EA026043B1 - Способ сейсмологической разведки - Google Patents

Abstract

В настоящем документе раскрыт способ сбора сейсмических данных для получения наземных и морских данных, в которых применяют от узкополосных до монохроматических низкочастотных неимпульсных источников, разработанных для оптимизации способности алгоритмов миграции/инверсии отображать земные недра, в частности инверсии с учетом формы импульса.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится, в общем, к области сейсмической разведки и, в частности, к способам сбора сейсмических сигналов, являющихся представительными в отношении земных недр, для целей инверсии в частотной области с учетом формы импульса.

Сейсмическая разведка представляет собой попытку изобразить или картировать земные недра путем посылки звуковой энергии вглубь земной поверхности и регистрации эхо-сигналов, возвращающихся от слоев горных пород на глубине. Источниками проходящей вниз звуковой энергии могут быть, например, взрывы или сейсмические вибраторы на суше или пневматические источники сейсмических сигналов на море. При сейсмической разведке источник энергии располагают в разных местах у поверхности Земли над интересуемой геологической структурой. Каждый раз при активировании источника он создает сейсмический сигнал (звуковую волну), который (которая) распространяется вглубь Земли, отражается и при возвращении регистрируется в очень большом количестве мест на поверхности. Затем несколько сочетаний источников/регистрации (приема) объединяют для создания почти непрерывного профиля земных недр, который может простираться на много миль. При двумерной (2И) сейсмической разведке пункты регистрации (приема) обычно располагаю вдоль одной линии, а при трехмерной или объемной (3И) сейсморазведке пункты регистрации (приема) распределяют по поверхности сеткой. Проще говоря, 2И сейсморазведочный профиль можно рассматривать как дающий картину поперечного сечения (вертикальный срез) слоев земных недр в том виде, как они залегают непосредственно под пунктами регистрации (приема). 3И сейсморазведка дает куб или объем данных, то есть, по меньшей мере, концептуально, 3И картину земных недр, лежащих под площадью сейсморазведки. Хотя в действительности как 2И, так и 3И сейсморазведки детально исследуют некоторый объем земных недр, лежащий под площадью, охватываемой сейсморазведкой, после чего осуществляют обработку записанных данных для получения интерпретируемого изображения. Наконец, четырехмерная (4И) (или повторяющаяся во времени) сейсморазведка это сейсморазведка, которая проводится на одном и том же объекте земных недр в два или более разных моментов времени. Эта сейсморазведка может проводиться по многим причинам, но зачастую проводится для измерения изменений отражающей способности земных недр со временем, что могло быть вызвано, например, продвижением заводнения или перемещением газонефтяного или водонефтяного контакта и т.д. Очевидно, при сравнении последовательных изображений земных недр любые наблюдаемые изменения (принимая, что учтены различия в форме колебаний источника, приемниках, регистраторах, условиях окружающего шума и т.д.) будут приписаны протеканию рабочих процессов в земных недрах.

Результат стандартной сейсмической разведки состоит из очень большого числа отдельных сейсмических записей или сейсмотрасс. Они, как правило, характеризуются продолжительностью 10-20 с для того, чтобы интересуемые эхо-сигналы могли вернуться перед новым возбуждением волн источником. В источнике Зскпие Иа1а Ртосеккшд, О/йодан Уйта/. δοοίοίν οί Ехр1ога1юи Оеорйу81С1818, 1987, Сйар1ет 1, радек 9-89, раскрывается общая информация, касающаяся обычной 2И-обработки, и этот документ ссылкой включается в настоящее описание. Общую базовую информацию, относящуюся к сбору и обработке 3И данных, можно найти в источнике Уйта/, Сйар1ет 6, радек 384-427, описание которого ссылкой включается в настоящее описание.

Стандартная сейсмическая трасса (или сейсмотрасса) - это цифровая запись акустической энергии, отраженной от неоднородностей или границ (разрывов непрерывности) в земных недрах, причем частичное отражение происходит каждый раз, когда имеется изменение упругих свойств материалов земных недр. Цифровые образцы обычно получают с интервалами 0,002 с (2 миллисекунды или мс), хотя распространенными являются и интервалы дискретизации 4 и 1 миллисекунда. Каждый дискретный образец на обычной цифровой сейсмической трассе связан со временем прохождения, а в случае отраженной энергии - со временем прохождения в два конца: от источника к отражателю и снова обратно к поверхности, принимая, естественно, что и источник, и приемник оба расположены на поверхности. На практике используют много вариантов обычного расположения источник-приемник, например, сейсморазведки методом ВСП (вертикального сейсмического профиля), сейсморазведки, применяемые при исследовании океанского дна, и т.д. Кроме того, положение на поверхности земли каждой сейсмотрассы при сейсмической разведке тщательно отслеживают и обычно делают частью самой сейсмотрассы (как часть информации заголовка сейсмотрассы). Это позволяет позже увязать информацию, содержащуюся в сейсмотрассах, с конкретными местами на поверхности и в недрах, тем самым предоставляя средство для регистрации и оконтурирования сейсмических данных - и извлеченных из них атрибутов - на карте (т.е. для картирования).

Стандартные способы сейсмических исследований и обработки данных значительно продвинулись вперед за последние десятилетия, но описанная выше основная парадигма регистрации эхо-сигналов и применения синхронизации этих данных для обнаружения границ в земных недрах осталась по существу без изменений. Инверсия с учетом формы импульса (ΡΑΙ) представляет собой методику обработки данных сейсморазведки с временным или частотным подходом, которая обеспечивает более общую парадигму для отображения подповерхностных структур: вместо того, чтобы полагаться исключительно на отраженные или рассеянные волны, отражающиеся в виде эхо-сигналов от геологических границ в зем- 1 026043 ных недрах, в методике Р^1 также используют пропущенные/преломленные волны, которые проходят вниз, затем становятся горизонтальными, и, наконец, поворачивают вверх для того, чтобы появится в виде восходящих сейсмических волн (зачастую на значительном расстоянии от их происхождения). Подповерхностные структуры Земли перемещают, замедляют и/или искажают указанные пропущенные/переломленные рефрагированные волны своим присутствием, и методика Р^1 определяет их расположение и свойства исходя из характерных следов, которые они оставляют в данных. См., например, идеи §1гдие, е! а1., раскрытые в заявке на выдачу патента США 11/756384, поданной 31 мая 2007 года, описание которой ссылкой полностью включено в настоящий документ, как если бы оно было изложено в этом месте. Методика Р^1 в последнее время переходит от чисто теоретической области к широкому промышленному применению. См. например, Зйдие, е! а1., 2010, Ри11 \\ауеГогт шуегаоп: (Не иех! 1еар Гопгагй ίη ипадтд а! Уа1На11, ΡίΓδΐ Вгеак уокипе 28, раде 65, описание которого ссылкой полностью включено в настоящий документ, как если бы оно было изложено в этом месте.

Алгоритмы частотной области, в частности, упомянутый выше алгоритм Р\У1. требуют исходных сейсмических данных, которые очень отличаются от обычно регистрируемых данных: они работают по принципу монохроматических волновых полей. Стандартные сейсмические данные должны быть преобразованы в форму, которую эти алгоритмы могут использовать, при помощи преобразования Фурье из временной в частотную область (с подходящей обработкой методом окна и сглаживанием), после чего отдельные частоты выбирают для использования. Разработанный §1гдие алгоритм Р\У1 в частотной области обнаруживает подповерхностные структуры посредством искажений, которые они создают в амплитуде и фазе этих монохроматических волновых полей.

Отметим, что фундаментальное отклонение в парадигме заключается в том, что: вместо импульсного источника с последующим наблюдением (регистрацией) дискретных возвращающихся эхо-сигналов, математически для целей понимания алгоритма Р^1 источник теперь должен рассматриваться в качестве непрерывного неискаженного тона (т.е. монохроматического источника), возбуждающего стоячие волны в геологической среде. Неизвестные подповерхностные структуры обнаруживают посредством проведения анализа отличия амплитуды и фазы этих стоячих волн от ожидаемых данных. Благодаря использованию пропущенных/переломленных рефрагированных волн при помощи методики Р\У1 можно обнаружить структуры, которые не генерируют классического импульсного эхо-сигнала.

Таким образом, существующие практики, при осуществлении методики Р\М1 в частотной области с использованием данных (полученных с использованием вибрации) от наземного вибратора, являются чрезмерно сложными: сейсмические волны генерируют при помощи источника свип-сигнала, отраженные/переломленные волны обнаруживают при помощи приемника, и полученные в результате данные затем обрабатывают для аппроксимации данных из традиционного импульсного источника. Импульсные сейсмические данные затем обрабатывают для того, чтобы они были аналогичны данным из монохроматического источника, которые необходимы для алгоритмов инверсии в частотной области.

Фактически, было продемонстрировано, что методика Р^1 в частотной области требует лишь небольшого количества хорошо разделенных дискретных частот для получения хорошего результата. См., например, Зйдие, Ь., апй Ргай, К. С., 2004, ЕГйаей \уауеГопп шусгбюп апй шадшд: А 5йа1еду Гог 5е1есОпд !етрога1 Ггедиепаев, СеорНу8Ю8 уокипе 69, раде 231, раскрытие которого ссылкой полностью включено в настоящий документ, как если бы оно было изложено в этом месте. Таким образом, при стандартном сборе данных с последующим применением методики Р\У1 в частотном диапазоне, большая часть энергии, производимой традиционными широкополосными источниками, расходуется напрасно: они функционируют с использованием частот, которые не используются алгоритмом обработки.

Следует отметить, что без низкочастотных данных с широким смещением, которые содержат рассмотренные выше пропущенные/переломленные волны, инверсия с учетом формы импульса не будет обеспечивать желаемого результата и может не отображать подповерхностные структуры (т.е. может выдавать бесполезный результат). К сожалению, традиционные сейсмические источники не обеспечивают низкочастотных волн, которые, в общем, необходимы, и, более конкретно, низкочастотных данных, которые могут быть использованы при осуществлении инверсии с учетом формы импульса.

В частности, наиболее популярные импульсные источники, динамит на суше или пневматические источники сейсмических сигналов в море, обеспечивают относительно небольшое количество низкочастотной энергии. Стандартный способ обеспечения большего количества низкочастотной энергии для сейсмической разведки заключается в обеспечении большего количества энергии на всех частотах, что часто является непрактичным с точки зрения затрат, безопасности и технического обеспечения. Источники свип-сигнала, такие как вибраторы, обеспечивают большую степень управления частотами излучаемых акустических волн и, следовательно, могут предоставить более многообещающий способ генерирования низкочастотных волн.

В настоящее время практическое использование наземных вибраторов заключается в генерировании широкополосного свипа. Излученный источником-вибратором вибросейсмический сигнал затем сопоставляют с зарегистрированными сейсмическими данными для получения сейсмотрасс данных, которые приблизительно эквивалентны сейсмотрассам, сгенерированным импульсным сейсмическим источником. К сожалению, создание надежного, мощного, широкополосного наземного вибратора свип- 2 026043 сигнала для низкочастотных волн ниже приблизительно 3 Гц оказалось проблемой. Были предложены различные решения, из которых наиболее эффективным является применение массивного вибратора и приведение его в действие с нелинейным качанием так, чтобы вибратор затрачивал больше времени на производство более низких частот. См., например, Вае1еи, публикация заявки на выдачу патента νθ 2010/037840 А1, поданная 2 октября 2009 года, раскрытие которой ссылкой полностью включено в настоящий документ, как если бы оно было изложено в этом месте.

В море ситуация аналогична. В случае использования морских источников свип-сигнала (морских вибраторов, резонаторов, водных сирен и т.п.) стандартной практикой является генерирование относительно широкополосного свипа. Излученный источником вибросейсмический сигнал затем сопоставляют с зарегистрированными сейсмическими данными для получения сейсмической трассы, которая концептуально эквивалентна сейсмической трассе, сгенерированной импульсным сейсмическим источником, таким как пневматический источник сейсмических сигналов (но без генерирования пневматическими источниками сейсмических сигналов сейсмической энергии со значениями частоты выше приблизительно 100 Гц, которые не используют для построения сейсмических изображений). Создание надежного, мощного, широкополосного источника свип-сигнала для морского использования, в частности, для значений частот ниже значений, которые могут генерировать стандартные пневматические источники сейсмических сигналов (например, значения частоты приблизительно 4 Гц или менее), оказалось проблемой.

Таким образом, если цель заключается в сборе данных, связанных с низкочастотными отраженными/переломленными волнами, для методики Ρνΐ в частотной области или других применений, текущей промышленной практике присущи несколько недостатков. Как было рассмотрено выше, методика Ρνΐ в частотной области, осуществленная с использованием собранных стандартным способом широкополосных сейсмических данных, не учитывает большую часть генерированных данных, в результате чего большая часть энергии, сгенерированной источником (либо импульсным, либо источником свипсигнала), расходуется напрасно, что, очевидно, является неэффективным.

Потенциально, применение импульсных широкополосных источников более проблематично, поскольку оно вводит приближения, которые могут отрицательно повлиять на конечный результат. В инверсии в частотной области с учетом формы импульса используют теорию, основанную на структурах стоячих монохроматических волн. Алгоритмы Ρνΐ в частной области, такие как рассмотренные выше алгоритмы, предоставляют практичность в вычислениях путем аппроксимации этих возбужденных источником волновых полей с использованием монохроматических источников синусоидальных колебаний со сглаживанием, смоделированных во временной области. Полученные в результате данные подвергают дискретному преобразованию Фурье, и извлекают одну частоту. Зарегистрированные широкополосные данные полевых наблюдений аналогично подвергают дискретному преобразованию Фурье, и извлекают такую же одну частоту. Затем процесс инверсии предпринимает попытки найти модель геологической среды, которая наилучшим образом сочетает амплитуду и/или фазу смоделированных монохроматических данных с амплитудой и/или фазой, полученных из зарегистрированных импульсных широкополосных данных, для этой частоты. Монохроматические источники со сглаживанием, используемые в компьютерном моделировании, как правило, характеризуются формой колебаний, очень отличающейся от формы колебаний широкополосных источников, используемых при полевых испытаниях. Это вносит приближение, которое лишь частично устраняют при помощи стадии трансформации Фурье как реальных, так и смоделированных данных, а также извлечения одинаковой одной частоты.

Цель алгоритма инверсии заключается в обеспечении компьютерной модели подповерхностных структур, которая точно описывает интересуемые подповерхностные структуры в реальных земных недрах. Логично, что чем больше компьютерное моделирование того, как волны генерируют, регистрируют и обрабатывают, соответствует тому, что происходит в реальных земных недрах, тем лучше может быть результат алгоритма инверсии. Для получения лучших результатов инверсии, желательно согласовать сбор и обработку сейсмических данных, и компьютерное моделирование в компьютере настолько, насколько это практически возможно. Это может быть достигнуто при помощи модификации компьютерного моделирования для лучшего согласования с тем, что произошло в реальных земных недрах. Кроме того, это может быть достигнуто при помощи модификации сбора и обработки данных полевых наблюдений для согласования с компьютерным моделированием.

Наконец, дополнительно ко всем указанным недостаткам, присущим существующей практике, стандартные сейсмические источники часто не производят достаточного количества энергии в течение временного интервала стандартной сейсмической трассы для генерирования низкочастотных пропущенных/переломленных рефрагированных волн, которые могут быть зарегистрированы при очень широких смещениях, желательных для инверсии с учетом формы импульса.

Как правило, значения длины сейсмотрасы, используемые в существующих сейсмических разведках, основаны на ограничениях стандартной парадигмы отображения, которые не используют в методике Ρνΐ в частотной области. Без ограничения какой-либо теорией, стоячие монохроматические волны, используемые в алгоритме частотной области, повторяются бесконечно. Данные, сгенерированные при помощи монохроматического источника не имеют обычной максимальной продолжительности регист- 3 026043 рации, за пределами которой не могут быть получены дополнительные полезные данные. Соответственно, отношение сигнал-шум может быть увеличено посредством получения сигналов в течение большей длительности при помощи обеспечения излучения источниками в течение более продолжительных периодов времени.

Для существующих способов применения очень длинных свипов для генерирования большего количества энергии посредством низкоамплитудных источников необходимы источники с точно регулируемыми излучаемыми формами волн. См., например, Меишег, заявка на выдачу патента США 6714867 В2, поданная 9 февраля 2001 года, раскрытие которой ссылкой полностью включено в настоящий документ, как если бы оно было изложено в этом месте. Указанное регулирование может быть очень сложно осуществимо на практике, особенно с низкими частотами.

До настоящего момента, что хорошо известно в областях сбора и обработки сейсмических данных, существовала потребность в наличии системы и способа эффективного сбора низкочастотных данных, оптимизированных для использования с алгоритмами инверсии, в частности инверсии в частотной области с учетом формы импульса. Соответственно, следует признать, как было признано авторами настоящего изобретения, что существует (и существует уже некоторое время) настоятельная необходимость в способе сбора и обработки сейсмических данных, который будет направлен на вышеупомянутые проблемы и решит их.

Однако перед тем как приступить к описанию настоящего изобретения, следует отметить и запомнить, что последующее описание настоящего изобретения вместе с прилагаемыми фигурами, не должны истолковываться как ограничивающие настоящее изобретение показанными и описанными примерами (или предпочтительными вариантами осуществления). Это является таковым, поскольку специалисты в области, к которой относится настоящее изобретение, смогут придумать новые формы настоящего изобретения в объеме прилагаемой формулы изобретения. В частности, методика сбора может оказаться полезной для получения низких частот для алгоритмов, отличающихся от инверсии в частотной области с учетом формы импульса, например, инверсии во временной области с учетом формы импульса.

В соответствии с предпочтительным аспектом настоящего изобретения раскрывается система и способ сбора дополнительных данных помимо данных, обычно собираемых при сейсмическом исследовании, в целях улучшения их обработки.

В соответствии с первым вариантом осуществления один или несколько монохроматических или узкополосных низкочастотных свипов будут собраны при помощи настраиваемого, регулируемого по частоте или другим образом приспосабливаемого сейсмического источника (например, наземного вибратора, который может быть сконфигурирован для получения сигнала, который, по существу, ограничен одной целевой частотой или узким диапазоном частот), причем выбранные группы частот или узких диапазонов частот были выбраны для улучшения вычисления инверсии с учетом формы импульса. Таким образом, в полевых условиях используют методику сбора волн, излучаемых источником, которая соответствует методике, используемой в алгоритме обработки, выполняемом компьютером. Как правило, используемые частоты будут ниже частот, которые могут быть практически собраны с использованием стандартных широкополосных сейсмических источников (т.е. ниже приблизительно 4 Гц).

Источник (источники) будет (будут) излучать монохроматические волны, по меньшей мере, в течение периода времени, достаточного для получения целевого отношения сигнал-шум для сигналов, зарегистрированных с желаемыми максимальными смещениями регистрации, которые используют для инверсии с учетом формы импульса желаемых целевых подповерхностных структур. Продолжительности по времени записанных сейсмотрасс данных должны быть достаточными для охвата самого продолжительного времени излучения, или, альтернативно, регистрация должна быть непрерывной.

Отметим, что настоящее изобретение не требует монохроматического источника, чтобы точно поддерживать конкретную частоту источника. В качестве приблизительного правила, если продолжительность времени, достаточная для получения удовлетворительного отношения сигнал-шум, составляет Т, то источник, который поддерживает точность воспроизведения частоты приблизительно ± 1/Т Гц, является для любых практических целей по-прежнему монохроматическим. Небольшой дрейф частоты может быть часто также аппроксимирован в качестве сдвига фазы монохроматического источника. Обычной практикой для алгоритмов инверсии в частотной области с учетом формы импульса является нахождение неизвестной фазы источника, следовательно, это не несет дополнительного усложнения алгоритма. Соответственно, сравнительно небольшие отклонения от целевой частоты не являются пагубными для функционирования настоящего изобретения.

Узкополосный источник, который излучает энергию в ширине полосы частот, превышающей ±1/Т Гц, но все еще меньшей двух или более октав стандартного широкополосного источника, может также быть полезным для некоторых применений, например, инверсии во временной области с учетом формы импульса. Отношение сигнал-шум зависит как от уровня сигнала, так и от уровня шума. Естественный шум фона является, как правило, широкополосным, следовательно, чем более узкой будет ширина полосы сигнала, тем меньше будет шума фона, который попадает в его ширину полосы, и, таким образом, меньше будет количество энергии сигнала и короче будет время интегрирования сигнала, достаточные для достижения желаемого отношения сигнал-шум. Монохроматические источники являются лишь гра- 4 026043 ничным случаем более широкой категории узкополосных источников.

Источник со ступенчато изменяющейся частотой является монохроматическим в периоды времени, составляющие Т (период времени для создания отношения сигнал-шум) или более секунд, после чего он изменяет значение частоты на новое значение, которое также он поддерживает в течение Т или более секунд перед новым изменением, и так далее, в конце концов, возвращаясь к исходной частоте, после чего цикл начинается снова. Вместо резкого изменения частоты, источник может постепенно сглаживать свою амплитуду и прекращать излучение, а затем постепенно повышать амплитуду на новой частоте, или он может осуществлять качание от одной монохроматической частоты к другой в течение периода времени, который существенно короче периода Т.

Волны, излученные монохроматическим или узкополосным источником, могут непрерывно наблюдаться или регистрироваться. Полученные в результате данные будут использованы для создания оптимального волнового поля источника на стадии моделирования алгоритма инверсии, используемого для обработки данных. То есть вместо точного регулирования амплитуды, частоты и фазы волн, излученных источником (источниками), в попытке воспроизвести в полевых условиях идеальный источник, допускаемый стандартными алгоритмами обработки, амплитуду, частоту и фазу вол, излученных источником (источниками), регистрируют и модельный источник (источники) в алгоритме корректируют для соответствия этим параметрам. Расположение каждого источника во время излучения им волн должно также быть зарегистрировано таким образом, чтобы эта информация также могла быть использована в моделировании.

На практике, низкочастотные узкополосные, монохроматические или предусматривающие ступенчато изменяющуюся частоту наземные вибраторы будут использованы для дополнения, а не замены, существующих широкополосных вибраторов более высокой частоты. Низкочастотные и стандартные высокочастотные исследования могут быть осуществлены либо отдельно, либо одновременно.

В соответствии с другим предпочтительным вариантом осуществления раскрывается изобретение, которое является, по существу, аналогичным описанному выше, за исключением того, что осуществляют регистрацию морских сейсмических данных. Узкополосные, монохроматические или характеризующиеся ступенчато изменяющейся частотой источники могут непрерывно излучать волны при буксировке в толще воды с тем, чтобы максимизировать количество генерируемой энергии. Излученные источником волны, полученные отраженные/переломленные волны, а также положения источника и приемника также могут регистрироваться непрерывно. В этом случае стадия моделирования алгоритма инверсии с учетом формы импульса (в частотной или временной области) может предусматривать перемещение источника, имитирующее перемещение фактического источника.

Разумеется, сбор вспомогательной информации этого сорта обладает потенциалом значительно улучшить качество изображений подповерхностных структур, полученных при помощи обработки сейсмических данных, что, в свою очередь, увеличит шансы обнаружения целесообразных для разработки с экономической точки зрения залежей нефти и/или газа.

Согласно некоторым вариантам осуществления низкочастотные исследования будут использоваться для улучшения ранее полученной модели подповерхностных структур, построенной на основе стандартных широкополосных данных более высокой частоты.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, предусматривающий стадии: выбора по меньшей мере одного узкополосного диапазона частот; предоставления по меньшей мере одного узкополосного сейсмического источника для каждого указанного выбранного по меньшей мере одного узкополосного диапазона частот, причем каждый из указанных узкополосных сейсмических источников излучает сейсмическую энергию, по меньшей мере, приблизительно в соответствующем узкополосном диапазоне частот; проведения узкополосного сейсмического исследования с использованием каждого указанного по меньшей мере одного узкополосного сейсмического источника, тем самым создавая данные узкополосного сейсмического исследования; объединения, по меньшей мере, части данных указанного узкополосного сейсмического исследования с данными широкополосного исследования, которые собраны поблизости от данных указанного узкополосного сейсмического исследования, тем самым создавая данные усовершенствованного исследования; и использования, по меньшей мере, части данных указанного усовершенствованного сейсмического исследования для разведки углеводородов в указанном районе земных недр.

Согласно другому варианту осуществления раскрывается способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, предусматривающий стадии: выбора по меньшей мере одной дискретной частоты; предоставления по меньшей мере одного монохроматического сейсмического источника для каждой указанной выбранной по меньшей мере одной дискретной частоты, причем каждый из указанных узкополосных сейсмических источников излучает сейсмическую энергию с частотой, по меньшей мере, приблизительно равной указанной соответствующей дискретной частоте; проведения узкополосного сейсмического исследования с использованием каждого указанного по мень- 5 026043 шей мере одного монохроматического сейсмического источника, тем самым создавая данные узкополосного сейсмического исследования; объединения по меньшей мере части данных указанного узкополосного сейсмического исследования с данными широкополосного исследования, которые собраны поблизости от данных указанного узкополосного сейсмического исследования, тем самым создавая данные усовершенствованного исследования; и использования по меньшей мере части данных указанного усовершенствованного сейсмического исследования для разведки углеводородов в указанном районе земных недр.

Согласно другим вариантам осуществления данные стандартного широкополосного и низкочастотного узкополосного сейсмических исследований будут регистрировать непрерывно при помощи некоторых из одних и тех же приемников, и широкополосные сигналы более высокой частоты, низкочастотные узкополосные сигналы и сигналы шума окружающей среды, зарегистрированные этими приемниками, будут разделены перед дальнейшей обработкой.

Согласно еще одним вариантам осуществления синхронизация возбуждений при осуществлении широкополосного исследования более высокой частоты будет отрегулирована в соответствии с фазой наиболее высокочастотного узкополосного источника при осуществлении низкочастотного исследования с тем, чтобы уменьшить перекрестные помехи между двумя исследованиями.

Согласно еще одним вариантам осуществления волновые поля, излученные посредством одного или нескольких узкополосных низкочастотных источников, будут зарегистрированы, и указанная информация будет использована для улучшения обработки узкополосных сейсмических данных.

Согласно еще одному варианту осуществления только фаза и амплитуда квазимонохроматического узкополосного низкочастотного источника (источников) будет зарегистрирована.

Согласно еще одному варианту осуществления раскрывается способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, предусматривающий стадии: выбора нескольких дискретных частот; предоставления по меньшей мере одного монохроматического сейсмического источника, соответствующего каждой из выбранных указанных нескольких дискретных частот, причем каждый указанный по меньшей мере один монохроматический сейсмический источник излучает сейсмическую энергию с частотой, по меньшей мере, приблизительно равной указанной соответствующей дискретной частоте; проведения узкополосного сейсмического исследования с использованием каждого указанного по меньшей мере одного монохроматического сейсмического источника, тем самым создавая данные узкополосного сейсмического исследования; использования по меньшей мере части данных указанного узкополосного сейсмического исследования для вычисления набора данных инверсии с учетом формы импульса; и использования по меньшей мере части указанного набора данных инверсии с учетом формы импульса для разведки углеводородов в указанном районе земных недр.

Выше в общих чертах описаны более важные признаки изобретения, раскрытого в настоящем описании, с тем, чтобы можно было легче понять последующее подробное описание, и можно было лучше оценить вклад авторов настоящего изобретения в уровень техники. В своем применении настоящее изобретение не ограничивается деталями конструкции и компоновками компонентов, изложенными в последующем описании или проиллюстрированными на фигурах. Напротив, настоящее изобретение может иметь и другие варианты осуществления и может осуществляться различными иными путями, конкретно не перечисленными в настоящем описании. В частности, другие алгоритмы (помимо инверсии в частотной области с учетом формы импульса) могут получить выгоду от дополнения существующих широкополосных сейсмических данных посредством низкочастотных данных, сгенерированных при помощи узкополосных, монохроматических или характеризующихся ступенчато изменяющейся частотой источников. Наконец, следует понимать, что фразеология и терминология, используемые в настоящем описании, служат лишь цели описания и не должны рассматриваться как ограничивающие объем настоящего изобретения, если в описании объем изобретения конкретно не ограничивается таким образом.

Краткое описание фигур

Другие цели и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при прочтении последующего подробного описания со ссылками на фигуры, где на фиг. 1 представлен один вариант осуществления сейсморазведочной системы для реализации настоящего изобретения в морских условиях;

на фиг. 2 представлено обобщенное изложение некоторых стадий одного варианта осуществления настоящего изобретения, которые могут быть пригодны для применения со способом проведения сейсмического исследования в морских условиях, представленного на фиг. 1;

на фиг. 3А и фиг. 3В представлены дополнительные подробности стадий, представленных на фиг. 2.

Подробное описание изобретения

Хотя настоящее изобретение может быть осуществлено во многих отличающихся формах, на фигурах показаны и будут подробно описаны ниже некоторые конкретные варианты осуществления настоящего изобретения. Тем не менее, следует понимать, что настоящее раскрытие должно рассматриваться как пояснение принципов настоящего изобретения, и не предназначено для ограничения настоящего изобретения конкретными описанными вариантами осуществления или алгоритмами.

- 6 026043

Иллюстративные примерные варианты осуществления настоящего изобретения

На фиг. 1 представлена конфигурация морского сбора данных, подходящая для реализации настоящего изобретения. Согласно некоторым вариантам осуществления сейсмическое исследование может быть проведено в океане 100 над целевой геологической средой 126, представляющей интерес с геологической точки зрения, которая расположена под морским дном 125. Судно 110, плавающее на поверхности океана 120, будет буксировать стандартную группу 140 пневматических источников сейсмических сигналов и сейсмическую косу 130, содержащую приемники, например, гидрофоны 132. Эти компоненты представляют собой часть для стандартного сбора широкополосных данных сейсморазведочной системы.

В дополненной сейсморазведочной системе судно 110 может буксировать один или несколько низкочастотных монохроматических или узкополосных источников 150, каждый из которых будет содержать приемник или датчик (не показан), который будет регистрировать волновое поле, излученное указанным источником, как это происходит обычно. Для улучшения качества низкочастотных записей донные приемники 135 могут одновременно быть расположены и использованы совместно со стандартной сейсмической косой 130, или донные приемники 135 могут быть использованы без сейсмических кос 130.

Это представляет собой узкополосную низкочастотную часть одного варианта осуществления настоящей сейсморазведочной системы.

Пневматические источники 140 сейсмических сигналов могут буксироваться на небольших глубинах с тем, чтобы увеличить их способность генерировать акустические волны более высокой частоты. Низкочастотные источники 150 представлены буксируемыми на больших глубинах; согласно некоторым вариантам осуществления каждый из источников будут буксировать на глубине, подходящей для его диапазона частот. Следовательно, чем ниже частота монохроматического или узкополосного источника, тем больше глубина буксировки. См., например, ТсндНатн, заявка на выдачу патента \СО 2010/0118647 А1, поданная 7 ноября 2008 года, или Ьа№8 с1 а1., патент США 7257049 В1, поданный 22 августа 2000 года, раскрытия которых ссылкой полностью включены в настоящий документ, как если бы они было изложены в этом месте.

Следует отметить, что многочисленные варианты этой системы сбора данных возможны и вполне по силам для реализации специалисту в данной области техники. Настоящая сейсморазведочная система может осуществлять сбор двухмерных, трехмерных или четырехмерных данных. Более одной группы пневматических источников сейсмических сигналов может быть использовано. Стандартные источники могут не быть пневматическими источниками сейсмических сигналов, а могут быть, вместо этого, любыми другими широкополосными сейсмическими источниками, например, описанных ранее типов, с которыми можно получить преимущество от дополнения низкочастотными данными. Более одной сейсмической косы, содержащей приемники, может быть использовано. Один или несколько низкочастотных источников может быть использовано. Вместо одного судна, буксирующего все компоненты сейсморазведочной системы, несколько суден, перемещающиеся в заданном порядке, могут нести указанные компоненты. Низкочастотное узкополосное исследование может быть осуществлено одновременно со стандартным широкополосным исследованием более высокой частоты, или при отдельном проходе судна, или при нескольких отдельных проходах судна. Альтернативно, низкочастотное узкополосное исследование может быть использовано для дополнения ранее полученного стандартного широкополосного исследования более высокой частоты таким образом, чтобы исходные данные были повторно обработаны с применением дополнительных низкочастотных данных, или низкочастотное узкополосное исследование может быть выполнено первым, а стандартное широкополосное исследование более высокой частоты некоторое время спустя. Данные могут быть зарегистрированы при помощи сейсмических кос и/или при помощи донных приемников, или, возможно при помощи приемников в подземных скважинах, или при помощи приемников, подвешенных в толще воды.

Низкочастотные источники 150 могут функционировать непрерывно. Каждый из низкочастотных источников может функционировать на одной частоте (монохроматические низкочастотные источники) или циклически функционировать на двух или более дискретных частотах (характеризующиеся ступенчато изменяющейся частотой низкочастотные источники), или качаться в пределах узкополосного диапазона низких частот, разработанного для дополнения диапазона частот, генерируемого широкополосными источниками (узкополосные низкочастотные источники). Источники могут функционировать для получения волн постоянной амплитуды, или амплитуда волн может изменяться (повышаться и снижаться).

На фиг. 2 представлено как система сбора данных, представленная на фиг. 1, может быть использована на практике. Вначале, сейсмическое исследование будет разработано. Следует отметить, что, исключительно в иллюстративных целях, описание, которое следует ниже, будет в основном направлено на конфигурацию сейсмического исследования в морских условиях. То есть специалистам в данной области техники будет легко понять, как настоящий подход может быть модифицирован в случае проведения исследования на суше.

Как представлено на фиг. 2, на стадии 210 может быть разработано стандартное исследование с ис- 7 026043 пользованием пневматических источников сейсмических сигналов так, чтобы оно проводилось совместно с низкочастотным исследованием. Принципы разработки стандартного исследования хорошо известны и не будут рассмотрены в настоящем документе. Следует отметить, что стадии, представленные на фиг. 2, более подробно описаны на фиг. 3А и 3В.

Для низкочастотных данных разработка исследования может происходить следующим образом. Как правило, конфигурация группы пневматических источников сейсмической энергии обеспечивает соответствующие данные для излученных волн, характеризующихся частотой приблизительно 3,5 Гц, но компьютерное моделирование применения инверсии с учетом формы импульса в этих геологических условиях указывает, что частоты менее 1,4 Гц могут быть существенными для обеспечения успешной инверсии с учетом формы импульса. Алгоритм для выбора частот, раскрытый в ранее рассматриваемом источнике 81т§ие, Ь., апй Ртай, К. С., 2004, указывает, что необходимо выбирать частоты, которые разделены отношением, равняющимся приблизительно ν2, для этой конфигурации сейсмического исследования. Таким образом, в настоящем примере могут быть использованы три или более узкополосных источника, которые функционируют на частотах 1,4, 2,0 и 2,8 Гц соответственно (в этом примере следующая частота будет составлять 4 Гц, но эта частота будет доступна из данных, собранных с использованием широкополосных источников, следовательно, узкополосный источник может не использоваться для получения этой частоты).

Теоретически оптимальное отношение между последовательными частотами может быть представлено равным

где о является максимальным смещением, а й является глубиной интересуемой цели. Следовательно, например, учитывая, что максимальное смещение составляет 20 километров, а глубина интересуемой цели составляет 6 километров, получим

Следовательно, начиная с 0,7 Гц и следуя указанному выше предписанию, следующая частота будет составлять 1,36 Гц, следующая 2,64 Гц, следующая 5,14 Гц и т.д. Последняя частота, скорее всего, находится в диапазоне, доступном для стандартных источников, таких как пневматические источники сейсмических сигналов, следовательно, в этом случае только три частоты будут использованы для образования источника с регулируемой частотой: 0,7, 1,36 и 2,64 Гц. На практике может быть желательным проявить некоторую консервативность, но этот пример показывает, что только несколько частот могут понадобиться для реальных примеров.

Может быть также желательным осуществить некоторое отклонение частот монохроматических источников с тем, чтобы предотвратить нежелательную интерференцию гармоник между сейсмическими источниками. Например, если согласно теории предлагают, что должны быть использованы источники, излучающие волны частотой 1,0 и 2,0 Гц, может быть предпочтительным использовать частоты 0,9 и 2,1 Гц для того, чтобы избежать конфликта частоты одного источника со второй гармоникой другого. Факультативно, генерирование гармоник или субгармоник монохроматического источника может быть усилено, и может быть осуществлено использование гармоник и субгармоник в качестве дополнительных монохроматических источников. Таким образом, например, один источник может одновременно генерировать волны, характеризующиеся частотами 1,4 и 2,8 Гц.

Затем, на стадии 220 может быть проведено совместно исследование, хотя если будут проведены отдельные широкополосное и узкополосное исследования, настоящее изобретение будет функционировать аналогично. Стандартное исследование может быть проведено как обычно, причем пневматические источники сейсмически сигналов будут осуществлять возбуждение при прохождении группы пневматических сейсмических источников над каждым местоположением пункта возбуждения. Если пневматические источники сейсмического возбуждения излучают волны с обнаруживаемой интенсивностью, например, 2,8 Гц, самой высокой для низкочастотных источников, может быть желательным слегка модифицировать синхронизацию каждого возбуждения так, чтобы 2,8 Гц составляющая волны сигнала пневматического источника сейсмических сигналов была так синхронизирована, чтобы быть в фазе с волнами, сгенерированными 2,8 Гц монохроматическим низкочастотным источником (источниками). Следует отметить, в большинстве случаев это потребует задержки или перемещения времени возбуждения на 1,4 с. Альтернативно, скорость судна может быть отрегулирована таким образом, чтобы пневматические источники сейсмических сигналов прибывали в свои местоположения для осуществления возбуждения лишь в желаемый момент циклической работы монохроматических источников. Следует отметить, что энергия акустического сигнала, сгенерированного пневматическими источниками энергии, быстро падает на более низких частотах, следовательно, нежелательные помехи будут значительно снижены для любых более низких низкочастотных источников.

- 8 026043

Узкополосные низкочастотные источники могут функционировать независимо или одновременно. Узкополосные низкочастотные источники могут функционировать непрерывно или с перерывами. Каждый из узкополосных низкочастотных источников регистрирует излучаемый им сигнал, поскольку эта информация будет использована при осуществлении инверсии.

Работа приемников может регистрироваться непрерывно. Местоположения всех источников и приемников будут, согласно некоторым вариантам осуществления, также регистрироваться непрерывно.

Зарегистрированные данные затем будут, как правило, подготовлены для двух целей: для стандартной обработки на стадии 230, а также для инверсии с учетом формы импульса на стадии 240. Если низкочастотные источники являются действительно монохроматическими, то осуществление обычной полосовой фильтрации может быть достаточным для удаления их отраженных/переломленных волн из стандартного набора данных. Если они генерируют гармоники, которые перекрываются в полосе частот широкополосных источников, то может быть использован более сложный алгоритм фильтрации способом прогнозирования и вычитания (такой как алгоритм, разработанный для удаления 60 Гц фона переменного тока из данных наземной сейсморазведки). Следует отметить, что по определению низкочастотные сигналы медленно периодически повторяются, и, таким образом, не могут быть отобраны в течение достаточного количества циклов, чтобы быть хорошо представленными на сейсмотрассах стандартной длины. Таким образом, разделение высокочастотных и низкочастотных наборов данных (наряду с любым подавлениям низкочастотных шумов окружающей среды) будет, вероятно, выполнено перед разделением данных на сейсмотрассы стандартной длины. Кроме того, в некоторых примерах собранные стандартным путем данные будут объединены с узкополосными данными для получения усовершенствованного набора сейсмических данных с диапазоном частот, который не будет доступен, если использовать только стандартное исследование.

После того как данные были подготовлены, инверсия с учетом формы импульса на стадии 260 может согласно некоторым вариантам осуществления быть выполнена в первый раз. Как правило, это осуществляют в несколько этапов начиная от низких частот и двигаясь все к более и более высоким частотам. Таким образом, согласно этой конфигурации данные из узкополосных низкочастотных источников будут обработаны первыми, начиная от самой низкой частоты, с последующим использованием стандартного широкополосного набора данных для более высоких частот. Для низких частот моделирующая часть алгоритма Ρνΐ может использовать волновое поле источника, которое соответствует излученным волнам, зарегистрированным каждым из низкочастотных источников.

Алгоритм Ρ\νΐ генерирует улучшенную скоростную модель земных недр, которая может быть использована для усовершенствования скоростной модели, используемой для стандартного построения сейсмических изображений на стадии 250.

Геологическая интерпретация на стадии 270 осуществляет использование как мигрированного изображения, обеспеченного при помощи стандартной обработки на стадии 250, так и скоростной модели, обеспеченной при помощи инверсии с учетом формы импульса на стадии 260. Эти два источника информации могут дополнять друг друга при осуществлении геологической интерпретации.

Затем геологическая интерпретация на стадии 270 данных может быть осуществлена с использованием обработанных данных согласно способам, которые хорошо известны в области сейсмологической разведки. На основе результатов интерпретации (и потенциального объединения данных от других источников, таких как каротажные кривые, диаграмма гравиметрического каротажа, диаграммы магнитного каротажа и т.п.) в некоторых случаях комплекс исследований на стадии 280 и план бурения будут разработаны согласно способам, хорошо известным специалистам в данной области техники. На фиг. 3А и 3В представлены дополнительные подробности стадий, представленных на фиг. 2.

Согласно другому варианту осуществления предлагается способ сбора данных узкополосного низкочастотного сейсмического исследования. Без необходимости генерировать широкий диапазон частот специализированный узкополосный источник может обеспечивать пригодные для использования данные на более низких частотах, чем ранее было возможно. В частности, простейший способ передать больше сейсмической энергии в геологическую среду и, следовательно, получить и зарегистрировать характеризующиеся большей энергией отраженные/переломленные волны, а также получить дополнительные сейсмические данные, заключается в простом излучении сигналов или свипа в течение более продолжительных периодов времени. Узкополосный низкочастотный источник может излучать сигналы или волны в течение любого подходящего времени для того, чтобы достигнуть заданного отношения сигнал-шум.

Данные от исследований могут быть записаны непрерывно или практически непрерывно. Обычно положения источников и приемников будут зарегистрированы в информации заголовков сейсмотрассы. В случае непрерывных данных, эта информация должна быть сохранена отдельно во время регистрации. Любая фильтрация/разделение сигнала должна быть выполнена в отношении непрерывных данных перед любым разделением данных на сейсмотрассы фиксированной длины, что может требоваться при осуществлении некоторых алгоритмов обработки.

Диапазоны частот узкополосных низкочастотных источников должны быть оптимизированы в отношении алгоритма, который будут использовать для обработки данных. В частности, если практическое применение заключается в применении низких частот для инверсии в частотной области с учетом формы

- 9 026043 импульса, то лишь небольшое количество дискретных монохроматических частот может быть использовано алгоритмом. Это может быть осуществлено при помощи выделения одной или нескольких дискретных частот для каждого узкополосного источника. Если лишь одна частота выделена источнику, он будет рассматриваться в качестве монохроматического или монотонного источника для целей настоящего раскрытия. Если две или несколько дискретных частот выделены одному источнику, он может ступенчато переключатся между ними или он может одновременно генерировать несколько частот, или обе стратегии могут быть использованы в сочетании.

Инверсия в частотной области с учетом формы импульса, относящаяся к типу, который может быть подходящим для применения с настоящим изобретением, итерационно осуществляет стадию моделирования с последующей стадией инверсии/обновления. Стандартная промежуточная стадия корреляции зарегистрированных данных, чтобы они выглядели так, если бы они были собраны с использованием импульсного источника, имеет тенденцию быть непродуктивной в этом случае. Алгоритм, обычно используемый в инверсии в частотной области с учетом формы импульса, работает с использованием стоячих волн, генерируемых монохроматическими источниками, а не с использованием распространяющихся волн, генерируемых импульсными источниками. Наилучшие результаты должны быть достигнуты, когда методика исследования и стадия моделирования алгоритма соответствуют друг другу настолько близко, насколько это возможно. Таким образом, если алгоритм требует использования монохроматических источников, источник (источники) в полевых условиях должны функционировать аналогично.

Когда практически не целесообразно соотносить методику исследований с алгоритмом обработки, алгоритм обработки должен быть максимально соотнесен с методологией исследования. В частности, может оказаться весьма затруднительным осуществлять регулирование точной формы волны акустического сигнала, излучаемого низкочастотным узкополосным источником. В этом случае акустический сигнал, генерируемый каждым низкочастотным узкополосным источником, должен быть измерен, причем эта информация должна быть использована во время стадии моделирования алгоритма обработки. В случае использования монохроматического источника может быть достаточным лишь измерять амплитуду и фазу излученных волн.

Если перемещающееся источники используют в полевых условиях, то на стадии моделирования алгоритма обработки должны также быть смоделированы перемещающиеся источники.

Альтернативно, если практическое применение заключается в применении низких частот для инверсии во временной области с учетом формы импульса, вместо дискретных частот может быть использован продолжительный свип в пределах узкополосного диапазона частот, например, свип от 1,0 до 2,0 Гц в течение 40-секундного временного интервала. В этом случае также акустический сигнал, излучаемый каждым низкочастотным узкополосным источником, должен быть измерен, причем эта информация должна быть использована во время стадии моделирования алгоритма обработки.

Два или более узкополосных низкочастотных источника, которые характеризуются неперекрывающимися полосами частот, могут функционировать одновременно вне зависимости друг от друга, поскольку их сигналы могут быть легко отделены посредством полосовой фильтрации. В частности, каждый из различных источников может характеризоваться присущей ему сеткой и графиком возбуждения, оптимизированными согласно требованиям отбора проб для указанной полосы частот.

Если цель заключается в создании скоростной модели, небольшое количество низких частот может быть достаточным и более высокие частоты (например, присущие стандартному/широкополосному исследованию) могут не использоваться. В этом случае узкополосное низкочастотное исследование может быть эффективно выполнено без сопутствующего широкополосного исследования более высокой частоты. Если более высокие частоты, которые могут быть лучше сгенерированы стандартными широкополосными источниками, будут также необходимы, узкополосное низкочастотное исследование может также быть желательным для дополнения ширины полосы частот (диапазона частот) стандартного сейсмического исследования на конце ширины полосы частот, соответствующем самой низкой частоте. В этом случае узкополосное низкочастотное исследование лишь дополнит стандартное исследование, а не заменит его. При осуществлении стандартного широкополосного исследования и низкочастотного узкополосного исследования по мере возможности могут быть использованы одни и те же приемники.

Если узкополосные низкочастотные источники функционируют с частотами ниже частот, которые генерируют стандартные широкополосные источники, то узкополосные низкочастотные и стандартные широкополосные исследования могут быть осуществлены независимо друг от друга. В контексте настоящего описания под термином низкая частота могут подразумевать частоту или диапазон частот ниже приблизительно 6-8 Гц. Следовательно, низкочастотные источники являются источниками, которые способны излучать сейсмическую энергию с приемлемой амплитудой на частотах ниже приблизительно 6-8 Гц. Кроме того, под низкочастотным узкополосным сейсмическим исследованием могут подразумевать исследования, в которых используют низкочастотные узкополосные источники.

Если один узкополосный источник функционирует с частотой, которая лежит в пределах диапазона импульсного широкополосного источника, то широкополосный источник может быть расположен рядом с узкополосным источником, и срабатывание по времени импульсного широкополосного источника синхронизировано с функционированием узкополосного источника таким образом, чтобы фаза соответст- 10 026043 вующей частотной составляющей широкополосного источника максимально соответствовала фазе узкополосного источника. Таким образом, помехи от широкополосных источников не причинят вреда, а будут служить в качестве дополнительного пригодного источника низкочастотной энергии.

Гармонические волны из узкополосных источников могут перекрывать частоты волн, сгенерированных стандартными широкополосными источниками. В этом случае синхронизация возбуждений в стандартном исследовании, и узкополосных излучений, осуществляемых низкочастотными источниками, должна быть выбрана таким образом, чтобы стандартные возбуждения избегали перекрытия сглаживания в начале и в конце узкополосного свипа. Любые перекрестные помехи будут затем, вероятней всего, состоять из очень простого повторяющегося сигнала, который может быть легко спрогнозирован и удален способом, аналогичным способу, посредством которого в настоящее время удаляют 50 или 60 Гц фон переменного тока из данных наземной сейсморазведки.

Некоторые дополнительные аспекты применимы только к используемым на суше вариантам осуществления. Наземные источники, такие как вибраторы, эксплуатируют в фиксированных положениях, следовательно, источники не могут функционировать непрерывно. Каждая низкая частота, подходящая или оптимальная для алгоритма обработки, будет, вероятно, получена посредством генерирования суженного монохроматического или узкополосного вибросейсмического свип-сигнала с интенсивностью, адаптированной для указанного диапазона частот. Очень долгие свипы, очевидно, будут занимать больше времени, но они могут все равно быть практически использованы, поскольку намного меньшее количество пунктов возбуждений колебаний используют для адекватного исследования земных недр на низких частотах (и это преимущество возведено в квадрат, поскольку оно применимо как в направлении X, так и в направлении Υ).

Монохроматические источники, такие как импульсные источники, будут генерировать нежелательные поверхностные волны (поверхностные сейсмоволны) на суше. Как правило, для монохроматических источников это не может быть полностью удалено при помощи подавления шума, ввиду, среди прочих причин, распределенных форм колебаний источников. Таким образом, они могут быть удалены при помощи пространственной фильтрации. Это устанавливает минимальное распределение в пространстве групп и/или расположений источников и/или приемников для предотвращения эйлисинга поверхностных волн.

Некоторые дополнительные аспекты применимы только к используемым на море вариантам осуществления. Морские источники, как правило, буксируют за судном для проведения сейсморазведочных работ. Каждый источник может буксироваться на его оптимальной глубине, чтобы полностью воспользоваться фильтром-пробкой волны-спутника, обусловленной поверхностью. Для того чтобы достигнуть максимального отношения сигнал-шум, источники могут непрерывно функционировать, и данные могут непрерывно регистрироваться.

Для генерирования данных для источников в желаемых положениях, данные из временного окна, центрированного по времени, когда источник находился в желаемом положении, будут обычно обработаны методом окна и сужение, например, сглаживание по закону приподнятого косинуса, будет применено для минимизирования любых краевых эффектов в виду обработки методом окна по времени, в идеале с использованием значений длины окна и сужения, одинаковых со значениями, которые используют при вычислении на стадии моделирования алгоритма инверсии. Стадия моделирования алгоритма инверсии должна также моделировать данные от перемещающегося, а не стационарного источника так, чтобы лучше отображать настоящую конфигурацию системы регистрирования данных. Следует отметить, что эта последовательность обработки требует только незначительной модификации рассмотренных выше алгоритмов Р\У1 во временной и частотной областях.

Один или несколько низкочастотных источников может также ступенчато или другим образом осуществлять переход между двумя или большим количество частот. Источники могут также периодически корректировать амплитуду излучаемых волн до нулевой амплитуды и прекращать излучение акустического сигнала, а затем повышать амплитуду обратно до ее максимального значения с частотой такой же, как и ранее, или с отличной частотой, необходимой для следующего пункта возбуждения. Каждый источник будет, возможно, следовать своему собственному графику как необходимо для оптимального обеспечения адекватной выборки и общей излученной энергии для своего диапазона частот. Не существует конкретной причины, почему пункты возбуждения с различными частотами должны совпадать, хотя в некоторых вариантах осуществления они могут совпадать.

Под широкополосным сейсмическим источником следует понимать источник, который разработан для генерирования применимой сейсмической энергии в относительно широком диапазоне частот (более 2 октав). Например, обычный стандартный сейсмический источник, используемый в настоящее время, может излучать эффективные количества энергии с частотой в диапазоне от приблизительно 5 Гц до приблизительно 80 Гц (т.е. приблизительно 4 октавы). Таким образом, стандартное сейсмическое исследование будет широкополосным исследованием для целей настоящего раскрытия.

С другой стороны, под узкополосным сейсмическим источником следует понимать источник, который не перекрывает широкого диапазона частот, например, двух октав или менее. Например, при частотах приблизительно 1 Гц, две октавы будут покрывать диапазон частот от 1 до 4 Гц. Узкополосный ис- 11 026043 точник может так называться, поскольку его диапазон частот с применимой энергией намного меньшей диапазона обычного широкополосного источника, например, он излучает частоту в диапазоне от 1 Гц до приблизительно 4 Гц, или от 1 Гц до приблизительно 2 Гц (1 октава) и т.п. Тем не менее, узкополосный источник может быть источником, который излучает только ограниченное количество узких диапазонов частот. Например, источник с большим количеством гармоник, который генерирует очень узкие полосы, центрированные вокруг 2, 4, 8, 16, 32 и 64 Гц, но с очень малой энергией для частот между ними, будет рассматриваться в качестве узкополосного источника. Таким образом, узкополосный сейсмический источник может излучать волну, характеризующуюся низкой дискретной частотой, которая попадает в узкую полосу частот 2 +/- 0,1 Гц, совместно с ее гармониками, которые также характеризуются узкой шириной полосы, так, что совокупная ширина полосы низкочастотной волны и ее гармоник является узкой (например, менее нескольких Гц). В контексте настоящего раскрытия термин «узкополосный источник» следует интерпретировать как обозначающий, по меньшей мере, типы сейсмических источников, описанных выше, независимо от того расположен ли этот источник (источники) на суше или на море, а также является ли он настраиваемым, приспосабливаемым, модифицируемым или нет (например, узкополосный источник без возможности осуществления настройки может быть источником, который специально разработан и сконструирован в целях излучения конкретного узкополосного сейсмического сигнала). Узкополосное сейсмическое исследование будет сейсмическим исследованием, которое было проведено с использованием одного или нескольких узкополосных источников.

Следует отметить, что хотя в настоящем раскрытии употребляют термины квазимонохроматические акустические источники, монохроматические акустические источники, одночастотные акустические источники и/или акустические источники с дискретной частотой, эти термины следует истолковывать как включающие в себя различные случаи, когда источник по существу осуществляет излучение волн на одной частоте без учета гармоник. Кроме того, когда сейсмическое исследование описывают как монохроматическое, этот термин следует понимать как обозначающий, что данные исследования собрали при работе источника (источников) на одной или нескольких дискретных частотах. Таким образом, узкополосный источник включает в себя источник с дискретной частотой в качестве частного случая.

Также следует отметить, что хотя настоящее изобретение было рассмотрено в контексте инверсии в частотной области с учетом формы импульса, настоящее раскрытие может быть аналогично применено к версии, относящееся к временной области, этого способа обработки. Отношение между частотой и временем в сейсмических данных хорошо известно, и специалисту в данной области техники будет понятно, что преобразование между этими областями может быть выполнено по стандартной методике.

Как было отмечено ранее, согласно некоторым примерам сейсмические сигналы от узкополосного исследования могут быть объединены с данными от стандартного сейсмического исследования в той же или расположенной поблизости области с тем, чтобы получить усовершенствованное исследование, которое характеризуется более широкой полосой частот, чем полоса частот, возможная только при стандартном исследовании. Это объединение может быть выполнено многочисленными способами. Например, специалистам в данной области техники хорошо известны способы объединения сейсмических трасс (или профилей, объемов и т.п.) из двух отличных стандартных сейсмических исследований в одной исследование. В случае если местоположения возбуждения и приемника совпадают (или почти совпадают), простое суммирование (сложение) соответствующих сейсмотрасс может быть использовано, причем, возможно, будет использована балансировка амплитуд или оценивание сейсмотрасс для того, чтобы сделать амплитуды различных трасс сопоставимыми. В других примерах, балансировка в частотной области перед суммированием может быть полезной. В примерах, в которых местоположения приемников отличаются, интерполяция и/или экстраполяция могут быть использованы для создания наборов данных, объединение которых может быть осуществлено более простым способом. Указанные выше средства являются лишь некоторыми из многочисленных средств, при помощи которых две сейсмические трассы с различными амплитудами и частотным составом, а также потенциально собранные в незначительно отличающихся местоположениях, могут быть объединены. Специалисты в данной области техники смогут легко разработать другие подходы.

Кроме того, согласно некоторым примерам узкополосное исследование будет выгодным независимо от любого широкополосного сейсмического исследования и отдельно от него. Например, согласно некоторым вариантам осуществления несколько монохроматических источников будут использованы для сбора данных узкополосного исследования. Затем указанный узкополосный набор сейсмических данных будет использован в алгоритме ΡΑΙ, который согласно некоторым вариантам осуществления функционирует по частотному принципу для расчета инверсии. Полученная в результате инверсия может затем быть использована в сейсмической разведке.

В вышеприведенном описании речь идет об операциях, выполняемых на обычных сейсмических данных. Но специалистам в данной области техники понятно, что настоящее изобретение, описанное в настоящем документе, могло бы успешно применено и в других областях и использовано для поиска и других полезных ископаемых, кроме углеводородов. Лишь как пример, такой же подход, как и описанный в настоящем документе, мог бы потенциально использоваться для обработки и/или анализа много- 12 026043 компонентных сейсмических данных, данных полученных методом поперечных волн, данных метода обменных волн, данных межскважинных исследований, данных, полученных методом ВСП, данных полнового акустического каротажа, данных, полученных электромагнитным методом контролируемого источника (С8ЕМ, 1-С8ЕМ и т.д.), или цифровых моделирований любого из вышеуказанного. Кроме того, заявленные в настоящем документе способы могут быть применены к математически трансформированным версиям этих же сейсмотрасс данных, включающих, например, фильтрованные сейсмотрассы данных и т.п. Короче, описанный в настоящем документе способ потенциально может быть применен к самым разным типам геофизических временных последовательностей, но будет применен к собранию пространственно связанных временных последовательностей.

Хотя предлагаемое устройство описано и проиллюстрировано в настоящем документе на примере некоторых конкретных предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые фигуры, специалисты могут внести различные изменения и дальнейшие модификации помимо показанных или предложенных в настоящем документе в пределах сути настоящего изобретения, объем которого определен прилагаемой формулой изобретения.

Claims (10)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ сейсмической разведки над районом земных недр, содержащим структурные или стратиграфические особенности, способствующие присутствию, миграции или аккумуляции углеводородов, предусматривающий стадии:

   (a) задания по меньшей мере одного низкочастотного узкополосного диапазона частот меньше чем

   8 Гц;

   (b) активирования по меньшей мере одного узкополосного сейсмического источника для каждого указанного выбранного по меньшей мере одного низкочастотного узкополосного диапазона частот, причем каждый из указанных узкополосных сейсмических источников излучает сейсмическую энергию в соответствующем узкополосном диапазоне низких частот;

   (c) проведения узкополосного сейсмического исследования вблизи района земных недр с использованием каждого указанного по меньшей мере одного узкополосного сейсмического источника, создавая тем самым данные узкополосного сейсмического исследования;

   (й) сбора данных широкополосного сейсмического исследования рядом с указанными данными узкополосного сейсмического исследования;

   (е) использования сейсмических данных из указанного узкополосного сейсмического исследования и указанного широкополосного сейсмического исследования совместно для осуществления алгоритма инверсии с учетом формы импульса (Р^1) и тем самым создания набора данных инверсии с учетом формы импульса;

   (£) использования по меньшей мере части данных инверсии с учетом формы импульса для разведки углеводородов в указанном районе земных недр, причем широкополосное исследование основано на частотах, более высоких, чем диапазон частот по меньшей мере одного узкополосного сейсмического источника.
2. 2. Способ сейсмической разведки по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из указанного по меньшей мере одного узкополосного сейсмического источника является монохроматическим сейсмическим источником.
3. 3. Способ сейсмической разведки по п.1 или 2, отличающийся тем, что по меньшей мере один из указанного по меньшей мере одного узкополосного сейсмического источника является настраиваемым сейсмическим источником.
4. 4. Способ сейсмической разведки по п.1 или 2, отличающийся тем, что данные указанного узкополосного сейсмического исследования и указанного широкополосного сейсмического исследования получают одновременно.
5. 5. Способ сейсмической разведки по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанный низкочастотный узкополосный диапазон частот покрывает диапазон частот, составляющий не более двух октав.
6. 6. Способ сейсмической разведки по п.2, отличающийся тем, что указанный монохроматический сейсмический источник обеспечивает частоту, составляющую не более 8 Гц.
7. 7. Способ сейсмической разведки по п.1, отличающийся тем, что указанный набор данных инверсии с учетом формы импульса основывается на наборе данных инверсии в частотной области с учетом формы импульса и наборе данных инверсии во временной области с учетом формы импульса.
8. 8. Способ сейсмической разведки по п.1, отличающийся тем, что данные указанного узкополосного сейсмического исследования и указанного широкополосного сейсмического исследования получают одновременно.
9. 9. Способ сейсмической разведки по п.1, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один узкополосный сейсмический источник является квазимонохроматическим узкополосным низкочастотным источником, причем регистрируют только фазу и амплитуду квазимонохроматического узкополосного низкочастотного источника (источников).

   - 13 026043
10. 10. Способ сейсмической разведки по п.9, отличающийся тем, что указанный квазимонохроматический узкополосный низкочастотный источник (источники) излучает (излучают) энергию с частотой не более 8 Гц на стадии (с).