NO336073B1 - Fremgangsmåte for seismisk prosessering, særlig for å kompensere dobbeltbrytning på seismiske traser - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår feltet geofysikk.

Mer spesielt tilveiebringer den en fremgangsmåte for å kompensere for dobbeltbrytning i seismiske refleksjonsundersøkelser.

Dobbeltbrytning opptrer hver gang en skjærbølge passerer gjennom et elastisk område (eng: domain) som er påvirket av asimutal anisotropi: vibrasjonene blir så løst langs to vinkelrette akser av anisotropi, med vibrasjon Sl og vibrasjon S2 på de to aksene som forplanter seg med forskjellige hastigheter.

Hver gang en skjærbølge som til å begynne med var polarisert med polarisasjonen til ett lag passerer gjennom et dobbeltbrytende lag, blir den projisert på de to polarisasjonsretningene til det nye laget.

På denne måten blir antall komponenter i et signal multiplisert med to hver gang den passerer gjennom et lag som har dobbeltbrytende karakteristikker som er forskjellig fra de til det foregående laget.

Etter å ha passert gjennom et flertall slike dobbeltbrytende lag, blir den første bølgen S erstattet av to sekvenser av bølger, som hver er polarisert på anisotropiaksen til det siste mediet som skal passeres gjennom, med hver av disse sekvenser omfattende en sum av 2<n>_<1>komponenter, hvor n er antall laggrenseflater som bølgen har passert gjennom.

Når det siste laget forlates, blir dermed et sett av signalkomponenter oppnådd i en første polarisasjon sammen med et sett av signalkomponenter i den andre polarisasjonen.

I seismiske anvendelser, presenterer dobbeltbrytning to motsatte aspekter.

Den presenterer et positivt aspekt siden det teoretisk er mulig å utføre inversjon for hvert lag og oppnå orienteringen av anisotropiaksene og forsinkelsen mellom langsom forplantning og hurtig forplantning, og disse parametere er interessante ved leting etter olje (karakteriserer brudd).

Det er også tilstede et negativt aspekt siden kompleksiteten av den resulterende sekvensen av 2n bølger registrert av de seismiske sensorene forvirrer den endelige meldingen. Dobbeltbrytning må bli invertert ved beregning for å gjenvinne det fulle potensialet til undersøkelsen/letingen.

I spesifikasjonen under, representerer «dn», for hvert lag n som blir passert gjennom, tidsforsinkelsen introdusert mellom langsom forplantning S2 og hurtig forplantning Sl (hvor n er et heltall som svarer til en indeks for lagene); «an» svarer til vinkelen som eksisterer mellom den hurtige aksen til laget n-1 og den hurtige aksen til laget n.

Det er allerede kjent algoritmer som gjør det mulig å lete etter parameterne a og d relatert til å passere gjennom et enkelt lag.

Disse parameterne a og d blir generelt beregnet for trasedeler som har en varighet på omkring 100 millisekunder (ms) (R.M. Alford, 1986, «Shear data in the presence of azimuthal anisotropy» SEG exp. abs., sider 476-479; H.B. Lynn og Thomsen, 1990, «Reflection shear wave data collected near the principal axes of azimuthal anisotropy» Geophysics 55 (2), 147; L.A. Thomsen, I. Tsvankin, M.C. Mueller, 1995 «Layer stripping of azimuthal anisotropy from reflection shear wave data» SEG exp. abs., sidene 289-292; R.J. Garotta, «Detection of azimuthal anisotropy» 1989, SEG exp. abs., sidene 861-863).

Det vil forstås at kjente fremgangsmåter er begrenset og ikke er tilfredsstillende siden de ikke gjør det mulig å oppnå de ønskede parameterne raskt og på en pålitelig måte.

Særlig muliggjør det ikke at dobbeltbrytningsparametere kan bli beregnet over et stort antall lag.

En hensikt med oppfinnelsen er å løse disse ulemper og å foreslå en fremgangsmåte som er effektiv til å bestemme parameterne til et flertall dobbeltbrytende lag i undergrunnen (eng: subsoil).

For dette tilveiebringer fremgangsmåten en fremgangsmåte for seismisk prosessering for formålet å oppnå informasjon om geofysikken i undergrunnen, idet fremgangsmåten omfatter følgende trinn: a) å innsamle seismiske traser ved minst ett punkt på den underjordiske flaten eller i undergrunnen, idet de seismiske trasene tilsvarer i hvert tilfelle til to vinkelrette komponenter av en skjærbølge emittert inn under jorden og reflektert av forskjellige grenseflater deri;

b) å anvende en rekkefølge av transformasjoner (_L) på minst et tidsområde (eng: temporal portion) av trasene, idet disse transformasjonene er de inverse av

transformasjonene som det er antatt at bølgen har opplevd når den passerte gjennom en rekkefølge av lag i undergrunnen, idet denne operasjonen blir repetert for forskjellige hypoteser angående dobbeltbrytning i de forskjellige lagene;

c) for hver av disse hypotesene, å bestemme verdien av en parameter som er representativ for koherensen likheten mellom de resulterende traser oppnådd på

denne måten.

Andre karakteristikker, hensikter og fordeler med oppfinnelsen kommer til syne ved å lese den følgende detaljerte beskrivelsen med referanse til den medfølgende figur som er et vertikalt snitt gjennom jorden under overflaten som omfatter et flertall dobbeltbrytende lag.

Figuren viser en skjærbølge emittert ved overflaten fra en kilde S, sammen med et flertall mottakere R distribuert på overflaten for å plukke opp bølgene som blir reflektert ved de forskjellige grenseflatene mellom de forskjellige underjordiske lagene.

Generell teori

Når man betrakter et gitt lag n som er antatt å være dobbeltbrytende, løses skjærbølgen som passerer gjennom dette laget seg opp langs de to anisotropiaksene til dette laget til to skjærkomponenter Sin og S2n.

Operasjonen _Ln som angår skjærkomponenten til bølgen når den forlater nevnte lag n på komponentene Sln-1 og S2n-1 til nevnte bølge langs de to anisotropiaksene til det foregående laget, kan bli definert i formen av en matrise, f.eks. på følgende form:

hvor t er en stille variabel som representerer forplantningstid.

Denne operasjonen kan også bli skrevet:

og definerer passasjen av bølge S (Sl og S2) gjennom laget med indeks nummer n.

I matematiske termer, utgjør paret (Sin, S2n) et sett på hvilken transformasjonen _Ln definerer en ikke-abelsk gruppe, _Ln selv er definert av paret (an, dn).

Det nøytrale elementet tilsvarer (an = 0, dn = 0), og representerer et lag som ikke er dobbeltbrytende.

Ethvert element (ai, di) har en invers (-ai, -di). Det kan enkelt bli verifisert at:

Denne operasjonen er assosiativ.

Operasjonen er ikke kommutativ: de endelige polarisasjonene er definert av den nøytrale orienteringen av det siste laget som bølgen har passert gjennom.

En sekvens av n operasjoner (ai, di) tilveiebringer bildet av et par av seismiske traser registrert etter å ha passert gjennom n lag.

Prinsipper for den implementerte bestemmelsen

Når man betrakter et par av traser (Tl, T2) plukket opp ved overflaten av en gitt mottaker R, er det teoretisk mulig i kraft av den ovenfor beskrevne gruppestrukturen å definere sekvensen av par (ai, di) som svarer til paret av traser.

Det er foreslått å søke etter sekvensen av par (-ai, -di) ved hjelp av ikke-lineær optimalisering slik at når anvendt på trasene Tl, T2 returnerer disse til de «originale» trasene Sl og S2, hvor Sl tilsvarer til resultatet av å forplante seg gjennom lag hvor hastigheten alltid er de raske hastighetene til det dobbeltbrytende mediet, og hvor S2 er resultatet av å forplante seg tilsvarende alltid til de langsomme hastighetene.

Disse to teoretiske trasene Sl, S2 er identiske, når tidsforsinkelsen ignoreres.

Det er derfor foreslått å søke etter sekvenser av par (-ai, -di) hvor de inverse trasene Sl, S2 er de mest korrelerte.

Et konkret eksempel

Det er antatt at trasene ble innsamlet med tidsintervaller i området 100 ms eller større, f.eks.

To deler av traser Tl og T2 tilsvarende til et slikt tidsintervall blir samplet med en samplingsperiode som er i størrelsesorden 2 eller 4 ms.

Den iverse operasjonen _L blir anvendt i kaskade på disse trasedelene ved å bruke indeksen i og å ta i bruk en serie antatte par (-ai, -di).

Dette produserer en rekkefølge av prøvepar som definerer paret av traser som skal sammenlignes.

En «kostnads»funksjon blir beregnet på dette paret av traser, hvis funksjon er basert på mer eller mindre likhet av trasene i paret produsert av kaskaden av transformasjoner.

Ved hjelp av et eksempel er denne kostnadsfunksjonen en krysskorrelert funksjon, imidlertid kan den bli utformet mer generelt av enhver funksjon som virker til å kvantifisere koherens mellom to deler av traser.

Denne funksjonen blir beregnet for et flertall etterfølgende par (ai, di), som ikke desto mindre er valgt for å tilnærme optimalisering av parene (ai, di) (f.eks. ved å implementere en Monte Carlo metode).

Naturligvis blir parameterne ai og di valgt til å ha verdier som er fysisk mulige.

Vinkelen ai er dermed valgt for å ligge innenfor området -90° til +90°, og tidsoffsettet di er valgt å ligge i området -20 % til +20 % av tiden det tar å passere gjennom laget i som betraktes, eller over området -15 % til +15 %.

Mange prosesser kan bli sett for seg for å bestemme fra kostnadsfunksjonen hvilke etterfølgende par (ai, di) er etterfølgeren som optimaliserer likhet mellom trasene som oppnås.

I en første implementeringsvariant, blir kostnadsfunksjonsverdien oppnådd på denne måten sammenlignet med en gitt terskel og det betraktes at de resulterende trasene er like og at sekvensen av par (ai, di) som denne verdien er oppnådd for er den ønskede sekvensen, når kostnadsfunksjonen blir mindre enn (eller større enn) terskelen som den sammenlignes med.

Andelene av traser Sl og S2 oppnådd slik utgjør blokker av ledd som anisotropi har blitt eliminert fra. De reflekterer den geometriske kompleksiteten til fordelingen av lagene og de blir brukt for å studere fordelingen og oppførselsparameterne til nevnte lag.

I en annen variant er det betraktet at optimal likhet oppnås når kostnadsfunksjonen stagnerer, dvs. når den varierer bare med mengder som er under en gitt terskel.

For å identifisere slik stagnering, blir verdien av kostnadsfunksjonen beregnet ved den siste iterasjonen sammenlignet med én eller flere verdier av kostnadsfunksjonen som oppnådd på forhånd. Det blir bestemt om denne mest nylige oppnådde verdien ligger innenfor nærhetsområdet relativt til den tidligere oppnådde kostnad (kostnader).

I enda en annen variant blir beregninger reiterert med et flertall etterfølgende par (ai, di), kostnadsverdiene oppnådd ved slike beregninger blir sammenlignet med hverandre, og de etterfølgende par (ai, di) som produserer en kostnadsverdi som tilsvarer den beste likheten mellom to resulterende traser fra blant de forskjellige beregningene blir tatt opp som etterfølgelsen av orienteringsendring og tidsoffsettpar som er effektiv for de lagene.

Som det vil ha blitt forstått, uansett hvilken optimaliseringsmetode som brukes, når man undersøker undergrunnen i tre dimensjoner, er det praktiske resultatet en blokk av resultater i tre dimensjoner som uttrykker for hvert tilfelle og for hver overflateposisjon, den lokale orienteringen av de ulike raske aksene som reises langs etterfølgende (sekvens av parametere ai) og rekkefølge av forsinkelser mellom den raske orienteringen og den langsomme orienteringen (sekvens av parametere di).

Terningen oppnådd på denne måten kan bli assosiert med trasene Sl og S2, og med sammenligningsattributter mellom Sl og S2: amplituder, spektralt innhold, etc.

Dette fører til en tett terning av anisotropiattributter. Det er mulig å knytte denne terningen til et bilde som kan bli vist på en skjerm eller skrevet ut.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for seismisk prosessering for å oppnå informasjon om geofysikken til undergrunnen, omfattende følgende trinn: a) å innsamle seismiske traser ved minst ett punkt på den underjordiske flaten eller i undergrunnen, idet de seismiske trasene tilsvarer i hvert tilfelle til to vinkelrette komponenter av en skjærbølge emittert inn i undergrunnen og reflektert av forskjellige grenseflater deri;karakterisert vedat fremgangsmåten videre omfatter trinnene; b) å anvende en rekkefølge av transformasjonene (J.) minst på et tidsområde av traser, hvilke transformasjoner er inverser av transformasjonene som det er antatt at bølgen har opplevd når den passerer gjennom en rekkefølge av lag i undergrunnen, idet denne operasjonen blir repetert for forskjellige hypoteser angående dobbeltbrytning i de forskjellige lagene; c) for hver av disse hypotesene, å bestemme en verdi av en parameter som er representativ for koherensen/likheten mellom de resulterende traser oppnådd på denne måten; og d) å velge som en funksjon av verdiene oppnådd på denne måten at én av hypotesene som betraktes som å være den mest representative for undergrunnen, de to resulterende traser oppnådd for nevnte hypotese er kompenserte traser for dobbeltbrytningen i undergrunnen.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, karakterisert vedat en hypotese som angår dobbeltbrytningen til et lag erkarakterisert vedminst én parameter som relaterer til orienteringen til dobbeltbrytningsaksene og av minst én parameter som angår forsinkelsen tildelt av nevnte lag mellom forplantning orientert på den hurtige aksen og forplantning orientert på den langsomme aksen, og at resultatene er representert eller vist i to dimensjoner eller tre dimensjoner med, for forskjellige deler av trasene, rekkefølger av verdier som tilsvarer til verdiene til nevnte parametere for en rekkefølge av lag som bølgen har passert gjennom og til den valgte hypotesen angående dobbeltbrytning.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, karakterisert vedat sammenligningsattributter blir bestemt på resultattrasene og representert eller vist sammen med verdiene for orientering og forsinkelsesparametere.

4. Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav,karakterisert vedat for å velge en dobbeltbrytningshypotese som er antatt å være den mest representative, blir verdien for parameteren som representerer koherens/likhet av de resulterende traser oppnådd for hver hypotese sammenlignet med en terskelverdi.

5. Fremgangsmåte i henhold til et av kravene 1-3, karakterisert vedat etterfølgende iterasjoner blir utført og i løpet av dette blir en ny dobbeltbrytningshypotese valgt for hver operasjon som en funksjon av verdien beregnet ved den foregående iterasjonen for parameteren representativ for koherens/likhet mellom resultattrasene oppnådd, og at for å velge dobbeltbrytningshypotesen som er antatt å være den mest representative, er det bestemt om verdien oppnådd for parameteren representativ for koherens/likhet mellom resultattrasene ved den aktuelle iterasjonen ligger innenfor et gitt nærhetsområde relativt til verdiene oppnådd for samme parameter i tidligere iterasjoner.

6. Fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav,karakterisert vedat den blir implementert på trasedeler som har en varighet i størrelsesorden 100 ms eller lenger.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 6, karakterisert vedat trasedelene blir samplet med en samplingstid i størrelsesorden 2 eller 4 ms eller kortere, idet hver av samplingsintervallene eller grupper av etterfølgende intervaller tilsvarer til et lag som skal studeres.

8. Seismisk prosesseringsfremgangsmåte for å avsløre brudd i undergrunnen, idet fremgangsmåten er karakterisert vedat den implementerer en fremgangsmåte i henhold til et av de foregående krav.