NO335439B1 - Datastyring ved seismisk akkvirering med bruk av variabelt kompresjonsforhold som funksjon av bakgrunnsstøy - Google Patents

Abstract

En seismisk dataakkvireringsenhet omfatter en dataakkvirerings- og digitaliseringsenhet som mottar et analogt seismisk signal og digitaliserer signalet. Dataakkvirerings- og digitaliseringsenheten akkvirerer også et signal som representerer omgivelsesstøyen under dataakkvirerings- og registreringssyklusen på et tidspunkt når omgivelsesstøyen ikke er maskert av det seismiske signalet. Dataakkvireringsenheten omfatter videre en datakomprimeringsenhet som mottar det digitaliserte signalet fra dataakkvirerings- og digitaliseringskomponenten og komprimerer de digitaliserte dataene, fortrinnsvis med en tapsbeheftet komprimeringsalgoritme. Endelig omfatter dataakkvireringsenheten en datatelemetri- og gjentakeranordning som mottar de komprimerte dataene og sender de komprimerte dataene til en sentralenhet. Dataakkvireringsenheten omfatter fortrinnsvis en datadekomprimeringsenhet. Datadekomprimeringsenheten tar dataene fra datakomprimeringsenheten og dekomprimerer dataene. De dekomprimerte dataene blir deretter sammenliknet med de opprinnelige digitaliserte dataene for å bestemme mengden av støy som følge av komprimeringsprosessen. Komprimeringsstøyen blir sammenliknet med omgivelsesstøyen, og dersom komprimeringsstøyen overstiger et forhåndsdefinert kriterium, blir da komprimeringsforholdet i datakomprimeringsenheten justert for å gi en lavere komprimeringsgrad. Prosessen gjentas inntil mengden komprimeringsstøy, i forhold til omgivelsesstøy, er tilfredsstillende.

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt seismiske undersøkelser, og mer spesifikt et system og en fremgangsmåte for akkvirering av seismiske data i et landbasert system, komprimering av dataene samt overføring av dataene til en sentral mottakerstasjon.

Moderne seismiske teknikker omfatter anvendelse av dataakkvirerings-anordninger tilveiebragt med jevnt mellomrom over en lengde, typisk flere kilometer. Dataakkvireringsanordningene samler inn seismiske signaler fanget opp av én eller flere passende mottakere (hydrofoner eller geofoner) i respons til vibrasjoner sendt inn i grunnen av en seismisk kilde og reflektert tilbake av diskontinuitetene i undergrunnen. Signalene som mottakerne samler inn blir samplet, digitalisert og lagret i et minne før overføring av informasjonen til en sentral styrings- og registreringsfasilitet eller stasjon.

Dataakkvireringsanordningene kan være koplet til den sentrale styrings- og registreringsstasjonen via vanlige kabler eller andre midler som er innrettet for å overføre både styrings- og testsignaler samt de innsamlede seismiske dataene. De forskjellige dataakkvireringsanordningene kontaktes sekvensielt av den sentrale stasjonen, og i respons sender dataakkvireringsanordningene akkvirerte data til den sentrale stasjonen.

Et slikt system er for eksempel beskrevet i US-patentet 4,398,271. De forskjellige akkvireringsanordningene kan være forbundet med den sentrale stasjonen via en kortbølgeforbindelse. Hver av dem er da tilknyttet radioutstyr. De innsamlede dataene kan bli sendt til den sentrale stasjonen i sanntid og samtidig for alle akkvireringsanordningene. Dette krever bruk og derfor tilgjengelighet av et stort antall smalbånd eller bredbånd, kortbølgede overføringskanaler med forskjellige frekvenser.

Overføringen av dataene som er samlet inn av akkvireringsanordningene kan også bli gjort sekvensielt, idet hver av dem i tur sender sine egne data enten direkte til det sentrale laboratoriet eller via andre, mellomliggende akkvirerings-anordninger eller videreføringselementer. Opptaksanordninger blir da anvendt for å lagre de innsamlede dataene under den tiden som er nødvendig for sekvensiell overføring av disse til den sentrale stasjonen. Seismiske dataoverføringssystemer med kortbøigeforbindelser er for eksempel beskrevet i US-patentet 4,583,206.

Etter hvert som nye metoder for å tolke tredimensjonale seismiske data blir mer populære, blir behandlingen av stadig større datavolumer kritisk sammenliknet med akkvirering og prosessering. Tolkning og anvendelse av seismiske data fordrer imidlertid raskere og ikke-sekvensiell, tilfeldig aksess til store datavolumer. I tillegg fører kvantitative tolkninger til et økende behov for full 32-bits representasjon av amplituder, heller enn de 8- eller 16-bits representasjonene som anvendes i de fleste av dagens tolkningssystemer.

Komprimering av seismiske data kan være et betydelig verktøy ved håndtering av disse dataene, men "tapsbeheftede (lossy)" datakomprimerings-teknikker introduserer pr. definisjon feil i de gjenopprettede eller rekonstruerte bildene. Flere problemer vedrørende bildeoppløsningen oppstår ved bruk av de tapsbeheftede wavelet-transformasjon datakomprimeringsalgoritmene som er tilgjengelige i dag. Likevel introduserer wavelet-komprimering mindre støy enn for tiden akseptert trunkeringskomprimering. Det å komprimere små blokker av data, som er nødvendig for tilfeldig aksess, fører til artefakter i dataene, og slike artefakter må fjernes for å oppnå maksimal utnyttelse i dataakkvirerings- og tolkningssystemet.

Anvendelser av wavelet-transformasjon basert datakomprimering for seismisk akkvirering, overføring, lagring og prosessering har vært foreslått over de senere årene. De fleste slike anvendelser har dreiet seg om det å etablere gyldig-heten til tapsbeheftede komprimeringsalgoritmer, spesielt når seismisk prosessering skal utføres på tidligere komprimerte data. De fleste av disse anvendelsene gått på det å forhåndsoppstille (pre-stack) datasett der datavolumene har vært så store at fordelene ved datakomprimering ville være mest viktige. Det er nå akseptert at wavelet-transformasjon eller tilsvarende støyinnførende data-komprimeringsalgoritmer kan være meget nyttige i de fleste av disse anvendelsene, forutsatt at det blir gjennomført grundig analyse av effekten av komprime-ringsstøy. Diagnosestandarder blir for tiden utviklet som muliggjør anvendelse av komprimering på mange områder med full sikkerhet for at komprimeringsstøy ikke vil forringe datakvaliteten på noen som helst betydningsfull måte.

Selv om disse konseptene kan synes teoretiske i natur, er de viktigere når de anvendes for systemer for akkvirering av seismiske data. I et typisk moderne seismisk akkvireringssystem, uansett om det er blir anvendt på land, marint eller i en overgangssone, er et antall akkvireringsenheter fordelt over det området som er av interesse, som beskrevet tidligere. Hver akkvireringsenhet står i forbindelse med én eller flere følere. Hver akkvireringsenhet er i stand til å måle følerens signaler over en tidsperiode, kalt en registreringsperiode, og sample målingene for å skape en datapost. Registreringsperioden koordineres av den sentrale styrings-og registreringsfasiliteten eller stasjonen, som kan bli referert til i denne beskrivelsen som en sentralenhet, slik at den forekommer synkront med aktivering av en energikilde. De resulterende undergrunnsekkoene er de ønskede seismiske dataene. Akkvieringsenhetene anvender deretter sine innebygde telemetrienheter for å overføre dataene en tid senere til sentralenheten. Sentralenheten kan sende dataene til en hvilken som helst kombinasjon av lagringsbånd, lokale pre-prosesseringssystemer og et fjernlokalisert kontor, via satellitt-telemetri.

I de seneste distribuerte, digitale telemetrisystemene for seismiske data blir telemetri-båndbredde avveiet mot totalt antall kanaler, avstand mellom gjentakere, systemets totale lengde, energiforbruk, utstyrsvekt, totalt gjennomløp av data samt dataenes pålitelighet. Hver av disse faktorene bestemmer i sin tur effektiviteten til og kostnaden ved en seismisk undersøkelse. For eksempel vil en høyere båndbredde øke det totale antallet kanaler som kan overføres i løpet av den gitte tidsperioden mellom seismiske aktiveringer, eller registreringsperioder. Høyere båndbredde øker antallet kanaler som kan bæres over et linjesegment i systemet.

På den annen side vil en høyere båndbredde typisk redusere den mulige avstanden mellom gjentakere, slik at det kreves flere gjentakere i systemet. Høyere båndbredde vil også generelt øke gjentakerens energiforbruk, i tillegg til at en er nødt til å energiforsyne flere av dem. Et høyere energiforbruk krever større og tyngre energikilder eller tykkere ledninger, hvilket gjør utstyret mindre effektivt å drive. Denne faktoren innvirker også på avstanden mellom gjentakere og energi kilder. Videre vil det å skifte ut eller lade opp batterier eller energikilder som følge av det økte energibehovet øke vedlikeholdsarbeidet og således kostnadene.

Bortsett fra hensyn vedrørende krav til systemstrukturen, vil en høyere båndbredde øke antallet og hyppigheten av feil introdusert i de seismiske dataene, og derfor prosessorbelastningen og båndbreddebruken for deteksjon og korreksjon av slike feil. Det å redusere kravene til båndbredde, uten å kompromittere det nyttige informasjonsinnholdet i dataene, vil gjøre seismiske undersøkelser mindre kostbare. Én måte å redusere kravet til båndbredde er anvendelse av datakomprimering.

Datakomprimering reduserer den totale mengden data som er nødvendig for å overbringe den samme informasjonen. Det er velkjent innenfor digital dataprosessering at det finnes et antall skjemaer for både tapsfri og tapsbeheftet datakomprimering. En datablokk, så som en fil, kan bli sendt gjennom en komprimeringsprosess for å redusere den til en mindre blokk for lagring eller overføring. En revers prosess, dekomprimering, vil returnere datablokken til dens opprinnelige form slik at den kan manipuleres. Tapsfri komprimering sikrer at de digitale dataene som gjenopprettes er en eksakt representasjon av de originale dataene, men har begrenset evne til å redusere datamengden. Denne typen datakomprimering blir anvendt for datafiler i hvilke ingen bit kan bli endret eller den eksakte betydningen kan gå tapt, så som dataprogrammer, finansielle dataposter, tekstbehandling og andre tilsvarende applikasjoner. Tapsbeheftet datakomprimering, på den annen side, gir en mye større reduksjon av datamengden i den komprimerte tilstanden, men de gjenopprettede dataene vil ikke være en eksakt representasjon av de originale. Dette er nyttig for data hvis endelige destinasjon er en analog til en grafisk representasjon så som lyd- eller bildeopptak, der det å beholde akustiske eller visuelle hovedtrekk bevarer det viktige lyd- eller bildeinnholdet. Seismiske data faller innenfor denne kategorien.

I tapsbeheftet komprimering inngår en spesialparameter i komprimeringsprosessen. Denne parameteren kalles "Q", en terskelverdi og skaleringsfaktor anvendt i tapsbeheftet komprimering. Denne parameteren, Q, vedrører komprimeringsfaktoren, eller komprimeringsforholdet (hvor mye det originale datasettet blir redusert) og omfanget av datatap. En økning av Q-verdien øker komprimeringsforholdet. I systemer som anvender tapsbeheftet datakomprimering bestemmer komprimeringsforholdet omfanget av feil, dvs. støy, som blir introdusert i komprimerings/dekomprimeringsprosessen. En økning av komprimeringsforholdet vil også øke komprimeringsstøyen. Videre, som nevnt tidligere, er introduksjon av omgivelsesstøy i visse dataakkvirerings- og overføringssystemer uunngåelig. Det som er viktig er at støyen som introduseres i komprimeringsprosessen, eller komprimeringsstøyen, er tilstrekkelig liten i forhold til omgivelsesstøyen, som man har liten eller ingen kontroll over. Alternativt må støyen holdes mye mindre enn de signalene som er av hovedinteresse i systemet.

US 6,104,982 vedrører komprimeringsmetode og -apparat for seismiske data.

US 6,070,129 beskriver en fremgangsmåte og et system for overføring av seismiske data til en fjerntliggende innsamlingsstasjon.

Det er således et vedvarende behov for et effektivt, realiserbart data-komprimeringssystem i et seismisk dataakkvireringssystem der komprimerings-støyen kan varieres eller avstemmes på en slik måte at komprimeringsstøyen blir liten i forhold til omgivelsesstøyen og/eller mye mindre enn signalene av hovedinteresse.

Hovedtrekkene ved oppfinnelsen fremgår av de selvstendige krav. Ytter-ligere trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige krav.

Den foreliggende oppfinnelse utfyller ovennevnte behov på området ved å tilveiebringe en avstembar datakomprimeringsenhet i en dataakkvireringsenhet. Dataakkvireringsenheten omfatter en dataakkvirerings- og digitaliserings-komponent som mottar et analogt seismisk signal og digitaliserer signalet. Dataakkvirerings- og digitaliseringskomponenten akkvirerer også et omgivelses-støy-signal under dataakkvirerings- og registreringssyklusen på et tidspunkt når omgivelsesstøyen ikke er maskert av det seismiske signalet. Dataakkvireringsenheten omfatter videre en datakomprimeringsenhet for å motta det digitaliserte signalet fra dataakkvirerings- og digitaliseringskomponenten og komprimere de digitaliserte dataene, fortrinnsvis med en tapsbeheftet komprimeringsalgoritme. Endelig omfatter dataakkvireringsenheten en datatelemetri- og gjentakeranordning for å motta de komprimerte dataene og sende de komprimerte dataene til en sentralenhet.

I en foretrukket utførelsesform omfatter dataakkvireringsenheten en datadekomprimeringsenhet. Data-dekomprimeringsenheten tar dataene fra datakomprimeringsenheten og dekomprimerer dataene. De dekomprimerte dataene blir da sammenliknet med de opprinnelige, digitaliserte dataene for å bestemme hvor mye støy som ble innført av komprimeringsprosessen. Komprimeringsstøyen blir sammenliknet med omgivelsesstøyen, og dersom komprimeringsstøyen overstiger et forhåndsdefinert kriterium, blir da Q i datakomprimeringsenheten justert for en nedre komprimeringsgrad. Prosessen gjentas inntil andelen komprimeringsstøy, i forhold til omgivelsesstøy, er tilfredsstillende. Med begrepet "forhåndsdefinert kriterium", når det anvendes her om komprimeringsstøy, menes et hvilket som helst av et antall forbestemte objektive mål, så som det absolutte forholdet mellom komprimeringsstøy og omgivelsesstøy, et absolutt mål for komprimeringsstøyen, for eksempel i mikrovolt, forholdet mellom signal og støy, det absolutte komprimeringsforholdet og liknende.

Disse og andre særtrekk ved oppfinnelsen vil være åpenbare for fagmannen etter en gjenomgang av den følgende detaljerte beskrivelsen, sett sammen med de vedlagte figurene. Figur 1 er et skjematisk blokkdiagram av et typisk seismisk akkvireringssystem. Figur 2 er et skjematisk blokkdiagram av en seismisk akkvireringsenhet ifølge foreliggende oppfinnelse med datakomprimering. Figur 3 er et skjematisk blokkdiagram av den foretrukne utførelsesformen av en seismisk akkvireringsenhet omfattende variabelt komprimeringsforhold som funksjon av bakgrunnsstøy. Figur 4 er et logisk flytdiagram av fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelsen utført av systemet vist i figur 3. Figur 1 illustrerer et typisk seismisk akkvireringssystem 10.1 et slikt typisk system blir signalakkvireringen utført med et antall akkvireringsenheter 12.

Akkvireringsenhetene 12 er spredt utover flere kvadratkilometer og forbundet via kabel eller radiotelemetri. I akkvireringsenhetene 12 sampler A/D-omformerkretser 14 seismiske signaldata over dataakkvireringslinjer 16 fra et stort antall følere (ikke vist).

De digitale dataene fra hver A/D-omformerkrets 14 blir sendt til en data-overførings- og gjentakerkrets 18, som sender dataene med en gitt bit-hastighet via en telemetrilinje 20 til en sentralenhet 22. Telemetrilinjen kan være tilveiebragt i form av en installert kabel eller ledning, fiberoptikk eller et radiosignal. Videre kan dataene lagres på storlagringsanordninger og deretter bli fysisk hentet og lastet ned til sentralenheten 22.

Sentralenheten 22 mottar alle dataene fra de forskjellige seismiske akkvireringsenhetene 12 og skriver dataene til et båndarkiv 24. En kommandolinje 26 som forløper parallelt med data-telemetribanen, men som går ut fra sentralenheten, muliggjør synkronisering av registreringsperiodene og samplingen i akkvireringsenheten samt testing og konfigurering av akkvireringsenheter som ønsket.

Figur 2 viser en akkvireringsenhet 12' i henhold til foreliggende oppfinnelse. En datakomprimeringskrets 30, fortrinnsvis en mikroprosessor, er tilveiebragt i akkvireringsenheten mellom signalakkvirerings- og digitaliseringsenheten 14 og dataoverførings- og gjentakerkretsene 18. Datakomprimeringsenheten er fortrinnsvis en tapsbeheftet datakomprimeringsprosessor som tar den digitaliserte dataposten og reduserer dennes størrelse.

Som tidligere nevnt er datakomprimering innenfor området seismisk akkvirering kjent. Tapsbeheftet komprimering har imidlertid hittil ikke hatt utbredt anvendelse i seismiske dataakkvireringssystemer fordi effekten av komprimeringen ikke har vært mulig å forutsi på en tilfredsstillende måte, og, mer spesifikt, ikke har kunnet garanteres å ikke forårsake omfattende skade på dataene. Derfor, for å begrense og frembringe kunnskap om effektene av komprimeringen, tilveiebringer foreliggende oppfinnelse et antall funksjoner eller prosesser (som kan være implementert i programvare innlemmet i en mikroprosessor eller i annen maskin-vare) som vist i figur 3.

I den foretrukne utførelsesformen av oppfinnelsen måler en omgivelsesstøy-detektor og -lagerenhet 32 følersignalet fra dataakkvirerings- og digitaliseringsenheten 14. Dersom det akustiske signalet overvåkes kontinuerlig, vil samplinger av det akustiske signalet tatt umiddelbart før begynnelsen av en registreringsperiode inneholde kun sensor- og omgivelsesstøy. Omgivelsesstøy i et seismisk system kan omfatte vind- eller bølgestøy, støy som følge av strømning over hydrfonkabler, skipsfart, annen ferdsel, osv. Alternativt kan også samplinger tatt umiddelbart etter begynnelsen av registreringsperioden, men før kildens energi ankommer (såkalt "first-break") intepreteres som støy fra omgivelsesmiljøet. Den tiden som er tilgjengelig i dette tilfellet avhenger av avstanden til kilden. Fordelen ved en "first-break" måling er at omgivelsesstøyen kan måles i respons til oppstart av registreringsperioden heller enn kontinuerlig eller at det er nødvendig med et eget signal før registreringsperioden. Et tredje alternativ vedrørende tidsvalg for målingen av omgivelsesstøy ville være å anvende noen samplingspunkter, for eksempel de siste 0,5 sekundene av den seismiske registreringsperioden, for å representere omgivelsesstøyen, ettersom energien fra kilden dør av raskt i tiden. Et fjerde alternativ ville være å fortsette samplingen en tid ekstra, for eksempel 0,5 sekunder, etter slutten av registreringsperioden, og anvende disse dataene for å representere omgivelsesstøyen. Endelig kan det tas en blindregistrering uten at det blir utløst energi fra energikilden. Dette siste alternativet antar at omgivelsesstøyen ikke endrer seg vesentlig i løpet av den tidsperioden det skal oppnås seismiske data.

Uavhengig av når og hvordan slik omgivelsesstøy frembringes, kan samplingene av omgivelsesstøyen reduseres til et støytall ved hjelp av metoder så som RMS-midling, som er velkjent innenfor de matematiske og statistiske vitenskaper. Dette tallet for omgivelsesstøy blir lagret i omgivelsesstøy-detektor og

-lagerenheten for 32 for anvendelse under senere prosessering.

En dekomprimeringsenhet 34 omfatter en dekomprimeringsfunksjon som er identisk med den som vil bli anvendt ved gjenoppretting av de endelige dataene for lagring eller for anvendelse i det seismiske prosesseringssenteret eller sentralenheten. En komprimeringsstøy-detektor 36 tar dataposten før komprimering fra dataakkvirerings- og digitaliseringsenheten 14 og dataposten etter komprimering i datakomprimerinngsprosessen 30 og dekomprimering i dekomprimeringsprosessen 36. Komprimeringsstøyen beregnes ved å ta differansen mellom de komprimerte og så dekomprimerte dataene og de opprinnelige dataene. Den foretrukne metoden for å gjøre dette er å subtrahere de individuelle samplingene i rekken hver for seg, og deretter ta det variable (AC) RMS-middelet av differans-rekken.

I forbindelse med seismiske data må brukere generelt behandle støy - spesielt den miljøavhengige omgivelsesstøyen, men også instrumentstøy, som typisk er mye mindre enn omgivelsesstøyen. Seismisk dataprosessering har lenge kjempet mot denne støyen og utviklet prosesser for å redusere støyen med metoder som NMO-korreksjon, stakking og filtrering, osv., som er velkjente for fagmannen. Siden tapsbeheftet komprimering er kjent for å innføre støy i signalet, er det mulig å forutsi mengden støyøkning som kan tilskrives komprimert ngs-prosessen. Ved hjelp av matematisk underbygde prosesser for å legge til RMS-tall, er det for eksempel mulig å forutsi at hvit støy som utgjør en fjerdedel (25%) av amplituden til bakgrunnsstøyen vil øke den totale støyen med 3%.

Dersom komprimeringsstøyens terskelverdi settes til 25% av omgivelses-støyen som er lagret i omgivelsesstøy-detektor og -lagringsenheten 32, kan det således bevises at det totale støynivået kun er økt med 3% som følge av komprimeringen. Dette er en mengde som mest sannsynlig ikke vil overstige lovlige støyverdier som normalt tillates for seismiske undersøkelser, forutsatt at omgivelsesstøyen alene ikke overstiger en tillatt verdi.

Akkvireringsenheten ifølge oppfinnelsen omfatter således en komprimeringsforhold-justeringsenhet 38. Komprimeringsforhold-justeringsenheten 38 justerer eller avstemmer iterativt Q-verdien til datakomprimeringsenheten 30 for å oppnå det maksimale komprimeringsforholdet som vil gjøre komprimeringsstøy-tallet til den ønskede fraksjonen av det lagrede omgivelsestøy-tallet. Et passende avstemt komprimeringsforhold vil maksimere komprimeringen (mindre datamengde, kortere overføringstid) mens det holder komprimeringsstøyen på et nivå som ikke på ødeleggende måte vil innvirke på den totale akkvireringsstøyen. Den foretrukne utførelsesformen omfatter en komprimerings/dekomprimerings-prosess som er rask nok til at det kan bli foretatt flere iterasjoner før overføring av dataene. Dersom dette ikke er praktisk eller ønsket, er en alternativ fremgangsmåte å finne det optimale komprimeringsforholdet på en mer tidkrevende måte og iterere én gang pr. registrering ved anvendelse av det "optimale" komprimeringsforholdet funnet etter registreringsperiode N for registreringsperiode N+1. Dette antar at både omgivelsesstøyens nivå og dataenes karakter endrer seg langsomt, samt at én eller flere registreringsperioder med noe høyere støy vil tolereres som følge av stakkings(midlings)-prosessen anvendt for seismiske data.

Alternativt blir en absolutt støyterskel (mikrovolt eller mikrobar) spesifisert av sluttbrukeren, og komprimeringsforholdet avstemmes iterativt for å oppnå det høyeste komprimeringsforholdet som ikke overstiger denne støyterskelen. I praksis anvendes en toleranse (for eksempel 10%) for støyterskelen for å hindre et over-drevent antall iterasjoner - slik at iterasjonsprosessen kan avbrytes når man er tilstrekkelig nær den ønskede terskelverdien.

Det kan forekomme at det oppdages at det oppnåelige komprimeringsforholdet som oppfyller signal-over-støy forholdet eller den absolutte støyverdien er for lavt, og at det således ikke er mulig å oppnå en tilfredsstillende komprimering. I så fall blir komprimeringsforholdet satt til 1:1 og ingen komprimering blir utført, slik at dataene blir sendt ukomprimerte som i konvensjonelle akkvireringssystemer. Det kan tilveiebringes informasjon i form av metadata som angir hvorvidt komprimering er aktivert eller ikke. Seismiske akkvireringssystemer omfatter typisk en form for topptekstdata som tilveiebringer denne typen informasjon.

I den foretrukne utførelsesformen er en gjenopprettende dekomprimeringsfunksjon tilveiebragt i sentralenheten 22, slik at dataene er i sin normale, ikke-komprimerte tilstand ved lagring på industrielle arkivbånd for seismiske felter. Det er også mulig å lagre eller videresende dataene i komprimert tilstand og gjennom-føre dekomprimeringsprosessen når dataene blir hentet ut fra arkivbåndene eller mottatt ved den neste destinasjonen for å spare lagringsplass eller båndbredde i forbindelse med videresending (f.eks. via satellitt). Dette vil kreve implementering av dekomprimeringsalgoritmene i normale prosesseringsprogrammer.

Logikkflyten i den beskrevne prosessen er vist diagrammatisk i figur 4. Selv om den følgende beskrivelsen av den foretrukne utførelsesformen er gitt med hensyn til programvare, kan foreliggende oppfinnelse også være innlemmet helt eller delvis i maskinvarekomponenter. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen begynner med en start-funksjon i trinn 40. Først lastes i trinn 42 et initielt eller standard sett av kriterier inn i datakomprimeringsprosessen 30 for å initialisere systemet. Deretter, i trinn 44, akkvireres en datapost av dataakkvirerings- og digitaliseringskomponenten 14. Denne dataposten omfatter akkvirerte data vedrørende omgivelsesstøyen (Ai), hvilke data blir anvendt for å beregne RMS-verdien til omgivelsesstøyen (Na=RMS(Ai)). Selv om det er vist skjematisk som sekvensielt, kan det trinn å oppnå nivået av omgivelsesstøy tjenlig bli utført på et hvilket som helst tidspunkt under syklusen der omgivelsesstøyen ikke er maskert av det seismiske signalet, som beskrevet tidligere.

Trinn 44 omfatter også akkvirering av seismiske data, vist i figur 4 som Xi, der i = 1 til n. Fra samlingen av data beregnes dataenes RMS-verdi, vist som RMS(X). Initialverdien til Q kan bli satt som funksjon av RMS-verdien til de seismiske dataene, Q = f(RMS(Xi)). Som anvendt her, er "Q" definert som en terskelverdi og skaleringsfaktor for komprimeringsfunksjonen. Den initielle Q-verdien settes fortrinnsvis som en prosentvis andel av RMS-verdien til en trase (trace) eller til en delmengde av en trase, for eksempel ett sekund. Alternativt kan initialverdien til Q velges som verdien fra den umiddelbart foregående registreringsperioden.

I trinn 48 blir dataene erhvervet i trinn 44 komprimert i datakomprimeringsenheten 30 med et komprimeringsforhold satt innledningsvis i trinn 42. Denne datakomprimeringen resulterer i et datasett Zi = COMPRESS(Xi, Q). Disse komprimerte dataene blir deretter dekomprimert i dekomprimeringskomponenten 34, hvilket resuterer i et datasett Yi = DECOMPRESS(Z). Nivået av komprimerings-støy, Nc, introdusert i datakomprimeringstrinnet 48 bestemmes av komprimerings-støy-detektoren 36 i trinn 52.1 trinn 52 beregnes også komprimeringsforholdet, CR, samt forholdet mellom signal- og komprimeringsstøy, S/Nc. I trinn 54 beregnes forholdet mellom komprimeringsstøy og omgivelsesstøy. Som beskrevet tidligere kan, i stedet for et forhold mellom komprimeringsstøy og omgivelsesstøy, et annet objektivt mål for effekten av komprimeringen bli beregnet i trinn 54.

Deretter, i trinn 56, foretas en evaluering med hensyn til hvorvidt beregningen utført i trinn 54 oppfyller kriteriene for innføring av komprimeringsstøy, idet kriteriene avhenger av et brukerdefinerbart mål. Formålet med trinn 56 er å bestemme hvorvidt det valgte målet er oppnådd. For eksempel kan brukeren, for en gitt anvendelse, bestemme at båndbredde er den kritisk begrensende parameteren, og kan således velge et spesifikt komprimeringsforhold som mål. Alternativt kan brukeren velge andre støyrelaterte og komprimeringsrelaterte verdier, så som komprimeringsstøy (Nc), forholdet mellom komprimeringsstøy og omgivelsesstøy (Nc/Na), forholdet mellom signalet og komprimeringsstøy (S/Nc) eller en kombinasjon av disse kriteriene.

Dersom de valgte kriteriene oppfyller målet, tas det da i trinn 58 en avgjørelse med hensyn til hvorvidt komprimeringsforholdet er mindre enn eller lik 1. I så fall blir da de seismiske dataene overført av datatelemetri- og gjentaker-enheten 18 i ikke-komprimert tilstand i trinn 68. Dersom komprimeringsforholdet er større enn 1, hvilket angir at komprimering er oppnådd, blir da de seismiske dataene overført i komprimert tilstand i trinn 62. Uavhengig av hvorvidt dataene ble sendt i komprimert eller ukomprimert tilstand, setter deretter datakomprimeringsenheten det initielle målet for komprimeringsforholdet for den neste registreringsperioden i trinn 64, og systemet er klart for det neste tidsavbruddssignalet, som angir begynnelsen av en ny dataakkvireringssyklus. Trinn 64 kan eventuelt sette den initielle Q-verdien lik den for det siste datasettet.

Tilbake til trinn 56, dersom de brukervalgte kriteriene ikke er oppfylt, blir da i trinn 60 Q-verdien justert opp eller ned. Dersom komprimeringsforholdet ikke er for lavt, justerer komprimeringsforhold-justeringsenheten 38 komprimeringsforholdet inkrementelt i datakomprimeringsenheten 30, og prosessen fortsetter med komprimerings/dekomprimeringstrinnet 48. Dersom en økning av komprimerings-støyen eller en økning av komprimeringsforholdet er nødvendig, blir fortrinnsvis Q-verdien økt med en faktor som er større enn én og satt i de initielle standard- verdiene i trinn 42.1 motsatt fall reduseres Q-verdien ved å dividere med den samme faktoren.

En må huske på at, for å spare tid og beregningskraft, bestemmelsen av en tilfredsstillende komprimeringsstøy kan bli utført kun én gang pr. registrerings-syklus, og en justering av komprimeringsforholdet kan også bli foretatt én gang pr. syklus. Kort oppsummert omfatter således foreliggende oppfinnelse det å oppnå seismiske data og data vedrørende omgivelsesstøyen, komprimere de seismiske dataene (og med det innføre komprimeringsstøy), evaluere kvaliteten til de komprimerte seismiske dataene med hensyn til støy i henhold til et brukerdefinert kriterium, og, om nødvendig, anpasse komprimeringen av de seismiske dataene deretter. Merk at trinnene 48, 52, 54, 56 og 60 således definerer en sløyfe. Systemet og fremgangsmåten beskrevet definerer sløyfen på en slik måte at de justerer Q-verdien, som i sin tur påvirker komprimeringsforholdet og komprime-ringsstøyen. En høyere Q-verdi resulterer i et høyere komprimeringsforhold og økt komprimeringsstøy.

Q-verdien således definert blir tilpasset på en iterativ måte. Q-verdien kan passes til et ønsket absolutt komprimeringsforhold som er nødvendig for å oppnå en ønsket reduksjon av båndbredden, så som for eksempel 20:1 eller 15:1, men i dette tilfellet er støyen ukontrollert. Det ønskede målet kan være definert ved et ønsket forhold mellom signalet og komprimeringsstøyen, slik at det mottatte signalet er større enn den innførte komprimeringsstøyen med en brukervalgt faktor. Deretter kan Q-verdien bli justert for å tilveiebringe et spesifisert absolutt komprimeringsstøy-tall. Komprimeringsstøyen må være lavere enn denne absolutte verdien, så som for eksempel 4 uV, som ved erfaring er kjent for å være gunstig. Eventuelt kan brukeren bestemme at det ønskede målet er forholdet mellom komprimeringsstøy og omgivelsesstøy, for eksempel 25%, slik at komprimeringsstøyen ikke bidrar vesentlig til omgivelsesstøyen. Endelig er et annet særtrekk ved foreliggende oppfinnelse en kombinasjon av disse målene, slik at en hvilken som helst kombinasjon av de tidligere beskrevne målene kan anvendes. For eksempel kan brukeren bestemme at de seismiske dataene skal komprimeres slik at det oppnås enten et signal/komprimeringsstøy-forhold som er høyere enn en forbestemt verdi eller et komprimeringsstøy/omgivelsesstøy-forhold som er lavere enn en annen forbestemt verdi. Dette særtrekket tilveiebringer en fordel med traser som kan bestå hovedsaklig av støy og meget lite signal, der det ønskede signal/komprimeringsstøy-målet kan være vanskelig å oppnå.

Det skal også bemerkes at det med de seismiske dataene og støydataene på digital form er veldig enkelt å "sektorinndele", eller dele inn i tid, registreringsperioden. Q-verdien kan således varieres avhengig av den tidsmessige inndelingen av registreringsperioden, slik at én Q-verdi blir anvendt for andeler av registreringsperioden der signalstyrken er høy og en annen Q-verdi blir anvendt i andre andeler der signalstyrken er lav. Dette særtrekket ved oppfinnelsen gir en fordel i det at den beste Q-verdien for en gitt sektor ikke nødvendigvis gir den beste ytelsen anvendt på hele trasen fordi signalets karakter varierer med tiden innenfor registreringsperioden. For eksempel kan det være veldig høye signaler (refleksjoner fra grunne lag) i de første to sektorene, og de seismiske dataene kan være maskert av støy i andre sektorer.

Sløyfen beskrevet over kan bli gjentatt et valgt antall ganger innenfor én registreringsperiode. Dette særtrekket ved oppfinnelsen gir den fordelen at man er i stand til å oppfylle de definerte kriteriene hver gang. Systemet kan også iterere over suksessive registreringsperioder i løpet av hvilke én justering blir gjort av Q-verdien siden det kan antas (hvilket blir verifisert) at dataenes karakter ikke varierer vesentlig fra én registreringsperiode til en annen. Den itererte Q-verdien blir lagret for anvendelse i den påfølgende registreringsperioden. En registreringsperiode vil ikke nødvendigvis oppfylle kriteriene for én registreringsperiode, men vil gjøre det i løpet av de neste par energiutløsningene. Dette er best dersom beregnings-kapasiteten og tiden er begrenset, og dataene må være umiddelbart tilgjengelige for analyse.

Prinsippene ved, den foretrukne utførelsesformen av, samt virkemåten til, den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i den foregående beskrivelsen. Denne oppfinnelsen skal ikke oppfattes som begrenset til de konkrete utførelsesformene som er beskrevet, ettersom disse ansees å være illustrerende heller enn begrensende.

Claims (28)

1. Seismisk dataakkvireringssystem, omfattende: a. flere dataakkvirerings- og digitaliseringskretser (14) for å motta analoge, seismiske data fra et antall seismiske sensorer eller følere og for å digitalisere de seismiske dataene; b. en datakomprimeringsenhet (30) for å motta data fra hver av de flere dataakkvirerings- og digitaliseringskretsene (14) og for å komprimere de digitaliserte seismiske dataene; c. en datatelemetri- og gjentakerkrets (18) for å motta de komprimerte dataene fra datakomprimeringsenheten (30) og for å sende de komprimerte dataene til en sentralenhet; d. en datadekomprimeringsenhet (34) for å dekomprimere dataene fra datakomprimeringsenheten (30) for å frembringe et dekomprimert signal;karakterisert ved: e. en komprimeringsstøy-detektor (36) for å bestemme komprimeringsstøyen som funksjon av forskjellen mellom det dekomprimerte signalet og de digitaliserte seismiske dataene; og f. midler for å variere komprimeringsforholdet i datakomprimeringsenheten én eller flere ganger før overføring eller sending av de komprimerte dataene til sentralenheten.

2. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, der sentralenheten er innrettet for å dekomprimere de komprimerte dataene.

3. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, der datakomprimeringsenheten (30) er en programmert mikroprosessor.

4. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, videre omfattende en omgivelsesstøy-detektor (32) for å detektere nivået av omgivelsesstøy i signalet fra de seismiske sensorene eller følerne.

5. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 4, der de seismiske sensorene eller følerne mottar seismiske data fra en kilde under en seismisk registreringsperiode og omgivelsesstøy under en støyregistreringsperiode før den seismiske registreringsperioden.

6. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 4, der de seismiske sensorene eller følerne mottar seismiske data fra en seismisk kilde under en seismisk registreringsperiode og omgivelsesstøy under en støyregistreringsperiode etter den seismiske registreringsperioden.

7. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 4, der de seismiske sensorene eller følerne mottar seismiske data fra en seismisk kilde og omgivelsesstøy under en registreringsperiode.

8. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, der dataakkvirerings- og digitaliseringskretsene (14) måler omgivelsesstøy, og videre omfattende en komprimeringsforhold-justeringskomponent (38) for å variere komprimeringsforholdet i datakomprimeringsenheten for å komprimerte det digitaliserte seismiske signalet med varierende komprimeringsgrader inntil komprimeringsstøyen er lik eller mindre enn en spesifisert andel av den målte omgivelsesstøyen.

9. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 8, der komprimeringsforholdet i datakomprimeringsenheten (30) blir variert én eller flere ganger før sending eller overføring av de komprimerte dataene til sentralenheten.

10. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 8, der komprimeringsforholdet blir variert i suksessive registreringer for å konvergere mot det ønskede komprimeringsforholdet.

11. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, videre omfattende midler for iterativt å komprimere det digitaliserte seismiske signalet med varierende komprimeringsforhold inntil komprimeringsstøyen er lik eller lavere enn et bruker-spesifisert absoluttnivå.

12. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 11, der én eller flere iterasjoner blir utført før sending eller overføring av de komprimerte dataene til sentralenheten.

13. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 11, der iterasjon på komprimeringsforholdet blir utført på suksessive registreringer for å konvergere mot det ønskede komprimeringsforholdet.

14. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, videre omfattende midler for iterativt å komprimere signalet med varierende komprimeringsforhold inntil data-volumet er tilstrekkelig lite til å bli sendt eller overført på et ønsket tidspunkt.

15. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 14, der én eller flere iterasjoner blir utført før sending eller overføring av de komprimerte dataene til sentralenheten.

16. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 14, der iterasjoner på komprimeringsforholdet blir utført på suksessive registreringer for å konvergere mot det ønskede komprimeringsforholdet.

17. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, videre omfattende en komprimeringsforhold-justeringskomponent for å variere komprimeringsforholdet i datakomprimeringsenheten for å komprimere det digitaliserte seismiske signalet med varierende komprimeringsgrader inntil forholdet mellom det seismiske signalet og komprimeringsstøyen er lik eller større enn en forbestemt verdi.

18. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, der dataakkvirerings- og digitaliseringskretsene (14) måler omgivelsesstøy, og videre omfattende en komprimeringsforhold-justeringskomponent for å variere komprimeringsforholdet i datakomprimeringsenheten (30) for å komprimere det digitaliserte seismiske signalet med varierende komprimeringsgrader inntil enten komprimeringsstøyen er mindre enn en forbestemt andel av omgivelsesstøyen, eller forholdet mellom det seismiske signalet og komprimeringsstøyen er lik eller større enn en forbestemt verdi, eller komprimeringsstøyen er lavere enn en forbestemt absoluttverdi.

19. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, der de komprimerte dataene blir sendt eller overført til sentralenheten via kabler / vaiere.

20. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, der de komprimerte dataene blir sendt eller overført til sentralenheten via fiberoptikk.

21. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, der de komprimerte dataene blir sendt eller overført til sentralenheten via radiosignal(er).

22. Seismisk dataakkvireringssystem ifølge krav 1, der de komprimerte dataene blir lagret eller registrert i en masselagringanordning og fysisk innhentet og lastet inn i sentralenheten.

23. System ifølge krav 1, videre omfattende midler for å dele inn dataene fra hver av de flere dataakkvirerings- og digitaliseringskretsene i tidssektorer, og der datakomprimeringsenheten er innrettet for å komprimere data i én tidssektor i et annet komprimeringsforhold enn dataene i en annen tidssektor.

24. Fremgangsmåte for akkvirering av seismiske data, omfattende de trinn med o a: a. motta et analogt seismisk signal i en signalakkvirerings- og digitaliserings-anordning (14); b. digitalisere det analoge seismiske signalet i signalakkvirerings- og digitaliseringsanordningen (14) for å frembringe et digitalt seismisk signal; c. komprimere (48) det digitale seismiske signalet; d. sende eller overføre (62) det komprimerte, digitale seismiske signalet til en sentralenhet; e. dekomprimere (48) det komprimerte, digitale seismiske signalet før sending eller overføring; karakterisert ved: f. bestemme komprimeringsstøy som funksjon av forskjellen mellom det dekomprimerte signalet og de digitaliserte seismiske dataene; og g. variere komprimeringsforholdet i datakomprimeringsenheten én eller flere ganger før overføring eller sending av de komprimerte dataene til sentralenheten.

25. Fremgangsmåte ifølge krav 24, videre omfattende trinnet med å dekomprimere det komprimerte, digitale seismiske signalet i sentralenheten.

26. Fremgangsmåte ifølge krav 24, der trinnet med å komprimere det digitale seismiske signalet utføres av en programmert mikroprosessor.

27. Fremgangsmåte ifølge krav 24, videre omfattende trinnet med å bestemme nivået av omgivelsesstøy i signalakkvirerings- og digitaliseringsanordningen (14).

28. Fremgangsmåte ifølge krav 27, videre omfattende de trinn med å: a. dekomprimere (48) det komprimerte, digitale seismiske signalet; b. bestemme (52) mengden av støy introdusert ved komprimering av det digitale seismiske signalet; c. sammenlikne (56) nivået av omgivelsesstøy med mengden støy introdusert ved komprimering av det digitale seismiske signalet; og d. justere (60) komprimeringsforholdet for komprimering av det digitale seismiske signalet inntil mengden av støy introdusert ved komprimering av det digitale, seismiske signalet, er lavere enn et forbestemt kriterium i forhold til omgivelsesstøyen.