NO339691B1 - Fremgangsmåte for behandling av seismiske vertikalprofil-data ved bruk av effektive VTI-modeller - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en fremgangsmåte for behandling av seismiske data, spesielt for behandling av seismiske data innsamlet ved bruk av en vertikal seismisk profil (VSP).

Seismiske data blir innsamlet ved å bruke en gruppe seismiske kilder og seismiske mottakere. I tilfellet med en seismisk undersøkelse utført på land, kan dataene innsamles ved f.eks. å bruke eksplosive ladninger som seismiske kilder og geofoner som seismiske mottakere. Geofoner som er i stand til å registrere amplituden av seismisk energi i tre uavhengige retninger, blir spesielt ofte benyttet som seismiske mottakere.

Fig. 1 illustrerer skjematisk en kilde og et mottakerarrangement. Første, andre og tredje seismiske kilder 1, 2 og 3 samvirker henholdsvis med første, andre og tredje mottakere 4, 5 og 6. Kildene og mottakerne er anordnet omkring et felles midtpunkt 7. For enkelhets skyld vil laget eller bergarten under kildene og mottakerne bli antatt å være isotrope og inneholde første og andre horisontale delreflek-torer 9 og 10. Seismisk energi produsert fra aktiveringen av den første kilde 1, blir reflektert fra de delvise reflektorer 9, 10 og mottatt av hver av mottakerne 4, 5 og 6. For enkelhets skyld vil imidlertid bare energi reflektert fra undersiden av det felles midtpunkt 7 bli betraktet her. Med denne forenklingen betrakter vi derfor bare energi mottatt ved den første mottaker 4 som et resultat av aktivering av den første kilde 1, energi mottatt ved den annen mottaker 5 som et resultat av aktivering av den annen seismiske kilde 2, og energi mottatt ved den tredje mottaker 6 som et resultat av aktivering av den tredje seismiske kilde 3. "Tur/retur"-forplantningstiden til energien fra en seismisk kilde til dens tilhørende mottaker øker med økende horisontal avstand (offset) mellom kilden og mottakeren. Tur/retur-forplantningstiden er også en funksjon av dybden til reflektorene 9,10. Den horisontale avstand mellom kilden og mottakeren er generelt som "offset".

Etter at de seismiske rådata er blitt innhentet, blir de reflekterte signaler (kjent som traser) mottatt av hver av mottakerne som et resultat av aktiveringen av en kilde for seismisk energi, behandlet for å fremskaffe et undergrunns bilde. Behandlingen innbefatter trinnene med å transformere (eller "migrere") signalene til deres aktuelle undergrunns posisjoner. Trasene blir så korrigert for å ta hensyn til forskyvningen eller "offseten" mellom kilden og mottakeren.

Fig. 2 illustrerer skjematisk virkningen av offset på forplantningstiden for seismisk energi fra en kilde til den tilhørende mottaker for undersøkelsesarrangemen-tet som er vist på fig. 1, for refleksjoner under det felles midtpunkt 7. Punktene merket 1, 2 og 3 på x-aksen (offset) på fig. 2, refererer henholdsvis til forplantningstiden mellom den første kilde og den første mottaker, mellom den annen kilde og den annen mottaker og mellom den tredje kilde og den tredje mottaker, som vist på fig. 1. Man vil se at forplantningstiden for seismisk energi tilknyttet en spesiell refleksjon, øker når offset-verdien øker. For å sammenligne traser fra kilde/ mottaker-par som har forskjellige offset, er det nødvendig å korrigere trasene for virkningen av offset, og dette blir vanligvis gjort ved å korrigere trasene til null offset. Denne korreksjonsprosessen er kjent som normal utflytningskorreksjon (normal moveout correction).

Den normale utflytningskorreksjon krever at forplantningshastigheten til seismisk energi i undergrunnen er kjent eller kan estimeres. I virkeligheten er jordens lag under mottaks- og kilde-gruppen ikke isotrop, og lydhastigheten i jorden har en tendens til å øke med dybden, siden jorden blir mer kompakt. Jordens struktur kan videre meget godt inneholde et antall lag som hver har forskjellige forplantnings-hastigheter for seismisk energi. I en effektiv hastighetsmodell blir imidlertid disse variasjonene i forplantningshastigheten for seismisk energi erstattet med en effektiv forplantningshastighet for seismisk energi.

Én effektiv hastighetsmodell antar at det medium som den seismiske energi forplanter seg gjennom, er isotrop og at hastigheten for seismisk energi som forplanter seg i mediet, er konstant. Dette er kjent som den "hyperbolske antakelse".

I den hyperbolske antakelse definerer tur/retur-forplantningstiden for seismisk energi som en funksjon av offset for hver av reflektorene, en hyperbel. I denne for-enklede situasjon er forholdet mellom offset og forplantningstiden for seismisk energi reflektert av en spesiell reflektor, gitt ved:

I ligning (1), er t tur/retur-forplantningstiden, offset er den horisontale avstand mellom kilden og mottakeren og hastighet er forplantningshastigheten til de seismiske signaler i jorden, som antas å være konstant.

Under behandling av de seismiske data som er fremskaffet i en typisk seismisk undersøkelse, blir trasene innledningsvis sortert slik at traser som har det samme felles midtpunkt, blir gruppert sammen. Dette gjør det mulig å undersøke geologien under linjen med kilder og mottakere ved et antall posisjoner. En hastighetsanalyse blir så utført for hvert felles midtpunkt og for hver reflektor 9, 10. Dette blir oppnådd ved å spesifisere et område med hyperbler som definert i ligning (1), relatert til et område med effektive hastigheter, og beregning av den midlere re-fleksjonsamplitude langs alle spesifiserte hyperbler i vedkommende område. De seismiske traser for et antall forskjellige offset blir så konvertert, i samsvar med hy-perblene, til ekvivalente traser som har null offset. Trasene blir så summert. Mid-delamplitudene ved null offset blir så undersøkt for å bestemme hvilken effektiv hastighet som gir det beste resultat.

Som bemerket ovenfor, øker forplantningstiden for seismisk energi tilordnet en spesiell refleksjonshendelse (dvs. tilknyttet refleksjon av en spesiell reflektor) når offset-verdien øker. Hvis trinnet med å korrigere de seismiske rådata til null offset blir utført korrekt, så skal en spesiell refleksjonshendelse inntreffe ved samme tidspunkt i hver korrigert trase.

Når en riktig effektiv hastighet er blitt valgt, blir så alle de seismiske data som vedrører det felles midtpunkt for hvilket den effektive hastighet er blitt valgt,

korrigert for offset ved å benytte ligning (1) og blir så summert (eller "stakket") for å tilveiebringe en stakket trase for de spesielle felles midtpunkt. Den stakkede trase har et forbedret signal/støy-forhold sammenlignet med de enkelte traser som er re-gistrert ved mottakerne.

Arrangementet av seismiske kilder og mottakere som er vist på fig. 1, er kjent som en seismisk overflateundersøkelse, siden kildene og mottakerne alle er lokalisert på jordoverflaten. I en alternativ undersøkelsesgeometri, kjent som en vertikal seismisk profileringsundersøkelse (VSP-undersøkelse) er mottakeren eller mottakerne ikke anbrakt på jordoverflaten, men er anbrakt ved forskjellige dybder i undergrunnen, for eksempel i et borehull. Tre-komponent-geofoner blir vanligvis brukt som seismiske mottakere ved seismiske VSP-undersøkelser. Den seismiske kilden eller kildene er anbrakt på jordoverflaten.

VSP-undersøkelse har to hovedkategorier. VSP-undersøkelse med null offset benytter en seismisk kilde som er lokalisert vertikalt over mottakeren eller mottakerne; f.eks. er mottakeren eller mottakerne anbrakt inne i et borehull, og kilden er lokalisert ved toppen av borehullet. Ved VSP-offsetundersøkelser er kilden lokalisert i en horisontal avstand fra det punkt hvor den vertikale linje på hvilken mottakerne er plassert, skjærer jordoverflaten. Fig. 3 viser et eksempel på et arrangement ved en VSP-offsetundersøkelse. De seismiske kilder 1, 2, 3 på fig. 3 har forskjellige offset (dvs. forskjellige horisontale avstander fra den vertikale linje på hvilken mottakerne er lokalisert), slik at fig. 3 gir et arrangement for VSP-undersøkelse med flere offset. Disse er vanligvis kjent som "vandringer"

(walkaways).

En anvendelse av seismisk VSP-undersøkelse er i "forover-seende" under-søkelser. Denne formen for seismiske undersøkelser blir brukt under boring av et borehull. Seismiske mottakere i borehullet blir brukt til å samle inn informasjon om den geologiske struktur under borkronen. Beslutninger vedrørende boreoperasjo-nen, f.eks. bestemmelse av den sikre boreavstand før innsetting av den neste fo-ringsrørstreng, blir tatt på grunnlag av informasjon som er innsamlet om den und-erliggende geologiske struktur.

Ved forover-seende undersøkelser blir VSP-undersøkelser med null offset brukt til å predikere poretrykket under borkronen. VSP-offsetundersøkelser blir brukt til å fremskaffe informasjon om den geologiske struktur under borhodet, for å gjøre det mulig å styre retningen av brønnen. Når seismiske data innsamlet ved bruk av en VSP-offsetundersøkelsesgeometri blir benyttet til å fremskaffe informasjon for å dirigere boringen av et borehull, er det ønskelig at dataene blir behandlet så hurtig som mulig for å unngå forsinkelser i boreprosessen.

Artikkelen "Determination of anisotropic velocity models from walkaway VSP data acquired in the presence of dip" av Sayers, CM., GEOPHYSICS, vol. 62, no. 3 (mai-juni 1997); sidene 723-729, beskriver hvordan det er fordelaktig å orientere VSP walkaway i gjennomtrengningsretningen for å estimere anisotropiske parametere til et medium i nærheten av en mottakermatrise. Imidlertid, dette kan være umulig. Dersom den geologiske fallretningen til alle lag har den same asimutiske vinkelen vil variasjonen til walkaway gangtidene som funksjon av asimut vinklene ha en enkel form. Dette tillater at data fra en enkel walkaway VSP stekker seg på begge sider av en brønn og er invertert for den lokale anisotropiske P fase-treghets overflaten ved mottakerne selv ved tilstedeværelse av fallret-ninger. Dersom data er samlet inn ved mer enn én asimut vinkel kan fallretningen bli bestemt.

US 4802146 A beskriver en utflytnings-korreksjonsprosess og stable hastig-hets estimeringsprosess for å tillate stabling av vertikale seismisk profil data (VSP), der den primære refleksjonstiden bestemmes ved hjelp av to-veis gangtid, kvadratisk middelverdi av hastigheten til akustiske pulser i formasjonen, og den første ankomsttiden av direkte-vei akustiske pulser.

Artikkelen "Nonhyperbolic reflection moveout in anisotropic media", av Tsvankin, I. og L. Thomsen, GEOPHYSICS, vol. 59, no. 8, (august 1994), sidene 1290-1304, beskriver en analytisk og numerisk analyse av den kombinerte påvirk-ning av vertikal transvers isotropi og lagdeling av lange spredninger av refleksjons-utflytninger (moveouts). En kvalitativ beskrivelse av ikke hyperbolske utflytninger er gitt basert på en eksakt fjerde ordens Taylor serie ekspansjon av P, SV og P-SV gangtidskurver. Imidlertid, den fjerde ordens Taylor serien mister raskt nøyak-tighet ved stigende offset. Ved å teste mot ulike transvers isotropiske modeller kan en aproksimasjon finnes. For P bølger er utflytningsformelen svært nøyaktig selv ved vesentlige anisotropiske og store offset.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for å behandle

vertikale seismiske profildata med offset, omfattende det trinn å korrigere for offset mellom den seismiske kilde og mottakeren ved å benytte en ikke-hyperbolsk effektiv hastighetsmodell. Dette forenkler behandlingen av dataene. Siden den effektive hastighetsmodell er ikke-hyperbolsk, innbefatter den effekter som skyldes jordens lagstruktur og jordens anisotropi.

I en foretrukket utførelsesform omfatter trinnet med å korrigere for offset, å korrigere data fremskaffet ved bruk av et kilde/mottaker-par som har en offset forskjellig fra null, til null offset ved å benytte følgende relasjon mellom offset og forplantningstiden for seismisk energi;

hvor t er forplantningstiden for seismisk energi fra kilden til mottakeren, x er offset mellom kilden og mottakeren, og z er mottakerens dybde.

I en foretrukket utførelsesform omfatter trinnet med å korrigere for offset videre å transformere banen for seismisk energi som er reflektert av en reflektor som befinner seg ved en dybdeZretiektor som er større enn dybden til mottakeren, til en direkte bane til en mottaker ved en effektiv dybde

Zeff hVOr Zeff<=>Zmottaker + 2 (Zreflektor - Zmottaker).

En refleksjonsbane ved seismiske VSP-offsetundersøkelser er asymmetrisk, siden kilden og mottakeren er ved forskjellige vertikale avstander fra reflektoren. I denne utførelsesformen blir en refleksjonsbane ved VSP-offsetundersøkelse "foldet" omkring dybden til mottakeren og dermed transformert til en bane som er ekvivalent med halvdelen av en typisk symmetrisk bane ved seismiske overflate-undersøkelser.

En foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen omfatter å bestemme forplantningstiden for en direkte puls med seismisk energi for et antall offsetverdier;

og å bestemme forplantningsegenskapene for seismisk energi ved dybder som er mindre enn dybden til mottakeren, fra forplantningstider for den direkte pulsen. En direkte puls med seismisk energi forplanter seg fra den seismiske kilde til mottakeren uten refleksjon, og banen til den direkte puls vil aldri være dypere enn dybden til mottakeren. Forplantningstiden til den direkte puls blir dermed bestemt utelukk-ende av den geologiske strukturen ved dybder som er mindre enn dybden til mottakeren (generelt kjent som "overdekningen"). I denne utførelsesformen av oppfinnelsen blir overdekningen modellert som et enkelt lag, og de seismiske egenskapene, slik som forplantningshastigheten for seismisk energi i overdekningslaget, blir beregnet fra forplantningstider for direkte pulser med seismisk energi.

Enhver egnet modell kan brukes til å beregne de seismiske egenskapene til overdekningslaget fra forplantningstider for de direkte seismiske energipulsene. Det kan f.eks. antas at forplantningshastigheten til seismisk energi ved en dybde som er mindre enn dybden til mottakeren, er uavhengig av dybden. I en utførel-sesform av oppfinnelsen blir det antatt at forplantningshastigheten for seismisk energi ved en dybde mindre enn dybden til mottakeren, øker lineært med dybden fra jordoverflaten til mottakeren.

Når de seismiske egenskapene til overdekningen er blitt anslått ut fra forplantningstider for direkte seismiske energipulser, blir så en modell for forplantningen av seismisk energi ved dybder større enn mottakerdybden, satt opp. Dette kan gjøres ved å modellere den geologiske struktur ved dybder som er større enn dybden til mottakeren som en rekke lag med forskjellige seismiske egenskaper. Alternativt kan den geologiske struktur under mottakeren modelleres som et enkelt lag. I en utførelsesform av oppfinnelsen blir forplantningsegenskapene for seismisk energi ved dybder som er større enn dybden til mottakeren, antatt å være forplantningsegenskapene for seismisk energi bestemt fra forplantningstider for de direkte seismiske energipulser.

I en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen blir forplantningsegenskapene for seismisk energi ved dybder større enn dybden til mottakeren, bestemt for en modusomformingsrefleksjon. Seismisk energi kan underkastes modusomforming ved refleksjon slik at f.eks. en nedadgående P-bølge kan reflekteres for å frem-bringe en oppadgående S-bølge. Denne utførelsesformen av oppfinnelsen mulig-gjør en nøyaktig analyse av seismiske data der en slik modusomforming har inn-truffet.

I en foretrukket utførelsesform omfatter fremgangsmåten videre det trinn å beregne den geometriske spredning ved å benytte den effektive hastighetsmodell.

Andre foretrukne trekk ved oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patent-krav.

Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer således en fremgangsmåte for å behandle seismiske VSP-data, spesielt seismiske VSP-data med lang offset, ved å benytte en effektiv hastighetsmodell til å bestemme forplantningstider ved null offset. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen korrigerer på pålitelig måte for offset for offsetverdier som er lik og i mange tilfeller betydelig større enn mottakerens dybde. Bruken av en effektiv hastighetsmodell blir gjort mulig ved å "folde" modellen omkring reflektorens dybde for å omforme en asymmetrisk VSP-refleksjonsbane til en symmetrisk bane.

Nøyaktigheten av en effektiv hastighetsmodell ved behandling av seismiske data med lang offset som er innsamlet i en VSP-geometri med mange offsetverdier, blir betydelig forbedret ved å modellere overdekningen som et enkelt lag, og ved å bruke ankomsttidene til den direkte puls for forskjellige offsetverdier til å bestemme overdekningens seismiske egenskaper.

Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å håndtere modus omformede refleksjoner hvor en nedadgående P-bølge blir omformet til en oppadgående S-bølge, ved å bruke den samme modell som for P-bølger. Dette blir gjort ved å behandle P-bølgene som langsomme S-bølger, fortrinnsvis som langsomme S-bøl-ger med høy elliptisk anisotropi.

Foreliggende oppfinnelse gjør det videre mulig å beregne elastiske, anisotrope, syntetiske VSP-bølgeformer som innbefatter geometrisk spredning, ved å benytte den effektive hastighetsmodell.

Foreliggende oppfinnelse har et stort antall anvendelsesområder. En anvendelse av oppfinnelsen er f.eks. den anisotrope hastighetsanalyse av seismiske VSP-data. Foreliggende oppfinnelse gjør det mulig å utføre interaktiv, anisotrop hastighetsanalyse på seismiske VSP-data på omtrent samme måte som for tiden er mulig i forbindelse med seismiske overflatedata.

Dette kan også gjøres for refleksjoner som er utsatt for modusomforming. En overdekningskalibrering kan benyttes, men behøver ikke å bli benyttet.

En annen anvendelse av fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse er automatisk hastighetsdybde/hastighets-inversjon med en overdekningskalibrering. Modus omformede refleksjoner blir også håndtert.

En annen anvendelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er ved hurtig, automatisk vandringsmigrering ved å benytte en effektiv endimensjonal hastighetsmodell.

En annen anvendelse av fremgangsmåten i henhold til foreliggende oppfinnelse er i forbindelse med elastisk bølgeforminvertering av vandrende, seismiske VSP-data. Dette blir gjort ved å benytte den effektive hastighetsmodell, ved å fo-reta en overdekningskalibrering og ved å beregne elastiske, anisotropiske, syntetiske VSP-bølgeformer som innbefatter geometrisk spredning.

Foreliggende oppfinnelse er særlig egnet til å tilveiebringe en fremgangsmåte for behandling av vertikale, seismiske profil-offsetdata (VSP-data), omfattende et trinn for å korrigere offsetverdien mellom den seismiske kilde og mottakeren ved å benytte en ikke-hyperbolsk effektiv hastighetsmodell; hvor trinnet med å korrigere for offset innbefatter å transformere veien til seismisk energi som er reflektert av en reflektor plassert på en dybdeZreflektor, hVOrZeff = Zmottaker + 2 ( Zreflektor - zmottaker) ; og omfattende å bestemme forplantningstiden til en direkte puls med seismisk energi for et flertall offsetverdier; og å bestemme forplantningsegenskapene til seismisk energi ved dybder mindre enn dybden til mottakeren fra forplantningstider for den direkte puls.

Foretrukne utførelsesformer av foreliggende oppfinnelse vil nå bli beskrevet ved hjelp av et illustrerende eksempel under henvisning til de vedføyde figurer, hvor: fig. 1 er en skjematisk illustrasjon av en seismisk overflateundersøkelse;

fig. 2 viser forholdet mellom tur/retur-forplantningstiden for seismisk energi og offset for arrangementet på fig. 1;

fig. 3 er en skjematisk skisse som illustrerer en fremgangsmåte for vertikal seismisk profilering ved innsamling av seismiske data;

fig. 4 viser de syntetiske forplantningstidsrester fremskaffet med en fremgangsmåte for behandling av seismiske data i henhold til foreliggende oppfinnelse;

fig. 5 er en skjematisk illustrasjon av den prosedyre som benyttes til å transformere en VSP-offsetrefleksjons-strålebane til en direkte strålebane;

fig. 6 viser resultater ved utførelse av utflytningskorreksjonen under anvendelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 7 viser resultatene ved å utføre utflytningskorreksjonen under anvendelse av en ytterligere utførelsesform av foreliggende oppfinnelse;

fig. 8 viser resultatene av å utføre utflytningskorreksjonen for anisotrope re-fleksjonsbaner;

fig. 9 svarer til fig. 8, men gjelder en fremgangsmåte i henhold til foreliggende oppfinnelse; og

fig. 10 viser resultater ved korreksjon for offset i henhold til en ytterligere ut-førelsesform av foreliggende oppfinnelse.

Som beskrevet i beskrivelsesinnledningen, blir behandlingen av seismiske overflatedata ofte utført ved å benytte en effektiv hastighetsmodell, ellers kjent som en "effektiv modell". I en effektiv hastighetsmodell, eller en effektiv modell, blir en effektiv hastighet utledet fra de seismiske data, f.eks. ved å tilpasse en kurve som har den form som er gitt i ligning (1) til seismiske data, og denne effektive hastigheten blir benyttet i etterfølgende behandling. I henhold til foreliggende oppfinnelse blir en effektiv anisotrop modell benyttet til behandling av seismiske VSP-data.

I prinsippet vil det være mulig å anvende ligning (1) ovenfor til behandling av seismiske VSP-data. Som diskutert ovenfor er imidlertid ligning (1) basert på den antakelse at jorden er isotrop, slik at hastigheten av seismisk energi i jorden er konstant, og denne antakelsen er vanligvis uriktig. I henhold til oppfinnelsen blir det derfor anvendt en ikke-hyperbolsk effektiv hastighetsmodell som kan ta hensyn til jordens anisotropi. I en foretrukket utførelsesform blir forholdet mellom tur/retur-forplantningstiden t og offset x modellert ved hjelp av ligningen:

I ligning (2) er x offsetverdien mellom kilden og mottakeren, og z er mottakerens dybde. Koeffisientene a, boge blir vanligvis betraktet som konstante.

Forholdet mellom offset og forplantningstid som er gitt i ligning (2), er kjent

som den effektive VTI-modell (den vertikale transversale isotropiske modell). Sammenlignet med ligning (1) er det et ekstra ledd i relasjonen mellom offset og tur/re-tur-forplantningstid, og dette ytterligere ledd gjør modellen effektivt anisotrop. I ligning (2) er det første ledd på høyre side av ligningen kvadratet av tur/retur-forplantningstiden ved null offset, det annet ledd på høyre side representerer den hyperbolske utflytning, mens det tredje ledd er et ikke-hyperbolsk ledd relatert til "anelliptisitet". Det tredje ledd tar hensyn til virkninger som skyldes at jorden eller undergrunnen er sammensatt av lag, og effekter som skyldes jordens iboende anisotropi. Tillegget av det tredje ledd på høyre side av ligningen gjør denne modellen mer generelt anvendbar enn den hyperbolske modell i henhold til ligning (1).

Fig. 4 viser resultatene av tilpasningsligningen (2) til direkte syntetiske forplantningstider beregnet for P-bølger i en lagdelt, vertikal, transversal isotropmo-dell (VTI-modell). De syntetiske tider ble beregnet i en 116 lags VTI-modell med mottakeren ved en dybde på 1524 meter (5000 fot). Forplantningstidene, ved å bruke ligning (2), ble beregnet ved å bestemme koeffisientene a, bog c under anvendelse av en minste kvadraters tilpasning, og ved å benytte de bestemte verdier av koeffisientene a, boge til å beregne forplantningstiden under anvendelse av ligning (2). Man vil se at differansen mellom forplantningstiden beregnet under bruk av ligning (2) og de nøyaktige syntetiske forplantningstider beregnet ved å

bruke den 116 lags VTI-modellen varierer med mindre enn 1 ms for offsetverdier i området fra 0-2438 meter (0-8000 fot), dvs. for offsetverdier som langt overskrider mottakerdybden på 1524 meter (5000 fot). Dette viser at ligning (2) kan benyttes til å representere relasjonen mellom offset og forplantningstid som en meget god tilnærmelse. Ligning (2) brytes bare ned ved offsetverdier som er ekstremt lange sammenlignet med mottakerens dybde, eller i tilfeller hvor undergrunnen har ekstremt store hastighetskontraster.

De tre koeffisientene i ligning (2) er relatert til de intrinsike anasotropi-para-metrene s og 5 beskrevet av Thomsen i "Geophysics", Vol 51, pp 1954-1966

(1986). Hvis "overdekningen", dvs. den geologiske struktur over mottakerens dybde, er homogen, er forholdet mellom parameterne i ligning (2) og parameterne e og 8 som er foreslått av Thomsen, som følger:

og Vh er hastigheten til den seismiske energi i henholdsvis vertikal retning og horisontal retning.

Det er mulig å justere koeffisientene a, boge ved å tilpasse beregnede forplantningstider til observerte forplantningstider for å reprodusere den målte relasjonen mellom forplantningstid og offset. Når en måling av direkte forplantningstid imidlertid ikke er tilgjengelig (en "direkte forplantningstid" er forplantningstiden for seismisk energi som forplanter seg fra kilden til mottakeren uten å gjennomgå refleksjon, slik som banen 11 på fig. 5), men individuelle intervallhastigheter er til-gjengelige, er det nyttig å kunne bestemme de effektive VTI-koeffisienter a, boge fra parameterne for de individuelle lag i undergrunnen (i virkeligheten består undergrunnen av lag med forskjellig geologisk sammensetning, og forskjellige lag vil ha forskjellige verdier for koeffisientene a, b og c).

Først blir koeffisientene for det i. lag, a\, b\og q bestemt fra hastigheten og anisotropi-parameterne fra det i. lag på følgende måte:

I ligning (4) er a\ verdien av koeffisienten a for ife lag, og så videre. Deretter blir de effektive modellkoeffisienter av., bv. og o< for k lag gitt av: med

hvor vi er den vertikale hastigheten for seismisk energi i det ife lag.

Et problem som må overvinnes for å benytte en effektiv hastighetsmodell i en VSP- eller vandrings-anvendelse, er at ligningene (1) og (2) er utledet for behandling av seismiske overflatedata hvor banene for seismiske data er symmetriske omkring det felles midtpunkt, som vist på fig. 1. I motsetning er banene til seismisk energi i VSP-undersøkelser vanligvis ikke symmetriske, som vist på fig. 3. Bare baner der den seismiske energi forplanter seg direkte fra en kilde til en mottaker uten å gjennomgå en refleksjon, slik som banen 11 vist på fig. 5, kan betrak-tes som symmetrisk. For å anvende ligning (1) eller (2) på VSP-data fremskaffet for en bane som innebærer en refleksjon, er det nødvendig å gjøre geometrien til VSP-refleksjonsbanene symmetriske. Dette blir gjort ved å folde modellen under mottakeren omkring dybden til reflektoren, som vist på fig. 5.

Fig. 5 viser skjematisk to strålebaner for seismisk energi i en VSP-offsetundersøkelse. En bane 11 er en bane for seismisk energi som forplanter seg fra kilden til mottakeren uten å gjennomgå noen refleksjon (selv om refraksjon inntreffer ved grensen mellom undergrunnslagene 13 og 14). Banen 11 er kjent som den "direkte bane" og seismisk energi som forplanter seg langs den direkte bane frembringer en puls kjent som den "direkte puls" eller "direkte ankomst" i de seismiske data. Strålen 12 viser en bane fra kilden til mottakeren som innebærer refleksjon ved en reflektor 9 som befinner seg ved en større dybde enn dybden til mottakeren.

For å omforme en asymmetrisk bane, slik som bane 12 til en symmetrisk bane, blir modellene under mottakeren foldet ved reflektordybden for derved å inn-føre den effektive dybden til mottakeren ved:

Den bane som er fremskaffet for å folde modellen under reflektoren, svarer til en direkte VSP-bane, eller til halvparten av en bane for seismisk energi i en seismisk overflateundersøkelse. Med denne modifikasjonen kan derfor en effektiv VTI-modell benyttes til å representere VSP-offsetrefleksjonstider i en endimensjonal VTI-modell.

Fig. 6 viser resultater ved bruk av en effektiv hastighetsmodell til å korrigere traser til forplantningstider ved null offset. De seismiske data er syntetiske P-p-vandringsrefleksjonsdata simulert ved å benytte en mottaker ved en dybde på 1524 meter (5000 fot) og en isotrop 116 lags modell for undergrunnen.

Den venstre del av fig. 6 viser en simulert trase mottatt av mottakeren fra en kilde plassert vertikalt over mottakeren. I simuleringen ble offsetverdien øket fra null til 2438 meter (8000 fot), i intervaller på 30,48 meter (100 fot).

De simulerte seismiske data ble så korrigert for utflytning ved å benytte den virkelige én-dimensjonale, lagdelte modell og ligningene (4), (5), (6) og (2). Resultatene av denne korreksjonen er vist på høyre side av fig. 6.

Hvis korreksjonen for utflytting var blitt utført nøyaktig, skulle et trekk komme til syne ved samme tid i hver korrigert seismisk frase uansett offsetverdien. Undersøkelse av fig. 6 viser at dette er tilfelle for offsetverdier opptil omkring mottakerdybden (1524 meter) (5000 fot). For offsetverdier større enn mottakerdybden, begynner imidlertid forplantningstiden for trekk i de seismiske traser å variere med offsetverdien.

Resultatene på fig. 6 viser at den effektive hastighetsmodell begynner å bryte sammen ved offsetverdier større enn dybden til mottakeren. Dette problemet må overvinnes for å muliggjøre anvendelse av en effektiv hastighetsmodell ved analyse av VSP-data ved store offsetverdier.

Dette problemet kan overvinnes ved å anta at jorden over mottakeren består av et enkelt lag. Effektive hastighetsmodell-koeffisienter kan bestemmes for dette ene lag ved å utvide det ned til mottakerens dybde ved å tilpasse ligning (2) til den direkte forplantningstid for P-bølger, dvs. for banen 11 på fig. 5. Dette gir en nøyaktig representasjon av utflyttingen for en refleksjon ved mottakerens dybde. Når dette er blitt gjort, blir modell lag-parametere benyttet for refleksjonene ved dybder som er større enn mottakerdybden. Modell lag-parameterne kan antas å være kjent, f.eks. fra tidligere undersøkelser, eller de kan bestemmes ved prøving og feiling, f.eks. ved invertering av de seismiske data eller ved interaktiv hastighetsanalyse.

Fig. 7 viser resultatene av anvendelse av denne modifiserte behandlings-metode på de samme simulerte data som ble brukt på fig. 6. Man vil se at korreksjonen for offset nå er nøyaktig ut til den maksimale offsetverdi som benyttes i denne simuleringen (2438 meter, (8000 fot)).

Resultatene av fig. 6 og 7 er relatert til simulerte seismiske data som ble ge-nerert under antakelse av at jorden er isotrop. Foreliggende oppfinnelse er ikke begrenset til den isotrope antakelse.

Fig. 8 viser virkningen av å anvende en utførelsesform av foreliggende oppfinnelse på simulerte seismiske data som ble simulert ved å benytte en anisotrop modell for jorden.

Korreksjonen for offset på fig. 8 ble utført på samme måte som på fig. 7, dvs. at effektive modellkoeffisienter ble bestemt ved å benytte ligning (2) for et enkelt lag ned til mottakerdybden fra ankomsttiden til den direkte puls, og virkelige modell lag-parametere ble benyttet for refleksjoner under mottakeren. På fig. 8 ble parameterne for lagene under mottakeren bestemt ved å benytte den isotrope antakelse, og følgelig er korreksjonen for offsetverdi ikke blitt utført nøyaktig. Man vil se at en hendelse inntreffer progressivt tidligere i de korrigerte seismiske traser et-terhvert som offsetverdien øker.

Parameterne E og A som er vist på fig. 8, er Schønbergs parametere, og refererer til den maksimale anisotropi i den modell som benyttes til å simulere de seismiske data. Disse parametere er tilnærmet ekvivalente med e og 5-e i ligning (3).

Fig. 9 viser resultatene av å korrigere de samme simulerte anisotrope seismiske data som på fig. 8 ved å bruke en ytterligere utførelsesform av oppfinnelsen. I denne utførelsesformer blir overdekningen igjen behandlet som et enkelt lag, og parameterne for dette overdekningslaget blir bestemt fra ankomsttidene til den direkte puls for forskjellige offsetverdier. I motsetning til fig. 8 blir den virkelige VTI-modell brukt for refleksjoner under mottakeren. Det kan ses at refleksjonshen-delsene i de seismiske traser er nøyaktig utflatet, en seismisk hendelse inntreffer ved en hovedsakelig konstant tid over de korrigerte seismiske traser, til den maksimale offsetverdi som benyttes i simuleringen (2438 meter, (8000 fot)).

Eksemplene ovenfor angår bare P-bølger. Foreliggende oppfinnelse kan imidlertid også anvendes på skjærbølger. Omformede refleksjoner hvor f.eks. en nedadgående P-bølge blir omformet ved refleksjon til en oppadgående S-bølge, er av spesiell interesse og er blitt undersøkt inngående i forbindelse med seismisk overflategeometri.

De ligninger som regulerer bruken av en effektiv hastighetsmodell for en modus omformet refleksjon, er betydelig mer kompliserte enn for tilfellet med en refleksjon hvor det ikke er noen endring i modus.

For vandringstilfellet hvor overdekningskalibrering kan utføres, har det vist seg at en god tilnærmelse er å behandle en skjærbølge som en langsom P-bølge, men med modifiserte anisotrope parametere.

Relasjonen mellom de vertikale, horisontale og utflytnings-hastigheter for en Sv-bølge er gitt av Thomsen, ovenfor, er:

Ved å sammenligne ligning (8) med ligning (3), kan det ses at a for en Sv-bølge spiller rollen som 5 for en P-bølge, og at e ikke har noen betydning i en Sv-bølge. Dette vil indikere at en Sv-bølge kan behandles på samme måte som en P-bølge med følgende erstatninger:

Simuleringene ved å benytte denne enkle løsningen var imidlertid utilfreds-stillende, og indikerte at høyere hastigheter var nødvendige ved store offsetverdier. Valget av Vhorisontai er tydelig feilaktig, og det er også klart at ei * 0. Det har vist seg at ved å sette si = ai, frembringes overraskende gode resultater. En forklaring på dette er at hastigheten til en Sv-bølge som en funksjon av en vinkel, er tilnærmet en ellipse ut til omkring 35°, men å sette e = 8 = a er kriteriet for elliptisk P() anisotropi. Forplantningsvinkelen for skjærbanen til en omformet refleksjon overskrider sjelden 30°, slik at den elliptiske løsning vil ventes å virke bra, og den virker i virkeligheten bra.

Som en følge av denne nye løsningsmetoden er forplantningen av skjær-bølger med en enkel erstatning, den samme ligning som benyttes for P-bølger, og kan også benyttes for refleksjoner med blandet modus. For en modusomformingsrefleksjon hvor en nedadgående P-bølge blir omformet til en oppadgående S-bølge, er den oppadgående bane meget kortere enn den nedadgående bane, og dette muliggjør, med fremgangsmåten for kalibrering av egenskapene til overdekningen ved å benytte forplantningstider for de direkte pulser, gjør det mulig å håndtere modus omformede refleksjoner med tilstrekkelig nøyaktighet for prak-tiske anvendelser.

Fig. 10 viser resultatene av anvendelse av foreliggende oppfinnelse på en blandet P/S-modusrefleksjon. Som på fig. 6-9 blir fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen anvendt på syntetiske, seismiske data som ble simulert for et 116 modell lag av jorden. Fig. 2 viser resultatene av denne utførelsesformen av oppfinnelsen anvendt på syntetiske, seismiske data, hvor simuleringen innbefatter modusomfor ming fra P-bølger til S-bølger ved refleksjon. De simulerte data ble korrigert for offset ved å benytte den ikke-hyperbolske modell ifølge ligningene (2) og (4)-(6), sammen med ligning (9), men modifisert til å ha ei = ai.

Korreksjonen for offset i ligning (10) ble utført uten å benytte trinnet med å kalibrere egenskapene til overdekningen ved tilpasning av ankomsttidene til de direkte pulser. Det viste seg imidlertid at resultater ved å benytte utflytningskorreksjonen innbefattende overdekningskalibreringen, var praktisk talt identiske med de som er vist på fig. 10.

I den utførelsesform som er beskrevet ovenfor, er trinnet med å kalibrere egenskapene til overdekningen ved tilpasning av ligning (2) til forplantningstider for direkte pulser, blitt utført under antakelse av at koeffisientene a, boge alle er konstanter.

Det er mulig å beregne geometrisk spredning fra den effektive modell, og dette er nyttig siden det muliggjør modellbasert amplitudekorreksjon. Geometrisk spredning G i en lagdelt undergrunn er gitt av B. Ursin i "Geophysics", Vol 55,

p 492-496 (1991), som:

I ligning (10) er X offset, p er stråleparameteren eller den horisontale langsomhet,Vser hastigheten for seismisk energi ved kilden og /s og/Ver strålevinkelen ved henholdsvis kilden (s) og mottakeren ( i). Hvis hastigheten ved mottakeren, vr (som kan bestemmes i tilfellet med P-bølger fra de direkte ankomsttider og polari-seringsvinkler om nødvendig), er gitt, så kan alle ledd i ligning (10) bestemmes fra ligning (2) på følgende måte:

Geometrisk spredning kan derfor beregnes hvis de 1. og 2. deriverte av ligning (2) med hensyn på offset er kjent. For refleksjonskoeffisienter, hvis lagegen-skapene over grenseflaten er kjent, er det bare nødvendig med den horisontale langsomhet, p. Geometriske sprednings- og refleksjons-koeffisienter gjør det mulig å benytte den effektive modellen til å beregne anisotrope, syntetiske seismogram-mer som er nødvendige for bølgeform-inverteringsmetoder.

Den effektive VTI-modell bør gjøre endimensjonal avbildning virtuelt interaktiv for todimensjonal vandringsmigrering, og for tredimensjonale vandringer, idet endimensjonal migrering børta minutter istedenfor timer. Siden mange endelige modeller fremdeles er bare endimensjonale, vil TAT (turn around time, snu tiden) til sluttproduktet bli dramatisk redusert. For situasjoner hvor modellen må ha todimensjonal eller tredimensjonal hastighetsvariasjon, kan effektiv endimensjonal modellmigrering brukes til å gi et hurtig foreløpig resultat. Ved effektiv modellmigrering er det nødvendig med to effektive modeller, en fra kilde til avbildningspunkt og en annen fra avbildningspunkt til mottaker.

Det skal bemerkes at foreliggende oppfinnelse ikke krever en lagdelt modell. I prinsippet, når parameterne til overdekningen er blitt bestemt ved tilpasning av ankomsttidene til de direkte pulsene, kan utflyttingen utføres ved å anta en enkelt, isotrop hastighet for undergrunnen under mottakeren, og ved å bestemme denne hastigheten ved tilpasning til dataene. Når parameterne for overdekningen er blitt bestemt ved tilpasning av ankomsttidene til de direkte pulsene, kan alternativt utflyttingen utføres ved å benytte en kompakt hastighetsfelt-trend for dybder under mottakeren, for å ta hensyn til lydhastighetens tendens til å øke med dybder som et resultat av økende trykk.

I de utførelsesformer som er beskrevet ovenfor, er overdekningslaget blitt antatt å være uniformt og isotropt. Denne antakelsen vil ikke være korrekt, og

egenskapene til overdekningen vil være anisotrop i en viss utstrekning. Denne intrinsike anisotropi kan bestemmes tilnærmet for overdekningen ved f.eks. å anta at hastigheten til seismisk energi har en lineær gradient fra jordoverflaten til mottakeren, som antydet av T. Alkhalifah i "Geophysics", Vol 62, p 1839-1854 (1997). De gjennomsnittlige intrinsike anisotropi-parametere som er bestemt for overdekningen på denne måten, vil så bli tilordnet lag under mottakeren. Resultatet av denne metoden bør være tilstrekkelig nøyaktig til tidsmigrering og kan bestemmes automatisk fra de seismiske data ved f.eks. brønnstedet.

En grunn til å ønske å bestemme seismiske hastigheter fra vandrende re-fleksjonsutflytning er at den lavfrekvente trend i hastigheter beror av utflyttingen, ikke av amplitudene. Lavfrekvent trendestimering er hoved ulempen ved nåvæ-rende forover seende VSP-inverteringsteknikker, og vandrende utflytningsinverte-ring vil levere den manglende lavfrekvente informasjon for forover seende VSP-invertering.

Som bemerket ovenfor, er viktige anvendelser av VSP-inverteringer å pre-diktere begynnelsen av overtrykk ved forover seende undersøkelser. Hastigheten til skjærbølger er mer følsom for overtrykk enn hastigheten til P-bølger, og det er derfor ønskelig å kunne behandle skjærbølgedata. Fremgangsmåten for behandling av konverterte refleksjonsdata som beskrevet ovenfor, gjør det mulig å bestemme både hastigheten til T-bølger og hastigheten til skjærbølger under mottakeren, og dette bør forbedre muligheten til å forutsi når overtrykk begynner.

Muligheten til å beregne refleksjonsamplituder betyr til slutt at den effektive modell-løsning kan brukes ved en bølgeform-omforming hvor utflytting og ampli-tude blir tilpasset.

De beregningsmessige besparelser ved effektive VTI-modeller i forhold til strålesporende metoder kan være betydelige, hvor besparelsen er tilnærmet pro-porsjonal med antallet stråletraser for behandling. Disse reduksjonene av nødven-dig behandlings mengde vil gjøre det mulig å fullføre migreringstrinnet i løpet av minutter istedenfor timer. Hastigheten for utførelse av den normale utflytningskorreksjon, den anvendelse som velges til å demonstrere egenskapene til teknikken i henhold til denne utførelsesformen, muliggjør interaktiv normal utflytningskorreksjon slik det gjøres i dag i forbindelse med seismisk overflatehastighetsanalyse. Vandringsutflytning og bølgeforms invertering er andre anvendelser som vil ha store fordeler av beregningshastigheten til effektive modeller.

Claims (20)

1. Fremgangsmåte for behandling av vertikale, seismiske profil-offsetdata (VSP-data),karakterisert vedå omfatte et trinn for å korrigere offset-verdien mellom den seismiske kilde og mottakeren ved å benytte en ikke-hyperbolsk effektiv hastighetsmodell; hvor trinnet med å korrigere for offset innbefatter å transformere banen til seismisk energi som er reflektert av en reflektor plassert på en dybde Zreflektor, hvor _ Zen<=>Zmottaker + 2 (zreflektor - Zmottaker)i og omfattende å bestemme forplantningstiden til en direkte puls med seismisk energi for et flertall offsetverdier; og å bestemme forplantningsegenskapene til seismisk energi ved dybder mindre enn dybden til mottakeren fra forplantningstider for den direkte puls.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor trinnet med å korrigere for offset omfatter å korrigere data fremskaffet ved bruk av et kilde/mottaker-par som har en offset forskjellig fra null til å fremskaffe forplantningstiden for seismisk energi ved null offset ved å benytte følgende relasjon mellom offset og forplantningstiden for seismisk energi:

hvor t er forplantningstiden for seismisk energi fra kilden til mottakeren, x er offset-verdien mellom kilden og mottakeren, og z er mottakerens dybde.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 2, hvor trinnet med å korrigere for offsetverdier, omfatter det trinn å bestemme koeffisientene a, b og c i ligning (1) for et lag som strekker seg fra jordoverflaten til mottakerens dybde ved å bruke forplantningstidene til den direkte pulsen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, hvor forplantningsegenskapene til den seismiske energi ved dybder mindre enn dybden til mottakeren, blir bestemt fra forplantningstider for den direkte puls under den antakelse av at hastigheten til seismisk energi øker mellom jordens overflate og mottakeren.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 2, 3 eller 4, hvor forplantningsegenskapene til seismisk energi ved dybder større enn mottakerens dybde, ble antatt å være forplantningsegenskapene for seismisk energi bestemt fra forplantningstider for de direkte seismiske energipulser.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 2 eller 3, hvor trinnet med å korrigere for offset omfatter å anvende ligning (1), idet koeffisientene a, b og cfor dybder mindre enn mottakerens dybde (zmottaker) blir bestemt fra forplantningstider for den direkte seismiske energipuls, og hvor koeffisientene a, b og cfor dybder større enn dybden til mottakeren blir bestemt for en refleksjon hvor en nedadgående P-bølge blir omformet til en oppadgående P-bølge.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor trinnet med å korrigere for offset videre omfatter å anvende en isotropisk modell for større dybder enn dybden til mottakeren.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor trinnet med å korrigere for offset videre omfatter å anvende en anisotropisk modell for større dybder enn dybden til mottakeren.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 8, hvor trinnet med å korrigere for offset videre omfatter å anvende ligning (1) for dybder større enn dybden til mottakeren.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 6, hvor trinnet med å korrigere for offset videre omfatter å benytte en flerlagsmodell for dybder større enn mottakerens dybde.

11. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1 -5, hvor forplantningsegenskapene for seismisk energi ved dybder større enn mottakerens dybde, blir bestemt på grunnlag av at refleksjonen er en modusomformende refleksjon.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 11, når avhengig direkte eller indirekte fra krav 2, hvor trinnet med å korrigere for offset omfatter å anvende ligning (1), der koeffisienten a, b og cfor dybder mindre enn dybden til mottakeren (Zmottaker) blir bestemt fra gangtider for de direkte pulsene av seismisk energi, og koeffisientene a, b og cfor dybder større enn dybden til mottakeren blir bestemt fra en refleksjon der en nedadgående P-bølge omformes til en oppadgående S-bølge.

13. Fremgangsmåte ifølge krav 11, hvor trinnet med å korrigere for offset omfatter å anvende ligning (1), idet koeffisientene a, b og cfor alle dybder blir bestemt for en refleksjon hvor den nedadgående P-bølge blir omformet til en oppadgående S-bølge.

14. Fremgangsmåte ifølge krav 11,12 eller 13, hvor trinnet med å korrigere for offset videre omfatter å anvende ligning (1), der koeffisienten a, b og cfor den oppadgående S-bølgen blir bestemt ved å modellere S-bølgen som en saktegående P-bølge.

15. Fremgangsmåte ifølge krav 14, hvor koeffisienten a, b og cfor den oppadgående S-bølgen bestemmes ved å modellere S-bølgen som en saktegående P-bølge med høy elliptisk anisotropi.

16. Fremgangsmåte ifølge krav 15, hvor koeffisienten a, b og cfor den oppadgående S-bølgen bestemmes ved å modellere S-bølgen som en saktegående P-bølge med e = a, der e og a er anisotropiparametere.

17. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, og videre omfattende å beregne den geometriske spredning av de seismiske data ved å benytte den effektive hastighetsmodell.

18. Fremgangsmåte ifølge krav 17, hvor den geometriske spredning er beregnet ved å benytte

hvor G er den horisontale spredning, X offset, p er den horisontale langsomhet, v&og vr er hastigheten til den seismiske energien ved kilden og mottakeren henholdsvis, og is og/Ver strålingsvinkelen ved kilden og mottakeren henholdsvis.

19. Fremgangsmåte ifølge krav 18, når kravet er avhengig av krav 2 eller når det er avhengig av et hvilket som helst krav avhengig av krav 2, hvor ligning (1) er benyttet til å beregne p og dX/dp ved å benytte

20. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, hvor seismiske VSP-data er vandrende seismiske data.