DE3149524A1

DE3149524A1 - Verfahren zum dreidimensionalen erfassen seismischer daten

Info

Publication number: DE3149524A1
Application number: DE19813149524
Authority: DE
Inventors: Herman Boyd Plano Tex. Thomason
Original assignee: Mobil Oil Corp
Current assignee: ExxonMobil Oil Corp
Priority date: 1980-12-30
Filing date: 1981-12-14
Publication date: 1982-07-08
Also published as: GB2090406B; NL8105891A; GB2090406A; NO156068C; NO156068B; EG14799A; CA1161939A; NO813464L; US4403312A

Description

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Mobil Oil Corporation .
New York, N. Y. (V. St. A.)

Verfahren zum dreidimensionalen Erfassen
seismischer Daten.

Die Erfindung bezieht sich auf die seismische
Exploration im Hinblick auf Öl, Gas und andere Mineralien und insbesondere auf ein Verfahren, um eine
dreidimensionale Darstellung einer unterirdischen
c ERdstruktur zu bilden.

Bei der seismischen Exploration wird für gewöhnlich eine akustische Energie benötigt₃ beispielsweise ein durch Dynamit erzeugter Druckstoß, das Herabfallen eines schweren Gewichtes auf die Oberfläche der ERde,

2Q oder aber es wird eine mechanische Vibration in der
Erde erzeugt, nämlich beim sog. Vibroseisverfahren.
Das Vibroseisverfahren ist im verstärkten Maße in den letzten Jahren populär geworden, insbesondere weil die steigenden Kosten der Herstellung eines Bohrlochs für eine Dynamitladung sich bemerkbar machte, und die vorliegende Erfindung ist primär auf dieses Verfahren zur Erzeugung akustischer Energie gerichtet, obgleich die Erfindung nicht darauf eingeschränkt ist.

Die akustische Energie wandert nach unten gerichtet durch die Erde und wird an Zwischenschichten zwischen unterschiedlichen Schichten des Gesteins reflektiert, und nachdem sie an die ERoberfläche nach oben zurückgelangt ist, wird sie durch Geophone festgestellt.

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Die Zeit j die die Welle benötigt, um nach unten zu wandern, reflektiert zu werden und nach oben zurückzuwandern, wird gemessen. Diese Zeit ist proportional zur Tiefe der Zwischenschicht, an c welcher die Welle reflektiert wurde. Es werden sodann zusätzliche Zeitmessungen durchgeführt, wobei die Quelle und der Detektor in einem Abstand von dem ersten Ort angeordnet werden, wobei die Vergleiche der Zeiten durch die erste und die zweite Welle herangezogen werden, um eine Anzeige in der Veränderung der Tiefe der Zwischenfläche zu erhalten. Falls die Ausgänge der Detektoren richtig verarbeitet werden und in Übereinstimmung mit den Relativstellungen von Quelle und Detektor darge-

jc stellt werden, kann eine Darstellung eines Querschnitts der Erde erhalten werden, an welcher die Grenzflächen zwischen den Felsschichten als Knickstellen oder Sprungstellen der einzelnen Ausgangsspuren erscheinen.

Es ist ein beträiitlicher Arbeitsaufwand getrieben worden, um Störungen aus dem elektrischen Ausgang der Geophone zu beseitigen. Eines der am häufigsten eingesetzten Verfahren besteht darin, eine Mehrzahl von Messungen der Zeit heranzuziehen, die die akustische Welle bracht, um nach unten von einer Anzahl von Energiequellen zu laufen, wobei die Energiequellen an unterschiedlichen STellen angeordnet werden, wobei auch die Zeit mit eingeschlossen wird, die nötig ist für die Reflektion von ein und demselben Punkt an der Grenzfläche

^O zwischen Gesteinslagen und schließlich die Zeit mitumschlossen wird, die notwendig ist, damit die WElIe nach oben zu den Geophonen wandert. Falls die Geophone und die

Quellen um einen Punkt der Erdoberfläche zentriert gehalten bleiben, kann angenommen werden, daß die Reflektionen im wesentlichen vom gleichen Punkt an der Grenzfläche stammen. Falls die resultierenden Spuren dann korreliert werden, d.h. falls ein Ereignis, welches allen Aufzeichnungen von der Mehrzahl der Geophonausgänge gemeinsam ist, ausgerichtet werden, kann der längere Ausbreitungsweg für eine Welle von einer akustischen Energiequelle, die in einem größeren Ab-

stand von dem Refle^x ionspunkt angeordent ist, korrigiert werden und dann summiert werden, wobei die Störungen in den Aufzeichnungen, die ja rein zufällig auftreten, sich gegenseitig auslöschen, während die Auf-

.JE zeichnung der Reflexion dadurch verstärkt wird, so daß auf diese Art und Weise das Nutz-zu Störverhältnis verbessert wird. Dieses CDP-Verfahren wird in weitem Maße eingesetzt (US-PS 3 381 266).

Bei den meisten seismischen Untersuchungen, die

on . das CUP-Verfahren einsetzen, wird so verfahren, um eine Aufzeichnung zu erhalten, die für den Querschnitt der Erde repräsentativ ist, welcher längs einer Untersuchungslinie gelegt worden ist. Das bedeutet, daß die Exploration im wesentlichen linear durchgeführt wird (US-PS 3 240 286).

Es ist jedoch in verstärktem Maße gewünscht worden, ein mit mehr Einzelheiten angereichertes Bild der unterirdischen Formationen und Zwischenflächen der Erde zu erhalten, und für diesen Zweck sind dreidimensionale Verfahren entwickelt worden (US-PS 3 867 713). Hierbei wird eine Mehrzahl von Reihen von Detektoren längs von

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Linien angeordnet, die einen Winkel bilden, und zwar vorzugsweise einen Winkel von ^5 ₅ in bezug auf eine Gesamtuntersuch_ungsliriie. In dem MafÄe, wie die Linien oder Reihen von Detektoren die Untersuchungslinie vergrößern oder verbreitern, kann dieses Verfahren ein dreidimensionales Bild der unterirdischen Formationen geben. Jedoch bleibt dieses Verfahren im Grunde genommen ein lineares Verfahren, es wird lediglich die Überwachungslinie verbreitert, und demzufolge versagt dieses Ver-

fahren häufig, um Detaildaten im ausreichenden Maße zu erhalten, um sich ein vollständiges Bild von der unterdirschen Schichtung der Erde zu machen. Zusätzlich zu diesem Nachteil ist dieses Verfahren lediglich auf eine Anzahl von Aufzeichnungen für jeden CDP-Punkt begrenzt, obgleich es erwünscht ist, soviel wie möglich Aufzeichnungen von Reflektiorieri von jedem CDP-Punkt zu erhalten, so wie dies überhaupt nur m_öglich ist, um auf diese Art und Weise das tiör- zu Nutzverh'iltnis zu verbessern.

' Andere bekannte dreidimensionelle Verfahren leiden unter diesen gleichen Nachteilen (US-PS 3 529 282 und US-PS 3 597 727). Gesucht wird daher ein Verfahren zur seismischen Exploration, durch welches eine verbesserte dreidimensionale Darstellung der unterirdischen Formationen möglich ist, und welches ein besseres Signal zu Störverhältnis der seismischen Aufzeichnungen aufweist.

Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren geschaffen worden, welches CDP-Aufzeichnungen ergibt, in_dem Reihen von Detektoren und Quellen eingesetzt werden. Die Detektoren werden in der gewünschten Konfiguration ausgesetzt, wobei alle Reihen der Konfiguration untereinander im wesentlichen identisch sind. Die Detektoren in jeder Reihe werden miteinander verbunden, um einen gemeinsamen Ausgang zu erzeugen, welcher mit dem Aufzeichnugnssystem verbunden ist. Die am häufigsten, verwendete Konfiguration für die Reihen kann durch ein Experiment herausgefunden werden, oder aber der Bereich, der zu untersuchen ist, wird inspiziert oder durch irgendwelche anderen Betrachtungen festgelegt, beispielsweise durch die Zugänglichkeit selbst. Die verwendeten

- Quellen erzeugen die akustische Energie in einer Anzahl von Reihen und zu diesem Zweck werden die Quellen in Serien von Unterreihen aufgestellt innerhalb der Reihe, wobei die akustische Energie an jeder Unterreihenlage erzeugt wird, wonach die Energiequellen in die nächste

_?n Unterreihe bewegt werden, Die Detektoren werden verwendet, um die Reflektionsereignisse zu jedem Zeitpunkt festzustellen, an dem akustische Energie auf den Boden an den Unturreiherilagen ausgesendet, wird, wobei die Ausgänge der Detektoren dann für alle Quellen der Unterreihenlagen innerhalb eines gegebenen Bereichs aufsummiert werden, um das Nutz'zu Störverhältnis der Aufzeichnung zu verbessern. Nach diesem Vorgang werden die Quellen zu einer neuen Anordnung oder Reihe bewegt und der

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vorangehend geschilderte Vorgang wird wiederholt_s wobei die Quellen in aufeinanderfolgende Unterreihenstellen innerhalb der Reihe bewegt werden, und diese Wiederholung wird fortgesetzt, bis der Bereich in c dem gewünschten Ausmaß untersucht worden ist.

Der Einsatz von Reihen ist insbesondere deshalb wünschenswert, weil dadurch eine bessere_s Einzelheiten erfassende. Überdeckung des Bereichs erhalten werden kann und ein verbessertes Signal- Störverhältnis erzielt

^q wird. Injder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gemäß der Erfindung werden die Reihen,gewichtet, um eine weitere Verstärkung der Signalqualität zu erhalten. Vor dem Beginn des Explorationsverfahrens werden verschiedene Anordnungen von Geophonen mit einem einzigen Aufzeichnungsinstrum ent verbunden und so betätigt, um eine einzige Aufzeichnung ihrer summierten Ausgänge zu erhalten. Gleichzeitig werden Experimente mit einer Reihe von Quellen durchgeführt. Die Kombination der Reihen der Quellen und Geophone, welches zum niedrigstem;

PQ Störpegel führt, wird dann während der dreidimensionalen Aufzeichnungsvorgänge eingesetzt. In einer besondere bevorzugten Ausführungsform werden die Reihen der Geophone um eine geschlossene Schleife gelegt, welche den interessierenden Bereich umschließt, und die Reihen der Quellen bewegen sich von Punkt zu Punkt innerhalb der Schleife. Diese Anordnung bedingt eine große Flexibilität dieses Systems und verbessert das Stör- zu Nutzverhältnis der Geophonaufzeichnung wesentlich.

-ίο -

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise erläutert.

t Fig. 1 zeigt eine schematische SEitenansicht für

ein CDP-Verfahren.

Fig. 2 zeigt wie eine Anzahl einzelnder Geophonr.puren korreliert und aummicrt werden kann, _1rt um eine Gesamtaufzeichnung mit einem verbesserten

Signal- zu Störverhältnis zu erhalten. Fig. 3 zeigt eine schaubildliche Totalansicht des

Verfahrens gemäß der Erfindung.

Fig. h zeigt die Auslage eines Untersuchungslalockes, welcher die Reihen der Quelle und Geophone mit

einschließt.

Fig. 4 a zeigt, wie die Blöcke sich überlappend angeordnet werden können.

Fig. 5 zeigt eine spezielle Anordnung der Geophone _s welche in Verfahren gemäß der Erfindung angewen

det werden kann.

Fig. 6 zeigt eine spezielle· Anordnung der Quellen 2c akustischer Energie, welche bei dem Verfahren

gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.

-u-

Aus Figs 1 kann das bekannte seismiscne Untersuchungsverfahren entnommen werden. Es handelt sich im wesentlichen um eine Querschnittsansicht eines Teils der ERdrinde, wobei eine Oberflächenschicht IO c und unterirdische Schicht 12 und I¹I vorhanden sind. Ein Lastwaten 16, welcher mit einem Schwinganker 18 als Quelle akustischer Energie versehen ist, ist in Fig. 1 gezeigt. Die ausgesendete Energie breitet sich ^q läng eines Linie 20 nach unten aus, sie wird an der Grenzfläche zur Schicht 14 an einem CDP-Punkt 14a reflektiert und läuft durch die Erde zurück zur Oberfläche, wo sie du rch einen odor mehrere einer Mehr-

Der zahl von Geophonen 22 aufgenommen wird. Signalausgang des Geophons 22 wird durch einen Verstärker 24 verstärkt und in einer Datenaufzeichnungseinheit 26 aufgezeichnet, wobei sich diese Ausrüstungsteile in einem zweiten Untersuchungslastwagen 28 befinden.

Es ist auch eine Funkausrüstung vorgesehen, welche

schematisch durch Antennen auf Lastkraftwagen 16 und 28 angedeutet ist, um das Aufzeichnen der übertragung der akustischen Welle auf der Aufzeichnungseinheit 26 zum richtigen Zeitpunkt zu ermöglichen und darüber hinaus zwischen den einzelnen Bedienungspersonen eine Verständigung zu ermöglichen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, ist eine Mehrzahl von Geophonen 22 gleichzeitig wirksam. Die Ausgänge dieser Geophone odr Spuren werden für sich aufgezeichnet und

-7Q später zusammensummiert mit Spuren, die von der Reflektion an einem CDP-Punkt herrühren. Demzufolge ist der Lastwagen 16 ebenfalls an einer zweiten Stelle gezeigt, an welcher akustische Energie nach unten ausgesendet wird, wo sie an dem gleichen Punkt l4a der reflektierenden Schicht lh genauso reflektiert wird, wie das zuvor der

FAIl war. ^{Da die} Einfallswinkel jedoch und die Reflektions-

winkel der akustischen WEllen im wesentlichen gleich sind, nimmt jedoch ein anderes Geophon die Reflexion von diesem CDP-Punkt auf. Der Lastkraftwagen 16 kann auch an anderen Zwischenräumen zwischen zwei gezeigten t) STellungen angeordnet werden, wobei andere Geophone

22 die Refle xionen von dem gleichen CDP-Punkt l4a aifnehmen würde. Die Summation der einzelnen Spuren von dem CDP-Punkt l4a wird nun unter Bezugnahme auf Fig. beschrieben. Die drei Spuren 3Oa₃ 30b und 30c in der ■*· linken Seite der Fig. 2 können herangezogen werden, um die Ausgänge der einzelnen Geophone 22 in bezug auf irgendeinen CDP-Punkt darzustellen. Das bedeutet, wenn der Lastkraftwagen 16 in bezug auf die Geophone 22 bewergt wird, das Aufzeichnungsausgänge durch entsprechende Geophone 22 nach wohlbekannten Verfahren zusammengespielt werden, so daß die Aufzeichnungen der Reflexionen von einem CDP-Punkt zusammen zur Verfügung stehen. Wie bereits bemerkt, weisen die Spuren 30a bis 30c jeweils eine für gewöhnlich unregelmäßige Gestalt auf, welche das Vorhandensein von Störungen in der Aufzeichnung anzeigen, wobei jedoch jede der Spuren 30 a bis 30c eine größere Amplitudenauslenkung 3^ aufweist, welche den Ausgang des Geophone darstellt, wenn es die reflektierte akustische WElIe empfängt. Die vergrößerte Auslenkung 3¹J der Aufzeichnungen 30a bis 30c ist jedoch nicht von den Enden bzw. dem Anfang der Spuren äquidistant, weil der Gesamtabstand der durch die WElIe überdeckt wird, eine Funktion des Horizontalabstandes von Qualle zu den Geophonen von demjenigen Punkt oberhalb des CDP-Punkts 14a auf der Oberfläche der Erde ist. Die Spuren werden korreliert, d.h. sie werden

untersucht, um gemeinsame Punkte auf ihrem Verlauf festzustellen, so wie dies durch eine unterbrochene Linie in Fig. 2 dargestellt wird. Dies kann visuell oder mit Hilfe einer Einrichtung durchgeführt werden, ^ und die Spuren werden demontoprochond aunßerlohtet und summiert, um eine Aufzeichnung 32 zu erhalten, so wie rechts in Fig. 2 wiedergegeben ist. Es ist auch möglich, eine Kreuzkorrelation der einzelnen Geophonsignale vor ihrer Summation in einem gegebenen Bereich oder einer gegebenen Reihe durchzuführen, wobei möglicherweise eine Spurenaufzeichnung der Eingangswellenform eingesetzt wird. Wie bereits bemerkt ist die Amplitude im Bereich der vergrößerten Amplituden der einzelnen WEllen größer als diejenige in den Spuren 30a bis 30c, d.h. die Amplitude 36 ist größer als die Amplitude in einer Spuren bei 3¹*. Darüber hinaus besteht eine Tendenz, daß zufällige Störungen in den Spuren 30a biu 30c sich gegenseitig herausheben, so daß auch dadurch das Nutz- zu Stör-Verhältnis der resultierenden Spur 32 verbessert wird. Eine große Zahl von Spuren 32 werden dann auf der gleichen visuellen Aufzeichnung ausgedruckt und die Trends an den Stellen der großen Amplitudenauslenkungen werden" als Anzeige unterirdischer Strukturen herangezogen.

Fig. 3 beschreibt einen Bereich der Oberfläche der ERde₅ welcher oberhalb eines unterirdischen Bereichs der Erdrinde angeordnet ist. Gemäß dem Verfahren nach der

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vorliegenden Erfindung wird eine große Anzahl von Geophonen in einem Muster an der Oberfläche der Erde nach dem Aufbau der STruktur des zu untersuchenden Bereichs angeordnet. Faktoren, wie beispielsweise Schwierigkeiten beim Zugang, zu bestimmten Teilen des Bereiches, beispielsweise die Tatsache, daß die Genehmigung des Eigentümers des entsprechenden Grundstücks nicht erhalten werden kann, das l'Khlen von Vorversuchen, wolche schwierige _1Ω oder komplizierte Strukturen anzeigen, können relevant sein. In Fig. 3 ist eine Mehrzahl von Reichen oder Bereichen von Geophonen allgemein mit 40 bezeichnet, welche längs eines Vierecks 42 bzw. eines Quadrates des Erdoberflächenbereiches angeordnet sind,

.._c welcher oberhalb der interessierenden unterirdischen Id

STruktur angeordnet ist. In einer typischen Anordnung sind beispielsweise 192 Reihen von Geophonen längs-. der Ränder eines Blocks angeordnet, der an Jener Seite eine Erstreckung von 1463m aufweist. Der Abstand der

2Q Geophone zueinander beträgt 30m. Jeder Bereich bzw. Reihe besteht aus 18 Geophonen, die miteinander verbunden sind, die summierten Signale von den Geophonen werden mit einer Ausrüstung aufgezeichnet, welche sich im Lastkraftwagen 46 befindet. Eine dreimal sechs-Anordnung

„,- von 18 Geophonen wird vorzugweise mit ihrer Längsabmessung senkrecht zur Begrenzungslinie der Außenseite des Viereckblockes eingesetzt. Nach Unterschung eines jeden Blockes werden die Geophone zum=nächsten Block bewegt.

Eine Anordnung 4 8 von akustischen Energiequellen wird auch verwendet, beispielsweise werden vier Lastkraftwagen 44, welche dem Lastkraftwagen nach Pig. I entsprechen, eingesetzt. Jeder der vier Lastkraftwagen 44 kann Schwingungsenergie auf die Erde übertragen.

Unter der Steuerung von Punksignalen vom Aufzeichnungslastkraftwagen 46 werden die vier Lastkraftwagen 44 gleichzeitig eingesetzt, um für eine Kurzzeitperiode gleichphasig zu arbeiten, typischerweise über 16 Sek. Sie werden dann um einen kurzen Abstnad bewegt und wiederum für eine kurze Zeitspanne in Tätigkeit gesetzt usw. Die vier Lastkraftwagen senden an 16 Punkten Energie in einem Bereich aus, so daß an 185 Bereichsstellen, in jedem Block 42,_# welcher durch die Geophonbereiche umgrenzt ist, geschossen ^wlIbie Gesamtgröße der Bereiche 48 und ihre Abstände untereinander sind so gewählt worden, daß sie räumlich überlappen, die einzelnen Lastkraftwagen 44 sind eng genug zueinander angeordnet, so daß die WEll.en_s die an den Geophonen ankommen, im wesentlichen dort zurgleichen Zeit ankommen, und zwar wegen des großen Abstandes, welchen die WEllen durchlaufen, und zwar zu einer reflektierenden Schicht hin und,von dieser wieder weg. Auf diese Art und Weise steht eine große

_o_ Energiemenge von einer großen Anzahl von Stellen zur Verfügungj, die alle sehr eng zueinander angeordnet sind, so daß auf diese Art und V/eise der Gesamtsignalpegel· verbessert wird, um das Nutz- zu Störverhältnis zu verbessern. Der Einsatz des Bereiches 48 auf Lastkraftwagen 44j^! welche alle zur gleichen Zeit betätigt werden,, erlaubt weiterhin eine Vielseitigkeit bei der Auswahl der Bereichskonfigurationen, wobei gleichzeitig die Tendenz besteht, irgendwelche örtlich er-

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zeugten Störungen zu nivellieren, um wiederum das Stör- zu Nutzverhältnis zu verbessern, und um andererseits einen relativ großen Bereich ohne fortwährende Bewegung der Geophone zu überwachen, was ein sehr zeitraubendes und kostspieliges Verfahren ist. Die Quellen akustischer Energie 44, werden jeweils mehrfach an einer großen Anzahl von STellen 48 eingesetzt, wobei es sich'um eine Stelle einer Vielzahl unterschiedlicher Linien des Bewegungswegs 50 handelt, welche die Gesamtfläche, welche durch die Linien 42 umgrenzt ist, in eine große Zahl von Unterblöcken einteilt. Die Punkte längs der Linien L>0, an welchen die Reichen der schwingenden Quellen akustische Energie auf die Erde übertragen, kann beispielsweise 30 m auf der Linie 50 senkrecht zum Umfang des untersuchten Vierecks oder Quadrats angeordnet sein, wobei die Intervalle 43 m längs dieser Linien in einem Winkel von 45 betragen, wenn diese Diagonalen auf den Umfang projektiert werden, so daß gleiche Abstände resultieren.

An jeden der Quellenpunkte innerhalb des Bereiches 48 wird daher eine große Zahl von Quellen akustischer Energie 44 ausgegeben, wobei die Wellen nach unten in die Erde hineinwandern, reflektiert werden an Zwischenflächen und durch die Geophonanordnungen 40 aufgezeichnet werden.

Es wird nun auf die Fig. 4 und die Fig. 4a Bezug genommen, um Aussagen über die genaue Anordnung der Quellen und der Detektoren zu machen. Fig. 4a zeigt die Überlappung von drei im wesentlichen quadratischen Bereichen der Erde 52, wobei die einzelnen Bläcke im wesentlichen zueinander identisch sind und nachfolgend

unter Bezugnahme auf Fig, 4 erläutert werden. Wie in Fig.4 zu sehen ist, ist jeder Block 52 durch eine Linie von Reihen von Geophonen 40 begrenzt. Bei einer typischen Exploration weist jede der

vier Seiten mit einer Länge von 1463 m des Quadrates 48 Geophone auf, welche in jeweils einem Abstand von 30 m zueinander angeordnet sind. Die Geophonanordnungen werden durch eine Mannschaft ausgelegt, IQ mit einem 192-Spuren-Aufzeichnungsgerät verbunden und unverändert beibehalten, bis alle Schüsse abgetan worden sind (bzw. die Schwingungsenergie auf die Erde übertragen worden ist), wobei es sich hierbei um die vollständige Untersuchung eines gegebenen Blocks handelt. Die Schüsse werden an jeder der Stellen,

welche durch kleine Kreise 54 in Fig. 4 repräsentiert sind, abgetan. An jeder dieser l85 Quellenpunkte übertragen die vier Lastkraftwagen Energie auf den Erdboden an 16 STellen in Übereinstimmung mit dem im Zusammenhang mit Fig. 6 beschriebenen Aufbau. Die aus den 192 Geophonbereichen resultierende Spur wird für jeden der I85 Quellenpunkte aufgenommen. Die Abstandsanordnung der Bereiche der Quellenpunkte 54 längs der Untersuchungslinien parallel zu einer der

25. Seiten des Blocks 52, beträgt ungefähr 30 m und längs der Diagonallinien 43 m, so daß ein resultierender Abstand längs einer Linie parallel zur Seite des Blockes von 30m in beiden Fällen entsteht. Dementsprechend xvar der Maximalabstand von der Quelle zum Empfänger 2Q69 m und ein CDP-Punkt an einer gegebenen Zwischenfläche unterhalb des Blockes 52, wurde alle 15m abgetastet. Die Verwendung des Diagonalschemas der Quellen-

punkte erlaubt, ein vollständiges dreidimensionales Bild der unterirdischen b'läche der EHde herzuleiten und ermöglicht darüber hinausgehend eine Überlappung nach Fig. ^a₅WaS bedeutet, daß alle Bereiche innerhalb jedes zentralen Bereiches des Vierecks oder innerhalb derjenigen Teile des Blockes sich im wesentlichen durch ein Vielfaches CDP-VErfahren überlappen, so daß auf diese Art und Weise sichergestellt wird, daß der zu untersuchende Bereich sorgfältig bzw. ausreichend untersucht wird. Falls der Fehler F das geologische Merkmal von Hauptinteresse ist, werden die Stellungen der verschiednen Blöcke 52 so gewählt, daß der Fehler fortwährend innerhalb der Blöcke liegt. Fig. 5 zeigt die genaue Anordnung der Geophone in jedem der Bereiche 40 (Fig. 3), welche verwendet wird, an jeder Aufzeichnungsstelle, welche durch die Punkte 52 längst des Umfangs des in Fig. '( gezeigten Blocks angezeigt ist. Fig, 5 zeigt ^l derartige Bereich 60a bis 6Od, welche, jeweils drei Linien von sechs Geophonen aufweisen,welche durch χ angedeutet sind. Die l8 Geophone sind miteinander verbunden, um auf diese Art und Weise ihre Ausgänge elektrisch zu summieren und Sammelkabel für die Ausgänge aller Bereiche verlaufen längs einer bei 62 angedeuteten Linie. Die Endpunkte der drei Linien der Geophone sind voneinaüer versetzt angeordnet, und in diesem Falle um einen Abstand, der gleich zum Abstand der einzelnen Geophone ist, um auf diese Art und Weise einen Mittelbewertungseffekt zu erzeugen, um so das Signal- zu Störverhältnis des summierten Signals zu maximieren. Die genaue Anordnung wird nach experimentellen Vorversuchen festgelegt.

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Das Bewehrungselement bzw. das Element, nach welchem gewichtet wird, ist bei EWl angedeutet. Die mittleren vier Stellen der Geophone haben jeweils das gleiche Gewicht, während die äußeren Geophone lediglich das zweifache oder einfache Gewicht haben, was von ihrem Abstand von der Mittellage abhängt. Bei einer typischen Untersuchung würden 18 Geophone pro f-Anordnung vorhanden sein, wobei jede Anordnungeine einzelne Spur liefert. Die Geophone würden in drei parallelen Linien angeordnet werden, um jeden einzelnen Bereich zu bilden. Innerhalb jeder Linie würden die Geophone Abstände von 9m zueinander haben und die Linien selbst würden voneinander in einem gleichen Abstand zueinander angeordnet sein, so daß ein Gesamtbereich von 64m in der Länge entsteht. Der Bereichseinfallswinkel beträgt 9 m pro Linie.

¹^ Die summierten Signale werden üblicherweise in einem Verstärker 64 verstärkt, durch ein Filter 66 gefiltert und in digitales Format in einem A/D-Wandler umgewandelt und schließlich auf einer Datenspeichereinhext 70 gespeichert.

Die vier Lastkraftwagen mit den SChwingungsenergiequellen werden eng nebeneinander angeordnet, so wie dies in Fig. 6 durch Punkte angedeutet ist. Es sind zwei Gescluader oder Gruppen SWl und SW2 vorhanden, die durch die Mannschaften von jeweils vier Lastkraftwagen gebildet werden. Die vier Lastkraftwagen 5'1 (Fig. 4) beginnen üblicherweise mit den vier Stellungen an der linke Seite der oberen horizontalen Punktreihe in Fig. 6. Sie werden auf ihre Platten gestellt und für üblicherweise 16 Sek. in Schwingung gesetzt, während die Schwingungsfrequenz zwischen 55 und l6Hz schwankt. Die Schwingung wird dann angehalten und die Lastkraftwagen werden auf ihre Räder abgesenkt, in die nächste

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Stellung der Anordnung gebracht und der Vorgang wird wiederholt. WEnn die erste Gruppe vervollständigt worden ist durch die vier Lastwagen, wenn sie die unterste Punktreihe in Fig. 6 erreicht haben, kehren sie in ihrer Richtung um und fahren auf der rechten Seite nach oben zurück, um die zweite Gruppe zu bilden. Der Abstand jeder Schwingungsstelle voneinander beträgt üblicherweise 12 rn für einen Gesamtbereich>von 85 m im Quadrat. Unterhalb der Anordnung sind die Gewichtungsfaktoren EW2 angegeben. Mit EW3 sind die GewichJtungsfaktoren angegeben, wobei diese abhängig sind von ihrem Abstand zum Mittelpunkt. Demzufolge variieren diese Paktoren zwischen 8 und 1 über einen Abstand von 12 bis 85 m in der Anordnung, wenn die Quelle parallel zur Seite des Blocks (Diagramm EWl .für den Querbereich ) ist, wobei·15 Elemente 8,5 m im Abstand zueinander über einen Bereich von 120 m angeordnet sind, wenn der Winkel 45° beträgt (Darstellung EW3 für den Diagonalbereich). Die durch jede Geophonanordnung in bezug

..,, auf die ausgesendete Schwinungsenergie aufgezeichneten Daten an jedem Punkt innerhalb des Quellenbereichs, wird als eine einzige Aufzeichnung betrachtet, d.h. die durch jeden der vier Lastwagen an jeder der 64 Gesamtstellen in der Anordnung ausgesendete Energie wird so behandsLtj als ob sie durch eine einzige Quelle akustischer Energie ausgesendet worden ist, die in der Mitte der Anordnung angebracht wäre.

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Die besondere Anordnung; der Geophone und der Energiequellen und auch die gesamte Auflage des Explorationsschemas kann je nach den Verhältnissen verändert werden. Wenn jedoch die dreidimensionelle Exploration durchgeführt wird, sollten die Quellen und die Empfänger flächig ausgebreitet werden, d.h. Bereiche von beiden Quellen und Empfängern umfassen, welche über Bereiche gehen, die bemerkenswert größer sind als die Zwischenabstände. Wie bereits oben erwähnt, sollte beispielsweise die Betonung auf einer Fehlerlinie liegen, welche durch die Blöcke hindurchgeht, wobei eine einfache linieare Untersuchung, welche parallel zu dieser Störlinie verlaufen würde, diese nicht erfassen könnte. Durch Vergleich kann das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung auü vielen Reflexionen von jedem CDP-Punkt eine größere Vielfalt von Daten um den untersuchten Bereich herum erzielen und auf diese Art und Weise kann das Verfahren gemäß der Erfindung eingesetzt werden, um ein sehr genaues

_ Bild der unterirdischen Strukturen aufzuzeigen.

Es können eine Reihe von Veränderungen im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden. Obgleich nun die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit einem Schema beschrieban worden ist,

__ wo die Geophone um den Umfang eines im wesentlichen quadratischen Untersuchungsbereichs angeordnet sind, wobei die akustischen Energiequellen innerhalb des Quadrates angeordnet sind, kann auch das Umgekehrte der Fall sein, auch können unterschiedliche Gestalten verwendet werden, falls dies aus irgendeinem Grunde

beispielsweise wegen Schwierigkeiten des G_eländes und wegen Zugriffsschwierigkeiten oder dergl. erforderlich ist. Das Verfahren verwendet Konfigurationen von Quellen und Detektoranordnung dessen Wirksamkeit in Kombination verändert werden kann, wenn dies erforderlich ist, um das Signal- zu Störverhältnis der aufgezeichneten Signale zu verbessern. Es ist bedeutsam, daß die Abhängigkeit von den beiden Bereichen, welche in bezug zueinander betrachtet worden sind, auf Veränderungen in der Konfiguration der Quellenanordnung zurückgeführt werden kann, was wiederum einen Einfluß auf die Auswahl der Geophonaufstellung ausübt. Es kann bedeutsam sein, eine Anordnung von Geophonen beispielsweise zu haben, die im wesentlichen in rechten Winkeln zu den Blockumgrenzungslinien angeordnet sind, um die Störungen auf den aufgezeichneten Spuren zu verringern.

Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur dreidimensionalen seismischen Exploration unterirdischer Erdstrukturen, umfassend das Anordnen einer Mehrzahl von Quellen akustischer Energie in einer ersten vorbestimmten Unteranordnung oder Reihe, das Anordnen einer Mehrzahl von Detektoren für akustische Energie in einer Mehrzahl von Detektionsanordnungen, wobei diese Anordnungen im wesentlichen zueinander identisch sind und die Anordnungen in einem Abstand voneinander längs einer Untersuohungslinie untergebracht sind und die Ausgänge der Detektoren in jeder Anordnung zusammen mit einer Aufzeichungseinrichtung für die Ausgänge verbunden sind, das Betätigen der Quellen der akustischen Energie, um akustische Wellen in die Erde zu übertragen, das Feststellen der Refle_xtionen der Wellen von einer Zwischenfläche zwischen unterirdischen Gesteinsschichten an den Detektoren, das Bewegen der Quellen akustischer Energie zu anderen Unterordnungen in den Anordnungen,

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und zwar im Abstand zur bisherigen Anordnung auf einer zweiten Untersuchungslinie und durch Wiederholen der Aussendung von Energie und Peststellen der Reflexion, summieren der Ausgänge der Detektoren in bezug auf alle akustischen Energiequellen innerhalb eines gegebenen Bereichs, durch Bewegen der akustischen Energie zu Punkten in einen ersten Unterbereich innerhalb eines unterschiedlichen Bereichs der Quellenstellen und durch Wiederholen der Stufen des Erzeugens akustischer Energie und des Aufzeichnens, das Bewegen der Quellen zu Punkten in weiteren Unteranordnungen von unterschiedlichen Anordnungen und summieren der Ausgänge der Detektoren und durch Korrelieren der Aufzeichnungen, welche jeder Anordnung entsprechen, und zwar in bezug auf die Reflexion von CDP-Punkten an Grenzflächen, um eine Darstellung der Gestalt der Grenzfläche zu erhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Detektoren eine Mehrzahl

von Linien senkrecht zur Untersuchunglinie umfaßt, ι- U

längs welcher die Anordnungen angeordnet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung der Detektoren längs einer im wesentlichen geschlossenen Linie angeordnet sind, die einen Bereich festlegen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnungen- bzw. Stellen, an welchen akustische Energie der Erde erteilt wird, längst einer im wesentlichen geschlossenen Linie angeordnet sind,

welche einen Bereich festlegen.
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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder ^, dadurch gekennzeichnet, daß die Linie im wesentlichen ein Quadrat festlegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4₃ dadurch gekennzeichnet, daß Anordnungen bzw. STellen, an welchen akustische Energie der Erde erteilt wird, längs Linien angeordnet sind, welche innerhalb eines Bereiches liegen^ welcher den Bereich in im wesentlichen gleiche Unterbereiche der Untersuchung unterteilt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet; '-daß wenigstens eine der Dimensionen der Länge und der Breite der gesamten Quellenbereiche und Detektorenbereiche größer ist als der Abstand der Unterauchunpspunktc; lcirifr.s der IJntersuchuur.slinien.