СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ
METHOD AND DEVICE FOR PROCESSING SEISMIC DATA

Настоящее изобретение относится к способу обработки сейсмических данных. В частности, оно относится к способу обработки сейсмических данных, содержащих две соответствующих моды распространения сейсмической энергии, например, когда одна мода является результатом частичного образования обменной волны из другой моды на границе земного пласта. Способ по настоящему изобретению обеспечивает возможность оценки статических сдвигов, вызванных пластом, расположенным на поверхности Земли или вблизи нее, который имеет иные сейсмические свойства по сравнению с нижележащими пластами. Изобретение также относится к способу сейсморазведки, содержащему операцию обработки сейсмических данных, полученных вышеуказанным способом. Кроме того, изобретение относится к устройству обработки сейсмических данных.
На Фиг.1 показана схема устройства сейсморазведки. На этом чертеже устройство сейсморазведки представляет собой устройство морской сейсморазведки, в котором сейсмическую энергию излучает сейсмический источник 1, подвешенный под поверхностью моря посредством буксировочного судна 2. При приведении сейсмического источника 1 в действие происходит излучение сейсмической энергии в направлении вниз, которая проходит в недра Земли и отражается геологической структурой 3, действующей в качестве частичного отражателя сейсмической энергии. Отраженная сейсмическая энергия проходит вверх через недра Земли в море, где осуществляют ее регистрацию посредством группы сейсмоприемников 4, расположенных на морском дне. Траекторию распространения сейсмической энергии, показанную на Фиг.1, обычно именуют "основной траекторией". Информацию о недрах Земли получают, например, путем определения времени прохождения сейсмической энергии от сейсмического источника 1 до приемника 4 по основной траектории.
В действительности, на морском дне и на границах между пластами внутри Земли, имеющими различную геологическую структуру, возникает преломление, но на Фиг.1 это не показано для ясности чертежа. На Фиг.1 изображен только один отражатель сейсмической энергии, но на самом деле в качестве частичных отражателей сейсмической энергии действует несколько геологических структур, расположенных в недрах Земли. Кроме того, на Фиг.1 показан только лишь один источник 1, но фактически устройство морской сейсморазведки может содержать группу источников.
Одной из проблем, с которой сталкиваются при обработке сейсмических данных, является то, что геологическая структура Земли является неоднородной. В частности, сейсмические свойства Земли в области 5, расположенной вблизи поверхности Земли (именуемой ниже "приповерхностной областью"), часто существенно отличаются от свойств нижележащей геологической структуры 6 (именуемой ниже "геологическим фундаментом"). Это может происходить, например, в том случае, если приповерхностная область является менее уплотненной, чем геологический фундамент. В частности, скорость распространения сейсмической энергии в приповерхностной области 5 может быть существенно более низкой, чем в геологическом фундаменте 6, и поэтому известно, что приповерхностную область иногда именуют "слоем малых скоростей" (СМС) (LVL). Эта разность в скорости создает сдвиг по времени прохождения сейсмической энергии от источника 1 до приемника 4 по сравнению с тем временем прохождения, которое было бы зарегистрировано в том случае, если приповерхностная область и геологический фундамент имели бы идентичные сейсмические свойства, и эти изменения по времени прохождения обычно известны как "статические сдвиги" или просто как "статика".
Приповерхностная область может также оказывать иное воздействие на сейсмическую энергию, попадающую на приемник. Например, приповерхностная область может оказывать фокусирующее или расфокусирующее действие на распространяющуюся через нее сейсмическую энергию, а это может влиять на амплитуду сейсмической энергии, регистрируемой в приемнике. Приповерхностная область может также ослаблять амплитуду распространяющейся через нее сейсмической энергии. Кроме того, неупругое ослабление и эффекты фокусировки/расфокусировки в приповерхностной области могут также приводить к искажениям формы волны импульса сейсмической энергии.
Несмотря на то, что на Фиг.1 приповерхностная область 5 показана применительно к морской сейсморазведке, аналогичная приповерхностная область имеется и на суше, поэтому статические сдвиги также возникают и при наземной сейсморазведке.
На Фиг.1 приповерхностная область 5 показана проходящей до поверхности Земли (до морского дна), но она не обязательно должна доходить до поверхности, и может существовать дополнительный слой (не показан), лежащий выше приповерхностной области 5. Кроме того, несмотря на то, что на Фиг.1 показана четкая граница между приповерхностной областью 5 и геологическим фундаментом 6, фактически может существовать постепенный переход между геологическим фундаментом 6 и приповерхностной областью 5, а не резкая граница.
Статический сдвиг, создаваемый приповерхностной областью 5, зависит от толщины приповерхностной области и от скорости распространения сейсмической энергии через приповерхностную область. Обычно имеют место как изменения толщины приповерхностной области 5, так и скорости распространения через приповерхностную область, зависящие от местоположения по горизонтали, поэтому существует вероятность того, что статический сдвиг, наблюдаемый в сейсмоприемнике, расположенном в одном месте, отличается от статического сдвига, наблюдаемого в приемнике, расположенном в другом месте. В первом приближении полный набор данных, зарегистрированный в одном приемнике, будет иметь опережение или задержку по времени на величину статического сдвига относительно данных, зарегистрированных в другом приемнике.
Очень желательно обеспечить учет статического сдвига при обработке сейсмических данных. Если не произвести удаление этих статических сдвигов из сейсмических данных, то будет существовать неопределенность в отношении того, являются ли отклонения по времени поступления данных о сейсмических явлениях от более глубоких пластов следствием непостоянства глубины или месторасположения этих более глубоких пластов в горизонтальном направлении, либо они просто возникают вследствие влияния условий распространения в приповерхностной области 5.
Из Фиг.1 видно, что сейсмическая энергия дважды проходит через приповерхностную область 5, первый раз при ее прохождении от сейсмического источника 1 до отражателя 3, а второй раз при ее прохождении от отражателя 3 в приемник 4. Оба прохождения через приповерхностную область 5 приводят к статическим сдвигам; сдвиг, возникающий при прохождении сейсмической энергии через приповерхностную область 5 в направлении вниз, известен как статический сдвиг со стороны источника, а сдвиг, возникающий при прохождении сейсмической энергии через приповерхностную область 5 в направлении вверх, известен как статический сдвиг со стороны приемника.
В способе из настоящего изобретения для получения информации о слое малых скоростей используют данные о сейсмическом явлении, вызванном поперечной модой (s-mode), и о сейсмическом явлении, вызванном соответствующей продольной модой (p-mode). При этом предполагают, что различия между сейсмическим явлением, вызванным поперечной модой, и сейсмическим явлением, вызванным соответствующей продольной модой, например различия по времени прохождения, амплитуде и/или форме волны на сейсмограмме, возникают целиком или в основном в приповерхностной области 5.
В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения используют данные о сейсмическом явлении, вызванном поперечной модой, и о сейсмическом явлении, вызванном соответствующей продольной модой, при этом генерация одной из мод осуществлена за счет частичного образования обменной волны из другой моды. Например, если различие в физических параметрах между геологическим фундаментом 6 и приповерхностной областью 5 является достаточно большим, то при прохождении сейсмической энергии через границу между геологическим фундаментом 6 и приповерхностной областью 5 происходит образование существенной обменной волны с преобразованием продольной моды распространения энергии в поперечную моду распространения энергии или наоборот. Более полное описание этого процесса образования обменной волны приведено ниже со ссылкой на Фиг.2. В результате образования этой обменной волны для каждого сейсмического явления, вызванного продольной модой, которое зарегистрировано сейсмоприемником, расположенным выше границы между приповерхностной областью и геологическим фундаментом, существует сейсмическое явление, вызванное соответствующей поперечной модой. Сейсмическое явление, вызванное продольной модой, и сейсмическое явление, вызванное соответствующей поперечной модой, возникают в приемнике 4 в различные моменты времени после приведения в действие сейсмического источника, так как скорости распространения продольной моды и поперечной моды в приповерхностной области не равны между собой. Однако, поскольку образование обменной волны происходит на нижней границе приповерхностной области, то должна возникать временная задержка между сейсмическим явлением, вызванным продольной модой, и сейсмическим явлением, вызванным соответствующей поперечной модой, вследствие того, что эти две моды имеют различные скорости в приповерхностной области. Свойства геологического фундамента не оказывают существенного влияния на временную задержку между сейсмическим явлением, вызванным продольной модой, и сейсмическим явлением, вызванным соответствующей поперечной модой. Следовательно, разность между временем прохождения продольной и поперечной мод через приповерхностную область может быть легко определена путем распознавания сейсмического явления, вызванного продольной модой, и сейсмического явления, вызванного соответствующей поперечной модой, по сейсмических данным и путем определения временной задержки между сейсмическим явлением, вызванным продольной модой, и сейсмическим явлением, вызванным соответствующей поперечной модой.
Для любого параметра, характеризующего одну из особенностей сейсмических данных, например давление или составляющую движения материальной точки (например, составляющую смещения материальной точки или скорости материальной точки), сейсмические явления, вызванные одной из мод: продольной модой или поперечной модой - обычно проявляются более сильно, чем явления, вызванные другой модой. Следовательно, в общем случае, в одном из параметров, например в вертикальной составляющей движения материальной точки, преобладающей является продольная мода, а в другом параметре, например в горизонтальной составляющей движения материальной точки, преобладающей является соответствующая поперечная мода, возникшая в результате образования обменной волны.
Образование обменной волны может также происходить при отражении волны, распространяющейся в направлении вниз, на границе раздела между приповерхностной областью 5 и геологическим фундаментом 6. Изобретение может быть применено и для этого случая, поскольку при образовании обменной волны, происходящем при отражении, отраженный сигнал содержит продольную составляющую и соответствующую поперечную составляющую, а эти две составляющие имеют различное время прохождения через приповерхностную область 5.
Образование обменной волны может также происходить при преломлении волны, распространяющейся в направлении вниз, под критическим углом на границе раздела между приповерхностной областью 5 и геологическим фундаментом 6, в результате чего происходит генерация сейсмической волны, распространяющейся вдоль границы раздела между приповерхностной областью 5 и геологическим фундаментом 6. Волна, распространяющаяся вдоль границы раздела, возбуждает в приповерхностной области как волны с продольной модой, так и волны с поперечной модой, и настоящее изобретение может быть применено для этих продольных и поперечных мод.
В находящихся в процессе одновременного рассмотрения заявках на патент Великобритании №0101936.3 и №0110573.3 раскрыт способ определения разности между статическим сдвигом для продольной волны и статическим сдвигом для поперечной волны, которые созданы в результате образования обменной волны на границе между приповерхностной областью и геологическим фундаментом. В сейсмических данных осуществляют распознавание пар сейсмических явлений: сейсмического явления, вызванного продольной волной, и сейсмического явления, вызванного соответствующей поперечной волной, и определяют разность по времени прохождения между сейсмическим явлением, вызванным продольной волной, и сейсмическим явлением, вызванным соответствующей поперечной волной. Эта разность по времени прохождения представляет собой разность между статическим сдвигом для поперечной волны и статическим сдвигом для продольной волны в конкретном приемнике.
В настоящее время при многих сейсморазведочных работах используют многокомпонентные приемники, регистрирующие две или большее количество составляющих сейсмической энергии, попадающей в приемник. Например, трехкомпонентный (3-C) сейсмоприемник может регистрировать составляющие движения материальной точки в приемнике вдоль осей Х, Y и Z, а используемый при морских разведочных работах четырехкомпонентный (4-C) сейсмоприемник, помимо регистрации составляющих движения материальной точки в приемнике вдоль осей Х, Y и Z, может регистрировать давление водного столбца (являющееся скалярной величиной). Кроме того, при обработке многокомпонентных сейсмических данных возникает следующая проблема, состоящая в том, что приемник может производить регистрацию некоторых составляющих сейсмических данных с более высокой точностью, нежели других составляющих. Эта проблема известна как "неточность вектора". Одной из причин неточности вектора является ненадлежащее соединение приемника с поверхностью Земли, поэтому в группе приемников влияние неточности вектора может изменяться для различных приемников из группы. Такая неточность вектора приводит к ухудшению результатов, полученных путем обработки сейсмических данных.
Согласно первому техническому решению из настоящего изобретения в нем предложен способ обработки сейсмических данных, содержащих соответствующие первую и вторую моды сейсмической энергии, который содержит следующие операции:
a) осуществляют обработку трассы, характеризующей первый параметр сейсмических данных, полученных в первом приемнике, содержащий сведения, по меньшей мере, о тех сейсмических явлениях, которые соответствуют вышеупомянутой первой моде, совместно с трассой, характеризующей второй параметр сейсмических данных, полученных в вышеупомянутом первом приемнике, содержащий сведения, по меньшей мере, о тех сейсмических явлениях, которые соответствуют вышеупомянутой второй моде;
б) в обработанных данных распознают сейсмическое явление, соответствующее частичному образованию обменной волны;
в) исходя из амплитуды и/или из формы волны в обработанных данных получают информацию о сейсмическом явлении, соответствующем частичному образованию обменной волны.
Настоящее изобретение может быть использовано для получения информации о свойствах приповерхностной области по амплитуде и/или по форме волны сейсмического явления, соответствующего частичному образованию обменной волны. Дополнительно к этому или в качестве альтернативного варианта оно может быть использовано для получения информации об отклонениях прочности соединения различных приемников с грунтом от номинальной.
В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения его применяют для тех данных, в которых генерация второй моды была осуществлена из первой моды за счет частичного образования обменной волны на границе слоя морского дна. Однако изобретение не ограничено этим вариантом и, в общем случае, может быть применено для любой пары сейсмических явлений, одно из которых имеет одну моду, а другое - иную моду, и для которых разность между амплитудой и формой волны этих двух сейсмических явлений возникает, главным образом, в слое малых скоростей.
В предпочтительном варианте выбор параметров сейсмических данных, используемых в настоящем изобретении, осуществляют таким образом, чтобы продольная мода являлась преобладающей в одном параметре, а соответствующая поперечная мода, возникшая вследствие образования обменной волны, являлась преобладающей в другом параметре. Вышеуказанными параметрами могут являться параметры, получаемые непосредственно в приемнике, например вертикальная составляющая движения материальной точки и горизонтальная составляющая движения материальной точки. В альтернативном варианте эти параметры могут быть получены путем обработки сейсмических данных, собранных в приемнике, например, путем разложения собранных сейсмических данных на их восходящие и нисходящие составляющие или на их продольные и поперечные составляющие.
Способ по настоящему изобретению может быть использован для обработки сейсмических данных, полученных ранее. В альтернативном варианте он может быть объединен со способом сейсморазведки для обеспечения обработки данных во время их сбора или впоследствии.
Согласно второму техническому решению из настоящего изобретения в нем предложен способ сейсморазведки, содержащей следующие операции: направляют сейсмическую энергию, распространяющуюся в виде первой моды, на границу слоя морского дна, при этом на вышеупомянутой границе за счет образования обменной волны происходит частичное преобразование сейсмической энергии во вторую моду; осуществляют сбор сейсмических данных, содержащих вышеупомянутые первую и вторую моды сейсмической энергии, посредством одного или большего количества приемников; осуществляют обработку вышеупомянутых сейсмических данных вышеописанным способом.
Согласно третьему техническому решению из настоящего изобретения в нем предложено устройство обработки сейсмических данных, содержащих первую и вторую моды сейсмической энергии, которое содержит:
a) средство обработки трассы, характеризующей первый параметр сейсмических данных, полученных в первом приемнике, содержащий сведения, по меньшей мере, о тех сейсмических явлениях, которые соответствуют вышеупомянутой первой моде, совместно с трассой, характеризующей второй параметр сейсмических данных, полученных в вышеупомянутом первом приемнике, содержащий сведения, по меньшей мере, о тех сейсмических явлениях, которые соответствуют вышеупомянутой второй моде;
б) средство распознавания в обработанных данных сейсмического явления, соответствующего частичному образованию обменной волны;
в) средство получения информации о вышеупомянутом сейсмическом явлении в вышеупомянутых обработанных данных, соответствующем частичному образованию обменной волны, исходя из амплитуды и/или из формы волны.
Устройство может содержать программируемый процессор обработки данных.
Согласно четвертому техническому решению из настоящего изобретения в нем предложен носитель информации, содержащий программу для процессора обработки данных, входящего в состав вышеописанного устройства.
Ниже приведено подробное описание предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения посредством иллюстративных примеров со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых изображено следующее:
на Фиг.1 показана схема морской сейсморазведки;
на Фиг.2 показана схема образования обменной волны для восходящей продольной волны на границе между геологическим фундаментом и слоем малых скоростей;
на Фиг.3 схематично показаны два примера трасс сейсмических данных, в которых происходит образование обменной волны из Фиг.2;
на Фиг.4 показан результат операции кросс-корреляции двух трасс сейсмических данных из Фиг.3 друг с другом;
на Фиг.5 показаны результаты, полученные в способе кросс-корреляции из заявок на патент Великобритании №0101936.3 и №0110573.3;
на Фиг.6А в увеличенном масштабе показаны выборочные трассы, выбранные из результатов, изображенных на Фиг.5;
на Фиг.6Б показаны результаты нормировки трасс из Фиг.6А;
на Фиг.7 показано непостоянство амплитуды сейсмического явления, выбранного из трасс, изображенных на Фиг.6Б;
на Фиг.8 показана блок-схема последовательности операций, выполняемых в способе согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на Фиг.9 показана блок-схема устройства согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Ниже приведено описание принципа изобретения со ссылкой на тот вариант его осуществления, в котором два соответствующих сейсмических явления возникают за счет частичного образования обменной волны. На Фиг.2 показано образование обменной волны при прохождении продольной волны, распространяющейся в направлении вверх, через границу раздела между геологическим фундаментом 6 и приповерхностной областью 5. Восходящая продольная волна 7 частично проходит в виде продольной волны 7', но также имеет место частичное образование обменной волны с образованием поперечной волны 7". Предполагают, что генерация восходящей продольной волны произошла за счет отражения от границы раздела между двумя пластами недр Земли, расположенной на большой глубине, или за счет преломления при прохождении через более глубоко залегающие пласты. Преломление также возникает на границе раздела между геологическим фундаментом 6 и приповерхностной областью 5, а угол преломления для прошедшей продольной волны 7' отличается от угла преломления для обменной поперечной волны 7".
Сигналы в группе приемников создают обе волны: прошедшая продольная волна 7' и обменная поперечная волна 7". Как показано на Фиг.2, прошедшая продольная волна 7' и обменная поперечная волна 7" распространяются в различных направлениях и, следовательно, приходят в приемники, расположенные в различных местах, а не в тот же самый приемник. Однако аналогичная обменная поперечная волна из соседней точки образования обменной волны приходит в тот же самый приемник, как прошедшая продольная волна 7, показанная на Фиг.2. Предполагают, что для прошедшей продольной волны и для обменной поперечной волны, принятой в конкретном приемнике, различие между точкой образования обменной волны (на дне приповерхностной области), в которой произошло создание обменной поперечной волны, и той точкой на дне приповерхностной области, через которую прошла продольная волна, не оказывает существенного влияния на оценочные значения статических сдвигов, полученных посредством способа из настоящего изобретения. Следовательно, данные, полученные в приемнике, содержат сведения о сейсмическом явлении, произошедшем в результате вступления прошедшей продольной волны 7', и о сейсмическом явлении, произошедшем в результате вступления соответствующей поперечной волны 7", возникшей в результате образования обменной волны.
Регистрация прошедшей продольной волны 7 происходит, преимущественно, вдоль вертикальной составляющей скорости материальной точки, зарегистрированной в приемнике, в то время как регистрация обменной поперечной волны 7" происходит, преимущественно, вдоль радиальной составляющей скорости материальной точки, зарегистрированной в приемнике 4. (Радиальное направление представляет собой проекцию направления между источником и приемником на морское дно, и это направление определяют как направление X.) Это обусловлено тем, что для типичной структуры недр Земли и типичной глубины расположения отражателя, являющегося объектом разведки, в используемых на практике устройствах сейсморазведки волны, прошедшие вверх из недр Земли, расположенных на большой глубине, обычно образуют угол, меньший или равный 30° по отношению к вертикали. Регистрация поперечной волны происходит, преимущественно, вдоль радиальной составляющей потому, что по сравнению с продольной волной, для которой движение материальной точки происходит вдоль направления распространения, для поперечной волны движение материальной точки является перпендикулярным по отношению к направлению распространения.
На Фиг.3 схематично показаны трассы, характеризующие два параметра сейсмических данных, зарегистрированных в приемнике 4, в том случае, когда происходит частичное образование обменной волны, изображенное на Фиг.2. Эти два параметра, показанные на Фиг.3, представляют собой радиальную составляющую (Х-составляющую) скорости материальной точки, измеренную в приемнике, и вертикальную составляющую (Z-составляющую) скорости материальной точки, измеренную в приемнике. Поскольку поперечная волна 7" была создана в результате образования обменной волны из восходящей продольной волны 7, то в том случае, если граница раздела между геологическим фундаментом и приповерхностной областью в определенном месте является приблизительно плоской, зарегистрированная поперечная волна будет содержать аналогичный импульс в сигнале, соответствующем вступлению продольной волны. Вступление поперечной волны происходит не одновременно с вступлением продольной волны, ее вступление происходит после временной задержки dt (относительно вступления продольной волны), вызванной разностью между скоростью продольных волн и скоростью поперечных волн в приповерхностной области 5. Эта временная задержка dt в точности равна разности между статическим сдвигом для продольной волны и статическим сдвигом для поперечной волны.
В способе, раскрытом в находящихся в процессе одновременного рассмотрения заявках на патент Великобритании №0101936.3 и №0110573.3, осуществляют кросс-корреляцию первого параметра со вторым параметром или обращение его свертки с ним. На Фиг.4 показана результирующая кросс-коррелограмма, полученная путем выполнения операции кросс-корреляции двух трасс из Фиг.3. Кросс-коррелограмма имеет максимум при сдвиге времени, равном нулю, который возникает потому, что Х-составляющая измеренной скорости материальной точки при вступлении продольной волны 7' имеет амплитуду, не равную нулю (хотя, преимущественно, это имеет место для Z-составляющей измеренной скорости материальной точки). Любая энергия поперечной волны, возникающая в вертикальной составляющей измеренной скорости материальной точки, также приводит к возникновению максимума на кросс-коррелограмме при сдвиге времени, равном нулю. Кросс-коррелограмма также имеет максимум в момент времени, равный dt, и этот максимум возникает вследствие наличия максимума в вертикальной составляющей измеренной скорости материальной точки при вступлении продольной волны и соответствующего максимума в Х-составляющей измеренной скорости материальной точки при вступлении поперечной волны, созданной в результате образования обменной волны. Таким образом, из кросс-коррелограммы может быть определен временной сдвиг dt и, следовательно, разность между статикой для продольной волны и статикой для поперечной волны.
На Фиг.5 еще раз показаны результаты, получаемые в способе, раскрытом в находящихся в процессе одновременного рассмотрения заявках на патент Великобритании №0101936.3 и №0110573.3. Эти результаты были получены с использованием линейки приемников, состоящей, приблизительно, из 130 приемников. На Фиг.5 показана кросс-коррелограмма для каждого приемника, полученная из вертикальной составляющей движения материальной точки, зарегистрированной в этом приемнике, и из Х-составляющей (радиальной составляющей) скорости материальной точки, зарегистрированной в этом приемнике. Разность между статическим сдвигом для продольной волны и статическим сдвигом для поперечной волны для каждого приемника, определяемая способом, раскрытым в заявках на патент Великобритании №0101936.3 и №0110573.3, обозначена на Фиг.5 как "A". На Фиг.5 также показана разность между статическим сдвигом для продольной волны и статическим сдвигом для поперечной волны, полученная с использованием обычного способа, которая обозначена как "B".
В способе из заявок на патент Великобритании №0101936.3 и №0110573.3 предложен усовершенствованный способ оценочного вычисления разности между статическим сдвигом для продольной волны и статическим сдвигом для поперечной волны. Однако в этом способе используют только информацию о времени, и он позволяет определять только лишь временную задержку между вступлением продольной моды и вступлением соответствующей поперечной моды. Способ из заявок на патент Великобритании №0101936.3 и №0110573.3 не позволяет определить, является ли вышеупомянутая временная задержка следствием геологии приповерхностной области или же она возникает вследствие иных факторов, например вследствие соединения приемников с грунтом или из-за других источников неточности вектора.
Настоящее изобретение позволяет получать дополнительную информацию из временной задержки между сейсмическим явлением, вызванным продольной модой, и сейсмическим явлением, вызванным соответствующей поперечной модой, путем анализа изменений амплитуды и/или формы волны сейсмических явлений в корреляционных данных.
Ниже приведено описание одного из вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылкой на чертежи с Фиг.6А по Фиг.7.
На Фиг.6А в увеличенном масштабе показаны выборочные трассы из Фиг.5. Для удобства эти трассы, которые демонстрируют корреляционную связь продольной моды и поперечной моды, именуют ниже "функциями приемника". На Фиг.6А показаны функции приемника из Фиг.5 для каждого пятого приемника для положительных значений задержки по времени между вступлением продольной волны и вступлением поперечной волны (положительное значение задержки по времени означает, что сначала в приемник поступили данные о сейсмическом явлении, вызванном продольной модой, после чего произошло вступление поперечной моды, что показано на Фиг.3).
На Фиг.6Б показан результат нормировки функций приемника из Фиг.6А относительно амплитуды максимума в каждой соответствующей функции приемника при задержке по времени, равной нулю. То есть каждая функция приемника, показанная на Фиг.6Б, получена из соответствующей функции приемника, изображенной на Фиг.6А, путем нормировки функции приемника таким образом, чтобы максимум при задержке по времени, равной нулю, имел одинаковую амплитуду для каждой функции приемника из Фиг.6Б. Как указано выше, максимум функции приемника из Фиг.4 или из Фиг.5 при задержке по времени, равной нулю, возникает за счет "просачивания" продольной волны при ее вступлении в Х-составляющую измеренного движения материальной точки и за счет "просачивания" поперечной волны при ее вступлении в вертикальную составляющую измеренного движения материальной точки. То есть для конкретного приемника амплитуда максимума функции приемника при задержке по времени, равной нулю, характеризует проекцию вступления продольной волны на Х-составляющую движения материальной точки, зарегистрированную в этом приемнике, и проекцию вступления поперечной волны на Y-составляющую движения материальной точки.
При внимательном изучении Фиг.6А и Фиг.6Б можно заметить, что операция нормировки функций приемника не оказала существенного воздействия на амплитуды сейсмических явлений в функциях приемника. Это означает, что амплитуда максимума при задержке по времени, равной нулю, является приблизительно одинаковой для каждого приемника. Это, в свою очередь, означает, что проекция вступления продольной волны на Х-составляющую полученного движения материальной точки является приблизительно постоянной для каждого приемника. Это также означает, что для продольных волн нет никаких существенных отклонений по прочности соединения с грунтом между различными приемниками.
Видно, что функции приемника, показанные на Фиг.6Б, содержат пик при запаздывании по времени, равном, приблизительно, 0,3 секунды, хотя точное запаздывание по времени момента возникновения этого максимума немного отличается в различных приемниках. Этот максимум представляет собой временную задержку между вступлением продольной волны и вступлением соответствующей поперечной волны, возникшей в результате образования обменной волны. По изменениям формы волны и/или амплитуды этого максимума между различными приемниками может быть получена информация об ослаблении и об эффектах фокусировки поперечных волн в приповерхностной области.
Имеющийся в функциях приемника максимум, возникающий вследствие временной задержки между продольной волной и соответствующей поперечной волной, возникшей в результате образования обменной волны, для удобства именуют "статическим максимумом". На амплитуду и фазу максимума также могут влиять изменения коэффициента пропускания и коэффициента образования обменной волны, возникающей на границе раздела между приповерхностной областью и геологическим фундаментом. Коэффициент пропускания и коэффициент образования обменной волны могут изменяться вдоль границы раздела в результате, например, изменений свойств материалов или топографии вдоль границы раздела.
На Фиг.7 показан график зависимости амплитуды "статического максимума" (максимума при запаздывании по времени, равном, приблизительно, 0,3 секунды) для каждой функции приемника, показанной на Фиг.6Б, от номера приемника. На Фиг.7 показаны результаты для каждой функции приемника из Фиг.5, и, следовательно, они содержат данные для большего количества приемников, чем те приемники, которые показаны на Фиг.6Б.
Из Фиг.7 видно, что нормированная амплитуда максимума функции приемника существенно изменяется для различных приемников. Коротковолновые изменения амплитуды на Фиг.7 (то есть изменения, возникающие в небольшом количестве приемников), вероятно, вызваны отклонениями прочности соединения различных приемников с грунтом. Длинноволновые изменения амплитуды, показанные на Фиг.7, с большей степенью вероятности вызваны влиянием геологической структуры, возникающим в результате наличия приповерхностной области, например, вызванными приповерхностной областью различиями в ослаблении или в фокусировке/расфокусировке в местах расположения различных приемников. Следовательно, анализ изменений амплитуды, показанных на Фиг.7, например, с использованием преобразования Фурье, может обеспечить получение информации как о влиянии геологической структуры, так и о влиянии прочности соединения приемников с грунтом.
Настоящее изобретение также позволяет осуществлять компенсацию отклонений прочности соединения приемника с грунтом в различных местах расположения приемников. Корректировка отклонений прочности соединения приемника с грунтом важна потому, что отклонения прочности соединения с грунтом могут приводить к искажению амплитуды и фазы при вступлении поперечной волны относительно вступления соответствующей продольной волны. Поскольку регистрацию вступления поперечной волны в приемнике осуществляют, преимущественно, в Х-составляющей движения материальной точки, то отклонения в эффективности соединения могут приводить к искажениям зарегистрированной Х-составляющей движения материальной точки, причем величина этих искажений является различной в различных приемниках. Это представляет собой особую проблему в таких областях применения, как, например, ЗАОУ ("зависимость амплитуды отражения от удаления") (AVO, "Amplitude Versus Offset"), в которых необходимо обеспечивать приблизительную согласованность записей Х-составляющей движения материальной точки по всей площади расстановки приемников и возможность их непосредственного сравнения между собой.
Амплитуда нормированного "статического максимума" в функциях приемника из Фиг.6Б или Фиг.7 характеризует интенсивность вступившей поперечной волны, возникшей в результате образования обменной волны, вызванного, как указано выше, приповерхностной областью. Амплитуда "статического максимума" также характеризует прочность соединения приемника с грунтом. Настоящее изобретение обеспечивает возможность компенсации отклонений, возникающих вследствие воздействия приповерхностной области и вследствие различной прочности соединения различных приемников с грунтом, путем нормировки амплитуды исходной трассы Х-составляющей движения материальной точки, полученной в приемнике, относительно амплитуды "статического максимума" в нормированной функции приемника из Фиг.6Б для этого же самого приемника. То есть для каждого приемника определяют амплитуду "статического максимума" в нормированной функции приемника, а затем эту амплитуду используют для нормировки исходной трассы Х-составляющей движения материальной точки в этом приемнике. Эту процедуру повторяют для каждого приемника, то есть выполняют нормировку трассы Х-составляющей скорости материальной точки, зарегистрированной в этом приемнике, на амплитуду "статического максимума" нормированной функции приемника для этого приемника. В результате этого процесса нормировки создают нормированные трассы Х-составляющей, которые являются приблизительно согласованными по всей площади расстановки приемников, и может быть выполнено их непосредственное сравнение между собой. Этот способ фактически позволяет осуществлять калибровку Х-составляющей движения материальной точки, зарегистрированной в приемнике, по вертикальной составляющей движения материальной точки, зарегистрированной в этом же приемнике (которая, преимущественно, должна содержать сейсмические явления, вызванные продольной волной, и, следовательно, по сравнению с другой составляющей на нее не должны оказывать воздействие приповерхностная область или отклонения прочности соединения приемников с грунтом).
Если в приемнике помимо получения Х-составляющей движения материальной точки или в дополнение к этому получают Y-составляющую движения материальной точки, то появляется возможность калибровки Y-составляющей движения материальной точки по вертикальной составляющей движения материальной точки.
При наличии полных трехкомпонентных (3-C) или четырехкомпонентных (4-C) сейсмических данных существует возможность вычисления двух кросс-коррелограмм: первой кросс-коррелограммы Х-составляющей с Z-составляющей движения материальной точки и второй кросс-коррелограммы Y-составляющей с Z-составляющей движения материальной точки. Затем может быть выполнена нормировка каждой из этих коррелограмм таким образом, чтобы максимум коррелограммы при задержке по времени, равной нулю, имел одинаковую амплитуду в каждой трассе. Затем может быть выполнено непосредственное сравнение двух нормированных кросс-коррелограмм друг с другом, поскольку этот процесс обеспечивает калибровку Х-составляющей движения материальной точки по Z-составляющей движения материальной точки, а также обеспечивает калибровку Y-составляющей движения материальной точки по Z-составляющей движения материальной точки, что, следовательно, эквивалентно калибровке Х-составляющей движения материальной точки по Y-составляющей движения материальной точки.
Фиг.7 содержит информацию только лишь об изменениях амплитуды трасс из Фиг.6. Однако можно заметить, что форма волны "статического максимума" в трассах кросс-коррелограмм из Фиг.6Б изменяется для различных мест расположения приемников. Изменения формы волны в статических максимумах могут также давать информацию о приповерхностной области и/или об отклонениях прочности соединения приемников с грунтом в различных местах расположения приемников.
В принципе, можно было бы создать чертеж, на котором в некоторой мере было бы показано изменение формы волны "статического максимума", например, полной ширины на половине максимальной высоты волны, в нормированных функциях приемника из Фиг.6Б. На таком чертеже было бы показано то, каким образом изменяется форма волны этого максимума в различных местах расположения приемников, и эти изменения формы волны "статического максимума" могли бы также давать информацию о влиянии геологической структуры приповерхностной области и об отклонениях прочности соединения приемников с грунтом.
В альтернативном варианте может быть получен фильтр, осуществляющий преобразование формы волны "статического максимума" одной из функций приемника из Фиг.6Б в неискаженную форму волны, например в форму волны максимума на трассе при запаздывании по времени, равном нулю. Затем фильтр может быть применен для исходных сейсмических данных, например для исходной трассы Х-составляющей движения материальной точки. Этот процесс может быть повторен для каждого приемника, осуществляя преобразование трассы Х-составляющей для каждого приемника посредством фильтра, полученного исходя из формы волны "статического максимума" в функциях приемника для этого приемника. Этот процесс должен обеспечивать получение нормированных трасс Х-составляющей, которые являются приблизительно согласованными по всей площади расстановки приемников, и может быть выполнено их непосредственное сравнение между собой.
В описанных выше вариантах осуществления изобретения вычисление функций приемника выполнялось способом кросс-корреляции. Однако настоящее изобретение не ограничено этим вариантом, и для определения функций приемника может быть использован любой пригодный для этого способ или алгоритм вычисления корреляции. Например, функции приемника могут быть получены способом обращения свертки составляющей, а информация об амплитуде и форме волны в статическом максимуме может быть по-прежнему использована тем же самым способом, описание которого приведено выше. В действительности, функция приемника, полученная способом обращения свертки, может являться предпочтительной, поскольку операция обращения свертки эффективно устраняет характерные признаки конкретного источника в продольной волне (в том виде, в котором они существуют после падения на границу раздела приповерхностной области и геологического фундамента), при этом единственными оставшимися воздействиями, оказываемыми на функцию приемника, являются те, которые являются следствием приповерхностной структуры и/или неточности вектора.
Еще одним примером пригодного способа получения функций приемника является способ оценочного вычисления бикогерентной временной задержки, описанный в статье L. Dcelle в журнале "Geophysics", том 62, стр.1947 (1997).
В приведенном выше описании настоящего изобретения в качестве составляющих движения материальной точки при вычислении функций приемника были использованы составляющие скорости материальной точки, полученные в приемнике. Однако, в принципе, в альтернативном варианте могут быть использованы составляющие смещения материальной точки в приемнике или составляющие ускорения материальной точки в приемнике, либо производные высшего порядка от скорости материальной точки.
На самом деле, изобретение не ограничено использованием составляющих движения материальной точки, и для получения функций приемника могут быть использованы любые пригодные для этого параметры полученных сейсмических данных. Например, полученные сейсмические данные могут быть разложены на их восходящие и нисходящие составляющие или на их продольные и поперечные составляющие, которые могут быть использованы для получения функций приемника.
Изобретение может быть также применено для "явлений реверберации" в продольной и поперечной волнах. При наличии таких явлений частичное образование обменной волны происходит, например, при прохождении через границу раздела между приповерхностной областью 5 и геологическим фундаментом 6 или при отражении на ней. Однако при наличии явления реверберации продольные и поперечные волны не проходят в приемник непосредственно из той точки, в которой происходит образование обменной волны. При наличии явления реверберации продольные и поперечные волны подвергаются одному или большему количеству отражений на границе приповерхностной области и, следовательно, многократно проходят через приповерхностную область 5 до их попадания в приемник.
Сейсмические данные могут также содержать сведения о тех сейсмических явлениях, которые возникают в результате частичного образования обменной волны, происходящего не на границе приповерхностной области, а внутри приповерхностной области. Они могут возникать, например, вследствие влияния слоистой структуры приповерхностной области.
В описанных выше вариантах осуществления изобретения одно из сейсмических явлений, вызванных продольной или поперечной волной, произошло за счет частичного образования обменной волны. Однако, как указано выше, изобретение не ограничено этим вариантом и может быть применено для любой пары соответствующих сейсмических явлений, вызванных продольной или поперечной волной, для которых различия в амплитуде и/или в форме волны этих двух сейсмических явлений возникают, главным образом, вследствие наличия приповерхностной области 5. Например, при сейсморазведке с использованием источника, излучающего как продольные, так и поперечные волны, полученные данные содержат сведения о сейсмическом явлении, возникшем в результате отражения продольных волн в конкретной точке на нижней границе приповерхностной области 5, а также содержат сведения о соответствующем сейсмическом явлении, возникшем в результате отражения поперечных волн в этой же точке на нижней границе приповерхностной области 5. Изобретение может быть применено и для этих сейсмических явлений. (Следует отметить следующее: поскольку водяной столб не способствует распространению поперечной волны, то источник, излучающий как поперечные, так и продольные моды, должен быть расположен на морском дне, на поверхности Земли или в буровой скважине).
На Фиг.8 изображена блок-схема последовательности операций, на которой показан один из вариантов осуществления настоящего изобретения. Сначала выполняют операцию 1, при которой осуществляют сбор многокомпонентных сейсмических данных в месте проведения разведочных работ. Эти сейсмические данные должны содержать вертикальную составляющую движения материальной точки и, по меньшей мере, одну горизонтальную составляющую движения материальной точки. Сбор данных осуществляют посредством множества приемников, расположенных в различных местах в зоне разведки. Многокомпонентные данные могут представлять собой полные трехкомпонентные (3-C) или четырехкомпонентные (4-C) сейсмические данные.
Настоящее изобретение может быть использовано не только для вновь полученных сейсмических данных, но также и для данных разведочных работ, полученных ранее. Следовательно, операция 1 может быть заменена операцией 2, при которой осуществляют извлечение надлежащих многокомпонентных сейсмических данных из запоминающего устройства.
При выполнении операции 3 осуществляют выбор сейсмических данных, относящихся к i-тому приемнику. При операции 4 производят вычисление функции приемника для i-того приемника по двум параметрам сейсмических данных, полученных в i-том приемнике. В одном из вариантов осуществления изобретения вычисление функции приемника осуществляют путем выполнения операции кросс-корреляции вертикальной составляющей движения материальной точки, полученной в i-том приемнике, служащей в качестве одного параметра полученных сейсмических данных, с горизонтальной составляющей движения материальной точки, полученной в i-том приемнике, служащей в качестве другого параметра полученных сейсмических данных. В этом варианте осуществления изобретения сделано предположение о том, что горизонтальная составляющая является Х-составляющей (радиальной составляющей) движения материальной точки в приемнике и что движением материальной точки, зарегистрированным в приемнике, является скорость материальной точки, но настоящее изобретение не ограничено этим вариантом.
В результате операции 4 получают функцию приемника для i-того приемника, вид которой показан на Фиг.5 или на Фиг.6А.
При выполнении операции 5 осуществляют нормировку функции приемника для i-того приемника относительно амплитуды максимума функции приемника при запаздывании по времени, равном нулю. В результате выполнения операции 5 получают нормированную функцию приемника для i-того приемника, которая показана на Фиг.6Б.
При выполнении операции 6 определяют "статический максимум" в нормированной функции приемника. Это может быть выполнено, например, с использованием способа автоматического выбора, или это может быть выполнено путем вывода результатов операции 5 на экран устройства визуального отображения оператором, который осуществляет выбор "статического максимума" вручную.
При выполнении операции 7 определяют амплитуду "статического максимума" в нормированной функции приемника. При выполнении операции 8 используют амплитуду "статического максимума" для нормировки исходной трассы горизонтальной составляющей движения материальной точки, зарегистрированной в i-том приемнике.
При выполнении операции 9 определяют, была ли осуществлена обработка данных из всех приемников, входящих в состав группы приемников. Если результат операции определения является отрицательным ("нет"), то выполняют операцию 10, при которой показание соответствующего счетчика увеличивают на единицу, после чего повторяют операции 3-9 для (i+1)-го приемника.
Если же при выполнении операции 9 определения получен положительный результат ("да"), то это означает, что была выполнена обработка данных из всех приемников, входящих в состав группы. После этого может быть выполнена операция 11, при которой осуществляют вывод результатов обработки. Вывод данных может быть осуществлен в любом надлежащем виде, например они могут быть напечатаны на бумаге, выведены на экран устройства визуального отображения или могут быть запомнены в любом надлежащем виде для их последующего извлечения. В альтернативном варианте данные могут быть подвергнуты дополнительной обработке для определения информации, связанной с геологической структурой в месте проведения разведочных работ.
Вид данных, в котором осуществляют их вывод при выполнении операции 11, может быть выбран таким образом, чтобы удовлетворить конкретные потребности пользователя. Выводимые данные могут содержать некоторые или все функции приемника, полученные при выполнении операции 4, нормированную функцию приемника, полученную при выполнении операции 5, амплитуду "статического максимума" в нормированной функции приемника, определенную при выполнении операции 7, или нормированную трассу горизонтальной составляющей движения материальной точки, определенную при выполнении операции 8. Вывод этих данных может быть осуществлен для каждого приемника или только для выбранных приемников.
Способ из настоящего изобретения не ограничен выполнением операций в том порядке, который показан на Фиг.8. Например, операция 6 выбора "статического максимума" может быть выполнена перед выполнением операции 5 нормировки функции приемника. Кроме того, в способе, показанном на Фиг.8, операции 3-8 выполняют последовательно для одного приемника, а затем повторяют для другого приемника и так далее. В альтернативном варианте можно выполнять операции 3 и 4 для одного приемника, а затем повторять операции 3 и 4 для других приемников, до перехода к выполнению операции 5. Аналогичным образом, операция 5 нормировки функции приемника может быть выполнена для каждого приемника до перехода к выполнению операции 6 выбора "статического максимума". Подобным образом, операция 6 выбора "статического максимума" может быть выполнена для каждого приемника до перехода к выполнению операции 7 определения амплитуды "статического максимума", а операция 7 определения амплитуды "статического максимума" может быть выполнена для каждого приемника до перехода к выполнению операции 8 нормировки горизонтальной составляющей движения материальной точки.
Способ из Фиг.8 является целесообразным в том случае, если можно осуществить распознавание "статического максимума" или иного сейсмического явления, связанного с разностью по времени прохождения между продольной и поперечными волнами через приповерхностную область, в отдельных функциях приемника, представленных в непросуммированном виде. Однако в некоторых случаях невозможно осуществить распознавание "статического максимума" в отдельных функциях приемника, и в подобных случаях необходимо, чтобы способ содержал операцию суммирования функций приемника для повышения отношения сигнал-шум.
Если для обеспечения возможности распознавания "статического максимума" необходима операция суммирования, то операцию 4 из Фиг.8 заменяют операцией вычисления всех функций приемника для сейсмограммы i-того приемника. Сейсмограмма i-того приемника содержит все трассы, зарегистрированные в i-том приемнике, и для каждой из этих трасс можно вычислить функцию приемника. После этой операции выполняют операцию (не показана) суммирования всех функций приемника, вычисленных для сейсмограммы i-того приемника. Затем выполняют операции 5-7 из Фиг.8 над просуммированной функцией приемника для сейсмограммы i-того приемника.
Затем процесс суммирования повторяют для функций приемника, определенных для сейсмограмм других приемников.
На Фиг.9 показана блок-схема программируемого устройства 15 согласно настоящему изобретению. Система содержит программируемый процессор 8 обработки данных с запоминающим устройством 9 для хранения программ, которое выполнено, например, в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ), в котором запомнена программа, управляющая процессором 8 обработки данных таким образом, чтобы он обеспечивал выполнение, например, способа из Фиг.8. Система дополнительно содержит энергонезависимое запоминающее устройство 10 для считывания-записи данных, служащее для запоминания, например, любых данных, которые должны быть сохранены при отсутствии источника питания. Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 11 обеспечивает наличие "оперативной" или "сверхбыстродействующей" памяти для процессора обработки данных. Имеется интерфейс 12 ввода, предназначенный, например, для приема команд и данных. Имеется интерфейс 13 вывода, предназначенный, например, для визуального отображения информации, связанной с ходом выполнения способа и с результатами его выполнения. Задаваемые пользователем данные могут быть введены через интерфейс 12 ввода или в качестве одного из вариантов могут поступать из хранилища 14 машинно-считываемых данных.
Программа, обеспечивающая управление системой и выполнение вышеописанного способа, запомнена в запоминающем устройстве 9 для хранения программ, которое может быть реализовано в виде полупроводникового запоминающего устройства, например в виде ПЗУ известного типа. Однако программа может быть запомнена на любом другом пригодном для этого носителе информации, например на магнитном носителе 9a данных (например, на "дискете") или в постоянном запоминающем устройстве 9б на компакт-диске (CD-ROM).