DE1448557A1 - Verfahren zur Erstellung von Impedanz-Logs auf dem Wege der Seismographie - Google Patents

Description

GO?TTINENTAI OIL COMPANY, Oklahoma, U. SoA,

" Verfahren zur Erstellung von¹Impedanz-Logs' auf dem Wege der Seismographie "

Die Erfindung betrifft die Lagerstättenforschung auf dem Vege der Seismographie und insbesondere, aber nicht einschränkend eine verbesserte ^ethcKie -< r JJ -c-tin irr d r- 0-^steinsaufbaus unter ausschlieüßlic er Verwendung von au Γ der Erdoberfläche angeordneten Geräten und mehr ir: einzelnen ein Verfahren zur Erzeugung eines annähernden'Impedanzlogs'(impedance log) der seismischen Energie unter Verwendung von seisaographischen Techniken. Das diesbezügliche seismische Iirrpedanzlog besteht a.us einer Darstellung des Produktes d'x· Dichte und der seismischen Geschwindigkeit als Punktion der Tiefe.

Bei der üblichen Lagerstättenforschung auf seismographipchen Wege wird ein seismischer Impuls an oder in der Nähe der Erdoberfläche erzeugt und pflanzt sich abwärts durch die verschiedenen Clenteinsformationen fort. Teile des seismischen Impulses v/erden an die Oberfläche reflektiert durch Schichtgrenzen zwischen Schichten oder Betten, deren Kennzeichen in bezug auf die Geschwindigkeit der seismischen Energie verschieden sind. Diese lieflexionen werden an der Oberfläche festgestellt und in bezug ^uf die vergangene Zeit aufgezeichnet, um etwas zu erzeuge"¹, das in der Fachsprache allgemein als Säsmograiim bekannt ist. Dan Seismogramm liefert grundsatzχich die Laufzeit in beiden Richtungen, w^che die r ei sin Lach ο Energie oon^;5tigt, um sich abv/ärts zu den verschiedenen Seuioht/'-r'.nzen fortzupflanzen und zur Oberfläche zurück reflektiert zu werden. Aus dieser Information kam: die L^v^ der reflektierenden Stihichtgrenzen i:,i grossen und ganzen besti-rimt v/erden. Ein übliches Seismogramm ist jedoch so/'ar für den Fachmann ziemlich schwierig zu deuten, da nur sehr w'-/n Lg üb':i· Charakter und ü'Cke zahlreicher unterirdischer Betten MU'vesagt wird, und die Identifizierung der Metten oft schwierig ii-.t.

3n iat schon lange bekannt, dass die durch seismische RefLektion ι ewoinene Information in irgendeiner Weise im Zusammen-

009813/0669 , . _ - ,

BAD ORIGINAL

I *t *T W S/ \J I

hang mit dem Abstand zwischen den verschiedenen Schichtgrenzen und deshalb der Dicke der verschiedenen Betten steht. So war 3.B. bekannt, dass die geringste Dicke eines Bettes,die durch seismographische Techniken feststellbar ist, von der Komponente höchster Frequenz der auf die Erde übertragenen seismischen Energie abhängt. In der Regel erzeugen zwei gleiche Schichtgrenzen eine verstärkte seismische Reflexion auf Auftreffen einer seismischen Energie, deren Wellenlänge im Verhältnis zum Abstand zwischen den Schichtgrenzen steht. Explosive, die gebräuchlichere Quelle seismischer Energie, erzeugen einen Energieimpuls, dessen frequenz'component en vorher nicht bestimmbare und nicht wiederholhare Amplituden haben. -

In letzter Zeit sind seismographische Methoden zur Bestimmung der Laufzeiten seisnographisclier Energie in beiden Richtungen entwickelt worden, bei welchen ein sich nicht wiederholendes seismisches Signal bekannter Frequenzbandbreite, bekannten Frequenzgehalts und bekannter Phasenlage der Frequenzkomponenten verwendet wird. Das seismische Signal hat üblicherweise eine zwischen oberen und unteren G-renzen kontinuierlich variierende Frequenz, um eine in der Fachsprache als Durchgangssignal (sweep signal),entweder ein Aufwärts- (upsweep) oder ein Abwärtssignal (downsweep), bezeichnetes Signal zu erzeugen. Das seismische Durchgangssignal wird durch einen Transduktor erzeugt, der in der Lage ist, das gleiche Signal unter praktisch allen Bedingungen genau wiederzugeben. Es sind verschiedene Techniken des Zusammensetzens (compositing techniques) entwickelt worden, gemäss denen das gleiche Signal nacheinander an verschiedenen Punkten der Erde erzeugt,und die Reflexionen an vorausbestimiten, in einem Abstand voneinander angeordneten Punkten aufgezeichnet werden, um die Störung durch Interferenz zu verringern und iii wesentlichen die Reflexionen des Durchgangssignals zu verstärken. Das zusammengesetzte Signal wird dann mit dem ursprünglichen Durchgangssignal korreliert, um ein impulsäquivalentes Seismogramm zu erzeugen, aus dem die Laufzeit der seismischen Energie in beiden Richtungen zu den als solche feststellbaren seismischen Ereignissen (seismic events) bestimmt werden kann. ^Dieses allgemeine Verfahren wird in seinen verschiedenen Aspekten an anderer Stelle (US-Patente Nr, 2688124·, 2989726, 28o8577, 2874795, 2981928 u.a. der Anmelderin) be3chi:rieben.

809813/0669 Qf^ G

Wie oben erwähnt wurde, liefert ein Seismogramm in der Regel nur Daten über die Laufzeit. In Fachkreisen gilt das sogenannte 'Geschwindigkeits oder Impedanzlog" (velocity log or impedance log) als ideales Verfahren unterirdische Daten darzustellen, da es in unmittelbarer Beziehung zum physikalischen Charakter und zum Aufbau der Betten steht. Die üblichen Verfahren zur Gewinnung diese_r Gesehwindigkeitsdaten bestand in einer Logvorrichtung (logging tool), die in ein Bohrloch herabgelassen wird, um die Zunahmen der Sehallgewschwindigkeit (incremental acoustic velocities) zu messen, die dann in bezug auf die Tiefe aufgetragen werden.

Es ist schon verschiedentlich versucht worden, übliche seismische Daten in Darstellungen von der Art eines Impedanzlogs zu verwandeln. Gemäss einem derartigen Verfahren werden durch Sprengungen erzeugte seismische Signale verwendet, die mittels eines sogenannten¹Inversfilters¹ (inverse filter) verarbeitet werden, das auf das erstempfangene Eeflexionssignal aufbaut, um Instrumentationseffek'te zu beseitigen, und schliesslich eine Darstellung in der Art eines Impedanzlogs zu erzielen, das angeblich besser auswertbar sein soll als die üblichen seismischen Daten; diese und andere Versuche werden aber als für die praktische Durchführung schlecht verwertbar und hinsichtlich ihrer Zuverlässigkeit als fraglich angesehen.

Gemäss der Erfindung wird ganz allgemein gesehen eine auf dem Wege der Seismischen Reflexionstechnik gewonnene Spur hergestellt, bei der die entsprechenden Phasen eines breiten Bandes von Frequenzkomponenten seismischer Energie auf Null eingestellt und die relativen Amplituden so weit abgeglichen werden, bis jede gegeben'-, Oktave einen gleichen spektralen Energiegehalt (equal spectral power) hat, wie irgendeine andere entsprechende Oktave. Bei der Durchführung der Erfindung wird ein seismisches Signal mit einem gesteuerten vorausbestimmten oder bekannten Frequenzgehalt verwendet, um eine Eeflexionsaufzeichnung bzw. ein Seismogramm zu erzeugen. Das Seismogramm wird dann mit dem ursprünglichen seismischen Signal korreliert, um ein impulsäquivalentes oder korreliertes Signal zu erzeugen, in dem sämtliche einzelnen j?-requenzkomponenten oder kleinen Wellen des ursprünglichen seismischen Signals in bezug auf einen gemeinsamen Phasen-

909813/0669 ; ^^

punkt neu ausgerichtet sind. Die relativen Amplituden von voraus-Id e stimmt en Abschnitten des Frequenz speiet rums, vorzugsweise von gleicher Bandbreite, werden dann eingestellt, um das korrelierte Signal zu 'normalisieren¹ und die Dämpfung aber nicht die Wechselwirkung der verschiedenen Frequenzen des seismischen Signals durch die Erde zu. korrigieren. Dann wird das korrelierte Signal, das ein in der Bandbreite begrenztes, spektral normalisiertes Impulsseismogramm (spectrum normalized impulse seismogram) ist, zti einem annähernden Impedanzlog umgewandelt, indem es integriert und exponential verstärkt wird unter Bildung eines Signales oder einer Spur, die einem durch Absenken in ein Bohrloch gewonnenen Impedanzlog seismischer Energie (downhole seismic energy impedance log) sehr nahe kommt» Wir haben entdeckt, dass das integrierte Signal schon ein annäherndes Impedanzlog bildet, das beträchtlich besser deutbar ist als ein übliches Seismogramm und das im wesentlichen ebenso gut'ist, wie das exponential verstärkte Signal. Wir haben auch entdeckt, dass, je breiter das Frequenzband des seismischen Signals ist, besonders am unteren Ende des Frequenzspektrums, die Annäherung an das exakte Impedanzlog um so grosser ist.

Ein Gegenstand der Erfindung ist also ein verbessertes Verfahren zur Bestimmung des Aufbaus und auch in gewissem Maße des physikalischen Charakters von unterirdischen Schichten, ohne mechanisch in die Erdoberfläche eindringen zu jjüssen.

Ein Ziel der Erfindung besteht in einem verbesserten Verfahren der Darstellung seismographischer Daten, das eine leichtere Deutung ermöglicht und mehr Informationen liefert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in einem Verfahren, das zur Erzeugung eines annähernden Impedanzlogs seismischer Energie der Erde unter Verwendung seismographischer Techniken dient.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht in einem wirtschaftlicheren seismogrpphisehen Verfahren zur Bestimmung des Erdaufbaus eines Gebietes.

Ein weiteres Ziel der Erfindung- besteht in einem Verfahren der beschriebenen Art, das unter Verwendung von elektrischen Analogkreisen leicht und wirtschaftlich ausführbar ist.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist ein Vorfahren der be-

909813/0669 —-*

BAD ORiGlNAL

schriebenen Art, das beträchtlich weniger seismographische Daten erfordert, um den Gesteinsaufbau eines Gebietes zu bestimmen.

Zahlreiche weitere Ziele und Vorteile der Erfindung gehen aus nachfolgender Beschreibung an Hand beiliegender Zeichnungen hervor, worin:

Pig. 1 ein schematisches Diagramm ist, in dem die Schritte des Verfahrens gemäss der Erfindung im einzelnen aufgezeigt werden;

Pig. 2 ein schematisches Diagramm der Ausrüstung ist, die zur Ausführung gewisser Verfahrensschritte der Erfindung verwendet werden kann;

Pig. 3 ein schematisches Diagramm zusätzlicher Ausrüstungen ist, die zur Ausführung anderer Schritte des Verfahrens gemäss der Erfindung verwendet werden können;

Pi··. 4 ein Schalt schema einer Integrierschaltung ist, die in der Ausrüstung von Pig. 3 verwendet werden kann;

Pi,°r. 5 eine Kurve ist, welche die Betriebskurve eines Exponentialverstärkers zeigt, der in der Ausrüstung gemäss Pig.3 verwendet werden kann;

Pig. 6 eine Wiedergabe mehrerer zusammengesetzter und normalisierter seismischer Geländeaufzeichnungen eines gewissen G-ebietes ist;

?ig. 7 eine Wiedergabe eines Geschwindigkeitslogs eines Bohrlochs im Gebiet ist, wo die seismischen Daten von Pig. 6 gewonnen wurden;

Pig. 8 eine Wiedergabe von fünf identischen, synthetischen Seismogrammspuren ist, die vom Geschwindigkeitslog von Pig. 7 gewonnen wurden;

Pig. 9 eine Wiedergabe eines Paares von Spuren ist, die nwch dem Verfahren gemäss dar Erfindung gewonnen wurden;

Pig. 1o -14 schematische Zeichnungen sind, welche die Erläuterungen der Theorie vorliegender Erfindung unterstützen;

Pig. 15 eine Sammlung von Spuren ist, die zur Erläuterung der Bedeutung der Komponenten niedriger Frequenz in einem seismischen Signal dienen} und

Fig. 16 eine iammlung voα Sauren ist, die den Grad der iClfirung zeilen, der al· Ergebnis der Exponent! al verstärkung der integrierten Spur zu erwarten iet.

909813/0669 *

BAD ORIGINAL

Allgemeines un& theoretisches

Beim Verfahren gemäss der Erfindung v/erden mehrere Frequsizkomponenten seismischer Energie in einem vorausbestimmten oder bekannten relativen Fhasenverhältnis in der Erde erzeugt, und die seismischen Reflexionen der Frequenzkomponenten werden ermittelt. Im einzelnen werden in der Erde Frequenzkomponenten seismischer Energie erzeugt, die ein G-esamtfrequenzspektrum relativ grosser Bandbreite und flacher Amplitude haben. Die Reflexionen seismischer Energie werden ermittelt und in bezug auf die vergangene Zeit aufgezeichnet. Das Signal der Reflex!onsaufzeichnung wird bearbeitet, um jede entsprechende Phasendifferenz gegenüber den Orig&nalfrequenzkompohenten seismischer Energie zu beseitigen, um ^eden durch die Instrumentierung hervorgerufenen Phasenfehler zu beseitigen und um die Phasenverschiebung um 9o° auszugleichen, die durch den Reflexionsprozess der Erde erzeugt wird. Dann werden die relativen Amplituden der Komponenten ausgeglichen,bis jede Oktave der Frequenzbandbreite der seismischen Energie den gleichen Spektralenergiegeahalt wie irgendeine andere entsprechende Oktave hat.

Die' seismischen Erscheinungen¹ eines üblichen Seismogramm^» sind meistenteils aus zahlreichen Reflexionen zusammengesetzt, und ihre Nettomerkmale (net characteristics) werden durch Erwägungen über die Wellenlänge stark beeinflusst. Wellenlängen werden in Fuss gemessen, so wird irgendwo in den zusammengesetzten Reflexiönserscheinungen eine Information über den G-esteinsaufbau in Fuss ausgedrückt. Demzufolge sind zahlreiche grössere Reflexionen in gewissem Sinne auf einen Schichtgrenzenabstand oder eine Folge von Schichtgrenzenabständen abgestimmt. Falls in einem abwärts'laufenden seismischen Signal irgendwelche Wellenlängen vorhanden sind, die das richtige Verhältnis zu Gresteiraichichtgrenzentrennungen haben, so liest das Bodensystem diese besonderen Wellenlängen aus und sendet sie selektiv und bevorzugt als Teil des Signals zurück, das an der Oberfläche festgestellt wird. Die Heflexionseingale werden deshalb in dem Sinn gefiltert, dass «ine spezielle Frequenxanrelchtrung aufgetreten ist, und da·s dieee Frequenzanreicherung in einer Weise aufgetreten ist, die in unmittelbare Beziehung mit dem öesteinsaufbau gesetzt werden kann. Demzufolge wird ein seismisches Eingangssignal mit

900813/0669

breitem Frequenzband, das alle möglichen Wellenlängen enthält, bevorzugt, um sämtliche möglichen Werte von Schichtgrenzenabständen zu erhalten. Dies trifft besonders für das untere Ende des 3?requenzspektrums zu, wie später mehr im einzelnen ausgeführt wird.

Das Verfahren gemäss der Erfindung wird durch folgende mathematische Ableitung bestätigt und leichter verständlich. Die Reflexion seismischer Energie zwischen zwei verschiedenen G-esteinsformationen mit Impedanzen^ und J^X für die seismische Energie wird durch folgende Formel wiedergegeben:

(1)

+Ζ

die Änderung des Reflexionskoeffizienten K ist. Wenn die Änderung der Impedanz für seismische Ttoergie zwischen angrenzenden Gesteinsformationen klein ist, kann die Gleichung (1) auf:

reduziert werden. Unter Verwendung der Standardtabellen für Differentiale können folgende Substitutionen in Gleichung (2) vorgenommen werden:

Δ R-£* I Lo^Z) <5)

Man sieht also, dass die Variation des Reflexionskoeffizienten die Hälfte der Variation des natürlichen Logarithmus der Impedanz Z der seismischen Energie ist.

Es ist bekannt, dass die Impedanz der Erde für seismische Energie sich in glatter Weise ändert, so dass sie durch eine ununterbrochene Kurve dargestellt werden könnte, in der die Impedanz für seismische Energie in bezug auf die Laufzeit der seismischen Welle in der Erde aufgezeichnet ist. Diese glatte Kurve kann naütürlich durch eine Reihe von Schritten in den Zeitabständen^t angenähert werden, und die Annäherung wird um so genauer, 3e kleiner die Zeitabschnitte^ werden. Wird also Jeder kleine Reflexionskoeffizient über einen kleinen Zeitabschnitt genommen, der einer sehr kurzen Strecke an Tiefe entsprioH

909813/0669

so wird entweder ein positiver oder ein negativer Reflexionsimpuls für jede Tiefenzunahme erzeugt. Der Wert oder die Amplitude des Reflexionsimpulses ist dann auch gleich dem Reflexionskoeffizienten, der durch die änderung der Impedanz für seismische Energie über diese Tiefe bewirkt wird. Das Reflexionsvermögen (refleetivity)r-{t) zu jedem Zeitpunkt kann deshalb als der Wert _ definiert werden, der mit der Zeit, über welche er wirkt, multipliziert den Reflexionskoeffizienten ergibt. Deshalbrtt)'4t»4 K und durch Substitution in Gleichung (5):

Gleichung (4) kann umgeformt werden als

Mit dem kleiner und kleiner Werden von zur immer näheren Annäherung an das Impedanalog wird die Gleichung (5) zu:

rfM-4 ά Ct^, Ilfr)) (6)

¹ ■* dt

Das Reflexionsvermögen r(t) , wie sie durch die Gleichung (6) definiert wird, ist die mathematische Darstellung einer seismographischen Aufzeichnung, die erzielt würde, wenn in der Erde ein seismischer Impuls von unendlicher Bandbreite erzeugt würde und keine Mehrfachreflexionen oder Rückspiegelungen stattfänden. Man ersieht also, dass eine solche seismische Aufzeichnung in Beziehung zur ÄnderungZ(t) der Impedanz für die seismische Energie steht. -

Die G-leichung (6) kann umgekehrt werden, um das Impedanzlog durch die seismischen Aufzeichnungen unendlicher Bandbreite in folgender Weise auszudrücken. Erst integriere man beide Seiten der Gleichung in bezug auf die Zeit, man erhältι

909813/0669

die auf

Jb

reduziert werden kann und schliesslich auf

.fr

Nimmt man das Exponential beider Seiten der Gleichung (9) so ergibt sich:

das wiederum ausgedrückt v/erden kann als

M) = Ziel '

Impedanz in bezug auf die Laufzeit des seismischen Signals ist. Gleichung (11) ist die Grundformel für den Prozess der Erzielung eines Impddanzlogs aus einem theoretisch vollkommenen Seismogramm f(*tJ, das erzielt wurde, indem in der Erde ein seismographisches Signal erzeugt wurde von unendlicher Bandbreite und gleicher oder flacher Amplitude. Der iachmann bemerkt natürlich, dass ein seiemisches Signal unendlicher Bandbreite und demzufolge ein Seismogramm eines solchen signals nicht möglich ist.

Wir haben entdeckt, dass eine sehr brauchbare Annäherung an ein Impfdanzlog erfolgen kann, indem eine seismische Aufzeichnung von Impulsart mit einem Spektrum begrenzter Bandbreite und im wesentlichen flacher Amplitude,>(t\gemäss der Gleichung

809813/0669

verarbeitet wird, worinZ(i)das annähernde Impedanzlog seismischer Energie (akustischer Energie) als Punktion der Laufzeit der seismischen Energie dar st eilt, Z (°) eine Konstante ist, welche die Impedanz für die seismische Energie zum Zeitpunkt Hull ist, und A eine empirisch bestimmte Konstante ist. Es ist also ersichtlich, dass das Verfahren gemäss der Erfindung ganz allgemein gesehen die Erzeugung der besonderen Art beschriebenen Seismogramms und das darauf folgende Verarbeiten desselben derart erfordert, dass eine annähernde lösung fürZ("t| in der Gleichung (12) erhalten wird. Dies erfordert als genaueste Lösung ein' Integrieren des Seismogramms und dann ein Exponentialverstärken des integrierten Seismogramms. Die Konstanten^⁰) und A können als lineare Verstärkungsfaktoren auf einer empirischen oder "best fit" (best passenden) Basis mit verfügbaren Daten eingeführt werden. Wir haben jedoch festgestellt, dass eine sehr gute Annäherung an die Lösung der Gleichung 12 durch einfaches Integrieren dieser besonderen Art seismischer Daten erzielt werden kann. Diese letztere Entdeckung wurde gemacht, indem der Gedanke einer gleichen Darstellung durch Oktaven (equal representation by octaves concept) befolgt wurde. Nachdem diese Entdeckung gemacht worden war, wurde der Einklang dieses Gedankens mit der empirisch bestimmten Gleichung (12) wie folgt erreicht, was beide Behauptungen bestätigt. Angenommen, dass der Wert des Integrals

ι*

Al S(hdt

der Gleichung (12) immer weit unter der Einheit liegt und tatsächlich so klein ist, dass das Quadrat oder höhere Potenzen im Vergleich zum Integral selbst vernachlässigt werden können, und durch Substitution der Einfacheit halber dßs Buchstabens X für das Integral? ergibt sich ι

kann als wohlbekannte Reihe ausgedrückt werden

· (15)

y-t «.J

A* Q

X^L

Da angenommen wurde, dass"£" und G-Iieder höherer Ordnung im Vergleich zu X vernachlässigt werden können, ergibt sich

und durch Hüoksubstitution von X

-(17)'

Eine Deutung der Gleichung (17) besteht darin, dass der Wert eines annähernden Impedanzlogs zum Zeitpunkg "t" eine Konstante "2.(o) plus einem verstärkten Integral des speziellen Seismogramme ist bis zum Zeitpunkt "t". Da das Hauptinteresse in den Variationen des Wertes der Impedanz in bezug auf die Laufzeit liegt, ist die vereinfachte Form des Impedanzlogs einfach eine verstärkte Integration der besonderen seismischen Spur.

Bevorzugtes Verfahren

Ein neuartiges Verfahren der praktischen Ausübung der Erfindung wird in Fig. 1 schematisch dargestellt. Ein seismisches, einen Durchgang bildendes Signal (seismic sweep signal) wird von einer geeigneten Quelle 8 in der Erde erzeugt, ^die.auf ein voreusbestiaimtes, einen Durohgang bildendes Steuersignal anspricht und synchron damit arbeitet. Die seismische Energie pflanzt sich abwarte auf mehrerenWegen 9 zu den unterirdischen Impedanzschichtgrenzen 10 fort, wo ein Teil der seismischen Energie auf einer Mehrzahl von Wegen 11*zurück zur Erdoberfläche reflektiert, dann · durch einen Empfänger 12 aufgenommen einem Aufζeichengerät 13 zugeführt wird. Dieser Vorgang wird nacheinander mehrere Male wiederholt, wobei darauf geachtet wird, zwischen den nacheinander aufgezeichneten Signalen das richtige Verhältnis in bezug auf den Zeitpunkt Null einzuhalten. Die verschiedenen Signale werden dann einem Zusammensetzgerät (oompositor) 14 zugeführt, das die vom Aufzeiohengerät 13 nacheinander aufgezeichneten Signale gleichzeitig abspielt und ein zusammengesetztes Signal erzeugt. Das zusammengesetzte Signal wird dann einem Korreliergerät (correlator)

809813/0660

15 zusammen mit dem den Durchgang "bildenden Steuersignal zugeführt, um die Phase der verschiedenen Frequenzkomppnenten des Durchgangssignals auf einen gemeinsamen Zeitpunkt zu verschieben und ein korreliertes Signal zu erzeugen, das ein Seismogramm der Laufzeit in "beiden Eichtungen ist. Dieses Seismogramm ist dasjenige, das infolge eines Impulses seismischer Energie erzeugt würde, die eine vorausbestimmte begrenzte Bandbreite und einejrf auf Null bezogene Phasenlage hat. Das korrelierte Signal wird dann einem Normalisiergerät (normalizing apparatus) 16 zugeführt, wo an vorausbestimmten Abschnitten des Frequenzspektrums eine Amplitudenangtfleichuijg in einer später zu beschreibenen Weise durchgeführt wird. Das normalisierte Signal wird dann einem . Integrator 17 zugeführt, wo es nach der Zeit Null oder einem vorausbestiiiimten ffrundniveau über seine gesamte Länge integriert' wird. In den meisten Fällen bildet das sich ergebende integrierte Singal vom Integrator 17 eine ausreichend genaue Annäherung an das Impedanzlog, so dass eine weitere Verarbeitung nicht gerechtfertigt ist. Für eine weitere Verfeinerung wird das integrierte Singal jedoch durch den Exponentialverstärker 18 (wie z.B. ein Antilog, Basis e "Verstärker der Electronic Associates, Ine Long Branch, New Jers'ey unter Verwendung ihres Dual Log X Diode Function Generator) exponentiell verstärkt, um ein Impedanzlog zu erzeugen, das eine lelativ nahe Annäherung an ein im Bohrloch gewonnenes G-eschwindigkeitslog (downhole velocity log) ist.

Das Verfahren gemäss der Erfindung, wie es in Fig. 1 beschrieben wird, kann unter Verwendung der in Fig. 2 und 3 schematisch gezeigten Ausrüstung zur Ausführung gelangen. Eine magnetische Aufzeichenvorrichtung (zweckmässigerweise die im US-Patent Nr. 3o65 453 beschriebene) besitzt eine rotierende Trommel, auf der ein geeignetes magnetisches Blatt 52 angeordnet ist. Ein sich nicht wiederholendes Durchgangssignal mit einer sich kontinuierlich verändernden Frequenz, das sich über einen Zeitraum von einigen Sekunden erstreckt, ist auf einer Aufzeichenspur 54 des Aufzeichenblattes 52 aufgezeichnet. Das Durchgangssignal kann zweckmässigerweise entweder ein Aufwärts- oder ein ■· Abwärtsdurchgangssignal zwischen 6 und 65 Hz z.B. sein. Das Durchganges ignp.l wird von einem Hörkopf 56 von der Auf ζ eichenspur 54 abgespielt und durch einen geeigneten Hadiosender 5B mit einer

90S813/0669

■ .Antenne 60 ausgesendet. Das Steuerdurchgangssignal ?/i?.-d von einem geeigneten ISmofü.nriT in ei.nera lastwagen 62 aufgenommen, der einen Scnwingungstransduktor 64 trägt.

Der Trans duplet or 64 besitzt in der Hegel einen Teil zum Kuppeln mit der Erde, der durch das Gewicht des Lastwagens 62 •gegen die Oberfläche 66 der Erde gepresst we'-den kann.

D-?. s vom Transduktor erzeugte seismische Durchgangs signal pflanzt sich dann abwärts .längs der Wege 68 z.B. fort. Beim Auftreffen auf eine Impedanzschichtgrenze 7o wird ein Teil der seismischen Energie allgemein längs der 7/ese 72 au einem geeigneten Aufnahmegerät wie z.B. den G-eophonen 74, 76 und 78 reflektiert. Das vom Geophon 74 aufgenommene seismische Reflexionssignal wird verstärkt und von einem Sprechkopf 8o auf der spur ö2 des Aufzeichenblattes 52 der Trommel aufgezeichnet. Das vom Geophon 76 aufgenommene seismische Reflexionssignal wird in ähnlicher leise verstärkt und von einem Sprechkopf 83 auf einer Spur 84 aufgezeichnet, und das von Geophon 78 aufgenommene seismische Refl3xions8i@nal von einem Sprechkopf 86 auf eine Spur S3 aufgezeichnet. Das zur Steuerung dienende Durchgangssignal der Spur "wird mehrfach abgespielt und demzufolge wird auch der Betrieb des Transduktors 64 mehrfach wiederholt, um eine Reihe von refle«ktierten seismischen Signalen zu lirfern. Die Sprechköpfe 8o, 83 und werden zwischen jede..·! Abspielen des Durchgangssignals auf dem Aufzeichenblatt 52 weitergeschaltet, um eine Reihe von parallelen Spuren 82, 84 und 88 zu liefern, die die entsprechenden von den Geophonen 74, 76 und 78 empfangenen Reflexionssignale darstellen, um die Zusammensetzung dieser Signale zu erleichtern, wie später beschrieben wird. Der Lastwagen 62 knnn auch zwischen den verschiedenen Sendungen des Transduktors 64 bewegt werden, um den GeräUBohabstand im aich ergebenten zusammengesetzten Signal zu verbessern, wie dem Fachmann verständlich sein wird.

Aus obiger Besc-.'BsLbung geht hervor, dass das auf Spur 54 aufgezeichnete Siaierdurchgangssignal als Ausgangspunkt oder Zeit Null dient. Unter Verwendung dieses Signals als Grundlage oder Bezugspunkt kann die Lage der verschiedene¹! Impedanzschichtgrenzen, welche die längs der: Wege 68 aufgezeichneten Reflexionen bewirken, durch den Zeitraum bestimmt werden, der zwischen der Zeit Null »und dem Zeitpunkt vergangen ist, an dem die Reflexionen aufgezeichnet sind.

809813/0669

-- 14 - ■

Nachdem die seismischen Daten zusammengetragen worden sind, wird das Aufzeichenblatt 52 auf-ein Gerät 1oo übertragen (s.Fig.3\ das die Daten zusammensetzt, korreliert, normalisiert, integriert und exponentiell verstärkt. Das Aufzeichenblatt 52 wird auf eine Abspieltromnel 1o2 gebracht, dis mit einer Welle 1o4 verbunden ist. Eine Korreliertrom.nel 1o6 und eine Aufzeichentrommel 1o8 sind auch mit der Welle 1o4 verbunden, die von einem geeigneten Mittel 1o9 angetrieben wird. Ein Hörkopf 11o ist über der aufgezeichneten Spur 54 angebracht, um das ursprüngliche Steuerdurchgangssirijgal wiederzugeben, während die Trommel 1o2 durch die Welle 1o4 gedreht wird. Das abgespulte Steuerdurchgangssignal wird verstärkt und durch einen Sprechkopf 112 auf der Aufζeichenspur 112a der Korreliertrommel 106 aufgezeichnet. Ein einzi*ger Hörkopf 114 hört sämtliche aufgezeichneten Spuren 82 ab, um die getrennten Sätze seismischer Daten gleichzeitig abzuspielen und zu addieren bzw. zusammenzusetzen. Das abgespielte und zusammengesetzte Signal wird dann verstärkt und durch einen Sprechkopf 116 auf der Aufzeichenspur 116a der Korreliertrommel 1o6 aufgezeichnet.

Ein länglicher Korrelierkopf 12o besitzt einen Nullieitsprechkopf 122* (zero time pickup head) und einen Korreliersprechkopf 128 (correlation pickup head) die angrenzend an die aufgezeichneten Spuren 112 und 116 angeordnet sind. Im allgemeinen wird für diese Köpfe ein Leiter in gedruckter Schaltung (printed circuit conductor) verwendet, dessen Form der Form desDurchgangesignales entspricht, und sie sind %xi geeigneter Wpise gelagert, so dass sie sich um den Umfang eines grösseren Teiles der Trommel 1o6 über die entsprechenden Spuren 112a und 116a erstrecken. Die G-rösse des in den entsprechenden Köpfen erzeugten elektrischen Signals iet ein Maß für den G-rad des Zusammenhanges (degree of coherence) zwischen dem Durchgangssignal, und dem auf den entsprechenden Aufzeichenspuren 112a und 116a der Korreliertrommel 1o6 aufgezeichneten Signal. Wenn also das auf der Spur 112a der Korreliertrommel 1o6 aufgezeichnete Durohgangssignal mit dem Nullzfiitsprechkopf 122 übereinstimmt, wird ein Impuls erzeugt, der dann verstärkt und vom Spreohkopf 124 auf der Aufζeichenspur 126 der Aufzeichentrommel 1o8 aufgezeichnet wird. Beim Durchgang des komplexen zusammengesetzten, auf Spur 116a aufgezeichneten Siegels unter dem Korreliersprechkopf 128 wird über die gesamte

länge des Kopfes ein Korreliersignal erzeugt, das dem Grad des ; Zusammenhanges von Durchgangssignal und zusammengesetztem Signal direkt proportional ist.

Der Über spielkreis, derRadiosender und der Empfänger, die .Geophone und der Verstärker sowie Aufζeichenkreise bewirken eine gewisse Phasenverschiebung beim Sammeln der seismischen Daten durch das G-erät von Pig. 2. Diese Verschiebung kann daduroä gedoch wesentlich verringert werden, dass der Korrelierspred&kopf 128 identisch gestaltet ist wie das durch die Instrumente verzerrte Durchgangssignal und in bezug auf den Nullzeitspreehkdpf 122 nacheilend angeordnet ist, so dass er automatisch das im Durchgangssignal durch die Instrumente hervorgerufene Nacheilen der Phase kompensiert.

Der Eorrelierspreohkopf 128 ist durch elektrische Anzapfungen elektrisch in mehrere Abschnitte 128a, 128b, 128c, 128d und 188e aufgeteilt. Mehrere Trenntransformatoren 13oa-13oe sind mit den entsprechenden Anzapfungen verbunden, um die in den entsprechenden Abschnitten 128a - 128e induzierten Wechselstromsignale zu isolieren und wiederzugeben. Die isolierten Signale werden durch die Verstärker 132a - 132e jeweils verstärkt und dann den Regelwiderständen 134-a - 134e jeweils zugeführt. Die Schleifkontakte dieser Regelwiderstände sind über die Leitungen 136a - 136e jeweils mit einem Mehrspuroszilloskop 138 verbunden. Die Schleifkontakte der Regelwiderstände 134a - 134e liegen auch über die Widerstände 142a - 142e an einer gemeinsamen Leitung 14o. Diese Leitung 14o liegt über einen Schalter 144 an einem Verstärker 146, der mit einem Sprechkopf 1©48 verbunden ist. Dieser Sprechkopf 148 arbeitet auf einer Aufzeichentrommel 1o8. Obgleich nur ein Sprechkopf 148 gezeigt wird, sind in der Regel mehrere SpBechköpfe vorgesehen, um die ursprünglich von mehreren Geophonanordnungen aufgezeichneten verarbeiteten Daten getrennt aufzuzeichnen. In der Praxis würden die verschiedenen Sprechköpfe wahlweise mittels eines geeigneten Wahlschalters (der nicht gezeigt wird) eingeschaltet.

Die Leitung 14o liegt auch über einen Schalter 15o an einem Integrierkreis 152, der im wesentlichen, wie in Fig. 4 gezeigt wird, ausgebildet sein kann und einen Widerstand 154 sowie einen Kondensator 156 enthält. Der Ausgang vom Integrierkreis 152 liegt

609813/0669

über einen Schalter- 158 am Verstärker I46 und von diesem am Sprechkopf 148, so dass ein integriertes Signal, fall es erwünscht ist, auf der Trommel I08 aufgezeichnet werden kann, wie . * nachfolgend im einzelnen beschrieben wird. Der Ausgang des Integrators 152 liegt auch an einem Linearverstärker I60 oder einem anderen geeigneten linearen Kreis mit regelbaren Ausgang,· der eine Regelung der Amplitude gestattet, -wie z.B. ein Regelwiderstand. Der Ausgang des Verstärkers I60 wird einem Exponentialverstärker I62, dessen Verhältnis von Ausgang zu Eingang im wesentlichen das durch die Kurve 165 von S¹Ig. 5 gezeigte ist, zugeführt. Der Ausgang des löcponentialverstärkers 162 liegt an einem zweiten einstellbaren linearverstärker I64 oder einem anderen einstellbaren linearen Kreis und über einen Schalter 166 am Verstärker 14S und schließsiich an Sprechkopf 148. Ein zweites Oszilloskqp 168 ist vorgesehen, um den Ausgang vom Verstärker 164 visuell zu überwachen. ·

Wie ersichtlich ist, wird also nach Aufzeichnung der seismischen Daten auf dem Aufzeichenblatt 32 in der oben beschriebenen Weise dieses Blatt auf die Aufzeichentrommel 1o2 des Gerätes 1öo gebracht. Der Hörkopf 114 spielt gleichzeitig sämtliche aufgezeichneten ,Spuren"82 ab, um ein zusammengesetztes Signal zu erzeugen. Zu einem gewissen Zeitpunkt während der Verarbeitung eines Satzes seismischer Daten wird das Steuerdurchgangssignal von der Aufζeichenspur 54 durch den Kopf 11 ο ebenfalls abgespielt und auf der Karr euer trommel 1&6 durch den Sprechkopf 112 aufgezeichnet. Beim Weiterrotieren der Korreliertrommel I06 gehen die Magnetisch auf den Auf ζ eichenspuren 112a und 116a aufgezeichneten Signale unter den Hörköpfen 122 und 128 durch. Wie oben erwähnt wurde, sind die Stellungen der Hörköpfe 122 und 128 vorzugsweise derart gewählt, dass sie ein eventuelles Nacheilen kompensieren, das durch Abspielen, Senden und Empfangen des Steuerdurohgangssignals und durch die Geophone sowie das Aufzeichensystem des in 5¹Xg. 2 gezeigten Gerätes entstanden sein könnte»

.Beim Durchgang des auf der Auf ζ eichenspur 112a der Korreliertrommel 106 aufgezeichneten Steuersignals unter dem Hörkopf 122 , wird darin ein einziger Impuls erzeugt und durch den Sprechkopf 124 auf der Aufζeichenspur 126 aufgezeichnet« Nach einem kurzen Zeitraum beginnt das auf der Auf zeichenspur 1i6a der Korreliertrommel 1o6 aufgezeichnete zusammengesetzte Signal unter dem

. Hörkopf 128 hindurchzugehen und darin ein Korrelationssignal zu erzeugen. Bas gesamte im Hörkopf 128 erzeugte Signal bildet ein Irapulsäquivalentes S3Sesmogramm, wie später mehr im einzelnen beschrieben wiz*d; da jedoch die Erde dazu neigt, verschiedene Anteile dea Frequenzspektrums des seismischen Signals bei seinem I»auf durch die Erde zu schwächen, sollte das Korreliersignal normalisiert werden, um das Frequenzspektrum auf im wesentlichen gleiche Amplitude umzuformen.

Der Vorgang der 'Normalisierung' wird auf folgende Weise durchgeführt. Das gesamte in Hörkopf 128 erzeugte Korrelationssignal wird durch die angezapften Abschnitte 128a - 128e und die Trenntransformatoren 13oa - 13oe jeweils in fünf getrennte Signalkomponenten aufgespalten. Die Signalkoraponenten werden durch die Verstärker 132a - 132e verstärkt und den Eegelwiderständen 134a - 134-e zugeführt, wonach sie getrennt vom Mehrspuroszilloskop 138 angezeigt werden. Die Schleifkontakte der verschiedenen Hegelwiderstände 134a - 134e werden so lange verstellt, bis die relativen Amplituden der Signalkomponenten in vorausbestimmten interessierenden Zeitabschnitten gleiche oder vorausbestimmte relative Amplituden haben. In den meisten Fällen wird in einem -ei««» einzelnen, interessessierenden Zeitabschnitt die Amplitude der Signalkomponenten auf die gleiche Amplitude eingestellt. Wo jedoch ein ffeschwindigkeitslog aus einem Bohrloch an dffle Ort, wo die seismischen Daten gewonnen wurden, zur Verfugung steht, besteht das bevorzugte Verfahren zur Normalisierung des Korrelationssignals darin, dass das Geschwindigkeitslog in eine gleiche Anzahl synthetischer Seismogramme mit Bandbreiten umgewandelt wird, die den Bandbreiten der Signalkomponenten entsprechen, und dann die Amplituden der Signalkomponenten auf die gleichen relativen Amplituden eingestellt werden. Wenn die relativen Amplituden der Signalkomponenten einmal in der vorausbestimrnten Weise eingestellt sind,bildet das Korrelationssignal» wie es in dem gemeinsamen Leiter 14o erscheint, für praktische Zwecke ein Seismogramm, wie es entstünde, wenn a) ein einziger Impuls mit vorausbeetiiamter begrenzter Bandbreite, einem Spektrum von im wesentlichen flacher Amplitude und einer auf Null bezogenen Phasenlage (aero phase relationship) erzeugt wird, und b) die ,.seismischen Reflexionen des Impulses ohne Schwächung oder Phasen-

909813/0669 ■-·--,

verschiebung durch die Erde aufgenommen werden. Demzufolge kann das am Leiter 14o liegende Signal durch die Funktion-TW in Grleichung(12) dargestellt werden.

Falls es erwünscht ist, kann das Seismogramm begrenzter Bandbreite ohne Weiterverarbeitung einfach durch Sohliessen des Schalters 144 aufgezeichnet werden. Wenn der Schalter 15o statt des Schalters 144 geschlossen wird, so liegt das SignalS ft)einfach am Integrierkreis 152, um das integrierte Signal j 5^t) &fc zu erzeugen. Wie nachfolgend mehr im einzelnen beschrieben wird, liefert das integrierte Signal eine sehr gute Annäherung an ein Impedanzlog und ist ausserordentlich brauchbar.. Falls erwünscht kann das integrierte Signal durch einfaches Schliessen des Schalters 158 auf der Trommel 1o8 aufgezeichnet werden. Wenn der Schalter 166 statt des Schalters 158 geschlossen wird, wird das integrierte Signal V, 5(^) A-L niit dem Faktor A in dem die Amplituden regelnden Linearverstärker 16o unter Bildung eines Signals multipliziert, das der Funktion A^S(Jt)A»"t entspricht. Das amplitudenmässig eingestellt Signal vom Verstärker I6o wird dann dem Exponenfai41verstärker 162 zugeführt, um ein Signal zu erzeugen, das durch die Funktion

beschriäaen werden kann.

Das Signal (18) vom Ixponentialverstärker 162 wird dann dem Verstärker 164 zugeführt, um ein Signal

(19)

zu erzeugen, das über den Schalter 166 und den Verstärker I46 zum Spreohkopf 148 geht.

Das vom Verstärker 164 kommende Signal (19) kann im Oszilloskop 168 überwacht werden, so dass die Absolutwerte der erkennbaren Gesteinsbetten auf der im Oszilloskop erscheinenden Spur festgelegt werden. In den meisten Fällen dürften die Impedanzänderungen die gesuchte Hauptinformation liefern, so dass die Feststellung absoluter Impedanzwerte nur annähernd zu sein braucht. Auf jeden Fall wird die genaue Bestimmung von absoluten Impedanz-, werten auf Fälle beschränkt, wo sehr niedrige Frequenzen in der

OFUQtNAL INSPECTED

Erde erzeugt warden können, wie nachfolgend mehr im einzelnen : beschrieben wird. .

In Pig· 6 werden neun getrennt zusammengesetzte, korrelierte und normalisierte, im Gelände gewonnene seismische Spuren zusammen miller Bezugszafel 17o bezeichnet. Jedes der neun Seismogranime wurde nach dem oben beschriebenen Verfahren unter Verwendung eines seismischen Durchgangssignals von 6 - 65 Hz erzeugt. Demnach sind die Spuren 17o die Signale, die an der gemeinsamen* Leitung 14o (s.Fig.3) erschienen.

In Pig· 7 ist.die Spur 172 ein in einem Bohrloch gewonnenes Geschwindigkeitelog (downhole velocity log) und das Bohrloch liegt in der Hähe des Ortes, wo die seismischen Daten für die Spuren 17o gewonnen wurden. Die in Pig. 8 gezeigten fünf identischen aynthetiecfeen Sporen 174 sind synthetische Impulsseismograrame, die mittels eines Digitalrechners aus der Geschwindigkeitskogspur 172 gewonnen wurden. Das Verfahren der Erzeugung , solcher.synthetischer Seismogrammspuren 174· ist dem Fachmann wohlbekannt xund bildet nicht Bestandteil der Erfindung, da die Spuren nur zub Vergleich verwendet werden, wie nachfolgend besohrieben wird. Es wird in Fachkreisen jedoch allgemein anerkannt, dass synthetische Seismogrammspuren 174 das theoretisch optimale Seismogramm darstellen, das unter Verwendung eines Impulses seismischer Energie mit einem Frequenzspektrum von 6 - 65 Hz flacher Amplitude gewonnen,werden kann.

In Fig. 9 ist die untere Spur 176 ein Impedanzlog, das aus der Spur 17oa von Fig. 6 durch Integration und ExponentäJ-lverstärkungider Spur 17o in der oben beschriebenen Weise erzeugt wurde. Die obere Spur 178 ist zum Vergleich angeführt und wurde 4urch.; Integrieren ν und Bx jjonentialverstärken einer der identischen synthetischen seismographischen Spuren 174 erzeugt. Die Überein*v " Stimmung ^w,4sohen>iden; Spuren 176 und 178 ist ohne weiteres ersichtlich., gfoch;fiphtiger jedoch ist die Übereinstimmung zwischen der· gpj^r Jf6,.und_r;der Gesohwindigkeitslogspur 172. Man vergleiche z.a._sdie_;i|unk$e_l17ea.mit 172a, 176b mit 172b, 176c uit 17?λ>,,.......

und J76d_Bgit$ 172d* Bs ie* &^ΐ8° ersichtlich, dass im wesentlichen

tib_ere|nfi|imittung von Spitze zu Spitze zwischen der Geschwin-,_; $12 und der Impedanzspur 176 besteht.

Ö09813/0689

- Zö -

VerfahrensVariante -

T)in seismischer: Breitbandiupulssignal -iet in Fig. 1o als kleine Inipulswelle 18o dargestellt. Die kleine Impulse eile hat eine Bandfrequenzbreite von 2-64 Hz, und· jede Frequenz" in die ρ em Band ist gleich dargestellt. Eine .Aufzeichnung de j -relativen Amplituden jede: dieser Frequenzen würde z.B. die Kurve.' 182 ergeben. Die kleine Impulswelle 18o ist gleich der Summe aller Frequenzkomponenten gleicher Amplitude zwischen 2 und 64 Hz-,' v/ob ei die Phasenlage der Frequenzkomponenten auf/oinen gemeinsamen, de:-' S-.itze 18oa der Spur 18o entsprechenden Punkt bezogen ist.

Die kleine Impulswelle 1oo, die ein relativ breites Band an Frequenzen enthält, ist, wie ersichtlich ist, scharf getrennt und hat einen deutlichen Hoc hf requensehi\3.kter. Die Tatsache, dass die niedrigen Frequenzen bis-zu 2 Hz in der Zusammensetzung voll vertreten sind, ändert diese Tetsache nicht. Hieraus ergibt sich, dass das einzelne Band an Frequeiizkomponenten gleicher Amplitude nur soviel Einfluss haben kann, wie sein relativer Anteil am entsprechenden G-esemtfreqüenzspektrum. Tenii. also mit anderen'V/orten das Amjolitudenspektrum eines Impuls signal es von 2-64 Hz flach ist, wie in Fig. 14, bildet die 2 - 4 Hz Oktave nur ein äeiun-ddreissigstel de: gesamten Bandbreite und spielt annähernd denselben geringen Anteil bei der Ausbildung der zusammengesetzten kleinen Welle. Aus Fi,^r. 11 geht z.B. hervor, dass die kleine V/eile 184 aus der 2 - 4 Hz Oktave auf das gesamte Aussehen der kleinen Welle 18o nur sehr wenig Einfluss'" hat. Die kleinen Wellen der nachfolgenden Oktave 186, 188, 19o und für die Oktaven 4 - 8 Hs, 8.-16 Hz, 16 - 32 Hz, und 32 - 64 Hz " jüfyeeils haben offenbar zunehmend grö'ssere Wir ning auf das Aussehen der ganzen kleinen Impulswelle 1Ho. Be-

Da lange seismische Energie mit gleicher Spektralamplitude als wünschenswert angesehen wurde, und da-QS schwierig ist, niedrige Frequenzen zu erzeugen und aufzuzeichnen, war es bisher üblich, die niedrigen Frequenzen bei der seismischen Energie nicht zu berücksichtigen, und zwar wegen der gelingen Auswirkung der niedrigen Frequenzen im endgültigen Seismogramm, was nachfolgend eingehend an Hand von Fig. 14 erläutert wird. Wir haben jedoch entdeckt, dass die niedrigeren Frequenzen in dem Verfahren

BAD ORIGINAL

gemäss der Erfindung sehr wichtig sind, um sich den absolut η Inpedanz7/erten zu nähern. Diese Tatsache lässt sich leicht erklären, wenn man untersucht, was stattfindet, wenn ein seismischer Breitbandiuipuls auf zwei aufeinanderfolgende, in einem Abstand voneinander angeordnete Impedanzschichtgrenzen trifft. Zu bemerken ist, dass für irgendeinen gegebenen Schichtgrenzendabstand eine besondere Frequenz verstärktwird, meistens infolge unmittelbarer Phasengleichheit der einzelnen seismischen Reflexionen von den beiden, in einem Abstand voneinander befindlichen Schichtgrenzen, die in der Hegel als Ober- und Unterseite ein s geologischen Bettes anzusehen sind. Diese Frequenz kann als abgestimmte Frequenz angesehen weiden. Die Frequenzen unmittelbar über undaunter der abgestimmten Frequenz werden in einem gewissen Grad so lange verstärkt, als allgemein eine Addition de.r beiden Reflexionen infolge Phasengleichheit erfolgt. Bei genauer Untersuchung lässt sich feststellen, dass der gesamte Bereich an Frequenzverstär'cung für irgendeinen besonderen Schichtgrenzenabstand auf -einer Oktavbasis (ocüve basis) erfolgt statt auf einer Bandbreitenzyklenbasis (cycles-of-band width basis). Wenn z.B. dip (Jrund- oder abgestimmte Frequenz für einen besonderen Sehichtgrenzenabstand 20 Hz ist, so erfolgt eine gewisse Addition durch Phasengleichheit in Frequenzen auf beiden Seiten von 20 Hz solange sie rieht einen grossen Teil einer Oktave von 20 Hz entfernt sind. Έε ist natürlich klar, dass einige der höheren Frequenzen auch auf dieselben Betten abgestimat sind, aber, wie nachfolgend klar wird, worden diese höheren Frequenzen durch vorliegendes Verfahren in etiem solchen Ausmaß unterdrückt, dass sie als Nachweis für den besonderen Schichtgrenzenabstand ohne Bedeutung sind. Demzufolge sollte für jeden gegebenen Schichtrrenzenabstand eine Indikatorfrequenzkomponente in der seismischen Energie vorhanden sein, um den Abstand festzustellen. Der Indikator besteht in der Tie ^Tol aus dem Frequenzband, dessen in Erscheinung tretende Wellenlängen derart sind, dass sie eine 7erstürkung ergeben. Im Hinblick auf die Erörterungen in Bezug ^uf Fig. 10 und 11 ist es klar, dass, wenn den Amplituden der Frequenzdarstellungen in den Oktaven unter der abgfis ti muten oder rrur.nfrequenz gleiche Amplituden wie den Frequenzen in den Oktaven über der a&gestiniK ten frequenz gegeben werden, die abgestimmte Frequenz für den besonderen Schichtgrenzenabstand niaht ordnunge-

9098 13/0669

gemäss dargestellt wird. Um eine kleine seismische Impulswelle zu erzeugen, die für die abgestimmte Frequenz repräsentativ ist, ist es notwendig, der Oktave unter der abgestimmten Frequenz dieselbe Spektralenergie zu geben, wie der Oktave übeu der abgestimmten Frequenz. Da die Oktave unter der abgestimmten Frequenz nur d.ie halbe Bandbreite hat wie die Oktave über der abgestimmten Frequenz, ist es notwendig, der unteren Oktave die doppelte Amplitude der oberen zu geben.

Das Prinzip gleicher Repräsentation durch Oktaven wird in. Fig. 12 gezeigt, indem die relativen Amplituden in bezug auf die Frequenz aufgetragen sind. Wenn z.B. die abgestimmte Frequenz eines besonderen Betts oder eines Schichtgrenzenabstands 16 Hz beträgt, so sollte die relative Amplitude der unteren Oktave von β - 16 Hz das doppelte der Amplitude der Oktave zwischen 16 und 32 Hz sein, damit die. gesamte Flache unter der Kurve für jede Oktave gleich ist. Es ist also zu erkennen, dass dasselbe Relativverhältnis zwischen den Oktaven unten und über irgendeiner besonderen abgestimmten Frequenz diesem Prinzip entsprechen sollte« Um dieser Bedingung über dem gesaraten Frequenzspektrum zu genügen, müssen die Amplituden der verschiedenen Frequenzkomponenten der seismischen Energie der Kurve 194 von Fig. 13 entsprechen, die in deutlichem G-egensatz zur Amplitudenlcurve von Fig. 14 eines sogenannten amplitudengleichen Breitbandimpulses steht. In Fig. 13 ist ersichtlich, dass jede Oktave genau die gleiche Fläche unter der Kurve 194 hat wie irgendeine andere entsprechende Oktave, und demzufolge sagt man, dass irgendeine einzelne Oktave denselben Spektralenergiegehalt hat wie irgendeine andere entsprechende Oktave.

Wie oben gezeigt wurde, besteht ein abgeleitetes Verhältnis zwischen Reflexionsvermögen (reflectivity) und Erdimpedanz. Um demzufolge sämtliche Frequenzkomponenten in bezug auf ein^e§emeinsamen Zeitpunkt auszurichten, muss die gleichzeitige Phasenverschiebung korrigiert werden. GrlüekMc herweis β entspricht die Feigung der Kurve 194 von Fig. 13 der Neigung eines Integrierfilters von sechs Dezibel pro Oktave, der automatisch die richtige Phasenverschiebung um 90° tür Erzielung der Korrektur einbringt. "

Um die Differenz zwischen unter Verwendung eines Spektrums flacher Amplitude gewonnenen seismischen Daten und »a4»ar solchen, die unter Anwendung des Gedankens der phasenkorrigierten Oktaven-

weise gleichen Repräsentation zur Erzeugung eines annähernden . Impedanzlogs gewonnen wurden, aufsu^ei.- ν-, ^π i:.C --iui Pi f. 15 Verwiesen. Ein in einem Bohrloch abwärts ge'"O;inenes G-esc! windigkeit slog (downhole velocity log) wild mit-der Bezugszahl 2oo bezeichnet. Ein synthetisches Seismogramm mit einem Freeuenzsepktrum von 2 - 75 Hz flacher Amplitude, das von einem Digitalrechner erzeugt wurde, ist mit der Bezugszahl 2o2 versehen. Die Spuren 2o4, 2o6 und 2o8 sind ebenfalls synthetische Seisrnogrsmme jedoch mit Preauenzspektren von 4-75 Hz, 8-75 Hz und 16-75 Hz jwjeeils. Das Verfahren der Herstellung einer synthetischen Spur aus einem Geschwindigkeitslog mittels eines Digitalrechners ist dem Fachmann wohlbekannt, und bildet nicht Gegenstand der Erfindung. Die synthetischen Seismogramme werden nur zu Vergleichszwecken wiedergegeben, da synthetische Sijesmogramme von Fachleuten allgemein als die bestmöglichen Daten angesehen werden, die unter Verwendung üblicher Seismographischer Techniken zu erzielan sind. Demzufolge stellen die Spuren 2o2, 2o4, 2o6 und 2o8 die bestmo·liehen Daten dar, die an der Leitung 14o (Fig.3) auftreten könnten, wenn seismische Energieimpulse mit Frequenzspektra von 2-75, 4-75, 8-75 und 16-75 Hz'jeweils zur Erzielung der Daten verwendet werden. ELe Sauren 21o, 212, 214 und 216 sind annähernde Impedanztogs, die erzielt wurden, indem die synthetischen Seismogrammspuren 2o2,2o4,2o6 und 2o8 jeweils durch den Integrierfilter 152 der Vorrichtung gemäss Fig. 5 geleitet wurden.

Zuerst ist zu bemerken, dass die vier Ssismogrammspuren praktisch voneinander nicht zu unterscheiden sind, obgleich die obere Spur 2o2 eine um drei Oktaven grössere Bandbreite hat als die untere Spur 2o8. Weiterhin weisen die Seismogramme nur eine sehr geringe genaue Übereinstimmung mit dem Gesclrwindigkeitslog auf, von dem sie abgeleitet wurden. Andererseits ist zu bemerken, dass die Impedanzlogspuren 21 ο - 216 im wesentlichen eine Übereinstimmung von Spitze *au Spitze mit dem Gesc-:windigkkeitslog haben. Insbesondere ist zu bemerken, dass die Impedanzlogspur 21 o, bei der ein Frequenzspektruri von 2 - 75 Hz verwendet wurde, im wesentlichen mit dem Gesc'?windigkeitslog 2oo identisch ist, und dass die absoluten Werte der Impedanzlogspur 21 ο denjenigen des Geschwindigkeitslogs 2oo sehr nahe lie/.en. Sowie

909813/0669

pad ORIGINAL

jedoch, die untere Grenze des Frequenzspektrums allmählich um eine Oktave in den Impedanzlogspuren 212, 214 und 216 jeweils angehoben wird, entfernen sich die absoluten Werte der Impedanzlogspuren, wie ersichtlich ist, immer mehr von den absoluten Geschwindigkeitswerten (die nahe an den annähernden Impedanzwerten liegen) des ^bwärts-Geschwindigkeitslogs (downhole velocity log)2oo, obgleich die üb er einstimmun;· von Spitze zu · Spitze aufrechterhalten bleibt. Es iet also ersichtlich, dass, je niedrige, die Frequenz des in der Erde hervorgerufenen seismischen Signals ist, desto näher die gemäss der Erfindung aufgestellten seismischen Daten erwartungsgemäss den tatsächlichen absoluten Irnpedanzwerten liegen.

Pig· 16 soil zeigen, welcher G-r-d an Veifeinerung vom Schritt der Exponentialverstärkung des integrierten Signals erwartet werden kann. Das Abwärtsgeschwindigkeitslog 2oo wird in Pig. 16 zu Vergleichezwecken wiedergegeben. Die Impedanzspur wurde gewonnen., indem das synthetische Seismogramm 2o2 mit einem Frequenzspektrum von 2-75 Hz sow >'ί1 durch den Integrationsols auch durch den Schritt der Exponentialverstärkung geführt wurde» Ebenso wurden Impedanzspuren 222, 224 und 226 gewonnen, indem die synthetischen Seisi.i'ogramme 2o4, 2o6 und 2ob sowohl durch den Integrations- als auch durch den Exponentailverstärkungsschritt geführt wurden« Die vier integrierten Spuren 21o,212,214 und 216 von Eig. 15 sind in Fi;-. 16 zum Vergleich wiedergegeben und werden dort mit 21oa, 212a, 214a und 216a bezeichnet. Die obere Spur jedes Paares ist also die untere exponentialverstärkte Spur. So ist z.B. die Spur 22o nur die exponentialverstärkte Spur 21 oa, wol)ei beide spuren aus dem synthetischen Seismogramm 2o2 erzeugt wurden, das ein Frequenzspektrum von 2-75 .¹Iz h^t.

Wie ersichtlich ist, kann die Sxponentialverstärkte Spur von der integrierten Spur 26a nicht unterschieden weiden, obgleich beide Spuren ein Spektrum von 16-75 Hz hfben. Ebenso ist die exponentialverstärkte Spur 224 im wesentlichen mit der integrierten Spur 214a identisch. Wird jedoch das Prequenzspektrum bis auf 4 Hz abwärts erweitert, so kann ein geringer Unterschied ■ zwisdin der exponentialverstärkten Spur 222 und der integrierten Spur 212a festgestellt werden. Wenn sich das untere Ende des Frequenzspektrums bis auf 2 Hz hinunter erstreckt, wie es für die Spuren 22o und 21 oa der Fall ist, so ist ersichtlich, dasvs die

— -— ~,. -^ BAD

absoluten Werte der exponentialverstärkten Spur etv/as grosser werden und die Spur sich dein Jeschwindigkeitslog 2ooa zunehmend nähert. Die Exponentialspur 22o weist mit anderen Worten eine deutlichere Verschiebung gegenüber einer Grundlinie auf, v/i β es beii.i Geschwindigkeit slog der FKLl ist. Hieraus kann abgeleitet werden, dass die oben bei der Ableitung der Gleichung (13) von der CrIeichung(12) gemachte Annahme praktisch in allen Fällen gültig ist, ausgenommen diejenigen, wo die seismische Energie die allernieinigsten Frequenzen enthält, und in der Praxis ist ea sehr schwer, soviel seismische Energie unter 4 Hz zu erzeugen, dass sie brauchbar ist. Deshalb reicht für die meisten praktischen Zwecke der Integrierschritt allein aus, ausgenommen, wenn extrem niedrige Frequenzen in den seismischen Daten vorhanden cc

, CD

sind. Wie aus Fi". 15 und 16 ersichtlich ist, ist seismische ^

Energie unter 16 Hz erforderlich, bevor irgendeine erkennbare *-

oo Änderung den absoluten Wertes in den Impedanzsyuren aufzutreten _OT beginnt. So enthalten z.B. die Sauren 216, 216a und 226 nur seismische Energie von 16-75 Hz,und praktisch ist keinerlei absolute Wertverschiebung erkennbar. Wird jedoch seismische Energie unter 16 Hz einbezogen, wie in den Spuren 214, 214a und224, so werden die absoluten Werte erkennbarer. Seismische Energie herab bis zu 4 Hz erzeugt sogar bessere Resultate? w-'Ihrend also die Fachleute bisher iia allgemeinen seismische JDnergie im unteren Frequenzbereich nicht berücksichtigt h.^öen, haben wir entdeckt, dass diese Frequenzen für die Erzeugung von pra tisch verwertbaren Impedanzdateii unter alie^:niger Verwendung von seismischer Energie wesentlich si id.

Aus obi.'-er eingehender Beschreibung der verschiedenen besonderen Gesichtspunkte der Erfindung ersieht der Fachmann, dass ein absolut neuartiges und zweckmäsp>iges Veifehren zur Crewinnung von Impedanzdaten einer gewissen Örtlichkeit unter alleiniger Verwendung seismischer Techniken eröffnet wurde. Es gilt als allgemein anerkannt, dass die Gewinnung von Impedanzdaten wahrscheinlich das beste Verfahren für die Beschreibung des G^r-steinsaufbaus der Erde ist. Die Impedanzdaten gestatW es, die unterirdischen Schichten mit "einem Minimum von seismischen Datf3n darzustellen, weil die verschiedenen Schiohten einfach und genau nachgewiesen werden ketonen. Weiterhin lieiern Impedanzdaten Auskunft über dit

BAD ORIGINAL

Claims (15)

. - 26 - 1U8557 at entansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung des G-esteinsaufbaus der Erde, daduroh gekennzeichnet, dass in einem Verfährenssohritt eine impulsäquivalente Aufzeichnung seismischer !Reflexion aufgestellt wird', in welcher der spektrale Energiegehalt zweier beliebiger in Beziehung zueinander stehender Oktaven seismischer Energie . im wesentlichen gleich ist.

2. Verfahren gemäss Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Verfahrensschritt der Aufstellung der Aufzeichnung seismischer Reflexion dies in bezug auf die Laufzeit erfolgt, und die Frequenzkomponenten der seismischen Energie in ihrer Phasenlage in bezug auf einen gemeinsamen Punkt ausgerichtet werden.

ϊ. Verfahren gemäss Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass gemäss einem ersten Verfahrensschritt seismische Energie mit mehreren Frequenakomponenten von vorausbestimiater Amplitude und vorausbestimmten Phasenverhältnis in der Erde erzeugt wird; die Feststellung der !Reflexionen, β iH.iicc'¹..::.* Energie und die Aufzeichnung dieser Reflexionen in bezug auf die Zeit in einem v/eiteren Verfahrensschritt erfolgt; zwischen den 7?requenzkomponenten der reflektierten seismischen Energie die relative Nullphase in einem weiteren Verfahrensschritt festgelegt wird, und in einem weiteren Schritt die relativen Amplituden der Frequenzkomponenten derart eingestellt werden, dassztoei beliebige entsprechende Oktaven im wesentlichen den gleichen spektralen Energiegehalt haben.

4. Verfahren gemäss Anspruch 1-3, dadurch gekannzeichnet, dass im ersten Verfahrensschritt die seismische Energie in der Erde in Form mehrerer nacheinander erzeugter Frequenzkomponenten in vorausbestimmtem Phasenverhältnis erzeugt wird, in einem weiteren Verfahrensschritt die Reflexionen in bezug aufdie verflossene Zeit aufgezeichnet werden, die nacheinander erzeugten Frequenzkomponenten in bezug auf einen gemeinsamen Zeitpunkt in einem weiteren Schritt ausgerichtet werden, und die Phase der Frequenzkomponenten in einem weiteren Schritt derart verschoben wird, dass die durch den Beflexionsprozess hervorgerufene Phasenvera ο hi θ bung um ^fJ0° korrigiert wird.

BAU Oi-iiviUviKi=,

5. Verfahren gemäss Anspruch 1 - 4 zur Bertiminung den Gesteinsaufbaus eines Abschnittes der Erde, dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte enthält:

Erzeugung einer Aufzeichnung ein^s in der Phasenlage orientierten und der Amplitude eingestellten seisrao^raphischen Signals des Abschnitts und Umwandlung des aufgezeichneten Signals in ein Impedanzsignal durch annähernde lösung der Gleichung:

i(t|-Z-Me^V(t) ^t

worin das aufgezeichnete Signal5(^·/ j das Ii.ipedanzsignaiZ(w/ undZM und A Konstanten sind, wobei das Impedanzsignal einem seismischen Impedanzlog des Erdabschnitts nahekornnt.

6. Verfahren gemäss Anspruch 5, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt des Inüegrierens des aufgezeichneten Signals zur Erzeugung eines Impedanzsignals, das einem seismischen Impedanzsignal des Erdabschnittes nahekommt.

7. Verfahren gemäss Anspruch 6, gekennzeichnet durch den weiteren VerfahrenBBchritt der Exponentialverstärkung des integrierten Signals zur Erzeugung eines Impedanzsignals,■das der seismischen Impedanz des Erd^bschnitts entspricht.

8. Verfahren gemäas Anspruch 1-7, gekennzeichnet durch die Verfahrenssohritte des Erzeugens eines sich nicht wiederholenden seismischen Signals von vorausbestimmten Frequenz- und Phasenmerkmalen in der Erde; des Aufzeichnens der seismischen Reflexionen des Signals in bezug auf die Laufzeit zur Erzeugung eines entsprechend aufgezeichneten seismischen Signals; des Korrelierens dieser Aufzeichnung mit dem sich nicht wiederholenden seismischen Signal zur Erzeugung eines korrelierten Signales mit in vorausbestimmter Weise angeordneter Phasenlage der verschiedenen Frequenzen des Signals; des Normalisierens des korrelierten Sigaala durch Einstellen vorausbestimmter Frequenzbänder desselben auf voräusbestimmte relative Amplituden zum Ausgleich für die Dämpfung der Frequnezen durch die Erde unter Erzeugung eines normalisierten Signale; des Integrierens des normalisierten Signale zur Erzeugung eines integrierten Signals und des Leitens des integrierten Signals durch einen Exponentialverstärker zur .Erzeugung eines Signals, das die annähernde seismische Impedanz

909813/0869

- 20 -

der Erde, durc^b v/elchr. das seismische Signal lief ,annähernd wiedergibt.

9. Verfahren gemäss Anspruch. 8, dadurch ,rekennseichnet, dass das normalisierte Signal durch einen Integrier- und Exponentialverstärkerkreis mit einem Eingang- zu-Ausgang Verhältnis ent-

sprechend: JftJ = 2/°) ^^ ^

geleitet wird, worin£(t) dar Eingangssignal, 7_ft) das Ausgangs- . signal undZ.(«l sowie & konstanten sine¹, um ein Impedanz signal zu erzeugen, das der annähernden seismischen Impedanz des Abschnittes der Erde entspricht, durch den das seismische Signal lief. ^J

10. Verfahren gemäss Anspruch β, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Signal nicht exponential verstärkt -wird.

11. Verfahren gemäss Anspruch 1o,' dadurch gekennzeichnet, dass das in der Erde erzeugte seismische Signal ein vorausbestimmtes Frequenzspektrum von mindestens zwei Oktaven Bandbreite hat, dessen unteres Ende unter 15 Hz liegt, und dass die Reflexionen des seismischen Signals von unterirdischen Impedanzflächen aufgezeichnet werden.

12· Verfahren gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Signal exponential verstärkt wird.

13· Verfahren gemäss Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Erde ein seismisches Signal, ein sogenanntes "Durchgangssignal" (sweep signal), mit einer vorausbes±immten Anzahl von Frequenzkomponenten in vorausbestimmtem Phasenverhältnis erzeugt ■wird, und dass dieses Signal mit deiii auf™ez^dehneten Signal korreliert wird zu eineji korrelieren Signal, in deiu die verschiedenen Frequenzkomponenten des seismischen Du rc hp.angs signale Jeder Eeflexion in bezug auf einen gemeinsamen Zeitpunkt in ihrer Phasenlage ausgerichtet sind, und dass in: Integrierechritt das normalisierte Signal in becug auf die Zeit von einem ge^ebinen Zeitpuntt zur Erzeugung eines Signale integriert »ird, dass der annähernden seismischen Impedanz in beaug auf die Tiefe de» Ibfchnitte der Erde entspricht·

909013/0$··

14· Verfahren ,^eme.ss Anspruch ■< - T^, ia seiner "Veit erführung zur Umwandlung eines spektral ausgeglichenen I.npulssriismogramms begrenzter Bandbreite in eine Spur, ν/eich β einem Iripsdanzlog nahekommt, gekennzeichnet durch die Schritte der Urzeugung eines elektrischen, dem Seismogramm entsprechenden Signals, des Durchleitens des elektrischen Signals durch einen Integrierkreis zur Erzeugung eines Impedanzsignals und des Aufzeichnens des Impedanzsignals zur Erzeugung eines annähernden Impedanzlogs.

15. Verfahren gemäss Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Signal durch einen Integrierkreis zur Erzeugung eines integrierten Singais geleitet wird, das integrierte Signal du'Ch einen JSxponentialverstärkerkreis zur Erzeugung eines Impedanzsignals geleitet und dieses Imjedanzsignal zur Erzeugung eines annähernden Iraped^nzlogs aufgezeichnet wird.

909813/0669