DE3544602A1

DE3544602A1 - Verfahren zur bildung einer oberflaechenkonsistenten korrektur fuer den einfluss von erdschichten geringer uebertragungsgeschwindigkeit bei der verarbeitung seismischer daten

Info

Publication number: DE3544602A1
Application number: DE19853544602
Authority: DE
Inventors: Ernest F. Houston Tex. Paal
Original assignee: Exxon Production Research Co
Current assignee: ExxonMobil Upstream Research Co
Priority date: 1984-12-24
Filing date: 1985-12-17
Publication date: 1986-06-26
Also published as: FR2575298A1; ES8900118A1; NO855100L; AU5159185A; GB8531387D0; ES550334A0; FR2575298B1; US4695984A; GB2169406A; NL8503569A

Description

Beschreibung:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Korrektur des Einflusses von Erdschichten niedriger Übertragungsgeschwindigkeit bei der Verarbeitung seismischer Daten. Im besonderen befaßt sich die Erfindung mit einem Verfahren zur Verwendung der reflektierten ersten Ankünfte von mehreren seismischen Datengruppen mit konstanter Versetzung zur Berechnung, in einer oberflächenkonsisteniten Weise, der Einwegzeitkorrektur in einer Schicht niedriger i Übertragungsgeschwindigkeit für jede Empfänger- und Stoßstelle ^ bei einer seismischen Vermessung.

; Seismische Exploration ist die wirksamste Technik zur Erforschung des Aufbaues von Gesteinsschichten unterhalb der Erdoberfläche. Das typische Endprodukt einer seismischen Vermessung ist eine Karte, die man als "seismischen Tiefenschnitt" bezeichnet, wobei die Dicke und die Ausrichtung der verschiedenen geologischen Schichten, die sich unter diesem Bereich der Erdoberfläche befinden, in welchem die Vermessung durchgeführt wird, anzeigt. Setzt man den seismischen Tiefenschnitt mit anderen geologischen Informationen in Beziehung, wie etwa Werte, die den Austritt verschiedener geologischer Schichten an die Erdoberfläche, Bohrkerne und Bohrlochaufzeichnungen sowie frühere seismische Schnitte betreffen, so können überraschend detaillierte Informationen hinsichtlich der äußeren mehrere Kilometer dicken Schicht der Erdkruste entwickelt werden. Der vordringlichste Einsatz seismischer Exploration liegt in der Erforschung unterirdischer Strukturen, die günstig für das Vorliegen von Öl- und Gasreservoirs sind.

Seismische Reflektionsvermessungen, die die üblichste Art seismischer Vermessung sind, werden durchgeführt, indem man eine Stoßwelle an der Erdoberfläche initiiert und aus einer Mehrzahl

· -iö-

• · « I · f · irt

von Oberflächenstelle die Reflektionen dieser Störungen aus ; den hierunterliegenden unterirdischen Formationen überwacht. [ Diese Reflektionen treten in Bereichen ein, in welchen eine ί Änderung der akustischen Impedanz der Erde vorliegt, wobei es 5 sich im allgemeinen um die Grenzfläche zwischen aneinander angrenzenden geologischen Schichten handelt. Die Einrichtungen, die zur Überwachung der Reflektionen eingesetzt werden, bezeichnet man an Geophone. Das Signal, das von jedem Geophon aufgezeichnet wird, repräsentiert als eine Funktion der Zeit

\ 10 die Amplitude der Reflektionen, die durch das Geophon aufgenommen \ werden. Mit einer guten Nahrung treten die von jedem Geophon auf-I genommenen Reflektionen an einem Punkt an jeder Reflektionsober-I fläche ein, die sich auf einer vertikalen Linie befindet, die I durch den Mittelpunkt zwischen der Quelle und dem Geophon liegt. 1 15 Somit zeichnet für jede seismische Störung ("Stoß") jedes Geo-I phon ein Signal ("Spur") auf, welches Merkmale der Formationen

¹If₁ senkrecht unter einem bekannten Punkt auf der Erdoberfläche f, repräsentiert.

f 20 Bei der Durchführung einer seismischen Vermessung wird eine große

Zahl von Geophonen, normalerweise zwischen 48 und 1024, entlang f einer Linie des Vermessungsbereiches angeordnet. Dementsprechii end werden für jeden Stoß eine Vielzahl von Spuren erhalten.

Jede der Spuren, die von einem einzelnen Stoß ausgeht, reprä- ] 25 sentiert die Reflektionen von den Grenzflächen entlang einer ■ eindeutigen Vertikallinie, die durch die unterirdische Forma-

ί tion hindurchläuft. Zu der Zeit, zu der eine jede Spur aufgezeichnet wird, ist sie eindeutig auf der Basis der Quelle und i der Detektorposition bestimmt. Auf diese Weise ist jede Spur

ί 30 eindeutig identifiziert, relativ zu allen anderen Spuren. Diese

Information wird später eingesetzt zur Korrektur und zur Dar-I stellung der Spuren«

•» art*

• · Mil

Nach einem jeden Stoß wird die Quelle entlang einer Linie der
Vermessung verschoben, und es wird ein zweiter Stoß ausgeführt,
der eine neue Gruppe von Spuren ergibt. Im allgemeinen werden
die Geophone jeweils in einem gleichen Abstand voneinander angeordnet, und die Fortbewegung der Quelle, relativ zu den Geo- | phonen, wird sorgfältig derart bestimmt, daß,mit der Ausnahme f von einem oder zwei Geophonen, jeder Quellen-Detektor-Mittelpunkt '■] von dem ersten Stoß einem Quellen-Detektor-Mittelpunkt des
zweiten Stoßes entspricht. Bei dem einfachsten Typ seismischer

Vermessung wird dies erreicht, indem man die Quelle und die Detektoren als eine Einheit um einen Abstand nach jedem Stoß weiterbewegt, der dem Geophonabstand gleich ist. Wenn man die Ver- ■ messung in dieser Weise fortsetzt, entsprechen die zahlreichen \ Spuren jeweils einem von einer kleineren Zahl von Quellen/De- !

tektor-Mittelpunkten. Somit wird jeder Mittelpunkt durch mehrere \ Spuren repräsentiert. Spuren mit gemeinsamen Mittelpunkten re- i präsentieren Reflektionen* die an Grenzflächen entlang einer ge- ! meinsamen Linie eintreten, die sich vertikal von dem Mittelpunkt | nach unten erstreckt. Wenn man die seismische Vermessung derart \ ausführt, daß jede Spur von einem ersten Stoß einer Spur von dem \

nächsten Stoß entspricht, so bezeichnet man dies als Vermessung \ mit gemeinsamem Tiefpunkt. "

Die Spuren, die man bei der Durchführung der Vermessung erhält,
müssen vor der endgültigen Anzeige und Analyse korrigiert werden,
um verschiedene Faktoren zu kompensieren, die einem direkten
Vergleich der ursprünglichen Spuren entgegenstehen. Eine der
beschwerlichsten dieser Korrekturen umfaßt die Kompensierung der
Einflüsse einer obersten Erdschicht auf die Spuren, die typischerweise 10 bis 100 m dick ist und die als "Schicht geringer

Übertragungsgeschwindigkeit" oder "verwetterte Schicht" be- \ zeichnet wird. Die Geschwindigkeit seismischer Druckwellen I

t « · · Jn Il ·* «I*·

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• « i « III·*»·

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(p-Wellen) durch die Schichten mit geringer Übertragungsgeschwindigkeit liegt typischerweise im Bereich von 500 bis 1000 m pro Sekunde, während die p-Wellengeschwindigkeiten in den geologischen Schichten unter der Schicht mit der langsamen Übertragungsgeschwindigkeit typischerweise oberhalb von 1500 m pro Sekunde liegt. Da die Schicht mit der niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit oft sehr stark hinsichtlich ihrer Dicke über einen relativ kurzen Horizontalabstand schwankt, kann die Durchlaufzeit einer seismischen Welle durch die Schicht mit der geringen Übertragungsgeschwindigkeit merklich variieren über die Linie einer seismischen Vermessung. Wenn sie nicht korrigiert wird, kann diese Variation den ermittelten Aufbau und die Tiefe der unterirdischen geologischen Schicht merklich ändern. So kann beispielsweise, wenn man annimmt, daß eine horizontale Schicht unter der Schicht mit der langsamen Übertragungsgeschwindigkeit liegt, ein dünner Bereich in der Schicht mit der niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit einer ansonsten konstanten Dicke bewirken, daß ein Teil der horizontalen geologischen Schicht konvex erscheint. Da bereits geringe Variationen der berechneten Orientierung der Gesteinsschicht einen wesentlichen Einfluß auf die Entscheidungen hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit der Auffindung von öl und Gas in einem bestimmten unterirdischen Bereich besitzt, ist es von außerordentlicher Wichtigkeit, daß Abweichungen, die durch die Schiebt mit geringer Übertragungsgeschwindigkeit verursacht werden, mit der größtmöglichen Präzision bestimmt werden.

Ein früheres Verfahren zur Korrektur des Einflusses der Schicht mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit ist in der US-PS 2,276,306 vom 17. März 1942 beschrieben. Bei diesem Verfahren wird Dynamit eingesetzt, um die seismische Störung auszulösen. Jede Dynamitladung ist am Fuß eines Bohrloches angeordnet,

welches durch die Schicht mit der niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit eingebracht worden ist. Ein Geophon befindet sich in der Nähe der Eingangsöffnung des Loches und zeichnet die vertikale Laufzeit durch die Schicht mit der niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit auf, während zur gleichen Zeit eine Gruppe von Geophonen entlang der Vermessungslinie die Reflektionen von den darunterliegenden geologischen Schichten aufzeichnet. Von dem Geophon, das sich an der Eingangsöffnung eines jeden Bohrloches befindet, ergibt sich die vertikale Laufzeit als

IQ Funktion der Position entlang der Linie der seismischen Vermessung. Dies gestattet, daß die verschiedenen Spuren, die im Laufe der Vermessung aufgezeichnet werden, einfach und genau im Hinblick auf den Einfluß der Schicht mit niedriger Übertragungsgeschwindigkeit korrigiert werden können. Für die moderne seismische Exploration ist dieses Verfahren jedoch kaum verfügbar, da Stoßquellen an der Erdoberfläche in großem Maße den Einsatz von unterirdischen Stoßquellen ersetzt haben, aufgrund der relativ hohen Kosten und der Schwierigkeiten, die mit dem Einsatz der letzteren verbunden sind.

Bei einer anderen hinlänglich bekannten Technik zur Bestimmung des Einflusses der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit auf die reflektierten seismischen Daten ist das Abfangzeitbrechungsverfahren. Bei diesem Verfahren werden die aus jedem Stoß resultierenden Spuren untersucht, um die Zeit zu bestimmen, die die seismische Welle braucht, um entlang eines Weges von der Quelle durch die Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit zur Grenzfläche am Boden der Schicht geringer Übertragungsgeschwindigkeit, entlang welcher sie reflektiert wird, zu laufen, bis sie von dem Empfängern aufgenommen wird. Dieser Brechungsweg ist in Fig. 1 dargestellt. Da dies im allgemeinen der schnellste seismische Weg von der Quelle zum Empfänger ist, handelt es sich hierbei um das erste Signal, das vom Empfänger aufgenommen wird. Für jede Quellenstelle werden die reflektierten

ersten Ankünfte über der Zeit aufgetragen als Funktion der Quellen/Empfänger-Versetzung. Die Methode der kleinsten Quadrate wird auf die Daten angewendet, um eine gerade Linie zu erhalten, deren Steigung die Reflektionsgeschwindigkeit V₂ repräsentiert, mit einer spezifischen Abfangzeit t , die einem Versetztltigsabstand von 0 entspricht. Durch die Anwendung des Snell¹ sehen Gesetzes kann gezeigt werden, daß die vertikale Übertragungszeit in einer Richtung durch die verwetterte Schicht, t,™ , durch die folgende Gleichung wiedergegeben wird:

_t

wobei V-,. die seismische p-Wellengeschwindigkeit der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit ist.

Da jedoch die Auftragung, auf welcher das Abfangzeitreflektionsverfahren beruht, nicht unterscheidet zwischen der Übertragungszeit der Schicht niedriger Geschwindigkeit an der Quelle und dem Empfänger, ist die vertikale Übertragungszeit in einer Richtung, die nach diesem Verfahren berechnet wird, ein Durchs-chnitt der beiden Werte. Bei den modernen seismischen Verarbeitungsschemen ist die Unsicherheit, die durch diese Durchschnittsbildung eingeführt wird, in vielen Fällen ein merklicher Bestandteil des Gesamtfehlers, der bei einer korrigierten Spur vorliegt.

Es ist dementsprechend erstrebenswert, ein Verfahren zu schaffen für die Bildung statischer Korrekturen für die Schicht geringer Geschwindigkeit, bei welchem die Korrektur an jeder Quellenstelle unabhängig ist von der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit an jeder Empfängerstelle, während die Korrektur an jeder Empfängerstelle unabhängig ist von der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit an jeder beliebigen Quellenstslle.

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Es würde dementsprechend weiterhin erstrebenswert sein, wenn dieses Verfahren der statischen Korrektur für die Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit kein spezielles Verfahren oder eine spezielle Ausrüstung an der Meßstelle erfordern würde, und nur eine Abhängigkeit von den Daten bestehen würde, die normalerweise im Laufe einer seismischen p-Wellen-Vermessung mit gemeinsamen Tiefpunkt anfallen. Schließlich wäre weiterhin erstrebenswert, wenn dieses Verfahren zu einer absoluten statt einer relativen Korrektur für die Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit führen würde.

Diese Aufgabe wird genffi der Erfindung gelcfet durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale, wobei hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen auf die Merkmale der Unteransprüche verwiesen wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung eignet sich für die Korrektur des Einflusses von der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit bei der Druckwellen- und der Schubwellenreflektion und -brechung seismischer Vermessungen. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden drei Gruppen aufgestellt mit jeweils Spuren von einer ausgewählten gemeinsamen Versetzung. Die Spuren einer jeden Gruppe werden als Funktion der gemeinsamen Tiefpunktstelle dargestellt. Von jeder Gruppe v/ird die erste Zäsur für die Spuren bestimmt, wobei die erste Zäsur die Übertragungszeit für den Druckwellenlaufweg von der Quelle zum Empfänger entlang der Brechungszwischenfläche am Fuß der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit entspricht. Für jede Spur mit einer der drei ausgewählten gemeinsamen Versetzungen wird eine Gleichung aufgestellt, die die bekannte Übertragungszeit mit der Summe der folgenden drei Faktoren in Beziehung setzt, nämlich: 1) der Quellen-Empfänger-Abstand geteilt durch die p-Wellengeschwindigkeit an der Brechungsgrenzfläche; 2) ein Quellenbeitrag zu der Laufzeit, sowie 3) ein Empfängerbeitrag zur Laufzeit. Jede dieser Gleichungen besitzt zwei Unbekannte (Faktoren 2 und 3), wobei jedoch mindestens eine Unbekannte einer jeden Gleichung

auch in zw^i anderen Gleichungen auftritt, entsprechend den anderen Versetzungsabständen. Somit sind die Unbekannten überbestimmt, und die Gleichungen können durch bekannte Computer unterstützte Rechnungen nach der Methode der kleinsten Quadrate gelöst werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung besteht eine weitere Verbesserung in der statischen Korrektur £ür die Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit, indem man mindestens eine zusätzliche Versetzungsgruppe einsetzt und eine Lösung für die seitlichen Änderungen in der Brechungsgeschwindig-Ikeit ausführt.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigt im einzelnen:

Fig. 1 die Übertragung seismischer Signale von einem Quellenpaar zu einer Anzahl von Empfängerstellen durch Brechung entlang der unteren Begrenzung der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit und der Reflektion von einer reflektierenden Grenzfläche unterhalb der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit und

Fig. 2 einen Strahlengang eines seismischen Signals entlang der unteren Begrenzung der Schicht geringer Übertragungsgeschwindigkeit.

Diese Zeichnungen sollen keine Definition der Erfindung darstellen, sondern dienen allein dem Zweck der Erläuterung gewisser Gesichtspunkte der Erfindung, wie dies im einzelnen nachfolgend noch dargestellt wird.

Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt die Verarbeitung seismischer' Daten zur Bildung einer oberflächenkonsistenten statischen Korrektur der Einflüsse durch die Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird dieses Verfahren auf vielfache seismische Daten mit einem gemein-

_·) y„ ι · κ in

samen Tiefpunkt angewendet, die man entlang einer fortlaufenden Reflektionsvermessung erhält, die im wesentlichen entlang einer geraden Vermessungskurve ausgeführt wird. Die Sachverständigen auf diesem Gebiet erkennen jedoch ohne weiteres, daß die Erfindung auch auf die Verarbeitung von Daten von vielen anderen Arten seismischer Vermessung anwendbar ist. Im Hinblick darauf, daß die nachfolgende Beschreibung sich speziell auf die fortlaufende Reflektionsvermessung bezieht, soll dies lediglich eine Erläuterung und keine Beschränkung darstellen. 10

Die Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch die Erdoberfläche zur Erläuterung der Übertragung eines seismischen Signals bei einer typischen seismischen Reflektionsvermessung. Eine seismische Störung wird in die Erde eingebracht von einer Mehrzahl seis-

mischer Quellenstellen S.., S2. S , die im wesentlichen

entlang einer linearen Anordnung auf der Erdoberfläche 10 liegen. Unmittelbar unterhalb der Oberfläche 10 befindet sich die verwetterte Schicht (Schi-cht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit) 12^und unterhalb der verwetterten Schicht 12 liegt eine unverwetterte Schicht (Schicht hoher Übertragungsgeschwindigkeit) Die Grenze zwischen der verwetterten Schicht 12 und der nicht verwetterten Schicht .1.4 bildet eine Brechungsgrenzfläche 16. Die Fig. 1 zeigt, daß bei einem kritischen Einfallswinkel eine seismische Welle, die durch die verwetterte Schicht 12 nach unten läuft, entlang der Brechungszwischenfläche 16 reflektiert wird, anstatt in die unverwetterte Schicht 14 überzugehen. Dies ist in Fig. 1 durch die beiden Strahlenwege 24 und 26 dargesetellt, die von der Quelle S2 ausgehen. Ein erster Strahlengang 26 fällt auf die Reflektionszwischenflache 16 bei einem Winkel ein, der geringer ist als der kritische Winkel, und dementsprechend findet eine Übertragung in die nicht verwetterte Schicht 14 statt, worauf eine Reflektion von verschiedenen tieferliegenden Grenzflächen,einschließlich der Grenzfläche 20, eintritt. Ein zweiter Strahlengang 24 trifft auf die Brechungszwischenfläche bei dem kritischen Winkel ein und wird dementsprechend reflektiert entlang der Brechungszwischenfläche 16, statt eines

Überganges in die nicht verwetterte Schicht 14. Der kritische Winkel, gemessen von einer Senkrechten zur Brechungszwischenfläche 16 am Einfallspunkt, wird durch das Snell'sche Gesetz wiedergegeben:

-1
θ kritisch = cos

1/2

Gleichung

wobei V., = seismische Druckwellengeschwindigkeit in der verwetterten Schicht,

V2 = seismische Druckwellengeschwindigkeit in der nicht

verwetterten Schicht.
15

Der kritische Winkel für eine typische Grenzfläche zwischen einer Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit und einer Schicht ~ hoher Übertragungsgeschwindigkeit liegt bei 25°.

Seismische Signale, die zu einem Detektor entlang irgendeiner Bahn vollständig innerhalb der verwetterten Schicht 12 laufen, (ein solcher Weg ist durch die gestrichelte Linie 22 in Fig. 1 angegeben) werden typischerweise später empfangen als seismische Signale, die entlang der etwas längeren Strecke der Reflektionszwischenfläche 16 fügend aufgenommen werden. Dies liegt daran, daß die Laufgeschwindigkeit durch die verwetterte Schicht typischerweise bei 500 bis 1000 m pro Sekunde liegt, während diejenige durch die nicht verwetterte Schicht allgemein über 1500 m pro Sekunde hinausgeht. Dementsprechend wird, mit Ausnahme der relativ kurzen Quellen-Detektor^Abstände, der Anstieg der Weglänge, der durch den Übergang des Signals von und zur Reflektionszwischenflache 16 entsteht, mehr als wettgemacht durch die größere Druckwellenübertragungsgeschwindigkeit der Reflektionszwischenfläche 16. Dementsprechend folgt der erste Teil des

• · t β ψ W Ψ W

aufzunehmenden seismischen Signals (die "erste Zäsur") durch jeden Empfänger typischerweise einem Weg entlang der RefJektionszwischenflache 16, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die statische Korrektur für die Schicht geringer Übertragungsgeschwindigkeit abgeleitet von der Lösung einer überbestxmmten Gruppe von simultanen Gleichungen, beruh-end auf der Druckwellenübertragungszext entlang der Reflektionszwischenflache 16. Diese Gleichungen besitzen die folgende Form:

^{XJ χ J} ^1J Gleichung 2

^V2

wobei T.. die seismische Druckwellenübertragungszext ist für

den Lauf über die Reflektionszwischenflache von einer Quelle, die sich an der Stelle i befindet, zu einem Empfänger hin, der an der Stelle j angeordnet ist,

S. der Laufzeitbeitrag der Quelle ist,

R. der Laufzeitbeitrag des Empfängers ist,

X.. den Abstand zwischen den Punkten i und j wiedergibt J

und

V^ die Reflektionsgeschwindigkeit darstellt, die auch

die seismische Druckwellengeschwindigkeit der Schicht

ist,unmittelbar unterhalb der Reflektionszwischen-30

fläche.

Natürlich sind T.. und X.. für jedes Empfängerpaar bekannt. Für die vorliegende Ausführungsform soll angenommen werden, daß V₂ für alle Punkte entlang der Linie der Vermessung konstant ist. V₉ kann durch Einrichtungen einer Reflektionsvermessung bestimmt

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werden, oder auf eine andere Weise, die dem Sachverständigen auf diesem Gebiet hinlänglich bekannt ist.

Bei der bevorzugten Ausführung des Verfahrens werden drei Quellen-Empfängerversetzungsabstände von der seismischen Vermessung mit vielfach gemeinsamem Tiefpunkt ausgewählt. Wie nachfolgend noch deutlich wird, ist es zweckmäßig, jedoch nicht erforderlich, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise einzusetzen, daß die Auswahl der zu verwendenden Spuren bei dem

• vorliegenden Verfahren auf einer gemeinsamen Versetzungsbasis beruht. Für jeden der ausgewählten Versetzungsabstände wird eine Gruppe von allen Empfängerspuren als Funktion der Quellen-Empfänger-Mittelpunktstelle entwickelt und dargestellt. Aus dieser Gruppe können die reflektierten ersten Ankünfte, die

*■■* T. · für jede Spur repräsentieren, visuell bestimmt werden. Im Anschluß hieran wird eine Gruppe von simultanen Gleichungen der Form der Gleichung 2 für jede Spur aufgestellt, die in irgendeiner der drei Gruppen von Spuren eingeschlossen ist, welche '/die drei- ausgewählten Versetzungsabstände repräsentieren. Jede der Gleichungen enthält nur zwei Unbekannte, nämlich S. und R..

Die Gruppe simultaner Gleichungen enthält gemeinsame Größen. R. ist für alle Spuren identisch, die ein Quellen-Empfänger^

^ZJ paar repräsentieren, mit einer gemeinsamen Empfängerstelle. Dies liegt daran, wie ir, Fig. 1 dargestellt ist, daß nur der beginnende Teil des seismischen Signalwegs unterschiedlich ist für seismische Signale, die von verschiedenen Quellen zu einem gemeinsamen Empfänger hinlaufen. In einer ähnlichen Weise ist

S. identisch für alle Spuren, die Quellen- Empfängerpaare repräsentieren, mit einer gemeinsamen Quellenstelle. Wenn darüber hinaus die seismische Vermessung derart durchgeführt wird, daß die Quellenstelle mit Empfängerstellen zusammenfällt, ist in

• 4 « « ι

Λ1-Ί

guter Nahrung R. gleich S₄, wobei R. und S. eine gemeinsame Oberflächenstelle repräsentieren.

Die Anzahl der Unbekannten in der Gruppe der simultanen Gleichungen:, die von allen Spuren entwickelt worden sind, welche die drei ausgewählten Versetzungsabstände repräsentieren, ist geringer als die Anzahl der unabhängigen Gleichungen. Dementsprechend sind die simultanen Gleichungen überbestimmt, und alle Werte für S. und R. können ermittelt werden durch die simultane Lösung kleinster Quadrate. Die simultane Lösung kleinster Quadrate für alle Werte von S^ und R. in den Gleichungen kann über ein Computer untersütztes Verfahren bestimmt werden, mit welchem die Sachverständigen auf diesem Gebiet vertraut sind. Eine erhöhte Genauigkeit bei der Bestimmung der verschiedenen Werte für S. und R. kann man erhalten durch die Erhöhung der Anzahl von Versetzungswerten, die in der Gruppe der simultanen Gleichungen repräsentiert sind. Für die Situation einer konstanten Ref lektionsgeschwindigkeit hat sich gezeigt, daß für seismische Daten einer durchschnittlichen Qualität der beste Genauigkeitsausgleich der Ergebnisse und der wirtschaftliche Einsatz von Computerzeit erhalten wird mit dem Einsatz von sechs Versetzungsabständen.

Nachdem man die Laufzeitkorrektur für jede eindeutige Oberflächenstelle, die in der Vermessung respräsentiert ist, erhalten hat, kann man die vertikale Laufzeit in einer Richtung durch die Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit bei einer jeden Quellen- oder Empfängersteile ermitteln, durch eine Gleichung der folgenden Form:

^Si

LVL.

Gleichung 3

Dieser Wert für jede Oberflächenstelle wird für die absolute statische Zeitkorrektur für die Zeitabschnitte eingesetzt. Es

4 * ♦> * * U

ist eine einfache Maßnahme, auf die statische Tiefenkorrektur für Tiefenschnitte überzugehen.

Es ist ein bedeutender Vorteil des Einsatzes der vorliegenden Erfindung, daß die berechneten Laufzeiten oberflächenkonsistent sind. Das bedeutet, daß die Laufzeit durch die Schicht geringer I Übertragungsgeschwindigkeit, die für jede Empfängersteile berechr net worden ist, unabhängig ist von der Laufzeit durch die Schicht mit geringer Übertragungsgeschwindigkeit für -^He Q-^llenstellen, die als Ursprung für die seismischen Signale dienen, die an einer solchen Empfängerstelle empfangen werden. Darüber hinaus führt das vorliegende Verfahren zu einer absoluten anstatt eine"*· relativen statischen Korrektur für die Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit. Dies erleichtert die Durchführung von Zeitverbindungen zwischen sich überschneidenden seismischen Linien. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß keine Notwendigkeit besteht, irgendwelche spezielle Verfahren im Laufe der seismischen Vermessung auszuführen. Dieses Verfahren zur Durchführung der statischen Korrektur für die Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit erfordert keine zusätzlichen Daten über die hinaus, die man bei der standardseismischen Vermessung erhält.

Eine Verfeinerung des vorliegenden Verfahrens gestattet es, daß man die seitlichen Veränderungen der Reflektionsgeschwindigkeit über die Länge der Vermessung mit in Betracht zieht. Dies ist wichtig für die Korrektur solcher Veränderungen, wenn sie vorhanden sind. Wenn die seitliche Reflektionsgeschwindigkeit in falscher Weise als konstant angenommen wird, werden Veränderungen in der seitlichen Geschwindigkeit in unrichtiger Weise auf dicken Änderungen der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit umgesetzt. Um diese Veränderungen mit-einzubeziehen, wird die Gleichung 2 modifiziert, um einer variablen Reflektionsgeschwindigkeitskomponente Rechnung zu tragen:

• · · I t

^Si ^{+ R}j

Gleichung 4

wobei V^ eine Unbekannte ist, die die durchschnittliche Reflektionsgeschwindigkeit an der Stelle k für alle Quellen/ Empfängerpaare repräsentiert, die die Stelle k als ihren Mittelpunkt haben. Somit entspricht für eine einzelne Gruppe gemeinsamer Versetzungsspuren jede Spur einer eindeutigen Stelle k und, wenn V, nicht konstant ist, einer eindeutigen Eeflektionsgeschwindigkeit V, . Wenn es mehrere Gruppen von Spuren gibt, wobei jede Gruppe eine gemeinsame Versetzung besitzt, entspricht jede Stelle k und der Wert V, für eine Gruppe von Spuren gemeinsamer Versetzung einer Stelle k und einem Wert V, in jeder anderen Gruppe von Spuren gemeinsamer Versetzung. Um das System von Gleichungen der Form der Gleichung 4 überbestimmt zu machen, sind vier Gruppen von Spuren gemeinsamer Versetzung erforderlich. Für diese Situation variabler Reflektionsgeschwindigkeit hat sich jedoch gezeigt, daß der beste Ausgleich für die Genauigkeit des Ergebnisses und dem wirtschaftlichen Einsatz von Computerzeit die Verwendung von zehn Versetzungsabständen ist. Bei der Durchführung dieses Verfahrens bevorzugt man, daß die ausgewählten Versetzungen symmetrisch auf beiden Seiten eines gespaltenen gespreizten Profils liegen. Dies setzt die Taucheffekte auf die Seflektionsgeschwindigkeit V, herab.

Nach der Lösung kleinster Quadrate ergibt sich:

S.

1/2

t * r * * ι

i ι t *

• * · I

• ■ Λ I t ti«

Es soil an dieser Stelle noch einmal ausdrücklich erwähnt werden, daß es sich bei der obigen Beschreibung lediglich um eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit beispielhaftem Charakter handelt. Es leuchtet jedoch ein, daß diese Beschreibung nur erläuternden Charakter besitzt und daß andere Modifikationen und Verfahren anwendbar sind, ohne daß man dabei den Rahmen der Erfindung verläßt.

Claims

HEGEL & D'iCKEL" 3544602 ZUGELASSEN BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT Γ HEGEL &. PICKEL, JULIUS-KREIS-STR. 33. P-8000 MÜNCHEN 60 DR· G· DOELLNER ^ DR. KARL TH. HEGEI. (1927-1982) DIPL.-ING. KLAUS DICKEL IHRZEICHEN: UNSERZEICHEN: H 3579 JULIUS-KREIS-STR. 33 D-8000 MÜNCHEN 60 TELEFON: 089-885210 TELEX: 52 16739 dpatd TELEGRAMM: DOELLNER-PATENT MÜNCHEN DATUM: Exxon Production Research Company P. 0. Box 2189 Houston, Texas 77252-2189 V. St. A. Verfahren zur Bildung einer oberflächenkonsistenten Korrektur für den Einfluß von Erdschichten geringer Übertragungsgeschwindigkeit bei der Verarbeitung seismischer Daten Patentansprüche:

1. Verfahren zur Korrektur des Einflusses von Erdschichten
niederer Übertragungsgeschwindigkeit auf vielfache seismische Daten, dadurch gekennzeichnet, daß
man

(a) mindestens drei Gruppen seismischer Spuren aus den seismischen Daten auswählt, wobei die Spuren in jeder Gruppe eine gemeinsame Versetzung besitzen,

5 (L) für jede Spur innerhalb der seismischen Spurengruppen

die Laufzeit von der Quelle zum Empfänger für den seismischen Signalweg bestimmt, der der Strahlenbrechung entlang der unteren Grenze der Schicht mit niedriger Geschwindigkeit entspricht,
10

(c) für jede Spur innerhalb'der seismischen Spurengruppen eine Gleichung der folgenden Form erstellt:

15

ij ^{= s}i ^{+ R}j ^{+ T}i

\ ' wobei T.. = Übergangszeit von der Quelle zum Empfänger

I entlang der Reflektionsgrenzflache an der

I unteren Begrenzung der Schicht mit geringer

ξ Übertragungsgeschwindigkeit,

I 20

jj S. = Zeiteinfluß durch die Quelle an der Stelle i,

I R. = Zeiteinfluß durch den Empfänger an der Stelle j,

i T^. = Übergangszeit für den seismischen Wellenlauf

i über einen vorbestimmten Abstand entlang der

unteren Begrenzung der Schicht mit geringer Übertragungsgeschwindigkeit und

30

(d) die in Schritt c erstellten Gleichungen löst.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

35 _

wobei Xij = Abstand von der Quelle zum Empfänger und

V2 = eine gleichmäßige Reflektionsgeschwindigkeit.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Schritt d die Durchführung einer

simultanen Lösung kleinster Quadrate für die Werte von S.
und R- an jeder Quelle- und Empfängersteile i und j umfaßt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß man

(e) den Einfluß der Zeit der Schicht der geringen Übertragungsgeschwindigkeit aufgrund einer jeden Quellen- und Empfängerstelle in die Dicke der Schicht der geringen Übertragungsgeschwindigkeit umsetzt, für jede Quellen- und Empfänger-

^5 stelle.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß mindestens vier Gruppen seismischer
Stufen eingesetzt werden, von denen jede einen unterschiedliehen gemeinen Versetzungswert besitzt und die folgende Beziehung gilt:

wobei V, eine Unbekannte ist, die die durchschnittliche Reflektionsgeschwindigkeit an der Stelle k darstellt für alle Quellen/Empfängerpaare, die von der ausgewählten Gruppe von Spuren umfaßt sind, mit der Stelle k als ihrem Mittelpunkt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß die ausgewählten Gruppen seismischer
Spuren symmetrisch angeordnet sind auf beiden Seiten eines
gespaltenen und gespreizten Profils.

) Λ f

»I ti

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß man:

(a) von den Daten, die sich aus einer seismischen Vermessung ergeben, eine Gruppe von Spuren auswählt, die eine Reihe von gemeinsamen Tiefpunktstellen entlang der Linie der seismischen Vermessung repräsentieren, wobei die ausgewählte Gruppe von Spuren eine Gesamtzahl von individuellen Quellen- und Empfängerstellen repräsentiert, die geringer ist als die Gesamtzähl der ausgewählten Spuren,

(b) für jede Spur innerhalb der ausgewählten Gruppe von Spuren die Übertragungszeit von der Quelle zum Empfänger für den Druckwellensignalweg bestimmt, der der Brechung entlang der unteren Begrenzung der Schicht niedriger Übertragungsgesschwindigkeit entspricht,

(c) für jede Spur innerhalb der ausgewählten Gruppe von Spuren eine Gleichung der nachfolgenden Form erstellt:

- ^Si ^{+ R}j

^V2

wobei Ί.. = Übertragungszeit von der Quelle zum Empfänger entlang Uer Rechnungsgrenzfläche an der unteren

Begrenzung der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit ,

S. = Zeiteinfluß aufgrund der Quelle an der Stelle i, 30

R. = Zeiteinfluß aufgrund des Empfängers an der Stelle

⁹I- *

ι ·

III ·

X- - = Abstand von der Quelle zum Empfänger und

Vy ⁼ eine gleichförmige Brechungsgeschwindigkeit

entlang der unteren Oberfläche der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit und

schließlich

(d) die Gruppe simultaner Gleichungen, die in Schritt c für jede einzelne Empfänger- und Quellenstelle i und j erstellt wurden^ löst.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewälte Gruppe von Spuren alle Spuren von der seismischen Vermessung repräsentiert, die eine Versetzugn besitzen, die gleich einem von mindestens drei ausgewählten Versetzungswerten entspricht.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß V2 gleich V, , wobei V, eine Unbekannte ist, die die Durchschnittsbrechungsgeschwindigkeit an der Stelle k repräsentiert für alle Quellen/Empfängerpaare innerhalb der ausgewählten Gruppe von Spuren mit der Steile k als ihrem Mittelpunkt.

10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn- ; zeichnet, daß man gemäß dem Schritt e) den Zeiteinfluß

! der Schicht der niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit aufgrund

j einer jeden Quellen- und Empfängersteile in eine vertikale

j Druckwellenübertragungszeit der Schicht geringer Übertragungsj 30 geschwindigkeit für jede einzelne QuäLlen- und Empfängerstelle, die innerhalb der ausgewählten Gruppe von Spuren repräsentiert wird, umsetzt.

• · · ■

11. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, unterBerechnung der Laufzeit einer Druckwelle durch eine Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit einer unterirdischen Formation an einer Reihe im Abstand voneinander entlang der Formationsoberfläche angeordneter Punkte, dadurch gekennzeichnet , daß man

eine Mehrzahl seismischer Störungen an im Abstand voneinander angeordneten Punkten entlang der Oberfläche der Formation initiiert,

für jede seismische Störung an einer Mehrzahl im Abstand, voneinander angeordneter Empfängersteilen entlang der Oberfläche der Formation Aufzeichnungen vornimmt,

für jede Spur, die einer Mehrzahl von ausgewählten Quellen/ Empfängerpaaren entspricht, die Übergangszeit von der Quelle zum Empfänger für ein Druckwellensignal bestimmt, das entlang der unteren Grenzfläche der Schicht der niedrigen Übertragungsgeschwindigkeit gebrochen wird, und

die Gleichung T^, = S^ + R- + X₃. für die ausgewählten Quellen/

^V2

Empfängerpaare löst, wobei

T.- = Übertragungszeit von der Quelle zum Empfänger entlang der Rechnungsgrenzfläche an der unteren Begrenzung der Schicht niedriger Übertragungsgeschwindigkeit,

S. = Zeiteinfluß aufgrund der Quelle an der Stelle i,

II» MM

R. = Zeiteinfluß aufgrund des Empfängers an der
Stelle j,

X.. = Abstand von der Quelle zum Empfänger und
5

V9 = eine gleichförmige Brechungsgeschwindigkeit
entlang der unteren Oberfläche der Schicht
niedriger Übertragungsgeschwindigkeit

wobei die Gesamtzahl der ausgewählten Quellen/Empfängerpaare, die jeweils die Basis einer Gleichung der oben angegebenen Form sind, größer ist als die gesamte Zahl der unabhängigen Quellen- und Empfängerstellen, die durch die Quellen/Empfängerpaare repräsentiert sind.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählten Quellen/Empfängerpaare jeweils einen von einer ausgewählten Anzahl von Versetzungsabständen entsprechen.

13. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einige der Quellenstelle und Empfängerstellen eine gemeine Position entlang der Oberfläche der Formation repräsentieren.

14. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Brechungsgeschwindigkeit V^ als
konstant angenommen wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß die Brechungsgeschwindigkeit V^ gleich V, ist, eine zusätzliche Unbekannte, die die durchschnittliche
Brechungsgeschwindigkeit an der Stelle k für alle Quellen/

Empfängerpaare mit einer Stelle k als ihrem Mittelpunkt repräsentiert, und wobei die Gesamtzahl der ausgewählten Quellen/Empfängerpaare, die jeweils die Basis einer Gleichung der in Anspruch 11 angegebenen Form sind, größer ist als die Summe der Gesamtzahl der unabhängigen Quellen- und Empfängerstellen und der Gesamtzahl unabhängiger Werte von