MX2010012428A - Metodo para remocion de señal fantasma de banda ancha total de datos de cable marino sismico. - Google Patents

Abstract

Datos sísmicos grabados en un cable marino son obtenidos, con los datos sísmicos siendo representativos de características de las formaciones del subsuelo de la tierra y adquiridos por despliegue de una pluralidad de receptores sísmicos subyacentes a un área de las formaciones del subsuelo de la tierra a ser evaluadas, los receptores sísmicos generando al menos una de una señal eléctrica y óptica en respuesta a energía sísmica; un parámetro de frecuencia de Laplace complejo es usado para transformar los datos sísmicos desde un dominio de espacio-tiempo a un dominio espectral; un esquema de gradiente conjugado iterativo, usando un preacondicionador basado-físicamente, es aplicado a los datos sísmicos transformados, para proporcionar una solución de mínimos cuadrados a un conjunto de ecuaciones normales para un sistema de ecuaciones de remoción de señal fantasma; la solución es transformada-inversa de regreso a un dominio de espacio-tiempo para proporcionar datos sísmicos con señal fantasma removida, los cuales son útiles para formar en imagen el subsuelo de la tierra.

Description

MÉTODO PARA REMOCIÓN DE SEÑAL FANTASMA DE BANDA ANCHA TOTAL DE DATOS DE CABLE MARINO SÍSMICO REFERENCIAS CRUZADAS CON SOLICITUDES RELACIONADAS No aplica.

INVESTIGACIÓN Y DESARROLLO PATROCINADO A NIVEL FEDERAL No aplica.

LISTADO DE SECUENCIAS. CUADRO O LISTADO POR COMPUTADORA No aplica.

CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona generalmente con el campo de prospección geofísica. Más particularmente, la invención se relaciona con el campo de remoción de señal fantasma de datos de cable marino sísmico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En la industria de petróleo y gas, la prospección geofísica es usada comúnmente para ayudar en la búsqueda y evaluación de formaciones del subsuelo de la tierra. Las técnicas de prospección geofísica producen conocimiento de la estructura del subsuelo de la tierra, lo cual es útil para encontrar y extraer recursos minerales valiosos, particularmente depósitos de hidrocarburo tales como petróleo y gas natural. Una técnica bien conocida de prospección geofísica es una prospección sísmica. En una prospección sísmica basada en tierra, una señal sísmica es generada sobre o cerca de la superficie de la tierra y después viaja hacia abajo en el subsuelo de la tierra. En una prospección sísmica marina, la señal sísmica también puede viajar hacia abajo a través de un cuerpo de agua subyacente a la superficie de la tierra. Las fuentes de energía sísmica son usadas para generar la señal sísmica la cual, después de propagarse dentro de la tierra, es reflejada al menos parcialmente por reflectores sísmicos del subsuelo. Tales reflectores sísmicos generalmente son interfases entre formaciones subterráneas que tienen diferentes propiedades elásticas, específicamente velocidad de onda del sonido y densidad de roca, las cuales conducen a diferencias en impedancia acústica en las interfases. La energía sísmica reflejada es detectada por los sensores sísmicos (también llamados receptores sísmicos) en o cerca de la superficie de la tierra, en un cuerpo de agua subyacente, o en profundidades conocidas en perforaciones. Los sensores sísmicos generan señales, generalmente eléctricas u ópticas, a partir de la energía sísmica detectada, las cuales son grabadas para procesamiento adicional.

Los datos sísmicos resultantes obtenidos en la realización de una prospección sísmica, representativos del subsuelo de la tierra, son procesados para producir información relacionada con la estructura geológica y las propiedades de las formaciones del subsuelo de la tierra en el área siendo prospectada. Los datos sísmicos prospectados son procesados para visualización y análisis de contenido potencial de hidrocarburo de estas formaciones subterráneas. La meta del procesamiento de datos sísmicos es extraer de los datos sísmicos tanta información como sea posible con respecto a las formaciones subterráneas para formar en imagen adecuadamente el subsuelo geológico. Para identificar las ubicaciones en el subsuelo de la Tierra en donde existe una probabilidad de encontrar acumulaciones de petróleo, son gastadas grandes sumas de dinero para recolectar, procesar e interpretar datos sísmicos. El proceso de construir las superficies reflectoras definiendo las capas subterráneas de la tierra de interés a partir de los datos sísmicos grabados proporciona una imagen de la tierra en profundidad o tiempo.

La imagen de la estructura del subsuelo de la Tierra es producida para permitir a un intérprete seleccionar las ubicaciones con la probabilidad más alta de tener acumulaciones de petróleo. Para verificar la presencia de petróleo, debe ser perforado un pozo. La perforación de pozos para determinar si los depósitos de petróleo están presentes o no, es una tarea extremadamente cara y lenta. Por esa razón, existe una necesidad continua de mejorar el procesamiento y visualización de los datos sísmicos, para producir una imagen de la estructura del subsuelo de la Tierra que mejorará la capacidad de un intérprete, si la interpretación es realizada por una computadora o un humano, para evaluar la probabilidad de que exista una acumulación de petróleo en una ubicación particular en el subsuelo de la Tierra.

Las fuentes sísmicas apropiadas para generar la señal sísmica en prospecciones sísmicas en tierra pueden incluir explosivos o vibradores. Las prospecciones sísmicas marinas generalmente emplean una fuente sísmica sumergida remolcada por un barco y activada periódicamente para generar un campo de ondas acústicas. La fuente sísmica generando el campo de ondas puede ser de varios tipos, incluyendo una pequeña carga explosiva, una chispa o arco eléctrico, un vibrador marino, y, generalmente, una pistola. La pistola de fuente sísmica puede ser una pistola de agua, una pistola de vapor, y más generalmente, una pistola de aire. Generalmente, una fuente sísmica marina no consiste de un elemento de fuente única, sino de un arreglo distribuido espacialmente de elementos de fuente. Esta disposición es particularmente verdadera para pistolas de aire, actualmente la forma más común de fuente sísmica marina.

Los tipos apropiados de sensores sísmicos generalmente incluyen sensores de velocidad de partícula, particularmente en prospecciones de tierra, y sensores de presión de agua, particularmente en prospecciones marinas. Algunas veces sensores de aceleración de partícula o sensores de gradiente de presión son usados en lugar o además de sensores de velocidad de partícula. Los sensores de velocidad de partícula y los sensores de presión de agua son conocidos comúnmente en la técnica como geófonos e hidrófonos, respectivamente. Los sensores sísmicos pueden ser desplegados por sí mismos, pero son desplegados más comúnmente en arreglos de sensores. Adicionalmente, los sensores de presión y los sensores de velocidad de partícula pueden ser desplegados juntos en una prospección marina, colocados en pares o pares de arreglos.

En una prospección sísmica marina típica, un buque de prospección sísmica viaja sobre la superficie del agua, generalmente a aproximadamente 5 nudos, y contiene equipo de adquisición sísmica, tal como control de navegación, control de fuente sísmica, control de sensor sísmico y equipo de grabación. El equipo de control de fuente sísmica causa que una fuente símica remolcada en el cuerpo de agua por el buque sísmico se accione en tiempos seleccionados. Los cables marinos sísmicos, también llamados cables sísmicos, son estructuras similares a cable alargadas remolcadas en el cuerpo de agua por el buque de prospección sísmica que remolca la fuente sísmica o por otra embarcación de prospección símica. Generalmente, una pluralidad de cables marinos sísmicos es remolcada detrás de un buque sísmico. Los cables marinos sísmicos contienen sensores para detectar los campos de ondas reflejados iniciados por la fuente sísmica y reflejados desde las interfases de reflexión. Convencionalmente, los cables marinos sísmicos contienen sensores de presión tales como hidrófonos, pero cables marinos sísmicos han sido utilizados que contienen sensores de velocidad de partícula de agua tales como geófonos o sensores de aceleración de partícula tales como acelerómetros, además de hidrófonos. Los sensores de presión y los sensores de movimiento de partícula son desplegados generalmente en la proximidad cercana, colocados en pares o pares de arreglos a lo largo de un cable sísmico.

Después de que la onda reflejada alcanza el cable de cable marino, la onda continúa para propagarse hacia la interfaz agua/aire en la superficie del agua, a partir de la cual la onda es reflejada hacia abajo, y es detectada nuevamente por los hidrófonos en el cable de cable marino. La superficie de agua es un buen reflector y el coeficiente de reflexión en la superficie de agua es casi la unidad en magnitud y es negativa en signo para las señales sísmicas. Las ondas reflejadas en la superficie así estarán desfasadas en fase 180 grados con relación a las ondas propagándose hacia arriba. La onda propagándose hacia abajo grabada por los receptores es referida comúnmente como la reflexión de superficie o la señal "fantasma". Debido a la reflexión de superficie, la superficie del agua actúa como un filtro, el cual crea muescas espectrales en la señal grabada, haciendo difícil grabar datos fuera de un ancho de banda seleccionado. Debido a la influencia de la reflexión de superficie, algunas frecuencias en la señal grabada son amplificadas y algunas frecuencias son atenuadas.

Actualmente en la técnica de prospección geofísica sísmica marina, un buque remolca cables marinos muy largos los cuales tienen muchos receptores sísmicos fijados, generalmente hidrófonos (aunque otros tipos de receptores pueden ser empleados). Estos receptores registran una porción de un campo de ondas acústicas dispersadas originadas a partir del sondeo de una fuente sísmica. El campo de ondas acústicas generadas por la fuente sísmica es dispersado por las reflexiones y refracciones en la tierra. En adquisición sísmica marina convencional, los receptores del cable marino están ubicados en configuraciones de arreglo en una posición de profundidad particular debajo de la superficie del mar. Debido a esta disposición, la llamada reflección principal, la respuesta directa de la fuente al subsuelo y subsecuentemente hacia los receptores, es opacada por la reflección fantasma, desde la onda que viaja desde la fuente hacia el subsuelo y subsecuentemente vía la superficie del mar hacia los receptores. Remover la reflexión fantasma de los datos sísmicos marinos es la primera etapa en el pre-procesamiento de los datos para incrementar la potencia de resolución. Este procedimiento es conocido como "remoción de señal fantasma".

Así, existe la necesidad de un método para remoción de la señal fantasma de datos sísmicos marinos que permanezca estable en todas las frecuencias, aún en la presencia de muescas espectrales en los datos sísmicos. Además, el método debería operar sin cualquier conocimiento previo del subsuelo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención es un método para convertir datos sísmicos grabados en cables marinos en datos sísmicos con señal fantasma removida. Los datos sísmicos grabados a partir de cables marinos son obtenidos, con los datos sísmicos siendo representativos de características del subsuelo de formaciones del subsuelo de la tierra. Los datos sísmicos son adquiridos por despliegue de una pluralidad de receptores sísmicos subyacentes a un área de las formaciones del subsuelo de la tierra a ser evaluadas, con los receptores sísmicos generando al menos una de una señal eléctrica y óptica en respuesta a energía sísmica. Un parámetro de frecuencia de Laplace compleja es usado para transformar los datos sísmicos desde un dominio de espacio-tiempo hacia un dominio espectral. Un esquema de gradiente conjugado iterativo, usando un preacondicionador basado-físicamente, es aplicado a los datos sísmicos transformados, para proporcionar una solución de mínimos cuadrados a un conjunto de ecuaciones normales para un sistema de ecuaciones de remoción de señal fantasma. La solución es transformada inversa de regreso a un dominio de espacio-tiempo para proporcionar datos sísmicos con señal fantasma removida, los cuales son útiles para formar en imagen el subsuelo de la tierra.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La invención y sus ventajas pueden ser entendidas más fácilmente con reférencia a la siguiente descripción detallada y a los dibujos anexos, en los cuales: La FIG. 1 es un diagrama de flujo ilustrando una primera modalidad de la invención para remoción la señal fantasma de datos de cable marino sísmico; La FIG. 2 es un diagrama de flujo ilustrando un porción inicial de una segunda modalidad de la invención para remover la señal fantasma de datos de cable marino sísmico; La FIG. 3 es un diagrama de flujo ilustrando una porción final de una segunda modalidad de la invención para remoción la señal fantasma de datos de cable marino sísmico, iniciada en la FIG. 2; y La FIG. 4 es un diagrama de flujo ilustrando una modalidad de la invención para un esquema iterativo de gradiente conjugado preacondicionado usado para remoción de la señal fantasma de datos de cable marino sísmico.

Aunque la invención se describirá en combinación con sus modalidades preferidas, será entendido que la invención no está limitada a estas. Por el contrario, la invención es pretendida para cubrir todas las alternativas, modificaciones y equivalentes que pueden ser incluidos dentro del alcance de la invención, como es definido por las reivindicaciones anexas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Un procedimiento para remoción de la señal fantasma a datos sísmicos marinos es descomponer los campos de ondas sísmicas para producir un componente de campo de onda ascendente. Un método para la descomposición de campos de ondas sísmicas en componentes de campos de ondas ascendentes y descendentes es resolver un sistema de ecuaciones tipo-Fourier en el cual la solución deriva de una inversión de un sistema con un núcleo de Fourier bien definido. En un ejemplo de este método, el sistema de ecuaciones es derivado en el dominio de Laplace, en donde la transformación de Laplace directa desde el dominio espacio-tiempo (x,t) al dominio de Laplace (x,s) está definida en general como: y la transformación de Laplace hacia atrás correspondiente está definida como Aquí, t es el tiempo, x es espacio, j = V-f es la unidad imaginaria, y s es un parámetro de frecuencia de Laplace, discutido con más detalle abajo.

En lo siguiente, la invención será ilustrada como actuando sobre el campo de odas de presión p(x,t), detectado generalmente por sensores de presión tales como hidrófonos, aunque el tipo de campo de ondas y el tipo de sensores empleados no es una restricción de la invención. La invención puede ser empleada con cualquier tipo de sensor sísmico apropiado y sus campos de ondas detectados. Para un ejemplo, los campos de ondas de movimiento de partícula y los sensores de movimiento de partícula podrían ser empleados. Modificando las siguientes ecuaciones para considerar otros campos de ondas es directo.

En la transformación de Laplace proporcionada arriba en las Ecuaciones (1) y (2), el parámetro de Laplace s, el parámetro de frecuencia, es convencionalmente un número puramente imaginario y es definido como en donde ? es la frecuencia circular y f es la frecuencia real.

Un problema surge cuando se usa la frecuencia el parámetro de frecuencia de Laplace convencional s dado en la Ecuación (3). Muescas espectrales en los datos sísmicos grabados ocurren cuando tiene lugar interferencia destructiva entre las ondas sísmicas con combinaciones particulares de frecuencias y números de onda. Cuando el conjunto de ecuaciones de remoción de señal fantasma tipo-Fourier es resuelto para estas frecuencias f donde ocurren muescas espectrales, entonces, la señal medida para esas combinaciones de frecuencias y números de onda es cero, puesto que solamente ruido de fondo es grabado. Cuando se usa un parámetro de frecuencia de Laplace que es puramente imaginario, tal como es definido en la Ecuación (3) arriba, el proceso de inversión se hace inestable. Esta inestabilidad entonces resulta en artefactos irreparables siendo introducidos en los resultados de la descomposición del campo de ondas sísmicas usado para remoción de la señal fantasma.

Para manipular la inestabilidad resultante de estas muescas espectrales, el método de la invención emplea un parámetro de frecuencia de Laplace s que es una variable compleja con ambas partes real e imaginaria. Así, el parámetro de frecuencia de Laplace s es ahora dado no por la Ecuación (3), sino por: s = j ) + e = j2nf + e, (4) donde e es una parte real adicional del parámetro de frecuencia de Laplace complejo s. En lo siguiente, el término "complejo" será usado para designar que el parámetro de frecuencia de Laplace tiene ambas partes real e imaginaria, como en la Ecuación (4). Esta parámetro de frecuencia de Laplace complejo s será usado en las transformadas de dominio espectral y de Laplace y en las ecuaciones de remoción de señal fantasma de la invención, como es discutido abajo.

En una modalidad, la parte real ¿ del parámetro de frecuencia de Laplace complejo s puede ser una constante. En otras modalidades, la parte real e puede variar como una función de una combinación de tales parámetros como tiempo, ubicación espacial, o frecuencia. Así, la parte real e puede ser expresada como, pero no está limitada a lo siguiente: e = constante; e = e{?), donde x=(xi, x2, x3); (5) e = s(t); e = e(?,?); e - e( ; e = e(?,?); Aquí, ?? y ?? son coordenadas espaciales horizontales, tales como direcciones en-línea y línea-transversal, respectivamente, y X3 es una coordenada espacial vertical, tal como la profundidad.

La invención es un método para remover la señal fantasma de datos de cable marino sísmico. La invención opera sin cualquier conocimiento a priori del subsuelo. La operación de remoción de señal fantasma es realizada sobre los datos grabados para cada disparo separadamente. Después, para cada frecuencia, la invención comprende un método para resolver un sistema de ecuaciones de remoción de señal fantasma. La solución del sistema de ecuaciones es obtenida usando un método iterativo de gradiente conjugado preacondicionado. El preacondicionador está basado en la física del problema en cuestión, en lugar de en las matemáticas (como podría ser el enfoque convencional). Como un preacondicionador eficiente, la inversa del cable marino horizontal es empleada, puesto que un cable marino más general puede ser tratado como una perturbación del cable marino horizontal regular simple.

Sin embargo, el método de remoción de señal fantasma convencional usando el parámetro de frecuencia de Laplace imaginario de la Ecuación (3) puede aún tornarse inestable en las muescas en el dominio de la frecuencia. Así, el método de la invención emplea el parámetro de frecuencia de Laplace complejo de la Ecuación (4), el cual proporciona estabilidad para el procedimiento de remoción de señal fantasma. Así, la descomposición del campo de ondas puede ser aplicada sobre el ancho de banda sísmico completo, aún en la presencia de muescas espectrales en los datos sísmicos. El uso de este parámetro de frecuencia de Laplace complejo es descrito con detalle abajo en la discusión con referencia al diagrama de flujo en la FIG. 2.

La FIG. 1 es un diagrama de flujo ilustrando una primera modalidad de la invención para remoción de señal fantasma de datos de cable marino sísmico.

En el bloque 11 , los datos sísmicos grabados a partir de cables marinos son obtenidos, los datos sísmicos representativos de características de las formaciones del subsuelo de la tierra y adquiridos por despliegue de una pluralidad de receptores sísmicos subyacentes a un área de las formaciones del subsuelo de la tierra a ser evaluadas, los receptores sísmicos generando por lo menos una de una señal eléctrica y óptica en respuesta a energía sísmica.

En el bloque 12, un parámetro de frecuencia de Laplace complejo es usado para transformar los datos sísmicos del bloque 11 desde un dominio de espacio-tiempo hacia un dominio espectral.

En el bloque 13, un esquema de gradiente conjugado iterativo, usando un preacondicionador basado-físicamente, es aplicado a los datos sísmicos transformados, para proporcionar una solución de mínimos cuadrados a un conjunto de ecuaciones normales para un sistema de ecuaciones de remoción de señal fantasma.

En el bloque 14, los datos sísmicos del bloque 13 son transformados-inversos de regreso al dominio de espacio-tiempo para proporcionar datos sísmicos con señal fantasma removida.

La FIG. 2 es un diagrama de flujo ilustrando una porción inicial de una segunda modalidad de la invención para remoción de señal fantasma de datos de cable marino sísmico. La porción final será discutida abajo con referencia al diagrama de flujo en la FIG. 3.

En el bloque 21 , los datos sísmicos grabados con un cable marino son obtenidos. Los datos del receptor para cada posición de disparo (activación de fuente sísmica) y para todos los tiempos grabados t, son tomados como datos sísmicos de entrada. La posición espacial de los receptores en un marco coordenado Cartesiano es dada por xR = (xR, xR , x¡ ) .

En la invención, la profundidad del receptor x = xR(xR, xR ) es una función uni-valuada de las coordenadas horizontales XiR y X2R. Así, los cables marinos no son verticales, pero no necesariamente horizontales. De otra manera, las posiciones de los receptores no están pretendidas para ser una restricción en la invención.

En el bloque 22, una parte real e úe\ parámetro de frecuencia de Laplace complejo s en la Ecuación (4) es determinada. En varias modalidades, la parte real e puede ser como se expresó en los ejemplos dados en la Ecuación (5) arriba, pero la invención no está restringida a estos ejemplos. Usando diferentes valores de la parte real e en el parámetro de frecuencia de Laplace s, la estabilización de la inversión en el método de la invención puede ser variada para proporcionar estabilización adicional en resolver el sistema de ecuaciones de remoción de señal fantasma abajo.

En el bloque 23, los datos sísmicos grabados para un disparo son obtenidos de los datos sísmicos obtenidos en el bloque 21.

En el bloque 24, los datos símicos grabados para un disparo del bloque 23 son transformados temporalmente desde el dominio de espacio-tiempo hacia el dominio de espacio-frecuencia de Laplace. En una modalidad de la invención, el campo de ondas dispersado pdls en las ubicaciones del receptor es transformado desde el dominio del espacio-tiempo (x , ? ,x , t) hacia el dominio del espacio-frecuencia (x? , x , x , s) de Laplace por la transformación de Laplace directa dada en la Ecuación (1), así: <*¡ _ diS Í R R R \ P ~ P [Xlq' z.r' Xs.q.r' S } · (g) usando el parámetro de frecuencia de Laplace complejo s de la invención en esta transformada, como es proporcionado no por la Ecuación convencional (3), sino por la Ecuación (4) arriba. Aquí, pdls es el campo de ondas acústicas dispersadas en el dominio de espacio-frecuencia, x^ es una coordenada de receptor en-línea, q es un número de receptor en-línea, x r , es una coordenada de receptor de línea-transversal, r es un número de receptor de línea transversal, ^r , es la profundidad del receptor como una función de x q y x2,r · y usando e, como es determinado en el bloque 22, como la parte real del parámetro de frecuencia de Laplace complejo s. Esta transformación del campo de ondas dispersadas pdls en las ubicaciones del receptor es hecho para cada posición de disparo.

En el bloque 25, los datos sísmicos transformados del bloque 24 son obtenidos para una frecuencia f.

En el bloque 26, los datos sísmicos transformados para una frecuencia del bloque 25 son transformados desde el dominio de espacio-frecuencia de Laplace hacia un dominio espectral. En una modalidad de la invención, el campo de ondas dispersadas pdls es transformado desde el dominio de espacio-frecuencia de Laplace fx ,?" ,x" ,s) hacia el dominio espectral (san,sfim, x ,s) por: en donde: san = ?? (sa ). s/3m = mA (s/3 ). w y: 277 2p ??? ??? (9) Aquí, pn'sm es el campo de ondas acústicas dispersadas en el dominio espectral, n es un número espectral en-línea, m es una número espectral de línea transversal, ?? es la distancia de muestreo del receptor en-línea, ?? es la distancia de muestreo de receptor de línea-transversal, jsan es un parámetro de Fourier espectral en-línea, A(sa) es la distancia de muestreo espectral en-línea, ysj8m es un parámetro de Fourier espectral de línea transversal, A(sfi) es la distancia de muestreo espectral de línea-transversal, N es el número total de receptores en-línea, y M es el número total de receptores de línea transversal. El parámetro de frecuencia de Laplace complejo s de la invención también es usado en esta transformada hacia el dominio espectral.

En el bloque 27, un sistema de ecuaciones es determinado para remoción de señal fantasma de los datos sísmicos transformados para una frecuencia del bloque 26. El sistema de ecuaciones será definido usando el parámetro de frecuencia de Laplace s de la invención para proporcionar estabilidad en resolver las ecuaciones. En el caso general en el cual las ubicaciones del receptor son ubicadas arbitrariamente, el campo de ondas en el dominio espectral no puede ser determinado explícitamente. Por lo tanto, el procedimiento de remoción de señal fantasma de la invención jcomprende resolver un sistema de ecuaciones. Para el caso general con posiciones de receptor arbitrarias xR = f 1R£?, ^, ^(?,J en el dominio espectral, las profundidades de los receptores son proporcionadas por una función uní- valuada de las coordenadas del receptor horizontal. Específicamente, la profundidad del receptor es escrita como x Q = x ( ^. ^ . En sistemas de adquisición marinos modernos, esta información de posición de receptor es grabada. La operación de remoción de señal fantasma entonces puede ser escrita compactamente como la solución de un sistema de ecuaciones: en el cual la matriz del sistema Kq rn m es proporcionada por Aquí, el vector desconocido p^mh es el campo de ondas acústicas con señal fantasma removida en la profundidad cero y es dado en el dominio espectral como ?? ??(ea..eß„,0.5 ). (12) dis en donde el vector conocido son los datos sísmicos grabados en el dominio de espacio-frecuencia, proporcionado como: P y el coeficiente de propagación vertical srn m es: (14) en donde c es la velocidad de la onda acústica en el agua. La matriz del sistema Kq.r.n.m es una función del parámetro de frecuencia de Laplace complejo s.

En el bloque 28, el proceso continúa hacia el bloque 31 de la FIG. 3 para resolver el sistema de ecuaciones determinado en el bloque 27. El uso del parámetro de frecuencia de Laplace complejo s completamente con una parte real no cero e, desde la Ecuación (4), en lugar de desde la Ecuación (3), proporciona estabilidad para resolver las ecuaciones.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo ilustrando una porción final de una segunda modalidad de la invención para remoción de señal fantasma de datos de cable marino sísmicos. La porción final continúa el proceso inicial discutido arriba con referencia al diagrama de flujo en la FIG. 2.

En el bloque 31 , un conjunto normal de ecuaciones es determinado a partir del conjunto de ecuaciones de remoción de señal fantasma en el bloque 27 de la FIG. 2. Puesto que el vector conocido ** es definido en el dominio del espacio-frecuencia de Laplace y el vector desconocido p ism es definido en el dominio espectral, una solución de mínimos cuadrados en el dominio de espacio-frecuencia es empleada en la modalidad de la invención. Ambos lados de la Ecuación (10) son multiplicados por el conjugado complejo de la matriz del sistema Kq r;n, m, y los resultados son sumados sobre todos los valores de los números de receptor en-línea y línea transversal q y r, respectivamente. Después de intercambiar la última sumatoria sobre q y r y la sumatoria sobre n y m, un sistema de ecuaciones normales es obtenido, como sigue: Aquí, la matriz An.m..n m , una cantidad conocida, es dada por A n ,m ;n,m y el vector Bn;m; una cantidad conocida, es proporcionada por -N —M 2 2 dis Bn;m' ~ S S Kq r ;n',m' n r> (17) q=~N+1 r=--M+1 2 2 en donde n y n' son números espectrales en-línea, m y m' son números espectrales de línea-transversal, y la línea superior sobre la matriz del sistema Kq r:r,m. designa la conjugación compleja.

La invención proporciona un método para proporcionar la solución de este conjunto lineal de ecuaciones normales en la Ecuación (15) en una manera estable, aún en la presencia de muescas espectrales en los datos sísmicos, usando un parámetro de frecuencia de Laplace complejo. La disposición geométrica de las posiciones del receptor no es una restricción de la invención. La invención aplica al caso simple de cables marinos horizontales regulares así como al caso general de cables marinos no-horizontales irregulares. La invención será ilustrada primero para el caso simple y después para el caso general.

El caso simple de un cable marino convencional, considerado como una configuración de cable marino horizontal estrictamente, es justo un caso especial del caso general manejado por la invención. En este caso horizontal simple, la posición de profundidad del receptor es constante y la inversión del sistema de ecuaciones se reduce al procedimiento de remoción de señal fantasma estándar. El sistema de ecuaciones puede ser resuelto por una transformada de Fourier discreta inversa. En particular, el sistema de ecuaciones proporcionadas generalmente en las Ecuaciones (10) y (11) hace el sistema más simple de ecuaciones: ? iSO )? ( ]? ? exp (-jsonx - j „)2s e nh (sí^PZ 4p! = *(x vX 's )/ q ÍM Aquí, la remoción de señal fantasma para x* constante puede ser llevada a cabo explícitamente en el dominio espectral. El campo con señal fantasma removida en el dominio espectral en el nivel de profundidad cero, ^como es definido en la Ecuación (12), puede ser obtenido directamente como: Para la solución del conjunto general de ecuaciones lineales en las ecuaciones normales proporcionadas en la Ecuación (15), muchos resolvedores eficientes están disponibles, tales como resolvedores directos y resolvedores iterativos. Un resolvedor iterativo muy eficiente es un método iterativo de gradiente conjugado preacondicionado basado en la minimización de las discrepancias entre los datos medidos y la respuesta modelada. En una modalidad adicional de la invención, la Ecuación (10) es considerada y una solución al campo de onda con señal fantasma removida espectral ^ es desarrollada empleando un esquema iterativo de gradiente conjugado, tal que un error ERR dado por: es minimizado.

Regresando a la FIG. 3, en el bloque 32, las ecuaciones normales del bloque 31 son preacondicionadas con un preacondicionador basado-físicamente. Un preacondicionador es usado frecuentemente en métodos iterativos de gradiente conjugado para hacer las ecuaciones bien-condicionadas. Preacondicionadores estándar, tales como tipos ILU (descomposición Superior Inferior Incompleta) de múltiple nivel, por ejemplo, son basados usualmente en la estructura matemática de la matriz del sistema. Desafortunadamente, para el presente problema, estos preacondicionadores basados-matemática son ineficientes. En una modalidad de la invención, un t preacondicionador es usado el cual está basado en la física del problema siendo solucionado, el cual es el caso general de un cable marino, discutido arriba.

Un cable marino no-horizontal irregular puede ser considerado como una perturbación de un cable marino horizontal regular, así la inversa de la matriz del sistema de un cable marino no-horizontal irregular es aproximada por la inversa de la matriz del sistema de un cable marino horizontal. Por lo tanto, la inversa de la matriz del sistema de un cable marino horizontal equivalente es tomada como preacondicionador. Nótese que si el cable marino es horizontal, entonces el esquema iterativo de gradiente conjugado termina dentro de una iteración única con este preacondicionador. Para un cable marino horizontal, el sistema de ecuaciones normales de la Ecuación (15) es diagonal y la solución es obtenida directamente como: En una modalidad de la invención, el preacondicionador Pn, empleado, siguiendo la Ecuación (16) es: Por conveniencia, la Ecuación (10) puede ser escrita en la forma compacta: K ,nPn = Pq > donde n permanece para (n,m) y q permanece para (q,r) ahora. El preacondicionador Pn¡m es una función del parámetro de frecuencia de Laplace complejo s.

En el bloque 33, un esquema iterativo de gradiente conjugado preacondicionado es aplicado para resolver el sistema de ecuaciones en la Ecuación (23), el conjunto de ecuaciones normales preacondicionado del bloque 32. En cada iteración, designada con el número k, un valor aproximado del campo de ondas con señal fantasma removida espectral pj%h<k) es obtenido con un error residual rq(k> . Así, en la k*s,ma iteración, el error residual k simo es proporcionado por: Una modalidad particular de la invención para un esquema iterativo de gradiente conjugado preacondicionado es descrito abajo con referencia a la discusión del diagrama de flujo en la FIG. 4.

En el bloque 34, es determinado si cualesquier frecuencias seleccionadas en el bloque 25 de la FIG. 2 permanece. Si las frecuencias permanecen, el proceso regresa al bloque 25 de la FIG. 2. Si no permanecen frecuencias, entonces el proceso continúa en el paso 35. Por lo tanto, la solución por iteraciones de gradiente conjugado es repetida para cada frecuencia f.

En el bloque 35, es determinado si cualesquier disparos seleccionados en el bloque 23 de la FIG. 2 permanecen. Si permanecen disparos, el proceso regresa al bloque 23 de la FIG. 2. Si no permanecen disparos, entonces el proceso continúa hacia el paso 36. Por lo tanto, la solución por iteraciones de gradiente conjugado es repetida para cada disparo.

En el bloque 36, las soluciones con señal fantasma removida del bloque 33 son transformadas desde el dominio espectral de regreso hacia el dominio de espacio-tiempo. Después de obtener el campo de ondas con señal fantasma removida en el dominio espectral, el campo de ondas con señal fantasma removida, p"? = pdgh ( x q , x q , 0; s) , a profundidad cero en el dominio de espacio-tiempo es obtenido como: El campo de ondas con señal fantasma removida p^h es una función del parámetro de frecuencia de Laplace complejo s.

La FIG. 4 es un diagrama de flujo ilustrando una modalidad de la invención para un esquema de gradiente conjugado preacondicionado iterativo usado para remoción de señal fantasma de datos de cable marino sísmico. Este es el esquema referido en el bloque 33 de la FIG. 3, arriba.

En el bloque 41 , un estimado inicial cero para el contador de iteración k = 0 es seleccionado. En una modalidad, este estimado es: pdgh(0) = - (o) _ lis (26) En otras modalidades, diferentes elecciones para el estimado inicial del esquema de gradiente conjugado puede ser usado. Por ejemplo, las diferentes elecciones pueden incluir, pero no están limitadas a, la solución obtenida para una frecuencia anterior o la solución para una posición de disparo diferente.

En el bloque 42, un estimado para el contador de iteración k=1 es calculado. En una modalidad, estos estimados, son: En el bloque 43, el contador de iteración k es incrementado por 1. Así, k=k+1, produciendo k-2, 3, ...., secuencialmente.

En el bloque 44, un estimado para el contador de iteración k es calculado, usando estimados para el contador de iteración k-1. En una modalidad, este estimado es: Ddgh(k) _ Ddgh(k (k) ¦(*) (*) _ (fc-í) (*) (*) G ? ~ G ? + V » ' í q - f q ~ O t\V n En el bloque 45, un criterio de error es calculado para el estimado de iteración l^s'ma actual del residual rq(k) del bloque 44. En una modalidad, este criterio de error es: 002 G dis 2 < 10~ (29) P, En el bloque 46, es determinado si el criterio de error en el bloque 45 es satisfecho. Si el criterio de error no es satisfecho, entonces el proceso iterativo regresa al bloque 43 para continuar con otro conjunto de estimaciones. Si el criterio de error es satisfecho, entonces el proceso iterativo termina.

Cuando se usa el enfoque de inversión y se utiliza el parámetro de frecuencia de Laplace complejo s, el método de descomposición de remoción de señal fantasma de la invención puede ser reformulado en diferentes dominios, incluyendo, pero no limitado, al dominio de frecuencia-lentitud, o al dominio de tau-lentitud o al dominio de espacio-tiempo.

La invención ha sido discutida arriba como un método, para propósitos ilustrativos solamente, pero también puede ser implementada como un sistema. El sistema de la invención es preferiblemente implementado por medio de computadoras, en particular computadoras digitales, junto con otro equipo de procesamiento de datos convencional. Tal equipo de procesamiento de datos, bien conocido en la técnica, comprenderá cualquier combinación apropiada o red de equipo de procesamiento de computadora, incluyendo, pero no limitado a, hardware (procesadores, dispositivos de almacenamiento temporal y permanente, y cualquier otro equipo de procesamiento de computadora apropiado), software (sistemas operativos, programas de aplicación, librerías de programas matemáticos, y cualesquier otro software apropiado), conexiones (eléctricas, ópticas, inalámbricas u otras), y periféricos (dispositivos de entrada y salida tales como teclados, dispositivos de señalamiento, y exploradores; dispositivos de despliegue tales como monitores e impresoras; medios de almacenamiento legibles en computadora tales como cintas, discos, y discos duros, y cualquier otro equipo apropiado.

En otra modalidad, la invención podría ser implementada como el método descrito arriba, específicamente llevado a cabo usando una computadora programable para realizar el método. En otra modalidad, la invención podría ser implementada como un programa de computadora almacenado en un medio legible en computadora, con el programa teniendo lógica operable para causar que una computadora programable realice el método descrito arriba. En otra modalidad, la invención podría ser implementada como un medio legible en computadora con un programa de computadora almacenado en el medio, de tal manera que el programa tiene lógica operable para causar que una computadora programable realice el método descrito arriba.

Debería ser entendido que lo anterior es meramente una descripción detalla de las modalidades específicas de esta invención y que numerosos cambios, modificaciones y alternativas a las modalidades descritas pueden ser hechos de conformidad con la descripción aquí sin desviarse del alcance de la invención. La descripción precedente, por lo tanto, no significa limitar el alcance de la invención. En lugar de eso, el alcance de la invención es determinado solamente por las reivindicaciones anexas y sus equivalentes.

Claims (13)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un método para convertir datos sísmicos grabados de cables marinos en datos sísmicos con señal fantasma removida, comprendiendo: obtener los datos sísmicos grabados de los cables marinos, los datos sísmicos representativos de características de características de formaciones del subsuelo de la tierra y adquiridos mediante el despliegue de una pluralidad de receptores sísmicos subyacentes a un área de las formaciones del subsuelo de la tierra a ser evaluadas, los receptores sísmicos generando al menos una de una señal eléctrica y óptica en respuesta a energía sísmica; usar un parámetro de frecuencia de Laplace complejo para transformar los datos sísmicos desde un dominio de espacio-tiempo hacia un dominio espectral; aplicar un esquema de gradiente conjugado iterativo, usando un preacondicionador basado-físicamente, para los datos sísmicos transformados, para proporcionar una solución de mínimos cuadrados para un conjunto de ecuaciones normales para un sistema de ecuaciones de remoción de señal fantasma; y transformar a la inversa la solución de regreso a un dominio de espacio-tiempo para proporcionar los datos sísmicos con la señal fantasma removida, útiles para formación de imagen del subsuelo de la tierra.

2.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el usar un parámetro de frecuencia de Laplace complejo comprende: obtener datos sísmicos grabados con un cable marino; determinar una parte real no cero del parámetro de frecuencia de Laplace complejo; obtener datos sísmicos grabados para una activación de fuente sísmica; usar el parámetro de frecuencia de Laplace complejo para transformar los datos sísmicos grabados para una activación de fuente sísmica desde el dominio de espacio-tiempo hacia un dominio de espacio-frecuencia; obtener datos sísmicos transformados para una frecuencia; y usar el parámetro de frecuencia de Laplace complejo para transformar los datos sísmicos transformados para una frecuencia desde el dominio de espaciófrecuencia hacia el dominio espectral.

3. - El método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque el parámetro de frecuencia de Laplace complejo s es proporcionado por: s = ¡? + e - j2nf + e, donde j es la unidad imaginaria -? , ? es la frecuencia circular, es la frecuencia y e es la parte real no cero determinada del parámetro de frecuencia de Laplace complejo s.

4. - El método de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado además porque el usar el parámetro de frecuencia de Laplace complejo para transformar los datos sísmicos grabados comprende: transformar el campo de ondas acústicas dispersadas desde el domino de espacio-tiempo fx ,x ,x ,t) hacia el dominio de espacio-frecuencia fx ,x ,x ,s,) usando una transformada de Laplace, así: en donde pdls es el campo de ondas acústicas dispersadas en el dominio de espacio-frecuencia, x q es una coordenada de receptor en-línea, q es un número de receptor en-línea, x r, es una coordenada de receptor de línea- transversal, r es un número de receptor de línea transversal y ? r , es la profundidad del receptor como una función de ? y r .

5.- El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el usar un parámetro de frecuencia de Laplace complejo para transformar los datos sísmicos transformados comprende: transformar el campo de ondas dispersado pdls desde el dominio de espacio-frecuencia (x* ,x¿ , x¡ ,s) hacia el dominio espectral (san, sfim, x ,s) por: -N -M ? ,- ?????: (jsa ,+jsfimxlr)p" donde: san = ?? isa ). sfim = p?? (s/3 )- y y p sm es el campo de ondas acústicas dispersada en el dominio espectral, n es un número espectral en-línea, m es una número espectral de línea transversal, ??? es la distancia de muestreo del receptor en-línea, ?? es la distancia de muestreo de receptor de línea-transversal, jsan es un parámetro de Fourier espectral en-línea, (sa) es la distancia de muestreo espectral en-línea, js m es un parámetro de Fourier espectral de línea transversal, A(sfi) es la distancia de muestreo espectral de línea-transversal, N es el número total de receptores en-línea, y M es el número total de receptores de línea transversal.

6.- El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque adicionalmente comprende: determinar un sistema de ecuaciones para remoción de señal fantasma de los datos sísmicos transformados para una frecuencia; determinar un conjunto de ecuaciones normales para el sistema de ecuaciones de remoción de señal fantasma; y aplicar un preacondicionador basado-físicamente al conjunto de ecuaciones normales.

7.- El método de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado además porque la determinación de un sistema de ecuaciones para remoción de señal fantasma comprende aplicar la siguiente ecuación: ? ? K .mPZ = p"/ Q = ~ 2 N+1 --¿N¦ r · en la cual la matriz del sistema Kq r:n m es dada por

8.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque la determinación de un conjunto de ecuaciones normales comprende aplicar la siguiente ecuación: en donde, la matriz An.m..n m , es proporcionada por -M A n',m';n,m ^^9, q=~N+1 r=--M+1 2 2 el vector conocido Bn;m; es proporcionado por y n y n' son números espectrales en-línea, m y m' son números espectrales de línea-transversal, y la línea superior designa la conjugación compleja.

9.- El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque el preacondicionador comprende una inversa de la matriz del sistema para un cable marino horizontal.

10.- El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la aplicación de un preacondicionador comprende aplicar la siguiente ecuación:

11.- El método de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la aplicación de un esquema de gradiente conjugado iterativo comprende: seleccionar una estimación inicial para el contador de iteración k =0, como sigue: Dd9h{0) = 0 r I n W' I { q0) = nqÍS '-calculando las estimaciones para el contador de iteración k=1, como sigue: realizando lo siguiente hasta que es cumplido un criterio de error: incrementar el contador de iteración por k=k+1; y calcular las estimaciones para el contador de iteración k, usando estimaciones previas calculadas para k-1, como sigue:

12.- El método de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizado además porque el criterio de error es proporcionado por:

13.- El método de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque la transformación inversa de la solución comprende aplicar la siguiente ecuación: