NO157917B - Fremgangsmaate ved seismiske undersoekelser ved benyttelse av vibrasjonskilder. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved seismiske undersøkelser, ved hvilken minst én vibrasjonskilde benyt-

tes til å injisere kontinuerlige vibrasjoner inn i en tilgrensende joirdf ormas jon, de utbredende vibrasjoner registreres som fortegnsbit-signaler i minst én mottaker som er adskilt i kjent geometrisk forbindelse i forhold til kilden, og de mottatte fortegnsbit-signaler krysskorreleres med fortegnsbit-representasjoner av de injiserte vibrasjoner.

Ved vibrasjonsmetoden ifølge US-PS 2 688 124

(Doty m.fl.) med tittelen "Fremgangsmåte og innretning for bestemmelse av løpetiden av signaler" blir seismiske bølger frembrakt ved hjelp av mekaniske vibratorer på jordens over-flate. Bølgene utbrer seg gjennom jorden i forskjellige retninger fra vibrasjonskilden. Noe av bølgeenergien utbrer seg ubegrenset nedover og tjener ikke noe nyttig undersøkel-sesformål, men i det minste en del av bølgeenergien spres tilbake mot jordoverflaten av forskjellige reflekterende, oppspaltende og brytende, underjordiske formasjoner. Når denne del registreres og behandles på passende måte, tjener den til å avtegne eller avbilde de underjordiske formasjoner som spredte energien tilbake mot jordoverflaten.

Ved vibrasjonsmetoden består de bølger som sendes inn i jorden, av lange bølgetog i stedet for de mye skarpere bølgepulser som sendes inn i jorden av de eksplosive kilder som ble benyttet før oppfinnelsen til Doty m.fl. En vesentlig del av den nevnte oppfinnelse var å behandle de mottatte data for å frembringe registreringer som tjente til å vise korte pulser som representerte refleksjoner fra underjordiske grenseflater. Patenthaverne frembrakte de ønskede, kortere pulser på sine endelige, seismiske registreringer ved å krysskorrelere en registrert representasjon av vibrasjonsbølgene som ble sendt inn i jorden, med den registrerte representasjon av bølgene som ble mottatt senere.

Benyttelsen av krysskorrelasjon slik den angis av Doty m.fl. og mange andre siden, er nå blitt så velkjent innen vibrasjonsseismologien at den i de etterfølgende deler av den foreliggende beskrivelse vil bli antatt å være velkjent, og beskrivelsen vil bare befatte seg med forskjeller i forhold til den kjente teknikk.

US-PS 4 058 791 (Martin m.fl.) med tittelen "Fremgangsmåte og innretning for behandling av seismiske signaler fra lavenergikilder" representerer et forsøk på å løse det økende problem med håndtering av all den informasjon som inn-samles ved en moderne seismisk undersøkelse. Man ønsker nå å innsamle informasjon fra hundrevis, og iblant også tusenvis, av mottakere ved innmatning i flere titalls, og iblant også hundrevis, av registreringskanaler. Martin m.fl. erkjenner at en betydningsfull del av den seismiske informasjon bevares dersom bare de algebraiske fortegn av de innkom-mende signaler, og ikke hele bølgeformen, registreres. Benyttelse av informasjonskanaler som trenger å håndtere bare fortegnsbits, gjør det mulig å benytte flere ganger så mange kanaler for den samme registrerings- og behandlingskapasitet.

I en del av sine vibrasjonsseismiske arbeider obser-verte Martin m.fl. at når fortegnsbit-representasjoner av kildebølgene ble krysskorrelert med fortegnsbit-representasjoner av de mottatte bølger, synes de resulterende krysskorrelasjonsfunksjoner å være lik krysskorrelasjonsfunksjoner fra inngangssignaler med fullstendig bølgeform, forutsatt at de resulterende korrelasjonsfunksjoner er "felles-dybde-punkt-stablet" (common depth point stacked)<1> opp til en høy multiplisitet eller mangfoldighet ("CDP-faktoren er minst 40"). Det skal imidlertid spesielt bemerkes at Martin m.fl. benytter et konvensjonelt "ping"-kildesignal ("chirp" source signal) til å generere vibrasjoner. Videre angir Martin m.fl. at der hvor deres stablede, endelige registreringer syntes å likne på konvensjonelle, stablede registreringer som benytter 16-bits registrering, henviste de til arbeid utført av deres forgjengere, såsom US-PS 3 883 725 (Fort m.fl.) med tittelen "Datakomposisjons- og gruppestyresystem", hvor visse "forskyvende funksjoner" ble tilføyd til de mottatteså^naler f ør, de mottatte signaler ble klippet. Kravet til høy-ordens stabling er uheldig på grunn av at det store antall informasjonskanaler som er nødvendig for å frembringe en eneste stablet utgangskurve eller utgangstrase, har en tendens til å oppveie nettopp den fordel for hvilken fortegnsbit-registrering benyttes, nemlig kanalkapasitets-økonomien.

Et stort antall lavkapasitets-karialer kan kreve like mye registrerings- og behandlingskapasitet som et mindre antall høykapasitets-kanaler. Tilføyelsen av de "forskyvende funksjoner" er uheldig. Den forbedrer ikke registreringer i det generelle tilfelle, selv om den kan ha en viss verdi under visse begrensede omstendigheter (f.eks. med signaler med lavt signal/støy-forhold). De likheter som Martin m.fl. la merke til mellom krysskorrelasjonsfunksjonen ut fra deres fortegnsbit-registreringer og krysskorrelasjoner ut fra registreringer med fullstendig bølgeform, avhang således av spesielle forhold som det ikke var ønskelig å frembringe, eller å påtreffe, ved generelle seismiske undersøkelsesarbeider.

Det er også en ytterligere ulempe ved teknikken ifølge Martin m.fl., nemlig at de ikke hadde noe mål for den likhet som de noterte. Resultatene kunne ikke angis i mate-matiske uttrykk som ville indikere hvor mye informasjon som hadde blitt kassert ved klippingsoperasjonen (omformingen til fortegnsbits) og hvorvidt den kasserte informasjon var vesentlig eller ikke.

Et annet relevant patent er US-PS 3 264 606 (Crook m.fl.) med tittelen "Fremgangsmåte og innretning for seismisk prospektering med kontinuerlige bølger". Dette patentskrift angir drift av vibrasjonskilder (i forbindelse med konvensjo-nell, helbølgeregistrerende utrustning) med pseudo-tilfeldige koder som, selv om de i detalj er forskjellige fra de foretrukne koder som skal beskrives i det følgende, likevel deler den ønskelige, generiske egenskap med "en kodesekvens som kan angis som en referansetidsrekke med en entydig auto-korrela-sjonsfunksjon som omfatter en eneste hovedsløyfe som ikke har noen sidesløyfer med større amplitude enn sidesløyfene til autokorrelasjonsfunksjonen for statistisk ubeslektede .støy-komponenter av det sammensatte signal som detekteres på det nevnte deteksjonssted" (spalte 13, linjene 32 - 44 i patent-skriftet) .

Bortsett fra patentene ifølge den kjente teknikk kan muligens den mest relevante, tekniske litteraturhenvis-ning være avhandlingen av A.B. Cunningham, Geophysics, desem-ber 1979, Vol. 44, Nr. 12, sidene 1901 og følgende. Cunninghams avhandling med tittelen "Noen alternative vibratorsignaler" utarbeidet i matematisk detalj de forventede typer av krysskorrelasjonsfunksjoner ut fra forskjellige typer av vibratoravsøkninger eller vibratorsveip, innbefattet visse typer av pseudo-tilfeldige sveip.

Formålet med oppfinnelsen er å tilveiebringe en fremgangsmåte ved seismiske undersøkelser ved hvilken man gjenvinner all vanligvis ønsket, seismisk bølgeamplitude-informasjon, selv om representasjoner av de bølger som injiseres i jorden, og representasjoner av de senere vibrasjoner av jorden, registreres i "fortegns-bit"-form eller klippet form, og ved hvilken det blir mulig å angi kvantitativt hvilken del av den opprinnelige informasjon som er gått tapt ved klipping.

Ovennevnte formål oppnås med en fremgangsmåte av

den innledningsvis angitte type som ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved at den, for å gjenvinne all vesentlig informasjon av en helbølgeregistrering i den nevnte minst ene mottaker uten å gi avkall på fordelen med fortegnsbit-registrering av de utbredende vibrasjoner, omfatter de trinn

a) å injisere ikke-impulsive, kontinuerlige vibrasjoner inn i formasjonen ved å drive minst én, i hovedsaken lineært

reagerende vibrasjonskilde med en i hovedsaken ikke-impulsiv, gaussisk, stasjonær drivkode med null middelverdi, b) å registrere en fortegnsbit-representasjon av drivkoden, c) å registrere en fortegnsbit-representasjon av de vibrasjoner som har utbredt seg gjennom formasjonen fra

den nevnte, minst ene kilde til den nevnte, minst ene mottaker, og

d) å krysskorrelere fortegnsbit-representasjonene av drivkoden med fortegnsbit-representasjonene av de mottatte

vibrasjoner, idet resultatet av krysskorreleringen er den ønskede seismiske undersøkelsesregistrering.

Den foreliggende oppfinnelse avhenger ikke av høy-ordens stabling eller benyttelse av fremmede, pålagte signaler. I stedet benytter oppfinnelsen en klasse av vibratorsignaler som best karakteriseres som gaussiske,'med null middelverdi,

og stasjonære, i forbindelse med fortegnsbitregistrering,

dvs. både de injiserte og de mottatte vibrasjoner som oppstår ved kildene hhv. mottakerne, registreres i klippet form (dvs. bare det algebraiske fortegn bibeholdes). Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør maksimal bruk av fortegnsbitmetodens informasjonssignal-kapasitetsøkonomi. Senere krysskorrelasjon av fortegnsbitrepresentasjonen av de pseudotilfeldige vibrasjoner med fortegnsbitrepresentasjonen av de mottatte vibrasjoner, tilveiebringer krysskorrelasjonsregistreringer som ikke bare synes å likne på krysskorrelasjonsregistreringer som kunne ha blitt frembrakt ved registrering med full bølgeform. De er faktisk bevisbart identiske, i forventning, med disse krysskorrelasjonsregistreringer bortsett fra en ukjent skalafaktor. Når fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen utføres på riktig måte, er således det eneste offer som gjø-res ved å benytte fortegnsbitkanal-kapasitetsøkonomi, tapet av kjennskapet til den absolutte skala eller målestokk for hver kurve i eller trase. Dette tap er uten betydning ved størsteparten av alminnelige, seismiske undersøkelser.

I overensstemmelse med en ytterligere side ved oppfinnelsen kan relative amplituder mellom kurver ("kurve-til-kurve-forsterkning") bestemmes, f.eks. når retningsbølge-komponenter må vurderes forholdsmessig for å utlede bølge-vandringsretninger, eller når endringer i reflektivitet skal vurderes som funksjoner av forskyvning. I denne form av oppfinnelsen benyttes en liten brøkdel av den tilgjengelige kanalkapasitet til å registrere, også i klippet form, sumkurver av signalene for de andre kanaler. Disse sumkurver kan behandles for å gjenvinne alle de relative amplituder mellom kurvene ("kurve-til-kurve-forsterkninger").

Disse og andre særtrekk og fordeler ved oppfinnelsen vil bli åpenbare for undersøkelses-seismologer på bakgrunn av den etterfølgende beskrivelse under henvisning til tegnin-gene, der fig. 1 viser et sideriss av en jordformasjon og viser hoveddeler av en utrustning som benyttes i .et undersø-kelses- eller kartleggingssystem for utførelse av den foreliggende oppfinnelse, idet kartleggingssysternet omfatter en vibrasjonskilde som er innrettet til å drives av en pseudotilfeldig kode, en rekke detektorer som er innrettet til å motta de utbredte deler av de injiserte vibrasjoner, og en behandlings- og registreringsanordning for de genererte og registrerte signaler, fig. 2 viser både en helbølgeversjon av et registrert signal og en klippet eller fortegnsbit-versjon av det samme signal som er generert av systemet på fig. 1, fig. 3 viser behandlede refleksjonsdata fra en virkelig felt-prøve av kartleggingssystemet på fig. 1, ved drift i overensstemmelse med oppfinnelsen, fig. 4 viser en sekvens av auto-korrelasjoner, først autokorrelasjonen for et tilfeldig sveip, deretter en sum av autokorrelasjonsfunksjonene for to forskjellige, tilfeldige sveip, og deretter en sum av auto-korrelas jonsf unks jonene for fire, deretter åtte og deretter seksten forskjellige, tilfeldige sveip, fig. 5 viser et skjematisk blokkdiagram av systemet på fig. 1 og viser alternative baner langs hvilke signalinformasjon kan flyte, i overensstemmelse med den foreliggende oppfinnelse, og fig. 6 viser en valgfri tilleggs-kretsanordning ved hjelp av hvilken relative kurveamplituder kan registreres ved benyttelse av behandlings- og registreringsanordningene på fig. 1.

På fig. 1 er vist et kartleggings- eller undersøkel-sessystem 10 for utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Systemet 10 omfatter en vibrasjonskilde 11 som er anbrakt på et sted som ligger fjernt fra en rekke detektorer 13. Under drift injiserer vibrasjonskilden 11 seismiske vibrasjoner inn i en jordformasjon 14, vibrasjoner hvis amplitudeoppførsel som funksjon av tiden styres ved hjelp av en sveipgenerator 15. Sveip-styresignalene som tilføres til vibrasjonskilden 11, mates også gjennom en separat informasjonskanal som går til en klipper 16 i en behandlings- og registreringsenhet 17. Hensikten med klipperen 16 er å omforme drivsignalkoden til fortegn-bits. En illustrasjon av en sådan klipping er vist på fig. 2. Fortegnsbit-representasjonene overføres deretter til en korrelator- og opptakerenhet 18.

På fig. 1 er de vibrasjonsbølger som går inn i jordformasjonen 14, representert ved strålebaner 20, idet bølgene vandrer på skrå nedover mot to stratum-grenseflater 21, 22 hvor de gjennomgår delvis refleksjon og vandrer tilbake oppover langs baner 23, igjen på skrå, mot rekken av detektorer 13 ved jordoverflaten. Selv om bare tre symbolske detektorer er vist på fig. 1, kan det i virkelig, alminnelig feltpraksis benyttes hundrevis av detektorer. Fra detektorene 13 er de siste operasjoner som er vist på fig. 1, overføringer av data via en ytterligere klipper 24 til korrelator- og opptakerenheten 18 i behandlings- og registreringskretsen 17, I korrelator- og opptakerenheten 18 utføres krysskorrelasjoner av de klippede, mottatte data og de klippede representasjoner av de injiserte vibrasjonssveip.

Det henvises nå til fig. 2 som illustrerer både en fullstendig bølgeform 30 og dennes klippede versjon 31 slik den tilveiebringes av klipperen 24 på fig. 1. Alle bølgesløy-fer i den klippede versjon er blitt avskåret like over eller like under horisontalaksen, slik at bare fortegnsbitene er bibeholdt. En del av den informasjon som er inneholdt i den opprinnelige bølge, er åpenbart blitt 'kassert i klippingsoperasjonen. Men hvor mye? Nærmere bestemt, er den informasjon som ble kassert, nødvendig informasjon for seismiske tolkningsformål? Undersøkelses-seismologer har ikke hatt kvantitative svar på disse spørsmål.

Det har eksistert et kvalitativt svar som i det minste delvis tilfredsstilte de undersøkelses-seismologer som har utviklet og benyttet fortegnsbitregistrering på grunn av dennes meget ønskelige informasjonskanal-kapasitetsøkonomi. Det er allerede blitt nevnt at når klippede bølgeformer fra vibrator og detektor krysskorreleres og stables med høy multiplisitet eller mangfoldighet, synes de stablede krysskorrelas joner å være lik de stablede krysskorrelasjoner som utføres med fullstendige bølgeformer. Den blotte opptreden av likhet har imidlertid ikke overbevist seismologer generelt om at all den ønskelige informasjon fremdeles er til stede etter klipping.

Et vesentlig punkt ved den foreliggende oppfinnelse er den oppdagelse at dersom visse typer av avsøknings- eller sveipfunksjoner benyttes til å drive vibrasjonskildene, blir svarene på de ovennevnte spørsmål kjent. Det blir mulig å angi kvantitativt hvilken del av den opprinnelige informasjon som er gått tapt ved klipping. Det blir videre mulig å angi at for de fleste for tiden praktiserte, seismiske undersøkel-ser - dersom de angitte typer av drivfunksjoner benyttes -

vil ikke noe av den vanligvis benyttede seismiske informasjon bli ofret i klippingsoperasjonen.

De fysiske trinn ifølge den foreliggende oppfinnelse, når disse kombineres på riktig måte, muliggjør utnyttelse av den teoretisk påviselige, maksimale informasjonsmengde som kan gjenvinnes fra korrelerte, klippede bølgeformer.

At det skulle være mulig å gjenvinne all informasjon bortsett fra den absolutte amplitude ut fra korrelasjoner av klippede bølgeformrepresentasjoner av stasjonære Gauss-funksjoner, ble antydet i teoretiske resultater som ble oppnådd av Van Vleck i en rapport fra 1943 angående radarforstyr-relsessignaler ("The Spectrum of Clipped Noise", raport nr. 51, Radiofars"kningslaboratoriet på Harvard universitet, 21. juli 1943). Denne krigstidsrapport ble ikke sirkulert i stor ut-strekning, selv ikke blant folk på det radiotekniske område. Folk som husket rapporten og trodde at den inneholdt verdi-fulle, teoretiske resultater, gjenopplivet materialet og publiserte dette på nytt under beskyttelse av the Institute of Electrical and Electronics Engineers ("The Spectrum of Clipped Noise", Van Vleck og Middleton, IEEE Proceedings Vol. 54, nr. 1, Jan. 1966, s. 2 - 19). Det andre skrift var lik-som det første fremdeles uttrykkelig beskjeftiget med støy med henblikk på radarforstyrrelser, og har såvidt man vet for-blitt forholdsvis ukjent blant undersøkelses-geofysikere. Blant dagens undersøkelses-geofysikere finnes noen få person ner som tidligere var beskjeftiget i radararbeid under den annen verdenskrig, men dersom noen av disse har kjent til og forstått Van Vleck-skriftet, har de åpenbart ikke tenkt på dettes geofysiske implikasjoner. En ikke-nærliggende tanke-vri var nødvendig for å få frem disse implikasjoner. Det var nødvendig å tenke på Van Vlecks "støy", den målbevisste "forstyrrelse" som han var beskjeftiget med, som et mulig seismisk "signal", altså det motsatte av hva som da ville blitt kalt "støyen" i den seismiske sammenheng.

Det resultat til Van Vleck som angår den foreliggende oppfinnelse, er hans Likning (17) på side 11 i 1966-skriftet. Den er her angitt i et tegnsystem som er forskjellig fra Van Vlecks system, et tegnsystem som er mer lik det

. som benyttes i vanlig teoretisk seismologi.

Van Vlecks resultat kan angis på følgende måte:

La

W, Y, være stasjonære, i fellesskap gaussiske, tilfeldige prosesser med null middelverdi;

k(.) være den klippingsfunksjon som er karakteris-tisk for fortegnsbitregistrering;

og X (.,.) være den normaliserte krysskorrelasjons-funks jon. Med "normalisert" menes at den er redusert med produktet av RMS- eller effektiv-nivåene av Y og W. (Denne reduksjon betyr at disse funksjoner ikke inneholder noen informasjon om absolutt amplitude .)

Man får da

Uttrykt i ord angir likning (1) at dersom to inngangssignaler (W og.Y) med de riktige egenskaper er gitt, er deres krysskorrelasjon X(W,Y) den samme (bortsett fra den kartlegging som antydes av sinusfunksjonen) som en redusert krysskorrelasjon av den klippede versjon av de to inngangssignaler, k(W) og k(Y).

For å se hvordan dette resultat gjelder for seismisk prospektering, antas at W er et vibra.'torsveip og Y er de ukorrelerte data som registreres ved en spesiell geofon. I dette tilfelle reprenterer X(W,Y) det korrelerte utgangssignal fra et. vanlig registreringssystem med sann amplitude (dvs. ingen klipping noe sted i systemet), og X(k(W), k(Y)) representerer det normaliserte, korrelerte utgangssignal i et system i hvilket dataene klippes etter hvert som de kommer inn ved geofonen, og deretter korreleres med et klippet sveip (dvs. et fortegnsbit-registrerende system). Tolket på denne måte innebærer Van Vlecks resultat at dersom sveipet og de registrerte data har de riktige egenskaper, kan data registreres med fortegnsbit-systemer uten forvrengning bortsett fra tap av absolutt kurveamplitude-informasjon. Absolutt kurveamplitude går tapt på grunn av at Van Vlecks resultat ."gjelder for normaliserte krysskorrelas joner. Amplitudetapet er det samme som det som opptrer når data blir kurveutjevnet ved benyttelse av en eneste port som inneholder hele kurven. Det er ikke ekvivalent med en AGC- eller automatisk volum-kontrolloperasjon.

Operasjonstrinnene ifølge oppfinnelsen skal beskrives i det følgende.

Med ovenstående som veiledning kan operasjonstrinnene ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen nå kort angis nærmere idet det benyttes vibrasjonssveip og fortegnsbit-registrering som vil frembringe endelige krysskorrelasjonskurver som innenfor matematisk forventning er meget nær ekvivalente med krysskorrelasjonskurver som kunne ha blitt frembrakt med helbølgeregistrering, idet de mangler bare sine generelle absoluttverdier, størrelser som sjelden, om noen gang, benyttes i nåværende undersøkelsesseismologi. I over-ensstemmels med metodeaspekter omfatter en foretrukket ut-førelse av den foreliggende oppfinnelse følgende trinn: A. Injisering av seismiske vibrasjoner i jorden ved å drive minst én i hovedsaken lineært reagerende vibrasjonskilde med en pseudotilfeldig kode som er gaussisk og som har

null middelverdi og er stasjonær,

B. registrering av den pseudotilfeldige kode i klippet form, dvs. bibeholde bare fortegnbitene, C. registrering i klippet form av de seismiske vibrasjoner som har forplantet seg gjennom jorden fra vibrasjonskilden (vibrasjonskildene) til mottakeren (mottakerne), og

D. krysskorrelering av fortegnsbit-representasjonen

av den pseudotilfeldige kode med fortegnsbit-representasjonen (-representasjonene) av de mottatte, seismiske vibrasjoner.

Resultatet av denne krysskorrelasjon, uten noe mer, er den seismiske registrering.

De ovennevnte fire trinn, utført i kombinasjon, gir det resultat som aldri tidligere er oppnådd, nemlig de endelige krysskorrelasjonskurver som innenfor matematisk forventning er ekvivalente med krysskorrelasjonskurver som kunne ha blitt dannet med helbølgeregistrering, bortsett fra deres generelle absoluttverdier. Innenfor kombinasjonen av ovenstående trinn er det spesielle trinn som er mest forskjellig fra sine motstykker ifølge den kjente teknikk, det første trinn, trinn A. Det er derfor hensiktsmessig å gå noe mer i detalj angående de pseudotilfeldige koder som benyttes til å drive den lineært reagerende vibrasjonskilde 11 i det på fig. 1 viste system.

På det område som angår drift av vibrasjonskilder, har det allerede vært gjort utstrakt bruk av aktiverende koder som er opptatt på magnetbånd, slik at det er unødvendig å diskutere her hvordan aktiverende koder benyttes til å drive vibratorene. Det skal imidlertid bemerkes at teknikken nå har utviklet seg til det punkt hvor det ikke lenger er nødvendig å generere aktiverende koder på et fjerntliggende regnesenter og transportere kodene på magnetbånd til en felt-beliggenhet. Koder kan nå genereres "i sann tid" på felt-stedet ved benyttelse av mikroprosessorer, og det synes mulig at dette i fremtiiden vil bli den foretrukne måte for generering av kodene.

Diskusjonen her vil beskjeftige seg med noen av de mulige valg ved fremstilling av en kode som er spesielt egnet for praktiseringen av den foreliggeride oppfinnelse, dvs. en kode som er en realisering av en gaussisk, stasjonær kode med null middelverdi. For å begynne, kan man først betrakte den tidslengde som sveipet vil bli forventet å vedvare. For diskusjonsformål er 32 sekunder et mulig tidsintervall.

De magnetbåndanordninger som benyttes ved geofysisk prospektering, har forskjellige samplingsintervaller. To milli-sekunder er et mulig valg. En 32 sekunders kode med en to millisekunders samplingshastighet krever 16 000 tilfeldige tall. Disse kan genereres på flere måter. Én måte er at man i rekkefølge benytter to av de velkjente subrutiner i IBM's Scientific Subroutine Package, først RANDU for å generere et sett av ensartet tilfeldige tall, og deretter GAUSS for å omforme disse tall til et sett med Gauss-fordeling. Andre måter for generering av passende tallsett er blitt diskutert av Lewis i IBM Systems Journal nr. 2 (1969) og av Knuth i hans bok "Seminumerical Algorithms" (Vol. 2 av "Art

of Computer Programming", Addison Wesley Pub. Co.). Hvordan det enn gjøres, er det ønskede formål med henblikk på den foreliggende oppfinnelse et sett tilfeldige tall med null middelverdi og Gauss-fordeling.

Et sett tilfeldige tall, 500 pr. sekund, kan uttrykt i frekvens inneholde komponenter opp til 250 Hz, og slike fre-kvenser er høyere enn de som vanligvis betraktes som nyttige i vanlig feltvibratorarbeid. Et mulig neste trinn er således å føre settet av tilfeldige tall gjennom et digitalt bånd-passfilter for å begrense frekvensinnholdet til et bånd, f.eks. mellom 10 og 80 Hz. Mange fasekarakteristikker er mulige. En minimal fase foretrekkes, men null fase kan være tilfredsstillende.

Den siste betingelse som den pseudotilfeldige kode må tilfredsstille for at hele fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelse skal svare så nær som praktisk mulig til de 'ideelle forhold som er angitt av Van Vlecks resultat, er betingelsen om "stasjonæritet". Statistisk stasjonæritet er pr. definisjon opprettholdelse av de samme statistiske egenskaper gjennom hele tidsintervallet av interesse. En pseudo-tilf eldig kode som er generert slik som foran beskrevet, har iboende stasjonæritet så lenge programstyreparametrene ikke varieres under den tid den aktiverer vibratoren eller vibratorene. Stasjonæritet av både kilde- og mottaker-dataene kommer man så nær som praktisk mulig ved å (1) begynne påvirkningen av vibratoren eller vibratorene tilstrekkelig lenge før starten av registreringen til at transienter som er knyttet til jordens impulsrespons, i det vesentlige skal dø hen (f.eks. 6 sekunder), og (2) fortsette påvirkningen av vibratorene, såsom 11, gjennom hele det tidsintervall i hvilket vibrasjonene som har forplantet seg gjennom jorden, blir registrert av mottakerne, såsom 13.

Det ble foran angitt, uten fordelen av noen under-støttende diskusjon, at vibrasjonskilden eller vibrasjonskildene skulle være "i hovedsaken lineært reagerende". Denne betingelse for riktig utførelse av den foreliggende oppfinnelse kan kreve en endring fra en del av den nåværende feltpraksis med vibrasjonskilder. De fleste konvensjonelle vibratorer er utstyrt med automatiske tilbakekoplingsmekanismer (f.eks. faselåste sløyfer) som vanligvis er kjent som fasekompensatorer. Disse anordninger er konstruert under den antagelse at det signal som driver vibratoren, har et frekvensinnhold som varierer langsomt med tiden. Tilfeldige sveip passer åpenbart ikke for denne antagelse. Erfaringen har vist at noen fasekompensatorer i vesentlig grad forvrenger vibratorutgangssig-nalet når tilfeldige sveip benyttes som inngangssignal. For eksempel slo en vibrator i et felteksperiment faktisk seg selv av og det kom ingen reaksjon på et tilfeldig inngangssignal. Fjerning av fasekompensatorene er nødvendig for å bringe visse vibratorer til å oppføre seg på i hovedsaken lineær måte når de drives med tilfeldige sveip. Når imidlertid fasekompensatorer fjernes, opptrer ikke lenger automatisk kompensasjon for mekaniske forskjeller mellom forskjellige vibratorer, og en viss form for eksplisitt vibratorkalibre-ring kan være tilrådelig.

Fig. 3 viser behandlede refleksjonsdata fra en virkelig feltprøve av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

På fig. 3 er korrelerte refleksjonsdata fra åtte geofon-grupper betegnet 35a, 35b, 35c, 35d, 35e, 35f, 35g og 35h. Gruppe 35a var nærmest skuddet. Den hadde en forskyvning på 36,5 m. Avstanden mellom gruppene var 9 m. Hver gruppe besto av seks geofoner med en innbyrdes avstand på 1,5 m langs profilens retning. Det tilfeldige sveip som ble benyttet til å generere disse data, var 16 sekunder langt og hadde en samplingshastighet på 2 ms. Sveipet ble generert ved å overføre en tilfeldig tallsekvens som var frembrakt med RANDU og GAUSS, gjennom et nullfasefilter. Filterets amplitude-respons øket lineært fra 0 Hz til 125 Hz med en hastighet på 12 db/oktav. Over 125 Hz avtok filteramplituderesponsen lineært med en hastighet på 72 db/oktav.

To kurvei: eller traser A og B er vist for hver geo-fongruppe. Kurve A er et resultat av korrelasjon av en representasjon med full amplitude av både det tilfeldige sveip og det signal som ble mottatt ved geofonene. Kurve B for hver gruppe er resultatet av korrelasjon av fortegnsbit-represen-tas joner av både det tilfeldige sveip og mottakersignalet.

De vertikale linjer gjennom kurvene er tidsinnstillingslinjer med intervaller på 100 ms. Likheten mellom de to kurver A og B fra hver gruppe er åpenbar. De små forskjeller mellom kurvene kan tilskrives det faktum at Van Vlecks resultat gjelder for forventninger snarere enn bestemte utførelser, og det faktum at sveipparametrene og registreringsutstyret som ble benyttet for å oppnå disse data, ikke var optimalt for benyttelse ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Dataene på fig. 3 tilveiebringer et sterkt bevis

på at den foreliggende fremgangsmåte, selv om den har kanal-kapasitetsøkonomien til fortegnsbitregistrering ved både kildene og mottakerne, ikke ofrer noe av den vanligvis ønskede, seismiske informasjon i de endelige, behandlede registreringer.

Fra dette punkt av vil beskrivelsen beskjeftige seg med raffinemenner og variasjoner som ikke er nødvendige for å gjøre den grunnleggende fremgangsmåte operasjonsdyktig, men som kan være ønskelige for optimal ytelse.

I vibratorseismologi er det iblant ønskelig, for å øke det effektive signal/støy-forhold, å utføre gjentatte sveip og tilføye registreringene fra de suksessive gjentagelser, idet man venter at ønskede signaler vil bli forsterket og støyen vil ha en tendens til å oppheve seg selv. Når tilfeldige sveip benyttes, og sådanne gjentagelser utføres, er det ønskelig å benytte en forskjellig tidssekvens av tilfeldige vibrasjoner for hver gjentagelse. Fig. 4 illustrerer dette, idet det er benyttet autokorrelerte, tilfeldige sveip som er registrert som kurver eller traser 36a, 36b, 36c, 36d og 36e. Kurve 36a er autokorrelasjonen fra et eneste sveip. De andre kurver 36b, 36c....36e er summene av autokorrelasjo-nene av suksessive 2, 4, 8 og 16 forskjellige sveip. (De vertikale linjer er tidsinnstillingslinjer med mellomrom på 100 ms.) De hendelser som fremgår i tillegg til hovedtoppen skyldes korrelasjonsstøy. Da korrelasjonsstøyen av hvilket som helst sveip er forskjellig fra støyen for hvilket som helst annet sveip, avtar nivået av denne støy etter hvert som flere sveip summeres.

Et annet raffinement av fremgangsmåten er tilføyel-sen av et kartleggingstrinn som svarer til fullstendig til-kjennegivelse av Van Vlecks resultat. Dette består i å til-føye et ytterligere trinn til den grunnleggende metode, nemlig å omforme amplitudene av krysskorrelasjonsfunksjonene i overensstemmelse med forbindelsen:

hvor:

k(W) er den klippede, registrerte funksjon som representerer de injiserte vibrasjoner,

k(Y) er den klippede, registrerte funksjon som representerer de mottatte, reflekterte vibrasjoner,

X(k(W),k(Y)) er krysskorrelasjonsfunksjonen av k(W) og k(Y), og

X(W,Y) er den normaliserte krysskorrelasjonsfunksjon av full-amplitude-versjonen av de to funksjoner W og Y (idet ingen av funksjonene er klippet).

Dette trinn vil, i statistisk forventning, bringe bølgeformene av de endelige krysskorrelasjoner til deres nøyaktigst mulige likhet med de former som ville ha blitt oppnådd ved benyttelse av helbølgeregistrering.

Noen av variasjonene og alternativene ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er illustrert på fig. 5.

Det er vist alternative databaner langs hvilke signalinformasjon kan flyte under praktisering av fremgangsmåten. Den originale, pseudotilfeldige kode fra startgeireratoren 15 kan passere gjennom et filter 37 på sin vei til mottakeren 11, eller den kan ikke passere filteret, avhengig av tilstanden til en bryter 38a. Koden kan passere gjennom et filter 39

på sin vei til klipperen 16 og deretter til korrelator- og opptakerenheten 18, eller den kan ikke, avhengig av tilstanden til en bryter 38b. Inne i enheten 18 kan flerbits-korrelasjonsfunksjonene gå direkte for å danne den endelige registrering, eller de kan passere gjennom en sinus-kartlegger 40 avhengig av tilstanden til en bryter 38c.

En utførelse av oppfinnelsen som gjenvinner relative amplituder, skal beskrives i det følgende.

Det er allerede blitt nevnt at det i for tiden prak-tisert undersøkelsesseismologi sjelden er noe behov for å vite de absolutte amplituder av de registrerte vibrasjoner.

(I denne henseende er undersøkelsesseismologi selvsagt forskjellig fra jordskjelvseismologi hvor bestemmelse av absolutte amplituder er et hovedformål.) Slik som også nevnt foran, er det imidlertid i undersøkelsesseismologi riktignok iblant behov for å vite de relative amplituder blant seismiske kurver eller traser, f.eks. når det benyttes trekomponent-geofoner for å bestemme retningen av bølgevandring. Relative amplituder må være kjente også når endringer i reflektivitet skal vurderes som funksjon av forskyvning. I slike tilfeller finnes en utvidelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen som muliggjør at relative amplituder mellom kurver kan bestemmes.

I den etterfølgende beskrivelse vil det være under-forstått at de kurver hvis relative amplituder man ønsker å kjenne til, er de endelige krysskorrelasjonskurver. I overensstemmelse med den tidligere lære ifølge denne beskrivelse er det kjent, ved hjelp av den spesielle anvendelse av Van Vlecks resultat, at disse krysskorrelasjonskurver er nøyakti-ge representasjoner av den originale seismiske informasjon bortsett fra tapet av en målestokkfaktor. Alle korrelasjons-kurver er blitt "normalisert" og mangler en ukjent, generell multiplikator.

En liten modifikasjon av kretsanordningen i behandlings- og registreringsenheten 17 på fig. 1 tillater gjen-vinnelse av tilleggsinformasjon som muliggjør at de ønskede, relative amplituder kan gjenvinnes.

Det henvises nå til fig. 6. På fig. 6 er vist signalkanaler 43 fra et antall detektorgrupper (eller muligens fra individuelle detektorer i noen felteksperimenter). Kanalene 43 er inndelt i delmengder eller undersett 44a, 44b, 44c av hvilke hvert, som vist på fig. 6, består av seks av de nevnte kanaler pr. undersett, selv om de idémessig kunne bestå av så få som to kanaler eller så mange som tusen kanaler. Før hvert undersett av kanaler 4 3 tilføres til en rekke klipper- og opptakerenheter 46, blir signaler fra et slikt undersett summert i en summerer 47 og matet via en hjelpekanal 48 til klipper- og opptakerenheten 46. Sum-signalet i hver hjelpekanal klippes og registreres sammen med signalene fra kanalene i hvert undersett. I de senere krysskorrelasjoner vil det altså, for hvert undersett på seks kurver med seks ukjente multiplikatorer, være en syvende kurve, også med en ukjent multiplikator.

Dersom nå oppmerksomheten rettes på hvilket som helst spesielt tidspunkt langs de ovenfor angitte, syv korrelasjoner, vil det innses at man kan oppnå seks flerbits-amplitudeverdier fra undersett-kurvene og én flerbitsverdi fra hjelpekurven som er lik summen av flerbitsverdiene fra undersett-kurvene. Dersom man deretter fortsetter, ett for ett, til fem ytterligere, forskjellige tidspunkter, kan man for hvert tidspunkt oppnå seks ytterligere flerbitsverdier fra undersett-kurvene og én ytterligere flerbitsverdi fra hjelpekurven. Av fagfolk på området undersøkelsesseismologi vil det innses at man ut fra nettopp disse seks tidspunkter kan danne et sett på seks simultane likninger for løsning med henblikk på forholdene mellom alle de ukjente undersettkurve-multiplikatorer og den ukjente hjelpekurve-multiplikator,

og at dette er ensbetydende med en løsning med henblikk på de relative amplituder mellom undersettkurvene.

Under virkelige undersøkelsesforhold hvor alle kurver er belastet med støy, er det bedre praksis å benytte flere tidspunkter enn det finnes undersettkurver for å oppnå redundante likningssett, altså mange flere likninger enn ukjente, og å løse de redundante likningssett, f.eks. ved hjelp av minste kvadraters metode, for å oppnå statistisk sikre verdier av de ukjente multiplikatorer. (Metoder for løsning av redundante sett av lineære likninger er beskrevet av mange forfattere, f.eks. G.P. Barnard: "Modern Mass Spectrometry", The Institute of Physics (London) 1953, s. 214-230).

Det vil innses at den umiddelbart foregående for-skrift for løsning med henblikk på de relative amplituder i et undersett av kurver, ikke klarer å fortelle hvordan man skal behandle en mangfoldighet av sådanne undersett slik at alle de relative amplituder mellom alle kurver blir kjent. For å utføre dette avsluttende trinn, er det nødvendig at en andre hjelpe-datakanal er blitt registrert. Det henvises igjen til fig. 6 som viser ytterligere summerere 49 som er anordnet mellom undersettene 44a, 44b, 44c og som summerer summene av de innbyrdes tilgrensende undersett. Ved hjelp av en nærliggende utvidelse av det allerede gitte resonnement kan det innses at de relative amplituder for alle undersett-summer kan bestemmes ut fra summene av summene. Det blir da åpenbart at alle de relative amplituder mellom kurvene i hvilket som helst gitt antall kurver kan bestemmes ved hjelp av dette system med summering av undersett og summering av summene av undersettene.

Det er nå åpenbart at det er blitt beskrevet en metode for seismisk undersøkelse som har kanalkapasitetsøko-nomien til fortegnsbitregistrering, både ved kildene og mottakerne, uten ofring av noe av den vanligvis ønskede seismiske informasjon i de endelige, behandlede registreringer. Også de relative amplituder mellom kurver eller traser kan gjenvinnes, dersom det ønskes. Uttrykket "kanalkapasitetsøkonomi" er benyttet på flere steder i den foregående beskrivelse. For fagfolk på området betyr dette uttrykk mer enn den blotte numeriske faktor på 16 som er eksplisitt i de "kontraherende" betegnelser "16-bits-registrering" og "fortegnsbit-registrering". Fra informasjonsteorien er det kjent at når færre bits pr. sekund ;.trenger å overføres over en vilkårlig informasjonskanal, følger andre fordeler etter, av hvilke noen kan utspilles mot hver hverandre.

Et lavere krav med hensyn til antall bits pr. sekund gjør det mulig å redusere enten den anvendelige båndbredde av en informasjonskanal, eller dersom det er mer fordelaktig, det effektive signal/støy-forhold.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte ved seismiske undersøkelser, ved hvilken minst én vibrasjonskilde benyttes til å injisere kontinuerlige vibrasjoner inn i en tilgrensende jordformasjon, de utbredende vibrasjoner registreres som fortegnsbit-signaler i minst én mottaker som er adskilt i kjent geometrisk forbindelse i forhold til kilden, og de mottatte fortegnsbit-signaler krysskorreleres med fortegnsbit-representas joner av de injiserte vibrasjoner, karakterisert ved at den, for å gjenvinne all vesentlig informasjon av en helbølgeregistrering i den nevnte minst ene mottaker uten å gi avkall på fordelen med fortegnsbit-registrering av de utbredende vibrasjoner, omfatter de trinn

a) å injisere ikke-impulsive, kontinuerlige vibrasjoner inn i formasjonen ved å drive minst én, i hovedsaken lineært reagerende vibrasjonskilde med en i hovedsaken ikke-impulsiv, gaussisk, stasjonær drivkode med null middelverdi, b) å registrere en fortegnsbit-representasjon av drivkoden, c) å registrere en fortegnsbit-representasjon av de vibrasjoner som har utbredt seg gjennom formasjonen fra den nevnte, minst ene kilde til den nevnte, minst ene mottaker, og d) å krysskorrelere fortegnsbit-representasjonene av drivkoden med fortegnsbit-representasjonene av de mottatte vibrasjoner, idet resultatet av krysskorreleringen er den ønskede seismiske undersøkelsesregistrering.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved det ytterligere trinn å omforme amplitudene av krysskorrelasjonsproduktet som skriver seg fra trinn d i overensstemmelse med forbindelsen: hvor: k(W) er den fortegnsbit-registrerte funksjon som representerer de injiserte vibrasjoner, k(Y) er den fortegnsbit-registrerte funksjon som representerer de mottatte, utbredte vibrasjoner, X[k(W),k(Y)] er krysskorrelasjonsfunksjonen av k (W) og k (Y) , og X[W,Y] er den normaliserte krysskorrelasjonsfunksjon av hel-amplitude-versjonen av de to funksjoner W og Y.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinnene å - d gjentas, og -en forskjellig tidssekvens av seismiske vibrasjoner benyttes for hver gang de nevnte trinn gjentas.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at koden, før den benyttes til å drive,vibrasjonskilden, filtreres gjennom et filter som er valgt fra den klasse som består av minimumsfase-båndpassfiltre og nullfase-båndpassfiltre.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at koden, før den benyttes til å drive vibrasjonskildene og også før den registreres i fortegnsbitform, filtreres gjennom et filter som er valgt fra den klasse som består av minimumsfase-båndpassfiltre og nullfase-båndpassfiltre.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakteri-sert ved at det benyttes en mangfoldighet av seismiske mottakere, og en tilsvarende mangfoldighet av signalkanaler fører til en opptaker, idet trinn c suppleres med følgende trinn: i. oppdeling av mangfoldigheten av signalkanaler i undersett, idet hvert undersett består av minst to av de nevnte kanaler, og ii. registrering i fortegnsbitform av summen av signalene i hvert undersett ved å benytte minst én hjelpekanal for hvert undersett.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at det benyttes minst én annen hjelpekanal for hvert undersett, for registrering i fortegnsbitform av den sammensatte sum bestående av summen av signalene i selve undersettet og summen av signalene fra et tilgrensende undersett .

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at den sammensatte sum bestående av summen av signalene i selve undersettet og summen av signalene fra et annet undersett registreres på en slik måte at summen av kurvene i hvert undersett bidrar til minst to av de nevnte, sammensatte summer.