NO339068B1 - Prosessering av seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelsen angår prosessering av seismiske data og den angår særlig prosessering av seismiske data som representerer akselerasjonsbølgefeltet.

Mer spesifikt angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for å innsamle og anvende seismiske data, og et apparat for å innsamle og anvende en eller flere akselerasjonsbølgefelt-traser.

Hensikten ved innsamling og prosessering av seismiske data er å generere et bilde av underjordiske strukturer og således oppnå informasjon om strukturen i jordens indre. I en seismisk undersøkelse blir seismisk energi generert og transmittert inn i jorden, og reflektert seismisk energi blir detektert av et seismisk innsamlingssystem som omfatter en eller flere sensorer for seismisk energi.

Når seismiske data blir prosessert for å gi et bilde av undergrunnen, er en faktor som kvaliteten til bildet av undergrunnen avhenger av, frekvensområdet til de seismiske bølgene registrert av det seismiske innsamlingssystemet. Dette er illustrert i figurene l(a) og l(b). Figur l(a) og figur l(b) viser bilder av det samme området av jordens indre, idet bildet i figur l(a) er oppnådd fra kun lavfrekvente seismiske data og bredbåndsbildet i figur 1 (b) er oppnådd ved å benytte både høyfrekvente og lavfrekvente seismiske data. Typiske frekvensområder er 5 til 15 Hz for lavfrekvensbildet i figur l(a) og 5 til 80 Hz for høyoppløsnings-bredbåndsbildet i figur l(b). Disse figurene viser viktigheten av høyfrekvente data for kvaliteten på det seismiske bildet av undergrunnen. Det vil straks ses at bildet i figur l(b) generelt er skarpere og har høyere oppløsning enn bildet i figur l(a). Brede strukturer slik som de som er merket "B", lider ikke i vesentlig grad av lavfrekvent registrering. De finstrukturerte hendelsene slik som de som er merket "A", er imidlertid ikke oppløst i lavfrekvensbildet i figur l(a), mens høyfrekvensbildet i figur l(b) viser klart alle detaljene av disse strukturene. Videre viser distinkte hendelser slik som forkastningen merket "C" forringelse i avgrensningsbrønn (delineation) i lavfrekvensbildet i figur l(a).

En vanlig brukt seismisk sensor er geofonen. Geofoner har blitt benyttet i mange år for seismiske datainnsamlingssystemer både på havbunnen og på land for å måle innfallende seismiske bølgefelt. Geofoner er ansett som hastighetsfølgende anordninger ved at de måler det seismiske hastighetsbølgefeltet. Det har derfor blitt akseptert i den seismiske industrien at bildene av underjordiske strukturer oppnådd fra seismiske data innsamlet av geofoner er effektivt mål på hastighetsbølgefeltet.

Nylig har seismiske sensorer som måler akselerasjonsbølgefeltet heller enn hastighetsbølgefeltet blitt utviklet. Eksempler på disse er GAC-sensoren (et geofonakselerometer fra Schlumberger) vist i JP 06 027 135 A og WO 02/18975, Vectorseis-sensoren (et akselerometer laget av Input/Output Inc og beskrevet i WO 00/55646) og GeoSil-sensoren (en seismisk akselerasjonssensor fra Schlumberger). Disse akselerasjonssensorene samler seismiske data som hovedsakelig er et mål på akselerasjonsbølgefeltet heller enn hastighetsbølgefeltet, og tilveiebringer således muligheten til å registrere og produsere akselerasjonsdata i stedet for hastighetsdata.

Det har blitt rapportert andre akselerasjonssensorer. For eksempel beskriver WO00/55638 en seismisk sensorutforming og prosess for å måle akselerasjonsdata. U.S. patent nr. 5,268,878 er rettet mot en akselerometersensor som har redusert periodisk støy ved en første frekvens.

Figur 2 er en sammenligning mellom utgangen (trase b, vist som en heltrukken linje) i en seismisk sensor som måler akselerasjonsbølgefeltet (heretter en "akselerasjonssensor") og utgangen til en konvensjonell hastighetsbølgefeltfølgende geofon (trase a, vist som en stiplet linje). Figur 2 viser utgangen til hver sensor når et seismisk bølgefelt som har en amplitude som er konstant med frekvens over frekvensområdet vist i figur 2 går inn på sensoren. (Både sensorutgang og frekvens er på logaritmiske skalaer i figur 2). Det vil ses at utgangen til geofonen først stiger til en liten topp, heller noe nedover, og forblir så generelt konstant ettersom frekvensen til det innfallende bølgefeltet øker. Geofonen har dermed en i alt vesentlig konstant følsomhet over frekvensområdet gitt i figur 2.

Utgangen til akselerometeret stiger imidlertid med økende frekvens for det innfallende bølgefeltet. Dette indikerer at følsomheten til akselerometer øker ettersom frekvensen til det innfallende bølgefeltet øker. Ved lave frekvenser har geofonen og akselerometeret tilnærmet lik følsomhet, men ved høye frekvenser har akselerometeret en større følsomhet enn geofonen. Akselerasjonssensorer er derfor foretrukket for høyoppløsnings seismisk avbildning, siden de kan fange de høyfrekvente dataene som er nødvendige for å oppnå et høyoppløsningsbilde.

U.S. patent nr. 4,951,264 og 4,807,199 er rettet mot en fremgangsmåte for å male skjærmodulprofilen til en havbunn. Denne fremgangsmåten er en passiv metode, i at skjærmodulen til havbunnen oppnås fra forskyvningen av havbunnen som opptrer som et resultat av gravitasjonsbølger i sjøen. Disse dokumentene beskriver å benytte en sensorpakke som omfatter en trykksensor og tre seismometere for å oppnå trykkdata og havbunnshastighets- eller akselerasjonsdata. Skjærmodulprofilen til havbunnen blir bestemt fra trykkdata og havbunnshastighets- eller akselerasj onsdata.

US patent nr. 6,430,105 viser en seismisk flerkomponents sensorpakke som omfatter tre ortogonale akselerometere for å bestemme orienteringen av sensorpakken. Sensorpakken kan ytterligere omfatte hastighetsfølende geofoner for å innsamle seismiske data, eller akselerometerne kan alternativt bli benyttet for å innsamle seismiske data. Det er ikke gitt noen detaljer for prosessering av akselerometerdataene.

WO00/55646 beskriver en fremgangsmåte for å operere og teste en sensormontasje som omfatter akselerometeret med følshomhetsakser ortogonale til hverandre. Fremgangsmåten omfatter fortrinnsvis å bestemme en sensorhelningsvinkel, bestemme posisjonen til sensoren og synkronisere driften av sensoren.

Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer en fremgangsmåte for å innsamle og anvende seismiske data, og et apparat for å innsamle og anvende en eller flere akselerasjonsbølgefelt-traser, av den art som er angitt i de etterfølgende patentkrav.

Det er beskrevet en fremgangsmåte for å prosessere seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet for derved å oppnå informasjon om jordens undergrunn direkte fra de seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet.

Mens akselerasjonssensorer er blitt benyttet i seismisk datainnsamling siden tidlig på 1990-tallet, har det hittil vært praksis å transformere innsamlede seismiske data til hastighetsdata som første trinn i prosesseringen av de innsamlede data. Videre prosessering av dataene for å oppnå et bilde av jordens undergrunn utføres på hastighets dataene oppnådd fra transformering av akselerasjonsdata.

Transformering av akselerasjonsdata til hastighetsdata hjelper til med å sammenligne dataene med data innsamlet tidligere ved å benytte konvensjonelle hastighetsfølsomme geofoner. Det reflekterer også den konvensjonelle tendensen i både seismisk borehulls- og landdatainnsamling å anta, i lys av den relativt flate følsomheten i trase (a) i figur 2, at benyttelse av en hastighetsfølende geofon tilveiebringer seismiske data med den bredeste signalbåndbredden og det flateste spektrum, og gir således de mest pålitelige seismiske data for tolkning.

Oppfinnerne har imidlertid blitt klar over at et bilde av jordens undergrunn kan oppnås direkte fra akselerasjonsdata. Det konvensjonelle trinnet å transformere akselerasjonsdata til hastighetsdata kan bli eliminert, og elimineringen av transformeringstrinnet forenkler prosesseringen. Videre kan transformeringstrinnet forringe dataene og eliminering av transformeringstrinnet tilveiebringer dermed en ytterligere fordel.

Videre, å benytte akselerasjonsdata for å oppnå et undergrunnsbilde tilveiebringer en fordel over benyttelsen av hastighetsdata. Selv om en økende følsomhet for et

akselerometer med frekvens først kan synes å være mindre tilfredsstillende enn den hovedsakelig konstante følsomheten til en hastighetssensor, har det blitt forstått at den økte følsomheten ved høyere frekvenser kompenserer for lavpassfiltereffekten til jorden.

Fremgangsmåten kan omfatte trinnet å svekke støy i et høyfrekvent område i de seismiske dataene. Den økte følsomheten ved høyere frekvenser for en akselerasjonsfølemottaker betyr at amplituden til høyfrekvent omgivelsesstøy også økes, og det er dermed ønskelig å svekke den høyfrekvente støyen. Trinnet å svekke støy i høyfrekvensområdet i de seismiske dataene kan for eksempel omfatte et punktkilde- punktmottakerstøysvekketrinn.

Et andre aspekt ved det som er beskrevet, tilveiebringer en fremgangsmåte for seismisk undersøkelse som omfatter: Å aktivere en seismisk kilde til å emittere seismisk energi; å innsamle seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet ved å benytte en seismisk mottaker med en avstand fra den seismiske kilden; og å prosessere de seismiske dataene i henhold til fremgangsmåten i det første aspektet.

Et tredje aspekt ved det som er beskrevet, tilveiebringer et apparat for å prosessere seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet for derved å oppnå informasjon om jordens undergrunn direkte fra de seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet.

Apparatet kan omfatte en programmerbar dataprosessor.

Et fjerde aspekt ved det som er beskrevet, tilveiebringer et seismisk undersøkelsesarrangement som omfatter en seismisk kilde for emittering av seismisk energi; en seismisk mottaker for innsamling av seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet, idet den seismiske mottakeren har en avstand fra den seismiske kilden; og et apparat i henhold til de tredje aspektet for å prosessere seismiske data innsamlet av mottakeren.

Den seismiske kilden og mottakeren kan hver være anbrakt på eller ved jordens overflate, eller den seismiske kilden kan være anbrakt på eller jordens overflate og mottakeren kan være anbrakt i et borehull. I disse seismiske undersøkelsesarrangementene kompenserer den forbedrede følsomheten ved høye frekvenser for lavpassfiltereffekten til jorden.

Alternativt kan den seismiske kilden være anbrakt i en vannkolonne og mottakeren kan være lokalisert ved basen til vannkolonnen eller i et borehull. I disse seismiske undersøkelsesarrangementene kompenserer den forbedrede følsomheten ved høye frekvenser for lavfrekvensforsterkningen (eng: bias) til amplitude-frekvensspektrum til en typisk marin seismisk kilde.

Et femte aspekt ved det som er beskrevet, tilveiebringer et lagringsmedium som omfatter et program for dataprosessoren til et apparat i henhold til det tredje aspektet.

Et sjette aspekt ved det som er beskrevet, tilveiebringer et lagringsmedium som omfatter et program for å kontrollere en programmerbar dataprosessor for å utføre fremgangsmåten i det første aspektet.

Et syvende aspekt ved det som er beskrevet, tilveiebringer et program for å kontrollere en datamaskin til å utføre en fremgangsmåte for det første aspektet.

En foretrukket utførelse av den foreliggende oppfinnelsen vil nå bli beskrevet med referanse til de medfølgende figurene hvor: Figur l(a) er et lavfrekvensbilde av jordens undergrunn; Figur l(b) er et høyfrekvensbilde av jordens undergrunn ved samme lokalisering som bildet i figur l(a); Figur 2 er en sammenligning av utgangsspekteret til en hastighetssensor og utgangsspekteret til en akselerasjonssensor; Figur 3 viser lavpassfiltereffekten på jorden på et seismisk signal; Figur 4 viser effekten av akselerasjonsregistrering på frekvensbåndbredden til seismiske data; Figur 5 viser effekten av akselerasjonsdomeneregistrering og prosessering på signaldynamisk område; Figur 6 viser typiske amplitude-frekvensspektre for havbunnseismiske data innsamlet ved å benytte hastighetssensitive registreringssensorer; Figur 7 er en skjematisk illustrasjon av et tauet marint seismisk undersøkelsesarrangement; Figur 8 viser et typisk amplitude-frekvensspekter i et tauet marint seismisk undersøkelsesarrangement; Figur 9(a) er et skjematisk flytdiagram av prosessering av seismiske data som representerer hastighetsbølgefeltet; Figur 9(b) er et skjematisk flytdiagram av prosessering av seismiske data som representerer akselerasjonsbølgefeltet; Figur 10 er et blokkflytdiagram av en fremgangsmåte for å prosessere akselerasjonsdata; Figur 11 er et skjematisk blokkdiagram av et apparat i henhold til den foreliggende oppfinnelsen; og Figurene 12(a) til 12(b) viser seismiske undersøkelsesarrangement som omfatter et apparat fra figur 11.

I fremgangsmåten ifølge den foreliggende oppfinnelsen blir seismiske data innsamlet i akselerasjonsdomenet prosessert direkte i akselerasjonsdomenet for å oppnå informasjon om jordens undergrunn. Trinnet fra kjent teknikk å transformere de seismiske data fra akselerasjonsdomenet til hastighetsdomenet elimineres derved. Så vel som å forenkle prosessen, tilveiebringer oppfinnelsen forbedret informasjon ved høyere frekvenser siden prosessering i akselerasjonsdomenet kompenserer for lavpassfiltereffekten til jorden.

Seismisk energi emittert av en typisk seismisk kilde har et bredbåndsspektrum som har en hovedsakelig konstant amplitude over frekvensområdet til kilden. For å hjelpe i avvisning av støy, er kildespekteret vanligvis definert av et høypassbåndfilter som kutter av frekvenser under en lav cut-off-frekvens fø på typisk 3 til 5 Hz og av et lavbåndpassfilter som kutter av frekvenser over en øvre cut-off-frekvens fø på typisk 60 til 120 Hz. Imidlertid, selv om den seismiske energien emitteres med hovedsakelig flatt spektrum, lider den seismiske energien av svekkelse ettersom den forplanter seg gjennom jorden, og graden av svekkelse er frekvensavhengig. Dette er illustrert i figur 3.

Trase (a) i figur 3 viser amplitude-frekvensspekteret til seismisk energi emittert av en typisk kilde, med både amplitude og frekvens representert på logaritmiske skalaer. Som forklart over, er spekteret hovedsakelig flatt mellom en lav cut-off-frekvens fL og en høy cut-off-frekvens fø.

Trase (b) i figur 3 illustrerer spekteret til seismisk energi fra kilden etter å ha reist gjennom jorden til en mottaker lokalisert nær, men likevel atskilt fra kilden. Det vil ses at den seismiske energien har gjennomgått frekvensavhengig svekkelse, idet svekkelsen generelt øker med frekvens. Trase (c) illustrerer spekteret for seismisk energi fra kilden etter videre å ha reist gjennom jorden, til en mottaker lokalisert fjernt fra kilden, og det vil ses at den seismiske energien har gjennomgått videre svekkelse, idet svekkelsen igjen generelt øker med frekvens. Spekteret for seismisk energi som innfaller på en mottaker i en seismisk undersøkelse vil dermed være forskjellig fra det originale spekteret for den seismiske energien emittert av kilden. Særlig vil høyfrekvensinnholdet for den seismiske energien som innfaller på en mottaker være vesentlig redusert sammenlignet med høyfrekvensinnholdet til den seismiske energien som blir emittert av kilden.

Når mottakeren er en konvensjonell hastighetssensor som har generelt flat følsomhet som vist av kurve (a) i figur 2, vil frekvensinnholdet til utgangen fra mottakeren svare til kurve (b) eller kurve (c) avhengig av mottakerens avstand fra kilden. I essens virker jorden som et lavpassfilter for seismiske data, og reduserer derved oppløsningen på det endelige bildet av undergrunnen som kan oppnås fra dataene (siden, som vist av figurene l(a) og l(b), den høyfrekvente komponenten av de seismiske data er viktig for god oppløsning av det endelige bildet).

Den foreliggende oppfinnelsen anerkjenner at, for seismiske havbunns-, land- og borehulls- datamålinger av akustiske og elastiske bølgefelt, tilveiebringer målinger av akselerasjonsbølgefeltet seismiske data med det ønskede flateste spekteret. Dette er fordi den økte følsomheten ved høye frekvenser til et akselerometer (kurve (b) i figur 2) kompenserer for svekkelsen av høyfrekvensinnholdet til den seismiske energien som opptrer ettersom den seismiske energien forplanter seg gjennom jorden. Dette er vist skjematisk på figur 4.

Trase (a) i figur 4 viser, som en funksjon av frekvens, amplituden til seismisk energi innfallende på en mottaker i en typisk seismisk undersøkelse. Trase (a) i figur 4 svarer generelt til trase (c) i figur 3. Igjen viser figur 4 både amplitude og frekvens på en logaritmisk skala.

Trase (b) i figur 4 viser følsomheten av et typisk akselerometer, og svarer til trase (b) i figur 2. Trase (c) i figur 4 viser resultatet av å multiplisere trase (a) med trase (b) og indikerer dermed utgangen som ville blitt oppnådd når seismisk energi med et frekvensspektrum til trase (a) faller inn på et akselerometer som har følsomhetskarakteristikken til trase (b). Det vil ses at den økte følsomheten for akselerometeret ved høyere frekvenser kompenserer for det reduserte høyfrekvensinnholdet i den seismiske energien innfallende på mottakeren, slik at akselerometerutgangen til trase (c) hovedsakelig er flat over mye av området mellom fL og fø. Akselerometerutgangstrasen (c) har en økt amplitude ved høye frekvenser, sammenlignet med høyfrekvensinnholdet som ville blitt oppnådd hvis en geofon hadde blitt benyttet, og således er det mulig å oppnå et høyoppløsningsbilde av jordens undergrunn fra dataene innsamlet av akselerometeret.

Figur 6 viser frekvensspektra oppnådd i marine havbunnsundersøkelser hvor hastighetsfølgende mottakere (i dette tilfellet geofoner) er anbrakt på havbunnen. Amplituden er vist på en logaritmisk skala, i desibel. Trasene representerer utgangen fra hastighetssensorene og frekvensspekteret til hver av trasene er derfor lik frekvensspekteret til seismisk energi innfallende på mottakerne. Både x- og y-komponentene til hastighetsbølgefeltet innsamlet av sensorene er vist. Resultater er vist for utgangene fra tre forskjellige skudd, idet hvert skudd har en forskjellige kilde-til-mottakeravstand. Mens signal til støyforholdet til dataene er godt over en betydelig båndbredde for dataene, er mesteparten av den seismiske energien i trasene under 50 Hz. Amplituden til hver trase faller av mot høyere frekvenser, og som et resultat ville et undergrunnsbilde oppnådd fra trasene ha en lav oppløsning. Traser med lignende form ville oppnås i en seismisk undersøkelse hvor hastighetsfølsomme geofoner er anbrakt i et borehull i jorden.

En del av grunnen til frekvensspekteret til trasene vist i figur 6, er at en seismisk kilde ment for bruk i en marin seismisk undersøkelse utformet og innstilt til å levere seismisk energi med et så flatt frekvensspekter som mulig i en tauet marin seismisk undersøkelse, hvor trykkføleanordninger er anbrakt på streamere som er tauet omtrent 6 meter eller noe deromkring under vannoverflaten. I en tauet marin seismisk undersøkelse opptrer "skyggehakk" i frekvensspekteret til seismisk energi som et resultat av refleksjon av seismisk energi ved havoverflaten. Dette er illustrert i figur 7 som er en skjematisk illustrasjon av en tauet marin seismisk undersøkelse.

Kort fortalt, i en tauet marin seismisk undersøkelse tauer et undersøkelsesfartøy 1 en seismisk kildegruppe 2 gjennom vannet, og kildegruppen 2 blir periodisk aktivert for å emittere seismisk energi. Undersøkelsesfartøy et tauer også en streamer 3 på hvilke et flertall av seismiske mottakere 4 er anbrakt og mottakerne detekterer seismisk energi fra kildegruppen 2. Når kildegruppen aktiveres for å emittere seismisk energi, vil noe bli emittert oppover og vil gjennomgå refleksjoner ved havoverflaten. Det seismiske bølgefeltet mottatt av et punkt under kilden vil derfor omfatte en komponent som har kommet direkte fra kildegruppen og en annen komponent som har kommet via refleksjon ved havoverflaten. Det totale seismiske bølgefeltet er summen av disse to komponentene. Refleksjon ved havoverflaten omfatter en faseendring på n, slik at de to komponentene interfererer destruktivt ved noen frekvenser, noe som fører til "skyggehakk" i frekvensspekteret ved disse frekvensene. Frekvensene ved hvilke destruktiv interferens opptrer, avhenger av dybden til kildegruppen under havoverflaten. Konstruktiv interferens opptrer ved andre frekvenser, noe som fører til maksima i amplituden til det seismiske bølgefeltet ved frekvenser halvveis mellom tilstøtende hakkfrekvenser.

Mottakerne er også posisjonert under havoverflaten. Seismisk energi reflektert av en geologisk målstruktur kan derfor reise direkte til en mottaker, eller kan reise til en mottaker via en refleksjon ved havoverflaten. Interferens opptrer igjen mellom de to banene, og dette gir opphav til skyggehakk i det seismiske bølgefeltet innfallende på mottakerne ved frekvenser som avhenger av dybden til mottakerne under havoverflaten. Hvert hakk kan være tenkt på som konvolvering av kildespekteret med et "skyggefilter".

En frekvens på 0 Hz er alltid en hakkfrekvens i tilfellet av en kilde eller mottaker som er under havoverflaten. Hvis derfor en kilde som genererer et seismisk bølgefelt som har et flatt amplitude-frekvensspektrum ble benyttet i en marin seismisk undersøkelse, ville det resulterende bølgefeltet ved mottakeren ha et amplitude-frekvensspektrum av formen vist i trase (a) i figur 8 (som igjen viser amplituden på en logaritmisk skala). Spekteret omfatter et skyggehakk ved en høy frekvens som er avhengig av kildedybden (i dette eksempelet ved omtrent 190 Hz), et skyggehakk ved en høy frekvens som er avhengig av mottakerbybden (i dette eksempelet ved omkring 150 Hz), og et hakk ved 0 Hz. Amplituden har et maksimum ved omtrent 80 Hz, på grunn av konstruktiv interferens.

Skyggehakkene forvrenger frekvensspekteret til den emitterte seismiske energien. I en tauet marin seismisk undersøkelse er det derfor vanlig å benytte en kilde som emitterer et seismisk bølgefelt som har et frekvensspektrum som har en høy amplitude ved lave frekvenser. Intensjonen er at konvolveringen til kildespekteret med skyggehakkene og kildehakk skulle produsere et spekter som svarer til, så lang som mulig, det ønskede flate spekteret vist som trase (b) i figur 8.

I en seismisk undersøkelse hvor mottakere er anbrakt på havbunnen eller i et borehull i jorden, er mottakerskyggehakket ikke tilstede på grunn av at dataene blir innsamlet enten ved havbunnen eller borehullet for marin innsamling. Kun ett skyggefilter er dermed anvendt på dataene fra kildeskyggen. Mottakerskyggefilteret anvendes ikke. Hvis den seismiske kilden som benyttes har et frekvensspektrum som er utformet for å tilveiebringe et flatt spektrum etter konvolvering med et kildeskyggefilter og et mottakerskyggefilter, er resultatet når kildeskyggefilteret blir anvendt at spekteret forsterkes mot lave frekvenser. Som en konsekvens, når marine havbunns og borehulls seismiske data innsamles ved å benytte en seismisk kilde med for en tauet marin gruppe, blir de innsamlede data forskjøvet (biased) mot lave frekvenser og er derfor utilstrekkelig i høye frekvenser. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen, hvor data innsamles og prosesseres i operasjonsdomenet er derfor fordelaktig når den anvendes på slike data, siden den økte følsomheten for akselerometeret ved høye frekvenser kompenserer for forskyvningen mot lave frekvenser i de innsamlede seismiske bølgefelt. Dermed vil seismiske data som representerer akselerasjonsbølgefeltet og som er innsamlet ved havbunnen eller i borehullet ha et spektrum som er nær det ønskede flate spekteret.

Når man betrakter det dynamiske området til data benyttet for seismisk undergrunnsavbildning, er det også nødvendig å betrakte støyen i det seismiske signalet. Støy manifesterer seg i seismiske data på to måter: systemkvantiseringsstøy, fra hvilket intet signal kan gjenvinnes; og omgivelsesstøy, fra hvilket signal kan gjenvinnes gjennom dataprosessering. Når seismiske data blir innsamlet ved å benytte et akselerometer, er systemstøyen upåvirket. Imidlertid øker det høyfrekvente omgivelsesstøynivået når seismiske data innsamles ved å benytte en akselerasjonssensor. Dette er vist i figur 5.

Trase (a) i figur 5 viser amplitude-frekvensspekteret til seismisk energi innfallende på en mottaker med en avstand fra den seismiske kilden (med amplitude og frekvens begge representert på logaritmiske skalaer), og svarer til trase (c) i figur 3 eller trase (a) i figur 4. Trase (b) i figur 5 representerer utgangen fra en akselerasjonssensor for seismisk energi med et frekvensspekter til trase (a) som faller inn på

akselerasjonssensoren og svarer til trase (c) i figur 4.

Trase (c) i figur 5 representerer frekvensspekteret til omgivelsesstøy. Trase (d) representerer utgangen produsert av en akselerasjonssensor når omgivelsesstøyen til trase (c) gis inn, og det vil ses at den økte følsomheten til akselerometeret også øker amplituden ved høye frekvenser av utgangsstøysignalet. (I sammenligning ville utgangsstøysignalet fra en hastighetssensor som har den flate følsomheten til trase (a) i figur 2 være lik omgivelsesstøytrasen (c)).

Endelig viser trase (e) i figur 5 frekvensspekteret til systemstøynivået. Denne støyen genereres i datainnsamlingssystemet etter at data har blitt innsamlet av mottakeren, og er således uavhengig av om det benyttes en akselerasjonsfølende mottaker eller en hastighetsfølende mottaker.

Prosesseringsstrømmen for akselerasjonsdata må ta hensyn til svekkelsen av det relativt høyere omgivelsesstøynivået ved høyere frekvenser. Figur 9(a) viser en typisk datastrøm for hastighetsdomeneinnsamling og prosessering av seismiske data, og figur 9(b) viser en typisk datastrøm for akselerasjonsdomeneinnsamling og prosessering av seismiske data.

I den konvensjonelle hastighetsdomenedatastrømmen i figur 9(a) blir en seismisk kilde som har et bredbåndsspektrum (slik som trase (a) i figur 3) aktivert ved trinn 1. Den seismiske energien transmitteres inn i og forplanter seg gjennom jorden. Ettersom den seismiske energien forplanter seg gjennom jorden, blir de høyfrekvente komponentene av den seismiske energien svekket som et resultat av lavpassfiltereffekten til jorden. Den seismiske energien innfallende på en mottaker har dermed et spektrum forskjøvet mot lavere frekvenser - det vil si et spektrum hvor lavfrekvenskomponenter har større amplituder enn høyfrekvenskomponenter, slik som spekteret til trase (b) eller (c) i figur 3. Svekkelsen av høyfrekvenskomponenter er representert ved trinn 2 i figur 9(a).

Figur 9(a) viser datastrømmen for hastighetsdomeneinnsamling og prosessering av seismiske data. I denne datastrømmen blir seismiske data innsamlet ved å benytte en hastighetsfølende mottaker. En hastighetsfølende mottaker har en hastighetsfølsomhet som er hovedsakelig ensartet med frekvens slik at når den seismiske energien fra kilden faller inn på en hastighetsfølende mottaker, vil utgangen fra mottakeren forskyves mot lave frekvenser som forklart over. Dette er vist som trinn 3 i figur 9(a).

I trinn 4 blir de seismiske data innsamlet av den hastighetsfølende mottakeren prosessert for å oppnå et bilde av jordens undergrunn. De seismiske data er dominerende lavfrekvensdata hastighetsdata, og mangelen på høyfrekvenskomponenter kan ikke bli kompensert for gjennom prosessering. Som en konsekvens har det resulterende bildet oppnådd ved trinn 5 en lav oppløsning, slik som bildet i figur l(a).

I datastrømmen til oppfinnelsen vist i figur 9(b) blir en seismisk kilde som er har et bredbåndsspekter (slik som trase (a) i figur 3) aktivert ved trinn 11, og jorden virker som et lavpassfilter ettersom den resulterende seismiske energien forplanter seg gjennom jorden ved trinn 12. Trinnene 11 og 12 i figur 9(b) svarer til trinnene 1 og 2 i figur 9(a) og beskrivelse av disse trinnene vil ikke bli gjentatt.

Som forklart over, i den foreliggende oppfinnelsen blir seismiske data som representerer akselerasjonsbølgefeltet innsamlet og informasjon om jordens undergrunn oppnås direkte fra de innsamlede seismiske data. Dataene er innsamlet ved å benytte en akselerasjonsfølende mottaker, og dette vil ha en følsomhet som øker med frekvens som vist i figur 2. Dermed, når den seismiske energien faller inn på en hastighetssensor, svarer utgangen fra sensoren til trase (c) i figur 4 og har essensielt et bredbåndsspekter. Høyfrekvenskomponenten til den seismiske energien emittert av kilden har blitt gjenvunnet, etter svekkelse av jordens lavpassfiltereffekt, ved den økte følsomheten ved høyere frekvenser av akselerasjonsfølemottakeren. Dette er vist som trinn 13 i figur 9(b).

Ved trinn 14 blir de seismiske data innsamlet av akselerasjonsfølemottakeren prosessert. I prosesseringstrinnet blir et bilde av jordens undergrunn oppnådd direkte fra akselerasjonsseismiske data, og det konvensjonelle trinnet å transformere akselerasjonsseismiske data til hastighetsdomenet utføres ikke.

Som forklart over, betyr den økte høyfrekvensfølsomheten til akselerasjonssensoren at sensorutgangen generelt vil omfatte økt omgivelsesstøy ved høye frekvenser, og de resulterende høyere nivåer av omgivelsesstøy må korrigeres for gjennom prosessering. Når typiske hastighetsdomenedata prosesseres, blir en støysvekketeknikk slik som FK-filtrering benyttet for å svekke høyfrekvent støy (og trinn 4 i figur 9(a) kan omfatte anvendelse av en slik støysvekketeknikk). En FK-filtreringsteknikk er imidlertid ineffektiv ved fjerning av høyfrekvent støy fra akselerasjonsdomenet. Dette er fordi FK-filtreringsteknikken er basert på antagelsen at støyen faller av ved høyere frekvenser - men akselerasjonsdomenedata viser et generelt flatere spektrum enn hastighetsdomenedata, og antagelsen som ligger under FK-teknikken er ikke gyldig for akselerasjonsdomenedata.

Prosesseringdatastrømmen til den foreliggende oppfinnelsen omfatter fortrinnsvis et trinn for svekkelse av støy ved høye frekvenser som vil være effektiv ved svekkelse av høyfrekvent støy fra akselerasjonsdomenedata, og dette er indikert i figur 9(b) som trinn 14. Trinn 14 omfatter fortrinnsvis filtrering av den høyfrekvente støyen fra akselerasjonsdomenedata ved å benytte en koherent adaptiv støyfiltreringsteknikk. Eksempler på egnede teknikker er ACONA (UK patent nr. 2 309 082), LACONA- eller ARANA-teknikker.

Frekvensområdet over hvilket støysvekkelse er ønskelig, vil variere fra en undersøkelseslokalisering til en annen siden frekvensene benyttet i å generere det endelige undergrunnsbildet vil variere mellom undersøkelseslokaliseringer. Frekvenser som tillater seismisk avbildning av lag mindre enn 20 m tykke er generelt ansett å være "høye frekvenser" og, for en undersøkelseslokalisering med en gjennomsnittlig seismisk bølgehastighet på 2000 m/s fra overflate til mål, vil frekvenser over 100 Hz tilveiebringe denne oppløsningen og er i henhold til dette klassifisert som "høye frekvenser". Imidlertid, avhengig av den seismiske bølgehastigheten ved undersøkelsesstedet, er det mulig at frekvenser så lave som 70 Hz eller til og med 50 Hz kunne bli betegnet "høye frekvenser".

Siden de seismiske data gitt ut fra akselerasjonssensoren har et bredbåndsspekter, har det resulterende bildet oppnådd i trinn 15 høy oppløsning, slik som bildet i figur l(b). Den foreliggende oppfinnelsen tilveiebringer dermed registrering og prosessering av akselerasjonsdata for å produsere seismiske bilder med høyere båndbredde med høyere oppløsning enn konvensjonelle hastighetsdata.

Figur 10 er et blokkflytdiagram av en fremgangsmåte for å prosessere akselerasjonsdata for å oppnå informasjon om jordens undergrunn direkte fra akselerasjonsdata. Trinnene angitt av rektangulære bokser i figur 10 er påkrevde trinn i denne prosesseringsmetoden, og trinnene angitt ved heksagonale bokser i figur 10 er valgfrie, selv om de er foretrukne, i prosesseringsfremgangsmåten. De påkrevde trinnene i metoden i figur 10 vil bli beskrevet først.

Først ved trinn 1 i figur 10 blir data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet innsamlet. Alternativt kan metoden bli anvendt på forhåndseksisterende data, i hvilket tilfelle trinn 1 ville omfatte å hente data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet fra et lager. Det er antatt for den etterfølgende beskrivelsen at dataene er i form av konvensjonelle seismiske datatraser.

Ved trinn 4 blir forsterkningsgjenvinning påført på trasene. Ved trinn 6 blir trasene sortert i samlinger, for eksempel felles mottakersamlinger.

Ved trinn 9 blir hver trase korrigert for kilde-mottakeroffset - det vil at hver trase blir korrigert for å estimere trasen som ville ha blitt oppnådd hvis kilden og mottakeren hadde vært sammenfallende. I figur 10, er trinn 9 vist som en konvensjonell normal moveoutkorreksjon ved å benytte en hastighet oppnådd ved en hastighetsanalyse ved trinn 10, men metoden er ikke begrenset til denne bestemte metoden for å korrigere offset. Hvis hastighetsinformasjon allerede er tilgjengelig for undersøkelseslokaliseringen, kan trinn 10 utelates.

Ved trinn 11 blir trasene dempet. Trasene blir så stakket i trinn 13, og gjennomgår tidsmigrering ved trinn 17. Endelig blir resultatene vist ved trinn 18 (og kan i tillegg eller alternativt bli lagret for etterfølgende gjenhenting).

De valgfrie trinnene vist i figur 10 vil nå bli beskrevet.

Hvis akselerasjonsdata ble innsamlet samtidig med trykkdata i en marin seismisk undersøkelse, kan akselerasjonsdataene bli kombinert med trykkdata ved trinn 2. Dette tillater at de oppadgående og nedadgående bestanddelene til bølgefeltet ved mottakerne kan bestemmes.

Den seismiske kilden benyttet for å innsamle dataene vil ha en definert kildesignatur. Trinn 3 er et designaturtrinn som fjerner effekten av signaturen til den seismiske fra akselerasjonsdataene (eller fra de kombinerte trykk- og akselerasjonsdataene).

Trinn 5 er et trinn for å filtrere koherent støy (vanligvis vannbåren støy i data innsamlet i en marin undersøkelse) fra trasene ved å benytte en filtreringsteknikk for koherent støy. Dette trinnet eliminerer koherent støy som ellers ville påvirke det koherente signalet.

Trinn 7 er et dekonvolveringstrinn. Trinn 7 er et multippelfjernetrinn, anvendt i tilfellet på data innsamlet ved en mottaker i en vannkolonne for å fjerne hendelser som omfatter multiple passeringer gjennom vannkolonnen.

Trinn 12 er en traseutligningstrinn.

Trinn 14 er et andre dekonvolveringstrinn, men anvendt på de stakkede trasene. Dette trinnet kan anvendes så vel som trinn 7. Dekonvolveringstrinn har to formål: Svekkelse av etterklang med svært kort periode, og å gjøre signalspekteret hvitere. Valg av parametere er vanligvis et kompromiss mellom de to formålene. Poststakkdekonvolveringen i trinn 14 er som oftest av den milde spektralhvittingstypen, for å prøve å gjøre båndbredden bredere før visning.

Poststakkdekonvolveringstrinnet, trinn 14, kan ha den uønskede effekten å forsterke (boosting) høyfrekvent støy i dataene. Poststakkdekonvolveringen i trinn 14 følger derfor fortrinnsvis ved å i trinn 15 anvende et tidsvarierende båndpassfilter på dataene. Dette filteret trimmer båndbredden til dataene til de frekvensene som er dominert av signalet heller enn av støyen.

Endelig omfatter trinn 16 et trinn for utligning (eng: equalisation) av amplitudene til de stakkede trasene.

Det skal noteres at figur 10 illustrerer kun en mulig implementering av metoden ifølge oppfinnelsen for å oppnå informasjon om jordens undergrunn direkte fra akselerasjonsdata. Oppfinnelsen er imidlertid ikke begrenset til fremgangsmåten i figur 10.

Figur 11 er et skjematisk blokkdiagram av et programmerbart apparat 5 i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. Apparatet omfatter en programmerbar dataprosessor 6 med en programmerbar hukommelse 7, for eksempel i form av en lesehukommelse (read-only memory) (ROM) som lagrer et program for å kontrollere dataprosessoren

6 til å utføre en av prosesseringsmetodene beskrevet ovenfor. Apparatet omfatter videre ikke-flyktig lese/skrivehukommelse 8 for å lagre, for eksempel hvilke som helst data som må beholdes ved fravær ved kraftforsyning. Et "arbeids" - eller kladdeminne for dataprosessoren er tilveiebrakt av et direkteminne (RAM) 9. Et inngangsgrensesnitt 10 er for eksempel tilveiebrakt for å motta kommandoer og data. Et utgangsgrensesnitt 11 er for eksempel tilveiebrakt for å vise informasjon relatert til fremdriften og resultatet av metoden. Seismiske data for prosessering kan forsynes ved inngangsgrensesnittet 10, eller kan alternativt hentes fra et maskinlesbart datalager 12.

Programmet for å operere systemet og for å utføres fremgangsmåten beskrevet tidligere, er lagret i programhukommelsen 7 som kan være utført som en halvlederhukommelse, for eksempel av den velkjente ROM-typen. Imidlertid kan programmet være lagret i ethvert annet egnet lagringsmedium slik som en magnetisk databærer 7a slik som en "floppy disk" eller CD-ROM 7b. Figurene 12(a) til 12(d) viser seismiske undersøkelsesarrangement ifølge oppfinnelsen. Hver av disse figurene viser kun én seismisk kilde og én seismisk mottaker, av enkelhets skyld. Imidlertid vil generelt et praktisk seismisk undersøkelsesarrangement ha en mottakergruppe som omfatter et flertall av mottakere og kan også ha et flertall av seismiske kilder. Figur 12(a) viser et første seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til oppfinnelsen. Dette er et landbasert seismisk undersøkelsesarrangement. Det seismiske undersøkelsesarrangementet i figur 12(a) har en seismisk kilde 2 og en seismisk mottaker 4, ved sideveis avstand fra den seismiske kilden, for å innsamle seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet. Den seismiske kilden 2 og den seismiske mottakeren 4 er hver anbrakt på eller ved jordens overflate. En typisk bane for seismisk energi fra kilden 2 til den seismiske mottakeren 4, omfatter refleksjon ved et geologisk trekk angitt skjematisk som 14, vist i figur 12(a).

Det seismiske undersøkelsesarrangementet i figur 12(a) omfatter videre et prosesseringsapparat for å prosessere akselerasjonsdata innsamlet av mottakeren 4 for å oppnå informasjon om jordens undergrunn direkte fra akselerasjonsdataene. Prosesseringsapparatet 5 kan være et apparat som vist i figur 11. Akselerasjonsdata innsamlet av mottakeren 4 passeres til prosesseringsapparatet 5, og dette er angitt ved bane 13. Akselerasjonsdataene kan for eksempel overgis i sanntid eller nær sanntid til prosesseringsapparatet 5 over en link slik som en elektrisk, trådløs eller optisk link. Alternativt innsamlede akselerasjonsdata lagres i mottakeren 4 og deretter innhentes for inngivelse til prosesseringsapparatet.

Figur 12(b) viser et andre seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. Dette er igjen et landbasert seismisk undersøkelsesarrangement. Dette tilsvarer generelt til det seismiske undersøkelsesarrangementet i figur 12(a), bortsett fra at mottakeren 4 er anbrakt i et borehull 15. De gjenværende trekkene til det seismiske undersøkelsesarrangementet i figur 12(b) svarer til de seismiske undersøkelsesarrangementene i figur 12(a) og deres beskrivelse vil ikke bli gjentatt.

Figur 12(c) viser et tredje seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. Dette er et marint seismisk undersøkelsesarrangement. Det seismiske undersøkelsesarrangementet i figur 12(c) har en seismisk kilde 2 og en seismisk mottaker 4, med sideveis avstand fra den seismiske kilden, for å innsamle seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefeltet. Den seismiske kilden 2 er anbrakt i en vannkolonne 17, for eksempel er opphengt fra et undersøkelsesfartøy 1. Den seismiske mottakeren 4 er anbrakt ved basen 16 til vannkolonnen og kan for eksempel være en havbunnskabel. En typisk bane for seismisk energi fra kilden 2 til den seismiske mottakeren 4 omfatter refleksjon ved et geologisk trekk angitt skjematisk som 14, vist i figur 12(c).

Det seismiske undersøkelsesarrangementet i figur 12(c) omfatter videre et prosesseringsapparat for å prosessere akselerasjonsdataene innsamlet ved mottakeren 4 for å oppnå informasjon om jordens undergrunn direkte fra akselerasjonsdataene. Prosesseringsapparatet 5 kan være et apparat som vist i figur 11. Prosesseringsapparatet 5 er vist som anbrakt på undersøkelsesfartøy et 1 i figur 12(c), men prosesseringsapparatet 5 kan være lokalisert andre steder, slik som for eksempel på et annet fartøy eller på en base på land. Akselerasjonsdata kan passeres fra mottakeren 4 til prosesseringsapparatet 5 ved en hvilken som helst av måtene beskrevet over.

Figur 12(d) viser et fjerde seismisk undersøkelsesarrangement i henhold til den foreliggende oppfinnelsen. Dette er marinbasert seismisk

undersøkelsesarrangement. Dette svarer generelt til det seismiske undersøkelsesarrangementet i figur 12(c), bortsett fra at mottakeren 4 er anbrakt inne i et borehull 15. De gjenværende trekkene til det seismiske undersøkelsesarrangementet i figur 12(d) svarer til de seismiske undersøkelsesarrangementene i figur 12(c) og deres beskrivelse vil ikke bli gjentatt.

Claims (16)

1. Fremgangsmåte for å innsamle og anvende seismiske data,karakterisert vedå omfatte: å innsamle (1), eller innhente fra et lager, seismiske data som er representative for bare akselerasjonsbølgefelt-traser; å anvende (4) en forsterkningsgjenvinning på de seismiske data; å anvende (9) en normal-moveout-korreksjon på de forsterknings-gjenvunnede seismiske data; å dempe (11) de normal-moveout-korrigerte seismiske data; å stakke (13) de dempede seismiske data; og å anvende (17), ved bruk av en prosessor (6), en tidsmigrasjon på de stakkede seismiske data.

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1, hvor de seismiske data som er representative for bare akselerasj onsbølgef elt-traser er en eller flere akselerasjonsbølgefelt-traser.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, videre omfattende å fjerne (3) en effekt av en signatur for kilden brukt til å innsamle akselerasjonsbølgefelt-trasene.

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, videre omfattende å fjerne (5) koherent støy fra de forsterkningsgjenvunnede akselerasj onsbølgefelt-trasene.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, videre omfattende å anvende (8) en demultippel-algoritme på de forsterkningsgjenvunnede akselerasj onsbølgefelt-trasene for å fjerne hendelser som involverer multiple gjennomløp gjennom en vannsøyle som en mottaker benyttet til å innsamle akselerasj onsbølgefelt-trasene er anbrakt i.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, videre omfattende å anvende (12) en traseutligningsalgoritme på de dempede akselerasj onsbølgefelt-trasene.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, videre omfattende å anvende (7) en pre-stakk-dekonvolusjonsalgoritme på de forsterknings-gjenvunnede akselerasj onsbølgefelt-trasene for å dempe korte perioder med etterklang.

8. Fremgangsmåte i henhold til krav 2, videre omfattende å anvende (14) en post-stakk-dekonvolusjonsalgoritme på de stakkede akselerasj onsbølgefelt-trasene for å hvitgjøre et signalspektrum.

9. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, videre omfattende å anvende (15) et tidsvarierende båndpassfilter på de stakkede akselerasj onsbølgefelt-trasene.

10. Fremgangsmåte i henhold til krav 8, videre omfattende å utligne (16) amplituder for de stakkede akselerasj onsbølgefelt-trasene.

11. Apparat (5) for å innsamle og anvende en eller flere akselerasjonsbølgefelt-traser,karakterisert vedå omfatte: et inngangsgrensesnitt (10) for å motta en eller flere akselerasjonsbølgefelt-traser; en dataprosessor (6); og et minne (7) som omfatter programinstruksjoner som er eksekverbare av prosessoren til: å innsamle (1) akselerasj onsbølgefelt-trasene; å anvende (4) en forsterkningsgjenvinning på akselerasjonsbølgefelt-trasene; å anvende (9) en normal-moveout-korreksjon på de forsterknings-gjenvunnede akselerasjonsbølgefelt-trasene; å dempe (11) de normal-moveout-korrigerte akselerasjonsbølgefelt-trasene; å stakke (13) de dempede akselerasjonsbølgefelt-trasene; og å anvende (17) en tidsmigrasjon på de stakkede akselerasjonsbølgefelt-trasene.

12. Apparat i samsvar med krav 11, videre omfattende en seismisk kilde (2) for emittering av seismisk energi; ogen seismisk mottaker (4) for å innsamle seismiske data som er representative for akselerasjonsbølgefelttraser, idet den seismiske mottakeren har en avstand fra den seismiske kilden; hvilket danner et seismisk undersøkelsesarrangement.

13. Apparat i henhold til krav 12, hvor den seismiske kilden (2) og mottakeren (4) hver er anbrakt på eller ved jordens overflate.

14. Apparat i henhold til krav 12, hvor den seismiske kilden (2) er anbrakt på eller ved jordens overflate og mottakeren (4) er anbrakt i et borehull.

15. Apparat i henhold til krav 12, hvor den seismiske kilden (2) er anbrakt i en vannkolonne og mottakeren (4) er lokalisert ved basen av vannkolonnen.

16. Apparat i henhold til krav 12, hvor den seismiske kilden (2) er anbrakt i en vannkolonne og mottakeren (4) er anbrakt i et borehull.