NO329820B1 - Horisontal og vertikal mottager-konsistent dekonvolusjon for en seismisk havbunnskabel - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen dreier seg om å forbedre koblingsresponsen av multi-komponent seismiske signaler som kommer fra sensorer som er plantet på sjøbunnen. Generelt dreier oppfinnelsen seg om spektral spektral balansering av multikomponent-signaler på en komponent-konsistent måte med hensyn til geometrien av kilder og mottakere.

Seismiske utforskningsstudier innebærer ofte bruk av både P-bølger og S-bølger. I marine operasjoner utbrer kompresjons-bølger seg gjennom vannet, mens skjærbølger ikke gjør dette på grunn av at vann ikke har noen skjærstyrke. Derfor krever skjærbølgestudier, slik som benyttet i vertikale bergarts-fraktur-studier, bruk av bevegelsessensitive sensorer, som geofoner, i tillegg til trykkfølsomme hydrofoner som vanligvis benyttes i marin utforskning. Geofonene er plantet direkte på sjøbunnen ved bruk av havbunnskabler (OBC - Ocean Bottom Sensors).

Vennligst se på figur 1 hvor en mengde seismiske sensorer 10o, 10i, IO2, ... , 10j (j= 3 , 4, ... , n, hvor n er et heltall) er vist lagt på bunnen 12 av et vannlegeme 14. Sensorene er adskilte ved en ønsket avstand som for eksempel 10 meter. Sensorpakkene er helst multikomponent. En 4-komponent-sensor genererer elektriske signaler som er proporsjonal med partikkelhastigheten av havbunnsmaterialet, samt med forskjeller i vanntrykket. Partikkelhastighets-sensorene gir respons på seismiske bølger generelt og spesielt kompresjons-og skjærbølger. Hydrofonene er sensitive bare overfor trykk-bølgefelt.

Sensorene er mekanisk og elektrisk koblet til en seksjonsinndelt havbunnskabel (OBC) 16 av en eller annen kjent type, som kan være mange kilometer lang. OBC'en omfatter kommunikasjonskanaler som kan være elektriske, optiske eller "eteriske"for overføring av de individuelle sensorsignaler til passende instrumentering anbrakt i en servicefarkost av passende type. En eller begge ender av kabelen kan være markert med en bøye 18 i vannflaten for senere innhenting. For tredimensjonale områdeundersøkelser kan mange kabler være lagt ut side ved side parallelt, kanskje 25 meter fra hverandre, i et bredt utlegg.

Vanligvis er kablene og sensorene (heretter kalt mottakere) lagt ut over området som skal undersøkes, ved hjelp av et kabel-hjelpefartøy. Ved et senere tidspunkt tar et service-fartøy 20 opp igjen en eller flere kabler 16 fra sjøbunnen. Signalkommunikasjonskanalene er forbundet med multikanals opptaker- eller registreringsinstrumentering av en eller annen ønsket type, generelt vist ved 21, anordnet i fartøyet 20, for mottak og delvis prosessering av seismiske signaler.

En akustisk lydkilde 26 avfyres ved hvert av en mengde av tilordnede kildesteder fordelt over et område som er av interesse. Handlingen ved å avfyre en akustisk kilde defineres som et skudd. Kildestedene er helst adskilt fra hverandre ved et helt multippel av sensoravstandene. Kilden 26 utstråler bølgefelt som generelt vist ved 28 og 30 for å kaste lyd over underjordiske geologiske lag som 32, hvorpå bølgefeltet blir reflektert tilbake mot overflaten som det reflekterte bølge-felt 34. Mottakerne 10j avføler de mekaniske jordbevegelsene, omformer disse bevegelsene til elektriske signaler og sender disse signalene gjennom kommunikasjonskanalene, én kanal per mottaker eller mottakergruppe, til registreringsutstyr 21 av ønsket type i fartøyet 20.

Et bølgefelt kan utbres gjennom et volum av jorden langs baner slik som en refraktert bane (ikke vist), langs en direkte gangbane som 36 eller langs reflekterte strålegang-baner som 38, 38', 38" til de respektive mottakere lOj. De forskjellige bølgefeltene har felles krysninger i kilde-punktet. De registrerte data presenteres vanligvis i form av tidsskalatraser, eksempelvis, men ikke som en begrensning, én trase per kommunikasjonskanal.

En samling med tidsskalatraser som stammer fra en enkelt kildeaktivering (et skudd 26) som kaster lyd over en mengde av mottakere 10i-10j som i figur 1, utgjør en fellesskudd-samling. På den annen side utgjør, med henvisning til figur 5, en samling av tidsskalatraser som registrert med en enkelt mottaker 10j etter "belysning" (lydpålegging) ved en mengde adskilte skudd 26i, 26i+i, 26i+2, en felles-mottaker-samling. Her skjærer de forskjellige bølgefeltbanene hverandre ved den felles mottaker. Andre samlinger som felles-offset og felles midpunkt er kjent.

Fordi et skudd og en mottaker alltid kan bytte plass på grunn av resiprositetsprinsippet, gitt felles prosessering og instrumentering er de to prosesseringstypene ekvivalente. Fordi det er uvesentlig om vi betrakter en felles mottaker-samling eller en felles skuddsamling gjennom hele denne beskrivelen, vil vi for enkelhets skyld henvise til samlinger med det generiske begrepet "felles-trase-samlinger". Ifølge definisjon er en felles-trase-samling en samling tidsskala-registreringer av signaler som representerer gangtider av en mengde bølgefelt som har utbredt seg gjennom et volum av jorden over forskjellige baner som har en felles skjæring.

Den horisontale avstanden mellom en kilde og en mottaker er definert som offset, h. Vanligvis i 3-D-operasjoner opptar fartøyet 20 en hensiktsmessig sentral plassering, forbundet med en mengde kabler og mottakere, mens et andre skytefartøy (ikke vist) faktisk oppsøker de respektive tilordnede under-søkelsesstasjoner for å generere felles-trase-samlinger. For OBC-undersøkelser vil dataene typisk samples digitalt med tidsintervall som hvert fjerde millisekund, over et frekvens-passbånd på 5 Hertz til Nyquist. Andre samplingrater og passbånd kan naturligvis benyttes.

Figur 2 er et nærbilde, et røntgenliknende sideriss av en 4-komponent-mottaker lOj. Partikkelhastighetsmottakerne (geofonene) er polarisert langs-linjen (x-akse) enhet 42, tverslinje (y-akse) enhet 44 og vertikal (z-akse) enhet 40. De dobbelthodede pilene indikerer aksene for maksimal følsomhet. Trykkmottakeren (hydrofonen) 43 responderer på trykkforskjell-er som vist ved de imploderende (innoverløpende) pilene. I en foretrukket utførelse svarer de to horisontalpolariserte mottakerne på S-bølger og den vertikalpolariserte mottakeren og den romlig upolariserte hydrofonen svarer på P-bølger. En 4-komponent-mottaker er spesialbygget pakket i en enkelt langstrakt boks. Partikkelhastighetssensorene er kompass ("gimbal")-opphengt for automatisk å bli innrettet langs deres gjensidig ortogonale akser etter avsetning på havbunnen. Av praktiske og tilstrekkelige grunner er beholderen som inneholder mottakerkomponentene vanligvis sylindrisk. Kabelen 16 er relativt tung. Festet til for- og akterenden av den langstrakte mottakerbeholderen holder kabelen 16 en typisk multi-aksial mottakerenhet lOjfast mot sjøbunnen. Langs-linje-mottakerkomponenten 42 er godt koblet til sjøbunnen 12 på grunn av den iboende stabiliteten av den avlange beholderen i langs-linje-retningen. Den fordelaktige situasjonen gjelder imidlertid ikke for tverslinjekomponenten 44.

Det henvises til figur 3 som er et røntgenbildelignende tverrsnitt av flerkomponentmottakeren lOjtatt langs linjen 3-3' i retning tilbake mot fartøyet 20. På grunn av dens sylindriske form kan beholderen 10j rulle infinitesimalt fra side til side som vist ved kurvede piler 46, men vannstrømmer og andre forstyrrelser kan forårsake at mottakerbeholderen ruller og forskyver seg sideveis i tverslinjeretningen vist ved pilene 48, 48'. Disse forstyrrelsene påvirker ikke langs-linje-mottakeren på grunn av dens polariseringsretning, men de kan introdusere alvorlig støy på tvers-akse og de vertikal-

polariserte -signalkomponentene.

Fordi hydrofonen er upolarisert er koblingsstøy ikke noe problem, men som ovenfor nevnt er hydrofon ikke følsom overfor S-bølger.

Figur 4 er fleraksemottakeren lOjsom sett ovenfra langs linjen 4-4' i figur 2.

En fremgangsmåte for å korrigere dårlig kobling for en loggesonde i et borehull ble beskrevet i en artikkel av J. E. Gaiser et al., kalt Vertical Seismic Profile Sonde Coupling, publisert i Geophysics, nr. 53, pp 206-214, 1988. Selv om den fremgangsmåten ikke er direkte anvendbar for 3-D-seismiske undersøkelser, er den interessant fordi den demonstrerer de uheldige virkningene av dårlig kobling av en sensor til bakken.

Patentskriftet US 5235554 omhandler en fremgangsmåte for å minimalisere impulsresponsen og koblingsdifferansene mellom hydrofoner og geofoner benyttet i marin seismisk utforskning. Trekkene som angitt i herværende søknads selvstendige krav fremgår ikke av det nevnte patentskriftet.

I en artikkel kalt "The Recovery of True Particle Motion from Three-component Ocean Bottom Seismometer Data", Garmany J. D., Journ. Geophys. Res. 89 Bil, pp 9245-9252, 1984, presenteres en teori og en fremgangsmåte for å korrigere for dårlig koblede havbunnsseismometre (OBS) som betrakter OBS'en som et Hamiltonisk system som har mange frihetsgrader med bare tre innganger og tre utganger. En Levinson-matriserekursjons-metode brukes for å løse for z-transform-operatorer anvendt på de registrete signalene for å finne tilbake til den sanne partikkelbevegelsen. Selv om denne fremgangsmåten ikke gjør noen antakelser om et komplisert system med fjærer og fjærer og støtdempere inkorporerer den ikke en spesifikk geometri av kilde- og mottakersystem på havbunnen.

G. F. Moore et al gir en annen metode i "Seismic

Velocities at Site 891 from a Vertical Seismic Profile Experiment" i Proceedings of the Ocean Drilling Program, Scientific Results, 146, pt.l, pp 337-348, hvor de beregner vektordekonvolusjonsoperatorer i tidsdomenet for borehulls-seismiske data. De benytter antatt lineært polariserte retninger av de vindusinndelte direkte ankomstene (kilde-mottaker-retninger)for å løse operatorene i minstekvadrats forstand. Imidlertid betrakter de ikke den spesifikke mottakergeometrien for å begrense løsningene til bestemte bevegelsesretninger.

I en artikkel av J. Pfaffenholz et al., kalt "An Improved Method for Deriving Water-bottom Reflectivities for Processing Dual Sensor Ocean Bottom Cable Data", Expanded Abstracts paper SA3.2, pp 987-990, 1995, 65. Årlige møte i Society of Exploration Geophysicists, forklares at dobbeltsensor-prosessering hvor hastighets- og trykksignaler er registrert OBC-undersøkelser krever bruken av skaleringsfaktorer som er funksjoner av havbunnsreflektiviteten. De beskriver en ny fremgangsmåte for å utlede havbunnsreflektivitet fra produksjonsseismiske data. Fremgangsmåten eliminerer behovet for en separat kalibrerings-undersøkelse og er stabil i nærvær av tilfeldig og generert støy. Denne fremgangsmåten kan adapteres for bruk i prosessering av 4-komponents seismiske mottakerdata.

US-patent 5 524 100 av 4. juni 1996 til J. Pfaffenholz og som det her refereres til sier at trykk- og hastighetssignal-ene kan kombineres. Det kombinerte signalet transformeres til frekvensdomenet og multipliseres med den inverse Backus-operatoren eller det kombinerte signal konvolveres med den inverse Backus-operatoren og en optimeringsalgoritme benyttes for å løse for havbunnsreflektiviteten. Trykk- og hastighets-seismiske signaler kombineres og det kombinerte signal multipliseres med den inverse Backus-operatoren som inneholder havbunnsrefleksjonen for å eliminere første ordens peg-leg multipler.

Det foreligger et lenge følt behov for en fremgangsmåte for å måle og undertrykke signalforvrengning som kan til-skrives dårlig sjøbunnskobling for en av komponentene av en havbunnskabelmontert multikomponent-seismisk mottaker og for å balansere den spektrale respons for de respektive komponentene .

Dette er en regnemaskinstøttet fremgangsmåte for å balansere de spektrale responskarakteristikker av seismiske signalkomponenter polarisert langs-linjen, tverslinje- og vertikal-aksen. Fremgangsmåten angår mottak, ved minst en multikomponent-mottaker, av en mengde seismiske signaler som representerer bølgefelt-gangtider. Helst er signalene formatert og lagret i et regnemaskinminne som en array av felles-trase-samlinger med langs-linje, tverslinje og vertikal, samt trykksignalkomponenter. De respektive samlingene transformeres fra tidsdomenet til frekvensdomenet. For hver frekvens av interesse genereres tverslinje- og vertikalkoeffisienter, ved minimalisering i minstekvadraters forstand, summen av et utvalgt subsett av langs-linjen, tverslinjen og vertikalsignalkomponentene. Ved å benytte de således genererte tverslinje- og vertikale koblingskoeffisienter blir de korrigerte tverslinje-responsene beregnet over alle gangtider og skudd. For hver frekvens av interesse genereres en andre tverslinje-koblingskoeffissient, ved minimalisering i minstekvadraters forstand, summen av et subsett av de vertikale signalkomponentene og de korrigerte tverslinje-responsene. Et sett med delvis korrigerte vertikalresponser beregnes fra de andre tverslinje-koblingskoef f isientene . For hver frekvens av interesse beregnes, ved minimalisering i minstekvadraters forstand, en andre vertikal koblingskoeffissient, et subsett av de delvis korrigerte verktikalrespons-komponentene og trykksignal-komponentene. Ved å bruke de andre vertikalkoblings-koeffisientene blir den fullt korrigerte vertikalkoblings-responsen beregnet for alle tider og alle traser. Langs-linje, korrigerte tverslinje og korrigerte vertikalsignalkomponenter transformeres fra frekvensdomenet til tidsdomenet. De således transformerte signalkomponentene blir så lagret for visning som en modell av undergrunnen eller for videre prosessering på en eller annen ønsket måte.

De nye trekk som antas å være karakteristiske ved oppfinnelsen, både med hensyn til organisering og fremgangsmåte for operasjon, sammen med formålene og fordelene derved, vil kunne forstås bedre ut fra den påfølgende detaljerte beskrivelse og tegninger hvor oppfinnelsen er illustrert ved hjelp av eksempler, kun med det formål å illustrere og beskrive og ikke ment som en definisjon av oppfinnelsens begrensninger: Figur 1 er et konvensjonelt riss av et skip som betjener en havbunnskabel hvor det er tilkoblet en mengde flerakse-sensorer; Figur 2 er et røntgenbildelignende tverrsnitt av en fire-komponent-seismisk mottaker; Figur 3 er et enderiss av fire-komponent-mottakeren; Figur 4 er et riss av fire-komponent-mottakeren fra Figur 2 som sett ovenfra; Figur 5 illustrerer begrepet med felles-mottaker-samlinger; Figur 6 er et panel som viser en sammenligning av en langs-linje-samling av seismiske signaler, en tverslinje-samling av seismiske signaler, en samling av vertikalpolariserte signaler og en samling av hydrofonsignaler; Figur 7 illustrerer kriteriene for dataseleksjon som skal anvendes i prosesseringen med hensyn til skudd-mottaker- utlegget i felten; Figur 8 er et panel som viser de samme dataene som Figur 6, etter prosessering ved fremgangsmåten av denne oppfinnelsen; og Figurene 9 er et flytdiagram som viser sekvensen med dataprosesseringstrinnene ifølge denne oppfinnelsens lære. Figur 6 er et panel av tidsskalatraser som representerer fire samlokaliserte felles-trase-samlinger 58, 60, 62, 64 som viser respektive, fra venstre til høyre, langs-linje, tverslinje-, vertikal-, partikkelhastighets-geofonsignaler og trykk-hydrofon-signaler. Direkte vann-ankomster, reflekterte hendelser og refrakterte hendelser opptrer på langs-linje og tverslinje-samlingene 58 og 60, i tillegg til lavfrekvente lagflatebølger. Tverslinje-samlingen 60 fremviser høy-amplitude, lavfrekvens resonante refleksjoner og lagflate-bølger som interfererer med kompresjonsbølgerefleksjoner. Trykksignal-samlingen 64 består av bare direkte vannankomster og kompresjonsbølgerefleksjoner og refraksjoner.

Vi henleder oppmerksomheten mot figur 7. En OBC representeres ved den heltrukne linjen 66, er lagt langs en mottakerlinje med en langs-linje asimuth som tilfeldigvis er nord eller 0 grader for dette eksempelet. En mengde 4-komponentmottakere er anbrakt i kabelen 66, hvorav én, 68, er en mottaker som kunne ha vært utspringet for felles-trasesamlingene i figur 6. Mottakeren 68 inneholder tre gjensidig ortogonalt polariserte mottakere som tidligere beskrevet, hvorav én er polarisert langs-linjen ifølge den den dobbelt-hodete pilen 67. En upolarisert trykkmottager (hydrofon) er også inkludert i pakken.

En kilde arbeider seg fremover langs en skuddlinje (stiplet linje 69) parallell med, men med en "offset", eller avstand, fra linjen 66 med et titalls eller hundretalls meter. Kilden oppsøker i rekkefølge ("sekvensielt") en mengde av tilordnede stasjoner som er jevnt adskilt langs linjen 69. Noen stasjoner er eksempelvis vist ved små sirkler 70, 72, 74, 76. For enkelhets skyld er bare en mottaker 68 fra en av mottakerlinjene 66 vist. Fire kildestasjoner utvalgt tilfeldig langs en skuddlinje 69 er vist. En andre skuddlinje 73 og kildeplassering 75 er også vist. I en virkelig 3-D-seismisk undersøkelse ville mange mottakerlinjer og mange skuddlinjer være opptatt.

Formålet med denne oppfinnelsen er å fremskaffe en fremgangsmåte for å estimere, i frekvensdomenet, dekonvolusjonsoperatorer for å fjerne koblingsresponsen fra tverslinje-og vertikalseismiske signalkomponenter i OBC-undersøkelser. Hensikten er å balansere den spektrale responsen av den respektive signalkomponenten i amplitude og fase på en måte som er konsistent med feltgeometrien. For en utvalgt felles-trase-samling bestemmes trasekonsistente tverslinje- og vertikal-vektor dekonvolusjonsoperatorer fra noen få utvalgte lokale data-subsett for anvendelse på et universum av globale data omattet i den felles trasesamlingen over alle baner og alle tider. Prosessen gjentas for alle kilder og mottakere tatt i alle kombinasjoner.

Fremgangsmåten som foreslås for å bestemme dekonvolu-sjons-operatorer for tverslinje- og vertikal-komponentene er ved minste kvadraters minimaliseringsmetoder anvendt i frekvensdomenet. For hver frekvens bestemmes komplekse koeffisienter slik at en bestemt ligning minimaliseres. Hele båndbredden av disse operatorene inneholder de passende koblingsresponsene. Tilnærmelsen som skal beskrives minimaliserer førsteankomsts-energien av tverslinjekomponenten over et grunt refleksjonstids-vindu som inneholder de tidlige ankomstene, og som er 500 til 1000 millisekunder langt målt fra første ankomst. Tidlige ankomster foretrekkes fordi de er mindre forurenset av støy og uanskede bølgefelter slik som energi som ikke er i planet, og splittede skjær-bølger. Energien i vinduet er antatt å være fremhevende polarisert i vertikalplanet, selv i nærvær av asimutal anisotropi, og således også i de radiale og vertikale komponentene. Transverskomponenten antas å være relativt fri for energi i det vinduet som er av interesse. Nær-offset-data som stammer fra offset mindre enn omkring 500-700 meter normaliseres for sfærisk spredning på grunn av varierende offset. Fjern-offset-data, slik som fra kildestedet 76 i figur 7, som ligger bortenfor en foretrukket begrensende offset-avstand definert ved buen 71, brukes ikke.

Det antas at de mottatte seismiske signalene blir diskret samplet ved et foretrukket samplingintervall som 4 millisekunder (ms) og at frekvensbåndbredden strekker seg fra omtrent 5 Hertz til Nyquist eksempelvis, men ikke som en* begrensning. ;I diskusjonen som følger antas det at langs-linje mottakeren eller geofonen er godt koblet til havbunnen og at for horisontale bevegelser kan tverslinje-koblingsresponsen korrigeres ved å benytte langslinje-responsen som en referanse. Det antas videre at for kompresjonsbølgefelt er trykkmottakeren eller hydrofonen godt koblet til vannet og således tjener som en referanse for å korrigere koblingsresponsen for den vertikalt responderende geofonen. ;En nøyaktig modell for å beskrive de registerte signalene x' for en havbunnskabel (OBC) -undersøkelse er gitt ved en matriseform ved ;;hvor x er de virkelige grunnbevegelser og G er en 3x3 matrise av komplekse koblingsledd. Disse koeffisientene relateres til v ;mottakerkoblingen og beskriver samvirket med ufullstendig koblede påtrykte bevegelser for trekomponent-geofonsystemet. Ideelt er dette systemet stivt og beveger seg kongruent med ;mediet det befinner seg i kontakt med for alle bevegelses-i retninger. Imidlertid er det slik at dersom det finnes retninger i systemet hvor det er mekanisk ufullstendig kobling, kan dempede oscillasjoner forekomme i disse retningene og forurense registreringene av de tre ;komponentene. ;i Samvirket av koblingsleddene i frekvensdomenet introduseres ved å generere funksjonen ;;hvor I er en 3x3 identitetsmatrise og Wi er komplekse koblingsresponser fra et system med fjærer og støtdempere som ideelt sett er unitære. Geofon-instrumentalresponsen kunne også iilkluderes men vil ignoreres her og antas å være unitær for alle frekvenser. Di er resultant-utmatingen for enhets-input. Di er 3x3 matriser assosiert med Wi som beskriver de uavhengige bevegelsesretningene innenfor koordinatsystemet. Komponenter av Di er resultant-utmatingen av bevegelser for enhets-input. Merk at i formuleringen kan samvirket med uavhengige ledd tolkes som konvolusjoner i tidsdomenet av leddene Di som ikke er ortogonale. ;For havbunns kabel- sys ternet antas det å være fire uavhengige frihetsgrader for bevegelse relatert til symmetrien av en OBC. De første tre er prinsipalretningene av koordinatsystemet: langslinje-retningen parallell med kabelen hvor ;tverslinje-retningen perpendikulært på kabelen hvor og vertikalretningen normalt på havbunnen hvor Den fjerde bevegelseskomponenten er en infinitesimal rotasjon om kabelens akse hvor ;og (|) er retningen geofonpakken er plassert på kabelen i tverslinje/vertikalplanet ((|> =0° i tverslinjeretningen og <|>=90o i vertikalretningen) . For denne modellen er R~8<|>"d, • hvor 8<|) er de infinitesimale bevegelsene eller forandringene i <|>, og d er avstanden fra aksen som rotasjonen foregår omkring til geofonen. ;For et stivt system er I, C, V og R alle lik 1 og G vil være en identitetsmatrise. Dersom koblingsleddene ikke er lik 1, d.v.s at der finnes resonanser i båndbredden av signalet på. grunn av ettergivenhet i en eller flere av disse retningene, så ;ved å ekspandere ligning (2). ;substitusjon av ligning (7) inn i ligning (1) og forenkling av notasjonen gir ;;hvor x-bevegelsene er orientert i langs-linje retningen parallell med kabelen, y-bevegelsene er orientert i tverslinjeretningen perpendikulært på kabelen og z-bevegelsene er i vertikalretningen. ;Det antas at koblingen er perfekt i langs-1inje-retningen, således er I unitær ("enheten") for x-komponenten. Det antas også at krysslinje- og vertikalkomponentene er ufullstendig koblet, gitt ved Cy og Vzrespektive, og at bevegelser omkring kabelens akse på havbunnen resulterer i de ikke-diagonale leddene Vy og Cz for krysslinje- og vertikalsignalkomponentene. Verdiene for koblingskoeffisientene i ligning (8) er lik forholdene i ligning (7). ;Invertering av ligning (8) for å gjenvinne den virkelige bevegelsen av grunnen gir: ;hvor det|G| = VzCy+VyCz=CVR , og de merkede leddene er data som faktisk registrert. Det er klart at langs-1injeresponsen er x=x'og er ikke koblet til tverslinje- og vertikalresponsen i denne formuleringen. For perfekt kobling er Cy og Vzlik enheten og Vy og Cz er lik null. Dersom Cy og Vzikke er lik 1 og Vy og Cz ikke er lik null, og disse verdiene er kjente, kan vi fjerne virkningene av koblingen og oppnå den opprinnelige bevegelsen av grunnen. Tilnærmingen beskrevet her benytter langs-linje- og hydrofon-responsen som en referanse for bølge-feltet for horisontal- og vertikal partikkelbevegelse for å konstruere vektordekonvolusjons-operatorer i minste-kvadraters energiforstand for å bli tilpasset til tverslinje- og vertikaldataene. Verdier fra disse leddene bestemmes for hver frekvens uavhengig uten antagelsen med et komplisert fjær- og støtdemper-system med resonante bevegelser. ;Første trinn for å bestemme vektor-dekonvolusjons-operatoren er å bestemme den virkelige tverslinjeresponsen. Prosedyren som benyttes her utnytter fysikken ved at en P-bølgekilde fremskaffer polariserte P-bølger og PS-bølger for tidlige nær-offset ankomster som har partikkelbevegelse hovedsakelig i kilde/mottaker -vertikalplanet, dvs. planet som inneholder den vertikale og radiale vektoren med hensyn til kildestasjonen som utgangspunkt. Datasubsettet som skal velges ut for prosessering befinner seg i en foretrukket utførelse innenfor en sektor som omfavner en kilde-mottaker asimut på 45 grader +/- a grader i forhold til orienteringen av langs-linje-mottakerkomponenten. Her er a en vilkårlig toleranse som for eksempel 30 grader. Med henvisning tilbake til figur 7 befinner data fra skuddstasjonene 72 og 76 seg i de skraverte sonene utenfor de således begrensede sektorene og utenfor en avstand på omkring 500-700 meter og anses for å være for langt offset og brukes ikke. Andre grenser kunne naturligvis innføres uten å avvike fra denne oppfinnelsens lære. ;For de formål som denne beskrivelsen omfatter, blir en mottaker eller mottakere av interesse lydbelagt fra en eller en mengde av nær-offset akustiske kildesteder som befinner seg innenfor et forhåndsbestemt avstandsområde og asimut i forhold til den aktuelle mottakeren. ;Vertikalplanet inneholder vertikalbevegelse og radial horisonal bevegelse for den direkte P-bølgen, de reflekterte P- og PS-bølgene og de elliptisk polariserte vann/sediment - overflatebølgene. Radial horisontal bevegelse xroppnås ved vektorrotasjon av langs-linje og tverslinje-komponentene gitt ved ;hvor vinkelen 9 er er mengden av rotasjon som er nødvendig for å peke langs-linje-vektoren 77 i retning bort fra kilden perpendikulær på bølgefronten 79 som stammer fra kildestedet 70, i en radialretning, vinkel 78 i figur 7. Komponenten av partikkelbevegelsen av disse tre bølgene perpendikulært på vertikalplanet (transvers horisontal) er minimal. Transvers horisontalbevegelse ytnormalt på vertikalplanet er gitt ved rotasjonen ;Ligning (11) fører til hypotesen at den summerte energien av de transversale horisontalkomponentene etter transformasjonen til frekvensdomenet, som gitt ved er et minimum for hver vinkelfrekvens od. Summeringen Zi er over mange skudd fra forskjellige retninger inn til en enkelt mottakerstasjon og vinkelen 6i er rotasjonen for den i-te kilde. Substitusjon for xi og Yi fra ligning (9) gir ;hvor de komplekse koeffisientene som det skal løses for i minste-kvadraters forstand er cy=Vz/det|G| og vz=-Cz/det |G| . Fra ligning (13) er dataene som benyttes valgt fra et subsett av 4-komponent-mottagersamlinger som i figur 1 og som ligger ved nær-offset innenfor et begrenset tidsvindu. Ufullstendig kobling av y<1>og z' frembringer amplitude- og fase-forvrengninger av de seismiske bølgene som ikke er i samsvar med x<1>og resulterer i falsk transvers-energi. ;Ekspandering av ligning (13) og differensiering med<*>hensyn til de kompleks-konjugerte av cy og vy fører til normal-ligningene:

hvor streken over tegnet angir den kompleks konjugerte av de merkede kvantitetene x'i , y'i og z'i . Etter å ha beregnet summeringene fra mange kildebidrag og invertering av 2x2-matrisen kan cy og vy løses for hver frekvens. De korrigerte tvers-1inje-responsene for alle skudd-mottaker-kombinasjoner og alle tider er bare leddet i klammeparentes i ligning (13) . Disse operatorene anvendes på en trase-konsistent måte som vektoroperatorer: en multiplikasjon i frekvensdomenet er en konvolusjon i tidsdomenet.. Deretter må vertikalkomponenten korrigeres på en trase-konsistent måte som kan oppnås i to adskilte trinn. Første trinn er å minimalisere responsen z(co) for hver frekvens fordi den har ytterligere bidrag fra S-bølger fra tvers-linjekomponenten. Dette fører til minstekvadrats-problemet fra ligning (8) hvor cz=vYog den korrigerte tverslinjeresponsen y(co) benyttes. Som ved ligning (14) skjer summeringen over alle skudd i et utvalgt datasubsett. Ekspansjon av ligning (14) og derivering med hensyn til den kompleks-konjugerte av cz fører til normalligningen

hvor v (co) lett kan løses.

Etter å ha bestemt cz(co) i minste kvadrats forstand for alle skudd som bidrar til analysen, er den korrigerte vertikale responsen gitt ved

hvor z" (co) er den virkelige brunnbevegelsen multiplisert med koblingsresponsen Vz.

Det neste trinnet er å benytte det aktuelle trykkbølge-feltet p(CO) som utledes av den fjerde komponenten fra sensorpakken; hydrofonen, som et referansesignal for P-bølgerefleksjonene. Ligningene for P-bølgereflektiviteten, P(co) , omfattende energi fanget i vannmassene og peg-leg ringing som forklart ved Pfaffenholz et al og Pfaffenholz US-patent 5 524 100 som nevnt ovenfor, er:

for hydrofonen og for geofondataene hvor rb er sjøbunnsreflektiviteten, rs er sjøoverflatens reflektivitet og i er toveis gangtid i vann-laget. Den eksponensielle operatorenel(OTrepresenterer en tidsforsinkelse av x sekunder i tidsdomenet. En passende begrensning for minstekvadrats-minimaliseringen er å eliminere den felles faktor i ligningene (16) og (17), som gir hvor summeringen skjer over alle skudd som bidrar til analysen. Antas det perfekt kobling av hydrofonene med vannet, p(co) = p' (co), gir de registrerte hydrofondataene og substitusjon for z(co) får man hvor vz=l/Vz. Etter en lignende minstekvadrats-prosedyre for tvers-1injekomponenten ovenfor for å oppnå normalligningen, kan vzløses for hver frekvens. Passende data for ligning (19) utledes fra et utvalgt datasubsett utledet fra nær-offset hi, innenfor omkring den doble vanndybden (tVw) for alle kilde-mottaker asimuter hvor tidsvinduet er langt nok til å inkludere direkteankomsten og størsteparten av refleksjonssekvensen. Imidlertid er det slik at i grunne omgivelser hvor hi > Wwer det kanskje ikke et vesentilig antall skudd som tilfredsstiller dette kravet. I slike tilfeller bør direkteankomster og vannfanget energi som aldri trenger gjennom havbunnen ekskluderes fra analysen' Således blir ligningene for hydrofon- og geofondataene respektive og ligningen for minimaliseringen er kun

for hver frekvens. Her utelukker datavinduene direkte-vannankomsten og begynner innenfor refleksjonsekvenser slik at

nær-vertikal innvallende P-bølgerefleksjoner analyseres.

Ligningene (19) eller (22) kan nå løses etter en lignende minste kvadrats prosedyre for tverslinjekomponenten. Som eksempel gir ekspansjon av ligning (22) og derivering med hensyn til den kompleks konjugerte vz

hvor forholdet i (22) defineres som rs'og streken over tegnet angir kompleks konjugering av den merkede parameteren zi.. Etter beregning kan summasjonene fra mange kildebidrag vzløses lett for hver frekvens. Den korrigerte vertikalresponsen

beregnes på en trasekonsistent måte. Et meget fordelaktig trekk ved denne fremgangsmåten er at den aktuelle koblingen av responsene C, V og R og orienteringen ty av geofonpakken på kabelen ikke behøver å være kjent i ligningene (15), (15.3) og (24). Disse kan beregnes dersom ønsket fra de kjente verdiene av cy, vy, cz og vz'og for hver frekvens.

Beregning av tverslinje- og vertikalrespons-vektordekonvolusjons-operatorer fullstendiggjør den innledende data-analysen. Deretter transformeres alle signalene i felles-trasesamlinen fra tidsdomenet til frekvensdomenet. Tverslinje-signalene korrigeres ved anvendelse av tverslinje-vektor-dekonvolusjonsoperator. Prosessen gjentas for alle kombinasjoner av kilder og mottakere som omfattes av samlingene.

De korrigerte signalene kan vises som i figur 8 som viser de felles skalasamlingene 59, 61, 63, 65 som tilsvarer de samme fire felles-skala samlingene 58, 60, 62, 64 tidligere vist i figur 6, etter anvendelse av minstekvadraters-operatorene i ligning (15), (15.3) og (24). Trykksignal-visningen 65 forblir uforandret og det forblir langs-linjekomponenten 59 fordi dette er signalene som antas å ha en enhetlig koblingsrespons. Tverslinjekomponenten i panel 61 er tilpasset langs-linjekomponenten og høy-amplitude / lavfrekvens-lagflatebølgene har blitt vesentlig reduserte. På vertikalpanelet 63 har det meste av den konverterte bølge-energi blitt redusert. Kompresjonsbølge-refleksjoner står tydelig frem i de grunne og midlere dybdepartier av panelet.

Den beste operasjonsmodus er best vist i flytdiagrammet vist i figur 9 som vises som et ikke-begrensende eksempel. Som ved enhver regnemaskinstøttet prosess kan diverse strategier benyttes for å oppnå det samme sluttresultat.

En eller flere ønskede multikomponent-mottakere 10jklydbelegges fra en eller flere av en mengde tilfeldig utvalgte kildesteder 26i (ikke vist i figur 9). Det resulterende sett av datasignaler fra ko-lokerte mottakere, 40, 42, 44 og mottaker 43 (en hydrofon) kan formatteres som felles-trase-bølgefelt-samlinger av langs-linje xi' , tverslinje yi', vertikal zi1 og trykk pi<1>-data. Dataene legges inn som en multidimensjonal ordnet array inn i en matrise, som for eksempel et regnemaskinminne 80. For en gitt felles-trase-bølgefeltsamling leses data ut fra matrisen 80 og introduseres til Fourier-transform subrutingen 84 for transformering fra tidsdomenet til frekvensdomenet. Ved 86 velges et sett av datasignaler Xi' (co) , yi' (co) , Zi' (co) . De utvalgte signalene løses som radialvektorer ved hjelp av ligningene (10) og (11) og normaliseres for sfærisk divergens som påkrevet. Ved 88 velges et datasubsett hvorpå en minstekvadrats-summering utføres i henhold til ligning (14). Datasubsettet omfatter data fra nær-offset hi omfattet forhåndsbestemte tidsvinduer som for eksempel 1,0 sekunder fra første-ankomst som tidligere forklart. Tverslinje- koblingskoef f isientene cy(C0) og vy(co) løses i trinn (90). Ved bruk av tverslinje-koblingskoeffisientene fra trinn 90 beregnes den oppløste korrigerte tverslinjeresponsen y(co) i trinn 92 for alle skudd ved hjelp av ligning (15).

Det gjenstår så å korrigere vertikalresponsen. Startet ved mottaket av den korrigerte tverslinjeresponsen y(co) ut fra trinn 92, ekstraherer datavelgeren 94 råverdiene for zi1 (co) fra matrisen 80 via subrutinen 84. Ved hjelp av operasjonen indikert ved ligning (15.2) utføres minstekvadrats-summasjonen over det tidligere definerte datasubsettet ved trinn 96. Den første av to koblingskoef f isienter cz(co) løses i trinn 98. Ved hjelp av denne parameteren beregnes vertikalresponsen zi" (co) ved trinn 199 ved bruk av ligning (15.3).

Vertikalresponsen zi" (co) sendes inn til datavelgeren 102 og forårsaker velgeren 102 å ekstraherePi(co) fra matrisen 80 via subrutinen 84. Ved å benytte pi(CO), Zi" (co) og det tidligere definerte datasubsettet utføres summeringen indikert ved ligning (23) i trinn 104. Den andre av to koblingskoeffisienter vz(co) kan deretter løses ved trinn 106. Den korrigerte vertikalbeskrivelsen z(co) kan beregnes ved trinn 108 ved alle skudd- og mottakerkombinasjoner bed å benytte ligning (24).

De korrigerte tverslinj eresponsene y(co) og den korrigerte vertikalresponsen z(co) blir invers-transformert fra frekvensdomenet tilbake til tidsdomenet ved trinn 110. Ved dette punktet kan, de korrigerte parametrene yi og Zi, som sammen med Xi som etter den innledende antagelsen ikke behøver noen koblingskorreksjon, vises ved 112 som i figur 8, modellert eller på annen måte prosessert som krevet ved utforsknings-prosjektets behov. Bryteren (svitsjen) 116 forårsaker porgrammet å iterere gjennom en annen fellestrasesamling via mottakerselektoren 118 inntil alle ønskede kombinasjoner av skudd og mottakere har blitt prosessert. Det bør bemerkes at svitsjen 116 like gjerne kunne ha vært satt inn mellom trinnene 110 og 112 dersom dette skulle være ønskelig.

Denne oppfinnelsen har blitt beskrevet med en viss grad av spesifisitet ved eksempel men ikke som en begrensning. For eksempel er det slik at selv om NMO ikke har blitt inkludert, kan slike korrigeringer inkluderes dersom dette er ønsket. Begrensningene som er pålagt for å definere nær-offset og tidsvinduet kan revideres for å tilpasses spesifikke undersøkelsesområder. Fremgangsmåten har blitt forklart med hensyn til det generiske begrepet felles-trasesamlinger. Fremgangsmåten som her beskrevet kan lett modifiseres for anvendelse på tørr landbasert seismisk utforskning ved å ignorere beregningene som krever nærvær av en trykksensor.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for prosessering av seismisk informasjon,karakterisert ved: a) mottagelse av en mengde multikomponent-seismiske signaler fra tilsvarende multikomponent mottakere etter lydpålegging fra en mengde av kildesteder, hvor signalene er formattert i tidsdomenet som felles-trasesamlinger av langslinje-, tverslinje-, vertikal- og trykksignalkomponenter; b) transformering av de respektive samlingene fra tidsdomenet til frekvensdomenet; c) generering av tverslinje- og vertikalkoblingskoeffisi-enter for hver frekvens av interesse, ved minimalisering i minstekvadrats forstand, av summen av et utvalgt subsett av langslinje-, tverslinje og vertikalsignalkomponentene; d) bruk av således genererte tverslinje- og vertikalkoblingskoef fisienter ved å beregne korrigerte tverslinje-responser for alle gangtider og skudd; e) generering av andre tverslinje-koblingskoeffisienter, for hver frekvens av interesse, ved minimalisering i minstekvadrats forstand, av summen av et subsett av de vertikale signalkomponentene og de korrigerte tverslinje-responsene; f) bruk av de andre tverslinje-koblingskoeffisientene til beregning av delvis korrigerte vertikalresponser for alle gangtider, skudd og mottakere; g) generering av en andre vertikal koblingskoeffisient, for alle frekvenser av interesse, ved minimalisering i minstekva-dratsforstand, av et subsett av delvis korrigerte vertikalres-pons- og trykksignalkomponenter; h) bruk av den andre vertikale koblingskoeffisienten til å beregne de fullt korrigerte vertikalresponsene for alle gangtider, skudd og mottakere; i) transformasjon av langslinje, korrigert tverslinje, korrigert vertikal og trykk -signalkomponenter fra frekvensdomenet til tidsdomenet; og j) lagring av de således transformerte signalkomponentene for bruk i videre prosessering for å vise en modell av et volum av jordens undergrunn.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der den omfatter at subsettene er utvalgt i form av forhåndsvalgt avstandsspenn og asimut for et kildested i forhold til et foretrukket mottakersted.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1 eller 2, der den omfatter gjentagelse av trinnene (a) til (i) for alle kombinasjoner av multikomponentmottakere og kildesteder før eksekveringen av trinn (j).

4. Fremgangsmåte ifølge ett av kravene 1, 2 eller 3,der den, før trinn (b), normaliserer langslinje- tverslinje- og vertikalsignalkomponenter fra de felles trasesamlingene for sfærisk divergens.

5. Framgangsmåte ifølge krav 4, der trinnene (c) og (d) eksekveres ved hjelp av formelen for å minimalisere tvers1inje-horisonta1energien:

for å gi tverslinje- og vertikalkoblingskoef f isientene cy(co) og vy(co) og, for hver frekvens av interesse, å gi den korrigerte tvers 1 inje-komponent y(co) fra

under eksekvering av trinn (e) ved bruk av formelen

og løsning av den andre tverslinje-koblingskoef f isienten cz(co) fra

og bestemmelse av de delvis korrigerte vertikalresponsene z " (co) fra

minimalisering ved trinn (g) av summeringen i forholdet

for å løse den andre vertikalresponskoeffisienten vz(co);,og bestemmelse av den fullt korrigerte vertikalresponsen z(co) fra

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1, der subsettene velges fra innenfor et forhåndsvalgt tidsvindu for traser fra nær-offset.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, der flerkomponent-signalene utledes fra en mengde multikomponent-mottakerenheter etter lydpåleggingen ved en mengde kilder fra forskjellige kildesteder.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, der hver multikomponent-mottakerenhet omfatter tre mottakere som er polarisert langs tre gjensidig ortogonale romlige akser og en upolarisert mottaker.