DE69008998T2

DE69008998T2 - Verfahren und Gerät zur Quellenkodierung und Oberwellenunterdrückung von Schwingungsquellen für geophysikalische Messung.

Info

Publication number: DE69008998T2
Application number: DE69008998T
Authority: DE
Inventors: Bruce Leon Edington; Tawassul A Khan
Original assignee: Halliburton Geophysical Services Inc
Current assignee: Western Atlas International Inc
Priority date: 1989-10-23
Filing date: 1990-10-23
Publication date: 1994-09-01
Anticipated expiration: 2010-10-24
Also published as: EP0425250A3; US4982374A; EP0425250A2; EP0425250B1; DE69008998D1

Description

Diese Erfindung betrifft eine Methode zum Codieren der Signale von einer Mehrzahl von Quellen geophysischer Schwingungsenergie, die im Zuge eines geophysischen seismischen Aufschlusses gleichzeitig verwendet werden, so daß die von jeder Quelle herrührenden seismischen Signale während der Verarbeitung vereinzelt werden können, während gleichzeitig Reduktion der harmonischen Verzerrung und der von den Schwingungsquellen ausgehenden Querbeeinflussung bedingt wird.
Bei einer herkömmlichen Methode seismischen Aufschlusses wird von einer einzigen seismischen Quelle in Verbindung mit einer Mehrzahl von Geophondetektoranordnungen, die in gleichen Abständen entlang einer von der Quelle ausgehenden Linie vorgesehen sind, Gebrauch gemacht. Die Quelle wird mehrere Male in der gleichen Position aktiviert, um das Signal-Rausch- Verhältnis zu verbessern, und dann werden die Quelle und die Detektoranordnungen eine kurze Strecke entlang der gleichen Linie verlagert, worauf das Verfahren wiederholt wird. Dieses Verfahren wird entlang der vorbestimmten Länge der Aufschlußlinie und anderen ausgewählten Aufschlußlinien in dem zu prospektierenden Bereich wiederholt. Die erfaßten Daten werden dann verarbeitet, und zwar normalerweise mit Hilfe eines in einer Zentralstellen-Verarbeitungsabteilung befindlichen Digitalcomputers.
Heute ist es üblich, für seismischen Aufschluß von Schwingungsquellen seismischer Energie Gebrauch zu machen. Typisch wird die Energie in der Form eines Durchlaufs regelmäßig zunehmender (aufwärts gehender) oder abnehmender (abwärts gehender) Frequenz innerhalb der seismischen Frequenzspanne abgegeben. Die Schwingungen werden durch ein Steuersignal gesteuert, das zum Steuern der Frequenz und der Phase der seismischen Signale geeignet ist.
Gelangt nur eine einzige seismische Quelle zum Einsatz, so kann das Aufschlußverfahren sehr zeitraubend sein. Bei modernen Signalverarbeitungsmethoden ist die Feldaufschlußperiode zu dem aufwendigsten Teil des seismischen Aufschlußverfahrens geworden. Diese Periode könnte verkürzt werden, wenn es möglich wäre, gleichzeitig von mehr als einer seismischen Quelle Gebrauch zu machen. Eine Mehrzahl von Quellen kann jedoch nur verwendet werden, wenn irgendein Mittel zur Unterscheidung zwischen den von den verschiedenen Quellen ausgehenden Signalen vorgesehen werden kann. Außerdem erzeugt die Schwingungsquelle Oberschwingungen, deren Energie unter gewissen Umständen nahezu so hoch sein kann wie die der Grundschwingung oder sogar höher und bei der in Gegenwart von Signalen anderer Quellen die Möglichkeit von Querbeeinflussung besteht, so daß beim Verarbeiten der Signale zwecks Vereinzelung der von jeder Quelle ausgehenden Signale irreleitende Meßwerte anfallen. Außerdem bilden die Oberschwingungen eine Rauschquelle und können von tieferen Schichten ausgehende schwache Reflexionssignale verdecken.
Das Anstey u.a. erteilte U.S. Patent Nr. 3,885,225 nennt eine Methode zur Unterscheidung zwischen einer Mehrzahl von Quellen. Anstey u.a. behandelt eine Methode und eine Apparatur für seismische Breitbahn- Profilausnahme, bei der mehrere Schwingungserzeuger gleichzeitig Signale abgeben. Die normale Bandbreite der Emissionsfrequenz wird in mehrere Abschnitte unterteilt, die in einer Folge getrennter Emissionen einzelnen Schwingungserzeugern zugewiesen werden, so daß von den mehreren Schwingungserzeugern zu jeder Zeit jeweils einander ausschließende Frequenzen abgestrahlt werden. Die erfaßten Signale werden der Frequenz nach getrennt, um den von jedem Schwingungserzeuger ausgehenden Einzelsignalen zu entsprechen. Die Frequenzbegrenzung jedes einzelnen Schwingungserzeugers verringert jedoch die Empfindlichkeit des Aufschlusses. Außerdem gibt das Patent '225 zu, daß harmonische Verzerrung in den Schwingungserzeugern bzw. deren Kupplung mit dem Boden die Fähigkeit des Korrelationsverfahrens zur Trennung der von verschiedenen Signalgebern ausgehenden Signale beeinträchtigen kann, versucht jedoch auf keine Weise, diese Verzerrung zu beseitigen oder zu reduzieren.
Eine weitere Methode zum Vereinzeln der von einer Mehrzahl von Schwingungsquellen ausgehenden Signale, bei der in verschiedenen Durchläufen Phasenverschiebung der Signale stattfindet, ist in dem an Landrum erteilten U.S. Patent Nr. 4,715,020 offenbart. In diesem Patent ist aber das Problem harmonischer Verzerrung und Querbeeinflussung nicht einmal erwähnt. Andererseits sieht das an Rietsch erteilte U.S. Patent Nr. 4,042,910 eine Methode zur Unterdrückung von Oberschwingungen mittels Phasenverschiebung vor, doch nur für eine einzige Schwingungsquelle. Wenn nur ein einziger Schwingungserzeuger vorgesehen ist, bildet Querbeeinflussung offensichtlich kein Problem, und dieser Aspekt der Unterdrückung von Oberschwingungen wird daher von Rietsch nicht einmal besprochen.
US-A-4,823,326 von Ward beansprucht eine Methode zur Herstellung getrennter seismischer Aufzeichnungen, die von einer Mehrzahl seismischer Schwingungsquellen herrühren, wobei die besagten Quellen in Durchläufen ständig wechselnder Frequenz gleichzeitig aktiviert werden. Die Patentschrift lehrt jedoch nur, wie dieses Ergebnis bei zwei Quellen erzielt werden kann, und es besteht kein Hinweis darauf, wie die Methode auf mehr als zwei Quellen erweitert werden könnte. Die Wahl von auf empirischpraktische Weise geeigneten Anfangsphasenwinkeln für die Quellen - anscheinend die von Ward benutzte Methode - wird nahezu unmöglich, wenn die Anzahl der Quellen relativ groß ist. Bei Einsatz von vier Quellen und sechzehn Durchläufen je Quelle müssen zum Beispiel mehr als 1800 mögliche Kombinationen untersucht werden. Außerdem erwähnt Ward das Problem der durch die Oberschwingungen einer Quelle auf das Signal von einer anderen Quelle ausgeübten Beeinflussung überhaupt nicht, und die Patentschrift enthält keine Lehre dahingehend, wie dieses Problem zu lösen ist.
US-A-4,675,851 und US-A-4,159,463 offenbaren auch die Verwendung einer Mehrzahl seismischer Quellen. Dank der Ausübung eines Randomisierverfahrens auf seismische Impulse, wie dies in US-A-4,675,851 beschrieben ist, sind die Übergänge zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen glatt und tragen keine Störfrequenzen zu dem Amplitudenspektrum der anfallenden Durchlauf Signale bei.
Wir haben nun eine Methode und eine Apparatur entwickelt, nach der die durch eine beliebige Oberschwingungsordnung bedingte Verzerrung und Beeinflussung bei einer beliebigen Anzahl gleichzeitig betriebener seismischer Schwingungsquellen erheblich reduziert werden können, während gleichzeitig für Signalvereinzelung und für Verbesserung des Signal-Rausch- Verhältnisses gesorgt wird.
Der vorliegenden Erfindung gemäß wird eine Methode zum Reduzieren harmonischer Verzerrung und Querbeeinflussung in einem seismischen Aufschluß geboten, bei der von einer Mehrzahl seismischer Schwingungsenergiequellen Gebrauch gemacht wird, welche zwecks Erzeugung seismischer Signale innerhalb einer seismischen Frequenz spanne gleichzeitig in Durchläufen ständig wechselnder Frequenz aktiviert werden, wobei die besagte Methode folgende Stufen umfaßt:
(a) Bestimmung der Oberschwingung höchster Ordnung, deren Signalstärke genügend hoch ist, um erhebliche harmonische Verzerrung der Durchlaufsignale zu bewirken;
(b) Wahl einer Anzahl von im Zuge des Aufschlusses zu verwendenden Durchläufen, wobei die Anzahl der Durchläufe die Anzahl der zum Einsatz gelangenden seismischen Energiequellen übersteigt;
(c) Wahl der Anfangsphasenwinkel für jeden Durchlauf jeder seismischen Energiequelle, so daß im wesentlichen alle Oberschwingungen bis zu und einschließlich der besagten Oberschwingung höchster Ordnung unterdrückt werden.
Die Erfindung sieht auch eine Apparatur zum Verringern der harmonischen Verzerrung und Querbeeinflussung in einem seismischen Aufschluß vor, bei dem von einer Mehrzahl von Quellen seismischer Schwingungsenergie Gebrauch gemacht wird, die zwecks Erzeugung seismischer Signale innerhalb einer seismischen Frequenzspanne gleichzeitig in Durchläufen ständig wechselnder Frequenz aktiviert werden, wobei die besagte Apparatur folgende Teile umfaßt:
(a) Mittel zur Bestimmung der Oberschwingung höchster Ordnung, deren Signalstärke genügend hoch ist, um erhebliche harmonische Verzerrung der Durchlauf Signale zu bewirken;
(b) Mittel zur Wahl einer Anzahl von Durchläufen zum Gebrauch in dem Aufschluß, wobei die Anzahl von Durchläufen größer ist als die Anzahl der verwendeten seismischen Energiequellen; und
(c) Mittel zur Wahl der Anfangsphasenwinkel für jeden Durchlauf jeder seismischen Energiequelle, so daß im wesentlichen alle Oberschwingungen bis zu und einschließlich der besagten Oberschwingung höchster Ordnung unterdrückt werden.
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die verschiedene bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen. Der Inhalt der Zeichnungen ist wie folgt:
BILD 1 ist ein schematischer Feldplan für einen dreidimensionalen seismischen Aufschluß;
BILD 2 ist eine schematische Darstellung senkrechter seismischer Profilaufnahme; und
BILD 3 ist eine Probentafel, die bei der Wahl geeigneter Phasenwinkelfolgen für eine Mehrzahl von Durchläufen von einer Mehrzahl seismischer Quellen verwendet wird.
Der dreidimensionale seismische Aufschluß stellt eine Anwendung dar, bei der die vorliegende Erfindung besonders nützlich ist.
Bild 1 zeigt auf schematische Weise einen Feldplan für diese Art des Aufschlusses. Seismische Detektoren 2 sind entlang einer Aufschlußlinie 4 angeordnet. Diese Detektoren sind vorzugsweise Anordnungen von Geophonen. Energiequelle 6 ist in einem Abstand von dem nächstgelegenen Detektor 2 auf der Aufschlußlinie 4 angeordnet und seismische Energiequellen 8, 10 der gleichen Art wie die Quelle 6 befinden sich zu beiden Seiten der Linie 4 und in einem Abstand von der besagten Linie.
Eine weitere nützliche Anwendung der vorliegenden Erfindung bildet senkrechte seismische Profilaufnahme, wie sie auf schematische Weise in Bild 2 dargestellt ist. Ein Geophone enthaltendes Werkzeug 12 ist in Bohrung 14 angeordnet und mit der geologischen Schicht 16 in Kontakt. Quellen 18 seismischer Energie befinden sich an der Oberfläche 20. Von den Geophonen ausgehende Signale werden durch Leitungen 22 an die Oberfläche übertragen.
Die bei dieser Erfindung benutzten Quellen seismischer Energie sind der allgemein bekannten Art, wie sie bei der Vibroseis-Methode seismischen Aufschlusses Verwendung finden. Über eine mit der Bodenoberfläche in Kontakt befindliche Grundplatte werden dem Boden in dem Aufschlußbereich Schwingungen vermittelt, wobei die Frequenz der Schwingungen durch ein von einem programmierbaren Wobbelgenerator erzeugtes Vorsteuersignal gesteuert wird. Der Wobbelgenerator ist normalerweise so programmiert, daß er einen Durchlauf mit einer Dauer von mehreren Sekunden erzeugt, in der die Schwingungsfrequenz ständig innerhalb der gesamten seismischen Frequenz spanne erhöht bzw. reduziert wird, wohingegen die Schwingungsamplitude konstant bleibt. Im Zusammenhang mit dieser Erfindung muß der Wobbelgenerator auch in der Lage sein, den Anfangsphasenwinkel für die Durchlauf schwingungen einzustellen.
Bei herkömmlicher Prospektion nach dem Vibroseis- Verfahren wird von einer einzigen Quelle Gebrauch gemacht, und zwar entweder von einem einzigen Schwingungserzeuger oder von mehreren Schwingungserzeugern, die gleichzeitig identische Durchläufe bewirken und eng aneinander angeordnet sind. Die Geophone werden in dem Aufschlußbereich entweder entlang einer einzigen Linie oder entlang einer Mehrzahl von parallelen Linien ausgelegt. Die Quelle wird oft an mehreren Punkten entlang der Aufschlußlinie betätigt, doch wird dabei die gleiche Geophonkonfiguration beibehalten. Es ist üblich, in jeder Position der Quelle mehrere Durchläufe auszuführen und die Meßwerte dann zu überlagern, um das Signal-Rausch- Verhältnis zu verbessern.
Bei gleichzeitigem Gebrauch von mehreren verschiedenen Quellen seismischer Schwingung muß die Anzahl der Durchläufe in jeder Position mindestens so hoch sein wie die Anzahl der Quellen, damit es möglich ist, die von jeder Quelle ausgehenden Signale während der Verarbeitung zu vereinzeln, was als Quellencodierung bekannt ist. Damit jedoch erfindungsgemäß sowohl Quellencodierung als auch Aufhebung des Oberschwingungsdurchlaufs stattfinden, muß die Anzahl der Durchläufe größer sein als die Anzahl der benutzten Quellen. Zwecks Durchführung der Quellencodierung und Aufhebung der Oberschwingungen muß für jeden Durchlauf jeder Quelle eine Folge von Anfangsphasenwinkeln gewählt werden, die die Vereinzelung der Signale und die Aufhebung derjenigen Oberschwingungen geährleistet, die so intensiv sind, daß sie auf die Verarbeitung der seismischen Daten einen Einfluß ausüben.
Diese Erfindung bietet eine Methode zum Wählen entsprechender Anfangsphasenwinkel, die bei jeder beliebigen Anzahl von Quellen und bei jedem gewünschten Grad der Oberschwingungsaufhebung verwendbar ist. Mit Hilfe des Generators mφ, wobei m eine ganze Zahl ist, wird eine
Folge von Phasenwinkeln
φ = 2π/N
erzeugt, wobei N die Anzahl der Durchläufe ist.
Die Wahl der Anzahl von Durchläufen hängt teilweise von dem Grad der Oberschwingungen ab, deren Aufhebung ratsam ist. Im Zusammenhang mit seismischem Aufschluß unter Einsatz von Schwingungsquellen lehrt die allgemeine Erfahrung, daß die zweiten und dritten Oberschwingungen fast stets Schwierigkeiten bereiten. Höhere Oberschwingungen können jedoch bei der Analyse der Aufschlußdaten ernste Probleme bedingen, je nach der Elastizität der Oberflächenschichten in dem prospektierten Bereich. Vor Beginn des Aufschlusses empfiehlt es sich, Vorversuche auszuführen, um zu bestimmen, bis zu welchem Grad Oberschwingungen Schwierigkeiten bereiten und daher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aufgehoben oder eingeschränkt werden sollten. Die übliche Methode, nach der diese Versuche ausgeführt werden, besteht darin, daß man in einem schmalen Frequenzband innerhalb der seismischen Frequenzspanne Schwingungen erzeugt, zum Beispiel zwischen 10 und 20 Hz, und nach dem Verfahren der Spektralanalyse in den aufgezeichneten Geophonlinienzügen nach Frequenzen sucht, die höher sind als dieses Band. Mehrere verschiedene schmale Frequenzbänder, die vorzugsweise etwas weniger als eine Oktave breit sind und sich über die gesamte in dem Aufschluß zu verwendende seismische Frequenz spanne erstrecken, werden unabhängig durchlaufen. Anhand dieser Daten oder auf ähnlichen Versuchen beruhenden Daten können Fachleute bestimmen, welche Oberschwingungen problematisch sind und daher unterdrückt werden sollten.
Die zu wählende Anzahl der zu verwendenden Quellen sowie die Anzahl von zwecks Verbesserung des Signal-Rausch- Verhältnisses zu überlagernden Datenpunkten, die auch auf die Wahl der Anzahl von Durchläufen einen Einfluß ausüben, fallen nicht in den Rahmen dieser Erfindung und Fachleute wissen, wie diese Wahlen zu treffen sind. In der Praxis ist die Anzahl der Durchläufe normalerweise eine Potenz von zwei, obgleich dies für die Durchführung dieser Erfindung nicht unerläßlich ist. Es mag auch nötig sein, die Anzahl der Durchläufe aus wirtschaftlichen Gründen einzuschränken, und Fachleute wissen gut, wie sich zwischen den Aufschlußkosten und der Genauigkeit der gewonnenen Daten ein Kompromiß erzielen läßt.
Sobald die Anzahl der Quellen gewählt und der gewünschte Grad harmonischer Aufhebung bestimmt wurde, wird eine erste Wahl der Anzahl von Durchläufen getroffen. Diese muß größer sein als die Anzahl der Quellen, und ihre Größe hängt von der Anzahl der Oberschwingungen ab, die aufzuheben sind. Um zum Beispiel die ersten fünf Oberschwingungen bei zwei Quellen aufzuheben, sind mindestens sieben Durchläufe erforderlich. Dies ist darauf zurückzuführen, daß zwischen zwei- und fünfmal der eine Erzeuger dem Erzeuger für die andere Quelle nicht gleich sein darf, während der letztgenannte Erzeuger nicht Null sein kann.
Davon ausgehend, daß die gewählte Anzahl der Durchläufe N und die Anzahl der Quellen S ist, wobei S geringer ist als N, wird eine Tafel mit N Reihen und N Spalten angefertigt. Wir designieren die Reihen als H und die Spalten als M, worauf jede Eintragung in der Tafel im Einklang mit der folgenden Formel berechnet wird:
eingetragener Wert = eH,M = (H) (M) modulo N
Jeder in der ersten Reihe eingetragene Wert entspricht einer potentiellen Wahl von m, und jede Spalte entspricht einer möglichen Folge von m+ für eine Reihe von Durchläufen durch eine einzige Quelle.
Bild 3 zeigt die Tafel bei N = 16. Jede der Spalten 1 bis 15 einschließlich entspricht einer möglichen Folge von Phasenwinkeln für die 16 Durchläufe. Reihe 1 entspricht m bei der Erzeugung des Phasenwinkels mφ für jede der Folgen. Die restlichen Reihen innerhalb einer bestimmten Spalte entsprechen den durch eine Durchlauffolge mit der besagten Phasenwinkwelfolge erzeugten Oberschwingungserzeugern. Die Anfangsphasenwinkel können aus der Tafel so gewählt werden, daß die erste Oberschwingung, die auf das Grundsignal von allen Quellen des betreffenden Durchlaufs einen Einfluß ausübt, höher ist als die erste als schwierig bestimmte Oberschwingung.
Als Beispiel für die Wahl einer Folge von Durchlaufphasenwinkeln im Einklang mit der erfindungsgemäßen Methode nehme man an, daß sechs Quellen verwendet werden sollen und daß es wünschenswert ist, alle Oberschwingungen unter der sechsten zu unterdrücken. Als anfängliche Wahl für die Anzahl von Durchläufen käme 16 in Frage. Anhand der Tafel in Bild 3 untersuche man zuerst die Folge in Spalte 2 bei dem Anfangsphasenwinkel 2φ (durch den Wert in Reihe 1, 2 mal φ ausgedrückt) und zwar für Oberschwingungen (durch die in der besagten Spalte eingetragenen Werte angegeben), die die Grundschwingung dieser Folge stören würden. Zum zweiten Mal taucht 2φ in Reihe 9 auf, was bedeutet, daß die erste störende Oberschwingung die neunte ist, was durchaus der Erfordernis der Aufhebung von Oberschwingungen, die geringer sind als die sechste, genügt. Spalte 2 wird daher als potentiell geeignete Phasenfolge für die erste Quelle gewählt.
Beim Lesen der Spalte 2 bemerken wir, daß die Oberschwingungen unterhalb der sechsten Oberschwingungen durch 4, 6, 8 und 10φ erzeugt werden, und wir können daher annehmen, daß diese Spalten keine geeigneten Wahlen bilden. Wenn wir die Spalte 3 als die nächste mögliche Wahl in Betracht ziehen, so stellen wir fest, daß m = 2 zum ersten Mal in Reihe 6 auftaucht, woraus hervorgeht, daß die sechste Oberschwingung die erste ist, die die Wahl der Folge für die erste Quelle stört. Dies bedeutet, daß Spalte 3 eine geeignete Folgenwahl bildet, und daß die Spalten 6, 9, 12 und 15 ausgeschaltet werden können. Die nächste verfügbare Folge ist die in Spalte 5. Da weder 2φ noch 3φ in dieser Spalte oberhalb der Reihe 6 auftaucht, ist dies ebenfalls eine geeignete Folgenwahl, und die Spalten 10, 15, 4 und 9 werden ausgeschaltet. Die nächste verfügbare Spalte ist 7, doch ist diese nicht geeignet, da 5φ in Reihe 3 erscheint und 3φ in Reihe 5, was auf unerwünschte harmonische Querbeeinflussungen bei beiden dieser Folgen hinweist. Die nächste verfügbare Spalte ist 11, die annehmbar ist, da weder 2, 3 noch 5φ oberhalb der Reihe 6 erscheint. Dies schaltet die Spalten 6, 1, 12 und 7 aus. Nach den gleichen Kriterien sind die Spalten 13 und 14 annehmbar, es wurden somit sechs geeignete Folgen bestimmt.
Falls dieser Prozeß nicht die gleiche Anzahl geeigneter Folgen ergibt wie die gewählte Anzahl von Quellen, kann eine größere Anzahl von Durchläufen gewählt, eine neue Tafel ausgearbeitet und nach dem gleichen Verfahren vorgegangen werden, und der Prozeß kann wiederholt werden, bis eine geeignete Anzahl von Folgen erzielt wurde. Falls dies andererseits zur Folge hätte, daß der Aufschluß zu aufwendig wird, könnten weniger Quellen verwendet oder weniger Oberschwingungen aufgehoben werden. Fachleute sind im Treffen solcher Entscheidungen erfahren.
Je mehr Durchläufe in jeder Position für jede Quelle durchgeführt werden, um so aufwendiger wird der Aufschluß. Es ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß sie ein Mittel zur Bestimmung der kleinsten Anzahl von Durchläufen bietet, die für Quellensignaltrennung und Aufhebung derjenigen Oberschwingungen erforderlich sind, hinsichtlich derer festgestellt wurde, daß sie bei einer vorgegebenen Anzahl von Quellen Schwierigkeiten bereiten könnten.
Es wird, wie vorstehend beschrieben, eine Tafel für N = S + 1 ausgearbeitet, d.h. eine Tafel, in der die Anzahl der Reihen und Spalten um 1 höher ist als die gewählte Anzahl von Quellen. Die Tafel wird im Einklang mit der vorstehend beschriebenen Methode geprüft, um festzustellen, ob sie S verschiedene in Frage kommende Phasenfolgen enthält. Ist dies der Fall, ist die Mindestanzahl der in jeder Position der Quellen erforderlichen Durchläufe S + 1. Andernfalls wird eine Tafel für N = S + 2 ausgearbeitet und auf ähnliche Weise geprüft. Falls dies nicht S verschiedene in Frage kommende Phasenfolgen ergibt, wird der Prozeß wiederholt, und zwar wird N jeweils um 1 erhöht, bis die erste Tafel, die S verschiedene in Frage kommende Phasenfolgen enthält, gefunden wurde. Bei dieser Tafel wird N die Mindestanzahl von Durchläufen für jede Quelle in jeder Position sein, und zwar entspricht die besagte Mindestanzahl dem gewünschten Grad harmonischer Aufhebung bei der vorgegebenen Anzahl von Quellen.
Dieser Prozeß wird vorzugsweise mit Hilfe eines Programmierten Digitalcomputers ausgeführt. Das Programmieren zwecks Erzeugung der Tafeln aufgrund der vorgegebenen Formel und zwecks Durchführung der Suchen ist etwas, was ein Programmierer normaler Erfahrung auf diesem Sektor ohne weiteres leisten kann.
Beim Durchführen von seismischen Aufschlüssen ist es oft ratsam, die Quellen während des Aufschlusses mindestens einmal zu verlagern. Wenn zum Beispiel festgestellt wurde, daß zur Erzielung der gewünschten Verbesserung des Signal- Rausch-Verhältnisses insgesamt 16 Durchläufe erforderlich sind, sind die Aufschlußergebnisse besser, wenn die Quelle beim Durchführen der gesamten Anzahl von Durchläufen zwischen den Durchläufen zwei oder mehrere Male entlang der Aufschlußlinie verlagert wird. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie es ermöglicht zu bestimmen, was die Mindestanzahl der in jeder Position erforderlichen Durchläufe der Quellen ist, um Signaltrennung und die gewünschte Oberschwingungsaufhebung zu erzielen, so daß die maximale Anzahl möglicher Quellenverlagerungen innerhalb der gewählten gesamten Anzahl von Durchläufen bestimmt werden kann.
Nach Wahl, auf die vorstehend beschriebene Weise, der Phasendrehung für die Anzahl von in dem Aufschluß zu benutzenden Quellen, kann auf jede herkömmliche Weise eine Analyse der Geophonausgänge durchgeführt werden, um die Signale der einzelnen Quellen zu vereinzeln, wie zum Beispiel die Korrelations- und Überlagerungsmethode nach dem Landrum-Patent U.S. 4,715,020. Da die Methode gemäß der vorliegenden Erfindung jede erhebliche harmonische Querbeeinflussung und jedes erhebliche Rauschen aufhebt, ist die Verarbeitung der Daten einfach und ergibt genauere Aufschlußergebnisse.
Obgleich bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Apparatur und Methode beschrieben wurden, wird es offensichtlich sein, daß verschiedene Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden können.

Claims

1. Eine Methode zur Reduktion harmonischer Verzerrung und Querbeeinflussung in einem seismischen Aufschluß, bei der von einer Mehrzahl seismischer Schwingungsenergiequellen Gebrauch gemacht wird, die zwecks Erzeugung seismischer Signale in Durchläufen ständig wechselnder Frequenz innerhalb einer seismischen Frequenz spanne gleichzeitig aktiviert werden, wobei die Methode folgende Stufen umfaßt:

(a) Bestimmung der Oberschwingung höchster Ordnung, deren Signalstärke genügend hoch ist, um erhebliche harmonische Verzerrung der Durchlaufsignale zu bewirken;

(b) Wahl einer Anzahl von in dem Aufschluß zu verwendenden Durchläufen, wobei diese Anzahl die Anzahl der zum Einsatz gelangenden Quellen seismischer Energie übersteigt;

(c) Wahl von Anfangsphasenwinkeln für jeden Durchlauf jeder Quelle seismischer Energie, so daß im wesentlichen alle Oberschwingungen bis zu und einschließlich der besagten Oberschwingung höchster Ordnung unterdrückt werden.

2. Eine Methode nach Anspruch 1, bei der die Stufe des Wählens der Oberschwingung höchster Ordnung Betätigung der Quelle seismischer Energie innerhalb eines schmalen Frequenzbandes in der seismischen Frequenz spanne sowie die Suche nach den das besagte Band überschreitenden Frequenzen in den seismischen Signalen einschließt.

3. Eine Methode nach Anspruch 2, bei der die Breite des Frequenzbandes etwa eine Oktave beträgt.

4. Eine Methode nach Anspruch 2 oder 3, die des weiteren die Stufe des nacheinander Betätigens der Quelle seismischer Energie innerhalb anderer schmaler Frequenzbänder in der seismischen Frequenz spanne und des Suchens nach den die Frequenzen des besagten Bandes überschreitenden Frequenzen in den seismischen Signalen umfaßt.

5. Eine Methode nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, bei der die Stufe des Wählens von Anfangsphasenwinkeln folgende Schritte umfaßt:

(a) Ausarbeitung einer Tafel mit N durch H bezeichneten Reihen und N durch M bezeichneten Spalten, wobei N die Anzahl der Durchläufe ist, und zwar wird jeder eingetragene Wert eH,M nach der Formel

eH.M = (H) (M) modulo N

berechnet;

(b) Wählen einer Anzahl von Spalten, die der Anzahl von Quellen gleich ist, so daß die Zahl in der ersten Reihe jeder ausgewählten Spalte vor der Reihe H = F + 1 nicht wieder in einer beliebigen ausgewählten Spalte auftaucht, wobei F die Oberschwingung höchster Ordnung ist, bei der erwiesen ist, daß sie erhebliche Querbeeinflussung bewirkt;

(c) Zuteilung einer ausgewählten Spalte zu jeder Quelle seismischer Energie, wobei der Anfangsphasenwinkel für den nten Durchlauf der besagten Quelle seismischer Energie durch die Zahl der nten Reihe der betreffenden Spalte multipliziert mit 2π/N wiedergegeben ist.

6. Eine Methode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die die Stufen des Bestimmens umfaßt, ob es möglich ist, für jede der gewählten Anzahl von Durchläufen für jede Quelle seismischer Energie Anfangsphasenwinkel zu wählen, so daß im wesentlichen alle Oberschwingungen bis zu und einschließlich der besagten Oberschwingung höchster Ordnung unterdrückt werden; falls es nicht möglich ist, für jede der gewählten Anzahl von Durchläufen solche Anfangsphasenwinkel zu wählen, des Wählens einer Anzahl von Durchläufen, die um 1 höher ist als die zuvor gewählte Anzahl von Durchläufen, und des Bestimmens, ob es möglich ist, Anfangsphasenwinkel für jede der größeren Anzahl von Durchläufen für jede Quelle seismischer Energie zu wählen, so daß im wesentlichen alle Oberschwingungen bis zu und einschließlich der besagten Oberschwingung höchster Ordnung unterdrückt werden; und des Wiederholens dieses Vorgangs wie erforderlich, bis die unterste Anzahl von Durchläufen bestimmt wurde, für die es möglich ist, Anfangsphasenwinkel für jede der größeren Anzahl von Durchläufen für jede Quelle seismischer Energie zu wählen, so daß im wesentlichen alle Oberschwingungen bis zu und einschließlich der besagten Oberschwingung höchster Ordnung unterdrückt werden.

7. Apparatur zum Reduzieren harmonischer Verzerrung und Querbeeinflussung in einem seismischen Aufschluß, wobei von einer Mehrzahl von Quellen seismischer Schwingungsenergie Gebrauch gemacht wird, die zwecks Erzeugung seismischer Signale innerhalb einer seismischen Frequenz Spanne gleichzeitig in Durchläufen ständig wechselnder Frequenz aktiviert werden, wobei die besagte Apparatur folgende Mittel umfaßt:

(a) Mittel zur Bestimmung der Oberschwingung höchster Ordnung, deren Signalstärke genügend hoch ist, um erhebliche harmonische Verzerrung der Durchlaufsignale zu bewirken;

(b) Mittel zur Wahl einer Anzahl von in dem Aufschluß zu verwendenden Durchläufen, die die Anzahl der zum Einsatz gelangenden Quellen seismischer Energie übersteigt; und

(c) Mittel zur Wahl von Anfangsphasenwinkeln für jeden Durchlauf jeder Quelle seismischer Energie, so daß im wesentlichen alle Oberschwingungen bis zu und einschließlich der besagten Oberschwingung höchster Ordnung unterdrückt werden.

8. Apparatur nach Anspruch 7, bei der das Mittel zur Wahl der Oberschwingung höchster Ordnung so angeordnet ist, daß es die Quelle seismischer Energie innerhalb eines schmalen Frequenzbandes in der seismischen Frequenzspanne betätigt und in den seismischen Signalen nach den das besagte Band übersteigenden Frequenzen sucht.

9. Apparatur nach Anspruch 7 oder 8, die des weiteren Mittel zum nacheinander Betätigen der Quelle seismischer Energie innerhalb anderer schmaler Frequenzbänder in der seismischen Frequenz spanne und zum Suchen nach die Frequenzen des betreffenden Bandes in den seismischen Signalen übersteigenden Frequenzen umfaßt.

10. Apparatur nach Anspruch 7, 8 oder 9, bei der das Mittel zum Wählen von Anfangsphasenwinkeln so angeordnet ist,

(a) daß eine Tafel mit N durch H bezeichneten Reihen und mit N durch M bezeichneten Spalten ausgearbeitet wird, in der N die Anzahl der Durchläufe ist, wobei jeder eingetragene Wert nach der Formel

eH.M = (H) (M) modulo N

berechnet wird;

(b) daß eine Anzahl von Spalten gewählt wird, die der Anzahl von Quellen gleich ist, so daß die Zahl in der ersten Reihe jeder gewählten Spalte vor der Reihe H = F + 1 nicht wieder in einer ausgewählten Spalte auftaucht, wobei F die Oberschwingung höchster Ordnung ist, von der erwiesen ist, daß sie erhebliche Querbeeinflussung bewirkt; und

(c) daß jeder Quelle seismischer Energie eine ausgewählte Spalte zugeteilt wird, wobei der Anfangsphasenwinkel für den nten Durchlauf der besagten Quelle seismischer Energie durch die Zahl in der nten Reihe der besagten Spalte multipliziert mit 2π/N wiedergegeben ist.