NO309165B1 - Fremgangsmåte for fremvisning av seismiske attributter i tredimensjonalt format - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt seismisk dataprosessering og mer spesielt en fremgangsmåte for fremvisning av tredimensjonale seismiske data i en trådramme-fremstilling slik at en operator eller fortolker kan skue inn i den inn-vendige struktur som representeres av en datamengde.

For å utføre en seismisk undersøkelse etableres flere profillinjer over et område som er av interesse. Dersom det skal lages en detaljert, tredimensjonal (3-D) fremstilling, må profillinjene plasseres med liten avstand, typisk noen få ti-talls meter fra hverandre. Seismiske mottagere må fordeles langs de respektive måle-linjer ved observasjonsstasjoner som er adskilt med avstander som tilsvarer linjeavstanden. De seismiske mottagerstasjoner utgjør dermed et symmetrisk, todimensjonalt, romlig gitter med x-y-akser fordelt over området som skal undersøkes, ved eller nær områdets overflate. Ved hver enkelt av flere kildeplasseringer aktiviseres en akustisk kilde slik at den bestråler den underjordiske flaten med lydbølger. Bølgefelt som skriver seg fra de forskjellige kildene, reflekteres fra lag og strukturer som ligger under jordoverflaten. De reflekterte bølgefeltene detekteres av et mottagerfelt som er anordnet slik at det er tilfordelt hver kildeposisjon. De seismiske mottagerne om-former jordbevegelser som skyldes reflekterte, akustiske bølgefelt til elektriske signaler som fortrinnsvis digitali-seres og nedtegnes på et arkiverbart lagringsmedium i form av diskrete data-sampler. De nedtegnede, diskrete data-sampler prosesseres senere ved hjelp av et hvilket som helst kjent utstyr.

Vanligvis fremvises de prosesserte data som et tverrsnitt, det vil si som en vertikal skive av jorden fremvist i to dimensjoner med akser som er representert av de aktuelle observasjonsstasjoner langs den romlige x-akse, mens gang-tiden for det reflekterte signal er representert langs z-aksen eller tidsaksen. Dersom det akustiske hastighetsfelt er kjent, kan den vertikale akse uttrykkes som dybde i steden for som gangtid for reflektert signal. På grunn av det rett-linjede gitter som er karakteristisk for tredimensjonale profillinjer, kan tverrsnittene orienteres langs en vilkårlig valgt azimut-vinkel tvers over det undersøkte området. Et slikt tverrsnitt viser strukturen til jorden under hver stasjon i det vertikale x-z-plan langs den valgte azimut-vinkel, idet man ser på skiven av jordstrukturen fra én side.

I tillegg kan en horisontal, todimensjonal jordskive, som av og til benevnes som en tidsskive, fremstilles for et valgt refleksjonstidspunkt eller et bestemt dybdenivå. Aksene til tidsskiven er nord- og øst-koordinatene i rommet fra observasjonsstasjonene i horisontalplanet. En slik tidsskive eller dybdeskive blir en modell for det strukturelle relieff av jorden ved det valgte nivå, når man ser ned fra oven.

Det er vanlig å påføre fargekoder til tverrsnittene enten de er vertikale eller horisontale, for dermed å skjelne mellom utvalgte egenskaper til de seismiske data. Slike egenskaper eller attributter kan omfatte refleksjonsamplitude, reflektert fasevinkel, akustisk forplantningshastighet, akustisk impedans eller ganske enkelt en demonstrasjon av den strukturelle stilling på en bestemt geologisk horisont. Alternativt kan attributter identifiseres ved hjelp av grå-toneskalaer med forskjellig tetthet i steden for farger. Typisk kan gråtoneskalaen eller fargeskalaen kodes i form av små rektangler som trykkes ut på skjermen eller vises på en annen fremvisningsanordning.

For å undersøke området som er til behandling i tre dimensjoner, benyttes i dag en rekke todimensjonale skiver som er skåret ut tvers gjennom området som er av interesse. Problemet her er at detaljene som angår en vilkårlig skive skjuler eller tenderer mot å skjule detaljene til skivene ved siden av, fordi fremvisningen er relativt opak på grunn av fargekodingen. Videre skjuler de fargekodede rektangler ofte de små nyanser som inngår i omhylningskurven for et seismisk spor med variabel amplitude (wiggle trace), og dette kan være nyanser som fortolkeren trenger for å gjennomføre en fullgod analyse av de aktuelle data.

Det har vært benyttet ulike metoder for å demonstrere en virkelig tredimensjonal modell av et område som er under undersøkelse slik at fortolkeren kan se inn i datavolumet. US-patent nr. 3.212.189 (C.H.Savit) viser anvendelse av en egg-kassestruktur for å modellere relieffet for en del av havbunnen som en 3-D-struktur. Denne type strukturmodeller kan lett tilpasses for bruk i forbindelse med fremvisning av seismiske tids- eller dybdeskiver, selv om en vilkårlig fremvist modell er begrenset til et enkelt datanivå.

En annen fremgangsmåte for fremvisning av et tredimensjonalt volum med data er vist i US-patent nr. 4.707.787 (Savit m.fl.). Her er det benyttet et volum med transparente, fotofølsomme materialer. To laserstråler som er rettet orto-gonalt i forhold til hverandre, skjærer hverandre ved spesi-fiserte tre-aksielle koordinater som har stasjonskoordinatene som argumenter langs sine horisontale akser, mens toveis re-fleks jonstid eller dybde for hvert diskret, seismisk data-sampel ligger langs den vertikale tids- eller dybdeakse. Ved hvert skjæringspunkt for strålene blir et molekyl i det foto-følsomme materialet på en eller annen måte transformert til et volumelement (voxel) som ligger opphengt inne i volumet. Et tredimensjonalt bilde av den underjordiske struktur bygges opp av en akkumulering av slike volumenheter (voxel).

I US-patent nr. 4.633.402 (B.E. Flinchbaugh), blir strukturen for utvalgte, geologiske horisonter vist i en form som består av lag av trådnetting som formes for å tilsvare den strukturelle form til de respektive horisonter som er av interesse. Skjæringslinjene representerer da arrangementet av de opprinnelige profillinjer.

Som forklart ovenfor kan den seismiske fortolker ofte innhente informasjon fra det karakteristiske mønster av spor med variabel amplitude eller såkalte "wiggle traces" som ellers er skjult eller fraværende i konvensjonelle tredimensjonale fremvisninger. Et spor med variabel amplitude er i seg selv en todimensjonal fremstilling. Men seismiske bølge-felt er av natur tredimensjonale. Det er fortsatt et behov for en fremgangsmåte for fremvisning av seismiske spor med variabel amplitude innenfor et tredimensjonalt datavolum, slik at sporene i seg selv oppviser tredimensjonale karakte-ristikker.

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for fremvisning av flere seismiske, tidsskala-opptegnelser i tre dimensjoner. Tidsskala-opptegnelsene kan være et mål på en hvilken som helst ønsket egenskap ved de seismiske data.

Det etableres en referanseoverflate som kartlegges med henblikk på flere seismiske observasjonsstasjoner. De seismiske data som innsamles fra de respektive observasjonsstasjoner, blir prosessert for å oppvise spor med todimensjonal fremstilling av tidsskalaen. Hvert slikt spor med todimensjonal tidsskala konverteres til et tilsvarende, tredimensjonalt, komplekst spor. De tredimensjonale, komplekse spor henges under sine respektive observasjonsstasjoner slik at de danner et datavolum i form av en "skog" av seismiske spor som kan betraktes i perspektiv fra en hvilken som helst ønsket synsvinkel.

De nye trekk som antas å være karakteristisk for foreliggende oppfinnelse, både når det gjelder organiseringen og fremgangsmåten for drift, sammen med formålene og fordelene som oppnås, vil forstås bedre fra følgende detaljerte beskrivelse og tegningene hvori oppfinnelsen er illustrert ved hjelp av et eksempel for klargjøring og beskrivelse, uten at dette er ment å virke begrensende på oppfinnelsen.

Fig. 1 viser et isometrisk riss av de reelle og de imaginære komponenter for en del av en komplekst, seismisk spor med variabel amplitude,

fig. 2A-E viser fremstillingen av et komplekst tidsskala-spor for en seismisk egenskap som funksjon av rotasjonen

av tidsaksen,

fig. 3A-D viser forandringen i faseforskyvning til sporet i

fig. 2E som funksjon av en observatørs synsretning, fig. 4 viser et planriss av de komplekse spor til et felt med observasjonsstasjoner som er fordelt areal-messig over et N-Ø-referanseplan (nord/øst-rettet), fig. 5 viser et nærbilde av et isometrisk planriss av et volum med data som sees fra et punkt rett over midtpunktet til feltet i fig. 4, med tidsaksen

forløpende vinkelrett på papirplanet,

fig. 6 viser et isometrisk nærbilde av datavolumet i henhold til fig. 4 når man ser nordover, fra sydsiden, etter at referanseplanet er blitt vippet bort fra observatøren slik at tidsaksen forløper vertikalt, og

fig. 7 viser et nærbilde av et isometrisk riss av datavolumet i henhold til fig. 4; idet man her ser nordover langs den vestre side av datavolumet.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for fremvisning av seismiske signaler (seismiske data) i et tredimensjonalt format. Reelle eller virkelige seismiske signaler blir typisk presentert som tidsskala-opptegnelser i form av reell (variabel) refleksjonsamplitude avtegnet som funksjon av den dobbelte refleksjonstid. Som tidligere nevnt blir slike spor referert til som spor med variabel amplitude eller såkalte "wiggle traces" og har en todimensjonal natur. En seismisk fremvisning av et "wiggle trace" er imidlertid ikke begrenset til reflektert amplitude. Størrelsen kan fremstilles som en funksjon av tiden for en hvilken som helst ønsket, seismisk egenskap eller attributt på denne måte.

Hvert reelt og variabelt amplitudespor har et unikt tilforordnet komplekst spor. Det komplekse spor F(t), bereg-nes fra det reelle seismiske spor f(t), ved bruk av formelen

hvor

jf<*>(t) er en imaginær-(kvadratur-)komponent som på

unik måte kan bestemmes fra f (t) ,

A er en omhylningsamplitude som funksjon av

tiden,

j er kvadraturoperatoren, og

Y(t) er den øyeblikkelige faseverdi.

Fig. 1 viser en isometrisk fremstilling av et tidsskala-spor 10 med reell, variabel amplitude for en utvalgt seismisk egenskap, et kvadraturspor (imaginært) 12 samt et komplekst spor 14. Denne illustrasjonen er hentet fra "Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics" av R.E. Sheriff, 3. utgave 1991. Fasevinkelen til kvadratursporet 12 er forsinket i forhold til fasevinkelen for det reelle spor 10 med en kvart syklus eller 90°. Det komplekse spor 14 blir en tre-dimensjonal spiral fordi x-koordinaten er amplituden til det reelle spor, y-koordinaten er amplituden til det imaginære spor og T-koordinaten er den alltid økende, dobbelte gangtid for bølgefeltet.

Idet det på ny vises til fig. 1, ser man at når man ser direkte langs det komplekse spor 14 fra venstre side, så vil den romlige konfigurasjon av det komplekse spor vise seg å beskrive et hodogram. Et hodogram er definert som det geo-metriske sted for avslutningspunktet for en bevegelig vektor. Når dette undersøkes i en omgivelse som består av en trådramme, vil den tredimensjonale struktur for et komplekst spor kunne betraktes fra alle retninger. Et todimensjonalt spor, slik som sporet 10, vil, på den annen side, når det sees fra siden i steden for på tvers, fremstilles av en rett linje uten særpreg.

Uttrykket "tråd-rammeomgivelse", slik som spor 10, er et uttrykk som må oppfattes konseptuelt idet en analog modell av hvert seismisk spor i et felt med seismiske spor kan til-dannes ved å bøye en tråd til en "snodd" form eller i sikk-sakk-form. Dersom bøyede trådmodeller av alle de seismiske sporene henges opp under referanseoverflåtene fra gitter-punktene som tilsvarer de respektive observasjonsstasjoner og deres opprinnelige sted som er inntegnet på referanseoverflaten, så vil datavolumet ligne en skog av seismiske spor som danner et "terreng". Denne tredimensjonale "skog" eller dette terreng av seismiske spor kan deretter betraktes og undersøkes fra en hvilken som helst ønsket synsretning.

Fig. 2A-E viser utseendet til et komplekst, seismisk spor med variabel amplitude når det roteres omkring øst-vest-aksen. I fig. 2A representerer skjæringspunktet mellom de stiplede linjer posisjonen for en seismisk observasjons-stas jon, som inntegnet på kart ved en referanseoverflate, uttrykt ved koordinatene for nordlig og østlig beliggenhet. Et komplekst, seismisk spor er blitt avledet av de observerte data og inntegnet som et hodogram 13. Lengden på en radius vektor som strekker seg fra origo til et hvilket som helst punkt på hodogrammet, representerer øyeblikksverdier for amplituden til sporet. T-verdien eller tidsaksen T strekker seg bort fra observatøren, vinkelrett på papirplanet.

I fig. 2B til 2E, er nord/syd-plånet i fig. 2A vippet bort fra observatøren omkring øst/vest-aksen ved trinnvise vinkelsprang på 30, 60, 80 og 90 grader. I fig. 2E er dermed tidsaksen T vertikal. Etter de mellomliggende overganger inntar hodogrammet 13 i fig. 2A det konvensjonelle utseendet for et seismisk spor 15 som vist i fig. 2E. I fig. 2E er sporet 15 vist fra siden sett fra syd med blikket rettet mot nord. På kjent måte kan en seismisk tidsskala-opptegning strekke seg over flere sekunder. I denne og i de resterende figurer, representerer lengden av de viste spor et vilkårlig gangtidsvindu for bølgefeltet, med øvre og nedre tidsgrenser som er valgt bare som eksempler uten at de er ment å være begrensende. Fig. 3A-D viser sporet 15 i fig. 2E når det sees fra forskjellige retninger, idet man beveger seg omkring sporet i retning mot urviseren i trinn på 30 grader. Fig. 3A viser sporet 15 i fig. 2E, mens fig. 3D viser sporet 15 når det er vridd mot urviser-retningen 90 grader. Dermed blir sporet 17 i fig. 3D utseendet av et tredimensjonalt spor 15 sett fra siden, men denne gangen fra øst med synsretning vestover. De stiplede linjene 18 og 19 er trukket for å klargjøre fase-forandringen som en funksjon av synsretningen. I virkelig-heten medfører forandringen av fasevinkelen en forandring av karakteren til de respektive spor, noe som viser at denne fremgangsmåten virkelig avbilder seismiske spor som i seg selv har en tredimensjonal natur. Fig. 4 viser et planriss av et "lappeteppe" omfattende ni observasjonsstasjoner som på kartet befinner seg over et referansegitter med sine nord- og østvendte koordinater sett som fra en meget stor høyde. Observasjonsstasjonene er num-merert fra 20 til 36 med like nummere.

Tilsvarende hodogrammer for komplekse spor 21-37 (odde-tall) er tegnet ved hvert sted. T-aksen strekker seg vinkelrett på papirplanet under et referanseplan 16 som kan være sammenfallende med overflaten til jorden eller som kan være sammenfallende med et vilkårlig valgt annet nivå i den geologiske søyle. Hodogrammet 25 har et mønster som avviker fra det som gjelder for de øvrige spor, fordi et transient støy-signal har forurenset dataene. Lappeteppet av observasjons-stas joner slik de er nedtegnet langs nord- og østaksen, kombinert med de seismiske spor som strekker seg langs tids-

w

aksen, utgjør et tredimensjonalt datavolum. I denne figuren og de følgende fig. 5-7, er det viktig at man ikke forveksler den romlige målestokk i nord/øst koordinatene for observa-sjonsstas j onene med den vilkårlige målestokk som er benyttet for å kvantifisere radius-vektorene til de komplekse, seismiske spor.

Fig. 5 er et nærbilde av det isometriske planriss i fig. 4, hvor man ser direkte ned i datamassen fra et punkt rett over stasjonen 28 i senter av lappeteppet. Utsynet kan sammenlignes med det som man vil se når man ser ned i en brønn med stor diameter og med data hengende ned langs alle brønnens vegger. Fig. 6 viser et nærbilde av et isometrisk sideriss av datavolumet i fig. 4, idet man nå ser nordover fra sydsiden etter at referanseplanet er blitt vippet 90 grader bort fra obeservatøren slik at tidsaksen er vertikal. Dette er et isometrisk riss fra midten av sydsiden til datavolumet, idet man ser mot nord. Med øyet plassert ved selve senteret til sydsiden, vil sporene 23, 29 og 35 overlappe hverandre nær senter og spre seg ut og adskilles langs topp og bunn av datavolumet. Sporene har det vanlige bølge- eller sikksakk-mønster nær senter, men tenderer mot å innta en tredimensjonal spiralformer ved sidene, hvor sporene sees som en omkrets i perspektiv. Støytransientene på sporet 25 er tyde-lige. Fig. 7 viser et isometrisk sideriss i likhet med det som er vist i fig. 6, bortsett fra at synspunktet er anbragt nær senteret mens man ser langs vestsiden av datavolumet i retning mot nord.

Således vil det, ved anvendelse av en foretrukken fremgangsmåte, fremstå en tredimensjonal modell av den utvalgte egenskap eller parameter for grenseflaten under jordens overflate; idet det etableres en referanseoverflate i forhold til hvilken et utvalgt antall seismiske observasjonsstasjoner anbringes og kartlegges. De seismiske data som innsamles ved hver av de respektive seismiske observasjonsstasjoner, prosesseres ved hjelp av en hvilken som helst ønsket metode i form av et tidsskalert spor med variabel amplitude, hvilket spor er unikt for den aktuelle seismiske observatørstasjon som signalene skriver seg fra og gir flere, todimensjonale seismiske spor. Sporamplituden ved et vilkårlig valgt gangtidsvindu for bølgefeltet utgjør et kvantitativt mål på størrelsen av en utvalgt seismisk egenskap som tilsvarer en fysikalsk parameter for grenseflaten under jordoverflaten innenfor det aktuelle gangtidsvindu. De todimensjonale seismiske spor konverteres til tilsvarende tredimensjonale komplekse spor ved hjelp av en hvilken som helst velkjent formu-lering, slik som nevnt tidligere. De respektive tredimensjonale, komplekse spor henges under de opptegnede steder på kartet for de respektive observasjonsstasjoner slik at det dannes et tredimensjonalt datavolum som er formatert som en skog av seismiske spor. Ved hjelp av et hvilket som helst velkjent, billedmanipulerende dataprogram, slik som f.eks., men ikke utelukkende et AutoCAD-program (et registrert vare-merke for Autodesk Inc.), kan skogen eller terrenget av seismiske spor undersøkes i perspektivformat fra en hvilken som helst ønsket synsvinkel.

For å forenkle identifikasjon, kan linjene som representerer individuelle spor trekkes opp i ulike farger i steden for i sort/hvitt som vist på tegningene.

Foreliggende oppfinnelse er beskrevet i form av et eksempel som ikke på noen måte begrenser foreliggende oppfinnelse. Egenskapene som kan opptegnes ved hjelp av teknikken som er vist, omfatter, men er ikke begrenset til, reflek-sjonsgrad, formasjonsimpedans, bølgefeltets forplantningshastighet, og relativ fasevinkel, anvendt såvel på trykkbølg-er, skjærbølger eller en hvilken som helst annen type av seismiske bølger som forplanter seg gjennom massive medier eller ulike fluider. Oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med tilveiebringelse av tredimensjonal overflate-undersøkelse, men kan også benyttes i forbindelse med vertikal seismisk profilering. Referanseoverflaten som er omtalt ovenfor kan være sammenfallende med jordens overflate, med vannoverflaten når undersøkelser foretas i marine omgivelser, eller kan ganske enkelt være et egnet valgt geologisk refe-ransenivå som ligger over eller under den fysiske overflate.

Claims (7)

1. Fremgangsmåte for seismisk dataprosessering hvor seismiske data fra seismiske observasjonsstasjoner (28) formatteres som to-dimensjonale, tidsskalerte spor (10) i to dimensjoner, hvilken fremgangsmåte omfatter omforming av sporene (10) til tilsvarende tre-dimensjonale, komplekse spor (14), og hvor disse tre-dimensjonale, komplekse spor (14) refereres til en felles referanseoverflate (16) og kart-legging av posisjonene for flere slike stasjoner (28) på referanseoverflaten (16) gjennomføres, karakterisert ved at de tilsvarende, tre-dimensjonale, komplekse spor (14) fremvises under de respek-tivt kartlagte posisjoner (28) for å danne en tre-dimensjonal visuell modell av attributtene til formasjonsgrenseflater under overflaten.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at de tre-dimensjonale, komplekse spor (14) fremvises i et perspektivformat som kan betraktes fra en vilkårlig ønsket synsvinkel.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert ved at den omfatter utforming av perspektivformatet slik at det simulerer en åpen tråd-rammefremstilling av volumet til formasjonene.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at omformingen utføres innen et utvalgt tidsvindu ved øvre og nedre grenser for tidskalaen.

5. Fremgangsmåte for gjennomføring av en seismisk under-søkelse som omfatter fordeling av flere seismiske mottagerstasjoner (28) over området som skal undersøkes, utbredelse av et seismisk bølgefelt fra én kildeplassering, mottagning av de seismiske bølgefelt ved mottagerstasjonene (28) etter refleksjon av det seismiske bølgefelt fra formasjoner under overflaten, lagring av de mottatte bølgefelt som to-dimensjonale, tidsskalerte spor (10) med variabel amplitude, karakterisert ved at disse spor (10) prosesseres ved anvendelse av en fremgangsmåte for seismisk dataprosessering i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 5, karakterisert ved at stasjonene (28) er fordelt som et nettverk med ortogonale, romlige koordinater.

7. Databehandlingssystem utformet og tilpasset for prosessering og fremvisning av et volum av seismiske data, omfattende databehandlingsutstyr innrettet til å motta flere to-dimensjonale seismiske spor (10) som tilsvarer et antall utvalgte seismiske observasjonsstasjoner (28) ,- omforming av de mange to-dimensjonale seismiske spor (10) til tilsvarende tre-dimensjonale, komplekse spor (14), å referere de tre-dimensjonale, komplekse spor til en felles referanseoverflate, og å kartlegge posisjonene til flere slike stasjoner på referanseoverflaten, karakterisert ved at databehandlingsutstyret dessuten er tilpasset for å danne en tre-dimensjonal modell av et volum av formasjonene under overflaten ved å fremvise de tre-dimensjonale, komplekse spor (14) under posisjonene (28) til de tilsvarende seismiske observasjonsstasjoner på en referanseoverflate (16) .