NO145859B - Detektoranordning for bruk ved marine seismiske undersoekelser - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt seismiske under-søkelser og er mer spesielt rettet mot en anordning av en streng eller rekke av detektorer som har seksjonslengder med forbedret respons for de geologiske forhold i det område som undersøkes, for offset-avstanden fra den seismiske kilde til detektorseksjonen eller -gruppen, og for refleksjonstiden på seismogrammene for refleksjoner fra grunnformasjoner av interesse. Oppfinnelsen er i første rekke nyttig ved marine seismiske undersøkelser.

Ved marine seismiske undersøkelser blir seismisk

energi generert av en lineær streng av kilder og detekteres ved hjelp av en lang lineær streng av detektorer eller hydrofoner. Strengen av kilder og strengen av detektorer slepes bak et fartøy. I norsk patentsøknad 77.2335 er det beskrevet en lineær streng av seismiske kilder som er egnet.

U.S.-patent 3.613.071 viser en typisk tidligere kjent streng av detektorer slept ved hjelp av en kabel. Grupper av detektorer kombineres for å danne seksjoner. Dette U.S.-

patent beskriver anvendelse av en lang seksjon for å attenuere lavfrekvensstøy og en kortere seksjon for å detektere høyfre-kvenskomponentene i grunne refleksjoner. Andre eksempler på

kjent teknikk er å finne i U.S.-patentene 3.400.783 og 3.335.401.

Nærmere bestemt går oppfinnelsen ut på en detektoranordning for bruk ved marine seismiske undersøkelser, av den type som omfatter en slepekabel som kan festes til et sjø-gående fartøy, et flertall hydrofoner anbragt med tilnærmet like mellomrom langs slepekabelen, og en anordning for kombinering av utgangene av nærliggende hydrofoner for å danne hydrofonseksjoner med lengder som er multipla av de nevnte mellom-

rom. Det nye og særegne ved anordningen ifølge oppfinnelsen består i at lengden av seksjonen er den størst mulige lengde slik at forholdet mellom forplantningstiden AT for en seismisk bølge med tilnærmet plan bølgefront, fra et punkt hvor den treffer detektoren ved den ene ende av seksjonen, til detek-

toren ved den annen ende av seksjonen, og perioden t av de seismiske refleksjoner, er fra 0 til 1.

Ifølge en foretrukken utførelse er den maksimale

lengde av hver seksjon bestemt ved L . = u»46tl/6t hvor <5t er utadbevegelsen pr. avstandsenhet langs hver seksjon.

De seismiske detektorer kan bli plassert meget nærmere kilden

enn det som tidligere ble gjort ved denne teknikk. Slepekabelen for detektorene danner en bue fra akterenden av slepe-fartøyet ned til en dybde ved hvilken detektorrekken strekker seg i det vesentlige horisontalt. Hittil har detektorer bare vært brukt på det horisonalt-forløpende parti av strengen.

Av denne grunn har ofte de detektorseksjoner som ligger nær-

mest kilden, en lang offset-avstand fra denne. Det er ønskelig å bruke korte offset-avstander for å registrere refleksjoner fra grunnformasjoner nær overflaten. Detektorer kan bli plassert på det bueformede parti av kabelen som ligger foran det horisontalt forløpende parti. Disse detektorseksjoner befin-

ner seg forholdsvis nær kilden og seismogrammer fra disse seksjoner kan brukes for undersøkelse av grunnformasjoner nær overflaten.

De forannevnte og andre formål, særlige trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå bedre av den følgende mer detaljerte beskrivelse og av patentkravene samt av tegningene, hvor:

Figur 1 viser en del av en detektorrekke sammen med et fartøy

og en behandlingsanordning;

figur 2 viser ett eksempel på en detektoranordning i henhold

til denne oppfinnelse;

figur 3 viser en periode av en seismisk puls;

figur 4 viser tiden AT; og

figur 5 viser amplituderesponsen for en seksjon.

Figur 1 viser et fartøy 10 som sleper en kabel 11 med

en lang lineær detektorrekke. Et flertall hydrofoner 12, 13, 14 osv. er inkludert i kabelen 11 med tilnærmet jevn fordeling eller samme innbyrdes avstand. Hydrofonene detekterer refleksjoner av seismisk energi fra en periodisk kilde som ikke er vist på figur 1. Denne kilde består fortrinnsvis av en lineær seksjon av luftkanoner som beskrevet i forannevnte norske patent.

Hydrofonene 12, 13 og 14 befinner seg på den bueformede del av kabelen 11 som ligger foran det horisonalt forløpende parti. Avstanden fra den seismiske kilde til enden av dette bue-parti, hvilken avstand er angitt ved pilen 15, kan være av størrelsesorden 800 til 1.000 fot. I forbindelse med oppfinnelsen kan hydrofonene på buepartiet anvendes, hvorved det fremkommer seismogrammer fra detektorer med en redusert offset-avstand fra kilden. Disse seismogrammer basert på kort offset-avstand er spesielt nyttige for identifikasjon av refleksjoner fra grunnformas joner nær overflaten.

En behandlingsanordning 16 kombinerer utgangene fra nærliggende hydrofoner for å danne hydrofonseksjoner med lengder som er multipla av intervallene mellom hydrofonene. Én type behandlingsanordning som er egnet for anvendelse her, er forsterker modul DSS-V levert av Seismic Engineering Company. Denne modul er beskrevet i "Digital Quality Seismic Streamer System" av W. H. Luehrmann, Paper No. OTC-2019, Sixth Annual Offshore Technology. Conference, Houston, Texas, 6-8 mai, 1974. Denne behandlingsanordning forsterker utgangen fra hver hydrofon i strengen og avgir utganger ved høyt nivå og lave impedanser. Opp til ni utganger fra strengen kan kombineres gjennom et resistivt summeringsnettverk. Dette summeringsnettverk gjør det mulig å veie utgangene av hver seksjon i forhold til hverandre.

F.eks. blir utgangene av de fem hydrofoner i seksjonen 17 kombinert i behandlingsanordningen 16 for å danne en enkelt seismisk trase som blir registrert på en digital registrerings-anordning 18. Utgangene fra de tre hydrofoner i seksjonen 19 blir tilsvarende kombinert og utgangene fra de fire hydrofoner i seksjonen 20 kombineres i behandlingsanordningen 16.

Behandlingsanordningen veier også utgangene av hydrofonene slik at den sammensatte trase utgjør en veiet sum av utgangene. Den forannevnte behandlingsanordning omfatter en mot-standsmatrise for endring av de relative amplituder av utgangene fra hver hydrofon i seksjonen. De veide relative amplituder av utgangene fra hydrofonene er gitt ved: hvor A er amplitude, n er den romlige frekvens ved hvilken A beregnes og N er det totale antall hydrofoner i seksjonen. De relative amplituder for hydrofonene i seksjonen 17, hvor N=5, er f.eks.:

Figur 2 viser ett eksempel på hvordan utgangene fra alle hydrofoner i strengen blir kombinert for å danne seksjoner av forskjellige lengder. I eksemplet har detektoranordningen 312 hydrofon-grupper med innbyrdes senteravstand på 12,5 m. (Hver gruppe har 16 detektorer med innbyrdes avstand 0,6 7 m, men for enkelhet skyld vil en hydrofongruppe herefter bli betegnet som en hydrofon.) Det er tilgjengelig i alt 208 utganger" på fartøyet. Adaptere plassert ved begynnelsen og i punktet 21 tillater kombinering av individuelle hydrofoner for å avstedkomme lengre en-heter. Utgangen for hver trase er balansert i forhold til et felles nivå. Opp til 96 kanaler blir registrert digitalt. Utgangene av de første 104 hydrofoner bringes direkte til behandlingsanordningen på fartøyet, utenfor adapteren ved punktet 21 blir utgangene av i det minste 208 hydrofoner kombinert parvis før de overføres til fartøyet.

I behandlingsanordningen 16 kombineres utgangene av de første syv hydrofoner i strengen og videre kombineres utgangene av de neste syv hydrofoner. Dette danner to traser med syv utganger i hver (N= 7 respektive 7). De neste fem utganger kombineres for å danne en seksjon med fem hydrofoner og de følgende fem kombineres for å danne en ytterligere trase med fem hydrofon-utganger (N= 5 respektive 5). Fortsettes denne sekvens fremkommer det åtte traser med utganger fra tre hydrofoner og 36 traser med utganger fra fire hydrofoner.

Efter adapteren i punktet 21 dannes det tolv traser av utgangene fra fire hydrofoner hver, tolv traser dannes av utgangene fra åtte hydrofoner hver og 24 traser dannes fra utgangene av tolv hydrofoner hver.

I eksemplet på figur 2 er veiningen for trasene foran adapteren 21 som følger: N = 7 0,3 - 0,78 - 0,9 - 1 - 0,9 - 0,78 - 0,3

N = 5 0,3 - 0,75 - 1 - 0,75 - 0,3

N=3 1-1-1 (1 enhet)

N=4 1-1-1-1 (1 enhet)

Veiningen eller vekttallet for trasene bak adapteren 21 er lik

1 enhet.

Lengdene av de forskjellige seksjoner bestemmes på følgende måte. Ved hver traselokalitet blir den lengst mulige seksjon anvendt slik at refleksjonsamplituderesponsen forblir innenfor båndet 0 <_AT/r<; 1. I det foregående er T perioden av den seismiske puls. Figur 3 viser en seismisk puls og dennes periode. Figur 4 viser en reflektert seismisk bølge som treffer en seksjon på seks detektorer. AT er den tid som er nødvendig for at en seismisk puls skal forplante seg fra punktet 22 til detektoren 23. Med andre ord er det den nødvendige tid for at en seismisk puls skal forplante seg fra den plane bølgefront i et punkt hvor den treffer en detektor ved den ene ende av seksjonen, til detektoren ved den annen ende av seksjonen.

Amplituderesponsen av en lineær seksjon detektorer er

gitt ved:

Denne respons er vist på figur 5. Som tidligere nevnt har seksjonen størst mulig lengde slik at amplituderesponsen ligger i det bånd hvor &T/t < 1. Fortrinnsvis er lengden av seksjonen valgt slik at responsen faller i det skraverte område på figur 5. Det punkt som har minst attenuasjon er representert ved A T/r = 0,46. Det ønskede bånd er definert ved verdier av AT/r som er mindre enn 0,46. Det vil si,

Båndet definerer L ^s på følgende måte.

Den maksimale lengde av en seksjon, d.v.s. L ma. jcs, står i relasjon til AT som følger:

hvor {t er utadbevegelsen av en refleksjon pr. avstandsenhet langs seksjonen. (I det følgende er <j t utadbevegelsen målt i fot).

Ved innsettelse av AT fra ligning (3) i båndkriteriet ifølge ligning (2) fremkommer følgende:

D.v.s. at lengden av hver seksjon er en funksjon av periodenT og utadbevegelsen it for de seismiske refleksjoner. Disse er på sin side avhengig av de geologiske forhold i den grunn-formasjon som undersøkes og av offset-avstanden mellom kilden og midten av seksjonen. Mer spesielt blir utadbevegelsen pr. avstandsenhet bestemt ved:

(positive fortegn for seksjonens nedad-dip av kilden). Det foregående viser at ét er avhengig av:

X - seksjonens offset-avstand fra kilden slik som vist

i eksemplet på figur lj

T - refleksjonstid i seismogrammene for refleksjoner fra

grunnformasjoner av interesse;

Tq- refleksjonstiden for null offset-avstandj

V - akustisk hastighet i de grunnformasjoner som

undersøkes;

a. - dip i de grunnformas joner som undersøkes;

T - periode av refleksjonen; og

H - den horisontale avstand mellom kilden og mottager.

Den omtrentlige akustiske hastighet, dip og refleksjonstid for grunnformasjoner av interesse er kjent for geofysikere, enten fra tidligere undersøkelser eller ganske enkelt ved tilnærmelser. Perioden av den seismiske bølge er også tilnærmet kjent for varier-ende dybder eller refleksjonstider. Disse tilnærmelser innføres i regnemaskinen 24 som bestemmer N som er antallet av detektorer i hver seksjon. Hvilken som helst liten kommersielt tilgjengelig universal-regnemaskin (-datamaskin) kan brukes for å bestemme N.

Som et eksempel på hvordan lengdene av seksjonene blir endret i avhengighet av inngangstilnærmelsene, skal det henvises til følgende tabeller som angir lengdene av seksjonene regnet i antallet (N) av detektorer med innbyrdes mellomrom 12,5 m. Dette system fremhever refleksjoner fra grunnformasjoner hvis periode, tids- og hastighetsfordeling er gitt i de tre første kolonner av

tabellen.

Prosedyren for bestemmelse av antall detektorer i hver seksjon er som følger: 1. Fyll ut tids- og hastighetskolonnene ut fra inngangstilnærmelser. 2. Velg den tidsavhengige nedre frekvensgrense for den attenuerte skuddpuls, i dette eksempel er T lik 0,025 fra 0 til 2 sek. og 0,040 fra 2,0 til 4,0 sek. 3. Beregn det utviskningsmønster ( mute pattern) som brukes for bearbeidelsen. For operasjoner til sjøs opptrer den minste utviskning langs en linje hvor X = 5000 t. Den maksimale seksjon vil opptre på

denne avstand under hvilken som helst tid.

4. Anslå maksimal dip slik denne varierer med tiden.

I den første tabell velges 30° for alle tider. Den annen tabell angir tilfellet flat dip.

5. Bestem verdiene av it ut fra ligningene (5) og (6). 6. Beregn Lma^s - 0,46 St som er lengden av en likt veiet seksjon for hvilken den refleksjon som beskrives av parametre i tabellen, faller i seksjonens pass-bånd. 7. Hvis seksjoner skal veies uregelmessig beregnes deres responskurve ved anvendelse av de dimensjonsløse koordinater AT/T og den verdi av At/T som har responsen 0,707 utvelges. Det sistnevnte tall erstatter 0,46

i ligningen for Lmaks.

Studium av ovenstående tabeller viser at et bredt område av seksjonslenger tilfredsstiller kravene i avhengighet av forventede parametre, i område fra 75 fot til 1408 fot for 30°

dip og grunt (shallow) til 0° dybde.

Det kan foretas flere modifikasjoner. Istedenfor et bånd som er mindre enn At/t = 0,46 kan f.eks. båndet gjøres mindre enn det som svarer til punktet med maksimal helning på responskurven. Dette punkt med maksimal helning er angitt ved henvisnings-tallet 30 på fig. 5. Det gir en verdi av A T/t — 0,68. Dette punkt med maksimal helning kan brukes til å separere primære og multiple refleksjoner på responskurven ved å innføre en under-trykkelse av multippelrefleksjonen.

Denne oppfinnelse er også anvendbar i systemer på land-jorden ved anvendelse av en kabel i likhet med den streng av hydrofoner som er beskrevet ovenfor. Det er nødvendig med en ytterligere modifikasjon. Trase-veining og -kombinering er avstandsavhengig. Lengen av seksjoner for skyting på land vil avhenge av de støykarakteristikker som måles i det område hvor det arbeides.

Claims (2)

1. Detektoranordning for bruk ved marine seismiske under-søkelser, omfattende en slepekabel som kan festes til et sjø-gående fartøy, et flertall hydrofoner anbragt med tilnærmet like mellomrom langs slepekabelen, og en anordning for kombinering av utgangene av nærliggende hydrofoner for å danne hydrofonseksjoner med lengder som er multipla av de nevnte mellomrom, karakterisert ved at lengden av seksjonen er den størst muligé lengde slik at forholdet mellom forplantningstiden AT for en seismisk bølge med tilnærmet plan bølge-front, fra et punkt hvor den treffer detektoren ved den ene ende av seksjonen, til detektoren ved den annen ende av seksjonen, og perioden t av de seismiske refleksjoner, er fra 0 til 1.

2. Detektoranordning ifølge krav 1, karakterisert ved at den maksimale lengde av hver seksjon er bestemt ved: hvor 6t er utadbevegelse pr. avstandsenhet langs hver seksjon.