Horizont ist, der Reflexionspunkt, an dem die Reflexion auftritt, Vertikallinien, die durch die interessierenden Zentralpunkte C1...C4 hindurchgehen.

Die Anbringung statischer und dynamischer Korrekturen an eine Feldspur ist unter den vorstehenden Umständen gleichwertig zu der Aufstellung der Quelle an dem Zentralpunkt, Erregung dieser Quelle und nachfolgender Weiterrückung, wobei ein Detektor sich am selben Ort befindet und die Spur aufnimmt. Falls alle Spuren, die einem gemeinsamen Mittelpunkt zugeordnet sind, umgeformt werden auf eine Nebeneinander-Anordnung, wird die sich ergebende Spurengruppe als CMP-Zusammenfassung bezeichnet. Falls die Spuren summiert werden, ist die sich ergebende Spur eine gestapelte CMP-Zusammenfassung. Demnach werden wenigstens zwei Merkmale üblicher CMP-Auswertung für die seismische Interpretation benötigt:

1. Durch Summierung der Spuren, die einem gemeinsamen unterirdischen Punkt zugeordnet sind, kann das Verhältnis von Nutz- zu Störsignal (SNR) der Reflexionen auf der sich ergebenden gestapelten Zusammenfassung verbessert werden;

2. Die Projektionen der unterirdischen Reflexionspunkte schneiden die Mittelpunkte der (SP,D) Quelle-Detektor-Paare mit bekannten Koordinatenorten; daher sind die Orte struktureller Reflexionen bekannt, falls die Länge der Einfalls- und Reflexionswege im wesentlichen gleich sind.

Fig.2A - 2C veranschaulichen Reflexionen eines Drei-Schichten-Modells, das typisch ist für einen jungen geologischen

Schnitt 20 geringer Tiefe, der zwischen den Schichten 22 und 23 einen Sandstein 21 aufweist, wie z.B. an der Golfküste. Diese Figuren sollen veranschaulichen, daß bei gesonderten Energiequellen 28, 29 oder 30 für P-, Sh- oder Sv-Wellen, die an den Quellenorten SP1, SP2, SP3 in den Figuren 2A, 2B und 2C aufgestellt sind und dann erregt werden, die Längen des Einfalls- und des Reflexionsweges der Energie, die einem einzelnen Quelle-Empfänger-Paar zugeordnet sind, im wesentlichen gleich sind. Das setzt voraus, daß die Empfänger 31, 32, 33 an den Empfängerorten D1, D2 und D3 nur die Hauptenergie der erzeugten Welle empfangen. Die Vertikalprojektionen 34, 35, 36 der gemeinsamen üblichen Reflexionspunkte CMP1, CMP2 oder CMP3 schneiden die Zentralpunkte (Mittelpunkte) C1, C2, C3 der Koordinaten des entsprechenden Quellenort-Empfängerort-Paares .

In diesem Zusammenhang wird der Ausdruck "üblich" oder "konventionell" benutzt, um die empfangene Energie an den Empfängern 31, 32, 33 zu beschreiben, wobei die Hauptteilchenbewegung mit derjenigen der erzeugten Welle übereinstimmt, je nachdem, ob die Quelle eine P-, eine Sh- oder eine Sv-Wellenenergie in ihrer Haupterregung erzeugt.

In Fig. 2A ist zu beachten, daß die Quelle 28 am Ort SP1 des Quellenortes eine einfallende Welle erzeugt, die von dem Quellenort sich als eine Reihe von Wellenfronten ausbreitet. Jede Wellenfront defeniert eine gemeinsame Kugelfläche, welche die Punkte im Untergrund verbindet, in denen die Bewegung gleichzeitig einsetzt. Falls das Ausbreitungsmedium Eigenschaften hat, die unabhängig vom Ort und von der Ausbreitungsrichtung sind, bilden die Wellenfronten eine Gruppe konzentrischer Kugelschalen mit dem Quellenort als Mittelpunkt. Zur Vereinfachung werden statt derartiger Fronten üblicherweise Strahlen dargestellt. Dabei wird angenommen, daß die Energie der Fronten sich in die Erde hinein in einer großen Zahl von Pyramiden mit infinitisimalem Querschnitt

ausbreitet. Die Mittellinie irgendeiner solchen Pyramide in einer ausgewählten Richtung wird als ein Strahl angesehen, der entlang z.B. den Wegen 37, 38, 39 läuft. Diese Wege gehen durch die Schichten 21, 22 des geologischen Schnittes 20 hindurch.

Am Reflektor 23 ist der Einfallswinkel der einfallenden Welle gleich dem Reflexionswinkel der reflektierten Wege. Daher sind auch die Teilweglängen der einfallenden und reflektierten Welle in der Deckschicht, d.h. in den Schichten 21, 22 gleich.

Die P-Wellenquelle 28 der Fig.2A kann z.B. eine in die Erde eingebrachte Sprengladung oder ein Vibrator sein, der vertikal auf der Oberfläche vibriert. Als Scherwelle (S-Welle in Fig. 2B und 2C) wird meistens ein Vibrator benutzt, der die Oberfläche seitlich erschüttert und nicht auf und nieder. In Fig.2B wirkt die Erschütterung des Sh-Vibrators 29 horizontal und rechtwinklig zu der Richtung des CMP-Aufnahmepfeiles 12. Falls der Vibrator waagerecht um 90° gedreht wird, so daß die Bewegung entlang der Richtung des Pfeiles 12 geht, siehe Fig.2C, liefert die Quelle 30 eine Scherbewegung vom Sv-Typ. Zwischen der Sh- und der Sv-WeI-lenenergie besteht noch ein weiterer Unterschied.

In den Fig.2A, 2B und 2C ist auch zu beachten, daß in der Schicht 21 die Richtung der Teilchenbewegung der einfallenden und der reflektierten Energie, wie entlang der Pfeilpaare 40a, 40b bzw. 41a, 41b und 42a, 42b sich nach der Reflexion an der Schicht 23 ändern kann oder auch nicht. In Fig.2A z.B. ist der Pfeil 40a, der der einfallenden Welle zugeordnet ist, entlang dem Weg 37 abwärts gerichtet, während der Pfeil 40b der reflektierten Welle aufwärts gerichtet ist. In Fig.2C ist der der einfallenden Welle zugeordnete Pfeil 42a rechtwinkling zum Weg 39 und an der betreffenden Stelle aufwärts gerichtet, während in der re-

flektierten Welle der entsprechende Pfeil 42b gegenüber dem Strahlenweg abwärts zeigt. Andererseits definiert in Fig.2B der Pfeil 41a in der einfallenden Welle Teilchenbewegungen, die senkrecht zur Ebene der Figur gehen. Da die Teilchenbewegung parallel zur reflektierenden Fläche verläuft, erleiden Sh-Wellen keine Umwandlung des Schwingungsmodus bei Reflexion oder Refraktion an einer Grenzfläche. Das heißt, daß eine Sh-Quelle 29 Energiestrahlen erzeugt, die bei Reflexion an einem ebenen Spiegel nur Sh-Wellen liefern , die bei Aufzeichnung am Empfänger 32 nur erfordern, daß der Empfänger 32 rechtwinklig zu der durch den Pfeil 12 gekennzeichneten Aufnahmelinie ausgerichtet ist und aufnimmt.

P- und Sv-Wellen, die auf einen Reflektor fallen, erzeugen aber nicht nur übliche Wellen gleicher Art, sondern auch Umwandlungswellen. Wenn beide Wellenarten an der Oberfläche ankommen, werden die Sv-Reflexionen auf dem Segment für radiale horizontale Bewegung der Empfänger 31, 33 aufgezeichnet, während die P-Wellen hauptsächlich auf dem vertikal ansprechenden Segment des Detektors aufgezeichnet werden.

Fig.2D veranschaulicht, wie die Hauptansprechrichtungen der Empfänger 31, 32 und 33 ausgerichtet werden können, um auf die Teilchenbewegung der aufwärts laufenden P- bzw. S-WeI-lenergie anzusprechen.

Falls die Ansprechrichtung der Empfänger 31, 32, 33 vertikal mit Bezug auf das Gravitationsfeld der Erde ist, etwa entlang dem Pfeil 43, wird irgendeine aufwärtslaufende P-Wellenenergie aufgenommen. Falls die Empfänger-Ansprechrichtung horizontal in Richtung des Pfeiles 44 ist, wird irgendeine aufwärts laufende Sh-Energie aufgenommen. Ähnlich wird bei einer horizontalen Ansprechrichtung in Richtung des Pfeiles 45 irgendeine aufwärtslaufende Sv-Energie entsprechend aufgenommen.

Fig. 3 und 4 veranschaulichen, daß der Reflexionspunkt eines ebenen Reflektors für übliche Wellen nicht die vertikale Projektion des Mittelpunktes zwischen entsprechenden Quelle-Detektor-Paaren ist.

In Fig.3 erzeugt die Quelle 49 am Quellenpunkt SP1 eine Sv-Welle, deren Wellenfronten sich entsprechend den Einfallsstrahlwegen 50, 51 und Reflexionswegen 52, 53 in der Deckschicht 54 ausbreiten. Die Reflexionen am Reflektor 55 treten an den Punkten CRP1, CRP2...CRP'n auf. Da am Reflektor 55 umgewandelte P-Wellenreflexionen entstehen, ist der Reflexionswinkel (r) der umgewandelten P-Welle ersichtlich größer als der Winkel (i) der einfallenden Welle. Zu beachten ist auch, daß bei großen Einfallswinkeln nicht nur die Amplitude der umgewandelten P-Welle vergrößert ist, sondern auch der Reflexionspunkt CRP¹η am Reflektor 55 nicht mit einer Vertikalprojektion in Flucht liegt, die durch den Mittelpunkt zwischen dem entsprechenden Quelle-Empfänger-Paar geht, d.h. in der Mitte zwischen dem Quellenpunkt SP1 und dem Empfängerort Dn liegt.

Fig.4 veranschaulicht dasselbe Prinzip, aber in reziproker Ausführung.

Eine P-Wellenquelle 60, die am Quellenpunkt SP1 angeordnet ist, erzeugt P-Wellen, deren Wellenfronten sich entsprechend den Einfallsstrahlwegen 61, 62 und Reflexionswegen 63, 64 im Deckgebirge 65 ausbreiten. Die Winkel dieser Wege sind jedoch mit Bezug auf die in Fig.3 umgekehrt. Aufgrund der Erzeugung umgewandelter Sv-Wellen an den Reflexionspunkten CRP¹1, CRP'2 und CRP'n sind die Reflexionswinkel (r) kleiner als die Einfallswinkel (i). Auch ist zu beachten, daß das Ausmaß der Ungleichheit zwischen Einfalls- und Reflexionswinkeln größer mit der Ausrückung wird. Die Amplitude der umgewandelten Welle nimmt ähnlich zu.

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In Fig.1 war dargestellt worden, daß die Detektoren an den Stationen D1, D2...Dm und die Quellen an den Quellenpunkten SP1, SP2...SP4 redundant benutzt werden, so daß gleiche Quellen- und Empfängerkoordinaten zu einer Anzahl von erzeugten Spuren gehören. Wenn mit Erregung der Quelle am Punkt SP1 begonnen wird, wird Energie an den Empfängerorten Di...Dm aufgenommen, wo die Bodenbewegung für eine bestimmte Zeitspanne, vielfach 6 Sekunden aufgezeichnet wird. Eine solche Zeitspanne bietet ausreichend Zeit für die Energie, sich nach unten auszubreiten und von den Reflektoren nach oben reflektiert und an den Detektoren der Stationen Di...Dm aufgenommen zu werden. Danach wird die Quelle vorwärts "gerollt" nach dem Quellenpunkt SP2 und erregt. Dabei sind gleichzeitig die Detektoren an den Stationen D2, D3...Dm+1 aufgestellt, um Reflexionen aufzunehmen. Wenn diese Arbeitsweise in Richtung des Pfeiles 12 entlang der Aufnahmelinie 13 wiederholt wird, ergibt sich eine Reihe von überlappenden Spurenaufzeichnungen, die mit redundanten Quelle- und Empfänger-Koordinaten und entsprechenden Reflexionspunkten gleichgesetzt werden können.

Fig.5 veranschaulicht, wie übliche, nicht umgewandelte Spuren, die verschiedenen Gruppen von Quelle-Empfänger-Paaren zugeordnet sind, auf denselben Reflexionspunkt eines zu untersuchenden Reflektors treffen.

Der gemeinsame Reflexionspunkt 68 befindet sich auf einem ebenen Reflektor 69 in vertikaler Ausrichtung mit einer imaginären Projektion 70, die durch den Zentralpunkt Co zwischen allen möglichen Quelle-Dektor-Paaren hindurchgeht. Der gemeinsame Reflexionspunkt 68 der dargestellten Gruppe von Quelle-Detektor-Paaren ergibt sich durch Ziehen der Wellenstrahlen von ihren Quellenpunkten SPi, SPi-1, SPi-2... abwärts nach dem Reflektor 69 und dann aufwärts nach der jeweiligen Detektorstation Dj, Dj+1, Dj+2... Daher entsprechen die Koordinaten des gemeinsamen Mittelpunktes allen möglichen

Koordinaten der Paare von Quelle- und Detektor-Orten mit
demselben Durchschnittswert, d.h.

^CMPi,j = ^CMPi-l,j₊l = ^CMPi-2,_j+2⁼ ·'·
für alle Paare, die zu demselben Reflexionspunkt 68 gehören.

Fig.5 erlaubt noch weitere Beobachtungen. Zum Beispiel sind zwar die Weglängen der Strahlen, die zu verschiedenen Quelle-Detektor-Paaren gehören, merklich verschieden; die Weglängen der einfallenden und der reflektierten Welle irgendeines Paares sind jedoch gleich. Auch ist für ein solches
Paar der Einfallswinkel gleich dem Reflexionswinkel am Reflektor 69. Wenn die zu diesen Quelle-Detektor-Paaren gehörenden Spuren zu gemeinsamen Mittelpunkt-Zusammenfassungen transformiert werden, bilden die resultierenden Stapelungsspuren denselben Reflexionspunkt irgendeines ebenen Reflektors ab, wobei die Koordinaten des Reflexionspunktes zu denen des Quellenpunktes (SP) und der Detektorstation (D) gemäß einer Koordinatentransformationsgleichung der nachfolgenden Form in Beziehung stehen:

DMP, . = [(SP)i + (D)j]/2 (II)

Fig.6 veranschaulicht die Tatsache, daß umgewandelte Wellen, die an den Stationen Dj, Dj+1... aufgezeichnet werden, nicht auf Reflexionspunkte bezogen sind, die vertikal in Flucht
mit dem Mittelpunkt der entsprechenden Quelle-Detektor-Paaren liegen, von denen die Spuren stammen.

So sind die Reflexionspunkte 72, 73, 74, 75, 76 und 77 auf dem ebenen Reflektor 78 nicht in Flucht mit der Vertikalprojektionslinie 79, die durch den Zentralpunkt Co aller
Quelle-Detektor-Paare an der Erdoberfläche hindurchgeht. Die Gründe hierfür werden kurz nachstehend erläutert:

Für die Umwandlung von P- in Pv-Wellen ist der Reflexions-

2(

Winkel r des umgewandelten Sv-Strahles nicht gleich dem Einfallswinkel i für den P-Strahl. Nach dem Snell¹sehen Gesetz besteht zwischen den Winkeln (i) und (r) eine von der Ausbreitungsgeschwindigkeit der einfallenden und der reflektierten Welle abhängige Beziehung:

Sin (r)/sin(i) = Vs/Vp (III)

Hierin ist Vp die Geschwindigkeit der Kompressionswelle und Vs die der Scherwelle in dem Deckgebirge über dem Reflexionspunkt.

In festem Material, wie z.B. Sedimentgesteinen, ist die Geschwindigkeit der P-Welle, Vp, stets größer als die der Scherwelle, Vs, und zwar vielfach um einen Faktor von etwa 2. Das heißt, daß der Winkel (r) in diesem Fall stets kleiner als der Einfallswinkel (i) sein muß. Aufgrund dessen sind die tatsächlichen Reflexionspunkte 73-77 nicht senkrecht in Flucht mit dem Mittelpunkt zwischen den Quelle-Detektor-Paaren zu bringen.

Das heißt, daß die tatsächlichen Reflexionspunkte für aus P entstandenen Sv-Wellen vom gemeinsamen Mittelpunktsort CMP1 auf dem Reflektor 78 um bestimmte Strecken in Richtung der Detektororte verrückt sind. Falls die durch diese Paare von Quellen und Detektoren aufgezeichneten, umgewandelten Wellen in üblicher Weise zeitverschoben werden, um eine Ausrichtung auf die Projektion 79 zu erzielen, ergibt sich ein Verlust in der Auflösung, da diese Punkte sozusagen über den Reflektor "verschmiert" werden.

Nach der Erfindung wird die Asymmetrie zwischen den Wegen des einfallenden und des reflektierten Strahls so ausgeglichen, daß die gemeinsamen Reflexionspunkte (CRP) der zu untersuchenden Reflektoren tatsächlich den bekannten Koordinaten von Quellenpunkt (SP) - Detektorstation (D) des CMP-Aufnahmesystems entlang der Profillinie entsprechen.

Das erfindungsgemäße Verfahren enthält zwei grundsätzliche Schritte:

Der erste ist eine Strahlenwegberechnung für übliche, d.h. nicht umgewandelte Wellen durch eine geschichtete Struktur, um einen üblichen Schnitt mit einer Verrückung Null zu schaffen. Durch numerische Iteration wird eine Reihe von zu untersuchenden Reflektoren mit Bezug auf Einfallen und Teufe und mit Bezug auf Ereignisse entlang der Zeitachse jeder Spur festgelegt. Die Reflexionspunkte für die üblichen Wellen werden berechnet, wobei für die Mittelpunkt-Koordinaten Transformationsschritte benutzt werden, die zur Berücksichtigung der Reflektor-Teufe und -Neigung verstärkt werden. Durch einen geometrischen Trick wird der Ausgangsstrahlenweg der Iteration festgelegt, wobei die RMS-Geschwindigkeit (Wurzel aus den mittleren Geschwindigkeitsquadraten) der hyperbolischen move-out-Formel (Ankunftszeitdifferenzformel) benutzt wird.

Der zweite Schritt sieht die Benutzung der Information über die Reflektorneigung'und -Teufe aus dem ersten Schritt vor, gefolgt durch die richtige Kombination von Quelle- und Detektor-Koordinaten, so daß die Spurenzusammenfassungen auf denselben Reflexionspunkt im Untergrund für die umgewandelten Wellen bezogen sind. Dies ergibt sich glücklicherweise als eine geneigte gerade Zusammenfassungslinie auf dem SP/D-Stapelungsblatt der Fig.13, die mit Bezug auf übliche Phasen-Stapelungslinien gedreht ist. Um diese Zusammenfassung von Daten zustandezubringen, ist ein verhältnismäßig direkt arbeitendes Programm mit Koordinatentransformation und Neuzuordnung erforderlich, durch das die Daten mit Bezug auf gemeinsame Reflexionspunkte (CRP) und nicht auf gemeinsame Mittelpunkt-Koordinaten sortiert werden.

Bevor das erfindungsgemäße Verfahren ausführlich erläutert wird, sollen noch zwei verschiedene Gruppen von Feldkoordinatensystemen besprochen werden, die in Verbindung mit der

Erfindung benutzt werden, um gewisse Gesichtspunkte näher zu erläutern. Hierzu wird auf Fig.7 Bezug genommen.

Im Kopf der Fig. 7 ist eine Draufsicht auf ein CMP-Aufnahmesystem ähnlich dem der Fig. 1 dargestellt, wobei aber die Quellenpunktorte SP1, SP2 beim Vorrücken der Auslegung der Detektoren Di, D2...Dm vorausgehen, anstatt ihnen nachzufolgen. Die Richtung des- Vorrückens zeigt der Pfeil 90 entlang der Profillinie 91. Aufgrund des Vorrückens von Auslegung und Quellenpositionen in gleichen Schritten wird jeweils pro Aufnahmezyklus um einen Positionsabstand vorgerückt, so daß ASP =AD ist. Die Spuren können daher nicht mit der mittels orthogonaler Achsen 92 und 93 auf dem Stapelungsblatt 84 mit Bezug auf entsprechende Quelle (SP)- und Empfänger (D)-Orte zugeordnet werden, sondern sie können auch identifiziert werden mittels Koordinaten eines gemeinsamen Mittelpunktes (CMP) und der Ausrückung (f) entlang der orthogonalen Achsen 96,97 entsprechend den vorstehend erläuterten Gleichungen der Koordinatentransformation, nämlich

DMP = (D + SP)/2,
f = D-SP.

Die Transformation der Koordinaten für umgewandelte Wellen weicht merklich von diesen Formeln ab, so daß eine kurze Besprechung der theoretischen Grundlage für die Ausführung der Koordinatentransformation von umgewandelten Spuren entsprechend der Erfindung erforderlich scheint.

Hierzu werden zunächst Transformationsgleichungen für ebene Reflektoren abgeleitet, mit nachfolgender, ins einzelne gehender Erläuterung der Ableitung von Transformationsgleichungen, die sich auf einfallende Reflektoren beziehen.

In konventionellen Verfahren, in denen P-Wellen erzeugt und dann mittels vertikal ansprechender Empfänger aufgezeichnet

werden, wird angenommen, daß die gemeinsamen Reflexionspunkte (CRP) die gemeinsamen Mittelpunkte (CMP) zwischen zugeordneten Quelle- und Empfängerpaaren sind. Bei einer vorgegebenen Ausrückungskoordinate, etwa einer gegebenen Ausrückung entlang der Achse 97 der Fig.7 können Spuren, die einem gemeinsamen Mittelpunkt und seiner Koordinate 96 zugeordnet sind, gleichartig zusammengefaßt werden. Das heißt, daß in Bereichen ohne besondere Struktur oder Einfallen ohne weiteres CMP-Daten entsprechend den Mittelpunkt-Koordinaten jedes Quelle-Empfänger-Paares zusammengefaßt und dann weiter ausgewertet werden können, durch Korrekturen für die Austrittsdifferenz (NMO), statische Korrekturen und Stapelung, wodurch schließlich zuverlässige seismische Profile hergestellt werden.

Bei umgewandelten Wellen sind jedoch die Einfalls- und Reflexionswinkel ungleich. Die jedem Reflektor zuzuordnenden Reflexionspunkte können nicht mit den vorstehend erwähnten Mittelpunktsorten in Flucht gebracht werden. Sie können jedoch genau bestimmt und dann entsprechend der Erfindung eliminiert werden.

Fig.8 veranschaulicht bei der Umwandlung auftretende Strahlengänge, die für eine entsprechende Ausrichtung zu berücksichtigen sind. Die Figur zeigt ein Schichtpaket 100 mit Schichten 1, 2, 3,...n, von denen ein Teil das Deckgebirge bildet. Die ausgezogene Linie 101 zeigt den Strahlenweg einer einfallenden P-Welle, die von einer Quelle mit der Koordinate SP an der Erdoberfläche 102 erzeugt worden ist, und eine aus der P- umgewandelte Sv-Welle, die an der Grenzfläche 103 der Schicht η im Reflexionspunkt 104 reflektiert worden ist. Diese Reflexion wird an einem im Ort.D aufgestellten Empfänger aufgezeichnet.

Für eine gegebene Empfänger-Ausrückungsdistanz X zwischen der Quellenkoordinate (SP) und der Empfängerkoordinate (D) sind

die Koordinaten des Strahles zu bestimmen, und die Ausrükkungsdistanz Xr der Reflexion kann bestimmt werden. Das Sv-P-Umwandlungsproblem kann spiegelbildlich zudem in Fig.8 dargestellt werden, hat aber dieselbe allgemeine Lösung für einfallende Winkel in jeder Schicht.

Um für die Darstellung des Strahles die Einfallswinkel zu finden, sieht die Erfindung vor, die Strahldarstellung von der Lösung eines Reflexionsproblems in die eines Übertragungsproblems abzuwandeln. Dies kann in Fig. 8 so ausgeführt werden, daß ein Spiegelbild der reflektierten Sv-Strahlen mit Bezug auf die Grenzfläche 103 konstruiert wird. Auf diese Weise erscheint der Gesamtweg des Strahles als Äquivalenz einer Übertragung abwärts durch zwei Gruppen von Schichten, d.h. den Schichten 1,...n und den Schichten n+1, n+2,...2n, bevor eine Reflexion am Reflexionspunkt 105 eintritt, siehe die abwärts gehenden Abschnitte der ausgezogenen Linie 101 und der gestrichelten Linie 106.

Dabei ist zu beachten, daß die obere Schichtgruppe nur mit P-Wellengeschwindigkeiten des Deckgebirges zu behandeln ist, während für die untere Gruppe der Schichten nur Sv-Geschwindigkeiten anzusetzen sind.

Falls die Schichten von oben nach unten in der dargestellten Weise bezeichnet und die korrekten Geschwindigkeiten, Winkel und Schichtdicken zugeordnet worden sind, ergibt sich die gesamte Ausrückungsdistanz X und die Laufzelt T des Strahles wie folgt:

2n

X=E h.tan θ 4 (1)

il

2n -1

Γ hjcos θ1/V₁ (2)

i=l

Um die Einfallswinkel O₁, θ_ο...θ. in den Schichten zu finden, wird die Laufzeit T für den Weg unter der Bedingung zu einem Minimum gemacht, daß sie Ausrückung X festlegt. Dadurch wird der Strahlparameter ρ bestimmt, von dem alle Winkel nach dem Snell¹sehen Gesetz berechnet werden können.

Hierzu haben Taner und Koehler 1966 in Geophysiscs, Bd.34, S. 858-881 ("VELOCITIY SPECTRA-DIGITAL COMPUTER DERIVATION AND APPLICATIONS OF VELOCITY FUNCTIONS") ein Verfahren angegeben, das zwar nur für nicht umgewandelte Wellen und nicht für Übertragungswege gilt, aber hier doch von Interesse ist.

Aus den vorstehenden Formeln (1) und (2) läßt sich eine Funktion (F) definieren:

F a T - pX (3)

2n τ,

Z (N₁V₁ [{(tan^i + 1)^V2 - ρ V₁ tan θ _t} (4) il

Hierin ist ρ ein veränderlicher Parameter.

Um bei einer festen Ausrückung X T zu einem Minimum zu machen, wird von F ein Differential gebildet und gleich Null gesetzt:

²ⁿ öl/

6F= Σ (1I₁Zv₁) {tan θ j/Uan^Q ^ + 1)'2- ρ V₁) Stan G₁

Dies ist für willkürliche Winkeldifferentiale möglich nur, falls

P V₁ = 1 / (l + COt²S₁)H= sin G₁ (5)

das heißt, wenn das Snellsche Gesetz anwendbar ist; hierbei ist ρ der Strahlenparameter mit Einheiten der wahrnehmbaren horizontalen Langsamkeit. Stattdessen kann auch geschrieben werden

sin Θ. = ρ v. = v./c (6)

wobei c die unbekannte Horizontalgeschwindigkeit des Strahles ist. Wenn diese Formel für die Winkel in Formel 1 eingesetzt wird, ergibt sich eine einzige Gleichung für c:

²ⁿ ο ο 1/
Σ h, V₁ /(c² - v?p2 (7)

il

Diese Gleichung hat keine algebraische Lösung für c, ist aber numerisch lösbar durch Iteration, wobei eine anfängliche Annahme für den Strahlenweg erforderlich ist, die gestattet, die Iteration zu einer Lösung zu bringen. Gemäß der Erfindung liefert die hyperbolische move out-Formel überraschend gute Anfangswerte für c in der unten erläuterten Weise.

In Fig. 8 kann der gesamte übertragungsweg durch die zwei Schichtgruppen vereinfacht betrachtet werden als die Hälfte eines üblichen Reflexionsweges aus zwei Hälften abwärts nach der Grenzfläche 2n und aufwärts zurück nach der Oberfläche. Die aufwärts gehende Reflexion würde bei der Ausrückung 2X eintreffen. Mit Standard-NMO-Formeln können Ankunftszeiten und Langsamkeiten (reziproke Geschwindigkeiten) in Ausdrücken der rms-Geschwindigkeiten bis zur Grenzfläche 2n herunter bestimmt werden. Einweg-Zeiten zur Grenzfläche 2N mit der Ausrückung X werden von derselben Austrittsformel erhalten, indem die Strecke und die Zeitveränderlichen durch zwei geteilt werden.

Daher ist für das Problem der umgewandelten Reflexion die Näherungsformel

T²= T² + (X/V_DS)² . (8)

PS ^V

Hierin ist T_ps die Zweiweg-Null-Ausrückungszeit für die um-

gewandelten Reflexionen und wie folgt bestimmt:

2n
T_ps = ^₁ hi/_Vi (9)

V ist die rms-Geschwindigkeit, nämlich:

2n 2n _y [(Z v? t_t)/U I₁)I^ (10) il ^x i l

In dem Ausdruck (10) sind die t. Einweg-Schichtzeiten gegeben durch

t_± = ^/V₁ (11)

Dabei werden P-Zeiten für i von 1 bis η und Sv-Zeiten für i von n+1 bis 2n erhalten.

Aus der Gleichung (8) ergibt sich eine anfängliche Schätzung von Co für die wahrnehmbare Horizontalgeschwindigkeit des Strahles, d.h.

C₀ = dX/dT = V_ps [T² _g + (X/V_ps)²1^2/ (X/V_ps) (12)

Zu beachten ist, daß Co unendlich bei der Ausrückung Null ist a!

ist asymptotisch auf V abnimmt, wenn X gegen unendlich

ps

Um den genauen Wert für c in dem geschichteten Modell zu finden, wird c in die Gleichung (7) substituiert. Danach werden Iterationen bis zu der gewünschten Genauigkeit der Lösung ausgeführt.

Nach der Bestimmung von c kann die Ausrückung Xr des Reflexionspunkte aus der Gleichung (7) berechnet werden; die

Suiranierung von i nur bis n liefert

X_r = Σ hi V₁ / (c²-v?)V2 (₁₃)

Die rms-Geschwindigkeit der umgewandelten Welle kann in Beziehung gesetzt werden zu gesonderten P- und Sv-rms-Geschwindigkeiten, die an gesonderten, nicht umgewandelten Reflexionen ermittelt worden sind. Falls Tp und Ps die Zweiweg-Zeiten für die Ausrückung Null der nicht umgewandelten Signale sind, kann die rms-Geschwindigkeit der umgewandelten Welle in Gleichung (10) wie folgt geschrieben werden:

V_ps = {(T_pv2 + T_s v2 )/(T_p + T_S)}H (14)

Hierin sind Vp und Vs die rms-Geschwindigkeiten für P- und Sv-Wellen abwärts bis zur Grenzfläche n, ermittelt an Kernen benachbarter Bohrungen oder durch andere übliche Mittel.

Der Ausdruck (14) zeigt, daß V ein gewogener Durchschnitt

P 2 2

der mittleren quadratischen Geschwindigkeiten V und V ist, so daß grundsätzlich Korrelationen zwischen konventionellen P- und Sv-Phasen und Umwandlungsgeschwindigkeiten und Zeiten zum Zweck der Identifikation ausgeführt werden können.

Zu beachten ist, daß nun das Problem der umgewandelten Welle ersetzt worden ist durch ein äquivalentes Problem der üblichen Austrittsdifferenz (move out). Die Geschwindigkeitsabweichungen sind ziemlich extrem, da die P- und die Sv-Geschwindigkeiten eine gemischte Funktion bilden.

Für den Fall einer einzelnen Schicht kann die Gleichung (14) weiter vereinfacht werden. Da die rms-Geschwindigkeiten für

kleine Ausrückungen gleich den wahren P- und Sv-Geschwindigkeiten sind, gilt h-j = T_p ν = T_s V_s. Wenn aufgrund dieser Beziehungen die Gleichung (14) eingesetzt wird, gilt für die Änderung von

^Vps ^{β (V}p ^Vs^{)1/2 (15)}

für die rms-Geschwindigkeit der n^aewandelten Welle, die in Gleichung (12) zu benutzen ist.

Die Koordinaten der Reflexionspunkte könnten jetzt abgeschätzt werden. Die seitliche Verschiebung vom Mittelpunkt wird vorzugsweise für eine Einzelschicht unter Benutzung des Snell'-schen Gesetzes verwendet.

Falls die horizontale Ausrückung X vom Detektorort (D) zum Quellenort (SP) definiert wird als

X = D.- SP_± (16)

kann die Ausrückung Xr des tatsächlichen Reflexionspunktes definiert werden in Ausdrücken eines Verhältnisses dieser zwei Größen:

R = Xr /(X/2) ₍₁₇₎

= 2 tan e_p/(tan e_p + tan 9_SV)

Hierin ist θ der Einfallswinkel und θ der Reflexionswin-

P ^sv

kel. Die Multiplikation von Hangendem und Liegendem mit

cos θ und die Anwendung des Snell¹sehen Gesetzes liefert: R * 2 (Vp / Vs)/(Vp / Vs + cos θρ/cos e_sv) (18)

Wenn eine Potenzreihen-Entwicklung für jeden Cosinus-Ausdruck und das Snell'sehe Gesetz benutzt werden, ergibt sich vereinfacht:

R = 2 (Vp/Vs)/{(Vp/Vs + 1 - (θ_ρ ²/2)(1 - (Vp/Vs"²)} (19)

-*>- 3A75409

3<

Hierin ist θ der Einfallswinkel in Radians.

Das angenäherte Verhältnis zwischen der Ausrückung Xr des Reflexionspunktes zur Ausrückung X/2 des Mittelpunktes liegt bei θ = /4 = 45°. Für Ausrückungen X, die kleiner als die

P
Reflektorteufe sind, kann der Ausdruck für θ vernachlässigt

werden, so daß sich ergibt

R = 2 (Vp/Vs) / (Vp/Vs + 1) (20)

Hier ist zu beachten, daß das Verhältnis R nur von dem Verhältnis (Vp/Vs) für alle Reflektoren abhängt, deren Teufe größer als die Ausrückungsdistanz ist.

Der Ausdruck (20) kann also benutzt werden, um Spuren zusammenzufassen, die ausgewählten Quelle-Detektor-Paaren zugeordnet sind, die Signale liefern, welche von demselben Punkt einer Grenzfläche in der nachfolgenden Weise herrühren.

Für übliche Wellen, für die Winkel θ und θ gleich sind, gilt für den Reflexionspunkt

CRP, . = SP, + 0,5 (D. - SP,) (21)

1 ι j I J J-

= 0,5 (D. + SP.)

Für Reflexionen nach Umwandlung von P in Sv ist die Ausrückung des Reflexionspunktes

CRP. . = SP. + 0,5 R (D. - SP.).

¹J J *■ J 1

Die vorstehende Transformation kann gedacht werden als ein Verfahren zur Bestimmung der Reflexionspunktkoordinate, die auf die horizontale Bezugsebene projiziert wird mittels Multiplikation einer Konstanten (k), die das Geschwindig-

- «rf -

keitsverhältnis des Deckgebirges berücksichtigt, mit den (SP)- und (D)-Koordinaten der entsprechenden Quelle-Empfän ger-Paare :

= kD. + (JL-JOSP₁ (22)

worin k = R/2 = (Vp/Vs)/(Vp/Vs +1) (23).

Aus der Gleichung (22) ist ersichtlich, daß die tatsächlichen Reflexionspunkte für umgewandelte Wellen einem gewichteten Durchschnitt von Quelle- und Detektor-Ortskoordinaten gleichen, wobei sich die Gewichte zur Einheit addieren. Für übliche Reflexionen sind die Gewichte jeweils 0,5 und die Summe ist gleich 1. Wegen der Ausdrücke (22) und (23) können Spuren, die Paaren von Quelle- und Detektor-Koordinaten zugeordnet sind, für einen bekannten Reflexionspunktort CRP zusammengefaßt werden.

Die Ausdrücke (22) und (23) zeigen, daß k nur eine Funktion des Vp/Vs-Verhältnisses für das Erdreich über dem Reflektor ist, d.h. des Vp/Vs-Verhältnisses des Deckgebirges, falls der Reflektor eben ist. Falls jedoch der Reflektor mit einem Winkel α gegenüber einer waagerechten Linie einfällt, die normal zum Gravitationsfeld der Erde liegt, d.h. nicht söhlig liegt, sind die Formeln für die Koordianten des Reflexionspunktes CRP. . komplizierter.

Fig. 9 zeigt die geometrischen Beziehungen der Reflexionspunkte CRP für umgewandelte Wellen an einer einfallenden Schicht 110. Der Parameter k hängt in diesem FaJl von zwei Faktoren ab, dem Einfallswinkel α und dem Verhältnis von Ausrückung zu Teufe X/h. Eine exakte Formel für k lautet:

* = 1/2 [1 + (X/2h) sin α] (24)

Die Ableitung des Ausdruckes (24) wird nachstehend erläutert.

Eine mit der Ortskoordinate (SP) aufgestellte Quelle schießt im Fallen mit Aufnahme an einem Detektorort (D). Während bei üblichen Reflexionen die Einfalls- und Reflexionswinkel an der einfallenden Grenzfläche 110 gleich sind, gilt das nicht für Umwandlungswellen. Die folgenden Ausdrücke haben den Zweck, eine Beziehung zwischen der tatsächlichen Ausrückung Xr¹ des Reflexionspunktes entlang der Grenzfläche 110 und der Mxttelpunktsausrückung X'/2 entlang derselben Grenzfläche zu finden, wobei die Maße auf die Koordinaten sp¹ und d¹ bezogen sein sollen, die die Bildpunkte sind, die sich auf der Grenzfläche 110 durch Projektion der Oberflächenpunkte SP und D ergeben.

R kann definiert werden als das Verhältnis von Reflexionspunktausrückung zur Mittelpunktsausrückung an der Oberfläche 112, entsprechend der tatsächlichen Aufzeichnung. Geometrisch gilt für dasselbe Verhältnis in Einfallskoordinaten auf der Grenzfläche 110

R = Xr/(X/2) = Xr'/(X'/2) (25)

Falls der Einfallswinkel α Null ist, ist Xr¹ = X¹/2, und R ist gleich 1, wie erwartet. Aus den geometrischen Verhältnissen der Fig.9 ergibt sich, da Xr¹ = h tan θ ist,

X¹ = (2 h + X sin α) tan θ (26)

Bei Substitution dieser Ausdrücke ergibt sich k als

k = R/2 = 1/2E1 + (X/2 h) sin α] (27)

wie in Gleichung (24) angegeben.

Bei einem Einfallen von Null vereinfacht sich der Ausdruck (27) zu k = 1/2. Das bedeutet, daß der wahre Reflexionspunkt

gleich dem Mittelpunktsort zwischen Quelle und Empfänger ist. Bei einem von Null abweichenden Einfallen ist diese Gleichung bequem zu benutzen zur Abschätzung des Ortes des wahren Reflexionspunktes als kombinierte Funktion von Einfallen, Ausrückung und Teufe.

Wenn k = R/2 ist, kann gemäß Ausdruck (22) der wahre Reflexionspunkt CRP. . für übliche Wellen ermittelt werden durch ¹Z 3

CRP. . = kD. + (l-k)SP. ¹Z 3 1

Aber der Ausdruck (27) betrifft nur übliche Reflexionen an der Grenzfläche 110 und nicht Umwandslungsreflexionen.

Fig.10 veranschaulicht die geometrischen Beziehungen von Umwandlungsstrahlenwegen mit Bezug auf eine einfallende Grenzfläche 115.

In diesem Fall hängt der Parameter k ab von drei Faktoren, dem Verhältnis Vp/Vs., dem Einfallswinkel α und dem Verhältnis von Ausrückung zu Teufe X/h. Eine exakte Formel für k ist demnach

{(V_p/V_s) + [1 + (X/h) sin α] [1 + f]"^1/2} Hierin ist

(28)

[(V /V₈) - 1] ·

f = (X/h^) cos ^λ α (29)

[(V_p/V_s) + 1]

Der Ausdruck (28) wird wie folgt abgeleitet:

In Fig.10 ist zunächst zu beachten, daß der Einfallswinkel

(Θ ) und der Reflexionswinkel (Θ _N nicht mehr gleich sind. P sv; ^J

Daher ist

Xr¹ = h tan θρ (30)

(31) X' = h tan θρ + (h + X sin α) tan esv X¹ = h tan θρ (1 + (1 + (X/h) sin α) tan 0sv/tan θρ)

Eine Substitution dieser Ausdrücke in Gleichung (25) liefert R = 2/{l + [l + (x/h) sin α] tan esv/tan θ_ρ} (₃2)

Mit Ausnahme des Tangents-Verhältnisses ist diese Formel gleich der für konventionelle Reflexionen abgeleiteten.

Die Gleichung 32 ist exakt, aber das Tangents-Verhältnis kann nicht genau bestimmt werden, ohne Iteration des Strahlenweges. Es ist aber eine einfache Annäherung möglich, die zu sehr brauchbaren Antworten führt.

Falls der Reflexionspunkt von CRP¹ nach CRP" bewegt wird, siehe Fig.11, nehmen sowohl der Einfalls- als auch der Reflexionswinkel zu, und zwar von θ auf θ " und von θ auf

ρ ρ sv

θ ". Das Tangentsverhältnis ändert sich jedoch nur sehr

geringfügig, so daß mit guter Annäherung angenommen werden kann,

tan 9_sv/tan θ_ρ « tan 9_sv"/tan θ_ρ" ⁽³³⁾

Mit zunehmender Reflektorteufe wird diese Annäherung genauer. Danrt ergibt sich aus Fig.11

cos θ_ρ" = h/(h² + x_r»2) 1/2 (34)

sin θ_ρ" = X_r"/(h² + x_r"2) 1/2 ₍₃₅₎

Für tiefe Schichten gilt hierbei

X_r" = (Vp/Vg)X cos a/(V_p/V_s + 1) (36)

Entsprechend dem Snell¹sehen Gesetz sind der Einfalls- und der Reflexionswinkel in Beziehung zueinander durch

sin θ_3ν" = (V_s/Vp) sin θ_ρ" (37)

Bei zweimaliger Anwendung des Snell'sehen Gesetzes kann das

¹M

Tangentsverhältnis für die gestörten Winkel wie folgt berechnet werden:

tan e_sv"/tan θ_ρ" = (V_s/V_p) cos e_p"/cos e_sv"

^{cos θ}ρ" I¹"^(vs^/Vp⁾

⁽³⁸⁾

Durch Einsetzen von (34) und (35) in diese Gleichung für Cosinus θ " und Sinus θ " ergibt sich nach algebraischer Vereinfachung:

tan e_evVtan θ _p" = (V_e/V_p) · [1 + f]"^1/2 ₍₃₉₎

Hierbei ist

f = (X Vh) ²CL-(V /V)²) (40)

Um f in Ausdrücken der Oberflächenausrückungsdistanz X auszudrücken, wird (36) in diese Gleichung substituiert :

[tv /V₅) - η
^{f =} ^(x/h)2

Schließlich wird der Parameter k = R/2 erhalten, indem das Tangentsverhältnis von (39) in (32) eingesetzt wird, mit dem Ergebnis:

{(V_p/V_s) + ti + (X/h)sin aiii + f]'^1/2}

(42)

Bei dieser Ableitung verifizieren die Ausdrücke (41) und (42) die Formeln, die ursprünglich mit den Gleichungen (29) und (28) gegeben worden sind.

Obwohl die Formel für k kompliziert ist, ist sie auch ganz allgemein und läßt sich sowohl für Umwandlungs- als auch für übliche Wellen auf einfachere Formen bringen, und zwar

sowohl in Verbindung mit einfallenden Reflektoren als auch bei einfacher Lagerung.

Wenn Vp/Vs gleich 1 gesetzt wird, ergibt sich die übliche Wellenformel für k bei einfallender Schicht; die einfallenden und die reflektierten Wellen sind dann vom gleichen Typ. Aus Gleichung (41) ist auch ersichtlich, daß, falls f gegen Null geht, der Ausdruck (42) für k sich wie folgt vereinfacht:

k = 1/2(1 + (X/2h) sin _a] (43)

Dies stimmt mit dem vorstehend für übliche Wellen abgeleiteten Ausdruck (24) überein.

Für Umwandlungswellen und Annahme des Einfallswinkels α gleich Null vereinfacht sich die Formel für den Parameter k:

(v_p/y_s)

(44)

Hierin ist

t ■

Die Wirkung von f besteht in diesem Ausdruck darin, eine Korrektur für Ausrückungsänderungen in X zu ermöglichen. Dies wird wichtig, wenn X so groß wie die Teufe des Reflektors h wird.

Falls nur Bedingungen mit kleinen Ausrückungen interessieren, bei denen das Verhältnis von X zu h wesentlich kleiner als 1 ist, kann f gleich Null gesetzt werden, wodurch eine weitere Vereinfachung von k ermöglicht wird:

^{k = V}p^/Vs^/(Vp^/Vs ^{+ 1) (46)}

Dies ist die am wenigsten komplizierte Annäherung in dem Verfahren nach der Erfindung. Sie kann bei kurzen Ausrükkungen in Bereichen mit einem Einfall Null benutzt werden. Der Ausdruck entspricht auch der oben angegebenen Gleichung (23).

Aus der vorstehenden Ableitung ist auch ersichtlich, daß der Parameter k für übliche und für Umwandlungswellen berechnet werden kann, wobei die Wirkungen des Verhältnisses von Ausrückung zu Teufe (X/h), des Einfallswinkels α und des Geschwindigkeitsverhältnisses Vp/Vs berücksichtigt werden, k ist demnach eine allgemeine Funktion dieser drei Parameter,

k = k (X/h, V /V , σ) (47)

P ^s

und kann für irgendeinen interessierenden Fall berechnet werden. Wie erwähnt, wird k benötigt für die Berechnung der gemeinsamen Reflexionspunkte (CRP) für jede Art von Welle.

Aufgrund der vorstehend abgeleiteten Zusammenhänge soll die praktische Ausführung des Verfahrens im Zusammenhang mit den Fig. 12 - 15 erläutert werden.

Fig.12 zeigt überblickmäßig, wie die Transformation einer Reihe von Feldspuren nach der Erfindung abläuft. In dem Flußdiagramm 199 ist eine Reihe von Schritten angegeben, mit denen der Arbeitsablauf eines Digital-Rechners, z.B. IBM, Modell 3033, gesteuert werden kann. Dabei.ist zumindest die Transformation und Umordnung der umgewandelten Spuren vorgesehen, die zu Quelle-Detektor-Paaren mit bekannten Quellenpunkt- und Detektorstations-Orten (SP, D) gehören, wobei eine Transformationsgleichung für die zugeordneten gemeinsamen Reflexionspunkte (CRP) benutzt wird, die aus der nachfolgenden Gruppe gewählt wird:

CRP = kD + (l-k)SP : für die Umwandlung von P- in

Sv-Wellen am Reflexionshorizont

CRP = (l-k)D + kSP : für die Umwandlung von Sv- in

P-Wellen am Reflexionshorizont.

Hierin ist

(v_p/v_s)

[(VpZv₃)

[(VpZV₈) - 1]

f = * (XZh)² cos² α;

[(VpZV₈) + 11

Vp und Vs sind die Geschwindigkeiten für die P- bzw. Sv-WeHe im Deckgebirge,

X ist der Abstand zwischen Quelle und Empfänger h ist die Teufe der reflektierenden Fläche α ist der Einfallswinkel der reflektierenden Fläche, und SP und D sind die Koordinaten der Quelle und des Detektors entlang der Profillinie.

Aufgrund einer Auswertung, die sich auf die Bestimmung der vorerwähnten Konstante k als Funktion der Geschwindigkeitsverhältnisse im Deckgebirge, des Einfallswinkels und der Teufe h der Reflexionsfläche sowie des Quelle-Empfänger-Abstandes X konzentriert, wird eine Transformation erreicht, mit der Signale erzielt werden, die sich für die geophysikalische Auswertung der besseren Lesbarkeit und größere Deutlichkeit auszeichnen. Das Diagramm 199 gibt an sich das Verfahren in allgemeinen Ausdrücken an. Aufgrund der vorhergehenden Erläuterungen dürfte es aber möglich sein, die meisten üblichen Großrechner für die Abwicklung des Verfahrens einzurichten, wobei z.B. als typische Programmsprache FORTRAN verwendet werden kann.

Die Anweisung 200 ist an sich der Schlüssel für die Transformation von Quelle- und Empfänger-Koordinaten (SP bzw. D) in

CRP-Koordinaten mittels Auswertung der oben erwähnten Gleichungen; es wird aber angenommen, daß die Daten beim Schritt 201 mit Bezug auf einen gemeinsamen Mittelpunkt (CMP) erhalten worden sind. Das heißt, daß davon ausgegangen wird, daß beim Schritt 201 eine übliche seismische Quelle, die an einer Reihe von Quellenpunktorten (SP) aufgestellt worden ist, zur Gewinnung der Daten in Reihenfolge erregt wird und die Daten dann mit Redundanz als Umwandlungsspuren an einer Reihe von Detektoren aufgenommen werden, die an bekannten Detektororten (D) entlang der Profillinie aufgestellt sind. Da die Umwandlungsspuren jeweils einem Quelle-Detektor-Paar mit bekannten Orten für den Quellenpunkt und die Detektorstation (SP, D) zugeordnet werden können, liefert die nachfolgende Auswertung gemäß dem Schritt 200 die Transformation in Ausdrücken der Koordinaten des wahren gemeinsamen Reflexionspunktes. Das heißt, daß der Schritt 200 die CRP-Koordinaten für eine Zusammenfassung von Umwandlungsspuren liefert, so daß jede Umwandlungsspur mit Zeitkorrekturen versehen ist für (I) irgendwelche Höhenunterschiede, die zwischen den betreffenden Quellenpunkt- und Detektorstation-Koordinaten zur Zeit der Spurenaufnahme vorhanden gewesen sind (statische Korrekturen) und (II) Austrittsunterschiede, die mit den Laufwegen der Energie zusammenhängen (dynamische Korrekturen). Im schließlichen Ergebnis bilden die Spuren eine imaginäre Aufnahmefolge, als ob eine einer gegebenen Spur zugeordnete Quelle an jedem CRP angeordnet und erregt und unmittelbar nachfolgend durch die Anordnung eines Detektors an dem CRP ersetzt worden wäre, der die Umwandlungsphasen der erzeugten Welle aufgenommen hat. Auf diese Weise sind bei den CRP's, die zu jeder Zusammenfassung von Umwandlungsspuren gehören (in Ausdrücken von (SP, D)-Orten jedes Quelle-Detektor-Paares und einer ermittelten k-Konstanten) die unsymmetrischen Laufwege des einfallenden und des reflektieren Strahles sowie das Einfallen und die Teufe der reflektierenden Fläche berücksichtigt. Danach wird für die Umwandlungswellen die Stapelung gemäß Anweisung 202 in Ausdrücken der CRP-Koordinaten ausgeführt und darauf die Zusammenfassungen dargestellt

H (ο

gemäß Anweisung 203 als seismisches Profil der Umwandlungsspuren mit Ausrückung Null.

Zur weiteren Erläuterung der Anweisung 200 dient Fig.13, in der ein vereinfachtes Stapelungsblatt 204 dargestellt und in Verbindung mit dem Aufnahmesystem der Fig.7 besprochen wird.

In dem Diagramm 204 hat jeder Punkt eine Quellenkoordinate (SP) entlang der Achse 205, entsprechend dem Ort der Quelle, von der die dem Punkt entsprechende Spur stammt. Derselbe Punkt hat auch eine (D)-Koordinate entlang der Achse 206, entsprechend dem Ort des Empfängers, dessen Ausgangsleistung in der gleichen Weise der Spur zugeordnet ist. Das Diagramm 204 ist also eine Darstellung aller SP- und D-Koordinaten aller Spuren, die eine seismische CMP-Aufnahmefolge ausmachen. Der Ursprung der seismischen Linie liegt beim Schnittpunkt 207 der Achsen 205, 206, d.h. bei D = SP = 0. Das in Fig. 13 gezeigte Beispiel ist eine seismische Linie, die aus sechs 13-spurigen Seismogrammen besteht, die mit einer Endauslage aufgenommen worden sind, wobei der Punktabstand, wie auf dem Diagramm 204 angegeben, nämlich δ SP und^D einander gleich sind.

Für eine gegebene Ausrückung oder Abstand entlang der Achse 208 liegen übliche gemeinsame Zusammenfassungslinien, allgemein mit 209 bezeichnet, so, daß sie die Achse 208 rechtwinklig schneiden. Infolgedessen werden die Koordinaten (d.h. "Adressen") zusammenfaßbarer Spuren, die entlang solcher Zusammenfassungslinien 209 aufgereiht sind, leicht bestimmt mittels der Gleichung

CMP = kD + (l-k)PS. Hierfür wird k mit 0,5 bestimmt.

H γ

Das heißt, daß für übliche, ebene Reflektoren ohne Umwandlung der Schwingungsart die Reflexionspunkte des Reflektors Vertikalprojektionen der Mittelpunkte sind, die zwischen den Orten der die Spuren erzeugenden Quelle-Detektor-Paaren liegen. Demnach ist ein gemeinsamer Reflexionspunkt auf einer reflektierenden Fläche vertikal zugeordnet einem Paar bekannter (SP)- und (D)-Koordinaten. Wenn z.B. die Koordinaten (SP) und (D) (in Verbindung mit der Ausrückungsachse 208) gleich sechs sind, sind die für eine richtige Zusammenfassung brauchbaren Spuren entlang der strichpunktierten Zusammenfassungslinie 209a rechtwinklig zur Achse 208 aufgereiht. Weiterhin ist innerhalb der Zusammenfassung der entlang der Linie 209a auftretenden, definierten Spuren der irgendeiner der Spuren der Zusammenfassung zuzuordnende Quelle - Empfänger-Abstand ebenfalls bestimmbar wegen der Tatsache, daß die Koordinaten der Spur mit der größten Ausrückung oder größtem Abstand eine direkte Funktion der Koordinaten des Quellenpunktes (SP) und der Empfängerstation (D) sind. In dem vorstehenden, die Zusammenfassungslinie 209a betreffenden Beispiel sind das die Koordinaten (SP) = 2 und (D) = 10.

Für Umwandlungswellen an einem ebenen Reflektor verlaufen die Zusammenfassunglinien nicht mehr entlang den 45 -Diagonalen 209 der Fig.13, sondern sie verändern sich zu Gruppen von Zusammenfassungslinien, die auf die Bewertung der Konstanten k abgestimmt sind und auf der Art der eingetretenen Wellenumwandlung und auf einem bestimmten -Vp/Vs-Verhältnis in der Deckschicht über dem Reflektor beruhen. Bei Umwandlung von P- in Sv-Wellen ergeben sich die Zusammenfassungslinien entsprechend den ausgezogenen Linien 211a, 211b, und bei Umwandlung von Sv- in P-Wellen die Zusammenfassungslinien entlang den ausgezogenen Linien 212a, 212b.

Die Neigung der Linien 211a, 211b und 212a, 212b für ein bestimmtes Vp/Vs-Verhältnis, etwa Vp/Vs = 24, wird gekenn-

HS

zeichnet durch die k-Bestimmung. In dem Beispiel hatte sich für k 0,73 und für 1-k 0,24 ergeben. Daher werden die Koordinaten für die gemeinsamen Reflexionspunkte auf einem ebenen Reflektor mittels der folgenden Bestimmung gefunden:

CRP = .73D + .27 SP und
CRP = .27D + .73 SP.

Die erstgenannte Beziehung gilt für Umwandlungen von P in Sv, die zweite für Umwandlungen von Sv in P; sie liefern die Linienscharen 211a, 211b bzw. 212a, 212b der Fig. 13.

Die Gruppen der sich ergebenden Zusammenfassungslinien 211a, 211b bzw. 212a und 212b fallen zwar nicht mit den üblichen Mittelpunktszusammenfassungslinien zusammen, ermöglichen aber trotzdem eine Stapelung, wobei ein Stapelungsalgorithmus benutzt wird, der durch die vorerwähnten Gleichungen bestimmt wird, die für die Untersuchung in (SP/D)-Koordinaten auf jeder bestimmten Zusammenfassungslinie eingerichtet werden, etwa entlang einem zweidimensionalen "Fahrwasser"-Weg. In dieser Hinsicht hat sich der nachstehend angegebene, zweidimensionale Spielraum zur Begrenzung des Untersuchungsbereiches bewährt, der damit nur solche transformierten Spuren enthält, deren Adressen sie in ein ausgewähltes "Fach" jedes definierten Fahrwasserweges unterbringen:

Inhalt =

Für eine Zusammenfassung zu einem gemeinsamen Reflexionspunkt, etwa einem mit den Koordinaten von (SP) und (D) gleich sechs und einem Toleranzbereich von AD =.ASP = 5 1/2 bis 6 1/2, haben die Spuren, die zu der Linie 211a gehören und auf die der vorstehende Inhaltlsspielraum paßt, die in der nachstehenden Tabelle I angegebenen Koordinaten:

Tabelle I: SP = 7, D = 6;

SP = 6, D = 6;
SP = 5, D= 6;
SP = 4, D = 7;
SP = 3, D= 7;
SP = 2, D = 8.

Die vorstehend beschrieboie'Tacheinteilung" ist auch nützlich bei der Auswertung üblicher Aufnahmen aufgrund der Tatsache, daß vielfach im Feld Unregelmäßigkeiten auftreten aufgrund Störungen der gewünschten Schuß- und Aufnahmestellungen durch Straßen, Wasserläufe und Kulturbauten. Diese verhindern, daß die genaue Folge von Schuß- und Detektor-Orten, wie in Fig. 13 gezeigt, eingehalten werden kann, d. h. die Folge, bei der gemeinsame Zusammenfassungslinien entlang der Linien 209 der Fig.13 vorgesehen werden können.

Für einfallende Reflektoren müssen zusätzliche Veränderliche, die mit der Bestimmung der Konstanten k in Beziehung stehen, in der vorstehend erwähnten Weise festgelegt werden, d.h. der Einfallswinkel des Reflektors und die Teufe des Reflexionspunktes aus der Auswertung von gleichzeitig aufgenommenen üblichen Spuren.

Fig. 14 und 15 veranschaulichen, wie mit der Erfindung übliche seismische CMP-Daten zur Bestimmung von einfallenden Reflektoren benutzt werden können.

Es wird noch einmal auf die Beschreibung der Transformation von Koordinatengleichungen mit Bezug auf einen einfallenden Reflektor verwiesen. Aus den Fig. 14 und 15 ist ersichtlich, daß Ereignisse in den üblichen Spuren, die als eine Funktion von Quelle- (SP)- und Empfänger (D)-Koordinaten aufgezeichnet worden sind, zunächst bestimmt werden. Die für die reflektierenden Flächen bestimmten Einfallswinkel und Teufen werden dann für die Auswertung der interessierenden Umwand-

lungsspuren benutzt. Die Neigungs- und Teufen-Ermittlung von interessierenden Ereignissen kann mit Hilfe von Rechnern erfolgen. Der Schlüssel zu solchen Bestimmungen liegt darin, daß die Signalansprache maximiert wird, während der Einfallswinkel für eine Reflexion systematisch verändert wird.

Gemäß Fig.13 würde die Zusammenfassung und Stapelung von üblichen Spuren, die von ebenen Reflektoren herrühren, entlang der Diagonallinien 209 erfolgen. Daher würde durch das wahre Einfallen irgendeines Reflektors gemäß den oben abgeleiteten grundsätzlichen Formeln nur die Neigung dieser Linien bei einer bestimmten, interessierenden Reflexion geändert. Da die Normal-Projektionen der Reflexionspunkte entsprechend den Auswertungbefehlen für sich kodiert und gespeichert werden, kann die Teufe und das Einfallen für derartige Reflexionen ebenfalls leicht in die gespeicherten Codes für die spätere Benutzung bei der Auswertung umgewandelter Spuren eingeschlossen werden.

Entsprechend Fig.14 werden zunächst die Feldspuren eingelesen. Die Anweisung 300 sorgt dann dafür, daß die üblichen Spuren als eine Funktion der Koordinaten von Quelle-Dektor-Paaren sortiert werden, von denen die entsprechenden Spuren stammen. Das heißt, die Spuren werden sortiert zur Bildung der Spur-Funktion W (SP, D), aber die Adreß-Koordinaten für Mittelpunkt und Ausrückung oder Abstand solcher Spuren werden auch mit aufgezeichnet.

Danach werden mittels Anweisung 301 die vorher sortierten Spuren transformiert zu Ausdrücken der Reflexionspunkte, die Vertikalprojektionen der Mittelpunkte bestimmter Quelle-Empfänger-Paare sind, die den interessierenden Spuren über eine Reihe bestimmter w...wl zugeordnet sind. Das heißt, daß jede Spur anfänglich als eine Funktion eines Mittelpunkt-Koordinatenwertes transformiert wird, um eine Spuren-

funktion W (γ, t) für eine feste Ausrückungs- oder Abstandkoordinate (X) zu bilden. Die Reihe von Spurenfenstern, die mit derselben festen Ausrückung (X) identifiziert werden, wird dann dynamisch und statisch korrigiert mittels der Anweisung 302, wonach die Spuren anfangs als Funktion der gemeinsamen Mittelpunkte (CMP) der entsprechenden Quelle-Empfänger-Paare mittels Anweisung 303 gestapelt werden.

Wenn der Entscheidungsschritt 304 negativ beantwortet wird als Funktion einzelner sample-Punkte entlang des Spurenfensters, wird eine Neigungsabschätzung über den Befehl 306 ermöglicht. Bei Anwendung einer Geschwindigkeitsfunktion wird auch die Teufe abgeschätzt.

Als nächstes werden bei der Anweisung 308 die Koordinaten der Reflexionen auf der Spur erneut bestimmt als eine Funktion von (I) der Neigung des verursachenden Reflektors, (II) der SP- und D-Koordinaten der rechtwinkligen Projektion des Reflexionspunktes auf einen vorgewählten Horizont und (III) der Teufe h des Reflexionspunktes. Gleichzeitig sind die Vorgänge des Befehls 309 zu beachten. Diese Anweisung wird aktiviert, um die vorerwähnten SP- und D-Koordinaten der Projektion, den Neigungswinkel α und die Teufe h für die reflektierende Fläche zu speichern, während die Suche nach einer maximalen Signal-Ansprache fortdauert.

Die Iteration in der Schleife 310 läuft ab, bis der Entscheidungsschritt 304 positiv beantwortet wird, in Abhängigkeit davon, daß die Signalansprache maximiert worden ist (oder nicht). Während dieser Iteration werden durch die Anweisung 309 nur die Daten für Neigungszwischenwerte, Teufe und Oberflachenkoordianten gepuffert, bis der Schritt 304 die Schleife 310 aus den aktiven Abläufen freisetzt. Zu dieser Zeit werden gleichzeitig die zuletzt gepufferten Daten zum Bandaufzeichnungsgerät 307 übertragen, um bei der späteren Auswertung der Umwandlungsdaten, siehe weiter unten,

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mitzuwirken. Sowie die Daten bei 307 aufgezeichnet sind, wird der Puffer gelöscht.

Als nächstes übernimmt der Befehl 311 die Steuerung. Der Befehl 311 prüft, ob das Zeitfenster w...wl das letzte Fenster für die Bewertung der Spur ist. Falls der Befehl 311 negativ beantwortet wird, wird durch den Befehl 312 die Kennzahl des Zeitfensters um 1 erhöht, und eine Schleife 312a wird wirksam, um das Verfahren zu wiederholen. Falls der Befehl 311 bejaht wird, übernimmt der Befehl 313 die Steuerung und schaltet die Arbeitsvorgänge weiter, indem das Verfahren auf die nächste Zusammenfassungskoordinate übergeht. Falls die vorhergehende Ausrückungs- oder Abstandkoordinate (X) war, würde die zeitlich nächste feste Ausrückungskoordinate (X-M) sein.

Die Schleife 312a wird erneut eingeschaltet. Die Vorgänge mittels der Befehle 301-312 werden in der vorstehend beschriebenen Weise in Reihenfolge ausgeführt, um Neigung, Teufe und Projektionsdaten für die neue Zusammenfassung von Spuren in den Fenstern w...wl zu bestimmen. Auf diese Weise wird veranlaßt, daß das Verfahren sich wiederholt und erneut wiederholt, um eine Reihe von Zusammenfassungen für verschiedene Abstandskoordinaten zusammen mit dem gewünschten Einfallen, der Teufe und den Projektionsdaten zu erzeugen.

Gleichzeitig damit, daß der Befehl 313 das Verfahren zur Erzeugung neuer Zusammenfassungen mit jeweils, fortschreitend zunehmenden Ausrückungskoordinaten weiterschaltet, werden auch die Anweisungen 314 und 315 in Reihenfolge in Tätigkeit gesetzt, um (I) die Zusammenfassungen als Funktion der Ausrückung zu speichern und (II) sodann eine Stapelung solcher Zusammenfassungen für ein übliches seismisches Profil zu erzeugen. Das Verfahren endet, wenn der Entscheidungsschritt 316 bejahend beantwortet wird.

Aus Fig.15 geht hervor, daß das Verfahren zur Erzeugung ei-

nes Umwandlungsprofilschnittes mit Ausrückung Null ähnlich dem der Fig.14 ist. Es gibt jedoch einige wenige Abweichungen. Nachdem z.B. die umgewandelten Spuren vom Band 320 eingegeben und mit Anweisung 321 sortiert worden sind, legt der Auswerter fest, um mittels Befehl 322 die Wahl der Koordinaten-Transformationsgleichung bei den Vorgängen 323 oder 324 vorzubereiten. Diese Gleichungen werden, wie erwähnt, aus der folgenden Gruppe ausgewählt:

CRP = kD + (l-k)SP : (Übergang von P- auf Sv-Welle) und CRP = (l-k)D + kSP : ( " " Sv- auf P-Welle).

Während der Vorgang 321 die umgewandelten Spuren als eine Funktion der Koordinaten der Quelle-Detektor-Paare, d.h. der SP- und D-Koordinaten, sortiert, werden auch die Ausrückungsadressen dieser Spuren aufgezeichnet. Das heißt, während die Spuren sortiert werden, um die Spurenfunktion W (SP, D) zu bilden, sind auch die Koordinaten der Ausrückung für eine Reihe von besonderen Zeitfenstern w...wl Teil einer jeden Spurenadresse.

Die Anweisungen 323, 324 transformieren die vorher sortierten Spuren zu Ausdrücken der Koordinaten der gemeinsamen Refexionspunkte (SRP), die Oberflächenprojektionen sind, die zu Spuren bestimmter Quelle-Empfänger-Paare gehören, wobei die Transformation für eine Reihe von Zeitfenstern w...wl und Ausrückungskoordinaten X...XL ausgeführt werden.

Nachdem die Spurensegmente, die mit derselben festen Ausrückung X, dem identischen Zeitfenster w und denselben CRP-Koordinaten identifiziert worden, statisch korrigiert worden sind, werden sie mit Anweisung 325 gestapelt. Diese Stapelung berücksichtigt die Neigung und Teufe des Reflektors und dessen Ausrückung, wobei diese Daten vom Band 307 in die Vorgänge 32 3, 324, Fig.15, eingeführt werden.

Im Hinblick auf die Anweisung 325 ist zu beachten, daß die

SH

transformierten Spuren entlang Zusammenfassungslinien summiert werden, die durch die Bestimmung des k-Faktors geändert worden sind, wobei dies durch ein "Fach"-Untersuchungsprinzip verbessert wird, das in zwei Dimensionen entlang dem ausgewählten, zu dem bestimmten k-Wert gehörenden Zusammenfassungsstreifen untersucht, wie oben erwähnt. Auf diese Weise werden transformierte Spuren, die durch die Bewertung des k-Faktors bestimmt worden sind und deren Adressen sie in das zu untersuchende "Fach" bringen, summiert. Diese Summationsschritte sind bereits erwähnt worden.

Danach übernimmt die Entscheidungsanweisung 326 die Steuerung, so daß entweder die Datenverarbeitung über die Iterationsschleife 327 fortgesetzt oder der Anweisung 329 ermöglicht wird, den weiteren Ablauf zu steuern. Das heißt, daß die Iteration über die Schleife 327 andauert, bis die Entscheidungsanweisung 326 bejaht wird, gestützt darauf, ob, oder ob nicht, die dem letzten Fenster wl zugeordneten Daten bearbeitet worden sind. Die Anweisung 326 schließt ab, falls die bearbeiteten Daten zu dem letzten Fenster wl gehören. In diesem Fall übernimmt die Anweisung 329 die Steuerung. Falls die Anweisung 326 negativ beantwortet wird, erhöht der Befehl 328 den Zeitfensterindex um 1, und die Schleife 327 wird zur Wiederholung des Verfahrens benutzt. Falls der Befehl 329 die Steuerung übernimmt, wird der Arbeitsablauf weitergeschaltet durch Übergang des Verfahrens auf die nächste Zusammenfassungskoordinate. Falls (X) die gerade vorhergehende Ausrükkungskoordinate war, ist die nächste zeitlich festliegende Ausrückungskoordinate X+1. Das Verfahren geht dann wieder über die Schleife 327 weiter.

Die über die bereits erwähnten Befehle 322-326 veranlaßten Vorgänge laufen in Reihenfolge ab, um korrekt transformierte, gestapelte Umwandlungsdaten zu liefern. Das Verfahren wiederholt sich und wiederholt sich erneut, der Art, daß eine Reihe von gestapelten Zusammenfassungen für verschiedene Ausrückungs-

koordinaten zusammen mit der gewünschten Neigung, Teufe und CRP-Projektionskoordinaten erzeugt wird.

Gleichzeitig damit, daß durch den Befehl 329 um 1 weitergeschaltet wird, um neue gestapelte Zusammenfassung für Koordinaten einer fortschreitend zunehmenden Ausrückung zu erzeugen, werden auch die Anweisung 330 und 331 in Reihenfolge in Tätigkeit gesetzt, um (I) die gestapelten Zusammenfassungen als eine Funktion der Ausrückung zu speichern und (II) eine Sektion solcher Zusammenfassungen als einen umgewandelten seismischen Schnitt zu erzeugen. Das Verfahren endet, wenn der Entscheidungsschritt 333 bejahend beantwortet wird.

Beispiel: Ein Feldversuch wurde im Sacramento-Tal in Kalifornien ausgeführt. Einzelheiten über den Vibrator, die Empfänger und die Aufzeichnungsparameter sind nachstehend in der Tabelle II angegeben.

TABELLE II P-Wellenquelle: Vibratoren "Mertz Modell 9"

A. Sweep Pattern: 3 Vibratoren je 20 Sweeps über 2 30 Fuß (etwa 69 m)

B. Vibrator Separation: 55 Fuß (etwa 16,5 m)

C. Move-up: 6 Fuß (etwa 1,8 m)

D. Sweep-Frequenzen: 6 - 56 Hz, Upsweep

E. Sweep-Zeit: 16 sec + 8 sec Aufnahme

Aufnahmeanordnung

A. Überdeckung: 2 400 %

B. Auslegung: V.P. - 960 - 6600 Fuß (etwa 288 m - 1980 m)

C. Gruppenabstand: 120 Fuß (etwa 36 m)

D. Geophon - Abstand: 10 Fuß (etwa 3 m)

E. Geophon-Anordnung: "Boxcar" in Profillinie

Aufnahmeeinrichtung

A. Gain: Binär

B. Sample Intervall: 4 msec

C. Aufnahmedauer: 24 sec

D. Vorverstärkungs-Gain: 2**7

E. Filter: 1. High-Pass: Ausgeschaltet

2. Low-Pass: 83,5 Hz

3. Notch: Eingeschaltet, 60 Hz

F. Zahl der Kanäle: 4 χ (48 Datenkanäle + 4 Hilfskanäle)

S-Wellenquelle: Vibratoren "Mertz Modell 13/609"

A. Sweep Pattern: 3 Vibratoren je 20 Sweeps über 230 Fuß (etwa 69 m)

B. Vibrator Separation: 55 Fuß (etwa 16,5 m)

C. Move-up: 6 Fuß (etwa 1,8 m)

D. Sweep-Frequenzen: 6 - 28 Hz, Upsweep

E. Sweep-Zeit: 16 see +.8 see Aufnahme

Fig.16 ist ein üblicher Schnitt mit Ausrückung Null, der von den Felddaten dieses Versuches abgeleitet worden ist.

Bei diesem Schnitt ist zu beachten, daß in dem mit rechteckiger Linie umschlossenen Bereich 403 gasförmige Kohlenwasserstoffe aus einem Winters-Sandstein produziert werden. Die Auswertungen zeigen ferner, daß der Sandstein von Deltaschiefern überlagert ist, die einen undurchdringlichen Abschluß bilden. Helle Flecke 404, 405 innerhalb des Bereiches 403 zeigen den Ort mit dem gefangenen Gas an.

Zusätzliche,interessierende Ereignisse sind bei 400, 401 und 402 markiert. Das Ereignis 400 rührt aus einem tertiären Sedimentkomplex her. Ereignis 401 stammt von der Basis dieses Komplexes. Das Ereignis 402 stammt von einem Schiefer geringer Geschwindigkeit unmittelbar über dem interessieren-

den Winters-Sandstein.

Die Fig.17 und 18 sind gestapelte Schnitte der Umwandlungsdaten mit Ausrückung Null. In Fig.17 ist eine P-Wellenquelle und in Fig.18 eine Sv-Wellenquelle benutzt worden. Die sich ergebenden Schnitte für Wellenumwandlungen von P auf Sv bzw. Sv auf P sind entsprechend den an Hand von Fig.15 erläuterten Verfahren nach der Erfindung ausgewertet worden.

In diesen Figuren ist zu beachten, daß der unmittelbar über dem Winters-Sandstein liegende Schiefer mit geringer Geschwindigkeit, d.h. das Ereignis 402 der Fig.16, sich auffallend in seitlicher Richtung der Schnitte, etwa in den von der Linie 410 umrissenen Bereich, ausgedehnt hat. Auffälliger ist noch, daß die Ereignisse 400, 401 und 402 in Fig.18 eine ausgezeichnete Auflösung zeigen, obwohl theoretisch das Amplitudenniveau bei Sv- P-Wellenumwandlung wesentlich geringer als bei P- Sv-Wellenumwandlung der Fig.17 ist.

Die Verbesserung in der Auflösung der Ereignisse in den Schnitten der Fig.17 und 18 ist eine direkte Funktion des Vp/Vs-Verhältnisses im Deckgebirge. Daher ist eine korrekte Bestimmung der P- und Sv-Wellengeschwindigkeiten erforderlich, um genaue Schnitte mit tatsächlicher Null-Ausrückung zu erzeugen.

Sogar mit solchen Daten erfordert die Bestimmung der für die Stapelung benötigten Horizontalgeschwihdigkeit bei Benutzung der Gleichungen der Koordinatentransformation nach der Erfindung eine gute anfängliche Einschätzung des Wertes. In dieser Hinsicht hat sich die Verwendung des geometrischen Mittels bekannter P- und Sv-Geschwindigkeiten als sehr nützlich erwiesen, d.h. Vps = -^J VpVs.*

Es ergibt sich eine gute Übereinstimmung zwischen dem geometrischen Mittel der P- und der S-Wellengeschwindigkeiten und

der schließlichen Stapelgeschwindigkeiten für die Ereignisse 401, 402 der Fig. 16-18. In Fig.19 erscheint für das Ereignis 401 nur eine kleine Diskrepanz von einigen 100 Fuß pro Sekunde (1 Fuß = 0,3 m). Gleichfalls sind in Fig. 20 für das Ereignis 402 ähnlich gute Ergebnisse ersichtlich. Es ist auch zu beachten, daß die Diskrepanzen beim übergang von Fig.19 auf Fig.20 offenbar geringer werden. Dies ist vorhersehbar, da das Verhältnis von Ausrückung oder Abstand zu Teufe für die interssierenden Reflektoren, hier Ereignis 401 im Vergleich zu 402, als Funktion der Ausrückung abnimmt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

.^Verfahren zur Verbesserung der Auflösung seismischer Signale, die mit einem auf gemeinsame Mittelpunkte (CMP) bezogenen Verfahren gewonnen worden sind, wobei in Reihenfolge eine übliche seismische Quelle an einer Reihe von Quellenpunktorten (SP) entlang einer Aufnahmelinie erregt wird und Reflexionen sowohl der üblichen Wellen als auch von deren Umwandlungsphasen mit Redundanz durch eine Reihe von Mehrkomponenten-Detektoren an einer Mehrzahl von Detektorstationen (d) entlang der Aufnahmelinie aufgenommen werden, so daß jede sich ergebende übliche und Umwandlungsspur einem Quellenpunkt-Detektorstation-Paar mit bekannten (SP, D)-Koordinaten zuzuordnen ist, worauf beide Spurenarten systematisch ausgewertet werden und sich ergebende übliche und UmwandlungsZusammenfassungen solcher Spuren jeweils einem Reflexionspunkt auf einem zu untersuchenden Reflektor im Untergrund betreffen, der jeder Zusammenfassung gemeinsam ist, unabhängig von Einfallen und Teufe des Reflektors, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

(I) Erzeugung seismischer Feldaufzeichnungen, einschließlich gesonderter seismischer Aufzeichnungen von üblichen und Umwandlungswellen, indem Aufstellungen von Quellen und Mehrkomponenten-Detektoren verwendet werden, bei denen einzelne Quellenpunkt-Dektorstation-Koordinaten mit Redundanz einer ausgewählten Zahl von konventionellen und UmwandlungssDuren in den Aufzeichnungen zugeordnet werden können, wobei diese Umwandlungs- und üblichen Spuren die gleichzeitige Ausgangsleistung der Detektoren sind,

(II) Ermittlung für die konventionellen und die Umwandlungsspuren eine Reihe von gesonderten gemeinsamen Reflexionspunkten (CRP), von denen jeder für die Sammlung von ihm gemeinsamen Spuren so benutzt wird, als ob eine

einer gegebenen Spur einer gemeinsamen Zusammenfassung zugeordnete Quelle an jedem dieser CRP angeordnet und erregt und unmittelbar nachfolgend am selben Ort ein Detektor aufgestellt worden wäre, der die üblichen oder umgewandelten Wellen, die die übliche oder umgewandelte Spur ausmachen, aufgenommen hätte,

(III) Benutzung jedes CRP, der der gemeinsamen Zusammenfassung üblicher Spuren zugeordnet ist, für die Berücksichtigung verschiedener Laufwege der Welle aufgrund von Teufe und Neigung jedes zu untersuchenden Reflektors, und

(IV) Unterwerfung jedes CRP, der der gemeinsamen Zusammenfassung von umgewandelten Spuren zugeordnet ist, einer dynamischen Transformation der Quellenpunkte-Detektorstation-Koordinaten zur Berücksichtigung der unsymmetrischen Laufwege des einfallenden und reflektierten Strahls, des Einfaliens sowie der Teufe der zu untersuchenden Reflektoren, wobei für die Koordinatentransformation eine der nachfolgenden Gleichungen benutzt wird, und zwar:

CRP = kD + (l-k)SP für Umwandlungen von P- in Sv-Wellen

an dem betreffenden Reflektor und

CRP = (l-k)D + kSP für Umwandlungen von Sv- in P-Wellen

an dem betreffenden Reflektor,

<V^Vs>

i(Vp/v_s) + {1 + (x/h)sin a}

f * 1 I (X/h)² cos² α

[(V /V₈) + 11

wobei ferner Vp und Vs die P- und die Sv-Wellengeschwindigkeiten des Deckgebirges sind,

X der Quelle-Empfänger-Ausrückungsabstand ist, h die Teufe des zu untersuchenden Reflektors ist,

α der Einfallswinkel des zu untersuchenden Reflektors ist und

SP und D die entsprechenden Koordinaten von Quelle und Detektor entlang der Aufnahmelinie sind.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der ausgewählten Gleichung der Koordinatentransformation verwendeten Werte für das Einfallen und die Teufe als Nebenprodukt der Transformation und der der Verdeutlichung dienenden Bearbeitung der üblichen Spuren gewonnen worden sind.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet/ daß die Bearbeitung der konventionellen Spuren zur Transformation und Verdeutlichung dadurch gekennzeichnet ist, daß

gemeinsame Mittelpunktkoordinaten für die üblichen Spuren als eine Funktion der zu diesen Spuren gehörenden Koordinaten von Quellenpunkt und Detektorstation (SP, D) festgelegt und diese Spuren entlang festgelegter Linien für gemeinsame Mittelpunktzusammenfassung zusammengefaßt und die zusammengefaßten Spuren gestapelt werden, um Schnitte mit begrenzter Ausrückung zu bilden, worauf Teufe und Einfallen aus diesen Schnitten für darauf vorhandene Ereignisse bestimmt und danach die wahren CRP aus diesen Einfalls- und Teufendaten neu bestimmt und die üblichen Spuren entlang geänderter Zusammenfassungslinien neu zusammengefaßt werden, um für diese die wahren CRP festzulegen, und

die neu zusammengefaßten Spuren neu gestapelt werden, bis ein Schnitt mit einer wahren Ausrückung Null gebildet wird, wobei die schließlichen Abschätzungen von Teufe und Einfallen der Ereignisse nachfolgend in der ausgewählten Gleichung der Koordinatentransformation des Schrittes (IV) benutzt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt

(IV) Stapelung der umgewandelten Spuren, die jedem festgelegten CRP zugeordnet sind/ in Reihenfolge zur Bildung eines Umwandlungsschnittes mit wahrer Ausrückung Null und unbedeutender horizontaler Verschmierung von Ereignissen hoher Intensität.

(V) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum erneuten Zusammenfassen und Stapeln der üblichen Spuren bis zur Bildung eines Schnittes mit tatsächlicher Ausrückung Null ein IterationsVorgang verwendet wird, der endet, wenn die Signalansprache für jedes der interessierenden Ereignisse ein Maximum ist.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Neuzusammenfassung und -Stapelung der konventionellen Spuren bis zur Bildung eines Schnittes mit wahrer Ausrückung Null eine Iteration durchgeführt wird, die endet, wenn die Signalansprache für jedes der interessierenden Ereignisse ein Maximum ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt (II) die statische Korrektur der üblichen und der umgewandelten Spuren umfaßt, um die Quellenpunkt- und Detektorstation-Koordinaten mit Bezug auf ein gemeinsames horizontales Niveau zu normalisieren, das die Untersuchungslinie enthält.
7. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der zu untersuchende Reflektor im wesentlichen parallel zur horizontalen

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Bezugsebene liegt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koordinatengleichung für die Transformation der üblichen oder konventionellen Spuren gebildet wird in Übereinstimmung mit

^CRPkonventionell ⁼ 0,5 SP ₊ 0,5 D

worin

Vp/Vs des Deckgebirges gleich 1 ist, und

SP, D die Koordinanten für den Quellenpunkt und die Detektorstation sind.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstante k der ausgewählten Gleichung für die Koordinatentransformation der umgewandelten Spuren bestimmt wird durch

. _ (p/Vs)

(Vp/Vs + 1)

wobei Vp/Vs des Deckgebirges experimentell oder aus empirischen Daten bestimmt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Einfallen und die Teufenwerte des zu untersuchenden Reflektors derart in Beziehung stehen, daß die Konstante k der gewählten Gleichung für die dynamische Transformation der Umwandlungsspuren angenähert werden kann gemäß

[(V_p/V_s) + (1 + (X/h sin α)
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit Einsatz konventionellen Quellen und Anwendung allein auf die Umwandlungsphasen der reflektierten Energie.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Reihe von imaginären Wegstreifen für die gemeinsame Zusammenfassung auf einem konventionellen Stapelungsblatt festgelegt wird, das Spuren durch orthogonale Quellenpunkt-Empfängerstation-Koordinaten identifiziert, wobei jeder Wegstreifen eine Neigung hat, die im wesentlichen durch die Gleichung der Koordinatentransformation bestimmt ist, und daß in Reihenfolge entlang jedem Weg die statisch korrigierten Spuren zusammengefaßt werden, deren Quellenpunkt- und Empfängerstation-Koordinaten sie in diesem Wegstreifen anordnen, um eine Reihe von Zusammenfassungen von korrigierten ümwandlungsspuren zu liefern.