NO168206B - Fremgangsmaate og apparat for bestemmelse av sendersignaturen for en seismisk senderanordning paa stor avstand - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte og apparat for bestemmelse av fjernfeltsignaturen for en senderanordning som oppfatter flere seismiske impulskilder inn-retet til å utl©ses i kombinasjon. Gjensidige virkninger gjor at kildenes signaturer er forskjellige fra den som de oppviser hver for seg isolert. For å overvinne denne vanskelighet blir det etablert en katalog over signaturer for kildene utlmst hver for seg separat, som funksjon av parametere så som f. eks. neddykningsdybden. Under en sender kombinert anvendelse av kildene måles verdien av parameterene og fra katalogen utvelges de signaturer som hver av kildene isolert sett ville ha hvis parameterene hadde de samme verdier som ved målingen. Den totale signatur av anordningen i stor avstand blir oppnådd ved en kombinasjon av de utvalgte signaturer. Oppfinnelsen har f. eks. anvendelse ved prosessering av seismiske registreringer.

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte for bestemmelse av fjernfelt-signaturen av en senderanordning for seismiske øvel-

ser i vann, omfattende et flertall seismiske kilder som er kombi-

nert og spesielt en seismisk kildeanordning som arbeider ved im-plosjon, og et apparat for utførelse av fremgangsmåten.

Det er mulig å utsende seismiske impulser i vann f.eks. ved en plutselig kontraksjon av et neddykket hulrom hvor det hersker et meget lavt trykk i forhold til det hydrostatiske trykk. Dette hul-

rom kan være begrenset av vegger i en beholder med variabelt volum, f.eks. av den type som er beskrevet i fransk patent 1.583.737.

Utsendelsen kan likeledes skje ved at et visst volum av væske under trykk i et neddykket kammer, slippes ut med stor hastighet i vannet. En kilde av vannkanontypen er f. eks. beskrevet i fransk patentsøknad EN 84/01.169.

De seismiske impulser som frembringes har en form som avhenger av

av den anvendte type kilde, dennes mekaniske karakteristikker, evt.

av trykket i det hydrauliske drivfluidum som bevirker væskeutsend-else, og dessuten av neddykningsdybden.

Formen av de seismiske impulser som frembringes av en bestemt kilde, som utgjør dennes sendersignatur, er vanligvis godt reproduserbar under definerte anvendelsesbetingelser og avhenger bare av neddykningsdybden. Denne bestemmes ved hjelp av en trykktransduser som plasseres i nærheten.

Når flere kilder aktiveres i kombinasjonen vil de innvirke gjensidig

på hverandre på en komplisert måte slik at signaturen av hver av dem, målt av en nærliggende trykktransduser, er forskjellig fra den som blir oppnådd når den arbeider isolert.

For visse prosesseringsmetoder for registreringer oppnådd ved å oppfange ekkoene fra forskjellige reflekterende undergrunnslag, er det viktig å kjenne den totale signatur av den kombinerte kildeanordning. En slik signatur kan oppnås ved en lineær kombinasjon av signaturene for de forskjellige kilder betraktet isolert. Dette er det umulig å gjøre direkte ut fra målinger foretatt av forskjellige trykktrans-dusere som er neddykket i nærheten av de forskjellige kilder, på

grunn av de gjensidige virkninger som oppstår.

En kjent metode til å bestemme den totale signatur for en kombinert kildeanordning, består i å neddykke like mange trykktrans-dusere som det er kilder, i det posisjonen av transdusere i forhold til kildene er kjent, å behandle deres forskjellige målinger under hensyntagen til de gjensidige virkninger for derved å bestemme de ekvivalente signaturer av kildene korrigert for de gjensidige virkninger, og å superponere de korrigerte signaturer for å oppnå den totale fjernfelt-signatur.

En slik metode som er anvendt for luftkanoner er beskrevet i pub-lisert europeisk patentsøknad 66.423, men er vanskelig å praktisere fordi den krever et nøyaktig kjennskap til. posisjonen av de forskjellige transdusere og de forskjellige kilder i forhold til hverandre på utløsningstidspunktene, og dette er det desto vanskeligere å realisere når antallet av elementer i senderanordningen er stort.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen gjør det mulig å bestemme den totale fjernfelt-signatur for eri senderanordning omfattende et antall av N kilder som er kombinert, hvor man ikke har de ovenfor omtalte ulemper.

Fremgangsmåten er karakterisert ved at den omfatter:

- Måling av sendersignaturer for hver av de N kilder ved aktivering hver for seg, forut for anvendelsen av senderanordningen, for forskjellige verdier av parametere som influerer på formen av de impulser som frembringes av kildene, ved hjelp av passende transdusere plassert i nærheten av hver av de N kilder, og etablering av en katalog over alle de målinger som foretas suksessivt for alle kildene i senderanordningen, - Måling av de effektive verdier av disse samme parametere for alle kildene, i tidspunktet for deres kombinerte anvendelse, - Utvelgning fra katalogen av de respektive signaturer for de N kilder i senderanordningen svarende til de effektive verdier som er målt for de nevnte parametere, og - Bestemmelse av den totale fjernfelt-signatur for senderanordningen ved lineær kombinasjon av de N utvalgte sendersignaturer fra katalogen, under hensyntagen til de effektive utløsningstidspunkter for de forskjellige kilder i senderanordningen.

Den forutgående etablering av en katalog over signaturer for de forskjellige kilder basert på operasjon av hver av disse isolert sett, og følgelig uten forstyrrelser som henger sammen med kombinert anvendelse av disse, og målingen av operasjonsparameterene for hver kilde, som gjør det mulig å utvelge sendersignaturen fra katalogen på basis av de samme operasjonsbetingelser som når den sender alene, gjør det ved syntese mulig å bestemme den totale fjernfelt-signatur av senderanordningen, og dette uten å måtte kjenne den relative kon-figurasjon av kilder og måletransdusere.

De parametere som influerer på formen av de frembrakte impulser er dybden og eventuelt andre parametere som avhenger av den anvendte transdusertype.

Andre karakteristiske trekk og fordeler ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og apparatet for utførelse av denne, vil fremgå av den følgende beskrivelse av spesielle utførelsesformer som utelukkende er å betrakte som ikkebegrensende eksempler, illustrert på tegningene, hvor: - Figur 1 skjematisk viser forløpet av de akustiske bølger mellom en kildeposisjon e^ senderposisjon e^ i nærheten av vannoverflaten I, og posisjonen av en transduser H plassert i en viss avstand fra kilden, - Figur 2 er analog med figur 1 og tilsvarer det tilfelle at transduseren er plassert uendelig langt borte, - Figur 3 viser et blokkskjema for en første utførelsesform av apparatet ifølge oppfinnelsen, - Figur 4 viser blokkskjema for en variant av utførelsen på figur 3,

- Figur 5 viser helt skjematisk en kildesignatur, og

- Figur 6 viser et tidsdiagram for et styresignal som gjør det mulig å benytte en transduser både for måling av neddykningsdybde av en kilde og å bestemme dennes sendersignatur.

Signaturen for en kilde e^ er variasjonen som funksjon av tiden t av det trykk som måles av transduseren H som følge av den akkustiske impuls som utsendes fra kilden etter utløsning av denne. Nærfelt-signaturen s. måles i en referanseavstand r^ av størrelses-orden f.eks. 1 meter. Signaturen for kilden målt i en viss avstand under denne, er en kombinasjon av den impuls som forplanter seg direkte fra posisjonen e^ til posisjonen H, med den impuls som vanligvis betegnes "fantom-impuls" og som ankommer til transduseren med tidsforskyvning efter refleksjon fra et punkt ved grenseflaten mellom vann og luft, dvs. vannoverflaten I.

Når man benytter flere kilder e^ plassert på dybder d^, utløses disse på slik måte at deres respektive implosjonstopper kommer i fase. Tidsforskyvningen mellom utløsningstidspunktene for hvilke som helst to kilder tilsvarer forplantningstiden for akkustiske bølger fra den ene til den annen, med forplantningshastigheten V.

Fjernfelt-signaturen for en anordning av N kilder e^ som målt av hydrofonen H kan uttrykkes på kjent måte ved hjelp av relasjonen:

s. er signaturen for kilden e.,

i ^ i

r. og er de respektive avstander e^-H og e^-M^-H og jD er reflek-sjonskoeffesienten for grenseflaten luft/vann som er meget nær -1.

Som det er velkjent for spesialister kan det vises at signaturen S uendelig langt borte eller i det minste i meget stor avstand (Figur 2), for en senderanordning bestående av et antall N implosjonskilder e^, e2«..eN utløst i sekvens slik at deres implosjonstopper er i fase,

er en lineær kombinasjon av signaturene s^ for de forskjellige kilder e^ betraktet isolert, og kan uttrykkes ved en relasjon av typen:

hvor 1^ representerer proreaksjonen av avstanden mellom hver kilde e^ og dennes speilbilde e,k^, i rekombinasjonsretningen. Denne relasjon er uavhengig av geometrien for senderanordningen, dvs. av den relative posisjon av de forskjellige kilder i forhold til hverandre og deres gjensidige virkninger.

Fremgangsmåten i følge oppfinnelsen omfatter en forutgående måling

av sendersignaturer for hver av kildene e^ påvirket isolert, ved hjelp av en hydrofon plassert i kort avstand (f. eks. 1 meter) for forskjellige verdier av parametere som influerer på formen av de frembrakte impulser. Hovedparameteren er neddykningsdybden.

Andre parametere, som mer spesielt har å gjøre med arten av kilder, så som trykket av det fluidum som utsendes når det dreier seg om im-plos jonskanoner , blir likeledes tatt i betraktning.

Det foretrekkes å korrigere de målte sendersignaturer på slik måte

at man fra disse eliminerer bidrag som skyldes refleksjoner fra vann/luft-grenseflaten I. Med målingene utført i umiddelbar nærhet av hver kilde e^, er den relative styrke av disse refleksjoner (fan-tomvirkning eller spøkelser) temmelig liten i forhold til de direkte impulser (av størrelsesorden 1/10<*>)..

Det blir så etablert en katalog over alle de målinger som foretas suksessivt for alle kildene. Informasjonen i denne katalog lagres f. eks. i en datamaskin- eller prosessorhukommelse.

Når senderanordningen slepes i vann under seismiske undersøkelses-operasjoner til havs, og de forskjellige kilder aktiveres, blir føl-gende prosedyre gjennomført: - Ved hjelp av hydrofoner plassert i umiddelbar nærhet av hver av kildene, måles de respektive neddykningsdybder. Eventuelt måles også verdiene av andre parametere som influerer på kildenes signaturer, ved hjelp av andre passende transdusere. - Sendersignaturene for de forskjellige kilder registreres slik at man bestemmer de respektive tidspunkter for deres implosjonstopper og dessuten detektere eventuelle operasjonsanomalier eller -forstyrrelser . - Hver av de sendersignaturer som tas fra katalogen, modifiseres slik at man til denne tilføyer det bidrag som skyldes refleksjoner fra grenseflaten, som vil bli observert i meget stor avstand i den effektive anvendelsesdybde av den tilsvarende kilde. Bidraget fra det nevnte "fantom" eller "spøkelse" til sendersignaturen for kilden er i uendelig stor avstand praktisk talt identisk med bidraget fra den direkte bølge, sett fra et amplitude-synspunkt. Modifikasjonen består i hovedsaken i å addere til hver sendersignatur den for et

"spøkelse" med samme amplitude og passende faseforskjøvet.

- Det utføres deretter en lineær kombinasjon av modifiserte signaturer i henhold til ovennevnte relasjon (2). Fortrinnsvis blir de modifiserte signaturer faseforakjøvet forut for kombineringen, for derved å ta hensyn til tidsintervallene mellom de respektive utløsningstidspunkter for de forskjellige kilder, hva enten de er innført med hensikt eller er resultatet av en viss spredning i operasjonsbetingeIsene.

Så kan man utnytte signaturen som den foreligger uendelig langt borte og som syntetisert ved denne kombinering, for forskjellige prosesseringsoperasjoner på de seismiske registreringer som er gjort ut fra ekkoer fra reflekterende undergrunnslag, som følge-av seismiske sjokk frembrakt av kildeanordningen.

De to trinn med korreksjon eller modifikasjon av signaturer forut for innføring av disse i katalogen, for å eliminere bidraget fra "spøkelses"-signalet uendelig langt borte, er valgfrie. Begge to kan også realiseres på det tidspunkt da katalogen etableres, slik at man i denne samler eksempler på signaturer i uendelig avstand ferdige til kombinering.

Fremgangsmåten utføres med fordel ved å benytte en mottakeranordning innrettet til å måle vekselvis neddykningsdybden for hver kilde og dennes sendersignatur, idet dybden i det nøyaktige utløsningstids-punkt bestemmes ved kombinasjon av dybdemålinger forut for og etter skuddøyeblikket.

Apparatet for utførelse av fremgangsmåten omfatter for hver kilde en eneste transduser H plassert i nærheten av og forbundet med inngangen av et innsamlingssystem som vist på figur 3. Det signal som leveres av transduseren H påtrykkes på inngangen av to forskjellige forster-kergrener, som hver omfatter et båndpassfilter 1,2 og en forsterker 3,4.

De to forsterkere 3,4 har ulike forsterkninger g^ og q^. De signaler som de avgir påtrykkes på to innganger på en elektronisk svitsj 5, hvis utgang er forbundet med inngangen på en digitaliserings- og registreringsenhet 6. Denne omfatter en anordning til å lagre de forskjellige sendersignaturer som utgjør katalogen, og en anordning for å avgi et styresignal til svitsjen 5, hvilket gjør det mulig å utvelge det ene eller det annet av de signaler som kommer fra forsterk-erene 3 eller 4.

En prosessor 7 er forbundet med digitaliserings- og registreringsenheten 6. Den er innrettet til å utfore kombineringen av de utvalgte sendersignaturer fra katalogen, for å syntetisere den totale signa-

tur for senderanordningen i uendelig avstand (fjernfelt-signaturen).

Forsterkningen i forsterkeren 3 velges tilstrekkelig høy til at det signal som denne avgir, skal utgjøre et nøyaktig mål på det hydrostatiske trykk, og følgelig den dybde som vedkommende kilde er neddykket i.

Forsterkningen i forsterkeren 4 velges lavere slik at utgangssignalet fra denne på naturtro måte og uten oppkutting gjengir de trykkvaria-sjoner som bevirkes av kilden ved dennes utløsning.

Med en kilde utløst i et tidspunkt t (Figur 5) foretas en måling av neddykningsdybden i et forutgående tidspunkt t^ og i et påfølgende tidspunkt t2 (Figur 6). I dette øyemed påtrykker enheten 6 et styresignal på svitsjen 5 i tidspunktene t^ og t_ og under respektive tidsinter-valler eller -vinduer AT, idet styresignalet bevirker utvelgning av forsterkeren 3.

De to dybdemålinger på hver sin side av utløsningstidspunktet t blir suksessivt lagret og prosessoren 7 foretar en interpolering mellom disse for dermed å få en nøyaktig bestemmelse av kildens neddykningsdybde i skuddøyeblikket. Utenom disse to vinduer for måling av dybde styres svitsjen slik at den utvelger det signal som avgis fra forsterkeren 4, dvs. kildens sendersignatur.

Ifølge en annen utførelsesform (Figur 4) kan innsamlingssystemet om-fatte en eneste forsterkergren omfattende et båndpassfilter 8 og en forsterker 9 med variabel forsterkning og hvis forsterkning kan anta i det minste to forskjellige forsterkningsverdier g^_ og g2 avhengig av det styresignal som påtrykkes forsterkeren fra et forsterknings-styreorgan 10 som drives av registreringsenheten 6. Forsterkningen g., som tillater en finmåling av neddykningsdybden, blir tilrettelagt i forsterkeren 9 i tidspunktene t^ og t~ og under et tidsintervall AT.

Forsterkningen g2 anvendes utenom målevinduene slik at kildens sendersignatur blir oppnådd. På tilsvarende måte bestemmer prosessoren .7

den nøyaktige verdi av neddykningsdybden ved interpolering mellom de målte verdier i tidspunktene t^ og t2»

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for bestemmelse av fjernfelt-signaturen for en anordning til utsendelse av seismiske impulser i vann, omfattende et antall N seismiske kilder som er kombinert, karakterisert ved at den omfatter: Måling av sendersignaturer for hver av de N kilder aktivert isolert, forut for anvendelsen av senderanordningen, for forskjellige verdier av parametere som influerer på formen av de impulser som frembringes av kildene, ved hjelp av passende transdusere plassert i nærheten av hver av de N kilder, og etablering av en katalog over alle de målinger som foretas suksessivt for alle kilder i senderanordningen, måling av de effektive verdier av de samme parametere for alle kildene, i tidspunktet for den kombinerte anvendelse av disse, utvelgning fra katalogen av respektive sendersignaturer for de N kilder i senderanordningen, svarende til de målte effektive verdier av de nevnte parametere, og - bestemmelse av den totale fjernfelt-signatur for senderanordningen ved lineær kombinering av de utvalgte N sendersignaturer fra katalogen, under hensyntagen til de effektive utløsningstidspunkter for de forskjellige kilder.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det etableres en katalog over sendersignaturer for hver av de N kilder i senderanordningen for et flertall forskjellige neddykningsdybder, og at de nevnte effektive verdier måles med de samme transdusere som ellers brukes ved målingen av kildenes signaturer.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det etableres en katalog over sendersignaturer for hver av de N kilder i senderanordningen, under variasjon av operasjonsparametere for kilden.

4. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at neddykningsdybden for hver av kildene bestemmes ved kombinasjon av dybdemålinger foretatt forut for og etter utsendelse av hver seismisk impuls.

5. Apparat for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 4, omfattende en mottakeranordning for å oppfange de akustiske bølger som utsendes av de N kilder, et innsamlingssystem omfattende en forsterkeranordning for signaler levert fra mottakeranordningen, en anordning (6) for digitalisering og registrering av digitaliserte signaler, og en prosesserings-anordning, karakterisert ved en lageranordning for sendersignaturer for å danne katalogen, at mottakeranordningen omfatter en transduser (H) plassert i nærheten av hver kilde (ejj , og innsamlingssystemet omfatter en velgeranordning for på digitaliserings- og registreringsanordningen å påtrykke signaler tilsvarende de som leveres av hver transduser og forsterket med en forsterkning som er forskjellig avhengig av om man ønsker å bestemme neddykningsdybde for kilden, eller dennes sendersignatur.

6. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at forsterkeranordningen omfatter to forsterkere (3, 4) i nettet til parallelt å forsterke de signaler som leveres av hver transduser (H) og velgeranordningen omfatter en svitsj (5) aktivert av digita-liser ings-og registreringsanordningen (6) forut for og etter utsendelse av hver seismisk impuls.

7. Apparat ifølge krav 5, karakterisert ved at forsterkeranordningen omfatter en eneste forsterker (9) med variabel forsterkning og innrettet til å forsterke de signaler som leveres av hver transduser (H), og en velgeranordning omfattende et element (10) aktivert av digitaliserings- og registreringsanordningen (6), for å frembringe et styresignal som gjør det mulig vekselvis å gi forsterkningen i forsterkeren (9) to forskjellige verdier.