DK159339B - Fremgangsmaade og apparat til brug ved maritim seismisk dataindsamling - Google Patents

Description

DK 159339 B

Opfindelsen vedrører en fremgangsmåde og et apparat til brug ved maritim seismisk dataindsamling, hvor flere seismiske sendere og et lytte- eller modtagerkabel slæbes efter et fartøj, hvor senderne er placeret i punktkildedannende undergrupper, og hvor disse ved hjælp 5 af passende midler bringes til at fordele sig i bredde- og længderetningen i forhold til slæberetningen, så at den udsendte energi frembringes i en fokuseret rettet stråle.

Ved geofysiske undersøgelser af havbunden er det nødvendigt at tilvejebringe data, der er karakteristiske for de enkelte jordformatio-10 ner. Dette gøres ved udsendelse af og registrering af seismiske signaler, der udsendes fra en energikilde som trykimpulser, og som forplanter sig nedefter til de geologiske lagfordelinger, hvorved nogle af trykimpulserne reflekteres og kan registreres. Tidligere har det været benyttet at udlægge dynamit, som bringes til at detonere 15 fjernstyret fra det fartøj, på hvilket de trykbølger, som reflekteres , også registreres. En anden tidligere benyttet metode består i at rette lyd- eller trykbølger mod havbunden og at opfange de reflekterede signaler ved hjælp af hydrofoner. Den i dag benyttede metode består i at slæbe en lyd- eller trykbølgefremkaldende kilde efter 20 fartøjet og at opfange de reflekterede signaler ved hjælp af hydrofoner, der er samlet i en "streamer", der ligeledes slæbes efter fartøjet. De reflekterede signaler registreres om bord på fartøjet og bearbejdes ved hjælp af datamaskiner. For hver affyring registrerer lyttekablet et reflektionsmønster, der ved kontinuerlig måling giver 25 et billede af de geologiske forhold i henseende til lagfordeling, forkastninger, etc. Som energikilde ved seismiske undersøgelser benyttes sædvanligvis såkaldte luftkanoner, der slæbes efter fartøjet, og de reflekterede impulser registreres ved hjælp af et lytteka-bel. Luftkanonerne virker på den måde, at der udløses et vist luftvo-30 lumen, der vil oscillere som en langsomt aftagende bølge med en svingningsperiode, der afhænger af det luftvolumen, der er udløst.

Ved impulsreflektionen vil det imidlertid være fordelagtigt, dersom bølgen kan gives en så "spids" form som muligt, dvs., man vil undgå eftersvingninger for at opnå et så rent sendersignal som muligt. Til 35 dette formål er der blevet benyttet flere indbyrdes afstemte luftkanoner, der afgiver impulser samtidigt, idet afstemningen·er fore-

DK 159339B

2 taget på en sådan måde, at eftersvingninger kompenseres/modvirkes, medens den første halve svingningsperiode forstærkes. Kanonerne placeres inden for et afgrænset område (array) og kan betragtes som en sender, der ved samarbejde mellem kanonerne giver en skarp og 5 spids impuls. Sådanne senderkilder kan betegnes som "punktkilder".

Disse kendte punktkilder giver ganske vist gode signaler, men er "rundstrålende", så at det bliver vanskeligt at bestemme reflektio-nens udgangspunkt, dvs. det undersøgte steds nøjagtige position.

Desuden foreligger der problemet med baggrundsstøj, dvs. forstyrrende 10 reflektioner fra havbundsoverfladen, reflektioner fra et sted, der er beliggende i en anden retning, ved brug af flere sendere etc.

Det har derfor været et ønske at tilvejebringe en retningsbestemt sender, dvs. en sender, der giver en dominans for en bestemt reflektionsretning. Til løsning af dette er det kendt at placere flere af 15 de ovenfor nævnte "punktkilder" på en række, hvorved rækken giver en retningsbestemmelse i lodret retning for signalerne/reflektionerne.

Et sådant anlæg er beskrevet i norsk patentskrift nr. 138.922 og betegnes som "Superlong Airgun Array".

Ved praktisk brug slæbes to eller fire rækker af punktkilder efter et 20 fartøj med et lyttekabel udstyret med hydrofoner, der er placeret centralt mellem rækkerne. De signaler, der udsendes, vil være retningsbestemt i vertikal retning og give en god afbildning af den strækning, der afsøges.

Dette anlæg har imidlertid også svagheder, som bl.a. beror på, at 25 havbunden ikke er plan. Ved undersøgelse af uregelmæssige områder vil man til trods for koncentrationen af bølgerne i så rene spidser som muligt ved hjælp af de punktkilder, der også betegnes som "subarrays", og retningsbestemmelsen i vertikal retning alligevel ikke kunne undgå en spredning af reflektionen og en tilhørende for-30 øgelse i baggrundsstøj en ved ujævnheder, faldende søbund etc., hvilket medfører usikkerhedsmomenter i forbindelse med den opnåede information.

DK 159339 B

3

Formålet med den foreliggende opfindelse er med udgangspunkt i teknikkens ovenfor beskrevne stade at tilvejebringe et nyt og bedre anlæg, hvor de ovenfor nævnte ulemper undgås. Det er således et formål med opfindelsen at tilvejebringe en fremgangsmåde og et ap-5 parat, der giver en bedre positionsbestemmelse for signalreflektionerne og mulighed for at forstærke og fokusere sendersignalerne ved vanskeligt målelige formationer, dvs. for at kunne tilpasse senderens virkning efter de forhold, der skal undersøges.

Disse formål opnås ved en fremgangsmåde og apparat, der er ejendomme-10 lige ved det, der er angivet i henholdsvis patentkrav 1 og patent-krav 3.

Ved opfindelsen er der blevet indført en yderligere retningskoordinat, idet man ikke kun fordeler de punktkildeformede "subarrays" langs en linje, men også fordeler disse i undersøgelsesområdets 15 bredderetning. Det er muligt at styre affyringen af de enkelte kilder individuelt, hvorved man kan opnå en væsentligt bedre styring af informationsindsamlingen, end det tidligere har været muligt. Der kan opnås en forstærkning/svækkelse af signaler, der vil være sammenfaldende ved reflektionsstedet, hvorved man kan modvirke fejlkilder, 20 der kan opstå i ujævnt terræn, f.eks. stærkt skrånende formationer. Afstandene mellem senderområderne kan varieres både i længde- og bredderetningen. Erfaringen har vist, at der kan opnås en betydelig signaleffekt.

Man kan også sige, at det ved hjælp af opfindelsen er muligt at rette 25 energikilden ind, dvs. rette den samlede udsendelse af signaler ind mod en bestemt interessant struktur. Undergrunden, som skal kortlægges, betragtes gennem en slags akustisk linse. Ved hjælp af tidligere informationer om lagenes form, dybde og hastighedsforhold kan man udforme energikilden eller indstille den på en sådan måde, at der 30 opnås maksimal energi for en bestemt reflektor samtidig med, at energien fra flere reflektioner minimeres. Denne fokuseringsvirkning opnås ved udformning af senderen med senderpunkterne fordelt over en flade og ved at affyre de forskellige punktkilder til forskellige tidspunkter.

DK 159339 B

4

Det er ganske vist kendt at sprede luftkanonerne over et større område og i forskellige mønstre. I alle disse tilfælde er der imidlertid kun blevet benyttet enkeltkanoner, og man har ved disse "plane fordelinger" enten forsøgt at opnå udforskning af et større område på 5 én gang eller at tilvejebringe et specielt reflektionsmønster. Ved opfindelsen er man gået en anden vej, idet man ikke tilstræber en bredere udstråling, men en fokusering af et hovedsignal og søger at undgå baggrundsstøj, dvs. en forbedring af de informationer, der fremkommer ved et reflektionssted.

10 For så vidt angår den kendte teknik, skal der henvises til USA patentskrift nr. 4.146.870 i hvilket der er beskrevet et specielt system til undersøgelse af skrå formationer. De seismiske energikilder styres eller affyres på en sådan måde, at der dannes en plan bølgefront, som ved reflektion fra en skrånende formation giver en 15 lodret reflektion. Denne kendte metode er kun beregnet til undersøgelse af afgrænsede områder. Selv om der i overensstemmelse med denne kendte teknik etableres en vis styring af impulsudsendelsen baseret på et tidligere kendskab til formationerne, er der til trods herfor kun tale om en undersøgelse i en akseretning, dvs. en under-20 søgelse af skrånende områder. Denne kendte metode kan ikke benyttes til frembringelse af bedre resultater under vanskelige forhold, og der benyttes heller ikke punktkildedannende sendergrupper. I USA patentskrift nr. 3.491.848 er beskrevet en seismisk undersøgelsesmetode, ved hvilken det er hensigten at frembringe en kraftig ener-25 gikilde. I overensstemmelse med opfindelsen er der i modsætning hertil søgt frembragt en energikilde ikke bare med en tilstrækkelig styrke men også sådan afstemt, at det reflekterede signal giver bedst mulig information. Udformningen af det fra USA patentskrift nr.

3.491.848 kendte system adskiller sig også fra den foreliggende 30 opfindelse. I opfindelsen beskrevet i USA patentskriftet benyttes der således et senderområde eller sendere fordelt i et plant område, idet der benyttes individuelle lydkilder, der er placeret enkeltvis på et i forvejen fastlagt geometrisk mønster, som skal fremkalde en forstærkning af de nedadrettede lydbølger på en sådan måde, at de en-35 kelte lydkilder ikke forstyrrer hinanden med samvirker maksimalt. I modsætning hertil benyttes der i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse flere punktkilder, der er dannet af de såkaldte

DK 159339 B

5 undergrupper, som altså hver består af flere lydkanoner. Man kan således sige, at hver undergruppe er opbygget til frembringelse af en virkning, som den i ovennævnte USA patentskrift angivne, idet de geometriske mønstre for det enkelte lydbillede er bestemt på basis af 5 kendskab til interferensproblemer. I overensstemmelse med opfindelsen frembringes der en meget "spids" lydbølge, og denne kan styres ved, at kilderne positioneres og bevæges under slæbningen og fokuseres inden for måleområdet. Hele systemet eller apparatet ifølge opfindelsen er således opbygget på basis af de data, der tidligere er indsam-10 let ved seismiske undersøgelser.

Der skal endvidere henvises til USA patentskrift nr. 3.414.874, i hvilket der er beskrevet et system, som er udviklet ved overgangen fra brug af eksplosive lydkilder ved seismiske undersøgelser til brug af luft- eller vandkanoner og hydrofoner. I overensstemmelse med den 15 i dette patentskrift beskrevne teknik er senderne og modtagerne fortrinsvis placeret i henholdsvis samme kabel og inden for samme område, idet det er beskrevet, hvorledes der kan opnås specielt fordelagtige impulsformer, og idet muligheden for udsendelse af impulser på forskellige tidspunkter til opnåelse af en vis retnings-20 virkning ligeledes er beskrevet. Systemet er imidlertid igen opbygget af enkeltkanoner og tilvejebringer ikke samme energistyring og justeringsmulighed som fremgangsmåden og apparatet ifølge opfindelsen. 1 europæisk patentskrift nr. 0018053 er beskrevet et apparat eller system til maritim seismisk undersøgelse, i hvilket system grupperne 25 af luftkanoner aktiveres periodisk til frembringelse af akustiske bølgeformer. Disse akustiske bølgeformer registreres ved hjælp af hydrofoner efter brydning eller reflektion med havbunden. I dette europæiske patentskrift er angivet, at der med denne teknik søges overvundet vanskeligheder i forbindelse med uønskede reflektioner. I 30 dette europæiske patentskrift er beskrevet en speciel udformning af sende- og modtagerkablerne, men til forskel fra den foreliggende opfindelse er en afstemning af de enkelte luftkanoner inden for grupperne og grupperne af luftkanoner ikke beskrevet.

DK 159339 B

6

Opfindelsen vil i det følgende blive nærmere forklaret under henvisning til tegningen, der viser to eksempler på udførelsesformer for opfindelsen, og på hvilken fig. 1 skematisk viser en skitse, der viser et eksempel på en ud-5 førelsesform for opfindelsen, fig. 2 en skematisk skitse, der viser en detalje ved det i fig. 1 viste arrangement, og fig. 3 en anden udførelsesform for opfindelsen.

Fig. 1 viser et fartøj 1, der er specialbygget til slæbning af kabler 10 til seismisk undersøgelse af havbunden, og som desuden medfører udstyr til registrering og lagring af de modtagne informationer. Ved fartøjets hæk er der placeret spiltromler 2 til ind- og udhaling af slæbekabler 3 samt en ikke vist indretning til udlægning og indtrækning af et lyttekabel 4. Slæbekablerne 3 bærer luftkanoner, der er 15 placeret i grupper 5. En sådan gruppe 5 er nærmere vist i fig. 2 og er i princippet opbygget af et antal flydelegemer 6, der hver bærer en luftkanon 7. Mellem luftkanonen 7 og flydelegemet 6 er der placeret en samleindretning til tilkoblingsledninger til luftkanonerne for udløsning af disse. I hver gruppe er luftkanonerne 7 afstemt på 20 en sådan måde i forhold til hinanden, at de danner en punktformet senderkilde, som det er blevet forklaret ovenfor. Afstanden mellem de enkelte grupper 5 kan varieres, og opbygningen af slæbekabelsystemet findes beskrevet i norsk patentskrift nr. 138.922.

I overensstemmelse med opfindelsen skal slæbekablerne fordeles på 25 forudbestemt måde i tværretningen i forhold til fartøjets bevægelsesretning. Til dette formål er der til kablerne fastgjort en "skovl" 8, der også er udstyret med flydelegemer, idet skovlens stilling reguleres fra fartøjet. Ved passende positionering af skovlene 8 kan kablerne bredes ud i tværretningen, så at kablerne fordeler sig over 30 et bestemt fladeområde.

Det er uden videre muligt at slæbe sådanne seks parallelle rækker efter fartøjet. Afstanden i slæbetovets retning mellem grupperne 5 kan varieres, ligesom den indbyrdes afstand i tværretningen kan varieres ved indstilling af skovlene 8, så at bredden af senderare-35 alet kan varieres, f.eks. mellem 5 og 75 meter.

DK 159339 B

7 På fig. 3 er der vist en anden udførelsesform for opfindelsen. Til slæbning benyttes her et fartøj 1 af en type svarende til den i fig.

1 viste. Der benyttes også her slæbekabler 3 samt et lyttekabel 4, der er placeret på tilsvarende måde som i den første udførelsesform.

5 Denne udførelsesform adskiller sig imidlertid fra den første ved, at der ikke benyttes rækker af punktformede senderkilder langs slæbe-kablerne, men kun én sendergruppe i enden af hvert slæbekabel. Fordelingen af slæbekablerne i tværretningen udføres på samme måde som i den første udførelsesform ved hjælp af skovlindretningerne 8. I denne 10 udførelsesform simuleres et fladeområde ved summation af data fra efter hinanden følgende affyringer af de punktformede områder 5, der er fordelt i tværretningen.

•

Opfindelsen kan modificeres på mange forskellige måder inden for kravenes rammer. Kravene til energikilderne vil variere fra område 15 til område, der skal undersøges. De seismiske signaler, der skal registreres, vil have forskelligt frekvensindhold og tilsyneladende bølgelængde. Støjbilledet vil også variere fra område til område.

Heraf følger, at man skal kunne ændre energikildens retningskarakteristik som en funktion af de geologiske forhold, der skal under-20 søges. Dette gøres på simpel måde ved at variere senderkildens geometri, dvs. ved at variere antallet af elementer, som skal indgå, ved at variere udstrækningen af og afstanden mellem elementerne. Ved hjælp af spil kan afstandene mellem elementerne varieres med et enkelt håndtag. Man er ikke bundet til rektangulære mønstre. Stjerne-25 mønster, vifteform, kors eller cirkulære kilder kan også tilvejebringes.

Tidligere anlæg, som er blevet beskrevet ovenfor, repræsenterer alle kun simple udvidelser af punktkilder. Man har prøvet at fordele en punktkilde, der består af to eller tre strenge med luftkanoner, i 30 bredden. Dette indebærer klare ulemper, idet man har meget ringe eller slet ingen fleksibilitet til variation af geometrien, og desuden består hvert element af en kanon med de ulemper, dette indebærer, dvs. en smalbåndsimpuls med store eftersvingninger, ligesom at det er meget vanskeligt at beregne det samlede svar eller "response" 35 for anlægget.

Claims (3)

1. Fremgangsmåde til maritim seismisk dataindsamling, hvor flere seismiske sendere og et lytte- eller modtagerkabel slæbes efter et fartøj, og hvor senderne er placeret i punktkildedannende undergrup-5 per, og hvor disse ved hjælp af passende midler bringes til at fordele sig i bredderetningen og i længderetningen i forhold til slæbe-retningen, så at den udsendte energi frembringes i en fokuseret rettet stråle, kendetegnet ved, at undergruppernes indbyrdes afstand 10 og/eller den udsendte effekt og/eller affyringstidspunktet styres kontinuerligt fra fartøjet til fokusering af den udsendte energi i ønskede områder af underliggende havbundsformationer, hvilke områder er bestemt ud fra tidligere indsamlede data vedrørende havbunden eller formationernes beskaffenhed.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, senderne fordeles i bredderetningen ved hjælp af "skovle" og "paravaner".

3. Apparat til brug ved maritim seismisk undersøgelse til frembringelse af måleresultater vedrørende en undergrundsformation og med et 20 fartøj (1), der har udstyr til slæbning af et antal kabler (3), på hvilke der er monteret senderudstyr (5) til seismiske impulser og anbragt i indbyrdes afstemte undergrupper (5), samt et lyttekabel (4) med hydrofoner, hvilket lyttekabel (4) er placeret centralt mellem senderkablerne (3), der er trukket ud til siden i en indbyrdes paral-25 lel placering af kablerne (3, 4), kendetegnet ved, at hver undergruppe (5) har sit eget slæbekabel, der er ført via ind- og udhalingsudstyr (2), såsom spiltromler, til separat indstilling af afstanden til fartøjet (1) og til de andre undergrupper (5), 30 at der på hver af de indbyrdes parallelle kabelføringer (3) er monteret "skovle" (8) med separate flydelegemer, hvilke "skovle" (8) er udstyret med fra fartøjet (1) regulerbare vinkelindstillingsindretninger til regulering af den indbyrdes afstand mellem de parallelle kabelføringer, og DK 159339 B at det er indrettet til tidsstyring til fastlæggelse og indstilling af affyringstidspunkterne for de respektive undergrupper (5).