NO147255B - Fremgangsmaate og anordning for marine seismiske undersoekelser - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt marine seismiske undersøkelser med lange seksjoner eller grupper av kilder og mottagere for undertrykkelse av multippelrefleksjoner.

U.S.patentene nr. 3.491.848 og 3.893.539 viser eksempler på

lange kilde- og detektorgrupper anvendt for seismiske under-søkelser. En lang kilde overfører energi langs refleksjons-

veien mer effektivt enn en punktkilde. Denne økede effektivi-

tet skyldes den skarpe topp i amplituderesponsen for en lang kilde.

Det er utviklet mange teknikker for å forbedre signal/støy-forholdet i seismogrammer frembragt under marine seismiske undersøkelser. Konvensjonell støy-undertrykkelse, de-reverbera-sjon og sammenstillingteknikker er nyttige i denne forbindelse.

I noen tilfeller er imidlertid multippelrefleksjoner tilstede

i så utpreget grad at den dynamiske respons for registrerings-systemet blir overskredet. I dette tilfelle vil en øket mengde behandling av resultatene efter skyting og registrering, ikke gjøre seismogrammene anvendbare. Det er ønskelig å utføre undersøkelsene med en gruppe av kilder og detektorer som diskriminerer mot disse multippelrefleksjoner.

Med utgangspunkt i den kjente teknikk er således denne oppfinnelse mer spesielt rettet mot en fremgangsmåte av den type hvor seismisk energi frembringes ved hjelp av en kilde-gruppe (array) omfattende et flertall seismiske kilder som er festet med tilnærmet jevne mellomrom til en første, resp. en annen slepekabel som slepes av et fartøy, og den seismiske energi reflekteres fra undergrunnsformasjoner og detekteres ved hjelp av en lang gruppe detektorer. Det nye og særegne ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen består i første rekke i at kablene slepes ved siden av hverandre og at den ene av kablene blir trukket inn eller sluppet ut i forhold til den annen kabel slik at lengden av kilde-gruppen varieres i henhold til de geologiske egenskaper ved den undergrunnsformasjon som undersøkes og refleksjonstiden for refleksjoner fra formasjoner av interesse, slik at multippelrefleksjoner blir eliminert ved diskriminering av typen normal utbevegelse (NMO-diskriminerihg). Den her oppnådde undertrykkelse av mul-tippelref leks joner skjer forut for registreringen av de aktuelle data og kommer i tillegg til den undertrykkelse som fremkommer under sammenstillingen.

Oppfinnelsen omfatter også en anordning for utførelse av fremgangsmåten, slik som nærmere angitt i patentkravene.

Oppfinnelsen samt andre formål, særegne trekk og fordeler ved denne vil forklares nærmere i det følgende under henvisning til tegningene, hvor: Figur 1 i sideriss viser et sjøgående fartøy som sleper en lang

kiIdégruppe,

figur 2 viser ovenfra et arrangement med oppsplittet kilde og

en lang detektorgruppe,

figurene 3A - 3E viser de to seksjoner av den lange kildegruppe i forskjellige konfigurasjoner for å danne forskjellige

lengder av den totale gruppe,

figur 4 viser den hyperbolske kurve for refleksjonstid som funksjon av avstand for en primær og en multippelrefleksjon, figur 5 viser amplituderesponsen for en gruppe med regelmessig

eller enhetlig veining,

figur 6 viser amplituderesponsen for en kildegruppe på 270 m, figur 7A viser seismiske data oppnådd med en punktkilde,

figur 7B viser seismiske data oppnådd med en kilde på 150 m, figur 7C viser seismiske data oppnådd med e'n kilde på 240 m, og figur 7D viser seismiske data oppnådd med en kilde på 300 m.

På figurene 1 og 2 er det vist et fartøy 11 med slepekabler 12 og 13 som er forbundet med to seksjoner av en lang kildegruppe. Bøyer eller flytelegemer 14 bærer en luftslange 15 som leverer luft til kildene. Disse kan være av den type som er beskrevet i U.S.-patent 3.506.085.

Det er anordnet to seksjoner som hver omfatter 20 kilder. Den ene seksjon omfatter kilder 16 ... 17 og den annen seksjon omfatter kilder 18 ... 19. Paravaner ved endene av seksjonene tjener til, å regulere eller styre disse.

En lang detektorstreng 22 strekker seg mellom de oppsplittede seksjoner av kilder. Detektorstrengen 22 inneholder et flertall detektorer som har tilnærmet regelmessig innbyrdes avstand. Utgangene av disse detektorer påtrykkes en behandlingsanordning ombord i fartøyet, hvilken behandlingsanordning f.eks. kan være av den type som er beskrevet i "Digital Quality Seismic Streamer System" av W.H. Luehrmann, Paper No. OTC-2019, Sixth Annual Offshore Technology Conference, Houston, Texas, May 6-8, 1974, eller i U.S.-patent 3.887.897. En slik behandlingsanordning (compositor) har evne til å kombinere utgangene av et flertall detektorer. Det vil si at det dannes detektorgrupper hvorav en er angitt med henvisningstallet 23 på figur 2. Avstanden eller forskyvningen fra midten av kilde-gruppen til en bestemt detektorgruppe er angitt med x. Den maksimalt anvendbare forskyvningsavstand fra kilden til en gruppe er betegnet X.

En vinsj 24 utgjør et middel til å slippe ut eller trekke inn på kabelen 13 slik at den seksjon som er festet til denne kabel, blir trukket ut henholdsvis trukket inn i forhold til den annen seksjon. Figurene 3A - 3E viser hvordan den totale gruppelengde kan endres uten å forandre det antall kilder som avfyres. I det eksempel som her betraktes, har hver seksjon tyve kilder med innbyrdes avstand 7,5 m. Når kabelen 13 er helt inntrukket, er lengden av kildegruppen 150 m,som vist på figur 3A. Når kabelen 13 er fullt utsluppet, er lengden av kildegruppen 300 m, slik som angitt på figur 3E. Figurene 3B - 3D viser mellomliggende lengder på henholdsvis 210 m, 240 m og 270 m.

Lengden av kildegruppen blir endret for å oppnå best mulig undertrykkelse av multippelrefleksjoner ved hjelp av normal utbevegelsesdiskriminasjon. Normal utbevegelsesdiskriminasjon blir også oppnådd ved utvelgelse av detektorer som har en forskyvningsavstand x for hvilken forholdet mellom amplituderespons for primær og multippelrefleksjon er større enn en. Undertrykkelse av multippelrefleksjoner ved hjelp av normal utbevegelsesdiskriminasjon vil forklares nærmere i det følgende.

Det henvises til den konvensjonelle hyperbolske avstands/tids-kurve som er vist på figur 4. Den hyperbolske kurve 25 angir tiden for opptreden av en refleksjon i et seismogram som funksjon av forskyvningsavstanden x mellom kilden og den detektor som leverer seismogrammet. Den hyperbolske kurve 26 gjelder en multippelrefleksjon. Kurvene er forskjellige for forskjellige refleksjoner (i virkeligheten forskjellige refleksjonstider). Figur 4 viser at for hver refleksjonstid vil utvalgte forskyvningsavstander x med-føre undertrykkelse av multippelrefleksjoner ved hjelp av normal utbevegelsesdiskriminasjon. De utvalgte avstander avhenger av de geologiske forhold i den grunnformasjon som undersøkes, og avhenger spesielt av den akustiske hastighet V og fallet eller dip a i den formasjon som undersøkes.

For en spesiell primær refleksjon har man en utbevegelse pr. lengdeenhet 6tp og en multippel utbevegelse pr. lengdeenhet 6tm. Utbevegelsen pr. lengdeenhet er helningen av kurven 25 eller kurven 26. Den er gitt ved:

hvor x er forskyvningsavstanden fra kilden til en gruppe, T er refleksjonstiden, Tq er refleksjonstiden for null forskyvning, V

er den akustiske hastighet som er karakteristisk for vedkommende grunnformasjon, a er undergrunnsformasjonenes dip og T er perioden for den seismiske energi.

Den totale utbevegelse AT står i forhold til lengden av en gruppe

som bestemt ved AT = L6t hvor L er lengden av gruppen. Det er van-lig å spesifisere amplituderesponsen for en slik gruppe som funk-

sjon av AT/7; hvor T er perioden for den seismiske puls som nevnt ovenfor. Det henvises i denne forbindelse til ichoenberger Michael, "Optimization and Implementation of Marine Seismic Arrays", "GEOPHYSICS", Vol. 36, Nr. 6, side 1038, 1039. Dette er vist på

figur 5.

I henhold til denne oppfinnelse har kildegruppen en slik lengde <

at AT/j^ er lik K, K< 1. En typisk verdi for K er 0,81. På denne måte er amplituderesponsen på hovedloben så høy som toppen av den sekundære lobe.

I det følgende skal det betraktes et eksempel på hvordan lengden Lmax av kilden blir valgt.

I dette eksempel avstedkommer den aktuelle grunnformasjon refleksjoner ved 2,0 sekunder med en hastighet på 3.600 m/sek. og en dip på 5°. Multippel-refleksjoner forekommer ved 0° dip og 2.400 m/sek. hastighet. Det antas at den seismiske puls har en periode l =0,040 sek.

Utbevegelse pr. lengdeenhet for primære og multiple refleksjoner

kan bestemmes ut fra ligningene (1) og (2) ovenfor for de reflek-sjonssoner som er av interesse. Disse er angitt i følgende tabell for forskjellige forskyvningsavstander x som følger:

I henhold til de kriteria som er nedlagt i forbindelse med denne oppfinnelse har man AT/T = L6t/f =0,81.

Løses det foregående med hensyn på L, fremkommer:

Den maksimalt anvendbare traseavstand X antas å være 3000 m. Av foregående tabell fremgår det at for denne maksimale forskyvning mellom kilde og detektor er den primære utbevegelse:

Innsettes dette i ligning (4) ovenfor, fremkommer:

I dette tilfelle er lengden av kilden satt til 270 m, hvilket er den konfigurasjon som er vist på figur 3D.

Forskyvningsavstandene mellom kildegruppen og detektorene blir valgt for undertrykkelse av multippelrefleksjoner på følgende måte.

For det første bestemmes utbevegelse pr. lengdeenhet ved primær og multippel refleksjon for kildegruppelengden Lmax for hver anvend-bar forskyvningsøkning eller -trinn mellom kilde og detektor. Verdiene for AT/7" blir oppnådd ved å multiplisere verdiene for 6t fra Tabell I med L max og å dividere med cperioden T dvs.:

Disse verdier er oppstilt i tabellen nedenfor. Verdiene er omformet til verdier av n = 45AT/r som også er angitt i tabellen nedenfor. Som det fremgår av figur 6, er n enheten langs den horisontale akse for responskurven. Skalafaktoren 45 omdanner AT/T til horisontale enheter.

Amplituderesponsen for en 270 m kilde er vist på figur 6.

Figur 6 viser Fourier-transformasjonen for en gruppe på 270 m,

slik som bestemt i forannevnte artikkel i "GEOPHYSICS". Av figur 6 fremgår det at amplitudenresponsen for den primære refleksjon ved 300 m, n = 11, er 0,89. Amplituderesponsen for multippelrefleksjon ved 300 m, n = 8, er 0,95. Disse tall er angitt i den følgende tabell sammen med amplituderesponsen for andre anvendbare for-skyvningsøkninger eller -trinn.

Forholdet mellom amplituderesponsen for primær-refleksjon og multippel-refleksjoner P/M er også angitt i ovenstående tabell. Betraktning av P/M-forholdene viser at en kildegruppe på 270 m

vil undertrykke multippel-refleksjoner over avstander fra 600 til 3000 m, med maksimal svekning ved 1800 m. Disse beregninger gjelder for en fast periode på 0,04 sek. Den seismiske puls har et amplitude-spektrum med senter omkring 0,04. Følgelig vil forholdet <*> ved 1800 m ikke bli oppnådd i praksis, men undertrykkelsen vil være stor.

På denne måte er forskyvningsavstandene mellom kilden og gruppen av detektorer blitt valgt på beste måte for undertrykkelse av multippel-refleksjoner ved normal utbevegelsesdiskriminasjon.

Som et eksempel på fordelene med denne oppfinnelse kan det henvises til de simulerte seismogrammer som er vist på figurene 7A til 7D. Disse figurer sammenligner seismogrammer oppnådd fra en punktkilde med det som blir oppnådd med en kilde på henholdsvis 150 m, 240 m og 300 m. I dette tilfelle er kilden på 300 m overlegen over det meste av den seismiske profil, spesielt i dybden.

Den ovenfor omtalte teknikk kan brukes til å tilveiebringe mot-tagergrupper som tar hånd om omgivelsesstøy og samvirker med kilden ved undertrykkelse av kildegenerert støy. Disse teknikker er også anvendbare for traseutvelgning og veining under sammenstillingsprosessen for ytterligere forbedring av forholdet mellom primære og multiple refleksjoner.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte for marine seismiske undersøkelser, hvor seismisk- energi frembringes ved hjelp av en kilde-gruppe (array) omfattende et flertall seismiske kilder som er festet med tilnærmet jevne mellomrom til en første, resp. en annen slepekabel som slepes av et fartøy, og den seismiske energi reflekteres fra undergrunnsformasjoner og detekteres ved hjelp av en lang gruppe detektorer, karakterisert ved at kablene slepes ved siden av hverandre og at den ene av kablene blir trukket inn eller sluppet ut i forhold til den annen kabel slik at lengden av kilde-gruppen varieres i henhold til de geologiske egenskaper ved den undergrunnsformasjon som undersøkes og refleksjonstiden for refleksjoner fra formasjoner av interesse, slik at multippelrefleksjoner blir eliminert ved diskriminering av typen normal utbevegelse (NMO-diskriminering).

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at forskyvningsavstanden mellom gruppen av kilder og gruppen av detektorer blir valgt slik at multippelrefleksjoner elimineres ved diskriminering av typen normal utbevegelse ved: bestemmelse av den primære og multippelreflekterte utbevegelse AT/t for en lengde på Lmax av kildegruppen, for refleksjonstidene, hastighetene og fallene ved formasjoner av interesse, og for hvert forskyvningstrinn mellom kilde og detektor, bestemmelse av amplituderesponsen for detektorgruppen overfor primære og multiple refleksjoner ut fra den nevnte refleksjons-utbevegelse, for hvert brukbart forskyvningstrinn mellom kilde og detektor, bestemmelse av forholdet mellom primær og multippel-reflektert amplituderespons og anvendelse bare av de forskyvningstrinn for hvilke det nevnte forhold er større enn 1.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den primære og den multippelreflekterte utbevegelse AT/t blir oppnådd ved å multiplisere utbevegelsen pr. lengdeenhet med leng^ den av kilden, L max

4. Anordning for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1, 2 eller 3, omfattende to slepekabler for slepning bak et fartøy og med marine seismiske kilder festet til kablene med tilnærmet like store mellomrom, karakterisert ved at kablene (12, 13) er forbundet med innretninger med slik utformning og plassering på fartøyet (11) at kablene (12, 13) i helt inntrukket stilling befinner seg side om side med innbyrdes avstand, og at den ene kabel (13) kan slippes ut og trekkes inn i forhold til den annen kabel (12).