NO177946B - Fremgangsmåte for evaluering og undertrykning av unormale stöyamplituder i seismiske data - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår generelt en fremgangsmåte ved seismisk dataprosessering og er mer spesielt rettet mot en fremgangsmåte for evaluering og undertrykning av unormale støyamplituder i seismiske data.

Amplituder i seismiske registreringer er gjennom de siste tiår blitt grundig undersøkt. Gutenberg (1936) henviser til tidligere arbeider av Knott(1899) og Zoeppritz et al.

(1912), og drøfter de forventede amplituder i seismiske refleksjoner fra geologiske lag. Etter innføringen av instru-mentering og registreringsinnretninger med automatisk forste-rkningsregulering (Automatic Gain Control, AGC) ble den geofysiske tolkning rettet mer mot studiet av tidsanomalier og refleksjonskarakteren. Studium av refleksjonsamplituder ble ikke populært igjen før utviklingen av registreringer basert på binær forsterkning og flytende komma. Denne utvik-ling førte til den såkalte "bright spot"-tolkningsteknikk ("lysflekk"), som innbefattet studium av amplitudeanomalier i seismisk tolkning. Aksepteringen av denne "lysflekk11-teknikk var utbredt i hele bransjen.

Den første anvendelse av teknikken skjedde for seismiske data fra havområder, hovedsakelig i deltaregioner. Det ble raskt klart at lyse eller mørke partier i refleksjonen var av betydning ved tolkningen. Hermont (1969), 0'Doherty og Anstey

(1971) og Larner et al. (1973) demonstrerte betydningen og diagnoseverdien av refleksjonsamplituder.

Anvendelse av disse teknikker på land krevde et mer inngående studium av de faktorer som innvirker på de regis-trerte amplituder. Sheriff (1973), Taner og Koehler (1974) ga en oversikt over disse faktorer, mens Houba et al. (1973) og Disher og Randle (1973) diskuterte en prosesseringsmetode for landbaserte data. Det er generelt innsett at mange faktorer spiller en rolle for amplituden av det mottatte seismiske signal. Larner et al. (1973), Larner (1975) og Taner og Koehler (1981) samt andre bestemte flere overflate- og under-grunns-egenskaper som innvirker på de mottatte seismiske signalers amplitude. Foreliggende patentsøker utviklet så tidlig som i oktober 1977 en beregningsmetode for å korrigere og fjerne unormale støyamplituder fra seismiske data. Taner og Koehler (1981) viser et eksempel på en lignende beregning som søker å finne unormale amplituder bevirket av utenforliggende forstyrrelser, såsom lag nær geologiske flater (forvit-ringssone) som kunne forstyrre eller ha innvirkning på de mottatte seismiske signalers oppførsel.

Blant alle de forannevnte personer som studerte problemer vedrørende unormale amplituder ved seismisk dataprosessering, var det ingen som tok støy i betraktning i noen av beregningene eller korreksjonene. I EP 182.956 omtales en fremgangsmåte for fjerning av støy fra et datasett, der en gjennomsnittlig amplitudefaktor blir beregnet på bakgrunn av et antall datasett innen et gitt tidsvindu. Denne amplitude-faktoren blir så brukt sammen med den deriverte av datasett-ene for å fjerne støy.

Det er et formål ved denne oppfinnelse å tilveiebringe en ny fremgangsmåte for utførelse av kvalitetskontroll og undertrykning av informasjon vedrørende unormale støyampli-tuder i seismiske data forut for konvensjonell dataprosessering.

Det er et annet formål med denne oppfinnelse å tilveiebringe en slik fremgangsmåte hvor støy i de seismiske data utgjør en primær faktor ved korreksjon eller undertrykning av en spesiell seismisk trase (eller en del av trasen) på grunn av problemer som har med amplituden å gjøre.

Denne datamaskin-assisterte fremgangsmåte er beregnet for evaluering, korreksjon eller undertrykning av unormale amplitudeverdier som er tilstede i seismiske dataregistrer-inger forut for konvensjonell dataprosessering. Denne fremgangsmåte gir geofysikeren en anledning til å evaluere meng-den av støy som er tilstede i en gitt trase forut for den avsluttende prosessering, når det er vanskelig å bestemme og fjerne virkningene av støy i en avsluttende seksjon.

Generelt sett blir amplitudefaktorer beregnet for hver trase i de multipleksede seismiske data for hvert skuddpunkt som funksjon av tiden. Tidsfunksjonen er en serie av tidsvinduer som har en periode fiksert for den definerte beregning og bruker. En matematisk modell som relaterer mange variable parametre som bidrar til amplitudevariasjonen, blir beregnet for hver trase for å frembringe en målt amplitudefaktor. Ved å ta logaritmen på begge sider av den matematiske modell fremkommer det en løsning på ligningene, hvilket gir en beregnet støyfri amplitudefaktor. Det benyttes et korreksjonsforhold for den beregnede støyfrie amplitudefaktor til den målte amplitudefaktor, som så blir veiet mot brukerdefin-erte verdier valgt fra forutbestemte histogrammer og utskrif-ter. Hvis korreksjonsforholdet overskrider en gitt terskel, kan hele trasen eller bare det parti av trasen som oppviser den unormale amplitude, korrigeres eller fjernes forut for behandling med konvensjonelle dataprosesseringsteknikker. Den foreliggende oppfinnelsen er således kjennetegnet slik som angitt i den karakterisererende delen av krav 1.

En bedre forståelse av fordelene ved denne oppfinnelse vil bli oppnådd gjennom den følgende detaljerte beskrivelse under henvisning til tegningene, hvor: fig. 1 er et generelt diagram for en konvensjonell seismisk refleksjonsteknikk,

fig. 2 er en generell illustrasjon av en kilde/mottaker-geometri som benyttes i en typisk seismisk målelinje,

fig. 3 illustrerer generelt en skuddregistrering tatt fra et måleskudd i overensstemmelse med den forannevnte geometri som illustrert på fig. 2,

fig. 4 er et forstørret utsnitt av skuddregistreringen på fig. 3, for å vise unormale amplituder som ofte opptrer i en skuddregistrering, og

fig. 5 er et eksempel på en skuddregistrering som vist på fig. 3 etter korreksjon ved hjelp av den her beskrevne fremgangsmåte.

Det er et primært formål med en geofysisk undersøkelse eller måling å tilveiebringe en nøyaktig representasjon av de geologiske strukturer som kan forefinnes på et spesielt sted på jorden. Et av de verktøy som benyttes til å oppnå denne representasjon, er kjent som seismisk refleksjonsprofilering. Fig. 1 viser generelt en konvensjonell landseismisk refleksjonsteknikk som innebærer generering av et seismisk signal (S) i et "skuddpunkt" på jordoverflaten (P) ved hjelp av en vibrasjons- eller eksplosjonskilde. Signalet forplanter seg nedad som en ekspanderende kulebølgefront som reflekteres av geologiske lag (L) med varierende akustisk impedans. Det re-flekterte seismiske signal som kommer opp til overflaten blir mottatt i et flertall punkter (R) langs en linje eller et rutenett på jordoverflaten. De signaler som blir mottatt av detektorene (R) blir omdannet til andre signaler som registreres i en sentral registreringsinnretning som ofte er anbragt på et kjøretøy. Når alle data er samlet for et gitt skuddpunkt, blir den akustiske signalgenerator flyttet til et nytt skuddpunkt og prosedyren blir gjentatt.

Fig. 2 viser generelt en kilde/mottaker-geometri som benyttes i en seismisk undersøkelse som beskrevet ovenfor. Denne figur viser fem mottakerlinjer som forøvrig er betegnet som "mottakergrupper" ("receiver spreads"), som er betegnet med nummer (1) til (5). Disse representerer målelinjene langs en linje A-B på jordoverflaten. Hver mottakergruppe innehol-der også et punkt vist med en "X" og betegnet Sv S2, S3 etc, som representerer skuddpunktet for hver mottakergruppe (1) til (5). For å lette forklaringen er gruppene (1) til (5) vist forskjøvet fra hverandre og utgjør bare et eksempel på de mange linjer som normalt registreres ved en typisk under-søkelse eller måling. I virkeligheten vil hver seismisk målegruppe (1-5) overlappe den tidligere målegruppe langs linjen A-B med en betydelig lengde.

Avstanden fra skuddpunktet (kilden) i en gruppe til en spesiell mottaker er betegnet som forskyvningsavstanden. Hver gruppe (1-5) har også et skuddpunkt til felles med de øvrige grupper som skytes i en måling. Det vil si at skuddpunktet opptrer med den samme beliggenhet i forhold til det totale antall mottakere langs en gruppe, slik at avstanden (forskyvningen) fra skuddpunktet til en spesiell mottaker i hver gruppe, vil være i det vesentlige den samme. Denne type måling egner seg også for innsamling av seismiske data i henhold til prinsippene for felles midtpunkt (CMP) eller felles dybdepunkt (CDP). Detaljer ved disse betegnelser skal ikke drøftes her, da de er velkjente for fagfolk på området.

Det hevdes generelt at for å oppnå en ideell representasjon av undergrunnen er det å foretrekke at de signaler som detekteres og registreres, er upåvirket av utenforliggende påvirkninger utenom den struktur som signalene reflekteres fra. Vitenskapen har ennå ikke vært i stand til å finne en måte til å motta slike rene data. De mottatte data er utsatt for mange uvedkommende påvirkninger som innvirker på kvaliteten på disse data. Teknikken i henhold til denne oppfinnelse, slik den skal beskrives nedenfor, representerer et verktøy som gjør det mulig å identifisere bedre den rolle som en av disse påvirkninger, dvs. støyen, spiller for kvaliteten av seismiske data.

Generelt avhenger kvaliteten av seismiske data av to generelle kategorier av faktorer. Den første faktor er det utstyr som benyttes for målingen eller undersøkelsen. Dette innbefatter alle ting fra typen av kilde som anvendes for å generere signal, arten av detektorer som benyttes til å motta signalet og registreringsutstyret. Den annen faktor som innvirker på kvaliteten av de seismiske data, er de lokale geologiske strukturer. Disse faktorer innbefatter typen av materiale som sinalet forplanter seg gjennom, dybden av forvitringslaget langs overflaten, tettheten av de geologiske lagene og kontinuiteten av lagene osv. Denne listen er lang. Som kort nevnt i ovenstående innledning, har amplituden av det seismiske signal vært av interesse for geofysikk-forsker-ne i noen tid. Amplituden av et mottatt signal er en generell indikator på styrken av det mottatte signal og dettes fase i forhold til det genererte signal. Den gjensidige beliggenhet og overensstemmelse av amplituden mellom nærliggende traser i en seismisk seksjon, hjelper forskeren til å bestemme karak-teren av den reflekterende geologiske horisont.

Ved evaluering av unormale støyamplituder i henhold til denne oppfinnelse, bringes data inn fra feltet komplett med geometri-inf ormas jon. Geometri-inf ormas jon gir plasseringen av målingen langs jordoverflaten, samt beliggenheten av hver mottaker eller mottakergruppe.

Fig. 3 illustrerer generelt en skuddregistrering tatt fra et skuddpunkt i overensstemmelse med den forannevnte geometri som vist på fig. 2. Hver trase i en registrering er ved toppen av denne markert i henhold til sin beliggenhet langs målelinjen, og dens relative avstand fra skuddpunktet blir lett beregnet. Den vertikale skala er toveis forplant-ningstid. De registreringer som blir tatt ved hver linje, som f.eks. de på fig. 3, kan inneholde opptil eller flere enn 1024 forskjellige traser, idet hver trase representerer de signaler som blir mottatt av en enkelt detektor eller detekt-orgruppe på et kjent sted ved jordoverflaten. Som vist på figuren har flesteparten av trasene forholdsvis overensstem-mende eller konsistente amplituder. Et merkbart unntak er indikert i den ramme som er betegnet AA, som viser et utsnitt av registreringen inneholdende en trase med en unormal amplitude.

Fig. 4 er en forstørret del av den skuddregistrering som er vist på fig. 3 som rammen AA. På denne figuren er for-skjellene i amplituder fra tras;e til trase mer tydelig avles-bare enn i fig. 3. For å eliminere disse unormale amplituder, skal den her beskrevne fremgangsmåte følges.

Ved denne fremgangsmåte blir hver trase i en skuddregistrering undersøkt i en rekke tidsvinduer som generelt er vist som t.,, t2, tn på fig. 4. Hvert vindu kan ha hvilken som helst ønsket periode og blir valgt av brukeren. Med sikte på den foreliggende drøftelse vil det bli antatt at tidsvinduet har en periode på 200 ms. Når først en periode er valgt av brukeren, forblir vindusperioden konstant under vedkommende operasjon eller evaluering. Perioden kan endres for det neste datasett som skal evalueres.

Når vindusperioden og de traser som skal evalueres er blitt bestemt, vil fremgangsmåten deretter beregne ampli-tudeverdiene for hver trase som funksjon av vindusperioden. Effektivverdier (RMS) kan benyttes til å representere ampli-tudene, eller eventuelt toppamplitudene. Det foretrekkes å bruke effektivverdier i situasjoner hvor støyen i en seksjon opptrer som unormale amplituder med lang varighet (20-300 ms), ofte betegnet som "blobs<1>" i bransjen. En blob er en støy-artifakt bevirket av en eller flere av følgende faktorer: gress eller grener som beveger seg mot geofonene, tra-fikk på nærliggende veier eller andre uvedkommende hendelser som forekommer under registreringsprosessen og opptrer som amplituder vist på fig. 4 ved markering Nb. Toppamplitudever-diene foretrekkes anvendt når man søker å diskriminere mot individuelle støyspisser (spiker) i en seksjon, hvilket kan være bevirket av en feil i den digitale registrering hvis en eller flere bit i et digitalt ord blir forvansket. En støy-spiss (spiker) på fig. 4 er betegnet som Ns.

Antagelsen om at amplitudeeffekter nær kilde og nær mottaker er overf latekonsistente og at undergrunnsamplitude-variasjoner er undergrunnskonsistente, fører til en matematisk modell for de parametre som bidrar til variasjonen i observerte amplituder. Når man spesielt betrakter en trase ved en kilde i og en mottaker j, hvis amplituder måles ved forskjellige horisonter i vinduer h, kan en amplitudefaktor Ajjh uttrykkes som produktet av overf latekonsistente skudd- og mottakerledd, ledd relatert til undergrunnskonsistent geologi (CDP) og forskyvning, samt kanalnummer-ledd. I henhold til den matematiske modell er den virkelige variasjon i målte amplituder <A>jjh gitt ved uttrykket:

hvor

Aijh er det målte amplitudenivå,

S,. er den amplitudevariasjons-komponent som er knyttet til kildeposisjonen i,

Rj er den amplitudevariasjons-komponent som er knyttet til detektorposisjonen j,

Gkh er den komponent av amplitudevariasjonen som er knyttet til det felles dybdepunkt k (også betegnet som midtpunkt) i vinduet h,

0lh er den amplitudevariasjons-komponent som er knyttet til forskyvningen 1 i vinduet h,

Cc er den komponent av amplitudevariasjonen som er knyttet til registreringskanalen c, og

N er støvmengden.

Ved å ta logaritmen på begge sider av uttrykket (1) fremkommer et uttrykk (2) i følgende form:

Uttrykket eller ligning (2) blir løst ved å benytte en iterativ metode med matriseinversjon, som f.eks. Gauss-Seidel-metoden. Ved denne metode kan antallet av ledd i ligning

(2) være stort. Når man arbeider med et slikt stort antall lineære ligninger under seismisk dataprosessering, er det å foretrekke at løsningen er nøyaktig og effektiv. Det finnes et antall løsninger i bruk, men det foretrekkes her å benytte den forannevnte algebra-matriseløsning i henhold til Gauss-Seidel. Denne prosedyre kan best beskrives ved å henvise til et linjetilpasningseksempel og løsning med hensyn på a og b i ligning (2.1): Ved å skrives som normalutrykk blir det oppnådd

Disse uttrykk kan omarrangeress som følger:

Ettersom matrise-algebrateknikken i henhold til Gauss-Seidel er iterativ, trenges det startverdier. For å starte interasjonen settes a = b = 0. Ved å sette inn b = 0 i ligning (2.4) fremkommer a = 3.25. Settes denne løsning inn i ligning (2.5) blir resultatet b = 0.0977. For den annen iterasjon settes b = 0.0977 inn i ligning (2.4) slik at det fremkommer a = 3.0075. Settes a = 3.0075 i ligning (2.5) fåes b = 0.1785. Denne interative prosedyre er videreført i Tabell

I.

Tabell I

Gauss-Seidel-iterasjon for løsning av ligning (2.1) med hensyn på a og b. Verdiene er avrundet i tabellen.

Den løsning som fremkommer av den iterative prosedyre konvergerer langsomt mot de egentlige verdier a = 1.8 og b = 0.58. Denne konvergens er ikke alltid garantert. Ikke desto mindre kan konvergens bli oppnådd med forannevnte Gauss-Seidel-metode, forutsatt at de ukjente er ordnet rik-tig, dvs. at iterasjonen starter med den korrekte ukjente. Fordelen med Gauss-Seidel-metoden er dens evne til å løse det store antall simultane ligninger hurtig. Ved anvendelse av metoden på ligning (2), er det en grunnleggende antagelse ved inversjonen er at de variable i uttrykket (l) opprinnelig har verdiene null. Den midlere (klippet gjennomsnitt) amplitude som kan tilskrives geologien eller CDP-posisjonen, blir for-trinnsvis bestemt først. Ved å bruke denne første amplitude-verdi som er relatert til geologien, blir den samme prosedyre anvendt for å oppnå amplitudeverdien av forskyvningen, etter-fulgt av den for kanalen. Prosedyren blir gjentatt for hver av de variable for alle trasene, med unntagelse av bestemmel-sen av verdien for støyen. Amplitudeverdien for støyen faller ut etter alle disse beregninger, fordi støy-variable ikke ble beregnet ved bruk av Gauss-Seidel-beregningen som beskrevet ovenfor. Verdien for de støy-variable vil bli behandlet senere i metoden.

Små unøyaktigheter i gjennomsnittsverdiene for hver variabel har liten eller ingen reell betydning. Dette trinn i fremgangsmåten angår bare gjennomsnittsamplituden av hvert signal i forhold til de øvrige i registreringen. Når først verdiene er blitt bestemt for hver av de variable ved anvendelse av matriseinversjon, blir de rekombinert i den samme form som uttrykket (1) for å avstedkomme en beregnet amplitudefaktor Bijh som er et mål på den støyfrie amplitude. Hvert trasevindu har to numeriske verdier for amplituden: en målt amplitude og en tilnærmet støyfri amplitude. Disse to verdier skaleres vindu for vindu som vist ved uttrykket (3):

hvor indeksen n typisk blir definert av brukeren (enten 1 eller 2) . Den verdi Xjjh som fremkommer av uttrykket (3) ut-gjør et korreksjonsforhold som er en indikasjon på om trasen for den unormale støyamplitude skal korrigeres eller ikke, eller om trasen skal utelates fra den påfølgende stakkings-sekvens under de avsluttende dataprosesseringstrinn. Korrek-sjonsverdien sammenlignes med en forut bestemt brukerspesifi-sert terskelverdi (vanligvis 1,0) for å bestemme om unormale støyamplituder er tilstede i trasen. Området av akseptable verdier kan velges ut fra en analyse av histogrammer forut for den konvensjonelle prosessering.

Fig. 5 er et eksempel på seismiske registreringer etter korreksjon med den her beskrevne fremgangsmåte. Bemerk at den markerte trase med data fra linje 2 ikke lenger har de store utsving i amplitude og er i hovedsaken ensartet med de øvrige traser.

Selv om oppfinnelsen er beskrevet som en datamaskin-assistert metode til å betegne og korrigere eller undertrykke unormale støyamplituder, er det fullt ut mulig for en fagmann på området å implementere denne metode i maskinvare slik at fremgangsmåten kan utføres på feltet, i steden for å gjøre det i et dataprosesseringssenter. Maskinvaren eller kretsene for utførelse av denne oppfinnelse kan således settes inn foran multiplekseren og registreringsinnretningen i en seismisk felt-datainnsamlingsenhet. Det samme utstyr kan likele-des benyttes tilsvarende på seismiske data fra marine områ-der.

Claims (10)

1. Fremgangsmåte for å identifisere unormale støyampli-tudedata i en seismisk seksjon, omfattende beregning av en målt amplitudefaktor for hver trase av den seismiske seksjon som funksjon av tiden, karakterisert ved at den omfatter følgende trinn: (a) beregning av en støyfri amplitudefaktor for hver del av en trase av den seismiske seksjon som funksjon av tiden, (b) beregning av et korreksjonsforhold ut fra den støy-frie amplitudefaktor og den målte amplitudefaktor, og (c) sammenligning av korreksjonsforholdet med en terskelverdi for å bestemme om en unormal støyamplitude er tilstede i en trase, og om den unormale amplitude kan korrigeres eller trasen utelates før man fortsetter med konvensjonell seismisk dataprosessering.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinnene blir gjennomført for et forutbestemt antall skuddtraser i en seismisk måling.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at trinnet med beregning av korreksjonsforholdet omfatter beregning av forholdet mellom den støyfrie amplitudef aktoren og den målte amplitudef aktoren.

4. Fremgangsmåte ifølge krav l, karakterisert ved at den videre omfatter korrigering av de traser som oppviser unormale støyampli-tuder, forut for konvensjonell seismisk dataprosessering basert på det beregnede korreksjonsforhold.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at den videre omfatter undertrykning av de traser som oppviser unormale støyampli-tuder, forut for konvensjonell seismisk dataprosessering basert på det beregnede korreksjonsforhold.

6. Fremgangsmåte ifølge kreiv 1, karakterisert ved at beregningen av en målt amplitudef aktor for hver trasse i den seismiske seksjon som funksjon av tiden, benytter følgende uttrykk: hvor A,jh er det målte amplitudenivå, Si er den amplitudevariasjons-komponent som er knyttet til kildens posisjon i, Rj er den amplitudevariasjons-komponent som er knyttet til detektorposisjonen j, Gkh er den komponent av amplitudevariasjonen som er knyttet til det felles dybdepunkt k (også betegnet som midtpunkt) i vinduet h, 0lh er den amplitudevariasjons-komponent som er knyttet til forskyvningen 1 i vinduet h, Cc er den komponent av amplitudevar isj onen som er knyttet til registreringskanalen c, og N er støymengden.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at beregningen av en støy-fri amplitudefaktor videre omfatter iterativ beregning av en matriseinversjon i henhold til uttrykket:

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at beregningen av matrise-inversjonen utføres ved bruk av en Gauss-Seidel-metode for beregning av matriseinversjon.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert ved at trinnet med beregning av en støvfri amplitudef aktor for hver trase i seksjonen som funksjon av tidenbruker det følgende uttrykket: der <B>ijh er det beregnede amplitude-nivået, Si er den beregnede amplitudeverdien som er knyttet til kildens posisjon i, Rj er den beregnede amplitudeverdien som er knyttet til detektorposisjonen j, Gkh er den beregnede amplitudeverdien som er knyttet til det felles dybdepunktet k (også betegnet som midtpunkt) i vinduet h, 0lh er den beregnede amplitudeverdien som er knyttet til forskyvningen 1 i vinduet h, og Cc er den beregnede amplitudeverdien som er knyttet til registreringskanalen c.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 9, karakterisert ved at beregningen av et korreksjonsf orhold kan utføres i henhold til følgende uttrykk: hvor Xijh er det beregnede korreksjonsf orholdet, og indeksen n og terskelen defineres av brukeren.