DE68912073T2 - Verfahren zur Verarbeitung von seismischen Daten. - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft die seismische See-Exploration, und insbesondere betrifft sie das Sammeln und Verarbeiten von seismischen See-Daten.
• In der seismischen See-Exploration können verschiedene Impulsenergiequellen, die typischerweise Druckluftvorrichtungen, sogenannte Airguns, sind, an einigen ausgewählten Tiefen unterhalb einer Schwimmplattform oder einer anderen Art von Trägervorrichtigung aufgehängt oder vorgesehen werden. Die Plattform oder Vorrichtung wird ihrerseits von einem Explorations-Wasserfahrzeug gezogen bzw. geschleppt; es kann eine Vielzahl von solchen Plattformen oder Vorrichtungen hinter dem Explorationsschiff geschleppt werden. Dasselbe Explorationsschiff kann auch ein sogenanntes Streamer-Kabel schleppen, oder ein anderes Explorationsschiff kann ein Streamer-Kabel schleppen, oder jedes Explorationsschiff kann mehr als ein Streamer-Kabel schleppen.
• Das Streamer-Kabel enthält Detektoren, um seismische Energie zu detektieren, die Energie umfaßt, die von Schichten aus einem Bereich unterhalb der Oberfläche nach oben propagiert, die unterhalb des Wasserkörpers, in dem das Schiff arbeitet, liegen. Das Explorationsschiff kann seinen Ortspunkt in dem Wasserkörper durch Verwendung konventioneller Navigationssysteme bestimmen. Eine andere Bordausrüstung wird verwendet, um den Ortspunkt der Plattformen oder Vorrichtungen oder des (der) Streamer-Kabel(s) und -Quellen relativ zu dem schleppenden Schiff zu bestimmen; die Plattformen und/oder das (die) Streamer-Kabel können in vielen unterschiedlichen Positionen und in verschiedenen Abständen in Abhängigkeit von den Quellen- und/oder Detektor-Anordnungen verwendet werden.
• Im aktuellen Betrieb von seismischen Seeschiffen, die ein See- Streamer-Kabel oder eine Vielzahl von See-Streamer-Kabeln schleppen, ist festgestellt worden, daß die Streamer-Kabel nicht immer entlang dem Weg geschleppt werden, den das Schleppschiff verfolgt, d.h entlang der "Spur" des Schleppschiffes. Tatsächlich ist festgestellt worden, daß das See-Streamer-Kabel sich gewöhnlich zu der Seite der Schleppschiff-Spur "verstellt", so daß das seismische Seekabel an seinem von dem Schleppschiff entferntesten Ende signifikant von der gewünschten Spur des Schleppschiffes versetzt ist. Dieser Verstell-Effekt wird gewöhnlich von Ozeanströmungen während der seismischen Operationen hervorgerufen, die das Schleppschiff oder die Schleppschiffe verwenden. Weiterhin müssen die Schiffe und Quellen nicht der präzisen Spur folgen, die für eine nachfolgende Verarbeitung gewünscht ist.
• Kürzlich erworbene seismische Erfassungstechniken zum sogenannten 3-D-Schießen oder zum Verbessern von Signal-zu-Rausch-Verhältnissen von Schichten aus dem Bereich unterhalb der Oberfläche verwenden eine Vielzahl von seismischen Quellen, die voneinander beabstandet sind. Diese Vielzahl von seismischen Quellen kann in breiten und/oder langen Anordnungen verwendet werden. Diese breiten oder langen Quellen-Anordnungen erfordern eine Vielzahl von Plattformen oder Vorrichtungen, die zweckmäßig im Wasser angeordnet sind und von einem Explorationsschiff oder einer Vielzahl von Schiffen geschleppt werden.
• Weiterhin können solche seismischen Erfassungstechniken eine Vielzahl von seismischen Kabeln benötigen. Diese Vielzahl von Kabeln kann hinter dem Explorationsschiff, das die Quellen-Anordnungen schleppt, geschleppt werden, oder sie kann hinter einem separaten Explorationsschiff oder separaten Explorationsschiffen in der Nähe des Explorationsschiffes geschleppt werden, das die Quellen-Anordnungen schleppt. Die Explorationsschiffe müssen die Anordnungen dieser Vielzahl von Quellen und Streamer-Kabeln bestimmen, um irgendwelche resultierenden detektierten Signale genau zu verarbeiten.
• Ein "Verstellen" des (der) seismischen Seekabel(s) oder Abweichungen der Quellen-Anordnungen von ihren idealen Spuren resultiert in Daten, die außerhalb der gewünschten Erfassungsspur(en) erfaßt bzw. erworben werden. Dies erhöht die Schwierigkeit in der konventionellen Verarbeitung von seismischen Daten, da die Ortspunkte des gemeinsamen Mittelpunkts (CMP- Ortspunkte) der erfaßten Daten nunmehr ein wenig außerhalb der gewünschten Erfassungsspur, eher als entlang der gewünschten Erfassungsspur, liegen. Der Ausdruck "gemeinsamer Mittelpunkt" ist den Fachleuten bekannt und wird nicht im Detail erklärt. Daher bewirkt das "Verstellen" eines seismischen Seekabels, daß die CMP-Ortspunkte für die erworbenen Daten sowohl in der Linie als auch quer zu der Linie gestreut sind. Frühere Versuche, die Daten zu verarbeiten, die mit verstellten seismischen Kabeln erfaßt wurden, sind nicht ganz zufriedenstellend gewesen.
• Insbesondere ist festgestellt worden, daß sogenannte Binning- Techniken nicht ganz zufriedenstellend sind. Diese Binning- Techniken verwenden ein zweidimensionales Gitter, um den Bereich unterhalb der Oberfläche in Kästen ("bins") zu unterteilen, und sind in dem Artikel "Each 3-D survey unique technology" von H. Jakubowicz in "Offshore", Bd. 46, Nr. 7, Juli 19986, S. 35-41, beschrieben. Das Binning bewegt jedoch alle diejenigen CMP-Ortspunkte der Daten, die in einen speziellen Kasten fallen, zu der Mitte dieses Kastens; je größer der Kasten ist, umso größer ist eine CMP-Verschmierung, die auf einen Punkt, d.h. den Mittelpunkt des Kastens, zusammengebracht ist.
• Diese und andere Einschränkungen und Nachteile werden jedoch durch die vorliegende Erfindung überwunden, und es wird ein Verfahren vorgestellt zum Verarbeiten seismischer Daten, die gesammelt wurden, wenn See-Streamer-Kabel oder -Quellen von der Schleppschiffspur oder einer gewünschten Erfassungsspur abweichen.
• Es ist insbesondere ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Verarbeiten seismischer See-Daten zu schaffen, die von seismischen See-Quellen und -Kabeln erfaßt wurden, die von einer gewünschten Spur abweichen in einer Weise, die alle Informationen, die in den seismischen Signalen enthalten sind, verwendet.
• Die Erfindung schafft dementsprechend ein Verfahren zum Verarbeiten von seismischen 3-D-See-Daten, die während seismischer See-Operationen erfaßt wurden, wenn die seismischen Streamer- Kabel oder -Quellen von ihrer gewünschten Erfassungsspur abweichen, und dies in einer Weise, mit der alle Informationen, die in den seismischen Signalen enthalten sind, verwendet werden, gekennzeichnet durch die Schritte:
• - zu Beginn Normal-Auswärtsversetzungs-Korrigieren der seismischen See-Daten,
• - dann Neigungs-Auswärtsversetzungs-Korrigieren der seismischen See-Daten,
• - gefolgt vom Regularisieren der Querlinien-Daten und dann
• - 3-D-Migrieren (-Verschieben) der regularisierten Daten.
• Es wird angemerkt, daß der Artikel "3-D marine systems - an exploration tool" von T.D. Einarsson et al. in "Oil and Gas Journal", Bd. 83, Nr. 40, Oktober 1985, Seiten 84-89, die Anwendung eines Interpolierers zum Aufbereiten von Daten für die Migration von seismischen Daten zeigt. Das "Verstell"-Problem und die spezifische Lösung der Erfindung sind jedoch nicht gezeigt worden.
• Wie den Fachleuten bekannt, bezeichnet der Ausdruck "Auswärtsversetzung" den Unterschied in einer Ankunftszeit bei unterschiedlichen Geophon-(Hydrophon-)Positionen; eine Normal-Auswärtsversetzung bezeichnet Unterschiede aufgrund eines variablen Schußpunkt-zu-Geophon-(Hydrophon-)Abstands entlang des Reflektionspfades, und die Neigungs-Auswärtsversetzung bezeichnet Unterschiede aufgrund der Reflektorneigung. (Neigung ist der Winkel, den ein Refklektor oder ein Refraktor (Brecher) mit der Horizontalen bildet.)
• Eine Technik für Horizontsverarbeitungstechniken zur Erkennung von struktureller Geologie im seismischen 3-D-Bereich ist in "Research Disclosure", Oktober 1988, beschrieben worden.
• Migration ist die Technik des Aufzeichnens von Reflektionen von geneigten Flächen in ihren wahren räumlichen Positionen, eher als direkt unterhalb des Punkts in der Mitte zwischen dem Schußpunkt und dem Mittelpunkt der Geophon-(Hydrophon-)Aufweitung.
• Die Neigungs-Auswärtsversetzungs-Techniken oder -Methoden, die von dem Verfahren der vorliegenden Erfindung verwendet werden, verwenden vorteilhafterweise eine feste Versetzung ('offset'), so daß sie einer Linie folgen, die einer Spur näherungsweise parallel liegt, obwohl die Linie aufgrund von Strömungseffekten an dem Kabel, den Quellen oder Schleppschiffen langsam variieren mag.
• Eine Regularisierung verwendet das Bestimmen der Signale an vorgewählten Querlinien-Positionen, die auf den Signalen basieren, die bei den gemessenen Querlinien-CMP-Positionen detektiert und aufgezeichnet wurden; diese gemessenen Querlinien-Positionen werden von der (den) aktuell(en) Position(en) des (der) Streamer-Kabel(s) und -Quelle(n) während der Datenerfassung bestimmt. Die vorgewählten Querlinien-Positionen können regulär beabstandete Positionen sein im Gegensatz zu den vorher erwähnten gestreuten Querlinien-CMP-Ortspunkten. Vorteilhafterweise kann die Regulierung der Daten jeden Positionierungsfehler entlang der Linie aufgrund von Verstellung (für Verstellwinkel kleiner als etwa 10º) vernachlässigen, und sie verwendet die aktuellen CMP-Positionen quer zur Linie, die von den aktuellen gemessenen Quellen- und Kabelpositionen bestimmt worden sind, um eine Bestimmung von Signalen für jede vorgewählte Querlinien-Position bei bestimmten Zeitscheiben von dem gemessenen Signal bei den aktuellen CMP-Positionen quer zur Linie zu erlauben Dies wird erreicht durch Anfitten einer glatten Kurve an die Signale, die bei den aktuellen CMP-Positionen quer zur Linie für jede der Zeitscheiben gemessen wurden. Die Amplituden an den vorgewählten Querlinien-Positionen werden dann von dieser glatten Kurve bestimmt; die vorgewählten Querlinien-Positionen sind vorteilhafterweise mit einem Abstand, der von dem Abstand zwischen den verschiedenen Schiffsspuren oder dem gewünschten Abstand von Eingabedatenpunkten für eine Migration abhängt, gleichmäßig beabstandet. Die Regularisierung der Daten schafft gut organisierte und gut beabstandete Daten, die alle Probleme minimieren, die mit späterer Migration der Daten verbunden sind.
• Diese und andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich werden, wobei Bezug auf die Figuren in den beiliegenden Zeichnungen genommen wird, in denen
• Fig. 1 eine Übersicht eines Schiffes zeigt, das Streamer- Kabel mit Verstellung schleppt;
• Fig. 2 eine Karte von Mittelpunkten für einige Felddaten zeigt, die mit einem verstellten Kabel gesammelt wurden;
• Figuren 3A und B die erfaßten Querlinien-Daten und Signalamplituden für eine feste Zeitscheibe zeigen;
• Figuren 4A und B das Anfitten einer glatten Kurve an die Querlinien-Daten von Fig. 3B zeigt; und
• Figuren 5A und B die Regularisierung von Daten zeigt.
• In Fig. 1 ist ein Schiff in Draufsicht zu sehen, das Streamer- Kabel 20 und 22 hinter sich herschleppt. Dabei folgen die Streamer-Kabel (20 und 22) oder die Quelle S nicht immer exakt hinter der gewünschten Erfassungsspur 11, und sie haben tatsächlich die Tendenz, von dieser Spur 11 umso mehr sich wegzubewegen, je weiter man das Streamer-Kabel 20 von dem Schleppschiff 10 wegbewegt. Diese Bewegung des Streamer-Kabels 20 weg von der Spur 11, die mit dem Abstand von dem Schleppschiff 10 zunimmt, wird gewöhnlich "Verstellung" oder "Feder" genannt und wird im weiteren in dieser Bedeutung verwendet. Eine Streamer- Kabelverstellung wird gewöhnlich von verschiedenen Wasserströmungen während der seismischen See-Operationen hervorgerufen. Es ist im allgemeinen festgestellt worden, daß der Verstellwinkel, der von einer Quelle zu irgendeinem Punkt an dem Streamer- Kabel gemessen wird, im allgemeinen weniger als etwa 10º beträgt.
• Die Tatsache, daß dieser Winkel geringer als etwa 10º ist, führt dazu, daß die In-Linie-Komponenten (Komponenten entlang der Linie) der Positionen mit gemeinsamem Mittelpunkt (CMP) für die erfaßten Daten sich nicht von ihren gemessenen Positionen in einer signifikanten Weise wegbewegen. Hingegen ändert sich die CMP-Position für die erfaßten Daten signifikant von der gewünschten Spur aufgrund von Verstellung. Daraus ergeben sich CMP-Positionen, die näherungsweise korrekt entlang der Linie mit einer resultierenden Verschmierung quer zur Linie positioniert sind. Der Ausdruck "Verschmierung" wird hierbei verwendet, um den Fehler in der Position zu bezeichnen, der dadurch hervorgerufen wird, daß ein Streamer-Kabel nicht der gewünschten Spur folgt oder auch aus anderen Gründen. Dies kann aus Fig. 1 ersehen werden, wenn man den angezeigten Mittelpunkt (MP) zwischen einer Quelle (S) an einem Ende des Kabels 20 und einem Empfänger (R) am anderen Ende des Kabels 20 betrachtet. Andere Empfänger (nicht gezeigt) sind entlang der Länge des Kabels 20 mit Abständen angebracht. Inbesondere kann gesehen werden, daß der Mittelpunkts-(MP)-Ortspunkt nahe an der Seite der Spur 11 liegt, während er nur leicht versetzt von seiner Position entlang der Linie ist, wenn das Kabel nicht verstellt wäre und die Quelle auf ihrer gewünschten Spur wäre; wenn das Kabel nicht verstellt oder die Quelle außerhalb ihrer Spur wäre, würde der Mittelpunkt (MP) am Punkt A liegen. Für Empfänger näher als das extreme Ende des Kabels 20 verringert sich die Verschmierung quer zur Linie.
• Für normale seismische See-Erfassungstechniken ist der CMP-Abstand von der Größenordnung von ungefährt fünfzehn Metern. Auch für konventionelle seismische See-Erfassungstechniken, ob zwei- oder dreidimensional, ist der Abstand zwischen den verschiedenen Spuren ungefähr 60 Meter. Die Verstellung der Kabel und Abweichungen der Quelle von der gewünschten Spur ändern diesen Abstand jedoch zu einem im allgemeinen variablen und unvorhersehbaren, aber bestimmbaren Wert. Fig. 2 zeigt die aktuelle CMP-Verschmierung während eines Teils eines seismischen See-Erfassungsprogramms. Die Länge jeder der kleinen Linien gibt den Betrag an CMP-Verschmierung bei einem speziellen Datenerfassungspunkt wieder.
• Das Verfahren der vorliegenden Erfindung benutzt die Daten, die mit verstellten Kabeln erfaßt wurden und führt anfänglich eine Normal-Auswärtsversetzung durch, wie sie auf dem Gebiet der Technik gut bekannt ist. Eine Normal-Auswärtsversetzung wird verwendet, um die Tatsache zu kompensieren, daß die Daten variierende Wanderwege umfassen, wie aus den verschiedenen Offsets ersichtlich ist, für einen speziellen CMP-Ortspunkt für flache Reflektoren. Das heißt, eine Normal-Auswärtsversetzung beseitigt effektiv den Offset-Effekt für flache Reflektoren, aber nicht für geneigte Reflektoren. Eine Normal-Auswärtsversetzung bereitet seismischen Daten für die Anwendung des nächsten Schritts von Neigungs-Auswärtsversetzung vor; eine Neigungs-Auswärtsversetzung beseitigt einen Offset-Effekt für nicht horizontale Reflektoren, wie in diesem technischen Bereich gut bekannt ist.
• Nachdem die Daten auf Normal-Auswärtsversetzung korrigiert worden sind, werden die Daten anschließend auf Neigungs-Auswärtsversetzung korrigiert. Vorteilhafterweise wird eine Neigungs- Auswärtsversetzung normalerweise für jeden festen Offset separat für jede Erfassungslinie durchgeführt. Ein fester Offset zeichnet eine Linie auf, die im wesentlichen eine gerade Linie parallel zu der Spur ist, oder genauer eine nahezu gerade Linie mit langsam variierenden Welligkeiten darauf, die durch den Verstellwinkel und die langsame Änderung der Quellenposition quer zur Linie hervorgerufen werden, wenn das Kabel durch das Wasser bewegt wird.
• Als nächstes werden die Daten regularisiert. Für kleine Verstellwinkel (kleiner als etwa 10º) betrifft der Regularisierungsprozeß nur die Verschmierung quer zur Linie der CMPs, d.h., er hebt die Verschmierung quer zur Linie auf. Obwohl der Regularisierungsprozeß die Beseitigung sowohl der Verschmierung quer zur Linie als auch der Verschmierung entlang der Linie für jeden Verstellwinkel beinhalten kann, wird für die folgende Diskussion der Verstellwinkel als klein angenommen (d.h., kleiner als etwa 10º), so daß die Verschmierung entlang der Linie klein ist und sicherlich ignoriert werden kann. Insbesondere werden die aktuellen CMP-Positionen quer zur Linie, die bei einer speziellen Position entlang der Linie vorhanden sind, für alle Spuren in einer Vermessung mit vielen Linien bestimmt.
• Sobald diese aktuellen Positionen bestimmt worden sind, wird eine Zeitscheibe ausgewählt, und die Amplituden der Signale bei dieser Zeitscheibe und an diesen verschieden aktuellen Positionen quer zur Linie (und Positionen entlang der Linie, wenn gewünscht) werden dann bestimmt. Beispielsweise zeigt Fig. 3A die aktuellen Positionen quer zur Linie und Wellenformen für diese Positionen. Die Linie 100 repräsentiert das Neigungsfeld, während der Pfeil Z die Richtung quer zur Linie repräsentiert. Fig. 3B zeigt die Signalamplituden (vertikale Achse) bei diesen gleichen Positionen (horizontale Achse) für eine feste Zeitscheibe; die feste Zeitscheibe entspricht einem vorgewählten, genäherten Neigungsfeld. Vorteilhafterweise wird diese Zeitscheibe ausgewählt, um der regionalen Neigung näherungsweise zu folgen. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, daß sie gegenüber kleinen Abweichungen zwischen dem verwendeten Neigungsfeld und dem wahren Neigungsfeld toleranter ist.
• Dann wird eine glatte Kurve an die Amplituden der verschiedenen Signale quer zur Linie entsprechend ihren physikalischen Ortspunkten angefitted. Fig. 4B zeigt einen solchen Kurvenfit an die Daten von Fig. 3B. Fig. 4A zeigt die Aufmachung bzw. Zusammensetzung der Kurve aus verschiedenen sinoidalen Kurven. In einer vorteilhaften Ausführungsform werden sinoidale Kurven mit Wellenzahlen, die gleichmäßige Abstände voneinander haben, verwendet, um die gewünschte glatte Kurve zu erzeugen. Die Amplituden dieser sinoidalen Komponenten werden durch Verwendung von Methoden der kleinsten Quadrate bestimmt, wie sie auf dem Gebiet der Technik bekannt sind; insbesondere werden die Amplituden der Kurven von den Gleichungen, die aus einem Fit mit kleinsten Quadraten an jeden Datenpunkt resultieren, bestimmt. Solche sinoidalen Kurven können in vorgewählten Wellenzahlenerhöhungen von Gleichstrom bis zu irgendeiner Wellenzahl mit vorgewähltem Maximum variieren. Sobald die Kurve an die aktuellen Amplituden bei den aktuellen gemessenen physikalischen Ortspunkten gefittet worden ist, kann die Kurve dann verwendet werden, um Amplituden bei vorgewählten physikalischen Ortspunkten, die in der Richtung quer zur Linie beabstandet sind, zu bestimmen. In Fig. 5A sind die dort gezeigten neuen Positionen die vorgewählten Positionen. Insbesondere bestimmt eine Regularisierung die Amplituden bei gleich beabstandeten Positionen quer zur Linie, die auf der Grundlage des CMP-Spurabstands oder des gewünschten Abstands der Eingabedatenpunkte für eine Migration ausgewählt wurden. Fig. 4B zeigt die aktuellen Positionen quer zur Linie vor einer Regularisierung, und Figuren 5A und 5B zeigen die mit gleichmäßigen Abständen versehenen, vorgewählten Positionen quer zur Linie nach einer Regularisierung. Die Regularisierung wird für alle gewünschten Zeitscheiben durchgeführt und kann für alle Offsets oder einzelne Offsets oder Folgen von Offsets durchgeführt werden, um zu ermöglichen, daß restliche Geschwindigkeitsfehler korrigiert werden, bevor das Stapeln der Offsets durchgeführt wird.
• Sobald die Daten reguliert worden sind, werden sie dann in dem gewöhnlichen Sinn migriert bzw. "wegbewegt", wie aus dem Stand der Technik bekannt. Siehe beispielsweise den Artikel von Gibson et al.: "Efficient 3-D Migration In Two Steps", Geophysical Prospecting, Bd. 31 (1983), Seiten 1-33, Gibson, B, Larner, K. und Levin, S.
• Viele andere Variationen und Veränderungen können in den vorbeschriebenen Techniken bzw. Methoden durch in dieser Technologie Erfahrene durchgeführt werden, ohne von den Konzepten der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Entsprechend sollte klar verstanden werden, daß die Verfahren, die in den beiliegenden Zeichnungen gezeigt sind und auf die in der vorangegangenen Beschreibung Bezug genommen wurde, nur zur Illustration dienen und nicht als Beschränkungen des Bereichs der Erfindung gedacht sind.

Claims (3)

1. Ein Verfahren zum Berechnen von seismischen 3-D-See-Daten, die während seismischer See-Operationen erfaßt wurden, wenn die seismischen Streamer-Kabel oder -Quellen von ihrer gewünschten Erfassungsspur abweichen auf eine Weise, die alle Informationen verwendet, die in den seismischen Signalen enthalten ist, gekennzeichnet durch die Schritte:

- zu Beginn Normal-Auswärtsversetzungs-Korrigieren der seismischen See-Daten,

- dann Neigungs-Auswärtsversetzungs-Korrigieren der seismischen See-Daten,

- gefolgt vom Regularisieren der Daten quer zur Linie und dann

- 3-D-Migrieren(-Verschieben) der regularisierten Daten.

2. Verfahren nach Anspruch 1 mit gemessenen Positionen und Signalen, dadurch gekennzeichnet, daß der Regularisierungsschritt folgende Schritte aufweist:

- Bestimmen der gemessenen Positionen und Signale quer zur Linie,

- Bestimmen von Signalen entlang einer vorbestimmten Zeitscheibe,

- Anfitten einer glatten Kurve an die Signale bei den gemessenen Positionen und Bestimmen der Werte der glatten Kurve bei gewünschten vorgewählten Positionen.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die glatte Kurve aus vorgewählten sinoidalen Kurven erzeugt wird.