NO333124B1 - Seismisk datainnsamling og fremgangsmate for romlig filtrering av seismiske data - Google Patents

Abstract

Fremgangsmåte for å samle inn og å behandle seismiske data omfattende utplassering av et antall seismiske sensorer, aktivisering av en seismisk kilde, å motta seismiske signaler produsert av den seismiske kilden ved bruk av de seismiske sensorene, å beregne offsetavstander (44) mellom den seismiske kilden og de seismiske sensorene, og (42) å produsere romlig filtrerte seismiske data fra de mottatte seismiske signalene. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan benyttes effektivt med mottagerkjeder som har et fotavtrykk med mindre areal og færre sensorer pr. mottagerstasjonsposisjon enn konvensjonelle seismiske datainnsamlingssystemer. Det tillater også at ground roll og tilfeldig støy dempes effektivt mens de seismiske data resamples romlig eller forberedes for romlig resampling.

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for innsamling og behandling av seismiske data og spesielt en fremgangsmåte for å samle inn og behandle seismiske data som produserer romlig filtrerte seismiske data ved bruk av beregnede offsetavstander.

Seismiske data samles inn for å analysere områder under jorden, og samles spesielt inn i forbindelse med leting etter hydrokarboner og produksjonsaktiviteter.

Seismiske data for å analysere underjordiske strukturer kan innsamles på land eller over vann. For å få tak i seismiske data benyttes en akustisk kilde som typisk består av eksplosiver eller en seismisk vibrator på land eller en impuls av komprimert luft til sjøs. De akustiske seismiske datasignaler reflektert av de forskjellige geologiske lag under jordoverflaten er kjent som traser og registreres av et stort antall, typisk flere hundre eller tusen, sensorer slik som geofoner på land eller hydrofoner til sjøs. De reflekterte signalene registreres og resultatene analyseres for å frembringe en indikasjon på geologien under overflaten. Slike indikasjoner kan så benyttes for å danne en antagelse om sannsynligheten og plasseringen av potensielle hydrokarbonforekomster.

Seismiske undersøkelser gjennomføres generelt ved bruk av én eller flere mottagerlinjer med et flertall av mottagerstasjonsposisjoner fordelt jevnt langs sine lengder. I en todimensjonal (2D) undersøkelse, benyttes en enkelt mottagerlinje og den akustiske kilden er typisk posisjonert ved forskjellige punkter in-line med mottagerlinjen. I en tredimensjonal (3D) undersøkelse, benyttes det typisk et flertall av parallelle mottagerlinjer og den akustiske kilden er generelt posisjonert ved forskjellige punkter forskjøvet fra mottagerlinjene. Mens en 2D seismisk undersøkelse bare kan skape en tverrsnittsrepresentasjon av det underjordiske området, kan en 3D seismisk undersøkelse benyttes for å utvikle en tredimensjonal representasjon av det underjordiske området.

Konvensjonelle seismiske datainnsamlingssystemer benytter en mottagerkjede ved hver mottagerstasjonsposisjon. Alle sensorene i en konvensjonell mottagerkjede er koblet sammen (elektrisk "hardwired") og mottagerkjeden gir en enkelt trase som output ved den aktuelle mottagerstasjonsposisjonen som sensorene er plassert omkring. Konvensjonelle hardwired mottagerkjeder utfører to viktige funksjoner når de innsamler seismiske data.

Først demper mottagerkj edene ground roll støy. Ground roll er en del av den akustiske energien produsert av den akustiske kilden som ikke transmitteres nedover mot de underjordiske formasjonene, men isteden forplanter seg horisontalt langs jordens overflate. Denne delen av det seismiske signalet forplanter seg med Rayleigh-bølgehastighet, som typisk er mye langsommere enn hastigheten til trykkbølgene som transmitteres mot de underjordiske formasjonene. Selv om trykkbølgene typisk beveger seg mye raskere enn ground roll bølgen, må trykkbølgen tilbakelegge en mye lengre avstand enn ground roll bølgen, og trykkbølgen og ground roll bølgen ankommer ofte samtidig ved en seismisk sensor for en andel av den seismiske dataregistreringen. På grunn av at ground roll bølgen typisk ikke inneholder noen informasjon angående den underjordiske biologiske strukturen som undersøkes, må den dempes (dvs. fjernes) i størst mulig grad, før de seismiske dataene benyttes for å produsere kart over det underjordiske området.

En konvensjonell tilnærming til problemet med ground roll undertrykking i seismisk databehandling er å benytte mottagerkjeder under datainnsamlingen og deretter å stable sammen (dvs. kombinere/samle/addere) de seismiske datasignalene som oppnås fra hver av sensorene i mottagerkjeden. Ground roll er generelt ansett å være en dominerende støykilde og effektiv fjerning av ground roll signalet forbedrer ofte kvaliteten til den underjordiske avbildningen som oppnås fra den seismiske undersøkelsen vesentlig. Dagens seismiske datainnsamlingssystemer benytter typisk mottagerkjeder hvis romlige utstrekning er slik at støybølgene med bølgelengder opptil 1,4 ganger sensormønsterlengden dempes.

En annen grunn til at mottagerkjeder benyttes ved konvensjonelle seismiske datainnsamlingssystemer er å dempe tilfeldig støy. Ved å gjøre mange målinger av den seismiske responsen ved en gitt mottagergruppeposisjon ved bruk av forskjellige sensorer, kan tilfeldig støy dempes ved å kombinere registreringene fra de forskjellige sensorene. Ofte benyttes mer enn 20 sensorer for å utgjøre mottagerkjeden ved en gitt mottagerstasjonsposisjon. For en gruppe på 24 geofoner ved en mottagerstasjon, vil signal/støyforholdet til den stablede utgangstrasen typisk øke med 14 dB sammenlignet med registreringene for hver av de individuelle sensorene. Dersom bare 5 geofoner ble benyttet ved mottagerstasjonen, vil signal/støyforholdet typisk økes med bare omkring 7 dB sammenlignet med registreringene for hver av de individuelle sensorene.

Bruken av konvensjonelle sammenkoblede mottagerkjeder har imidlertid noen distinkte ulemper, både fra et geofysisk synspunkt og fra et økonomisk synspunkt. Deres bruk fører til en romlig utsmøringseffekt: responsen ved en gitt motagerstasjonsposisjon er summen av de individuelle sensorene som er romlig adskilt i mottagerkjeden ved den posisjonen. Det er også en trend innen industrien mot mindre bin-størrelser. Standard bin-størrelsen 50x50 meter vil sannsynligvis reduseres i mange tilfeller til 40x40 meter eller 30x30 meter, f.eks., for å overkomme romlig aliasingproblemer og for å øke oppløsningen. Som et eksempel kreves høy oppløsning for reservoarovervåkning for å fremskaffe 3D-impedanskart over reservoaret. Dette konseptet med mindre bin-størrelser kompromitteres av den romlige utsmøringseffekten introdusert av konvensjonelle mottagerkjeder. Bruken av mindre sensormønsterlengder begrenser også bølgelengdene til ground roll som kan dempes ved stabling av de seismiske responsene mottatt ved hver av sensorene.

Kostnadene assosiert med konvensjonelle sammenkoblede mottagerkjeder er også problematiske. Konvensjonelle sammenkoblede mottagerkjeder er dyre å fremstille og å vedlikeholde på grunn av det store antallet av sensorer som er nødvendig for hver mottagerstasjon og lengdene til de elektriske kablene som er nødvendig for å tillate sensorene å være spredt ut ved mottagerstasjonsposisjonen for å danne mottagerkjeden. Enda mer signifikant er kostnadene ved å utnytte disse systemene i felten, spesielt kostnadene ved å utplassere sensorene i de ekstremt vanskelig tilgjengelige områdene hvor seismiske undersøkelser ofte gjennomføres, slik som sumper, jungler og skoger.

US 4628492 beskriver en fremgangsmåte for å unngå aliasing i r-p-transformasjon av seismiske data. Fremgangsmåten benytter identifisering av frekvenskomponenter av dataene som har sannsynlighet for å bli aliaset under korrelative summeringstrinn og fjerning av slike fra dataene før de summeres.

GB 2082771 angår geofysiske operasjoner som omfatter filtrering av seismiske registreringer ved å vekte alle prøvene i lukkede frekvensområder med vekting avhengig av signal og støy. Det oppnås da en seismisk registrering med en forbedret representasjon av jordformasjonen.

GB 2256048 beskriver korrigering av avvik for tauede streamere ved interpoleringsprosesser og båndbegrensning.

Det er et formål for foreliggende oppfinnelse å fremskaffe en forbedret metode for å samle inn og behandle seismiske data som eliminerer mange av ulempene ved konvensjonelle seismiske datainnsamlingssystemer som benytter sammenkoblede mottagersteder for å dempe ground roll og tilfeldig støy.

Formålet ved den foreliggende oppfinnelse oppnås ved hjelp av trekkene i patentkravene.

En fordel ved foreliggende oppfinnelse er at separasjonen av refleksjonsenergien og ground roll energien i et F-K domene kan opprettholdes for store tverrlinje offsets i 3D seismiske undersøkelser.

En annen fordel ved den foreliggende oppfinnelse er at den kan benyttes for effektivt å filtrere seismiske data som oppnås ved bruk av varierende seismiske sensorarrangementer, inkludert skjeve mottagerlinjer og ikke-uniformt fordelte mottagerstasj on sposi sj oner.

En videre fordel ved foreliggende oppfinnelse er at ground roll og tilfeldig støy effektivt kan dempes når de seismiske dataene romlig resamples eller forberedes for resampling.

Den foreliggende oppfinnelse kan også benyttes effektivt med sensorarrangementer som har mindre tverrlinje areal fotavtrykk og færre sensorer pr. mottagerstasjonsposisjon enn konvensjonelle seismiske datainnsamlingssystemer.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er det fremskaffet en fremgangsmåte for innsamling og behandling av seismiske data, hvor fremgangsmåten omfatter trinnene å utplassere et flertall av seismiske sensorer, å aktivisere en seismisk kilde, å motta seismiske signaler produsert av den seismiske kilden ved bruk av seismiske sensorer, å beregne offsetavstander mellom den seismiske kilden og de seismiske sensorene, og å produsere, i et offset-koordinatsystem, romlig filtrerte seismiske data ved bruk av de mottatte seismiske signalene og de beregnede offsetavstander.

Ved en foretrukket utførelse filtreres de seismiske dataene romlig ved bruk av et frekvensuavhengig bølgetallfilter og området av passbåndbølgetall som benyttes er direkte relatert til den anti-alias romlige resampling av de seismiske data. Bruken av en slik metode kan produsere ground roll og tilfeldig støydempende utgangstraser som er praktisk talt uten romlige aliaser.

Ved denne utførelsen er området av bølgetall i de seismiske data begrenset av romlig folding av de seismiske data i tidsdomenet med et bølgetallfilter med formel:

hvor området av bølgetall i de seismiske data er begrenset til - ko<k<ko og q er den reduserte offsetsensorkoordinat med fortegn.

Filteret som benyttes kan avkortes ved å begrense området av verdier til 2koq til 2 eller 3 for eksempel, for å unngå for store filterlengder. Et filter som gir de mest optimale resultatene for den gitte filterlengden kan så bestemmes.

Også ved denne utførelsen er bølgetall spekteret for de seismiske data begrenset under datainnsamlingsfasen av den seismiske undersøkelsen og den resterende delen av ground roll energien i de seismiske data kan fjernes ved frekvensavhengig bølgetallfiltrering ved senere databehandling.

Ytterligere foretrukne trekk ved foreliggende oppfinnelse er beskrevet i de uselvstendige krav.

Foreliggende oppfinnelse vil nå beskrives i form av et eksempel under henvisning til de vedlagte tegninger, hvor: fig. 1 viser en del av et seismisk datainnsamlingssystem;

fig. 2 viser sensorposisjonsplassering for det seismiske datainnsamlingssystemet;

fig. 3 viser hvordan reduserte offsetkoordinater med fortegn kan beregnes;

fig. 4 og 5 sammenligner F-K spektra oppnådd for syntetisk ground roll energi med hensyn på mottagerkoordinater og reduserte offsetkoordinater, respektive;

fig. 6 viser F-K spektra for eksempler på seismiske data og hvordan ground roll og tilfeldig støyenergi kan dempes ved bruk av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen; og

fig. 7 er en svært forenklet skjematisk fremstilling av et eksempel på en hardware implementasjon av oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en seismisk kilde 10 og deler av to mottagerlinjer 12 som danner deler av en større mottagerkjede i et seismisk datainnsamlingssystem. Mottagerkjeden benyttes for å måle de seismiske signalene som produseres når en akustisk puls fra den seismiske kilden 10 reflekteres av de geologiske underjordiske lagene mellom kilden og sensorene som utgjør mottagerkjeden. Mottagerlinjene 12 har et flertall av mottagerstasjonsposisjoner 14 posisjonert langs sine lengder. Ved en typisk seismisk undersøkelse kan mottagerkjeden omfatte seks mottagerlinjer med nittiseks mottagerstasjonsposisjoner pr. mottagerlinje. Det vil typisk være flere enkle seismiske sensorer plassert nær hver mottagerstasjonsposisjon, som vil diskuteres i større detalj under. Mottagerlinjene 12 kan være skilt fra hverandre med et intervall å 300 meter og det kan være 50 meter mellom hver av mottager stasjonene 14 posisjonert langs mottagerlinjene. Den seismiske kilden 10 kan utløses ved punkter som er femti meter fra hverandre, slik at det dannes kildelinjer spredt 300 meter fra hverandre (idet kildelinjene er perpendikulære til mottagerlinjene). Seks kildepunkter pr. salve vil hver registreres på seks linjer med nittiseks stasjoner. Det er en én-linjerull for å opprettholde homogenitet. Dette gir en nominell fjuefirefolddekning av undersøkelsesområdet.

Et nærbilde av en del av fig. 1 identifisert som seksjon A er forstørret og vist i fig. 2.

Fig. 2 representerer sensorposisjonsplassering som kan benyttes i det seismiske datainnsamlingssystemet. I Fig. 2 danner fem lineært opplinjede sensorer 16 en sensorkjede 18 ved hver av mottagerstasjonsposisjonene 14 og det er en uniform avstand mellom hver av sensorene. Dette refereres til generelt som en uniform samplingsmottagergeometri. Den uniforme samplingsgeometrien kan forenkle etterfølgende behandling av data innsamlet av denne type seismisk datainnsamlingssystem. Betegnelsen "sensorkjede" i denne sammenhengen refererer til arealutplasseringen av de individuelle sensorene og impliserer ikke at sensorene 16 er elektrisk sammenkoblet.

Formålet med sensorene 16 er å oppnå den seismiske responsen ved mottagerstasjonsposisjonen 14 så nøyaktig som mulig. De seismiske responsene fra hver av mottagerstasjonene 14 på mottagerlinjene 12 benyttes for å forberede kart av det underjordiske og å anslå sannsynligheten og posisjonen for potensielle hydrokarbonforekomster.

Andre typer sensorposisjonsutplassering kan også benyttes, inkludert bruk av enkeltsensorer ved hver mottagerstasj on eller å begrense antallet sensorer ved hver stasjon til tre og enten å posisjonere sensorene på linje (in-line) langs mottagerlinjen eller å posisjonere sensorene som en likebenet rett triangel med én av de felles lengdesidene posisjonert langs mottagerlinjen. Sensorer som måler mer enn én type seismisk respons, slik som 3C geofoner, kan også benyttes med fremgangsmåten for seismisk datainnsamling og behandling ifølge oppfinnelsen. Det er ønskelig fra et kostnads synspunkt, å redusere antall sensorer 16 pr. mottagerstasj on 14 til det minste antallet som fortsatt er i stand til effektivt å måle den seismiske responsen ved mottagerstasjonsposisjonen (dvs. å oppnå seismiske data med et tilstrekkelig signal-støyforhold). Tester utført på vegne av søkeren for foreliggende oppfinnelse har bekreftet at det er mulig å oppnå svært gode seismiske datakvaliteter samtidig som antallet individuelle sensorer 16 pr. mottagerstasj on 14 reduseres med en faktor på fire eller fem og samtidig begrense tverrlinjeromlig utstrekning av mottagerkjeden dannet av sensorene sammenlignet med konvensjonelle mottagerkjeder.

Dersom de seismiske signalene mottatt av sensorene 16 ved en gitt mottagerstasj on 14 simpelthen stables sammen, vil ikke den begrensede tverrlinjeromlige utstrekning av mottagerkjeden dannet av sensorene i det seismiske datainnsamlingssystemet tillate at ground roll støy effektivt dempes og det begrensede antallet sensorer vil ikke øke signal/støy-forholdet for det mottatte seismiske signalet tilstrekkelig.

En teknikk for å dempe ground roll og å øke signal/støy-forholdet i 2D seismiske data er å romlig filtrere de seismiske data i frekvensbølgetall (F-K) domenet. Bølgetallet er definert som likt det resiproke av den tilsynelatende bølgelengden (frekvensen delt på den tilsynelatende hastigheten). I F-K domenet avbildes forskjellige typer seismisk energi inn i forskjellige områder. Ground roll støy, som i et 2D innsamlingsmiljø beveger seg på linje, har en tilsynelatende hastighet (målt langs mottagerlinjen) som tilsvarer forplantningshastigheten, og typisk varierer mellom 200 m/s og 1000 m/s. Refleksjoner, som ankommer nesten vertikalt ved sensorene, har en tilsynelatende hastighet som vanligvis overskrider 3000 m/s.

Nøyaktige F-K plottinger kan kun oppnås og effektive F-K-filtre kan imidlertid kun anvendes dersom dataene samples tett nok til å hindre romlig aliasing; dvs. minst to sampler pr. tilsynelatende bølgelengde er nødvendig for alias-frie registreringer. Dersom denne betingelsen ikke oppfylles, forekommer wrap-arounds, som indikerer at energien av høyere bølgetall avbildes ukorrekt ved lavere bølgetall. Denne aliaseffekten forvrenger F-K resultatet alvorlig. I praksis betyr betingelsen for aliasfrie data at for å oppnå pålitelige F-K spektra, må individuelle sensordata innsamles ved en romlig samplingrate med høy tetthet.

For at denne utførelsen av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skal virke optimalt, bør ground roll delen av de seismiske data samples romlig ved to eller flere punkter pr. offset-bølgelengde. Mens fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er i stand til å dempe ground roll støy med moderat alias (hvor det er mindre enn to punkter pr. offset-bølgelengde) skikkelig, vil denne aliasede ground roll energien dempes skikkelig bare når den har blitt foldet rundt (i F-K domenet) til bølgetall som er utenfor de bestemte cut-off-bølgetall diskutert under. Et maksimalt romlig inkrement mellom sensorene på 5-10 meter (i offsetavstandsdomenet) er typisk ønskelig.

Filtrering og analyse av seismiske data i F-K domenet har blitt benyttet for 2D seismiske data, typisk ved å bruke en 2D FFT-beregning, et F-K-filter, og en invers 2D FFT-beregning. Dette krever typisk at sensorene er plassert ved uniforme intervallavstander vekk fra kilden. Dersom de seismiske signalene fra hver av sensorene i en 3D seismisk undersøkelse er bølgetall filtrert i mottagerkoordinatdomenet (som normalt vil gjøres under en 2D seismisk undersøkelse), går refleksjonsenergien og ground roll energien uklart over i hverandre, spesielt for store tverrlinje skudd offset. Sensorene i en 3D seismisk undersøkelse er også typisk utplassert ved regelmessige posisjoner langs mottagerlinjen, som produserer uregelmessige offsetavstander, spesielt med hensyn på en kilde som er vesentlig offset fra mottagerlinjen. Offsetavstander mellom kilden og sensorene er ikke rutinemessig beregnet i løpet av 3D seismiske undersøkelser.

Fig. 3 viser hvordan et koordinatsystem basert på offsetavstander beregnes fra posisjonen til kilden 10 og posisjonen til sensorene 16 som er nyttige ved bølgetallfiltrering av de seismiske responsene mottatt fra sensorene. Fra posisjonene til kilden 10 og koordinatene til mottagerlinjen 12, bestemmes punktet 20 på mottagerlinjen 12 som er nærmest kilden 10 (x = 0) og avstanden mellom kilden og mottagerlinjen (merket "r" i fig. 4). Offsetkoordinatene kan så tilegnes hver av sensorene 16 som følger: bestem offsetavstanden mellom kilden 10 og sensoren 16 (merket "p" i fig. 4), subtraher fra offsetavstanden "p" avstanden "r" mellom kilden og mottagerlinjen (resultatet er merket "q" i fig. 4), til den differansen "q" en positiv verdi dersom den er plassert på én side av punktet 20 (dvs. positive x-verdier) og tildel den en negativ verdi dersom den er plassert på den andre siden av punktet 20 (dvs. negative x-verdier). Det spiller ingen rolle hvilken side som angis som den positive side eller den negative side. I det tilfellet at et asymmetrisk filter benyttes, er det imidlertid viktig at tegntildelingsmetoden anvendes konsekvens over hele datasettet.

En sensor 16 merket som første sensor 22 i fig. 3, offset fra kilden 10 med avstandP22>er plassert til venstre for punktet 20 og har derfor blitt tildelt en redusert offset-koordinatverdi med fortegn på negativ q22-Tilsvarende er en sensor 16 merket som andre sensor 24, offset fra kilden 10 med avstandP24, plassert til høyre for punktet 20 og har derfor blitt tildelt en redusert offset-koordinatverdi med fortegn på positiv q24. Dersom kilden 10 er plassert ekvidistant fra endene av mottagerlinjen 12, vil de reduserte offset-koordinatverdi ene, ved bruk av dette systemet, gå kontinuerlig fra minus den maksimale reduserte offset til pluss den maksimale reduserte offset. Hvis ikke vil, for beregningsmessig enkelthet, de seismiske data først sorteres (rangert etter økende offset), filtreres, og så sorteres tilbake etter filtrering.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen krever ikke at sensorene 16 er posisjonert langs en linje som går nøyaktig gjennom sensorene. Faktisk er det usannsynlig at en slik plassering av sensorene 16 noen gang skjer under feltforhold. Alt som kreves er å ha sensorene 16 posisjonert noenlunde nær en beste tilpassede linje (best-fit line) posisjonert i hovedsak parallelt med mottagerlinjen 12 og å posisjonere sensorene nær nok i offsetavstanddomene til å tilfredsstille romlig anti-aliasing-kriteriene beskrevet over.

Mens det å tillate at bølgetallspektrumrestriksjonene varierer med frekvensen (et "F-K" filter) resulterer i bedre ground roll demping (fordi det er bedre for fjerning av lavfrekvent ground roll energi), foretrekkes bruken av et frekvensuavhengig bølgetallspektrumrestriksjonsfilter (et "K"-filter) under datainnsamlingsfasen av den seismiske undersøkelsen av to grunner. For det første er K-filteret direkte forbundet med anti-aliasing-betingelsen for romlig sampling, og således til datainnsamling/dataresampling-prosessen. For det andre er F-K-filtrering ofte bedre brukt som et etterfølgende behandlingsverktøy. Det er beregningsintensivt og krever noe testing for å optimere parameterne. Anvendelse av et egnet K-filter rett etter registrering av dataene gir et datasett som er praktisk talt fri for romlig aliasing, og som kan utsettes for F-K-filtrering under senere seismisk databehandling for å fjerne den resterende delen av ground roll energien i de seismiske dataene. I noen tilfeller kan et egnet F-K-filter utledes og benyttes i felten. Dette kan resultere i innsamling av feltdata som er praktisk talt fri for romlige alising og ground roll støy.

Selv om det ville være mulig å anvende K-filteret ved å transformere de seismiske data til F-K domenet og deretter multiplisere dataene med en blokkfunksjon, unngås i praksis ofte F-K transformasjoner fordi transformasjonen er en heller CPU-intensiv applikasjon. Det vil også være fordelaktig å utnytte det faktum at K-filteret er frekvensuavhengig. Derfor er det mye mer effektivt å anvende K-filteret som en holding i offset-tid domenet.

Dersom de registrerte data skrives som g( q), så kan de seismiske datasignalene som en funksjon av offsetbølgetallet k skrives som:

Nå defineres et bølgetall-spektrumbegrensende filter F(k) som tillater kun data som har bølgetall i området - ko<k<ko å passere:

bølgetallfilteret i offsetdomenet er da lik: hvor sinc-funksjonen er definert som

I praksis kan sinc-funksjonen forkortes for å unngå unødig filterlengde. De reduserte filtrene kan f.eks. kun inneholde y-verdier opptil en verdi på 2-3. Et filter som gir de mest optimale resultatene for den gitte filterlengden kan så bestemmes. MATL AB-rutiner kan benyttes f.eks. for å beregne FIR-filtre av spesifisert lengde som forkorter sinc-funksjonen ved å minimere minste kvadrater feilen. De optimerte forkortede filtrene kan utledes i felten, etter observering av resultatene som oppnås når disse filtrene anvendes på faktiske seismiske data innsamlet i det seismiske undersøkelsesområdet. Denne typen filter virker som romlig filter, som tillater at de seismiske dataene blir tilstrekkelig romlig anti-alisaset.

De filtrerte data s(q), dvs. de romlig filtrerte seismiske data, i offset-domenet er en romlig folding av de rå data g(q) med filteret f(q):

Siden, ved kantene av datavolumet, ikke alle filterkoefifsientene benyttes i foldingen, er det sikret at filterstyrken er den samme for alle output punkter ved normalisering av filterkoeffisientene med arealet Jf(q)dq. I tillegg kan kanteffektene reduseres ved anvendelse av ensidige filtre ved kantene.

Dette filteret er spesielt egnet for de såkalte uniforme samplingsgeometrier. Disse geometriene er mottagere posisjonert langs en rett linje ved regelmessige intervaller på - typisk - mellom 2 og 20 meter. For 2D geometrier (dvs. kilden in-line med mottagerlinjen), kan K-filteret implementeres svært effektivt (diskret folding via en fast summeringsprosess) fordi samplingen i offset er regulær for denne typen geometri.

For 3D geometrier, eller for 2D geometrier som avviker fra den perfekte uniforme samplingsgeometrien, må foldingsintegralet diskutert over beregnes via en diskret integrasjonsrutine. Filteret f(q) er typisk forhåndsberegnet for et tilstrekkelig stort offsetområde, ved regelmessig adskilte intervaller. Datapunktene korresponderer alle med en gitt offset; hvor offsetsamplingen av de seismiske signalene i hovedsak er irregulær. Da kan, for hvert output punkt s(q), integralet beregnes som følger:

• beregn alle offset q' assosiert med mottagerposisjonene

• bestem filterkoeffisientene f(q-q') for den gitte q-verdien, for alle verdier av q' • beregn integralet ved å summere produktet av mottager outputene, filterkoeffisientene, og det (varierende) offsetsamplingsintervallet dq'

Prosessen gjøres normalt for hvert tidssampel. Ytterligere metoder kan benyttes for å forbedre ytelsen til algoritmen. F.eks. trenger ikke integrasjonen nødvendigvis å utføres ved bruk av alle datapunktene. Alt som kreves er en viss integrasjonsnøyaktighet. Integralet kan beregnes ved bruk av konvensjonelle matematiske integrasjonsrutiner. I integrasjon er trinnstørrelsen av særlig viktighet. For vår spesielle applikasjon, er minimums integrasjonstrinnstørrelsen bestemt av offsetinkrementet. For geometrien vist i fig. 2, er offsetinkrementet gitt av:

siden hvor likhetstegnet kun holder for r=0 (dvs. en 2D konfigurasjon), så er

Det vil si offsetsampl ingen er alltid finere enn geofon- (dvs. sensor 16) avstanden i in-line retningen. Videre varierer offsetsamplingen langs mottagerlinjen. Som et eksempel, se på en tverrlinje shot offset på 1000 meter (r = 1000), og et 5 meter mottagerintervall (Ax = 5); da gir følgende tabell noen offsetinkrementer ved flere posisjoner langs mottagerlinjen.

Det er åpenbart at nær origo er offsetsamplingsinkrementet Ap svært lite; lenger vekk øker det gradvis og går mot geofonenes romlige samplingsintervall Ax asymptotisk som |x|—»oo. Så det romlige foldingsintegralet kan beregnes ved bruk av bare noen få traser rundt origo og ved gradvis å øke antallet datatraser etterhvert som offset øker.

Integrasjonsgrensen er pålagt den begrensning at både filteret og dataene er av endelig lengde. Dersom f.eks. filteret er symmetrisk og strekker seg på hver side til en ko-verdi på 1/(2<*>50)=0,01, skulle filterspennet typisk dekke et offsetområde på 200 eller 300 meter. For å være mer nøyaktig; anta at de filtrerer trasen posisjonert ved en verdi x = 500 meter. Anta at skuddet har en 1000 meter tverrlinje offset, dette korresponderer med en p-verdi på omtrent 1120. Dersom filterspennet (sinc-funksjonverdien) er begrenset til pluss eller minus 671, så er ko ' qmaks= 3. Siden ko = 0,01 , må qmaks— 300 meter, så opptil 300 meter med offsetdifferanse vil være tillatt. Siden p = 1120, er offset fra 820 til 1420 indikert. Siden minimum offset tilsvarer 1000 meter, kan imidlertid i praksis kun offset i området fra 1000-1420 meter benyttes. Dette svarer til en linjelengde på 1010 meter (x mellom 0 og 1010 meter). Legg merke til at for 2D K-filtre (med en null tverrlinje offset for skuddet; r=0), opererer filteret over 300 meter mottagerlinje; slik at, i 3D applikasjoner, flere datapunkter er inkludert i den romlige foldingen. Tilsvarende er kanteffektene for 3D applikasjoner mer alvorlige enn de er for 2D geometrier.

Det bør legges merke til at filteret ikke trenger å være symmetrisk og det kan ha et hvilket som helst cut-off-bølgetall (som generelt vil være tidsavhengig). Filterspennet avhenger også av cut-off-bølgetallet. Produket av kcutog qmaksgår typisk fra 1 til 3 (dvs. de avkortede sinc-funksjonverdiene vil være begrenset til å være mellom pluss/minus 2n og pluss/minus 671, respektive).

Bølgetallfilteret kan samtidig benyttes som et romlig anti-alias filter og for å redusere samplingsfrekvensen for dataene. K-filteret kan benyttes f.eks. for å resample individuelle sensordata fra et svært tett nettverk (typisk 5-10 meter mottageravstand) til en mye grovere output sampling (typisk 25-50 meter motlageravstand). Delte produserer data som er frie for romlig aliasing og derfor vil etterfølgende anvendelse av et F-K-filter på dataene ikke lide under noen aliasingeffekter. Det er også mulig å velge typen output nettverk for de filtrerte data produsert ved bruk av K-filteret. Dataene kan filtreres f.eks. med den originale romlige offsetsampl ing, som er svært sannsynlig at vil være irregulær, eller på et output-nettverk som er regulært samplet i offset. Resampling av dataene til et regulært output-nettverk tillater at dataene lett kan gis som input til andre seismiske databehandlingsprogrammer, slik som FFT og DMO programmer, og kan være nyttig under kvalitetskontrollanalyse.

Det er tre forskjellige muligheter for å definere cut-off-bølgetallet for K-filteret. Den første muligheten består i å tildele en konstant verdi til cut-off-bølgetallet. Den andre muligheten tar hensyn til tidsavhengigheten til cut-off-bølgetallet. I dette tilfellet definerer en tabell med cut-off-bølgetall utviklingen av cut-off-bølgetallet i forhold til tid. Den tredje muligheten er å definere et tidsavhengig cut-off-bølgetall ved bruk av en hastighetsmodell for en dipping lagdelt jord.

En egnet grense for K-filteret ved bruk av denne tredje muligheten kan finnes ved å definere en frekvens f^eep»under hvilken all refleksjonsenergi må bevares. Bølgetallgrensen (kcut= cutoff-bølgetallet) kan da beskrives som følger:

hvor vapp er den tidsavhengige tilsynelatende hastigheten for refleksjonen. For en gitt seismisk begivenhet (reflektor) vil den tilsynelatende hastigheten endres etterhvert som offsetavstandene øker. Den tilsynelatende hastigheten er ved et minimum for den maksimale offsetavstanden (for ikke dipping lag) og denne verdien vil typisk benyttes.

For et dipping lag kan cutoff-bølgetallet finnes ved bruk av uttrykket for tilsynelatende hastighet:

hvor

v = refleksjons RMS (stabling) hastighet

å = kilde-mottager offsetavstand

to = null offset begivenhet ankomsttid

0 = dipping lag inklinasjonsvinkel

Legg merke til at cutoff-bølgetallet er tidsavhengig: stablingshastigheten v vil generelt øke med dybden, slik at cutoff-bølgetallet vil øke med dybden. Dippinglag vil påvirke de tilsynelatende hastighetene til refleksjonsenergien asymmetrisk. Cutoff-bølgetallet vil typisk økes for å bevare refleksjonsenergien som har tilsynelatende hastigheter redusert av dipping-lagene. NMO-korreksjon, såvel som datamuting på grunn av NMO-strekk, vil øke de tilsynelatende hastighetene for refleksjonsenergien. Tilfellet med dippinglag kan enkelt inkluderes i estimatet for cutoff-bølgetallet, forutsatt at et estimat for maksimum dip er tilgjengelig. Kombinering av disse effektene kan fortsatt påvirke en til å anvende en sikkerhetsmargin hvis verdi ligger mellom 1 og 2; med andre ord kan en ønske å øke cutoff-bølgetallet med en faktor et sted mellom 1 og 2 for å ta hensyn til dippingrefleksjonsenergi og/elle diffraksjoner.

De seismiske data skulle ideelt være forbehandlet før de filtreres romlig. Forbehandlingstrinnene kan inkludere initielle statiske korreksjoner (elevasjoner), perturbasjonskorreksjoner, og en NMO-korreksjon ved bruk av en røff hastighetsmodell. NMO-korreksjonen bør fjernes etter anvendelse av det bølgetallbegrensende filter. I tillegg til de tidligere nevnte forbehandlingstrinn, kan en ground roll deteksjonsmetode kjøres for å lokalisere begynnelsen og slutten av ground roll kjeglen. Dermed, dersom hovedformålet med den romlige filtreringen er å eliminere ground roll, trenger denne bare å gjøres i det detekterte ground roll området. Utenfor ground roll området vil det være mulig å anvende en resterende NMO-korreksjon fulgt av gruppedannelse.

Det bør legges merke til at NMO-korreksjon endrer move-out (og dermed den tilsynelatende hastigheten) til ground roll, som følger:

hvor vg angir den originale ground roll hastigheten, vnmoangir NMO-korreksjonshastigheten og vg' angir ground roll hastigheten etter NMO-korreksjon. Som et resultat øker ground roll hastigheten etter NMO, og dermed avtar ground roll dempningen ved K-filteret etterhvert som flere lavere frekvenser passerer udempet. Dets bruk gir imidlertid bedre refleksjonsenergibevaring.

NMO-korreksjonen endrer også frekvensinnholdet i dataene. Frekvensskiftet er gitt av: hvor a er, for ground roll, gitt av

Denne effekten reduserer frekvensinnholdet for ground roll, men er kun signifikant dersom ground roll hastigheten er stor.

Fig. 4 og 5 sammenligner F-K spektraene oppnådd ved analyse av syntetiske seismiske data som bare har ground roll energi med hensyn på mottagerkoordinatsystemet og med hensyn på det reduserte

offsetavstandskoordinatsystemet med fortegn som diskutert over. Bølgetallaksene er plassert langs bunnen av fig. 4 og 5 og frekvensaksene er plassert langs venstre side av fig. 4 og 5.

Den primære ground roll energi på fig. 4 fremkommer som en bred triangelformet vifte 26 som har sin base ved null-frekvens null-bølgetall. Ground roll energien er nesten uniformt smurt utover området inne i viften på grunn av bruken av mottagerkoordinatsystemet. Det er denne smøringen av ground roll energi nær k=0 aksen som hindrer konvensjonell F-K-filtrering fra effektivt å dempe ground roll energi for 3D data.

I fig. 5 har det reduserte offsetavstandskoordinatsystemet med fortegn blitt benyttet, og primær ground roll energi fremkommer som et par smale striper 28 som går fra null-frekvens null-bølgetallpunktet til 20 Hz, +/- 0,05 bølgetallpunktene. Mens en andel av ground roll energien fremkommer mellom disse smale stripene, representerer denne delen en liten fraksjon av den totale ground roll energien. Denne bevaring av posisjon av ground roll energi i F-K domenet ved bruk av beregnede offsetavstander er fundamentalt viktig for en suksessfull implementasjon av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Fig. 6 viser F-K spektraene som oppnås fra eksempel på seismiske data som inneholder både ground roll energi og refleksjonsenergi med hensyn på beregnede offsetavstander. Posisjonen til ground roll energien i F-K domenet er bevart som et par smale striper 28 som vist i fig. 5 over. Refleksjonsenergien 30 forblir sentrert lik k=0 aksen. En frekvensuavhengig bølgetallbegrensende filterpassbåndregion 32 er vist som viser at output data bare vil inneholde data som har absolutte bølgetall mindre enn omtrent 0,033. En frekvensavhengig bølgetallbegrensende filterpassbåndregion 34 er også vist som viser at output data til data bare vil inneholde data som har en tilsynelatende hastighet større enn 600 m/s. Når det frekvensuavhengige bølgetallbegrensende filter og det frekvensavhengige bølgetallbegrensende filter anvendes på de seismiske data, vil ground roll energien og tilfeldig støy som dukker opp på utsiden av disse regionene (dvs. energi som har et absolutt bølgetall større enn 0,033 eller en tilsynelatende hastighet mindre enn 600 m/s) suksessfullt dempes (fjernes fra de seismiske data).

Selv om fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse typisk implementeres ved bruk av egnede programmerte generelle dataprosessorer, er det også mulig å anvende fremgangsmåten som en hardware implementasjon hvor K-filteret og/eller F-K-filteret anvendes for hver sensor i en boks, ved bruk av data fra andre nærliggende sensorer, og ved anvendelse av numerisk integrasjon ved bruk av egnede filterkoeffisienter og de faktiske offsetdata for hver av sensorene.

En annen typisk hardware implementasjon av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er vist i fig. 7.1 denne implementasjonen påtrykkes digitale seismiske datasignaler fra sensoren 16 via en forbehandler 40 til et romlig filter 42, typisk et K-filter. Filteret 40 mottar som ytterligere input offsetavstandssignaler beregnet fra kilde og sensorposisjons input signaler av en beregningsenhet eller prosessor 44, såvel som filterkoeffisienter lagret som en oppslagstabell i en minneenhet 46. De romlig filtrerte datasignalene produsert av filteret 42 tilføres så en hovedprosessor 48 for videre behandling, som kan omfatte videre F-K-filtrering om ønskelig.

Bølgetallspekteret for de seismiske data kan også begrenses senere i behandlingen ved bruk av frekvensavhengig bølgetallfiltrering (et F-K-filter). F-K-filteret er vesentlig mer CPU-intensivt enn K-filteret diskutert over, fordi filteret ikke lenger er frekvensuavhengig. Dermed er det nødvendig å utføre en todimensjonal folding i offset-tidsdomenet; eller ekvivalent er det nødvendig å utføre en multipliksjon i F-K domenet. Typisk anvendes F-K-filteret i frekvensdomenet. I tillegg er filterberegningen en ikke-triviell oppgave som omfatter et nøysomt valg av passbånd og tappelengde. F-K-filteret anvendes også på de seismiske data i den beregnede offsetavstand-koordinatdomene diskutert over. Fordelen ved å anvende F-K-filteret er at det er i stand til nesten fullstendig å fjerne ground roll (selv ground roll energi med lave frekvenser og lav absoluttverdi-bølgetall). Mens K-filteret typisk anvendes på seismiske data over hele tidsregistreringen, er, når F-K-filteret anvendes i forbindelse med fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, F-K-filteret anvendt typisk bare i det begrensede tidsvinduet i hvilket ground roll energi fremkommer i de seismiske data.

F-K-filteret kan anvendes, f.eks., ved å anvende en Fast Fourier Transform (FFT) på det utvalgte tidsvinduet for hver trase; og så for hver frekvenssampling opptil den maksimale frekvensen, utforming av lavpassbølgetallfilter fra kunnskapen om det maksimale cut-off bølgetall, den maksimale frekvens, og frekvenssamplet, ved bruk av K-filteret for hver "redusert offset" ved den originale posisjonen; anvendelse av en invers FFT i det utvalgte tidsvindu for hver trase; og deretter å blande tidsvinduene med filtrerte data, innenfor tidsvinduet hvor F-K-filteret anvendes, og de ufiltrerte data utenfor dette vinduet.

I en annen implementasjon finnes data ved regulære offset ved interpolasjon, filteret anvendes og de filtrerte dataene gjenopprettes til et regulært outputnettverk ved interpolasjon. I nok en annen implementasjon, kombineres K- og F-K-filtrene i en enkelt operasjon.

Mens denne applikasjonen fokuserer på K-filter og F-K-filterutførelser av foreliggende oppfinnelse, vil det forstås at de beskrevne fordeler også kan oppnås ved bruk av andre typer romlige filter, slik som tau-p-filtre.

Claims (22)

1. Fremgangsmåte for innsamling og behandling av seismiske data omfattende trinnene: å utplassere et antall seismiske sensorer (16), å aktivisere en seismisk kilde (10), å motta seismiske signaler produsert av nevnte seismiske kilde (10) ved bruk av nevnte seismiske sensorer (16) og å beregne offsetavstander mellom nevnte seismiske kilde (10) og nevnte seismiske sensorer (16),karakterisert vedat den omfatter trinnet å produsere, i et offset-koordinatsystem, romlig filtrerte seismiske data ved bruk av nevnte mottatte seismiske datasignaler og nevnte beregnede offsetavstander.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert vedat nevnte seismiske sensorer er plassert langs en mottagerlinje (12) og nevnte seismiske kilde (10) er plassert offset fra nevnte mottagerlinje (12).

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, karakterisert vedat nevnte offsetavstander beregnes ved å bestemme avstandene mellom nevnte seismiske kilde (10) og nevnte seismiske sensorer (16) og deretter redusere disse avstandene med avstanden mellom nevnte seismiske kilde (10) og en beste tilpassede rett linje gjennom nevnte seismiske sensorer (16).

4. Fremgangsmåte ifølge krav 3, karakterisert vedat det eksisterer et punkt på nevnte linje nærmest nevnte seismiske kilde og nevnte seismiske sensorer (16) er tildelt positive reduserte offsetavstandsverdier dersom de er plassert på én side av dette punktet og er tildelt negative reduserte offsetavstandsverdier dersom de er plassert på den andre siden av dette punktet.

5. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert vedat nevnte romlig filtrerte seismiske data er produsert ved bruk av et bølgetallfilter, idet i det minste en del av dette er frekvensuavhengig.

6. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert vedat nevnte romlig filtrerte seismiske data produseres ved hjelp av et bølgetallfilter, idet i det minste en del av dette er frekvensavhengig.

7. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert vedat et område av passbåndbølgetall benyttes og dette området er direkte relatert til anti-alias romlig resampling av de mottatte seismiske signalene.

8. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert vedat bølgetallspekteret for de seismiske data er begrense ved romlig folding av de mottatte seismiske signalene med et bølgetallfilter med formen:

hvor passbåndområdet av bølgetall i de seismiske data er begrenset til - ko<k<ko, og hvor q representerer nevnte offsetavstander.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, karakterisert vedat nevnte bølgetallfilter er et avkortet bølgetallfilter med et begrenset tillatt område av verdier for koq.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 8 eler 9, karakterisert vedat nevnte bølgetallfilter beregnes én gang, tett samplet, og lagres som en oppslagstabell.

11. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat nevnte romlige filtrerte seismiske data produseres av maskinvarekomponenter under en datainnsamlingsfase av en seismisk undersøkelse.

12. Fremgangsmåte ifølge ett av de foregående krav, karakterisert vedat nevnte seismiske sensorer (16) er plassert i sensorkjeder ved et flertall av mottagerstasjonsposisjoner (14) langs en mottagerlinje (12) og nevnte romlig filtrerte seismiske data produseres ved bruk av mottatte seismiske signaler fra seismiske sensorer (16) plassert ved et flertall av nevnte mottagerstasjonsposisjoner (14).

13. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert vedat nevnte romlig filtrerte seismiske data produseres ved bruk av et tidsavhengig cut-off bølgetall, hvor nevnte cut-off bølgetall minker over tid etterhvert som korresponderende refleksjonsstablingshastigheter øker, idet dette tillater at refleksjonsenergi bevares i både grunne og dypere områder.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 13, karakterisert vedat nevnte tidsavhengige cut-off bølgetall bestemmes ved bruk av en modell som beregner tilsynelatende refleksjonshastigheter ved bruk av refleksjonsstablingshastigheter og dippinglaginklinasjonsvinkler.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedå utplassere flertallet seismiske sensorer (16) omfatter å utplassere et flertall seismiske sensorer (16) ved en mottagerstasjonsposisjon (14), og hvor å produsere romlig filtrerte seismiske data omfatter å anvende et romlig filter på nevnte seismiske signaler ved bruk av nevnte beregnede offsetavstander for å produsere, i offset-koordinatsystemet, romlig filtrerte seismiske data assosiert med nevnte mottagerstasjonsposisjon (14).

16. Seismisk datainnsamlingssystem for bruk i forbindelse med en seismisk kilde, omfattende: et flertall seismiske sensorer (16), midler (40) for å motta seismiske signaler produsert av nevnte seismiske kilde ved bruk av nevnte seismiske sensorer, midler (44) for å beregne offsetavstander mellom nevnte seismiske kilde og nevnte seismiske sensorer,karakterisert vedat det videre omfatter midler (42) for å produsere,, i et offset-koordinatsystem, romlig filtrerte seismiske data ved bruk av nevnte mottatte seismiske signaler og nevnte beregnede offsetavstander.

17. Seismisk datainnsamlingssystem ifølge krav 16, karakterisert vedat nevnte midler (42) for å produsere romlig filtrerte seismiske data er tilpasset til å begrense i det minste en del av nevnte bølgetallspektrum på en frekvensuavhengig måte.

18. Seismisk datainnsamlingssystem ifølge krav 17, karakterisert vedat nevnte seismiske data har en forskjellig romlig samplingsfrekvens enn nevnte seismiske sensors romlige samplingsfrekvens og nevnte midler (42) for å produsere romlig filtrerte seismiske data er tilpasset for å benytte et område av passbåndbølgetall direkte assosiert med anti-alias romlig resampling av de mottatte seismiske signalene fra nevnte seismiske sensorsamplingsfrekvens til nevnte seismiske datasamplingsfrekvens.

19. Seismisk datainnsamlingssystem ifølge ett av kravene 16-18,karakterisert vedat nevnte seismiske sensorer har irregulær offsetavstand samplingsintervaller og nevnte midler (42)for å produsere romlig filtrerte seismiske data omfatter midler for å produsere seismiske data som har regulær output avstandssamplingsintervaller.

20. Seismisk datainnsamlingssystem ifølge ett av kravene 16-19,karakterisert vedat nevnte midler (42) for å produsere romlig filtrerte seismiske data er tilpasset for å romlig folde nevnte mottatte seismiske signaler med et bølgetallfilter som har blitt beregnet én gang, samplet tett, og lagret i en oppslagstabell (46).

21. Seismisk datainnsamlingssystem ifølge et av kravene 16-20,karakterisert vedat nevnte midler (42) for å produsere romlig filtrerte seismiske data inkluderer hardware komponenter tilpasset til å filtrere nevnte mottatte seismiske signaler ved bruk av nevnte beregnede offsetavstander under en datainnsamlingsfase av en seismisk undersøkelse.

22. Seismisk datainnsamlingssystem ifølge et av kravene 16-21,karakterisert vedat nevnte seismiske sensorer (16) er plassert i sensorkjeder ved et flertall mottagerstasjonsposisjoner (14) langs en mottagerlinje (12) og nevnte midler (42) for å produsere romlig filtrerte seismiske data er tilpasset til mottatte seismiske signaler fra seismiske sensorer (16) plassert ved et flertall av nevnte mottagerstasjonsposisjoner (14).