NO167423B - Fremgangsmaate ved samtidig innsamling av seismiske data for grunne og dype maal. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte ved samtidig innsamling av seismiske data for grunne og dype mål, hvor det benyttes minst to seismiske kabler som her taues på forskjellige vanndybder, og bare en akustisk kilde for de seismiske signaler.

Marine seismiske data blir vanligvis samlet inn med fartøy som tauer en eller flere akustiske kilder og en eller flere lyttekabler eller seismiske kabler. Kilder og kabler blir vanligvis tauet på en dybde som ligger 5-12 meter under havoverflaten. En benyttet akustisk kilde avgir med regelmes-sige intervaller i tid eller rom, f.eks. hvert tiende sekund eller hver 25 meter, en trykkbølge. De akustiske signaler blir så etter å ha gått igjennom jordskorpen og reflektert tilbake, registrert i den seismiske kabel. Denne kabel er vanligvis mellom 2 og 6 km lang og inneholder typisk mellom 120 og 480 hydrofoner eller hydrofongrupper. Slepingen av utstyret gjennom vannet og vannets egenbevegelse forårsaket av de meterologiske forhold fører til at det også registreres akustisk støy sammen med de seismiske signaler. Det er vel kjent at støy som skyldes vind og bølger spesielt er generenede når den seismiske kabel taues på grunt vann. Denne støyen er ofte en begrensende faktor for datakvaliteten og kan føre til at innsamlingen av seismiske data må avbrytes under ugunstige værforhold.

Det er videre vel kjent at absorpsjon i jordskorpen langs forplantningsveien til de akustiske signaler eller bølger fører til at særlig høye frekvenser blir svekket. Dette fører igjen til at refleksjoner fra grunne mål har en større andel høye frekvenskomponenter enn refleksjoner fra dype mål. Datainnsam-lingsteknikken optimeres derfor gjerne med hensyn på et av de mål som forekommer i de ulike undersøkelsesserier. Interessen kan f.eks. samle seg om undersøkelse av grunne strukturer eller om undersøkelse av dype strukturer. Dette forutsetter at innsamlingsteknikken tilpasses for det spesifikke mål som er valgt som gjenstand for undersøkelsen. Den vanndybde måleut-styret befinner seg på er en typisk parameter som tilpasses med tanke på målene. Dette skal omtales nærmere i det følgende. Når både grunne og dype mål ønskes undersøkt samtidig, vil innsamlingsparametrene gjøres til gjenstand for kompromisser.

Den seismiske kildes dybde og lyttekabelens dybde har i tillegg til den ovenfor nevnte svekking av det akustiske signal eller absorpsjonen langs signalets forplantningsvei, avgjørende innflytelse på det frekvensinnhold de registrerte data får. Ved kilden vil noe av den utstrålte energi bli reflektert ved overflaten og vil interferere med de øvrige utstrålte bølger. Dette vil igjen føre til at noen frekvenskomponenter blir forsterket og andre svekket, avhengig av gangtiden fra kilden opp til overflaten og tilbake igjen. Denne ekstra gangvei gjør at noen av frekvenskomponentene interfererer konstruktivt,

dvs. at de er i fase, mens andre interfererer destruktivt, dvs. at de befinner seg i motfase. Denne effekten fører til en sinuslignende modulasjon av frekvensspektre med null respons ved sinus n for en frekvens som er omvendt proporsjonal med tauedybden. En slik interferens vil også opptre ved lytte-kabelen. For å beholde de høye frekvenskomponenter fra grunne mål like under havbunnen er det derfor ønskelig å taue lydkilden og den seismiske kabel like under havoverflaten. For dypereliggende mål vil det ikke være mulig å oppnå slike høye frekvenser på grunn av den ovenfornevnte absorpsjon langs signalets forplantningsvei. Av den grunn taues utstyret i dette tilfelle på større dyp, noe som gir lavere frekvenser og bedre akustisk inntrengning. Samtidig vil støy forårsaket av værforholdene som ovenfor nevnt, være mindre på større dybde.

Når bare spesielt grunne geologiske lag like under havbunnen ønskes undersøkt samtidig med geologiske lag på mer vanlig undersøkte, større dyp, blir det benyttet to kilder og to seismiske kabler. En slik fremgangsmåte er beskrevet i norsk patentsøknad nr. 83 2981 (Newman) av 20. februar 1984. En ulempe med denne fremgangsmåten er at energi fra de to kilder kan forstyrre hverandres registreringer. Særlig vil den vanlig brukte, dypereliggende lydkilde kunne forårsake et økt støynivå ved registreringer av refleksjoner fra den svakere kilde på en kortere seismisk kabel som taues på grunt vann. Fremgangsmåter for å redusere eller eliminere slike problemer er f.eks. beskrevet i US-PS nr. 3 744 021 (Todd). Fordi den grunne, ekstra lydkilde er så svak, den kan f.eks. bestå av bare en eneste vannkanon, og den grunne, ekstra seismiske kabel så kort, vil det bare kunne oppnås en optimering for undersøkelse av meget grunne lag like. under havbunnen. Det er likeledes også vel kjent at en svak akustisk kilde og en kort seismisk kabel ikke egner seg til undersøkelse av dypere lag, f.eks. lag som befinner seg på dyp som svarer til mer enn 1 sekunds gangtid.

I forbindelse med innsamling av seismiske data med bruk av minst to seismiske kabler er det foreslått forskjellige registreringsteknikker som spesielt tar sikte på å unngå å måtte øke registreringskapasiteten ombord i slepefartøyet. En slik registreringsteknikk er f.eks. angitt i GB-PS 1510681 (Michon & Staron). Som nevnt er det også et problem at det fås en registrering av refleksjoner fra den svake kilden på den korte, gruntliggende seismiske kabel. Det er derfor også foreslått metoder for å fjerne disse registreringer, den såkalte "ghost"-effekt. I US-PS nr. 3 952 281 og US-PS nr. 3 979 713 (Parrack) foreslås det en fremgangsmåte hvor registreringene på den ene seismiske kabel forsinkes og trekkes fra registreringene på den andre for dermed å eliminere registreringen av "ghost"-signalene, dvs. de nedadgående bølger. Datakvaliteten ved en slik subtraksjon er spesielt følsom for eventuelle avvik i de seismiske kablers vertikale og horisontale posisjon. I tillegg så er det også lett å vise at signal/støyforholdet blir dårligere.

En annen fremgangsmåte for å fjerne "ghost"-signalene i henhold til den ovenfor gitte definisjon, er beskrevet i britisk patentsøknad nr. 2 081 446 (Ray & Moore). Den foreslår bruk av en seismisk kabel med en dybde etter ønske fra typisk 3 meter ved forenden til typisk 38 meter ved bakenden. To såkalte NMO-korreksjonsmetoder blir benyttet og antas etter summering å gi en overlegen datakvalitet. Ulempen ved denne fremgangsmåten er at den er svært følsom for den benyttede NMO-korreksjon som må være mer nøyaktig enn vanlig kjent teknikk og dernest at det genereres støy i summeringsprosessen før og etter refleksjons-amplitudene som søkes forsterket under summeringen. Ved fremgangsmåten som foreslås i henhold til denne søknaden benyttes det to lyttekabler. Ved kombinasjon av registreringene vil det kunne fåes et bedre signal og støyen blir svekket, da den er ukorrelert mellom de to seismiske kabler.

Ulempene med den kjente teknikk er at enten må datainnsam-lingsparameterne for grunne eller for dype mål optimeres eller det må gjøres et kompromiss som resulterer i en suboptimal datakvalitet. Ved fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse benyttes det bare en eneste kilde, noe som er godt nok når det ønskes en samtidig optimering for to mål som begge befinner seg på forskjellig dybde like under havbunnen, f.eks. på dyp som svarer til mellom 1 og 4 sekunders gangtid. Ved fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse forutsetter etterbehandlingen av dataene at det has tilgang på samtlige registreringer på begge de seismiske kabler, slik at en overlapping i registreringen som beskrevet i ovennevnte GB-PS nr. 1 510 681 ikke er ønskelig.

Hensikten med fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er å kunne optimere datainnsamlingen ved samtidig undersøkelse av flere geologiske mål, idet målene kan befinne seg både på små og store dyp. En ytterligere hensikt er å redusere virkningen av støy forårsaket av ugunstige værforhold og således øke produktiviteten ved den seismiske undersøkelse.

De ovennevnte hensikter oppnås ved at de seismiske data registrert av de forskjellige kabler blandes i et etterbehandlingstrinn, at de seismiske data forut for blandingen veies med en vekt som gjøres avhengig av den for de respektive kabler registrerte toveis gangtid slik at data fra den eller de kabler som befinner seg på minst vanndybde gis en vekt som avtar med gangtiden, mens data fra et motsvarende antall kabler på større dybde gis en vekt som øker med gangtiden. - Ytterligere trekk og fordeler fremgår av de vedføyde uselvstendige krav.

Fremgangsmåten skal beskrives mer detaljert i det følgende under henvisning til den ledsagende tegning. Fig. 1 viser modulasjonskurvene for to lyttekabler i henhold til dagens teknikk. Fig."2 viser hvordan to eller flere lyttekabler taues på forskjellig dyp ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Fig. 3 viser skjematisk etterbehandlingen av de seismiske data i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 viser skjematisk registrering av seismiske data på to seismiske kabler. Fig. 5 viser skjematisk tidsserier av registrerte data for et overflatepunkt samt den forekommende støy. Fig. 1 viser skjematisk hva som kan oppnås ved kjent teknikk, idet 1 betegner modulasjonskurven for en seismisk kabel på 10 meters dyp og 2 modulasjonskurven for en seismisk kabel på 15 meters dyp. "ghost"-frekvensen er den frekvens hvor det has null respons og befinner seg på figuren ved 3, dvs. 7 5 Hz for kurve 1 og ved 4, dvs. 50 Hz for kurve 2. Av fig. 1 fremgår det videre hvordan den grunne seismiske kabel svekker de lave frekvenskomponenter 5 mer enn den dype kabel, som svekker de høye frekvenskomponenter 6 i større grad.

Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen taues to eller flere lyttekabler på forskjellig dyp som vist på fig. 2. Den

grunne kabel 1 leverer data for grunne mål og den dype kabel 2 leverer data for dype mål. Kablenes dybde bestemmes på basis av velkjente egenskaper relatert til kablenes tauedybde og antydet skjematisk på fig. 1 og på basis av de frekvenser som ønskes fremhevet for hver av de forskjellige, definerte geologiske mål. Typisk dybde for den grunne kabel kan være mellom 5 og 10 meter og for den dype kabel mellom 10 og 20 meter.

Lyttekablene skal fortrinnsvis ha samme lengde og samme avstand til kilden. Det er imidlertid tenkelig at for visse formål kan det være ønskelig å flytte den dypeste kabel bakover eller også benytte en lengre kabel. Avstanden mellom hydrofongruppene er fortrinnsvis den samme for begge kabler for å lette etterbehandlingen av dataene. Kablenes horisontale posisjon bestemmes med kjente teknikker, f.eks. ved bruk av magnetiske kompasser eller akustiske transpondere som er montert på kablene. Hver av kablene taues på en fast dybde som overvåkes med dybdemålere og styres med et dybdekontrollsystem, såkalte "birds", som er velkjente i teknikken.

Ved fremgangsmåten i henhold til den foreliggende oppfinnelse skal det bare benyttes en akustisk kilde. Dette er mer enn tilstrekkelig da to eller flere geologiske mål vil befinne seg på dyp som ikke gjør det mulig å bruke en svak kilde for det øverste (grunneste) mål på grunn av resulterende inntrengnings-problemer og heller ikke gjør det nødvendig å tilpasse kildesignaturens frekvensinnhold, da det ikke kan forventes meget høyere frekvenser fra grunnere mål i forhold til det dypere mål, som det imidlertid kunne antas når det grunne mål befinner seg like under havbunnen slik det er forutsatt i norsk patentsøknad nr. 83 2981, på grunn av absorpsjon langs forplantningsveien gjennom,jordskorpen til det grunnere mål. Alt i alt gir dette en vesentlig forenkling i forhold til de kjente, ovenfor omtalte fremgangsmåter.

På fig. 3 er det vist hvordan dataene etter behandlingen blandes slik at data fra den grunne kabel bidrar med 100% ved en bestemt toveis gangtid 1, mens data fra den dypere kabel ved lengre gangtid bidrar med en forholdsvis økende vekt 2, og at ved en enda lengre toveis gangtid 3 bidrar bare data fra den dypere kabel. Gangtidene som er bestemmende for blandingen kan gjøres avhengig av gangtidene til bestemte geologiske strukturer og følge dem langs den seismiske profil. Blandingen kan foretas hvor som helst i etterbehandlingssekvensen etter at registreringene er blitt korrigert til et bestemt referanseplan, f.eks. havoverflaten. De mest naturlige tidspunkter for denne blandingen er ved starten av etterbehandlingen, dvs. rett etter den ovenfor nevnte korreksjon til referanseplan eller etter den såkalte CDP-stack, som er en fremgangsmåte som er velkjent for fagfolk innenfor området seismisk databehandling. Når det er avfyrt en lydkilde, foretas det samtidig målinger med begge lyttekabler. Disse er betegnet med henholdsvis 1 og 2 på fig. 4. Antall registreringer på hver seismisk kabel er naturligvis avhengig av det antall hydrofoner eller hydrofongrupper som er benyttet i hver seismisk kabel. Måleserier som skyldes samme skudd summeres sammen. Dette foretas slik at registreringen med en bestemt hydrofon eller hydrofongruppe 4 på den ene kabel blandes med den som har lik avstand til kilden på den andre kabel 5. På denne måte blandes alle registreringer som har samme avstand til den akustiske kilde. Blandingen foretas med vekter som er en funksjon av registreringstiden, som ovenfor angitt. Dataene 6 som frembringes på denne måte, kan nå betraktes som forbedrede feltregistreringer og gis som inndata til den påfølgende konvensjonelle databearbeiding. Det er vesentlig at bare registreringer med samme avstand mellom kilde og målepunkt blandes.

Alternativt kan blandingen foretas senere i bearbeidingssekven-sen etter en prosess som kalles stakking og som er velkjent for fagfolk innenområdet seismiske databehandling. Ved stakkingen blir datamengden redusert til bare en tidsserie pr. overflatepunkt og gangtiden korrigeres slik at den horisontale avstand mellom kilde og mottager kompenseres. Dermed vil dataene forut for blandingen kunne veies med en vekt som bare er avhengig av den toveis^ vertikale gangtid og relateres entydig til en bestemt geologisk struktur, som omtalt ovenfor. Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen vil det has to tidsserier 1 og 2 pr. overflatepunkt, dvs. en fra hver seismisk kabel, som vist på fig. 5. Disse to blandes til en ny tidsrekke 4. Dette gjentas for alle overflatepunkter langs den seismiske profil. Blandingen foretas med vekter som er en funksjon av registreringstiden, som ovenfor beskrevet. På fig. 5 er det også vist hvordan datakvaliteten kan forbedres. Tidsserie 1 har flere høyfrekvenskomponenter og er særlig egnet til å kartlegge strukturer som befinner seg på en dybde som svarer til 1-2 sekunders gangtid. På større dybde viser denne registrering et dårligere signal/støyforhold. Tidsserien 2 har større innhold av lavfrekvenskomponenter og er særlig egnet til å undersøke strukturer som befinner seg på en dybde som svarer til typisk 3-4 sekunders gangtid. På grunne dyp vil denne registreringen vise få- detaljer. En blandet tidsrekke 4 vil som ovenfor omtalt ta vare på de beste registreringer i både tidsseriene 1 og 2.

I en videreutvikling av denne fremgangsmåten kan det benyttes mer enn to kabler på mer enn to dybder med en tilsvarende tilpasning av blandingsforholdet som funksjon av den toveis gangtid. Et spesielt eksempel på en slik videreutvikling has når en minikabel taues på meget grunt vann sammen med to konvensjonelle seismiske kabler på forskjellige dyp. En slik minikabel blir vanligvis benyttet ved tekniske undersøkelser av selve havbunnen eller området like under havbunnen og er omtalt f.eks. i noen av de ovenfor nevnte publikasjoner.

Ved bruk av to eller flere datakabler vil de genererte to eller flere datasett dessuten kunne benyttes til bølgefeltseparasjon, slik det er beskrevet i US-PS nr. 3 952 281. Ved en slik etter-behandling kan virkningen av kabeldybden helt fjernes med mulighet for å øke oppløsningen eller nøyaktigheten. En bølgeseparasjon av denne art vil i så fall bare anvendes i et tidsvindu som befinner seg helt i begynnelsen av registreringstiden, fordi nytten av å bedre oppløsningen med denne metode særlig er relevant for grunne mål, hvor det fortsatt has høye frekvenser på grunn av den kortere forplantningsvei og tilsvarende lav absorpsjon etc. For refleksjoner fra store dyp har det liten hensikt å forsterke de høye frekvenser, da de jo som nevnt ikke forekommer. Fremgangsmåten ved bølgefeltsepara-sjon ligger imidlertid utenfor rammen av den foreliggende søknad og er bare nevnt for å antyde de ytterligere muligheter som ligger i fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen.

Ved fremgangsmåten i henhold til GB-PS nr. 2 081 446 vil hydrofongrupper som taues grunt og befinner seg nærmest kilden kunne benyttes til grunne mål og hydrofongrupper som befinner seg lengre borte og taues på større dyp til dype mål. Denne spesielle anvendelse har imidlertid den ulempe i forhold til den foreliggende oppfinnelse at datamengden fra hvert reflek-sjonspunkt reduseres alt ettersom det velges nærliggende eller fjerntliggende hydrofongrupper for de forskjellige geologiske mål. Ved fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen arbeider man alltid med den maksimale datamengde, dvs. det benyttes like mange hydrofongrupper som det finnes på en seismisk kabel og som ellers ville ha blitt benyttet ved en konvensjonell datainnsamling. Summen av blandingen av registreringer på de to kabler er jo alltid 100%. Dette fører til at det fås en bedre demping av slumpmessig eller skuddgenerert støy.

En ytterligere fordel som oppnås ved bruk av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er at refleksjoner fra dype lag bare

benyttes i den form de er registrert på den dype kabel. På den dype kabel er støynivået 5 som vist på fig. 5 vanligvis lavere under ugunstige værforhold enn på en grunnere kabel. Imidlertid has det en større økning i støynivået 6 på den grunne kabel

under slike forhold, men denne kabel bidrar først og fremst til registreringen av grunne refleksjoner som har større amplityder på grunn av at absorpsjonen er mindre og svekkingen av amplituden langs forplantningsveien også er lavere. Dette har som konsekvens at ved tiltagende ugunstige værforhold vil signal/støyforholdet for de til de respektive kabler tilordnede registreringsdybder befinne seg på akseptabelt nivå i lengre tidsrom enn ved bruk av kjent teknikk og dette fører igjen til at produktiviteten ved den seismiske undersøkelse øker.

Claims (6)

1. Fremgangsmåte ved samtidig innsamling av seismiske data for grunne og dype mål, hvor det benyttes minst to seismiske kabler som hver taues på forskjellige vanndybder, og bare én akustisk kilde for de seismiske signaler, karakterisert ved at de seismiske data registrert av de forskjellige seismiske kabler blandes i et etterbehandlingstrinn, at de seismiske data forut for blandingen veies med en vekt som gjøres avhengig av den for de respektive kabler registrerte toveis gangtid slik at data fra den eller de kabler som befinner seg på minst vanndybde gis en vekt som avtar med gangtiden, mens data fra et motsvarende antall kabler på større dybde gis en vekt som øker med gangtiden.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert ved at den toveis gangtid relateres til og tilordnes en bestemt geologisk struktur.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2, karakterisert ved at de registrerte seismiske data forut for blandingen korrigeres til et referanseplan.

4. Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav, karakterisert ved at blandingen foretas umiddelbart etter korreksjon til referanseplanet.

5. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert ved at blandingen foretas umiddelbart etter en stakking som reduserer datamengden registrert av en kabel til bare en tidsserie for hvert overflatepunkt.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5, karakterisert ved at de seismiske data fra en kabel forut for blandingen veies med en vekt bare er avhengig av den toveis, vertikale gangtid, slik at de blir entydig relatert til den bestemte geologiske struktur.