NO304399B1 - FremgangsmÕte ved marin seismisk unders°kelse - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for marin, seismisk undersøkelse, omfattende trinnene å generere en kalibreringsbølge inn i et marint miljø, idet kalibrerings-bølgen er en primær, seismisk bølge som har en størrelse som er i alt vesentlig lik en størrelse av en reflektert seismisk bølge frembragt under produksjonsskyting, å detektere vanntrykk ved en første posisjon i nevnte marine miljø som skyldes nevnte kalibreringsbølge, og generere et første signal som kan korreleres til nevnte detekterte trykk,

å detektere partikkelhastighet ved en andre posisjon i nevnte marine miljø som skyldes nevnte kalibreringsbølge og generere et andre signal som kan korreleres til nevnte detekterte hastighet, og å beregne et filter ved å anvende nevnte første og andre signaler.

Ved marin seismiske undersøkelse blir et seismisk under-søkelsesskip utstyrt med en energikilde og en mottaker for å innhente seismiske profiler av en undervanns landkonfigura-sjon. Den handling som omfatter å ta profiler benevnes ofte som "skytinger" på grunn av det faktum at eksplosive anordninger er vanligvis blitt anvendt i mange år som energikilder. Energikilden er konstruert til å frembringe kompresjonsbølger som forplanter seg gjennom vannet og inn i landformasjonen under vann. Når kompresjonsbølgene forplanter seg gjennom landformasjonen, treffer de grensesjiktet mellom formasjonene, vanligvis betegnet som lag, og reflekteres tilbake gjennom jorden og vannet til mottakeren. Mottakeren omdanner vanligvis de mottatte bølger til elektriske signaler som så behandles til å danne et bilde som gir informasjon om strukturen i den underjordiske for-masjonen. I øyeblikket er en av de mest vanlige energikilder en luftkanon som avgir luft under meget høyt trykk inn i vannet. Den avgitte luft danner en puls som inneholder frekvenser innenfor det seismiske området. En annen energikilde som ofte anvendes er en marin vibrator. Marine vibratorer innbefatter typisk en pneumatisk eller hydraulisk aktivator som bevirker et akustisk stempel til å vibrere på et område av valgte frekvenser. Vibrasjonene fra den akustiske vibratoren frembringer trykkdifferensialet i vannet som genererer seismiske pulser som ikke har uvedkommende bobler. Akkurat like gjerne som forskjellige energikilder kan anvendes for å generere seismiske bølger ved marin anvendelse, kan forskjellige mottakere anvendes for å detektere reflekterte seismiske bølger. Typiske blir de mottakere som vanligvis anvendes ved marin bruk betegnet som hydrofoner. Hydrofoner omdanner trykkbølger til elektriske signaler som anvendes for analog eller digital behandling. Den mest vanlige type av hydrofon innbefatter et piso-elektrisk element som omdanner fysiske signaler, slik som trykk, til elektriske signaler. Hydrofoner blir vanligvis montert på en lang hydrofonkabel som slepes bak undersø-kelsesskipet på en dybde av ca. 9 meter. Alternativt kan marin seismiske teknikker anvende forskjellige typer av mottakere som detekterer forskjellige karakteristika i miljøet. Eksempelvis kan ved bunnkabelseismiske registrering en kombinasjon av trykkfølsomme transdusere, slik som hydrofoner og partikkelhastighetstransdusere, slik som geofoner, utbres på den marine bunn. Selvom geofoner typisk anvendes ved landoperasjoner hvor metallstifter forankrer geofonene til bakken for å sikre gjengivelse av geofonbe-vegelse til bakkebevegelse, kan geofoner ikke på en økonomisk måte forankres ved marine anvendelser. Derfor blir sylin-deriske, kardangeofoner festet til bunnkabelen. Etterat kabelen er utplassert fra det seismiske undersøkelsesskipet, ligger geofonene ganske enkelt i kontakt med den marine bunn der de faller. Kardanmekanismen innenfor sylinderen sikrer at geofonelementet som er montert i denne orienteres vertikalt for riktig operasjon.

Slik det er innlysende fra den ovenfor nevnte omtale, kan et stort antall av seismisk utstyr og teknikker anvendes i et forsøk på nøyaktig å plotte undervannslandformasjonen. Uansett hvilken teknikk eller kombinasjon av utstyr som anvendes, gir hver visse fordeler og ulemper sammenlignet med hverandre. Eksempelvis kan innsamling av seismiske data med en hydrofonkabel som slepes i områder der det befinner seg tallrike hindringer, slik som boreplattformer og produksjons-plattformer, være vanskelige eller endog umulige på grunn av at hydrofonkabelen kan treffe en av hindringene og rives løs fra slepefartøyet. En slik hendelse representerer et uhyre kostbart tap. I motsetning til dette eksisterer det ved seismiske operasjon som gjør bruk av bunnkabel ingen slik vanskelighet, på grunn av at kabelen anordnes i en fast posisjon på bunnen av vannet. Imidlertid, i den ovenfor nevnte slepeteknikk, blir hydrofonen som slepes bak undersø-kelsesskipet perfekt koplet til vannet i hvilket den er nedsenket. Dessverre er det ved bunnkabeloperasjonene ikke mulig å perfekt kople geofonen til sitt miljø, ettersom der ikke finnes noen praktisk måte for effektivt å kople en geofon til den marine bunn slik som den kan koples på det tørre land. Derfor vil de signaler som mottas fra den utilstrekkelig koplete geofonen ikke nøyaktig gjengi den kvantitet som måles.

Den foreliggende oppfinnelse er rettet på å overvinne eller i det minste minimalisere et eller flere av de problemer som er angitt ovenfor.

I henhold til et aspekt ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en forbedret fremgangsmåte for marin seismisk undersøkelse.

Fremgangsmåten, ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at nevnte filter i alt vesentlig utligner responskarakteristik-kene mellom nevnte første og andre signaler, og nevnte filter blir deretter anvendt kun på ett av nevnte første og andre signaler som genereres som et resultat av nevnte reflekterte, seismiske bølge frembragt under produksjonsskyting, idet nevnte reflekterte, seismiske bølge har en størrelse som er større enn nevnte størrelse av nevnte kalibreringsbølge. Ytterligere utførelsesformer av fremgangsmåten vil fremgåav den etterfølgende beskrivelse, samt av de vedlagte patentkrav.

Således blir det først generert en seismisk bølge i det marine miljø som skal undersøkes. Vanntrykket og partikkel-hastigheten detekteres, fortrinnsvis ved å anvende henholdsvis en hydrofon og geofon. Et første signal som kan korreleres til det detekterte trykket og et andre signal som kan korreleres til den detekterte hastighet genereres. Dernest blir en filteroverføringsfunksjon beregnet ved bruk av nevnte første og andre signaler, slik at filterover-føringsfunksjonen i alt vesentlig utligner responskarakteristikker mellom nevnte første og andre signaler.

Fortrinnsvis blir nevnte første og andre signaler omdannet til respektive første og andre frekvensområdesignaler. Dernest blir et av frekvensområdesignalene delt med det andre til å frembringe filteroverføringsfunksjonen. Dersom filteroverføringsfunksjonen er beregnet å kompensere det andre signalet fra geofonen for responsforskjellen på grunn av for dårlig kopling av geofonen, deles det første frekvensområdesignalet med det andre frekvensområdesignalet for å oppnå filteroverføringsfunksjonen. Etterat filterover-føringsfunksjonen er blitt omdannet til en tidsområdefil-treringsfunksjon, blir påfølgende andre signaler filtrerte av tidsområdef iltreringsfunksjonen.

De foregående og andre fordeler ved oppfinnelsen vil fremgå tydelig ved lesning av den etterfølgende detaljerte beskrivelse og med henvisning til tegningene.

Fig. 1 viser anordningen i en bunn-kabeloperasjon.

Fig. 2 viser et hydrofon/geofonpar som ligger på den marine bunn. Fig. 3 viser impulsresponskarakteristikkene for hydrofonen og geofonen i frekvensområdet, idet det antas at både hydrofonen og geofonen er perfekt koplet til deres omgivelse. Fig. 4 viser skjematisk et filter som setter impulsresponsen fra en perfekt koplet geofon lik impulsresponsen for en perfekt koplet hydrofon. Fig. 5 viser amplitude og fasespekterene for det filter som er vist i fig. 4. Fig. 6 viser skjematisk et mekanisk system som danner modell for koplingen mellom havbunnen og geofonen. Fig. 7 viser virkningen av utilstrekkelig geofonkopling på geofonens respons overfor en seismisk impuls. Fig. 8 viser en nedadforplantende trykkbølge som treffer hydrofon/geofonparet på den marine bunn. Fig. 9 viser skjematisk responsen hos en geofon og hydrofon overfor trykkbølgen i fig. 8. Fig. 10 viser skjematisk et filter som setter responsen fra en utilstrekkelig koplet geofon lik responsen hos en perfekt koplet hydrofon. Fig. 11 viser amplitude og fasespekterene hos filteret som er vist i fig. 10. Fig. 12 er et flytskjema over en foretrukket fremgangsmåte for å konstruere det filter som er vist i fig. 10.

Selvom oppfinnelsen kan gjøres til gjenstand for forskjellige modifikasjoner og alternative utførelser, er bestemte utførelsesformer blitt vist i eksempels form på tegningene og skal beskrives i detalj her. Imidlertid bør det forstås at oppfinnelsen ikke er tilsiktet å være begrenset til de bestemte utførelser som er beskrevet. Tvertimot er oppfinnelsen tilsiktet å dekke samtlige modifikasjoner, ekvivalenter og alternativer som følger innenfor oppfinnel-sens idé og omfang slik dette er definert i de vedlagte patentkrav.

Ser man nå på tegningene og refererer først til fig. 1, er et foretrukkket marint seismisk undersøkelsessystem vist og generelt betegnet med et henvisningstall 10. Systemet 10 innbefatter et seismisk undersøkelsesskip 12 som er tilpasset for å slepe en seismisk energikilde 14 gjennom et vannlegeme 17. Den seismiske energikilden 14 er en akustisk energikilde eller en oppstilling av slike kilder. En akustisk energikilde som foretrekkes for bruk med systemet 10 er en kanon som gjør bruk av komprimert luft, såkalt "hylsekanon" (sleeve gun) som er kommersielt tilgjengelig fra Halliburton Geophysical Services, Inc. i Houston, Texas, USA. Kilden 14 er konstruert og drives på en måte som er vanlig innenfor teknikken.

Systemet 10 innbefatter også et mottaksskip 15 som fortrinnsvis er forankret i vannlegemet 17. Mottaksskipet 15 har lagt ut en kabel 16 på den marine bunn 20 og mottar signaler fra kabelen 16, slik det skal forklares nærmere i det etterføl-gende. En foretrukket kabel er kommersielt tilgjengelig fra Tescorp Seismic Products Co. i Houston, Texas, USA, men fagfolk vil forstå at en hvilken som helst av et stort utvalg av kabler kan anvendes. Kabelen 16 bærer minst en mottaker 18, men innbefatter fortrinnsvis et flertall av slik enheter.

Mottakeren 18 innbefatter en hydrofon for å detektere vanntrykket og en geofon for å detektere vann-bunnpartikkel-hastighet. Nærmere bestemt er hydrofonene og geofonene på kabelen 16 anordnet i identiske romlige oppstillinger når de er anbragt på den marine bunn 20. Hver individuelle hydrofon har en kardan opphengt geofon plassert ved siden av seg. Et separat elektrisk signal sendes til et registreringssystem på skipet 15 for hver hydrofon og hver geofonromlige oppstilling. Undersøkelsesskipet 12 avfyrer kilden 14 på forutbestemte steder mens signalene fra hydrofon og geofon-oppstillingene registreres. Disse signaler blir typisk referert til som refleksjonsdata. Dataene registreres ved hjelp av et f lerkanalssei.smisk registreringssystem som selektivt forsterker, behandler og registrerer tidsvarierende elektriske signaler på magnetbånd. Med fordel digitaliserer systemet også de mottatte signaler, ved eksempelvis å anvende en 14 biters analog-til-digital omformer for å muliggjøre signalanalyse. Fortrinnsvis anvender skipet 15 et seismisk registreringssystem som er kommersielt tilgjengelige fra Halliburton Geophysical Services, Inc. Imidlertid vil fagfolk forstå at et hvilket som helst av et antall av seismiske registreringssystemer kan anvendes.

I henhold til en foretrukket utøvelse blir kabelen 16 og hydrofon/geofonparet 18 plassert på den marine bunn 20 for bruk i tredimensjonale, "bunn-kabel" operasjoner. Normal produksjonsskyting finner sted med undersøkelsesskipet 12 som beveger seg med en konstant fart langs et sett av parallelle linjer, eller spor, med hensyn til kabelen 16. Etter at undersøkelsesskipet fullfører sporet, henter mottaksskipet 15 eller annet passende skip kabelen 16 og anbringer kabelen 16 på ny på en linje som er adskilt fra, men parallell med det foregående kabelsted. Såsnart kabelen 16 er anbragt på ny, skyter undersøkelsesskipet nok et spor.

Under datainnsamling vil seismiske bølger som genereres av kilden 14 bevege seg nedad, som angitt med strålene 22. Disse primære bølger reflekteres vekk fra grensesjiktene mellom lagene, slik som grensesjiktet 28 mellom lagene 24 og 26, i den underjordiske jordformasjonen 32. De reflekterte bølger beveger seg oppad, som vist med strålene 30. Hydrofon/geofonparene som utgjøre hver mottaker 18 detekterer de reflekterte bølger. Mottakerne 18 genererer elektriske signaler som er representative for trykk og partikkelhastig-hetendringer som er naturlige med hensyn til bølgefeltet og sender disse genererte elektriske signaler tilbake til undersøkelsesskipet 15 via kabelen 16. Registreringsutstyret ombord i skipet 15 registrerer disse elektriske signaler, slik at de deretter kan behandles for å kartlegge den underjordiske jordformasjonen 32. Det vil forstås at mottakerne18 ikke bare detekterer de reflekterte bølger som er av interesse, men også primærbølgen og tilbakekastede bølger. Tilbakekastede bølger er reflekterte bølger som reflekteres vekk fra vann-luftgrensesjiktet på overflaten av vannet 17 og beveger seg nedad i vannet for å treffe mottakeren 18. Tilbakekastede bølger er vist med strålene 33 i fig. 1. Virkningene av tilbakekastede bølger vil bli omtalt i det etterfølgende i forbindelse med søkerens U.S. Patent 4.979.150 og som her tas med ved denne henvisning.

Fig. 2 viser en mottaker 18 som innbefatter en kardangeofon 34 og hydrofon 36. Fortrinnsvis er geofonen av typen modell SG-1 som er kommersielt tilgjengelig fra Sensor Nederlandb.v. i Voorschoten, Holland, og hydrofonen er av typen modell MP-24 som er kommersielt tilgjengelig fra Oyo Geospace Corp. i Houston, Texas, USA. Slik det er vist ligger geofonen 34 og hydrofonen 36 på den marine bunn 20 og omfatter sammen et hydrofon/geofonpar. Som tidligere nevnt gir dobbelt-følerdeteksjonsteknikker visse fordeler på grunn av athydrofoner detekterer trykkvariasjoner og geofoner detekterer partikkelhastighetsvariasjoner. Imidlertid oppviser hydrofoner og geofoner typiske forskjellige impuls-reaksjonskarakteristikka delvis på grunn av forskjeller i konstruksjon. Hvis man således antar at geofonen 34 og hydrofonen 36 er perfekt koplet til deres omgivelse, d.v.s. vannlegemet 17 og den marine bunn 20, er deres impulsresponser da muligvis forskjellige. Dersom man ytterligere antar at hydrofonen 36 har en naturlig frekvens Up og at geofonen 34 har en naturlig frekvens lik o)v, vil overførings-funksjonene for geofonen 34 og hydrofonen 36, når impuls responsene omdannes til frekvensområde, være som vist med amplitude og fasespekterene i fig. 3. Kurvene 38 og 40 viser amplituderesponsen i forhold til frekvens hos henholdsvis geofonen 34 og hydrofonen 36, og kurvene 42 og 44 viser faseresponsen i forhold til frekvens hos henholdsvis geofonen 34 og hydrofonen 36.

Overføringsfunksjonene for geofonen 34 og for hydrofonen 36 bestemmer hvorledes signalene som de utmater tilsvarer en hvilken helst gitt innmatning. Dersom det seismiske undersøkelsessystemet 10 anvendte kun én type av mottaker eller den andre, ville overføringsfunksjonen for den bestemte mottaker initielt være av interesse for å bestemme hvorledes mottakeren ville reagere på et utvalg av sannsynlige inn-matninger. Men forbi denne bestemmelse, ville impulsreaksjonen fra en hvilken som helst bestemt type av mottaker være av relativt liten betydning under behandling av signaler som leveres fra slike mottakere. Når det seismiske undersø-kelsessystemet 10 innbefatter forskjellige typer av mottakere, slik som i den dobbelt-føler konfigurasjonen som er beskrevet her, krever imidlertid registreringen og/eller behandlingen av de elektriske signaler som leveres av slike mottakere at signalet fra en type av mottaker kombineres på en eller annen måte med signalet fra en annen type av mottaker. Eksempelvis, slik som beskrevet 1 nevnte patent, sendes et separat elektrisk signal til registreringssystemet fra hver hydrofon og hver geofonoppstilling. De mottatte signaler refererer seg til som refleksjonsdata. De registrerte hydrofon og geofonrefleksjonsdata demultiplekses, forsterknings-fjernes, og amplitudegjenvinnes ved bruk av identiske amplitudegjenvinningskurver. Forsterknings-fjerningsprosessen anvender på riktig måte K-forsterknings-innstillingene på registreringsinstrumentene.

Ettersom de elektriske signaler fra hver type mottaker kombineres under behandling, bør impulsreaksjonen hos hver mottakertype være ialt vesentlig identisk for å unngå forskjeller I de respektive signaler som skyldes kun impulsresponsen hos respektive mottakertyper. Som tidligere nevnt, på grunn av forskjeller i konstruksjonene mellom geofoner og hydrofoner, er det imidlertid fullt mulig at geofonen vil ha en impulsrespons som er forskjellig fra en hydrofons impulsrespons. Derfor anvender systemet 10 et filter som er konstruert i henhold til de teoretiske eller målte impulsresponser for hydrofonene og geofonene for å omdanne fasespekteret og det normaliserte ampiitudespekter for geofonen til å passe til det for hydrofonen, eller omvendt. Et slikt filter er vist i fig. 4. På denne figur representerer v(t) impulsresponsen i geofonen 34, p(t) representerer impulsresponsen i hydrofonen 36 og h(t) representerer impulsresponsen for et filter 46 som omformer impulsresponsen hos geofonen 34 til å være lik impulsresponsen hos hydrofonen 36. Når signalet som leveres av geofonen 34 leveres til filteret 46, modifiserer filteret 46 derfor signalet til å ha de samme amplitude og fasekarak-teristikka som signalet som leveres av hydrofonen 36. Fortrinnsvis er impulsresponsen h(t) for filteret 46 konstruert i frekvensområdet ved å dele amplitudespekteret av p(t) med amplitudespekteret av v(t) og subtrahere fasespekteret av v(t) fra fasespekteret av p(t), slik de etter-følgende ligninger viser matematisk. Først blir hvert av tidsområdesignalene omformet til frekvensområdet ved å anvende en passende funksjon, slik som en Fourier transformasjon. Eksempelvis beregnes Fourier transformasjonen av impulsresponsen p(t) for hydrofonen 36 ved: impulsresponsen v(t) for geofonen 34 beregnes ved:

Såsnart impulsresponsene for geofonen 34 og hydrofonen 36 er blitt omdannet til frekvensområdet, vil det følge fra fig. 4 at:

hvor |P(o))j er størrelsen av P(w); |V((i))! er størrelsen av V((o); Øp(o>) er fasen av P(co); og Øv((i)) er fasen av V(o)). Amplitude og f asespekterene for overfør ingsfunksj onen H(a>) for filteret 46 er vist i fig. 5. Det bør bemerkes at amplitudekurven 46 viser en økt responsforsterkning nær den naturlige frekvens o)p for hydrofonen 36, hvilket bør oppveie forskjellen mellom kurvene 38 og 40 i fig. 3. På tilsvarende måte viser fasekurven 49 et økt responsforøkning nær det naturlige frekvens cjvfor geofonen 34, hvilket bør oppveie forskjellene mellom kurvene 42 og 44 i fig. 3.

Utilstrekkeligheten ved dette filter 46 er at ved å anvende det antar man at geofonen 34 beveger seg fullstendig synkront med partikkelene i den marine bunn 20 når en seismisk bølge ankommer enten fra jordformasjonen 32 eller fra vannet 17. Når geofoner anvendes i landoperasjoner, er metallstifter med lengde lik ca. 5-7,6 cm festet til bunnene på samtlige geofonkasser. Når geofonen plantes på sitt sted, drives den, med stiften først, så langt inn i bakken som mulig. Dessuten er geofonpakken konstruert til å ha en tetthet som er omtrentlig lik tettheten av jordmaterialet på det sted der geofonen skal plantes. Når derfor geofonen plantes ved bruk av stiftene, vil utmerket gjengivelse av geofonkassens bevegelse overfor partikkelbevegelse bli resultatet.

I den marine dobbelt-føler, bunnkabel operasjon som er beskrevet her, blir geofoner 34 og hydrofoner 36 anbragt i vann som kan være 30 meter dypt eller mer. Dessverre er planting av geofonen med stifter umulig eller i det minste temmelig upraktisk. Derfor, som tidligere nevnt, anvendes en kardanmekanisme for å sikre at geofonen 34 forblir vertikalt orienterte for riktig operasjon når geofonene 34 danner kontakt med den marine bunn 20. Ettersom geofonene 34 imidlertid ikke er stivt forbundet med den marine bunn 20, beveger de seg ikke nøyaktig i fase eller med den samme amplitude som de marine bunnpartikler når en seismisk bølge ankommer.

En koplingsmekanisme 50 som danner modell for dette problem er vist I fig. 6. Slik det er der vist er både geofonen 34 og hydrofonen 36 koplet til den marine bunn 20. Pilen 52 som har to hoder representerer retningen av trykkbølger som slår mot hydrofonen 36. Trykkbølgene kan enten forplante seg nedad I vannet 17 eller oppad fra en refleksjon i den underjordiske formasjon 32. Ettersom hydrofonen 36 er perfekt koplet til vannet for å motta trykkbølger, er hydrofonen 36 vist til å være direkte koplet til den marine bunn 20. På lignende måte representerer pilen 54 som har to hoder retningen av partikkelbevegelse i den marine bunn 20. Ettersom geofonen 34 imidlertid ikke er perfekt koplet med den marine bunn 20, representerer koplingsmekanismen 50 en analytisk modell av denne koplingsmangel. Med andre ord reagerer geofonen 34 på bevegelse i vannbunnen 20 som om den var koplet til vannbunnen 20 ved hjelp av en masse m uten fjæring, en fjær 56 som har en fjærkonstant k og en demper 58 med en dempningskonstant B. Ved å ta i betraktning virkningene som bevirkes ved denne mangelfulle kopling, kan det foretas en mer nøyaktig bestemmelse av hastigheten av partikkelbevegelse i den marine bunn 20. Ved å gjøre bruk av denne modell, er det lett å forestille seg at når partiklene i vannbunnen 20 påvirker massen m som ikke har fjæring, hvilken masse er vist til å være perfekt koplet til vannbunnen 20, vil den nevnte masse i sin tur påvirke geofonen 34 som om geofonen 34 var koplet til massen m via fjæren 56 og demperen 58. Fjæren 56 og demperen 58 vil påvirke kraften og energien som overføres fra massen m som ikke har fjæring til geofonen 34. Således blir responsen hos geofonen 34 ugunstig påvirket ved dens mangelfulle kopling, ettersom koplingsmekanismen 50 filtrerer hastighetskarakteristikken som man søker å måle.

Fig. 7 viser den forventede virkning av mangelfull kopling på geofonens respons overfor en seismisk impuls. Slik som for kurvene vist i fig. 3, viser fig. 7 impulsresponsene for geofonen 34 og hydrofonen 36 etter å være blitt omformet til frekvensområdet. Derfor representerer kurven 60 amplituden med hensyn til frekvensoverføringsfunksjonen for systemet som innbefatter geofonen 34 og koplingsmekanismen 50. På lignende måte illustrerer kurven 62 fasen med hensyn til frekvensoverføringsfunksjonen for geofonen 34 og koplingsmekanismen 50. Kurvene 38-44 gjengis for å lette sammen-ligningen med kurvene 60 og 62. Kurvene 60 og 62 viser at amplituderesponsen for geofonen 34 er mindre følsom overfor høye frekvenser enn den normalt ville være dersom den var perfekt koplet. Dessuten er dens respons forsinket, slik som angitt ved den økte faseforsinkelse av kursen 62 i forhold til kurven 42.

Når man har forstått dette problem bør den mangelfulle geofonkopling tas i betraktning når man korrigerer impulsresponsen i hydrofon/geofonparet 18 under registrering og behandling. Problemet med å ignorere den mangelfulle kopling av geofonen 34 og den virkning dette har på geofonens 34 respons er åpenbar fra den foregående omtale. Dersom filteret 46 blir anvendt på geofonsignalet for å tilpasse geofonens 34 impulsrespons til hydrofonens 36 impulsrespons, ville de ingeniører som er gitt oppgaven med registrering og behandling av data fra hydrofon/geofonparet 18 anta at filteret 46 kompenserte for eventuelle forskjeller i respons mellom hydrofonen 36 og geofonen 34. Imidlertid kompenserer filteret 46 ikke for forskjellen i respons hos geofonen 34 bevirket av den mangelfulle kopling mellom geofonen 34 og den marine bunn 20. Derfor er impulsresponsene hos geofonen 34 og hydrofonen 36 fortsatt forskjellige, selvom filteret 46 gir delvis kompensering i det viste eksempel i fig. 7.

For å kompensere for forskjellen i impulsrespons mellom den mangelfullt koplede geofonen 34 og den perfekt koplede hydrofonen 36, er et filter som har en passende respons konstruert, slik som vist i fig. 10. Selvom filteret 72 kan konstrueres enten teoretisk eller empirisk, beskriver den etterfølgende omtale en foretrukket praktisk fremgangsmåte, i henhold til de tidligere omtalte teoretiske antagelser, for bestemmelse av den passende respons hos filteret 72.

Etterat kabelen 16 er blitt anbragt på den marine bunn 20, som vist i fig. 8, utfører undersøkelsesskipet 12 en kalibreringsskyteoperasjon. Kalibreringsoperasjonen innbefatter å registrere responsene hos geofonene 34 og hydrofonene 36 overfor en nedad forplantende seismiske bølge som er frembragt av den seismiske energikilden 14. Den seismiske energikilden 14 genererer en bølgefront 64 som har en bølgeform w(t) som vises til som den primære bølge som genereres av den seismiske energikilden 14. Det minnes om at den primære bølgen ble definert i fig. 1 ved bruk av strålene 22. Fortrinnsvis, under produksjonsskyting, innbefatter kilden 14 en oppstilling av luftkanoner som avfyres samtidig. Under kalibreringsskyteoperasjonene, kan imidlertid avfyring av hele oppstillingen drive mottakerne 18 for hardt. Derfor blir kun en del av luf tkanonoppst ill ingen, slik som en eller to kanoner, anvendt under kalibrering. Slik det vil forstås av fagfolk vil antallet av kanoner som anvendes være avhengig av parametre slik som vanndybde, luftkanonvolum, og de elektriske karakteristika for mottakerene.

Responsen hos geofonene 34 og hydrofonene 36 overfor den bølgefront 64 som støter mot, er vist i blokkskjemaet i fig. 9, der p(t) i blokk 66 representerer impulsresponsen hos en hydrofon 36, v(t) i blokk 68 representerer impulsresponsen hos en geofon 34, og c(t) i blokk 70 representerer impuls responsen i koplingsmekanismen 50. Når bølgefronten 64 treffer hydrofonene 36, utmater hver hydrofon 36 et signal som er representert vedSp(t). Når bølgefronten 64 treffer geofonene 34, vil på tilsvarende måte hver geofon 34 utmate et signal som er representert ved sv(t). Derfor er responsen fra hver hydrofon 36 lik støtet fra bølgefronten 64 definert som w(t) filtrerte med impulsresponsen p(t) hos hydrofonen 36. Responsen fra hver av geofonene 34 er lik støtet i w(t) fra bølgefronten 64 filtrert med både impulsresponsen v(t) i geofonen 34 og impulsresponsen c(t) i koplingsmekanismen 50.

Såsnart signalene fra et hydrofon/geofonpar 18 registreres, kan filteret 72 som har en impulsrespons hc(t) konstrueres, hvilket vil omdanne responsen sv(t) i geofonen 34 til responsenSp(t) i hydrofonen 36, som vist i fig. 10. Først blir disse signaler omdannet til frekvensområdet, slik at signalet fra hydrofonen 36 defineres ved:

Signalet fra geofonen 34 defineres ved:

Fra fig. 10 følger det derved at:

Filteret 72 som har en overføringsfunksjon Hc(o)) blir så konstruert ved å dele Fourier transformasjonen av hydrofonens registrerte bølgeform sp(t) med Fourier transformasjonen av geofonens registrerte bølgeform sv(t).

Overfør ingsfunks;] onen for filteret 72 er vist i fig. 11. Kurven 74 viser en økt amplitudespektrumforsterkning sammenlignet med kurven 48 som representerer amplitude-spektrumet for filteret 46. På tilsvarende måte viser kurven 76 en økt fasespektrumkorrigering sammenlignet med kurven 49 som representerer fasespektrumet for filteret 46. Derfor vil filteret 72 som har overføringsfunksjonkarakteristikkene som er vist i fig. 11 kompensere de respektive kurver 60 og 62, slik at det kompenserte impulsresponssignalet fra geofonen 34 vil være i alt vesentlig lik impulsresponssignalet fra hydrofonen 36. Filteret 72, såsnart det er konstruert, anvendes så på geofondataopptegningene som registreres under produksj onsskyt ing.

Det bør være åpenbart at, selvom den ovenstående omtale er rettet mot å kompensere responsen i geofonen 34, en lignende fremgangsmåte kan anvendes til å kompensere responsen i hydrofonen 36, slik at den vil være i alt vesentlig den samme som responsen for den mangelfullt koplede geofonen 34. Et filter som frembringes på denne måte vil bli anvendt på hydrofondataopptegningene som registreres under produksjonsskyting, og ville hovedsaklig introdusere virkningene fra koplingsmekanismen inn i hydrofonens signal.

Fortrinnsvis anvendes denne teknikk i forbindelse med tilbakekastningsdempeteknikken som er omtalt i nevnte patent. For å forklare hvorledes den ovenfor beskrevne fremgangsmåte kan anvendes i forbindelse med en fremgangsmåte som også korrigerer geofondata for optimal tilbakekastingsdempning, kreves en liten modifikasjon av den foregående forklaring. Først, slik som forklart i nevnte patent, er responsene hos geofonene 34 og hydrofonene 36 overfor en nedadforplantende bølgefront 64 motsatt i polaritet. Før filteret 72 kan konstrueres i henhold til ovenstående fremgangsmåte blir derfor polariteten av den registrerte geofonresponsen sv(t) omsnudd. Ellers ville filteret 72 utføre denne polaritets-omsnuing på de produksjonsseismiske refleksjonsdata som sendes av geofonene 34, og derved ville den destruktive tilbakekastningsenergien blir forøket istedet for dempet. Dernest, slik som også forklart i det nevnte patent, blir amplituden av hydrofonens respons overfor bølgefronten 64 påvirket av vannbunnens refleksjonskoeffisient Kr og er proporsjonal med (1+Kr). I tillegg blir amplituden av geofonens respons overfor bølgefronten 64 tilsvarende påvirket av den marine bunns refleksjonskoeffisient Kr og er proporsjonal med (1-Kr). Ved å konstruere filteret 72 i henhold til den etterfølgende omtale oppnås den korrigering som gis av korrigeringsfaktoren (1+Kr)/(1-Kr) som tilføres nevnte geofondata slik som beskrevet i det nevnte patent.

Fig. 12 viser et flytskjema 80 som representerer en foretrukket måte å utføre fremgangsmåten for å konstruere filteret 72. Først utfører undersøkelsesskipet 12 minst en kalibreringsskytepassering. Dette trinn involverer å avfyre energikilden 14 direkte over mottakerene 18 og å registrere de resulterende signaler geofonene 34 og hydrofonene 36, slik som vist i blokk 82. Såsnart registreringsutstyret mottar et signal fra hver av mottakerene 18, kan undersøkelsesskipet begynne produksjonsskyting. Fortrinnsvis utfører undersø-kelsesskipet 12 både produksjonsskytingen som umiddelbart etterfølger kalibreringsskytingen, slik at hele skytingen registreres for behandling på et senere tidspunkt. Fortrinnsvis blir en IBM superdatamaskin av typen modell 3090 som kjører et "TIPEX" operasjonssystem (kommersielt tilgjengelig fra Halliburton Geophysical Services, Inc. i Houston, Texas, USA) anvendt for å behandle nevnte kali-brerings- og refleksjonsdata.

Det vil forstås at prosessoren konstruerer filteret 72 ved å bruke kalibreringsdataene og så anvender filteret 72 på refleksjonsdata fra de respektive geofoner. Således refererer den etterfølgende del av flytskjemaet 80 til konstruksjonen av filteret 72 ved bruk av kalibreringsdata. I blokk 84 omsnur prosessoren polariteten av geofondataopp tegningen av de grunner som er tidligere nevnt. I blokkene 86 og 88 mottar spissdetektorer geofon og hydrofondataopptegninger for å bestemme toppene i de første ankomstbølgeformer som utmates av henholdsvis geofonene 34 og hydrofonene 36. Fortrinnsvis utføres denne toppdeteksjon interaktivt ved bruk av et personlig datamaskinprogram som benevnes "PC Analysis". Dette program er et generelt dataanalyseprogram som inneholder et antall av signalbehandlingssubrutiner, slik som en flerkanals, seismisk, hendelsevalg algoritme anvendt her, og anvendes av Halliburton Geophysical Services, Inc. Dette program kan generere en tekstfil som betegner blant annet tidspunktet når de oppfangede topper opptrer, betegnet her som tp. Imidlertid vil fagfolk forstå at en hvilken som helst av et antall av andre typer av toppdetektorer, slik som den ene funnet i STATIX, en programvarepakke som er tilgjengelig fra Sierra Geophysics, Inc. i Seattle, Washington, USA kan anvendes istedet. Slik det vil bli snart forklart, vil den tid som tilsvarer spissene eller toppene i den primære bølgefront bli anvendt til å isolere virkningene fra den primære bølgefront fra virkningene av reflekterte eller tilbakekastede bølgefronter.

Blokk 90 mottar posisjonen av kilden 14 fra blokk 92, posisjonen av mottaker 19 fra blokk 94, og informasjoner vedrørende dybden av vannet 17 fra blokk 96. Typisk genereres denne informasjon av mannskapet ombord i undersø-kelsesskipet 12 som del av mannskapets normale datage-nereringsaktivitet. Mannskapet anvender et radionavigasjons-system som typisk innbefatter tre eller flere radiosendere som er plassert på kjente steder på land. Disse sendere samvirker med mottakere ombord i skipet for å muliggjøre at systemet kan beregne det nøyaktige sted av skipet under undersøkelsen. Fortrinnsvis anvender mannskapet et radiona-vigasjonssystem som er benevnt "Syledis", hvilket er kommersielt tilgjengelig fra Sercel, Inc. i Nantes, Frankri-ke. Fra denne informasjonen blir ankomstvinkelen for den seismiske bølgeform w(t), med hensyn til en vertikal referanse, beregnet ved å gjøre bruk av enkel algebraisk manipulering i betraktning av de geometriske forhold oppnådd fra blokkene 92-96. Virkningen av en ikke-null innfalls-vinkel på amplituden av geofonens respons fjernes ved å multiplisere dens dataopptegning med den resiproke verdi av kosinusverdien av den vinkelen, slik som vist i blokk 90.

Dernest, i blokkene 98 og 100, blir en vindufunksjon generert og anvendt på geofon og hydrofondataopptegningene. Vindufunksjonen isolerer de elektriske signaler som skyldes den primære bølgen fra de elektriske signaler som skyldes reflekterte eller tilbakekastede bølger. Fortrinnsvis har denne vindufunksjon en amplitude lik 1,0 fra tidspunktet t=0,0til t=tp. Etter t=tp har vindufunksjonen formen av en kosinuskvadrert funksjon som minsker i amplitude fra 1,0 ved tidspunkt t=tp til en amplitude lik null ved tidspunkt t=tp +°°t. En verdi for 00 som har virket bra er 26 millisekunder.

Såsnart responsene i geofonene 34 og hydrofonene 36 overfor primærebølgen er isolert, blir Fourier transformasjonene av de resulterende geofon og hydrofonopptegninger beregnet i blokker 102 og 104. Fortrinnsvis blir tradisjonell hurtig Fourier transformasjoner (Fast Fourier Transforms) anvendt til å omdanne de innkommende signaler fra tidsområdet til frekvensområdet. En datamaskinalgoritme for en hurtig Fourier transformasjon (FFT) er gitt av W. H. Press, et al. "Numerical Recipes: The Art of Scientific Computing", Cambridge University Press 1986 (trykket på ny i 1988). I blokk 106 blir ampi itudespektrumet for geofonopptegningen beregnet. I blokk 108 beregnes fasespektrumet for geofonopptegningen. I blokk 110 beregnes ampi itudespektrumet for hydrofonopptegningen. I blokk 112 beregnes fasespektrumet for hydrofonopptegningen. Deretter deles ampi itudespektrumet fra hydrofondataopptegningen med ampi itudespektrumet i geofondataopptegningen i blokk 114. På tilsvarende måte, i blokk 116, blir fasespektrumet i geofonopptegningen sub-trahert fra fasespektrumet i hydrofonopptegningen (se ligning (8)). Fagfolk vil forstå at datamanipulering av denne type lett kan gjennomføres 1 frekvensområdet ved bruk av enkle matematiske operasjoner slik som deling og subtraksjon. Imidlertid kunne denne datamanipulering finne sted i tidsområdet ved bruk av flere kompliserte matematiske operasjoner, slik som folding (convolution). Tilsist blir den inverse Fourier transformasjon beregnet, fortrinnsvis ved å anvende en invers hurtig Fourier transformasjon, slik det er kjent innenfor teknikken, i blokk 118. Den resulterende tidsområdeimpulsfunksjon hc(t) er det ønskede geofon datakorrigeringsfilter 72.

Såsnart prosessoren har bestemt det passende filter 72, blir impulsfunksjonen hc(t), d.v.s. filtreringsfunksjonen som beskriver filteret 72, lagret i hukommelse. Fortrinnsvis lagrer prosessoren filtreringsfunksjonen på en hardplate på prosessorenheten, slik det er velkjent innenfor teknikken. Såsnart lagring har funnet sted, når prosessoren innmater produksjonsrefleksjonsdata, slik som beskrevet i nevnte patent, anvender prosessoren filtreringsfunksjonen på geofondataopptegningen forut for behandling av geofondataopptegningen med den korresponderende hydrofondataopptegning.

Fortrinnsvis blir fremgangsmåten som er beskrevet i flytskjemaet 80 utført for hvert hydrofon/geofonparsted, slik at et separat filter konstrueres for hvert hydrofon/geofonpar 18. Således blir hver dataopptegning som registreres av geofonene 34 på et bestemt mottakersted under produksjonen av seismisk refleksjonsdatainnsamling filtrert ved hjelp av et bestemt filter 72. De filtrerte geofondataopptegninger summeres så med de korresponderende hydrofondataopptegninger på hvert mottakersted for optimalt å dempe eventuell tilbakekastings-energi som ankommer på hydrofon/geofonparet ovenfra, i henhold til den fremgangsmåte som er beskrevet i det nevnte patent.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for marin, seismisk undersøkelse, omfattende trinnene å generere en kalibreringsbølge inn i et marint miljø, idet nevnte kalibreringsbølge er en primær, seismisk bølge som har en størrelse som er i alt vesentlig lik en størrelse av en reflektert seismisk bølge frembragt under produksjonsskyting, å detektere vanntrykk ved en første posisjon i nevnte marine miljø som skyldes nevnte kali-breringsbølge, og generere et første signal som kan korreleres til nevnte detekterte trykk, å detektere partikkelhastighet ved en andre posisjon i nevnte marine miljø som skyldes nevnte kalibreringsbølge og generere et andre signal som kan korreleres til nevnte detekterte hastighet, og å beregne et filter ved å anvende nevnte første og andre signaler,karakterisert vedat nevnte filter i alt vesentlig utligner responskarakteristik-kene mellom nevnte første og andre signaler, og nevnte filter deretter anvendes kun på et av nevnte første og andre signaler som genereres som et resultat av nevnte reflekterte, seismiske bølge som er frembragt under produksjonsskyting, idet nevnte reflekterte, seismiske bølger har en størrelse som er større enn nevnte størrelse av nevnte kalibrerings-bølge .

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, der deteksjonen og signalgenereringstrinnene omfatter trinnene å anbringe en hydrofon i nevnte marine miljø, idet nevnte hydrofon perfekt kobles med nevnte marine miljø, å detektere et signal som frembringes av nevnte hydrofon som reaksjon på nevnte kalibreringsbølge, idet nevnte hydrofonsignal påvirkes av en elektrisk impulsrespons fra nevnte hydrofon, å anbringe en geofon i nevnte marine miljø, idet nevnte geofon ikke perfekt er koblet til nevnte marine miljø, og å detektere et signal frembragt av nevnte geofon som reaksjon på nevnte kali- breringsbølge, idet nevnte geofonsignal påvirkes av en elektrisk impulsrespons fra nevnte geofon og av en mekanisk impulsrespons fra nevnte geofon frembragt av nevnte ikke-perfekte kobling,karakterisert vedat nevnte responskarakteristikker som i alt vesentlig utlignes av nevnte filter er nevnte elektriske responskarakteristikk for nevnte hydrofon og nevnte elektriske og mekaniske responskarakteristikker for nevnte geofon.

3. Fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2,karakterisert vedat nevnte trinn for beregning av nevnte filter omfatter trinnene å omforme nevnte første og andre signaler til første og andre respektive frekvensområdesignaler, å beregne en filteroverføringsfunksjon ved å anvende nevnte første og andre frekvensområdesignaler, og å omforme nevnte filteroverføringsfunksjon til et tidsområdefilter.

4. Fremgangsmåte som angitt i krav 3,karakterisert vedat nevnte trinn for omforming av nevnte første og andre signaler omfatter å beregne en Fourier transformasjon av nevnte første signal og av nevnte andre signal.

5. Fremgangsmåte som angitt i krav 3 eller 4,karakterisert vedat nevnte trinn for beregning av nevnte filteroverføringsfunksjon omfatter å dele et av nevnte* første og andre frekvensområdesignaler med det andre av nevnte første og andre frekvensområdesignaler.

6. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, 4 eller 5,karakterisert vedat nevnte trinn for omforming av nevnte filter overføringsfunksjon omfatter å beregne en invers Fourier transformasjon av nevnte filteroverførings-funksj on.

7. Fremgangsmåte som angitt i krav 3, 4 eller 6,karakterisert vedat nevnte trinn for beregning av nevnte filteroverføringsfunksjon omfatter å dele nevnte første frekvensområdesignal med nevnte andre frekvensområdesignal.

8. Fremgangsmåte som angitt i krav 7,karakterisert vedat nevnte tidsområdefilter deretter anvendes på nevnte andre signaler som genereres som et resultat av nevnte reflekterte, seismiske bølge frembragt under produksjonsskyting.