NO149978B

NO149978B - Fremgangsmaate ved marine seismiske undersoekelser

Info

Publication number: NO149978B
Application number: NO784137A
Authority: NO
Inventors: William Harold Ruehle
Original assignee: Mobil Oil Corp
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1984-04-16
Also published as: IT7919137A0; US4242740A; AU526120B2; DK7279A; NO784137L; IT1112003B; NO149978C; CA1116738A; BR7900094A; AU4314479A; ES476547A1

Description

Denne oppfinnelse angår marine seismiske undersøkelser

og er mer spesielt rettet mot seismisk undersøkelse efter refraksjonsprofilmetoden.

Generelt sett finnes det to typer av seismiske under-søkelsesmetoder hvor seismisk energi sendes inn i grunnen på

et første sted ved overflaten og efter forplantning gjennom undergrunnsformasjonene, blir denne energi detektert på et annet sted ved overflaten. Ved en slik metode, nemlig refleksjons-metoden, blir seismisk energi direkte reflektert av grensefla-tene mellom undergrunnsformasjonene og vender tilbake til overflaten. Ved den annen metode treffer den seismiske energi dis-

se grenseflater mellom undergrunnsformasjoner ved en slik vinkel at den avbøyes langs en bane som går gjennom den nederste av to formasjoner i det vesentlige parallelt med grenseflaten mellom formasjonene. Efter å ha kommet ut av den nederste formasjon og inn i den øverste formasjon, blir den seismiske energi igjen avbøyet ved grenseflaten med en lignende vinkel som den med hvilken den opprinnelig trådte inn i den nederste forma-

sjon fra den øverste formasjon. Efter å ha vendt tilbake til overflaten, blir den seismiske energi registrert som seismiske refraksjonssignaler.

Oppfinnelsen går ut på en fremgangsmåte omfattende avgivelse av seismisk energi fra en lineær gruppe av kilder langs en undersøkelseslinje og innretting av denne energi i en slik vinkel at den ankommer til grenseflaten mellom et gitt undergrunns-

lag og laget umiddelbart over dette, med den kritiske vinkel, og

blir derefter bøyet tilbake gjennom det gitte undergrunnslag og efter å ha kommet ut fra laget forplanter den seg mot vann- • overflaten for å oppfanges av i det minste én seismisk mottager plassert langs undersøkelseslinjen, og deteksjon av den avbøyde seismiske energi ved hjelp av mottageren, karakterisert ved at avgivelse og innretting av den seismiske energi fra den lineære kildegruppe omfatter: (a) estimering av den maksimale, henholdsvis den minimale utgangsvinkel for avbøyet akustisk energi som forplanter seg fra det nevnte lag til overflaten, (b) bestemmelse av vinkelforskjellen mellom nevnte minimale og maksimale utgangsvinkel, (c) valg av kildegruppens lengde slik at det fremkommer en seismisk energilobe hvis halvverdipunkter tilsvarer en vinkel med hensyn til toppunktet av den nevnte lobe, som er tilnærmet lik verdien av den nevnte vinkelforskjell, (d) generering av den nevnte seismiske energilobe med kildegruppen, og

(e) dreining av den seismiske energilobe til en slik stilling

at nevnte halvverdipunkter faller henholdsvis på den minimale og den maksimale utgangsvinkel.

Ifølge en utførelsesform av oppfinnelsen omfatter dreiningen av den seismiske energilobe tidsforsinkelse av de seismiske pulser som frembringes av hver kilde i kildegruppen. I en an-nén utførelse er tidsforsinkelsen gitt ved

hvor x er den nevnte tidsforsinkelse, L er lengden av kildegruppen, n er antall kilder i gruppen, 0 er direktivitets-eller retningsvinkelen for hovedloben i forhold til vertik-kalen, og Vg er lydhastigheten i det øverste geologiske lag.

Oppfinnelsen skal i det følgende forklares nærmere under henvisning til tegningene, hvor: Figurene 1 og 2 viser alternative marine seismiske undersøkelses-systerner for utførelse av denne oppfinnelse, og

figurene 3 og 4 viser kildegrupperespons og -retningsdiagram-mer oppnådd ved bruk av systemet på figur 1.

På figur 1 er 'det vist et seismisk undersøkelsesskip

10 som sleper et seismisk kildesystem S omfattende en lineær gruppe av kilder Sl-Sn langs en undersøkelseslinje. Avfy-

ringen av kildene i en slik gruppe blir styrt sekvensmessig

slik at hovedloben eller -responsen for kildegruppen er rettet nedad og fremad i forhold til skipet 10 langs en bølgestråle eller bane 13a, som treffer en refraktor under jordoverflaten med en kritisk vinkel a i forhold til vertikalen. Efter refraksjon eller avbøyning, vil den seismiske energi komme ut fra refraktoren i et flertall bølgestråler for den seismiske energi, hvor-av to bølgestråler er vist ved 15a og 15b. Den seismiske energi i hver slik bølgestråle 15a og 15b blir detektert av seismiske mottagere RI og R2 som er opphengt under bøyer henholdsvis Bl og B2. Den seismiske energi som blir mottatt i mottagerne Ri og

R2, overføres til skipet 10 som signaler Fl og F2 fra sender-antenner på bøyene Bl og B2 til mottagerantenner 16 på skipet 10.

Selv om mesteparten av den genererte seismiske energi omfattes av trykkbølgen A, vil noe av energien som ikke befinner seg innenfor kildegruppens hovedloberespons, bli rettet nedad og bakover i forhold til skipet 10 langs bølgestrålen 13b. Denne seismiske energi treffer refraktoren ved den kritiske vinkel a i forhold til vertikalen slik at den avbøyes og detekteres bak skipet 10 ved hjelp av de seismiske mottagere R3 og R4 som er opphengt i de respektive bøyer B3 og B4. Denne seismiske energi blir også overført til skipet 10 som respektive signaler F3

og F4 .

Ved å forandre avfyringstidspunktene for kildene i gruppen S kan hovedloberesponsen for kildegruppen vekselvis rettes nedad og bakover fra skipet 10 langs bølgestrålen 13b slik at hoveddelen av den avbøyde seismiske energi blir detek- • tert og overført til skipet som signaler F3 og F4.

På figur 2 er det vist en alternativ utførelsesform av det seismiske undersøkelsessystem på figur 1. Et første under-søkelsesskip 20 tjener som en fast posisjon for det seismiske kildesystem S. Et annet undersøkelsesskip 21 sleper en flyte-eller slepeinnretning 22 omfattende et flertall mottagere Rl-Rn langs en forutbestemt profillinje. Seismisk energi som leveres av kilden S, forplanter seg nedad langs bølgestrålen 23 og treffer en refraktor under jordoverflaten med den kritiske vinkel a i forhold til vertikalen. Efter refraksjon eller avbøyning, kommer den seismiske energi ut fra refraktoren i et flertall seismiske bølgestråler 24 som hver danner den kritiske vinkel a med vertikalen. Den seismiske energi i hver slik bølgestråle blir detektert'av de seismiske mottagere Rl-Rn mens skipet 21 fører slepeinnretningen 22 langs den seismiske profillinje.

Mer spesielt vil den avbøyde seismiske energi i bølge-strålene 24 bli detektert av mottagerne R1-R4 efter den første avfyring av kilden S, med skipet 21 beliggende i posisjon A langs profillinjen. Når skipet 21 beveger seg fremad langs profillinjen til posisjon B, blir den seismiske kilde avfyrt for annen gang, og den avbøyde seismiske energi følger de samme bølge-stråler 24 og blir detektert av mottagerne R2-R5. Når skipet 21 beveger seg videre langs profillinjen til posisjon C, blir den seismiske kilde avfyrt for tredje gang, og den avbøyde seismiske energi i bølgestrålene 24 blir detektert av mottagerne R3-R6.

På lignende måte vil mottagerne R4-R7 med skipet 21 i posisjon

D, detektere den avbøyde seismiske energi som ankommer via bølge-strålene eller -banene 24. En slik form for seismiske under-søkelser som er basert på bruk av en punktkilde, er beskrevet i en artikkel under tittel "Marine Seismic Surveying Using Non-Dynamite Energy Sources", presentert på møte i oktober 1975 i Society of Exploration Geophysicists i Denver, Colorado, av Mr. W.D. Jenkinson og Mr. J.R. Rogers, begge Texaco Inc.

Seismiske traser registrert frå hver av mottagerne Rl-Rn for hver kildeavfyring, blir samlet sammen slik at de traser som inntar en felles overflateposisjon, blir anbragt i en registrering. For eksempel har mottagerne R1-R4 en felles overflateposisjon for de respektive kildeavfyringer 1-4. Mottagerne R2-R5, R3-R6 og R4-R7 har på lignende måte felles forskjøvne stillinger eller offset-posisjoner for suksessive kildeavfyringer. Med kilden S på skipet 20 holdt i ro i en fast posisjon og med skipet 21 i drift for å fremføre mottagerne langs profillinjen med en mottagerposisjon for hver kildeavfyring,vil traser innsamlet på denne måte være duplikater av hverandre bortsett fra omgivelsesstøy. Efter stakking eller sammenholdelse av de felles offset-traser, blir denne støy undertrykket slik at det fremkommer en forbedret seismisk registrering.

Ved utførelse av seismiske refraksjonsundersøkelser

ved bruk av utførelsesformene i henhold til figur 1 eller figur 2, kan alle signaler som ankommer til mottagerne Rl-Rn fra andre retninger enn de utgående bølgestråler fra refraktoren, betraktes som uønskede støysignaler. Slike støysignaler vil omfatte enkelt- og multippelrefleksjoner, horisontaltgående bølger og andre forstyrrelser som skriver seg fra den seismiske energi-kilde såvel som andre former for støy som ikke genereres av kilden. Det er derfor et spesielt formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en fremgangsmåte og et system for seismiske undersøkelser hvor hoveddelen av den genererte seismiske energi

blir rettet nedad slik at den avbøyes av undergrunnsformasjonene og detekteres av i det minste én seismisk mottager plassert langs den ønskede undersøkelseslinje• J~ l henhold til denne oppfinnelse omfatter den seismiske kilde S en lineær horisontal gruppe av kilder sl-Sn som vist på figurene 1 og 2. Avfyringen av kildene i denne gruppe blir styrt sekvensmessig slik at hovedloberesponsen for den resulterende seismiske trykkbølge er rettet mot undergrunnsrefraktoren ved den kritiske vinkel a for den forventede inngående bølgestråle, som vist på figurene 1 og 2. Hvis den seismiske energi skal utstråles i den konus som tilsvarer den forventede kritiske vinkel a, må lengden av kildegruppen og avfyringsforsinkelsen mellom kildene Sl-Sn velges slik at kildens passbånd omfatter konusgrensene. Ved å etablere grensene' for den kritiske vinkel a, kan den maksimale kilde-

gruppelengde bestemmes slik at grensene for de inngående bølge-stråler faller i halvverdipunktene for gruppens respons. Den maksimale responslobe for gruppen kan bringes til å rotere for å innbefatte disse grenser.

Den maksimale gruppelengde kan bestemmes i overens-stemmelse med gruppekonfigurasjonens respons og retningsdiagram som det fremgår av figur 3. Den gruppelengde som vil omfatte bølgestråler i en konus med apertur 2y ved halvverdipunktet er gitt av

hvor

AT

(—)c = grupperesponskoordinat som definerer pass-båndet for konus c (i dette tilfelle 0,707 med hensyn til amplitude),

t = signalperiode,

V"w = lydhastigheten i vann, og

Y = halvverdi-vinkel for retningsdiagrammets hovedlobe.

Den nødvendige avfyringsforsinkelse mellom kildene Sl-Sn for å rotere hovedlobens følsomhet er gitt av:

hvor

L = gruppens lengde,

6 = lobens vinkel i forhold til vertikalen,

n = antall kilder i gruppen, og

Vg = overflatelag-hastighet.

I en foretrukken utførelsesform ligger de forventede bølgestråler på 10° til 40° som illustrert på fig. 4, hvorved det fremkommer en y på 15°. Den maksimale periode som skal registreres, er 0,05 sekund, hvorved det fremkommer en x på 0,05 sekund. Lydhastigheten for den seismiske energi i vann,

AT

dvs. VrT, er 1520 meter pr. sekund. Verdien av ( —) ut fra W c T C

figur 3 for halvverdi-punktet eller en amplituderespons på 0,707, er 0,5. Disse verdier gir en maksimal kildelengde ifølge ligning (1) på 147 meter. I henhold til den foretrukne utfø-relsesform blir 19 seismiske kilder plassert fordelt langs en lengde på 145 meter av flyte- eller slepeanordningens lengde. En slik kildelengde vil gi en hovedlobe med bredde 30° i kildens respons. Sentrering av loben på 25° i forhold til vertikalen vil kreve avfyringsforsinkelser på 0,0021 sekund ifølge ligning (2) .

I en alternativ utførelsesform kan kildene være ujevnt fordelt langs gruppen, eller de kan ha ulik vekt med hensyn til energikapasitet langs gruppen slik at det blir mulig ytterligere å styre den resulterende seismiske trykkbølge. Avfyringsforsinkelsen mellom kildene Sl-Sn er gitt av:

hvor

AX. = avstanden mellom kilde nummer i og i + 1, og

^ AT

6t =7— (dvs. trinnforskjellen pr. lengde-enhet).

Ved å anvende forsinkelsen ifølge ligning (3) for ujevnt for-delte eller ulikt veiede kilder, vil halvverdiresponspunktet for bølgestrålene i en konus med apertur 2y opptre ved et

ÅT

punkt (~) som ut fra figur 3 er forskjellig fra 0,5.

Claims

1. Fremgangsmåte ved marine seismiske refraksjonsunder-søkelser omfattende avgivelse av seismisk energi fra en lineær gruppe av kilder langs en undersøkelseslinje og innretting av denne energi i en slik vinkel at den ankommer til grenseflaten mellom et gitt undergrunnslag og laget umiddelbart over dette, med den kritiske vinkel, og blir derefter bøyet tilbake gjennom det gitte undergrunnslag og efter å ha kommet ut fra laget forplanter den seg mot vannoverflaten for å oppfanges av i det minste én seismisk mottager plassert langs undersøkelseslinjen, og deteksjon av den avbøyde seismiske energi ved hjelp av mottageren, karakterisert ved at avgivelse og innretting av den seismiske energi fra den lineære kildegruppe omfatter: (a) estimering av den maksimale, henholdsvis den minimale utgangsvinkel for avbøyet akustisk energi som forplanter seg fra det nevnte lag til overflaten, (b) bestemmelse av vinkelforskjellen mellom nevnte minimale og maksimale utgangsvinkel, (c) valg av kildegruppens lengde slik at det fremkommer en seismisk energilobe hvis halvverdipunkter tilsvarer en vinkel med hensyn til toppunktet av den nevnte lobe, som er tilnærmet lik verdien av den nevnte vinkelforskjell, (d) generering av den nevnte seismiske energilobe med kildegruppen, og (e) dreining av den seismiske energilobe til en slik stilling at nevnte halvverdipunkter faller henholdsvis på den minimale og den maksimale utgangsvinkel.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at dreiningen av den seismiske energilobe omfatter tidsforsinkelse av de seismiske pulser som frembringes av hver kilde i kildegruppen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at tidsforsinkelsen er gitt ved: hvor t er den nevnte tidsforsinkelse, L er lengden av kildegruppen, n er antall kilder i gruppen, 0 er direktivitets-eller retningsvinkelen for hovedloben i forhold til vertikalen, og V"s er lydhastigheten i det øverste geologiske lag.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kildene er jevnt fordelt langs gruppen.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kildene er ujevnt fordelt langs gruppen.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert v e d at kildene er likt veiet med hensyn til energikapasitet langs gruppen.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at kildene er ulikt veiet med hensyn til energikapasitet langs gruppen.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at detektorene er plassert ved motsatte ender av en travers og den seismiske energilobe vekselvis blir avgitt først i retning av den ene ende av traversen og så i retning av den annen ende av traversen.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert ved at dreiningsvinkelen for de lober som genereres i den ene retning er forskjellig fra dreiningsvinkelen for de lober som genereres i den annen retning.