EA030036B1

EA030036B1 - Способ создания сейсмических данных

Info

Publication number: EA030036B1
Application number: EA201290996A
Authority: EA
Inventors: Лассе Амундсен; Харальд Вестердаль; Марк Томпсон
Original assignee: Статойл Петролеум Ас
Priority date: 2010-04-01
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2018-06-29
Also published as: GB2479200A; NO20230185A1; WO2011121128A2; EA201290996A1; GB201005574D0; NO20121278A1; US9389323B2; US20110242935A1; GB201217936D0; US20140334256A1; GB2492282A; CA2795172A1; US9081111B2; WO2011121128A3; GB2492282B; NO346988B1; CA2795172C

Abstract

В изобретении представлен способ создания сейсмических данных (таких как морские сейсмические данные). Сейсмический источник возбуждают (S2, S4) на множестве мест источника. Для каждого места источника выполняют (S3) многокомпонентное сейсмическое измерение по меньшей мере на одном месте приемника. Способ восстановления применяют (S5) к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих местам источника, дополнительным к местам источника, на которых источник возбуждали. Дополнительные данные выводят (S6) и/или используют.

Description

изобретение относится к способу создания сейсмических данных. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к способу создания морских сейсмических данных.

Предпосылки создания изобретения

Несколько публикаций относятся к принципам регистрации морских сейсмических данных (например, ЗНспГГ апб Се1багР 1995; 1ке11е апб Лтипбзеп, 2005). Имеются несколько конфигураций распределений источников и приемников; их обычно используют при разведке на нефть в случаях (1) морских сейсмических исследований с буксируемыми косами, при которых источники и приемники распределяют горизонтально в водной толще вблизи поверхности моря; (2) морских сейсмических исследований с донными кабелями, при которых источники буксируют в водной толще, а приемники располагают на дне моря; и (3) морских сейсмических исследований с вертикальным кабелем, при которых источники буксируют вблизи поверхности моря, как при исследованиях с буксируемыми косами и донными кабелями, но приемники распределяют в воде с образованием вертикальной группы.

Приемные системы в этих конфигурациях представляют собой (1) обычно гидрофоны, но ими также могут быть вертикально ориентированные геофоны в случае морских сейсмических исследований с буксируемыми косами; (2) гидрофоны и трехкомпонентные (3-К) геофоны или акселерометры в случае морских сейсмических исследований с донными кабелями и (3) гидрофоны в случае морских сейсмических исследований с вертикальным кабелем. При работе с донными кабелями геофоны или акселерометры находятся в контакте с дном моря, так что имеется возможность регистрации поперечных волн. Если горизонтально ориентированные геофоны или акселерометры не находятся в контакте с дном моря, можно осуществлять измерение горизонтальной производной поля давления.

Преимущества двухкомпонентных буксируемых кос хорошо известны (Вегш, 1984; КиеЬ1е, 1984; Лтипбзеп, 2001; Сагкоп е1 а1., 2007). После представления геокосы в 2007 году геофизической компанией РО8 происходят постепенные изменения в морских сейсмических исследованиях. Геокоса снабжена гидрофонами и вертикально ориентированными геофонами, так что наряду с прочим можно осуществлять разделение волнового поля на восходящую и нисходящую составляющие или подавление волнспутников на стороне приемника, благодаря чему обеспечивается возможность регистрации широкополосных сейсмических данных.

Для разделения трехмерного волнового поля на нисходящую и восходящую составляющие в водной толще требуются соответствующие измерения давления на гидрофоне и вертикальной компоненты скорости частиц на вертикально ориентированном геофоне. В настоящее время такие измерения недоступны при сейсмических исследованиях с буксируемыми косами вследствие большого расстояния между косами в поперечном направлении, которое обычно составляет 50-100 м.

КоЪегкзоп и соавторы (2006, 2008) установили, что трехкомпонентные измерения геофонами значительно улучшают данные морских сейсмических исследований с буксируемыми косами, если регистрацию и обработку осуществлять совместно с данными о давлении. Они показали, что в зависимости от способа использования измерений скорости частиц эффективное волновое число Найквиста можно повышать в два или три раза.

8тд и соавторы (2009) предложили осуществлять сейсмические исследования с использованием множества буксируемых кос, при этом буксируемая коса имеет множество компактных групп гидрофонов и/или датчиков движения частиц. Группа означает множество датчиков одного вида, которые используются совместно. С учетом задачи создания усовершенствованных способов интерполяции сейсмических данных между соседними буксируемыми косами буксируемую косу выполняют с возможностью получения измерений градиента давления.

Краткое изложение изобретения

При морских сейсмических исследованиях с морскими донными кабелями и вертикальным кабелем приемные станции закрепляют, например, на дне моря, тогда как на судне с источником, находящимся на поверхности, производят взрывы в соответствии с заданной сеткой х-у. Для снижения затрат на разведку интервал между точками взрывов часто делают настолько большим, что данные, регистрируемые на данной приемной станции, выбираются с недостаточной пространственной частотой и поэтому непоправимо искажаются вследствие наложения зеркальных частот. Однако, если в водной толще измерять поле давления и его х- и у-производные, давление можно восстанавливать интерполяцией. Точно так же, если измерять вертикальную компоненту скорости (или ускорения) частиц и ее х- и у-производные, то эту компоненту также можно восстанавливать интерполяцией. Схема интерполяции может быть любой схемой, которая восстанавливает поле по его выборочным значениям и выборочным производным. Для примера, в случае регистрации двух производных поля первого порядка количество компонент равно шести. Для примера, в случае измерения также производных второго порядка количество компонент равно десяти. Хорошо интерполированные измерения давления и вертикальной компоненты скорости частиц на основании многокомпонентных измерений позволяют осуществлять правильное разделение волнового поля на восходящую и нисходящую составляющие или подавление волн-спутников. Новые способы восстановления волнового поля, такие как способы, предложенные в этой заявке, представляют значительный интерес, поскольку в настоящее время в отрасли сейсмического приборостроения нахо- 1 030036

дятся в процессе разработки многокомпонентные кабели или буксируемые косы и проводятся исследования новых многокомпонентных датчиков.

В соответствии с первым объектом настоящего изобретения предложен способ создания сейсмических данных. Сейсмический источник возбуждают на множестве мест источника. Для каждого места источника выполняют многокомпонентное сейсмическое измерение по меньшей мере на одном месте приемника. Способ восстановления применяют к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих местам источника, дополнительным к местам источника, на которых источник возбуждали.

Каждое из дополнительных мест может быть расположено между теми местами источника, на которых источник возбуждали.

Дополнительные данные, получаемые в результате применения способа восстановления, могут рассматриваться как представляющие собой волновое поле, или относящиеся к нему, или связанные с ним, или относящиеся к нему по меньшей мере на одном месте приемника, на котором многокомпонентное сейсмическое измерение выполняли. Например, в простом случае двух мест источника и единственного места приемника дополнительные данные, получаемые в результате применения способа восстановления, можно рассматривать как относящиеся к волновому полю на этом месте приемника, при этом образуются дополнительные данные для этого места приемника, как если бы сейсмический источник возбуждали на месте источника, дополнительном к двум местам источника, фактически использованным.

Места источника, на которых источник возбуждали, могут входить в состав регулярной сетки.

Сетка может быть одной из треугольной сетки, прямоугольной сетки и гексагональной сетки.

Для каждого места источника многокомпонентное сейсмическое измерение может быть выполнено на множестве мест приемника, а способ может содержать применение способа восстановления к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих местам приемника, дополнительным к местам приемника, на которых многокомпонентное измерение выполняли.

В соответствии со вторым объектом настоящего изобретения предложен способ создания сейсмических данных, содержащий этапы, на которых возбуждают сейсмический источник по меньшей мере на одном месте источника; для каждого места источника выполняют многокомпонентное сейсмическое измерение на множестве мест приемника; и применяют способ восстановления к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих местам приемника, дополнительным к местам приемника, на которых многокомпонентные измерения выполняли.

Каждое из дополнительных мест приемника может быть расположено между теми местами приемника, на которых многокомпонентные измерения выполняли.

Места приемника, на которых многокомпонентные измерения выполняли, могут входить в состав регулярной сетки.

В соответствии с третьим объектом настоящего изобретения предложен способ создания сейсмических данных, содержащий этапы, на которых возбуждают сейсмический источник на множестве мест источника; для каждого места источника выполняют многокомпонентное сейсмическое измерение на множестве мест приемника; и применяют способ восстановления к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих местам источников, дополнительным к местам источников, на которых источник возбуждали, и/или дополнительных данных, соответствующих местам приемника, дополнительным к местам приемника, на которых многокомпонентное измерение выполняли.

Дополнительные данные могут содержать данные, соответствующие по меньшей мере одной компоненте многокомпонентных измерений.

Дополнительные данные могут содержать данные о давлении.

Дополнительные данные могут содержать восходящую и/или нисходящую составляющую данных о давлении.

Дополнительные данные могут содержать данные, относящиеся к скорости частиц.

Дополнительные данные могут содержать данные, относящиеся к вертикальной компоненте скорости частиц.

Дополнительные данные могут содержать восходящую и/или нисходящую составляющую данных, относящихся к вертикальной компоненте скорости частиц.

Каждое многокомпонентное измерение может содержать данные о давлении.

Каждое многокомпонентное измерение может содержать данные, относящиеся к скорости частиц.

Данные, относящиеся к скорости частиц, могут содержать по меньшей мере данные из данных о скорости частиц, данных о смещении частиц и данных об ускорении частиц.

Каждое многокомпонентное измерение может содержать измерение давления и оценки производных давления по первому и второму различным направлениям.

Первое и второе направления могут быть направлениями прямоугольной системы координат.

Первое и второе направления могут быть первым и вторым горизонтальными направлениями.

- 2 030036

Первое и второе направления могут быть первым и вторым вертикальными направлениями.

Каждое многокомпонентное измерение может содержать измерение вертикальной компоненты скорости частиц и оценки производных вертикальной компоненты скорости частиц по третьему и четвертому различным горизонтальным направлениям.

Измерение вертикальной компоненты скорости частиц может быть получено на основании оценки производной давления по вертикальному направлению.

Третье и четвертое направления могут быть горизонтальными направлениями прямоугольной системы координат.

Эта или каждая производная вертикальной компоненты скорости частиц по горизонтальному направлению может быть получена на основании оценки производной горизонтальной компоненты скорости частиц по вертикальному направлению.

Производная вертикальной компоненты скорости частиц по третьему горизонтальному направлению может быть получена на основании оценки производной по вертикальному направлению компоненты скорости частиц в третьем горизонтальном направлении.

Производная вертикальной компоненты скорости частиц по четвертому горизонтальному направлению может быть получена на основании оценки производной по вертикальному направлению компоненты скорости частиц в четвертом горизонтальном направлении.

Производные вертикальной компоненты скорости частиц по третьему и четвертому различным горизонтальным направлениям могут быть получены при использовании данных от датчиков углового вращения на грунте морского дна (измеряющих вращение или скорость вращения вокруг двух горизонтальных направлений).

Производные вертикальной компоненты скорости частиц могут быть получены на основании измерений вращения или скорости вращения вокруг третьего и четвертого горизонтальных направлений.

Каждая из производных может быть производной первого, или второго, или третьего порядка.

Способ восстановления может содержать применение кшс в квадрате, кшс в кубе или кшс в четвертой степени интерполяции.

Каждая производная может быть образована на основании измерения разности, или смещения частиц, или скорости частиц, или ускорения частиц.

Это или каждое место приемника может быть фиксированным.

Это или каждое место приемника может содержать приемную станцию, расположенную на грунте морского дна или выше, и/или по меньшей мере в одном кабеле на грунте морского дна, и/или ориентированную вертикально в водной толще.

Это или каждое место приемника может содержать приемную станцию, развернутую в буровой скважине на суше или ниже грунта морского дна.

Многокомпонентное измерение может быть использовано для измерения поля деформаций.

Поле напряжений может быть получено на основании поля деформаций.

Поле напряжений может быть получено на основании поля деформаций с помощью закона Гука.

По меньшей мере одно место приемника может содержать приемную станцию, содержащую группу датчиков давления, таких как гидрофоны. Расстояние между соседними датчиками давления в группе может быть от 1 см до 10 м, например от 1 см до 1 м, или от 5 см до 1 м, или от 10 см до 10 м.

Многокомпонентный блок может быть выполнен с использованием многочисленных датчиков давления в ограниченном объеме, включающем в себя многочисленные датчики давления с интервалом от 1 см (или 10 см) до 10 м, например от 1 см до 1 м или от 5 см до 1 м, для регистрации индивидуальных сигналов датчиков или вывода по кабелю только выбранных компонент.

Каждая регистрирующая станция может быть заякорена на грунте морского дна и может состоять из нескольких многокомпонентных блоков. Блоки могут быть распределены по направлению снизу вверх в водной толще с помощью плавучих устройств и троса или более жестких структур.

Способ может дополнительно содержать измерение по меньшей мере одного несейсмического геофизического поля.

По меньшей мере одно несейсмическое геофизическое поле может представлять собой по меньшей мере одно из электромагнитного поля, гравитационного поля и магнитного поля.

В соответствии с четвертым объектом настоящего изобретения предложен способ обработки сейсмических данных, регистрируемых при возбуждении сейсмического источника на множестве мест источника и выполнении для каждого места источника многокомпонентного сейсмического измерения по меньшей мере на одном месте приемника, при этом способ содержит применение способа восстановления к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих местам источника, дополнительным к местам источника, на которых источник возбуждали.

В соответствии с пятым объектом настоящего изобретения предложен способ обработки сейсмических данных, регистрируемых при возбуждении сейсмического источника по меньшей мере на одном месте источника и выполнении для каждого места источника многокомпонентного сейсмического измерения на множестве мест приемника, при этом способ содержит применение способа восстановления к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих

- 3 030036

местам приемника, дополнительным к местам приемника, на которых многокомпонентное измерение выполняли.

В соответствии с шестым объектом настоящего изобретения предложен способ обработки сейсмических данных, регистрируемых при возбуждении сейсмического источника на множестве мест источника и выполнении для каждого места источника многокомпонентного сейсмического измерения на множестве мест приемника, при этом способ содержит применение способа восстановления к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих местам источника, дополнительным к местам источника, на которых источник возбуждали, и/или дополнительных данных, соответствующих местам приемника, дополнительным к местам приемника, на которых многокомпонентное измерение выполняли.

Этап применения способа восстановления может содержать применение восстанавливающего и/или интерполирующего фильтра.

В соответствии с седьмым объектом изобретения предложен способ регистрации сейсмических данных для обработки способом согласно четвертому объекту настоящего изобретения, содержащий возбуждение сейсмического источника на множестве мест источника и/или для каждого места источника выполнение многокомпонентного сейсмического измерения по меньшей мере на одном месте приемника.

В соответствии с восьмым объектом настоящего изобретения предложен способ регистрации сейсмических данных для обработки способом согласно пятому объекту настоящего изобретения, содержащий возбуждение сейсмического источника по меньшей мере на одном месте источника и/или для каждого места источника выполнение многокомпонентного измерения на множестве мест приемника.

В соответствии с девятым объектом настоящего изобретения предложен способ регистрации сейсмических данных для обработки способом согласно шестому объекту настоящего изобретения, содержащий возбуждение сейсмического источника на множестве мест источника и/или для каждого места источника выполнение многокомпонентного измерения на множестве мест приемника.

Сейсмические данные могут представлять собой морские сейсмические данные, а сейсмический источник может представлять собой морской сейсмический источник.

Возбуждение сейсмического источника на множестве мест источника может содержать возбуждение сейсмического источника на множестве мест источника по очереди.

В соответствии с десятым объектом настоящего изобретения предложена установка для выполнения способа согласно седьмому, восьмому или девятому объекту настоящего изобретения, содержащая по меньшей мере одну приемную станцию для выполнения многокомпонентного сейсмического измерения.

Эта или каждая приемная станция может содержать многочисленные гидрофоны для измерения давления и получения пространственных производных (градиентов) на основании него, и/или многочисленные геофоны для измерения скоростей частиц и получения производных (градиентов) скорости частиц или пространственных производных давления на основании них, и/или многочисленные акселерометры для измерения ускорений и получения производных (градиентов) ускорения частиц или пространственных производных давления на основании них, и/или датчики для измерения вращательных движений вокруг оси для получения пространственных производных любых физических полей, например компоненты скорости частиц.

По меньшей мере одна приемная станция может быть такой, какая описана выше.

По меньшей мере одна приемная станция может быть расположена на грунте морского дна или выше, и/или по меньшей мере в одном кабеле на грунте морского дна, и/или ориентирована вертикально в водной толще.

По меньшей мере одна приемная станция может быть развернута в буровой скважине на суше или ниже грунта морского дна.

По меньшей мере одна приемная станция может содержать группу датчиков давления, таких как гидрофоны, например, с интервалом между соседними датчиками давления в группе от 1 см (или 10 см) до 10 м, например от 1 см до 1 м или от 5 см до 1 м.

В соответствии с дальнейшим объектом настоящего изобретения предложен способ создания морских сейсмических данных, при этом способ содержит этапы, на которых

возбуждают морской сейсмический источник на множестве мест источника по очереди;

для каждого места источника выполняют многокомпонентное сейсмическое измерение по меньшей

мере на одном месте приемника; и

применяют восстанавливающий и/или интерполирующий фильтр к этому или каждому многокомпонентному измерению для получения данных о давлении и/или данных, относящихся к вертикальной компоненте скорости частиц, соответствующих местам источника, дополнительным к местам источника, на которых источник возбуждали.

Предпочтительно, чтобы данные, относящиеся к вертикальной компоненте скорости, содержали по меньшей мере данные из данных о вертикальной компоненте скорости, данных о вертикальной компоненте смещения частиц и данных о вертикальной компоненте ускорения.

- 4 030036

Предпочтительно, чтобы каждое из дополнительных мест было расположено между теми местами источника, на которых источник возбуждали.

Предпочтительно, чтобы места источника, на которых источник возбуждали, входили в состав регулярной сетки. Предпочтительно, чтобы сетка была одной из треугольной сетки, прямоугольной сетки и гексагональной сетки.

Предпочтительно, чтобы каждое многокомпонентное измерение содержало данные о давлении и данные, относящиеся к скорости частиц.

Предпочтительно, чтобы каждое многокомпонентное измерение содержало измерение давления и оценки производных давления по первому и второму различным горизонтальным направлениям. Предпочтительно, чтобы первое и второе направления были горизонтальными направлениями прямоугольной системы координат.

Предпочтительно, чтобы каждое многокомпонентное измерение содержало измерение вертикальной компоненты скорости частиц и оценки производных вертикальной компоненты скорости частиц по третьему и четвертому горизонтальным направлениям.

Предпочтительно, чтобы третье и четвертое направления были горизонтальными направлениями прямоугольной системы координат.

Предпочтительно, чтобы каждая из производных была производной первого, второго или третьего порядка, а интерполирующий фильтр был δίηο в квадрате, δίηο в кубе или δίηο в четвертой степени интерполирующим фильтром.

Предпочтительно, чтобы каждая производная была образована на основании измерения разности.

Предпочтительно, чтобы это или каждое место приемника было фиксированным.

Предпочтительно, чтобы это или каждое место приемника содержало приемную станцию, расположенную на грунте морского дна или выше, и/или по меньшей мере в одном кабеле на грунте морского дна, и/или ориентированную вертикально в водной толще.

Предпочтительно, чтобы это или каждое место приемника содержало приемную станцию, развернутую в буровой скважине на суше или ниже грунта морского дна. Многокомпонентное измерение может быть использовано для измерения поля деформаций. Поле напряжений может быть получено на основании поля деформаций. Поле напряжения может быть получено на основании поля деформаций с помощью закона Гука.

Предпочтительно, чтобы способ дополнительно содержал измерение по меньшей мере одного несейсмического геофизического поля. Предпочтительно, чтобы это по меньшей мере одно несейсмическое геофизическое поле представляло собой по меньшей мере одно из электромагнитного поля, гравитационного поля и магнитного поля.

В соответствии с дальнейшим объектом настоящего изобретения предложен способ обработки морских сейсмических данных, регистрируемых при возбуждении морского сейсмического источника на множестве мест источника по очереди и выполнении для каждого места источника многокомпонентного сейсмического измерения по меньшей мере на одном месте приемника, при этом способ содержит применение восстанавливающего и/или интерполирующего фильтра к этому или каждому многокомпонентному измерению для получения данных о давлении и/или данных, относящихся к вертикальной компоненте скорости частиц, соответствующих местам источника, дополнительным к местам источника, на которых источник возбуждали.

Предпочтительно, чтобы способ содержал возбуждение морского сейсмического источника на множестве мест источника по очереди и для каждого места источника выполнение многокомпонентного сейсмического измерения по меньшей мере на одном месте приемника.

В соответствии с дальнейшим объектом настоящего изобретения предложена установка для выполнения способа обработки морских сейсмических данных, регистрируемых при возбуждении морского сейсмического источника на множестве мест источника по очереди и выполнении для каждого места источника многокомпонентного сейсмического измерения по меньшей мере на одном месте приемника, при этом способ содержит применение восстанавливающего и/или интерполирующего фильтра к этому или каждому многокомпонентному измерению для получения данных о давлении и/или данных, относящихся к вертикальной компоненте скорости частиц, соответствующих местам источника, дополнительным к местам источника, на которых источник возбуждали. Установка содержит по меньшей мере одну приемную станцию для выполнения многокомпонентного сейсмического измерения.

Предпочтительно, чтобы эта или каждая приемная станция содержала многочисленные гидрофоны для измерения давления и получения пространственных производных (градиентов) на основании него, и/или многочисленные геофоны для измерения скоростей частиц и получения производных (градиентов) скорости частиц на основании них, и/или многочисленные акселерометры для измерения ускорений и получения производных (градиентов) ускорения частиц на основании них, и/или датчики для измерения вращательных движений вокруг оси для получения пространственных производных любых физических полей.

Кроме того, предложена программа управления установкой для выполнения способа, предложенного в этой заявке, или программа, которая при загрузке в установку побуждает установку стать установ- 5 030036

кой, предложенной в этой заявке. Программа может содержаться на несущей среде. Несущая среда может быть носителем данных. Несущая среда может быть передающей средой. Кроме того, предусматриваются как установка, программируемая такой программой, так и носитель данных, содержащий такую программу.

Краткое описание чертежей

На чертежах

фиг. 1(а) - иллюстрация пятнадцати гидрофонов (представленных точками) в группе; семь точек с диагональной штриховкой ориентированы по осям прямоугольной системы координат на местах (0, 0, 0), (±1, 0, 0), (0, ±1, 0) и (0, 0, ±1); четыре точки с горизонтальной штриховкой находятся на местах (±1, 0, ±1); четыре точки с вертикальной штриховкой находятся на местах (0, ±1, ±1); расстояние между гидрофонами вдоль осей равно 1;

фиг. 1(Ь) - иллюстрация тех же самых пятнадцати гидрофонов по фиг. 1(а), но более ясно показаны три слоя гидрофонов;

фиг. 2 - приведенные для сравнения результаты кшс- и кшс²-интерполяции простой синтетической вертикальной компоненты из данных о скорости частиц; (а) - эталонные данные (идеальный результат), (Ь) - данные после прореживания 2:1, (с) кшс-интерполяция, (ά) - кшс²-интерполяция; данные ΐ-χ показаны над их спектрами £-к;

фиг. 3 - схематичное представление способа, реализующего настоящее изобретение;

фиг. 4(а) и 4(Ь) - схематичные виды установки, используемой в осуществлении настоящего изобретения, в морской и неморской среде соответственно;

фиг. 5: (а) - две различные синусоиды, из которых берутся выборки, обозначенные белыми точками,

имеющими сплошные контурные линии; (Ь) и (с) - красный сигнал, полученный по выборкам в белых точках со сплошными контурными линиями; точки с диагональной штриховкой, вертикальной штриховкой и горизонтальной штриховкой представляют значения, восстановленные в соответствии с теоремами А.7, А.8 и А.9 о выборке, называемыми кшс-, кшс²- и кшс³-интерполяцией соответственно; и

фиг. 6 - иллюстрация процедуры восстановления данных, где (а) - данные, выбранные на местах, обозначенных белыми окружностями со сплошным контуром, (Ь) - данные, восстановленные на местах, обозначенных окружностями, имеющими внутреннее затенение и диагональную штриховку.

Подробное описание

Как упоминалось выше, для снижения затрат на трехмерные морские сейсмические исследования расстояние между приемниками часто делают более значительным, чем это необходимо. Вследствие этого на регистрируемое волновое поле накладываются зеркальные пространственные частоты. В частности, при исследованиях с буксируемыми косами проблема взятия выборок заключается в большом расстоянии между буксируемыми косами, обычно 50-100 м. При морских сейсмических исследованиях с донным кабелем или вертикальным кабелем, когда данные могут обрабатываться как сейсмограммы общего пункта приема, имеется большое разнесение взрывных интервалов, обычно выбираемое как 50x50 м или большее, которое приводит к неполной выборке. Неполная выборка волнового поля является причиной возникновения проблем при разделении регистрируемого трехмерного волнового поля на восходящую и нисходящую составляющие или подавлении волн-спутников, которое является одним из этапов предварительной обработки данных, применяемой до построения сейсмического изображения.

Предлагается концепция многокомпонентных (например, шестикомпонентных или 6-К) измерений волнового поля в водной толще в то время, когда судно с источником как при морских исследованиях с донным кабелем и вертикальным кабелем движется, осуществляя отстрел поверхностных зарядов на заданной сетке. По меньшей мере шесть компонент волнового поля, давление и вертикальная компонента скорости частиц и их горизонтальные производные первого порядка в направлениях х и у предлагаются для точного восстановления давления и вертикальной компоненты скорости частиц, выборка которых производилась с недостаточной пространственной частотой. При регистрации производных второго порядка количество компонент равно десяти. Это восстановление позволяет осуществлять этап разделения трехмерного волнового поля на восходящую и нисходящую составляющие или подавления волнспутников из сейсмограмм общего пункта приема в частотно-волночисловой области (Атипбкеп, 1993). Новые способы восстановления волновых полей, такие как способы, предложенные в этой заявке, представляют интерес, поскольку в настоящее время в отрасли сейсмического приборостроения находятся в процессе разработки многокомпонентные кабели или буксируемые косы (КоЬейкоп, 2006; §ш§Ь е1 а1., 2009). Кроме того, в отрасли активно выполняются исследования и испытания новых многокомпонентных датчиков (Н. Ьипф личное мнение). В данном случае термин "многокомпонентный" относится к объединению датчиков, которое включает в себя два или большее количество близко расположенных датчиков, таких как гидрофон, геофон, акселерометр, сейсмоприемник угловых колебаний, гидрофоны в конфигурации для измерения производной давления или гидрофоны в конфигурации для измерения вертикальной производной скорости частиц. Производная может быть производной первого порядка, производной второго порядка или производной более высокого порядка. Сейсмоприемники угловых колебаний предназначены для измерения компонент углового перемещения (угловой скорости) от вибраций,

- 6 030036

ориентированных по оси х, у или ζ.

Перед дальнейшим описанием и демонстрацией использования 6-компонентных и 10компонентных сейсмограмм общего пункта приема для восстановления давления и вертикальной компоненты скорости частиц внимание читателя еще раз будет направлено на представленный выше краткий обзор существующего уровня техники и возможные новые тенденции в морских сейсмических исследованиях. По поводу раскрытия КоЪеРязоп и соавторов (2006, 2008) следует заметить, что использование реальной многокомпонентной буксируемой косы делает возможным точное восстановление данных о давлении в поперечном направлении в случае интервала между косами, при котором на данные только о давлении неисправимо наложены зеркальные частоты. Поэтому основная задача, вытекающая из наличия буксируемой косы с гидрофонами/трехкомпонентными геофонами, заключается в выполнении восстановления поперечного поля давления путем интерполяции с использованием давления и его производной в поперечном направлении. Но без введения предположений использование такой буксируемой косы не позволяет осуществлять восстановление вертикальной компоненты скорости частиц в поперечном направлении, что является необходимым для выполнения задачи разделения трехмерного волнового поля на восходящую и нисходящую составляющие.

При выполнении морских исследований с донным кабелем или вертикальным кабелем для исключения излишних затрат на разведку шаг сетки взрывов редко выбирают меньше чем 50x50 м. Сетка взрывов 50x50 м означает, что любые данные о давлении и вертикальной компоненте скорости частиц, регистрируемые только на приемной станции, будут данными с неполной выборкой даже при средних частотах сигнала источника. Например, сейсмическая волна с учетом ее скорости в воде будет искажена наложением зеркальных частот при частоте выше 15 Гц.

Для достижения правильного разделения трехмерного волнового поля из сейсмических данных, выбранных с недостаточной пространственной частотой, на восходящую и нисходящую составляющие предлагается регистрировать шесть или большее количество компонент волнового поля в конфигурациях морских исследований с донным кабелем или вертикальным кабелем. Шестью компонентами являются давление и его горизонтальные производные первого порядка в направлениях х и у, а также вертикальная компонента скорости частиц и горизонтальные производные первого порядка этой компоненты в направлениях х и у. Дополнительные сейсмограммы производных второго порядка дадут десятикомпонентное измерение.

Существует много способов измерения х- и у-производных первого порядка волнового поля давления в водной толще. Один способ заключается в использовании горизонтально ориентированных геофонов, поскольку уравнение движения связывает измеряемые скорости (ν_χ, ν_γ) частиц с пространственными производными давления р. В частности, в частотной (ω) области для жидкости

δ_χρ=ίωρν_χ, δ_γρ=ίωρν_γ, (1)

где ρ является плотностью. Ускорения связаны со скоростями частиц как (а_х, α^=-ίω(ν_χ, ν_γ). Другой

вариант заключается в создании группы гидрофонов с известными расстояниями между гидрофонами, так что пространственные производные давления могут быть получены дифференцированием поля давления.

Точно так же существуют несколько способов измерения х- и у-производных первого порядка вертикальной компоненты ν_ζ скорости частиц в водной толще. Один способ заключается в использовании сейсмоприемников угловых колебаний, предназначенных для измерений компонент углового перемещения (угловой скорости) от сейсмических вибраций, ориентированных по оси ζ. Другая возможность заключается в создании группы вертикально ориентированных геофонов с известными расстояниями между геофонами, так что пространственные производные скорости частиц могут быть получены дифференцированием поля скоростей.

При обработке данных морских исследований с донным кабелем и вертикальным кабелем предпочтительно использовать принцип акустической взаимности (1ке11е апй Ашипйзеп, 2005). Для данных с гидрофонов принципом взаимности устанавливается, что монопольный точечный источник объема возбуждения и приемник могут быть взаимозаменяемыми без влияния на регистрируемый сигнал. Этот принцип также является справедливым для производных акустических данных. Поэтому многокомпонентную сейсмограмму общего пункта приема можно рассматривать как многокомпонентную сейсмограмму общего пункта взрыва, к которой применяется восстановление трехмерных данных, разделение волнового поля на восходящую и нисходящую составляющие, разделение волнового уравнения и волновая миграция профиля взрыва для получения частичного изображения подземной геологии. В таком случае сумма всех частичных изображений, по одному от каждого приемника при морских исследованиях с донным кабелем, дает полное сейсмическое изображение.

Приемная система согласно другому примеру, которая может обеспечивать шесть или десять компонент волнового поля, предлагаемая для восстановления волнового поля и точного разделения волнового поля на восходящую и нисходящую составляющие, представляет собой пятнадцать сгруппированных гидрофонов, показанных на фиг. 1(а), где три группы расположены в шахматном порядке в вертикальном направлении на глубинах ζ и ζ±Δζ, на местах (х, у), (χ±Δχ, у) и (х, у±Ау) по горизонтали. Группа из деся- 7 030036

ти гидрофонов может состоять из двух слоев гидрофонов на глубинах ζ и ζ+Δζ, при этом каждый слой может иметь пять гидрофонов на местах (X, у), (χ±Δχ, у) и (X, у±Δу) по горизонтали. Группа из пятнадцати гидрофонов является аналогичной, но имеет дополнительный слой из пяти гидрофонов на глубине ζΔζ и по сравнению с группой из десяти гидрофонов обладает избыточностью и обеспечивает повышенное отношение сигнала к шуму, поскольку вертикальные производные давления могут быть вычислены тремя способами на основании измерений гидрофонами. Группа из пяти гидрофонов может иметь единственный слой гидрофонов на глубине ζ, при этом гидрофоны могут находиться на местах (х, у), (χ±Δχ, у) и (х, у±Δу) по горизонтали; такой группой можно измерять только поле давления и его горизонтальные производные. На фиг. 1(Ь) более ясно показаны эти три слоя, составляющие группы из пяти, десяти и пятнадцати гидрофонов.

Таким образом, волновое поле давления может быть зарегистрировано в 10 или 15 соседних точках в пространстве, что позволяет все десять искомых компонент поля получать с помощью простых операций дифференцирования поля. Такую систему можно создавать и устанавливать в приемную станцию, развертываемую на морском дне или в вертикальной кабельной системе.

Далее, волновое поле давления регистрируют в пятнадцати близко расположенных точках в пространстве, что позволяет все шесть искомых компонент поля получать с помощью простых операций дифференцирования поля. Такую систему можно создавать и устанавливать в приемную станцию, развертываемую на морском дне.

Такая расстановка гидрофонов позволяет не только оценивать пространственные производные первого порядка, но также позволяет вычислять пространственные производные второго порядка. Техника численного дифференцирования хорошо известна в области математики и описана в обычных математических справочниках (например, АЬгато\уЩ апб 5>1сдип. 1972).

Следует также принять во внимание, что 5_χν_ζ=5_ζν_χ и 5^_ζ=5_ζν^ вследствие чего 5_χν_ζ и 3_γν_ζ можно находить измерением 5_ζν_χ и 3_ζν_γ соответственно, что на практике может быть легче.

Теперь будет описан числовой пример.

Образуем простую синтетическую сейсмограмму общего пункта взрыва для давления и его горизонтальных производных (р, д_хр, д_ур) и вертикальной компоненты скорости частиц и ее горизонтальных производных (ν_ζ, 5_χν_ζ, 3_γν_ζ), чтобы показать значимость многокомпонентных (например, 6компонентных) сейсмограмм для восстановления данных о давлении и вертикальной компоненты скорости частиц между местами регистрации. Любой способ интерполяции, которым достигается положительный результат, можно применять относительно измерений поля и производной поля. В приложении А изложен, рассмотрен и снабжен примерами один класс таких способов восстановления, основанных на расширенной теореме о выборке. В случае, когда измеряют только поле, теорема о выборке сводится к хорошо известной 4 пс-интерполяции. Когда поле и его первые производные измеряют и используют в расширенной теореме о выборке, способ называется 8шс²-интерполяцией. В случае, когда поле и его первые и вторые производные измеряют и используют, способ называется 8шс³-интерполяцией.

Рассмотрим однородное полупространство воды ниже свободной поверхности. Точечный источник расположен на месте (х^, у₈, ζ₈)=(0, 0, 300) м. Сейсмический импульс источника имеет частоты до 30 Гц. Приемники расположены на протяжении горизонтальной плоскости на глубине /,= 100 м. Диапазон удалений составляет ±3 км в обоих горизонтальных направлениях. В числовом примере выберем расстояние Δx=Δу=50 м между приемниками, но, как рассмотрено в приложении В и показано на фиг. 6, каждая вторая линия смещена на Δχ/2. Данные в плоскости приемников состоят просто из восходящей волны от источника и нисходящей волны, отражаемой на свободной поверхности.

В этом числовом примере показывается преимущество 8шс²-интерполяции. Для этого образуется шестикомпонентная сейсмограмма данных, которая состоит из давления и его горизонтальных производных (р, д_хр, д_ур) и вертикальной компоненты скорости частиц и ее горизонтальных производных (ν_ζ, 5_χν_ζ, ^ν). Сейсмический импульс источника имеет доминирующую частоту 14 Гц. Его амплитудный спектр постепенно сходит к нулю выше 30 Гц.

На фиг. 2 показаны результаты двух тестов по интерполяции и восстановлению р. Результаты для ν_ζздесь не показаны, но являются аналогичными. На верхних и нижних частях показаны выбранные двумерные сейсмограммы в областях время-удаление (ΐ-χ) и частота-волновое число (Г-к), соответственно. Сейсмограмма ΐ-χ является сейсмограммой для у=у,. На фиг. 2(а) показаны полученные моделированием эталонные данные, выборка которых производилась через 25 м, которые представляют идеальный результат любого способа восстановления. Затем эти данные были прорежены пространственно в соответствии с множителем 2, так что интервал выборок стал 50 м (см. фиг. 2(Ь)). В области Г-к ясно виден аляйсинг.

При выполнении последующих тестов эти данные интерполировали.

Во-первых, применялась традиционная кшс-интерполяция с использованием входных р-данных для восстановления р-данных и ν,,-данных для восстановления ν,,-данных. При кшс-интерполяции данных с аляйсингом не пытались фильтровать зеркальные частоты до интерполяции. Поэтому, когда при регистрации однокомпонентных данных имелся аляйсинг, невозможно было идентифицировать точные волно- 8 030036

вые сигналы на основании регистрируемых выборок без введения предположения. Вследствие этого неудивительно, что компоненты волн с аляйсингом интерполировались некорректно, как это видно на фиг. 2(с), где данные ограничены по полосе в диапазоне пространственных частот выборок.

Во-вторых, применялась 8шс²-интерполяция, ограниченная по полосе до удвоенной пространственной частоты Найквиста, представленная в приложении А. Входные данные (р, д_хр, д_ур) использовали для восстановления р, и входные данные (ν_ζ, 5_χν_ζ, З_уу₂) использовали для восстановления компоненты ν_ζ (не показанной). На фиг. 2(6) показано, что данные являются хорошо восстановленными. Информация о производных данных объективно имеет удвоенную пространственную частоту Найквиста, так что данные не содержат зеркальных частот.

В заключение покажем, что имеется возможность снижения аляйсинга в сейсмограммах горизонтальных производных давления и вертикальной компоненты скорости частиц при морских исследованиях с донным кабелем или вертикальным кабелем по меньшей мере в два и три раза по сравнению с сейсмограммой данных только о давлении и вертикальной компоненте скорости частиц. На примере простого массива синтетических данных обнаружена потенциальная возможность применения этих новых измерений для восстановления данных на заданных местах в промежутках исходной сетки взрывов.

Любой способ интерполяции, в котором используются выборочные значения поля и горизонтальные производные поля, можно применять при восстановлении данных. В данном случае расширенная теорема о выборке была использована в виде кшс²- и 8шс³-интерполяции. По сравнению с обычной кшсинтерполяцией при кшс²- и 8шс³-интерполяции соответственно удваивается или утраивается эффективное волновое число Найквиста. Входными данными для 8шс²-интерполяции являются поле и горизонтальные производные первого порядка. В дополнение к этому во входных данных 8шс³-интерполяции имеются горизонтальные производные второго порядка.

Чтобы применить 81ис²-интерполяцию, до разделения волнового поля, полученного при трехмерных морских исследованиях с донным кабелем или вертикальным кабелем, на восходящую и нисходящую составляющие, разделения переменных волнового уравнения и волновой миграции регистрируют шесть компонент волнового поля. Точно так же для 8шс³-интерполяции регистрируют десять компонент волнового поля.

Способ согласно осуществлению настоящего изобретения схематично показан на блок-схеме последовательности действий из фиг. 3. Способ с использованием настоящего изобретения сначала будет описан с обращением к фиг. 4(а), из которой видно, что способ выполнялся в морской среде для получения морских сейсмических данных. Однако способ равным образом применим к неморской среде, и применение в неморской среде далее будет кратко рассмотрено с обращением к фиг. 4(Ь). На фиг. 4(а) и

4 (Ь) показаны поверхность 1 моря, дно 2 моря, подземная структура 3, сейсмический источник 4, по меньшей мере один приемник 5 и земная поверхность 6. В рамках фиг. 4(а) сейсмический источник 4 представляет собой морской сейсмический источник. Заметим, что компоновки на фиг. 4(а) и 4(Ь) предполагаются схематичными, а не буквальными.

Осуществление настоящего изобретения в рамках показанного на фиг. 4(а) относится к способу создания морских сейсмических данных. Как рассматривалось ранее, имеются различные способы расположения по меньшей мере одного приемника 5, а также различные способы расположения морского сейсмического источника 4 и перемещения его между заданными местами источника. Например, по меньшей мере один приемник 5 может быть расположен в буксируемой косе, прикреплен ко дну 2 моря или расположен с удалением от дна 2 моря и т.д. Точно так же может быть единственный источник 4, перемещаемый на различные места источника, или множество источников 4 на различных соответствующих местах источника, которые могут быть неподвижными, или их комбинация. В рамках осуществления настоящего изобретения эти подробности не являются важными.

Способ начинают на этапе 81. Как показано на фиг. 4(а), морской сейсмический источник 4 возбуждают в морской среде на множестве мест источника по очереди. Это показано этапом 82 на фиг. 3, при этом на этапе 84 осуществляют проверку, имеются ли какие-либо дополнительные места источника; если дополнительные места источника имеются, в способе осуществляют возврат к этапу 82, а при отсутствии их в способе переходят к этапу 85. Сейсмические волны от источника 4 отражаются на подземной структуре как восходящие волны по меньшей мере к одному приемнику 5. Для каждого места источника выполняют многокомпонентное сейсмическое измерение по меньшей мере одним приемником 5 по меньшей мере на одном соответствующем месте приемника (этап 83 по фиг. 3). На этапе 85 способ восстановления (или интерполяции) или фильтр применяют к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих местам источника, дополнительным к местам источника, на которых источник возбуждали. На этапе 86 дополнительные данные выводят и/или используют. Способ завершают на этапе 87.

В неморской среде, такой как среда, показанная на фиг. 4(Ь), способ является полностью эквивалентным, даже если места сейсмического источника 4 и по меньшей мере одного приемника 5 являются иными. В примере, показанном на фиг. 4(Ь), сейсмический источник 4 и по меньшей мере один приемник

5 расположены на или вблизи земной поверхности 6. И в этом случае существуют различные способы

- 9 030036

расположения по меньшей мере одного приемника 5, а также различные способы расположения сейсмического источника 4 и перемещения его между заданными местами источника. Может быть единственный источник 4, перемещаемый на различные места источника, или множество источников 4 на различных соответствующих местах источника, которые могут быть фиксированными, или их комбинация. По меньшей мере один приемник 5 и/или сейсмический источник 4 может быть расположен по меньшей мере в одной соответствующей буровой скважине, а не расположен на или вблизи земной поверхности 6. В рамках осуществления настоящего изобретения эти подробности не являются важными.

Различные дополнительные особенности осуществления настоящего изобретения, а также дополнительные аспекты настоящего изобретения изложены в разделе "Краткое изложение изобретения", приведенном выше.

Специалисту в данной области техники должно быть понятно, что различные модификации описанных выше осуществлений могут быть сделаны без отступления от объема настоящего изобретения.

В частности, должно быть понятно, что вместо множества мест источника и по меньшей мере одного места приемника (или в дополнение к ним) при восстановлении/интерполяции дополнительных данных, соответствующих дополнительным местам источника, также можно иметь по меньшей мере одно место источника и множество мест приемника при восстановлении/интерполяции дополнительных данных, соответствующих дополнительным местам приемника. Восстановление или интерполяция на основании мест приемника достигается способом, полностью аналогичным способу восстановления или интерполяции на основании мест источника, описанному в этой заявке, и специалист в данной области техники должен быть способен легко применять способ на практике на основании раскрытия в этой заявке. Такой способ создания сейсмических данных содержит следующие этапы: возбуждение сейсмического источника по меньшей мере на одном месте источника; для каждого места источника выполнение многокомпонентного сейсмического измерения на множестве мест приемника; и применение способа восстановления к каждому многокомпонентному измерению для получения дополнительных данных, соответствующих местам приемника, дополнительным к местам приемника, на которых выполнялось многокомпонентное измерение (схематичная блок-схема последовательности действий из фиг. 3 применима к этому способу, хотя этап 83 должен быть этапом выполнения многокомпонентного сейсмического измерения на множестве мест приемника). Например, при одном взрыве и нескольких приемниках данные, регистрируемые на приемниках, могут быть использованы для интерполяции между ними. Восстановление таким способом данных между многокомпонентными приемниками, в частности восстановление данных между неподвижными многокомпонентными приемниками на грунте морского дна или вблизи него или между приемниками в вертикальных кабелях, не предусматривается известными способами.

Настоящая заявка основана на патентных документах СВ 1005574.7 и И8 61/321670, и в случае необходимости читатель также может обратиться к этим более ранним заявкам; все содержание этих более ранних заявок включено в эту заявку путем ссылки для обеспечения этой заявки точными исходными положениями для разрешения любых возможных противоречий в настоящей заявке (например, в преобразованных математических выражениях и уравнениях) и/или для извлечения пользы из цветовой информации, включенной в файлы этих более ранних заявок.

Кроме того, настоящую заявку следует читать совместно со статьей Лтипйкеп е! а1. (2010), все содержание которой включено в эту заявку путем ссылки. В статье Лтипйкеп е! а1. (2010) раскрыт основополагающий способ, аналогичный раскрытому в этой заявке, но содержится некоторый дополнительный анализ, имеющий отношение к настоящей заявке, например, уравнения (12) и (13) и связанное с ними описание и список литературы к нему. Кроме того, хотя фиг. 2 в статье Лтипйкеп е! а1. (2010) соответствует фиг. 2 из настоящей заявки, в статье Лтипйкеи е! а1. (2010) также содержатся дополнительные примеры и анализ на фиг. 3-6 и связанное с ними описание, в том числе дополнительный раздел под названием "5ше³-интерполяция" сразу же после раздела "Заключение", в котором упоминается фиг. 6 из статьи Лтипйкеп е! а1. (2010).

- 10 030036

Список литературы

АЬгатомБ, М. апб I. А. 51едип, 1972, Напс1Ьоок οί таШетайса! Шпсйопз: ϋονβΓ РиЫ.

Атипбзеп, к, 1983, №а7епитЬег-Ьазеб йИеппд οί таппе ροΐηί зоигсе ба1а,

СеорИузюз, 58,1335-1348.

Атипбзеп, Ь., 2001, ЕНт1пайоп οί 1гее-зибасе ге1а1еб ти1йр1ез ν/ίΐίιουί пееб οί Ше зоигсе ννθνβίβί: ОеорИузюз, 66, 327-341, по. 1, VI -\/9.

Атипс1зеп, Ь., \Л/ез1ег0аИ1, Н., ТКотрзоп, М., Наидеп, б. А., Векап, А., 1_апс1г0, М. апб 11гз1П, В., 2010, МиШсотропеШ осеап ЬоИот апс1 уегйса! саЫе зе1зт1с асяи151йоп 1ог \л/ауейе1б гесопзкисйоп, ОеорЬузюз, νοΙ. 75, Νο. 6, ΝονβσιόβΓ ОесетЬег 2010.

Вагбап, V., 1997, А Ьехадопа! затрНпд дпб 1ог 3ϋ гесогЫпд апс! ргосеззШд οί 3ϋ δβΐδΐΌίο ба1а: <ЗеорЬуз|'са1 Ргозресйпд, 45, по. 5, 819-830, 6οϊ: 10.1046/).13652478.1997.600300.x.

ΒθΓηί, А. б., 1984, Маппе δθίδηιίο зуз1ет: 11.5. Ра1еп14 437 175.

СаИзоп, ϋ., А. 1_опд, \Ν. ЗПпег, Н. ТаЬй, В. ТепдЬатп, апб Ν. Ьипбе, 2007,

Шсгеазеб гезоШйоп апб репекайоп кот а Ююеб биа!-зепзог зкеатег: Ркз1 Вгеак,

25,71-77.

1кеНе, Ι_. Т. апб 1_. Атипбзеп, 2005,1п1гобисЙоп 1о ре1го1еит зе1зто1оду: 5ос1е1у οί Ехр1огайоп Сеорйузюз.

□пбеп, ϋ. А., 1959, А б1зсиззюп οί затрНпд Шеогетз: Ргосееб1пдз οί 1Ье 1пзй1и1е οί Пабю Епд1пеегз, 47, 1219-1226.

Рои1апказ, Α. ϋ., 1996, ТЬе 1гапз1огтз апб аррНсайопз Ьапб- Ьоок: СВС Ргезз.

ВоЬебззоп, б. О. А., 2006, 1п1егро1айоп апб ех1гаро1айоп теШоб ίοΓ зе1зтю гесогбШдз: О.В. Ра1еп12,414,299.

ВоЬебззоп, б. О. А., I. Мооге, М. УаззаНо, А. К. Огбетк, ϋ. б. уап Мапеп, апб А.

ОгЬек, 2008, Оп Ше изе οί ти1йсотропеп1 зкеатег гесогбШдз ίοτ гесопзкисйоп οί ргеззиге ννθνείϊβΜδ ϊη Ше сгоззНпе бкесйоп, ОеорЬузгсз, 73, по. 5, А45-А49.

ВиеЫе, №. Н., 1984, Ргеззиге апб νβίοοίψ бе1ес1огз 1ог зе1зтю ехр1огайоп: 11.5.

Ра1еп14 486 865.

5ИепИ, В. Е., апб 1_. Р. Ое1баб, 1995, Ехр1огайоп зе1зто!оду: СатЬпбде иЫуегзйу Ргезз.

5ШдЬ, В., б. О. А. ВоЬебззоп апб О. Кпзйапзеп, 2009, 5е1зтю зкеатег зуз1ет апб теШоб: С.В. Ра1еп12,425,596.

Приложение А. Расширенная теорема о выборке.

В этом разделе показывается, что расширенная теорема о выборке (Рои1апеа§, 1996) дает одну возможную основу для восстановления данных.

1

/<у =—

Пусть Δ обозначает выборочный интервал и 2Δ является волновым числом Найквиста. Пусть р(х) будет непрерывной функцией с конечным преобразованием Р(к) Фурье, Р(к)=0 при |к|>2пк_п. Введем точки

т=0, ±1, +2,... (А.1)

и зададим

Ε=(Α+1)Δ, А=0, 1, 2,... (А.2)

Расширенная теорема о выборке (Рои1апка§, 1996) показывает, каким образом функция может быть

восстановлена на основании ее самой и ее производных р^(К) вплоть до порядка К в точках шй=(К+1)х_т по формуле

- 11 030036

где

и в частности

В случае взятия выборок только функции в уравнении А.4 используют К=0. В таком случае й=А, и получаем теорему о выборке Шеннона

Ах-Ш (А.7)

Δ

Этот результат также известен как зтс-интерполяция.

Когда имеются функция и ее производная первого порядка, в уравнении А.4 используют К=1. В таком случае И 2Δ, §⁽¹⁾=р⁽¹⁾, и получаем теорему о многоканальной выборке (Ьтбеп, 1959; КоЪеЧъзоп е! а1.,

2008)

р(х) - Σ [р(2х_т) + (х - 2х_т)р^ш(2х_ш)] х з!пс²

— (х - 2х_т) 2Δ ^т

(А. 8)

С учетом уравнения А. 8 необходимо отметить, что когда функция и ее производная являются выборочными, можно восстанавливать функции с удвоенным количеством выборок по сравнению с восстановлением, когда доступна только функция. Подмечено, что зтс-функция в теореме о многоканальной выборке является квадратичной. Поэтому для краткости этот результат называется 5тс²-интерполяцией.

В случае, когда функция и ее производные первого и второго порядков являются выборочными, в уравнении А.4 используют К=2.

_а _ ( яХ

В таком случае й=3А. Кроме того, Г₃ ⁽²⁾=1, §⁽²⁾=ар+р⁽²⁾, где <^ЗА> . В таком случае функцию можно восстанавливать по формуле

С учетом уравнения А.9 необходимо отметить, что когда функция и ее производные первого и второго порядков известны, можно восстанавливать функции с утроенным количеством выборок по сравнению с восстановлением, когда доступна только функция. В данном случае этот результат называется 5тс³-интерполяцией.

Приложение А.1. Восстановление синусоиды.

Аляйсинг представляет собой эффект, который является причиной того, что после взятия выборок различные непрерывные сигналы становятся неразличимыми (или накладываются друг на друга). Когда это происходит, исходный сигнал нельзя однозначно восстановить из выборочного сигнала.

Для иллюстрации восстановления сигналов путем использования теорем А.7, А.8 или А.9 о выборке используются функции синусоид. Реальные сигналы часто моделируют суммой многочисленных синусоид с различными частотами и амплитудами (с использованием преобразования Фурье). Понимание влияния аляйсинга на индивидуальные частоты является полезным при прогнозировании происходящего с их суммой. В этом разделе рассматриваются синусоиды, выборка которых осуществляется в моменты 1=шА времени, где т имеет целочисленные значения, и выборочный интервал составляет Δ=1 с. Частота выборок равна £₈=1/Δ=1 Гц.

На фиг. 5(а) показан график набора выборок (белых точек со сплошным черным контуром) и двух различных синусоид, от которых можно получать выборки. Две синусоиды (или сигналы) обозначены и названы в этой заявке "красной" и "черной" (их фактический цвет не имеет значения и/или не является актуальным). Семь с половиной периодов красной синусоиды и два с половиной периода черной синусоиды охватывают интервал 10 с. Соответствующие частоты синусоид составляют £ _{красной}=0,75 Гц и £ _черной=0,25 Гц. В частности, непрерывные сигналы представляют собой

/красный^-СОЗ ( 2/Г^красной С ) (А. 10) ,

/черный^-СОЗ ( 2/Ррерной С ) (А.11)

- 12 030036

Обычно при выборке с частотой £₈ синусоиды частотой £ получающиеся выборки неотличимы от выборок другой синусоиды частотой £ _изображ_ения(п)=|£-п£₈| при любом целом числе п. В большей части способов восстановления создается минимум этих частот.

Достаточное условие восстановления сигнала без аляйсинга заключается в соблюдении £_ν=£./2>£, где £_ν обычно называют частотой Найквиста системы, которая осуществляет выборки с частотой Г,. Иначе говоря, пока частота сигнала ниже частоты Найквиста, £<£, аляйсинг не возникает. Но как определено в этом приложении, если производные сигнала измеряют наряду с сигналом, ситуация изменяется. В случае, когда берут выборки сигнала и его первой производной, аляйсинг исключается при £<£₈=2£_Ν. Кроме того, когда берут выборки сигнала и его первой и второй производных, аляйсинг не возникает при условии £<3/2£₈=3£_ν.

Предположим, что у_красны_й представляет собой исходный красный сигнал с частотой £=0,75 Гц, и что белые точки со сплошным черным контуром представляют собой цифровые выборки, взятые для записи. Заметим, что £_Ν<£<2£_Ν. Задача заключается в использовании теорем А.7, А.8 или А.9 о выборке для восстановления сигнала на местах ^ь 0”⁺ ' взятия выборок. Очевидно, что в случае, когда берут выборки только сигнала, сигнал у_красны_й выбирается с недостаточной частотой, и 8шс-интерполяцией восстанавливаются выборки, обозначенные на фиг. 5(Ь) точками, имеющими диагональную штриховку. Ясно, что ложный сигнал у_черны_й с частотой изображения, £ _{изображения}(1)=|0,75-1|Гц=0,25Гц=£ _{черного}, получается при 8шс-интерполяции. Поскольку имеется аляйсинг, невозможно идентифицировать правильный сигнал в выборках только сигнала.

Поэтому предположим, что первая и вторая производные исходного красного сигнала взяты совместно с сигналом на местах белых точек со сплошным черным контуром. Применением ,шс²- и ,шс³интерполяции восстанавливаются выборки, помеченные вертикальной и горизонтальной штриховкой соответственно, где видно, что точки (,шс³) с горизонтальной штриховкой находятся поверх точек (δίηο²) с вертикальной штриховкой. В этом случае украсный вместе с производными выбран с достаточной частотой, и δίηο²- и 8ше³-интерполяциями восстанавливаются правильные выборки. Даже если красный и черный сигналы имеют одинаковые амплитуды на местах выборок, их производные на местах выборок являются различными. В этом случае только красный сигнал имеет производные, которые соответствуют выборочным производным сигнала. Этим примером иллюстрируется интуитивным образом, почему δίηο²и δίηο³ интерполируют за пределы частоты Найквиста. Красный сигнал, показанный на фиг. 5(с), имеет частоту £=1,25 Гц, так что 2£Ν<£<3£_Ν. И в этом случае 8шс-интерполяцией восстанавливаются выборки, обозначенные точками, имеющими диагональную штриховку, соответствующие черному сигналу с частотой изображения, £ _{изображения}(1)=|1,25-1|Гц=0,25Гц. Поскольку частота красного сигнала выше 2£_Ν, то 8шс²-интерполяцией, при которой используются сигнал и его первая производная в точках взятия выборок, нельзя восстановить сигнал (см. точки с вертикальной штриховкой). Заметим, что 8шс²интерполяция усиливает применительно к исходному красному сигналу значения восстановленных амплитуд сигнала, искаженные вследствие недостаточной частоты выборок, обозначенные точками, имеющими вертикальную штриховку. Однако 8шс³-интерполяцией, при которой используются сигнал и его первая и вторая производные в точках взятия выборок, сигнал восстанавливается надлежащим образом на местах, обозначенных точками, имеющими горизонтальную штриховку. Этим примером иллюстрируется простым образом, почему ,шс³ интерполирует за пределы удвоенной частоты Найквиста.

Приложение В. Восстановление данных на основании отстрела при расположении источников взрыва эшелоном.

При профилировании с морскими донными кабелями или отстреле вдоль линий приема судно с источниками обычно буксирует две группы воздушных пушек, при этом две группы возбуждаются поочередно. Предположим, что линии следования в направлении х разделены в поперечном направлении расстоянием 2Δ. Линии источников, для которых взрывной интервал составляет Δ, имеют удаление Δ/2 в поперечном направлении от линии следования. Вследствие поочередного возбуждения места взрывов каждой второй линии источников смещены на расстояние Δ/2. Геометрия точек взрывов показана на фиг. 6(а), на которой изображенные сплошной линий белые окружности обозначают места взрывов.

Задача заключается в использовании выборочных данных от этих мест взрывов для формирования данных на заданной сетке взрывов, которая является регулярной с взрывным интервалом Δ/2. Для этого восстановление данных сначала выполняют вдоль линий х, чтобы данные восстанавливались на местах, показанных на фиг. 6(Ь) окружностями, имеющими затененное внутреннее пространство. Затем восстановление данных выполняют вдоль диагональных линий, показанных на фиг. 6(а), перпендикулярных друг другу, при этом взрывной интервал составляет 75Δ/2. Далее данные восстанавливают на местах, обозначенных на фиг. 6(Ь) образованными точками окружностями. При рассмотрении восстановленных мест взрывов вдоль линий х видно, что эти места смещены на Δ/4 относительно мест взрывов на заданной сетке. Эти смещенные места взрывов можно без потери точности сдвигать с помощью интерполяции на расстояние Δ/4 в направлении х для согласования с местами взрывов на заданной сетке, обозначенными окружностями, имеющими диагональную штриховку. Места нахождения образованных сплошными

- 13 030036

линиями белых, с затененным внутренним пространством и диагонально заштрихованных окружностей представляют собой места восстановленных данных, которые пространственно не искажены наложением зеркальных частот, могут быть преобразованы в частотно-волночисловую область для разделения волнового поля на восходящую и нисходящие составляющие.

Эта процедура аналогична случаю, когда задача заключается в формировании данных на заданной сетке взрывов, которая является регулярной с взрывным интервалом Δ/4, и т.д.

В случае, когда линии следования разнесены на расстояние +Δ/2«0,87Δ в поперечном направлении, выборка взрывов из фиг. 6(а) известна как гексагональная выборка (Вагбаи, 1997).

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Способ сейсмического исследования, содержащий этапы, на которых

возбуждают сейсмический источник на множестве фактических местоположений источника; для каждого фактического местоположения источника выполняют многокомпонентное сейсмическое измерение по меньшей мере на одном фактическом местоположении приемника для получения данных давления и скорости частиц волнового поля в этом местоположении приемника и данных градиента давления и скорости частиц волнового поля в этом или ближайшем местоположении приемника, и

применяют метод восстановления к каждому многокомпонентному измерению для получения интерполированных дополнительных данных давления и скорости частиц волнового поля, соответствующих интерполированным местоположениям источника, дополнительным к фактическим местоположениям источника и отличным от фактических местоположений источника, на которых источник возбуждали, причем метод восстановления содержит данные градиента давления и скорости частиц волнового поля в указанных фактических местоположениях, соответствующих или полученных из данных давления и скорости частиц волнового поля в этом или каждом из местоположений приемника;

и комбинируют многокомпонентные сейсмические измерения с дополнительными данными давления и скорости частиц волнового поля для получения набора данных измерений с более плотной пространственной выборкой.
2. Способ по п.1, в котором каждое из дополнительных мест источника располагают между теми фактическими местоположениями источника, на которых источник возбуждали.
3. Способ по п.1, в котором фактические местоположения источника, на которых источник возбуждали, входят в состав регулярной сетки.
4. Способ по п.3, в котором сетка представляет собой одну из треугольной сетки, прямоугольной сетки и гексагональной сетки.
5. Способ по п.1, в котором каждое из дополнительных местоположений приемника располагают между теми местоположениями приемника, на которых многокомпонентное измерение выполняли.
6. Способ по п.1, в котором местоположения приемника, на которых многокомпонентные измерения выполняли, входят в состав регулярной сетки.
7. Способ по п.6, в котором сетка представляет собой одну из треугольной сетки, прямоугольной сетки и гексагональной сетки.
8. Способ по п.1, в котором дополнительные данные давления и скорости частиц волнового поля содержат данные, соответствующие по меньшей мере одному значению многокомпонентных измерений.
9. Способ по п.1, в котором дополнительные данные содержат восходящую и/или нисходящую составляющую данных о давлении.
10. Способ по п.1, в котором дополнительные данные давления и скорости частиц волнового поля содержат данные, относящиеся к вертикальной компоненте скорости частиц.
11. Способ по п.10, в котором дополнительные данные давления и скорости частиц волнового поля содержат восходящую и/или нисходящую составляющую данных, относящихся к вертикальной компоненте скорости частиц.
12. Способ по п.1, в котором каждое многокомпонентное измерение содержит данные о давлении.
13. Способ по п.1, в котором каждое многокомпонентное измерение содержит данные, относящиеся к скорости частиц.
14. Способ по п.1 или 13, в котором данные, относящиеся к скорости частиц, содержат, по меньшей мере, данные, выбранные из данных о скорости частиц, данных о смещении частиц и данных об ускорении частиц.
15. Способ по п.1, в котором каждое многокомпонентное измерение содержит измерение давления и производных давления по первому и второму направлениям.
16. Способ по п.15, в котором первое и второе направления представляют собой направления прямоугольной системы координат.
17. Способ по п.15, в котором первое и второе направления представляют собой первое и второе горизонтальные направления.
18. Способ по п.15, в котором первое и второе направления представляют собой первое и второе вертикальные направления.

- 14 030036
19. Способ по п.1, в котором каждое многокомпонентное измерение содержит измерение вертикальной компоненты скорости частиц и производных вертикальной компоненты скорости частиц по третьему и четвертому горизонтальным направлениям.
20. Способ по п.19, в котором измерение вертикальной компоненты скорости частиц получают на основании полученной производной давления по вертикальному направлению.
21. Способ по п.19, в котором третье и четвертое направления представляют собой горизонтальные направления прямоугольной системы координат.
22. Способ по п.21, в котором каждую производную вертикальной компоненты скорости частиц по горизонтальному направлению получают на основании измеренной производной горизонтальной компоненты скорости частиц по вертикальному направлению.
23. Способ по п.22, в котором производную вертикальной компоненты скорости частиц по третьему горизонтальному направлению получают на основании измеренной производной по вертикальному направлению компоненты скорости частиц в третьем горизонтальном направлении.
24. Способ по п.22, в котором производную вертикальной компоненты скорости частиц по четвертому горизонтальному направлению получают на основании измеренной производной по вертикальному направлению компоненты скорости частиц в четвертом горизонтальном направлении.
25. Способ по п.19, в котором производные вертикальной компоненты скорости частиц получают на основании измерений вращения или скорости вращения вокруг третьего и четвертого горизонтальных направлений.
26. Способ по любому одному из пп.25 или 19, в котором каждая из производных представляет собой производную первого, или второго, или третьего порядка.
27. Способ по п.26, в котором метод восстановления содержит применение зтс в квадрате, или зтс в кубе, или зтс в четвертой степени интерполяции.
28. Способ по любому одному из пп.15 или 19, в котором каждую производную образуют на основании измерения разности, или смещения частиц, или скорости частиц, или ускорения частиц.
29. Способ по п.1, в котором каждое местоположение приемника является фиксированным.
30. Способ по п.1, в котором каждое местоположение приемника содержит приемную станцию, расположенную на грунте морского дна или выше, и/или по меньшей мере в одном кабеле на грунте морского дна, и/или ориентированную вертикально в водной толще.
31. Способ по п.1, в котором каждое местоположение приемника содержит приемную станцию, развернутую в буровой скважине на суше или ниже грунта морского дна.
32. Способ по п.31, в котором многокомпонентное измерение используют для измерения поля деформаций.
33. Способ по п.32, в котором поле напряжений получают на основании поля деформаций.
34. Способ по п.33, в котором поле напряжений получают на основании поля деформаций с помощью закона Гука.
35. Способ по п.1, в котором по меньшей мере одно местоположение приемника содержит приемную станцию, содержащую группу датчиков давления, таких как гидрофоны, предпочтительно с интервалом между соседними датчиками давления в группе от 1 см до 10 м, более предпочтительно с интервалом между соседними датчиками давления в группе от 5 см до 1 м, более предпочтительно с интервалом между соседними датчиками давления в группе от 1 см до 1 м.
36. Способ по п.1, дополнительно содержащий измерение по меньшей мере одного несейсмического геофизического поля.
37. Способ по п.36, в котором по меньшей мере одно несейсмическое геофизическое поле представляет собой по меньшей мере одно из электромагнитного поля, гравитационного поля и магнитного поля.

ОН'

·<