DE3490708T1

DE3490708T1 - Marine seismic system

Info

Publication number: DE3490708T1
Application number: DE843490708T
Authority: DE
Inventors: Aaron Jay Sheriff
Original assignee: Shell Oil Co
Current assignee: Shell USA Inc
Priority date: 1983-05-18
Filing date: 1984-05-15
Publication date: 1986-08-07
Also published as: GB2167861B; EP0181859A4; GB8600801D0; NL194098C; JP2579301B2; US4942557A; DE3490708C2; JPS61502143A; EP0181859A1; WO1985005461A1; AU3013484A; NL194098B; CA1215161A; GB2167861A; EP0181859B1; BR8407323A; NL8420140A; AU577296B2

Description

Maritimes seismisches System .

Hintergrund der Erfindung:

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die seismische Erforschung des Untergrundes unterhalb von Gewässern und insbesondere auf ein Verfahren zum maritimen seismischen Erforschen zum Erfassen von umgewandelten Schubwellen, die vom Untergrund aufgrund einer sich nach unten ausbreitenden Druckwelle reflektiert werden.

Die seismische Erforschung auf See wird im allgemeinen dadurch durchgeführt, daß ein seismischer Streamer in einer vorgegebenen Tiefe durch den Ozean oder ein anderes Gewässer geschleppt wird. Der Streamer ist mit einer Vielzahl von Drucksensoren, wie bspw. Hydrophone bzw. Unterwasserschallempfänger, versehen, die über seine Länge in geeigneten Abständen angeordnet sind. In der Nähe eines Kabels wird Druckwellenenergie mit Hilfe eines Luftgewehrs oder andere geeignete Mittel vorgesehen; diese Druckwellenenergie breitet sich nach unten durch die Erde aus, wobei ein Teil von ihr nach oben reflektiert wird, mit einem Pegel, bei dem ein Kontrast in der akustischen Impedanzcharakteristik der Zwischenschichten ist. Die Drucksensoren erfassen die Druckwellen, die im Wasser durch die nach oben sich ausbreitenden seismischen

Reflektionen erzeugt werden, und erzeugen dies anzeigende elektrische Signale für ein geeignetes Verarbeitungs- und Aufzeichnungsgerät, das auf dem seismischen Schiff angeordnet ist, welches den Streamer schleppt. Es wurde herausgefunden, daß Schubwellen von den Druckwellen an Grenzflächen in den Zwischenschichten erzeugt werden; diese Schubwellen enthalten zusätzliche Information über die Natur der Zwischenschichten. Diese Daten werden jedoch nicht berücksichtigt, da die reflektierten Schubwellen von den seismischen Meeressystemen der bekannten Art nicht erfasst werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der maritimen seismischen Erforschung zu schaffen, das die umgewandelten Schubwellen, die von den Zwischenschichten während der seismischen Erforschung mit einer Druckquelle reflektiert werden, erfasst.

Übersicht über die Erfindung:

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren der maritimen seismischen Erforschung der Zwischenschichten unterhalb eines Gewässers vorgesehen, das folgende Schritte aufweist: Erzeugen einer Druckwelle in dem Gewässer bzw. der Wassermasse und Erfassen bzw. Abtasten der umgewandelten Schubwellen, die von den Zwischenschichten reflektiert werden. Das Erfassen der umgewandelten Schubwellen wird dadurch erreicht, daß eine

Vielzahl von seismischen Meßwandlern, die die Scherwellen erfassen und Abtasten können, wie bspw. die horizontale Bewegung erfassende Geophone, auf dem Meeresboden im interessierenden Bereich, angeordnet wird. Da in den meisten Fällen die umgewandelten Schubwellen ihre stärkste Bewegung in der horizontalen Bewegungskomponente, die zur Quelle gerichtet sind, besitzen, wird bevorzugt diese Komponente aufgezeichnet. Es ist auch erkannt worden, daß diese Komponente relativ frei von Bewegungen aufgrund der reflektierten Druckwellen ist. Eine weitere Trennung kann gewünschtenfal Is bei der unmittelbaren Aufzeichnung durch herkömmliche Mittel durchgeführt werden, die denjenigen bekannt sind, die auf dem Gebiet der seismischen Erforschung mit Druckwellen versiert sind. In bevorzugter Weise werden die Meßwandler eine bestimmte Zeit lang, bevor die Druckwelle erzeugt wird, angesetzt, um eine geeignete Kopplung der Meßwandler mit dem Meeresboden sicherzustellen und um sicherzustellen, daß die Geräusche durch die Einschwingvorgänge, die während des Positionierens der Meßwandler erzeugt werden, gedämpft worden sind. Jeder der Meßwandler kann einzeln an einem vorbestimmten Ort positioniert werden oder die Meßwandler können innerhalb eines Kabels angeordnet sein, das auf den Meeresboden gelegt wird. Die Verwendung eines Kabels mit Horizontalbewegüngsdetektoren, die mit der Achse des Kabels zusammenfallen, hat den Vorteil, daß ein einfaches Mittel geschaffen ist, um alle diese Komponenten in einer

bevorzugten Richtung, bspw. zur Quelle hin durch auslegen des Kabels so, daß seine Orientierung bekannt ist, auszurichten. Die Druckwellen können durch geeignete Mittel, bspw. ein Luftgewehr zum Ausstoßen einer vorbestimmten Menge von Druckgas in das Wasser erzeugt werden. Gewünschtenfal Is können auch Druckmeßwandler, wie Hydrophone in dem Kabel verwendet werden, um die Druckwellen, die von den Zwischenschichten reflektiert werden, zu erfassen bzw. abzutasten.

Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung:

Figur 1 eine schematische Ansicht einer

seismischen Begutachtung unter Verwendung eines Seekabels gemäß einem bevorzugten Verfahren vorliegender Erfindung,

Figur 2. eine schematische Ansicht einer

seismischen Begutachtung unter Verwendung getrennter Schiffe, um die seismische Quelle und das Kabel gemäß dem Verfahren vorliegender Erfindung entfalten zu können,

-Je- -

Figur 3 einen Längsschnitt durch ein Seekabel für

die Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren,

Figur 4 eine auseinandergezogene Ansicht einer

Geophon-Einheit und einer Befestigung, die im in Fig. 3 gezeigten Seekabel eingefügt sind,

Figur 5 eine Ansicht einer Gewichtseinheit, die

im Seekabel der Fig. 3 eingefügt ist,

Figur 6 eine schematische Ansicht eines

Seekabels, das Geophone und Druckmeßwandler enthält, für die Verwendung beim erfindungsgemäßen Verfahren und

Figur 7 eine schematische Ansicht einer

seismischen Begutachtung unter Verwendung einzelner Geophon-Stationen, die auf dem Meeresgrund gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren angeordnet sind.

.2-

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele:

In Fig. 1 ist ein seismisches Forschungsschiff 10 dargestellt, das zum seismischen Erforschen des Untergrundes unterhalb eines Gewässer bzw. einer Wassermasse 14 ein Seekabel entfaltet bzw. verlegt. Das Kabel 12 kann verhältnismäßig lang, bspw. eine Meile oder länger sein und ist normalerweise aus einer Zahl von einzelnen aktiven Abschnitten 16, die Ende an Ende bzw. hintereinander befestigt sind, zusammengesetzt. Jeder Abschnitt 16 enthält eine Vielzahl von nicht dargestellten Geophonen und ist dem Boden 18 benachbart angeordnet. Das Kabel 12 kann auf dem Boden an dem gewünschten Ort dadurch positioniert werden, daß es zu dem gewünschten Ort gezogen wird oder dadurch, daß es aufgewickelt und dann an den gewünschten Ort beim Vorwärtbewegen des Schiffs 10 abgewickelt wird. Der Abschnitt 20 des Kabels 12, der mit dem ersten Abschnitt 16 verbunden ist, ist ein Gewichtsabschnitt, der bspw. Blei oder anderes geeignetes Material enthält. Ein Zuführabschnitt 22, der ein armiertes Kabel sein kann, verbindet den Abschnitt 20 mit dem Schiff 10. Der Abschnitt 20 sollte ein ausreichendes Gewicht enthalten, so daß die Wellen in der Wassermasse 14, die auf das Schiff 10 und den Einführabschnitt 22 wirken, die Abschnitte 16 nicht von dem Boden 18 abheben können. Gewünschtenfal 1s kann das Schwanzende des Kabels 12 ebenfalls mit einem Gewichtsabschnitt 20 und einer

geeigneten Lokalisierungsboje, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist, versehen sein. Druckwellenenergie wird in der Nähe des Kabels 12 mittels eines Luftdruckgewehres 24 oder anderer geeigneter Mittel vorgesehen; das Luftdruckgewehr 24 kann von dem Schiff 10 oder einem zweiten Schiff, wie in Fig. 2 dargestellt, ausgelegt werden, das sich in der Nähe der Geophone ohne Bewegen des Kabels 12 bewegen kann. Ist das Luftdruckgewehr 24 vom Schiff 11 ausgelegt, kann es nützlich sein, viele Explosionen aufzuzeichnen, die über eine Bahn parallel zum Kabel 12 erfolgen und sich über dessen Enden erstrecken, ohne das Kabel 12 zu bewegen. Die Bahnen des Schiffs 11 können sich über die Enden des Kabels 12, bspw. über eine Entfernung erstrecken, die in derselben Größenordnung liegt, wie die Tiefe der zu untersuchenden tiefsten Bodenschichten. Eine Druckwelle 26, die von dem Luftgewehr 24 erzeugt wird und die durch eine gerade Linie angedeutet ist, breitet sich nach unten durch die Wassermasse 14 und den Erdboden aus, wobei ein Teil von ihr nach oben zu Punkten reflektiert wird, an denen ein Kontrast in der akustischen Impedanz zwischen den Schichten des Unterbodens, bspw. den Punkten 28 und ist, wo ein Teil der Druckwelle 26 nach oben reflektiert wird, die durch die Druckwellen 32 und 34 angedeutet ist. Die Größe solch einer Reflection bezieht sich hauptsächlich auf den Kontrast in der Druckwellen-Akustikimpedanz. Zusätzlich werden

umgewandelte Schubwellen 36 und 38 an den Punkten 28 bzw. 30 reflektiert. Die Größe der umgewandelten Schubwellen 36 und 38 bezieht sich hauptsächlich auf den Kontrast in der Schubwellen-Akustikimpedanz. Die reflektierten Schubwellen 36 und 38 breiten sich nach oben durch die Zwischenschichten bzw. Unterboden aus und werden durch die Geophone, die in den Abschnitten 16 des Kabels 12 angeordnet sind, abgetastet bzw. erfasst. Die elektrischen Signale, die von den Geophonen als Reaktion auf die reflektierten Schubwellen erzeugt werden, werden längs Leitungen im Kabel 12 zu einer geeigneten Aufzeichnungs- und/oder Verarbeitungseinrichtung, die im Schiff 10 angeordnet ist, übertragen. Zusätzlich können gewünschtenfal Is Hydrophone oder andere Druckwellen-Meßwandler, bspw. die vertikale Bewegung erfassende Geophone in den aktiven Abschnitten 16 angeordnet werden, um die reflektierten Druckwellen 32 und 34 zu erfassen bzw. abzutasten. Es ist auch möglich, die Geophone im Kabel 12 anzuordnen, um die horizontale Bewegung, die senkrecht zum Kabel 12 ist, zu erfassen. Es sei angemerkt, daß das Kabel 12 eine vorbestimmte Zeitdauer, wobei bspw. 10 bis 12 Sekunden als eine geeignete Zeit herausgefunden wurde, sich setzen sollte, nachdem das Kabel mit einer Geschwindigkeit von 3 Knoten in die Stellung geschleppt worden ist, bevor ein Luftdruckgewehr 24 betätigt wird, um sicherzustellen, daß das Kabel 12 sich in geeigneter Weise mit dem Öoden 18

-Sd- -

verbunden hat, und um sicherzustellen, daß die Geräusche durch Einschwingvorgänge, die während des Verlegens des Kabels 12 erzeugt werden, gedämpft worden sind. Das Kabel in der Nähe der Geophone sollte ausreichend dicht bzw. kompakt sein, bspw. in der Größe des Mehrfachen der Dichte von Seewasser, um das sich Setzen und Koppeln der Geophone zu fördern.

In den Fig. 3, 4 und 5 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Kabels zum Einsetzen gemäß vorliegender Erfindung beschrieben. Das Kabel 12 besitzt Spannelemente 42, die in der Form eines gleichseitigen Dreiecks durch einen (nicht dargestellten) Kunststoffabstandhalter, wie er nach dem Stand der Technik bekannt ist, gehalten werden. An vorbestimmten Orten längs des Kabels 12 sind Geophon-Einheiten 44 angeordnet, derart, daß die Geophone 45 in der Achse des Kabels 12 liegen. Jede Geophon-Einheit 44 enthält ein konventionelles Geophon 45, das zum Erfassen der horizontalen Bewegung verwendet wird, und eine Halterung 46, die dazu geeignet ist, daß Geophon 45 an dem vorbestimmten Ort längs des Kabels 12 zu befestigen. Ein Dämpfungswiderstand 47 ist mit den Klemmen 51 des Geophons 45 verbunden und Drähte 49 sind mit den Klemmen 51 verbunden. Bevorzugt sind das Geophon 45 und der Dämpfungswiderstand 47 in einem Schutzgehäuse 48, wie bspw. PVC-Rohr angeordnet und die Enden des Gehäuses 48

sind durch Epoxidharz 50 oder dgl. versiegelt, um das Geophon 45 vor Korrosion- und Druckschäden zu schützen. Die Halterung 46 enthält 3 ähnlich geformte Segmente 52, die ein zylindrisches Gehäuse oder Halterung bilden, wenn sie durch Schrauben 53 in Öffnungen 54 zusammengesetzt sind. Beide Enden jedes Segmentes 52 besitzen eine Nut 55, die mit den Nuten 55 in den benachbarten Segmenten 52 fluchten und so Öffnungen 56 bilden, die so groß und angeordnet sind, um die drei Spannelemente 42 aufzunehmen. Ein mittiger Hohlraum 60 ist derart bemessen, daß das Gehäuse 48 darin sicher und fest gehalten ist, wenn die Schrauben 53 angezogen sind. Die Halterung 46 kann mit einem weiteren kleineren Hohlraum 62, der dem mittigen Hohlraum 60 benachbart ist, für Epoxidharz oder dgl. vorgesehen sein, um eine geeignete Verbindung zwischen der Halterung 46 und dem Gehäuse 48 sicherzustellen. Jeder Abschnitte 52 besitzt eine Nut 58 an seiner Außenfläche und etwa ein Drittel der Drähte der Gruppe der Drähte 66 ist in einer Schutzhülle 68, wie bspw. Polyurethan eingefasst und in jeder der Nuten 58 angeordnet. Die Drähte 49 von den Klemmen 51 sind mit einem Paar der Drähte aus der Gruppe der Drähte 66 durch herkömmliche Mittel verbunden. Die Halterung 46 sollte aus einem relativ schweren Material hergestellt sein, das Deformation und Korrosion widersteht, wie bspw. Messing, um sicherzustellen, daß das Geophon 45 mit dem Meeresboden in geeigneter Weise gekoppelt bzw. verbunden ist.

-M-

Eine Gewichtseinheit 72 kann bspw. aus Blei oder anderem geeigneten Material hergestellt sein und diese Gewichtseinheiten 72 sind vorzugsweise in gleichem Abstand an jeder Seite der Geophon-Einheit 44 angeordnet, um sicherzustellen, daß das Kabel 12 sich setzt und mit dem Meeresboden in geeigneter Weise verbunden bzw. gekoppelt ist. Die Gewichtseinheit 72 besteht aus drei Abschnitten 74, die zur Bildung eines Zylinders durch ein Metallband 76 oder andere geeignete Mittel zusammengehalten werden. Jedes der Abschnitte 74 besitzt eine Nut 75 in jedem Ende derart, daß dann, wenn die Abschnitte 74 durch das Band zusammengehalten werden, die Nuten 75 Öffnungen 78 bilden, die so groß sind, daß sie die Spannelemente 42 aufnehmen. Die Gewichtseinheit 72 besitzt eine mittige Öffnung 80, die derart bemessen ist, daß sie die Gruppe von Drähten aufnimmt. Ein Schutzüberzug 82, wie bspw. Polyurethan, kann in die mittige öffnung 80 eingesetzt werden, um ein Scheuern der Gruppe der Drähte 66 zu verhindern. Das Kabel 12 ist mit einem Mantel 70, bspw. aus Polyurethan-Kunststoff versehen, der eine relativ glatte und gegen Beschädigungen widerstandsfähige äußere Oberfläche aufweist, und ist mit einer geeigneten Flüssigkeit, wie Petroleum gefüllt.

Fig. 6 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des Kabels, das sowohl Geophone als auch Druckmeßwandler enthält. Geophon-Einheiten 44 und Hydrophone 90 oder andere

geeignete Druckmeßwandler sind an bestimmten Orten längs des Kabels 92 derart angeordnet, daß die Geophon-Einheiten 44 und die Hydrophone 90 miteinander verschachtelt sind bzw. einander abwechseln. Die Hydrophone 90 können durch herkömmliche Mittel, wie sie im Stande der Technik bekannt sind, befestigt sein. Vorzugsweise sind in gleichmäßigen Abständen an jeder Seite der Geophoneinheiten 44 und der Hydrophone 90 Gewichtseinheiten 72 angeordnet. Die Spannelemente 42 können durch herkömmliche Abstandhalter 94, die zwischen den Geophoneinheiten 44 und den Hydrophonen 90 angeordnet sind, in geeigneter Orientierung gehalten werden.

In Fig. 7 ist ein alternatives Verfahren zum Einsetzen der vorliegenden Erfindung dargestellt. Fig. 7 ist ähnlich der Fig. 1 und deshalb sind gleiche Elemente mit gleichen Bezugsziffern versehen. Jedoch ist das Seekabel 12 der Fig. 1 durch Sensor- bzw. Abtasteinheiten 84 ersetzt, die mindestens ein Geophon und die notwendige automatische Aufzeichnungseinrichtung enthalten, um die seismischen Daten, die Von den Geophonen abgetastet bzw. erfasst werden, aufzuzeichnen. Alternativ können die Sensoreinheiten 84 die erfassten seismischen Signale über elektrische Leitungen an eine geeignete Aufzeichnungseinrichtung liefern, die einer Boje 86 auf der Oberfläche der Wassermasse 14 bzw. des Gewässers zugeordnet ist oder an eine geeignete

4H

- A3 -

Übertragungseinrichtung, die der Boje 86 zugeordnet ist, zur Funkübertragung an die Aufzeichnungseinrichtung, die bspw. auf dem Schiff 10 angeordnet sein kann. Die Sensoreinheiten 84 können durch Taucher oder dadurch positioniert werden, daß sie vom seismischen Schiff 10 über Bord geworfen werden. In jedem Falle müssen das Geophon oder die Geophone in den Sensoreinheiten 84 derart angeordnet sein, daß sie die reflektierten Schubwellen abtasten, die durch Umwandlung der Druckwelle an den Punkten, an denen eine Differenz in der akustischen Impedanz des Untergrundes bzw. der Zwischenschichten, wie an den Punkten 28 und 30 ist, erzeugt werden. Bspw. können ein Paar Geophone, die die horizontale Bewegung in zwei Richtungen in rechten Winkeln zueinander erfassen, verwendet werden.

Es versteht sich, daß Änderungen und Abwandlungen der vorliegenden Erfindung vollzogen werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es versteht sich auch, daß der Rahmen der Erfindung nicht dahingehend zu interpretieren ist, daß er auf die bestimmten hier beschriebenen Ausführungsbeispiele begrenzt ist, sondern allein im Zusammenhang mit den beigefügten Ansprüche, die im Lichte der vorstehenden Offenbarung zu lesen sind.

Claims

1S Patentansprüche 3A90708

1. Verfahren zum maritimen seismischen Erforschen der Bodenschichten unter einem Gewässer, welches Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen einer Druckwelle im Gewässer und Abtasten der umgewandelten Schubwellen, die von den Bodenschichten reflektiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastschritt das Positionieren einer Vielzahl von seismischen Meßwandlern auf dem Meeresboden, die dem Erfassen der Schubwellen dienen, umfasst.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der Positionierungsschritt das Positionieren eines Seekabels auf dem Meeresboden, das die Vielzal der seismischen Meßwandlern enthält, umfasst.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastschritt ferner das Warten von zumindest einer vorbestimmten Zeitperiode nach dem Positionieren des Seekabels und vor dem Erzeugen der Druckwelle umfasst.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der die Druckwelle erzeugende Schritt das Eindrücken einer vorbestimmten Menge an Druckgas in die Wassermasse umfasst.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastschritt ferner das Warten von wenigstens einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Positionieren der Vielzahl der seismischen Meßwandler und vor dem Erzeugen der Druckwelle umfasst.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

der Positionierungsschritt das Positionieren jedes seismischen Meßwandlers einzeln an einem vorbestimmten Ort am Meeresboden umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß

der die Druckwelle erzeugende Schritt das Eindrücken einer vorbestimmten Menge an Druckgas in die Wassermasse umfasst.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

der Schritt des Positionierens des Seekabels auf dem Meeresboden von einem ersten Schiff aus durchgeführt wird und daß der Schritt des Erzeugens einer Druckwelle von einem zweiten Schiff aus durchgeführt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens einer Druckwelle das Erzeugen einer Vielzahl von Druckwellen längs eines Weges, der parallel zum Kabel verläuft, umfasst.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Erzeugens einer Druckwelle das Eindrücken einer vorbestimmten Menge an Druckgas in die Wassermasse umfasst.