DE2325361A1

DE2325361A1 - Verfahren zur exploration eines gebietes und seine anwendungen auf die seismische bodenforschung

Info

Publication number: DE2325361A1
Application number: DE2325361A
Authority: DE
Inventors: Maurice Barbier
Original assignee: Societe Nationale des Petroles dAquitaine SA
Current assignee: Societe Nationale des Petroles dAquitaine SA
Priority date: 1972-05-19
Filing date: 1973-05-18
Publication date: 1973-12-06
Also published as: ES414936A1; US3866174A; AU5587073A; BR7303696D0; AU470295B2; OA04392A; FR2184526A1; JPS4949801A; CA989512A; FR2184526B1; GB1426943A; ZA733383B; NL7307023A

Description

DIETRICH LEWINSKY _{1B M}

PATENTANWALT lö. Max

21 - 6cüh»estr. Si 7505-HI/H

5IT7«

Societe Nationale des Petroles d'Aquitaine., Tour Aquitaine, F-92 Courbevoie (Prankreich)

Verfahren zur Exploration eines Gebietes und seine Anwendungen auf die seismische Bodenforschung

Priorität, aus der französischen Patentanmeldung • Nr. 72 18172 vom 19. Mai 1972

Die vorliegende Erfindung bezieht s^:ich auf die Exploration eines Erdgebietes durch Energieübertragung in diesem Gebiet und betrifft insbesondere die geophysikalische Erforschung eines Erdgebietes durch seismische Wellen.

Die Emission von Energie von einem Punkt der Erdoberfläche aus in die Nachbarschaft dieser Oberfläche, Emissionspunkt genannt, erzeugt im Boden Wellen, die verschiedenen Wegstrecken folgen und besonders an den Zwischenflachen zwischen den geologischen Schichten verschiedener Zusammensetzungen Reflexionen erleiden, wobei die genannten Zwischenflachen sich wie Reflektoren für diese Wellen verhalten. Wenn man über Wellenfänger,"wie Seismographen, an geeigneten Orten verfügt, ist es möglich, die reflektierten Wellen an einem oder mehreren Empfangspunkten aufzufangen und zwar als Signale, die aufgezeichnet werden können. Wenn man dann die genannten Aufzeich-

309849/0498

nungen auf geeignete Weise auswertet, kann man die Zeit bestimmen, die zwischen dem Augenblick der Energie-Emission in den Boden und dem Erscheinen der an den verschiedenen Reflektoren reflektierten Wellen an den Empfängern vergangen ist, und aus dieser Zeit die Tiefe der entsprechenden Reflektoren bestimmen, da man die Geschwindigkeit der Ausbreitung der genannten Wellen im Boden kennt. Jede Folge der Aufzeichnung beginnt im allgemeinen mit dem Anfang der Wellenemission und wird erst nach einer Empfangszeit angehalten, die gleich ist der Dauer des ausgesandten Signals und zwar srhöht um die Zeit, die der Zeit dea Hin- und Rücklaufes der Wellen entspricht, die den tiefsten Reflektor zwischen den betrachteten Punkten der Emission und des Empfanges erreichen.

Bei den genannten Explorationsverfahren mit langen Signalen wird die Energie, die die im Boden sich ausbreitenden Wellen erzeugt, in Form eines langen Signals übertragen, dessen Emissionsdauer lang ist im Verhältnis zur Erschütterung¹, die erzeugt würde, wenn die genannte Energie in Form eines einzelnen Impulses übertragen würde, wobei des genannte-lange Signal' im Verlauf der genannten Dauer sich nicht wiederholt und besonders in einem kontinuierlichen, vibrierenden Signal besteht, dessen Polarität man wählen kann und dessen Frequenz und/oder dessen Amplitude als Funktion der Zeit variabel sind, oder in einer Folge von positiven Impulsen einer sehr konstanten Amplitude, die der Zufallsyerteilung gehorcht, und die Prüfung der Zeit für den zurückgelegten Weg der Wellen, die von dem genannten langen Signal erzeugt werden, wird durch Intercorrelation des oder der Signale durchgeführt, die bezüglich des langen, ausgesandten Signals aufgezeichnet werden.

Wenn man f(t) und g(t) als Funktion der Zeit die Amplituden der Signale bezeichnet, die ausgesandt und empfangen werden, und OCdie Dauer des längsten Hin- und Rücklaufes der Wellen im Boden darstellt, definiert man durch die Funktion

309849/04 96

der Intercorrelation von f(t) und g(t) für das Intervall der Zeit £* die Funktion ·

k ( f) - J g(t) f(t +1T) dt ο

Für einen gegebenen Wert von ö(stellt die so definierte Funktion lc CtT ) ein Maximum oder mehrere Maxima für Werte fl» IT ο^V·*···» dar, entsprechend den Zeiten, die von den Wellen für die Wegstrecke vom Emissionspunkt zttm Rezeptions*· ■punkt näeh Reflexion auf den Reflektoren R^, R~_? R^, benötigt Werden. -

Man hat bereits eine Verbesserung der. Explo^atiönsmethodeh mit langen Signalen vorgeschlagen^ dijg von einer Folge von Impulsen mit einer sehr konstaäflten Amplitude gebildet werden _s die der Zufallsverteilung gehorenen_s was er laubt-_a_ mit dei* gleichen Gesamtheit von Rezeptoren und während der gleichen Emissiöhszeit mehrere Vefsehiedene seismische Abschnitte aus dem Explorationggebiet zu erhalten₃ wobei die genannte Verbesserung darin bestellt _a das genannte lange Signal mit Hilfe einer großen Ärizähl von Quellen auszusenden 5 deren Äügenbliöke der Emission einem besonderen Code gehör ehe ti,

Trötä ihres interesses sind diese ExplörätiönsMethoden mit langen Signalen nicht ganz zufriedenstellöiia uöä stellen insbesondere Nachteile dar_s di# in den ö^ismisölien Methoden der Obeifläöhe liegen_s d.h. die Erzeugung eines Oberfläeheiigeräusehes bei der übertragung von Energie in den Boden, wobei das genannte ßerauseh'sich longitudinal ausbreitet, und zwar von dem öder den Emissiohspunkteh aus_s und sich an dem (den) Empfänger(il) den Signalen überlagert, die sich vertikal ausgebreitet haben Und von den verschiedenen Reflektoren reflektiert werden. Dieser Nachteil tritt'besonders bei den ge-

30*β 49/04fr*

232536

nannten Methoden mit langen Signalen als Folge der Emissionsdauer auf , die für das länge, in den Boden übertragene Signal wichtig ist, und der die Dauer des Oberfläohengeräüsches, das durch diese Emission erzeugt wird, gleich ist.

Die vorliegende Erfindung schlägt ein für lange Signale verbessertes Explorationsverfahren vor, indem es zurückgreift auf die übertragung von kontinuierlichen, vibrierenden Signalen in dem zu erforschenen Gebiet, wobei die Signale durch eine große Anzahl von Quellen ausgesandt werden, deren Äugenblicke des Emissionsbeginns deutlich slnd.Däbei erlaubt das genannte Verfahren einerseits, eine bessere Wirksamkeit zu erzielen als diejenige, die man mit dem oben erwähnten Verfahren erhält, besonders was die Möglichkeit betrifft, klare seismische Profile von dem zu erforschenden Gebiet zu bestimmen, und zwar mit der gleichen Gesamtheit von Rezeptoren und für die gleiche Emissionszeit. Andererseits erlaubt das neue Verfahren unter gewissen Bedingungen der Durchführung, sehr stark die Oberfläehengerausche zu vermindern, die durch die Emission des langen Signals, in dem zu erforschenden Gebiet erzeugt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Exploration eines Gebietes besteht darin, In diesem Gebiet eine Folge von Wellen als lange, kontinuierliche-, vibrierende Signale zu erzeugen, die durch eine Vielzahl von Quellen ausgesandt werden, deren Augenblicke des Emissionsbeginns scharf und deutlich sind, wobei die genannten Signale sich während der Emissionsdauer nicht wiederholen, mit Hilfe von mindestens einem Rezeptor die von.mindestens einem Reflektor reflektierten Wellen als Signale zu empfangen und aufzuzeichnen und die Zeiten für die von den genannten Wellen durchlaufenen Strecken durch Intercorrelation der genannten, erhaltenen und aufgezeichneten Signale unter Bezugnahme auf die ausgesandten Signale zu bestimmen. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das

- 5 309849/0496

Zeitintervall zwischen dem Äugenblick des Emissionsbeginns von zwei Quellen, die aufeinander folgend aussenden_s kleiner ist als die Summe der Emissionsdauer der ersten der genannten Quellen, die aufeinanderfolgend aussenden,, und der Dauer des längsten Durchgangs der Wellen in dem zu erforschenden Gebiet, und daß die Augenblicke des Emissionsbeginns von verschiedenen Quellen und die Polaritäten ;der Signale₃ die sie aussenden und durch ein Emissionsprogramm definiert sind_s derart sind, daß beim Intercorrelieren die Folge der Augenblicke des Emissionsbeginns von allen Quellen, die von den Polaritäten der Signale beeinflußt werden, die sie aussenden, beziehungsweise mit der Folge der Augenblicke des Emissionsbeginns von mindestens einer der Quellen, die von'den Polaritäten der Signale beeinflußt werden, die von der genannten Quelle ausgesandt werden,, man für die längste Durchlaufzeit der Wellen in dem zu erforschenden Gebiet, eine Funktion erhält",'- deren Verhältnis der Amplitude der maximalen Spitze zur Amplitude jeder der Sekundärresiduen größer ist im Verhältnis der Amplitude der langen, erhaltenen Signale, nach ihrer Intercorrelation mit der Bezugnahme auf die langen Signale, die. von $eder der Quellen ausgesandt werden, in Zeitintervallen, die den gegebenen Zeitintervallen entsprechen und die genannte maximale Spitze von Jedem der genannten Sekundärresiduen trennen. ^;

Die langen, für das erfindungsgemäße Verfahren anwendbaren Signale sollen vibrierend und kontinuierlich sein und sich nicht im Verlauf ihrer Emission wiederholen. Es sind besonders Vibrationen, deren Frequenz und/oder Amplitude sich als Funktion der Zeit ändern und insbesondere sinusförmige Vibrationen, deren Frequenz eine lineare Funktion der Zeit ist. Die Vibrationen können erzeugt werden, indem man beispielsweise hydraulische oder elektromagnetische Vibratoren als Eraissionsquellen verwendet, während Vorrichtungen wie Ossiilatoren mit variabler Frequenz dazu dienen können _s die genannten Vibratoren zu steuern Gegebenenfalls können die verschiedenen Emissionsquellen ver-

¹ B

— 6 -

schiedene Signale aussenden. Die verschiedenen Emissionsquellen mindestens zwei an Zahl, können auf derselben Fläche aufgestellt werden, wie z.B. besonders bei der Erforschung im Meer, oder auf verschiedenen Flächen wie z.B. im allgemeinen bei der Seismographie auf dem Lande, wenn man ein Erdrelief erforschen will, wobei die Informationen dann so behandelt werden, daß sie auf dieselbe Bezugsfläche zurückführen kann.

Die Positionen der verschiedenen Emissionsquellen können im Verhältnis zu der Gesamtheit der Rezeptoren beliebig sein» Gemäß einer Art der Durchführung der erfindungsgemäßen Arbeitsweise werden die Emissionsquellen in einer Richtung aufgestellt, die senkrecht zur Richtung der Gesamtheit der Rezeptoren verläuft, wobei eine der Quellen in der Verlängerung der genann- : ten Gesamtheit der Rezeptoren verläuft und die Entfernung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Quellen gleich ist, vorzugsweise auf die Entfernung , die den Empfänger von der Emissionsquelle trennt. ;

Nach einer anderen Durchführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Emissionsquellen in einer Richtung auf- ·| gestellt, die mit der Richtung der Gesamtheit der Rezeptoren ver«; bunden ist. Diese Form der Durchführung ist besonders vorteil- j

haft für die beachtliche Herabsetzung des Oberflächengeräusches, j das aus den verschiedenen Emissionen hervorgeht, bevor es die j ^! Rezeptoren erreicht. Da die verschiedenen Quellen Signale ; aussenden, die identisch mit der Polarität sind, senden alle ; Quellen, die zwischen der zuerst aussendenden Quelle und \ ! einem gegebenen Rezeptor liegen, in der umgekehrten Reihe ihrer j Entfernung im Verhältnis zu dem genannten Rezeptor aus« ι \ Die Entfernungen zwisdhen den Quellen sind auf geeignete Weise S als Funktion der Zeitintervalle gewählt, die die Augenblicke j des Emissionsbeginns der genannten Quellen von der Polarität und der Amplitude der Signale trennen, die sie aussenden und

2325381 - τ -

von der Geschwindigkeit des Oberflächengeräusches, das von den , Emissionen dieser Quellen erzeugt wird.

Nach einer bevorzugten Arbeitsweise dieser Durchführungsform senden zwei aufeinanderfolgende Quellen Signale entgegengesetzter Polarität aus, wobei die Entfernung zwischen den ge- > nannten Quellen gleich ist dem Produkt des Zeitintervälls_s das die Augenblicke des Emissionsbeginns trennt, mit der Gesehvfindigkeit der Ausbreitung des Oberflächengeräusches in dem zu erforschenden Gebiet.

In einer speziellen Durchführüngsform des erfindungsgemäßen Explorationsverfährens werden zwei aufeinanderfolgende Augenblicke des Emissionsbeginns derselben Quelle durch ein Zeitintervall getrennt, das- mindestens gleich ist der Summe der Emissionsdauer der genannten Quelle und der Dauer des längsten Durchlaufs der Wellen in dem zu erforschenden Gebiet.

Das erfindungsgemäße Explorationsverfahren kann gleichfalls durchgeführt werden, indem man mehrere Gesamtheiten von Rezeptoren verwendet, wobei die von jeder Quelle ausgesandte und von den verschiedenen Reflektoren reflektierteüWellenvon jeder Gesamtheit von Rezeptoren aufgezeichnet wird, was erlaubt, die seismischen Abschnitte in eine große Anzahl von Richtungen zu vermehren.

Die Erfindung wird an Hand der Beschreibung der Zeichnungen näher erläutert, wobei diese jedoch das beanspruchte Verfahren in keiner Weise einschränken sollen.

Die Fig. 1 gibt eine Darstellung des Weges der seismischen Wellen, die von den drei Emissionsquellen ausgesandt werden und sich nach drei Richtungen bewegen, wobei die Wellen nach _; Reflexion durch einen einzigen Rezeptor empfangen werden;

- 8 3Q9849/0496

die Pig. 2 ist eine Darstellung eines Emissionszyklus von jeder von drei Quellen, als Punktion der Zeit mit Angabe der Polarität im Augenblick des Emissionsbeginns der Signale, die von den drei Quellen ausgesandt werden;

die Fig. 3a, 3b, 3c und 3d sind Diagramme von den Augenblicken des Emissionsbeginns der Quellen E., Ep, E-, und der Gesamtheit der genannten Quellen;

die Fig. 4 zeigt eine Anwendung mit dem Emissionscode der ■ Fig. 2, der Quellen E^, E„ und E, mit zwei Rezeptoren, um eine deutliche Verminderung des horizontalen Geräusches zu erhalten, das von den Emissionen der genannten Quellen erzeugt wird;

die Fig. 5 stellt die rechte Hälfte der Funktion der Autocorrelation der Eolge der Augenblicke bei Emissionsbeginn von allen Quellen dar, die von den Polaritäten der ausgesandten Signale beeinflußt werden, wobei die genannte Punktion symmetrisch im Verhältnis zur Achse der Ordinaten ist.

Bei der Einrichtung der seismischen Forschung, wie sie in Fig. 1 schematisch dargestellt ist, erlaubt die Gesamtheit der Rezeptoren eine gewisse Anzahl von Empfängern oder Seismographen R^, R ρ ·■··- Rjfj ^di^{e au}f einer Linie D angeordnet sind. Die erste Emissionsquelle E^ befindet sich in Richtung D/, die mit der Linie D verbunden ist.

Die Quellen E₂ und E, sind auf der Fläche P angeordnet, die D und E^ enthält, wobei die genannten Quellen E„ und E, sich in die Richtungen D₂,und D-, verschieben, die zur Linie D völlig parallel verlaufen und von beiden Seiten von E₁ derart angeordnet sind, daß die drei Quellen ausgerichtet sind, wobei die Entfernung von E^ zu jeder der Quellen E„ und E., von der gleichen Größenordnung ist wie die Entfernung, die die Quelle E₁ vom nächsten Empfänger R. der gesamten - 9 - "

30 9 8 49/0 496

Rezeptoren trennt. Die Quellen E₁, E₂ und E, sind z.B. Vibratoren, die sinusförmige Signale der gleichen Amplitude aussenden und deren Frequenz eine lineare Punktion der Zeit ist. Die von E„ und E, ausgesandten Signale stehen in Phasenopposition mit dem von E. ausgesandten Signal _s wobei die Emissionszeiten <£ der genannten Signale gleich und etwa von der Größenordnung von 7 Sekunden sind.

Die von Ε_Λ ausgesandten Wellen breiten sich im Boden aus und einige ihrer Bestandteile werden von einem Teil des Reflektors reflektiert, wie durch das Segment d,, auf der Spiegelebene M dargestellt ist. Der einfallenden Welle la entspricht die reflektierte Welle l'a» die von dem Empfänger R. aufgenommen wird, während der einfallenden Welle Ib die reflektierte Welle l^sb - I entspricht, die von dem Empfänger R₁ aufgenommen wird. Das Gleiche^

gilt für die Wellen, die von Ep und E_ ausgesandt werden und ί auf den Segmenten d₂ und d-, der Ebene M zurückgesandt werden. * Die Empfänger R._s R„ ... R, der gesamten Rezeptoren zeichnen also gleichzeitig die von den Quellen E^, E₂ und E., erzeugten Wellen auf, und zwar nach Reflexion auf den Segmenten cL', d₂ und d^.

Ein Emissionsprogramm· für die Quellen E₁, E₂ und E, für 10 Zyklen zur Aufzeichnung ist in Pig, 2 schematisch dargestellt und mit Hilfe von Angaben erläutert, die in der nachfolgenden Tabelle dargestellt sind und die Werte& ₁₂ und Δ_± , sowie Z\ 23 ^der Zeitintervalle als Mehrfaches einer Zeit θ geben,.und die Augenblicke des Emissionsbeginns der Quellen E₁ und E₂ , bzw. der 'Quellen E₁ und E, sowie· der Quellen E₂ und Ew in Bezug auf die Nummer des Aufz'eichnungszyklus trennen.

- 10 -

09840.7 0

- 10 Tabelle

Nummer der _Λ \

^ 12 13 23

Aufzeichnung

1 2 3 4 5 6

10

θ	•3 θ	2 θ
2 θ	5 θ	3 θ.
*2 Q*	6 θ	4 θ
3 θ	8 θ ,	5 θ
4 θ	.9©	5 θ
4 θ	10 θ	6 θ
5 θ	1 1Θ	β θ
5 θ	13 θ	8. θ
6 θ	15 θ	9 Q Ι
6 θ	16 θ	10 θ

■ Die Zeit für einen·AufZeichnungszyklus der Ordnung i ist gleich der Dauer Ti zwischen dem Emissionsbeginn der Quelle E₁ und dem Emissionsende der Quelle E-,, vermehrt um die Zeit OC des Hin- und Zurüekfließens der längsten WeIIe₃ die sich in . dem zu erforschenden Gebiet ausbreitet. In der Seismographie liegt <X im allgemeinen in der Größenordnung von 5 bis 6 Sekunden.

Zwischen dem Emissionsende der letzten Quelle, z.B. E,^ einer horizontalen Linie des Diagramms der Pig. 2, und dem Augenblick des.Emissionsbeginns der ersten Quelle, z.B. E^, einer folgenden horizontalen Linie, ist in dem gewählten Beispiel ein Zeitintervall von mindestens gleich ^Sekunden vorhanden»

Im Augenblick Null beginnt die Quelle E₁ ein langes Signal zu senden, dessen Dauer «f ι_;η der Größenordnung von 7

- - 11 3G9&49/&4S6

Sekunden liegt, wobei die Polarität des Signals positiv ist, und man zeichnet den Augenblick des Emissionsbeginns des genannten Signals auf, das von der entsprechenden Polarität beeinflußt wird. Nach einer Zeit A₁₂, die gleich θ Sekunden ist, beginnt die zweite Quelle E₂ ihrerseits das gleiche lange Signal auszusenden, aber mit negativer Polarität, wobei der genannte Augenblick des Emissionsbeginns gleichermaßen mit einefⁿsprechenden Polarität aufgezeichnet wird. Sobald eine Zeit Δ .,, die 3 θ Sekunden beträgt, seit dem Emissions beginn der Quelle E. verflossen ist, beginnt die Quelle E-, das gleiche lange Signal mit einer negativen Polarität auszusenden und man zeichnet den Augenblick des Emissionsbeginns der genannten Quelle mit der entsprechenden Polarität auf.

Die Aufzeichnungsnummer eins hat also eine Dauer, die gleich ist.der verflossenen Zeit zwischen dem Emissionsbeginn von E. und dem Emissionsende von E-,, vermehrt um die ! Zeit des Durchgangs der längsten Welle, die sich in dem zu t erforschenden Gebiet ausbreitet, wobei die genannte Dauer (T₁ +CK) Sekunden, z.B. noch (3 θ +</ + öf-. )■ Sekunden ist.

Der zweite Aufzeiehnungszyklus beginnt mit der zweiten Emission der Quelle E.. Die Anfänge der zweiten Emissionen der Quellen E₂ und E-, finden dann 2 9 und 5 θ Sekunden nach dem Beginn der zweiten Emission- der Quelle E₁ statt, wobei der zweite Zyklus der Aufzeichnung eine Dauer von (Tp + Or )₉ z.B. (50 +k$ + Of ) Sekunden besitzt. Das geht so bis zum zehnten Aufzeiehnungszyklus, der mit Beginn der zehnten Emission der Quelle E₁ anfängt ·und (X Sekunden nach Ende der zehnten Emission der Quelle E, abschließt, wobei die Dauer dieses zehnten Emissionszyklus gleich (T₁₀ +<*■)■, z.B. (16O £ Sekunden ist.

10

Die Gesamtdauer T' der Aufzeichnung ist gleich ^L— (τι z.B. (96 Q + 10<Γ+ IOC*) Sekunden.

- 12 -

309849/0496

In diesem Beispiel ist die Emission kontinuierlich für IO Aufzeichnungszyklen durchgeführt worden. Selbstverständlich könnte man die Aufzeichnung am Ende irgendeines Aufzeichnungszyklus anhalten. Dies bewirkt in der Tat keine Schwierigkeit für die weitere Behandlung der aufgezeichneten Signale, denn alle Augenblicke des Emissionsbeginns, die von der Polarität der ausgesandten Signale in diesen Augenblicken beeinflußt werden, werden auf einer oder mehreren Bezugslinien aufgezeichnet.

Für das oben angegebene Beispiel der Emission sind die Diagramme für die Augenblicke des Emissionsbeginns, die von der entsprechenden Polarität beeinflußt werden, in den Fig. 3a _s 3b, 3c und 3d für die Quelle E₁, die Quelle E₂, die Quelle E, und die Gesamtheit der genannten Quellen für die drei ersten Aufzeichnungszyklen ohne Anhalten zwischen jedem Zyklus dargestellt.

Man kann erkennen, daß die Quellen Ε.', Ep und E, gleichzeitig in diesem Sinne senden, daß für jeden Aufzeichnungszyklus die Emission der einen der Quellen dann beginnt, wenn mindestens die eine der Emissionen .der beiden anderen Quellen die^Gesamtheit der Rezeptioren nach Reflexion auf dem tiefsten Reflektor nicht erreicht hat. Auf alle Fälle sind die Emissionen der genannten Quellen nicht synchron, denn ihre Augenblicke des Beginns-sind gegeneinander verschoben.

Im Verlauf der Emission zeichnet die Gesamtheit der Rezeptoren gleichzeitig die von E., Ep und E₁, erzeugten und von den Re-, flektoren d^, d₂ und d-, reflektierten Wellen a,uf. Daraus geht hervor, daß die Informationen entsprechend jeder der Quellen E₁, E₂ und· E, im Verlauf der Aufzeichnung gemischt werden. Wenn man mit JP₁Ct), fg(t) und f, Ct).die Funktionen bezeichnet, die die Code der Augenblicke des Emissionsbeginns der Quellen

₁, E₂ und E, darstellen und mit h₁Ct), H₂ (t) und h,Ct) die entsprechend den bei den seismischen-Aufzeichnungen erhaltenen Funktionen, so ergibt in der Tat, wenn-man eine Emission auf

309849/0496

der Oberfläche des Boden mit ausschließlich den Quellen E₁, E₂ und E-r durchgeführt hat, die von dem Rezeptor empfangen werden, die Summe der Produkte folgender Faltung:

f_a(t) Ah₁Ct) + f₂(t)»h₂(t) + £,(t)* h₃(t)

/
Ausgehend von diesen gemischen Größen ist es möglich«.

als Folge eines besonderen Emissionsprogrammes, das für die Quellen E₁, E₂ und E, ausgewählt wird_a die Informationen
zu unterscheiden, die den Reflektoren d*_s dp und d-, entsprechen, indem man die von der Gesamtheit der Rezeptoren erhaltenen und aufgezeichneten Signale mit der Folge der Augenblicke des Emissionsbeginns der Quellen E₁, E₂ und E₃ intercorreliert, wobei die genannten Augenblicke von den entsprechenden Polaritäten beeinflußt werden. -

In der Tat kann man durch Intercorrelation auf das Zeitintervall O^ , das durch den oder die Gesamtheit der Rezeptoren mit einer der oben definierten Emissionsfunktioneh erhalten wird, das Ergebnis dieser Intercorrelation für den Fall schreiben, wo man sich für die Quelle E₁ interessiert:

In diesem Ausdruck ist F₁₁Ct) die Funktion der Autocorrelation YOnT₁Ct), und F₁₂(t) und F-i-zCt) bezeichnen die Funktionen der Intereorrelation von fAt) mit f₂(t) und von ^Ct) mit f₃Ct). wobei das Symbol * "gefaltet auf" bedeutet. ,

Infolge der Wahl des Emissionsprogramms der Quellen E₁, E₂ und E, ist das Verhältnis der maximalen Spitze von F₁₁Ct) der Summe der Amplituden der Sekundenresiduen F₁₂Ct) und P₁₃Ct) dem Verhältnis der Amplitude der Signale überlegen, die in dem Zeitintervall erhalten werdenj die dem gegebenen Zeit-

- 14 -.

intervallen entsprechen, die &<Λ^) von jedem der genannten Sekundärresiduen F₁₂Ct) ^₁,(t) trennen, obgleich das Endergebnis physikalisch identisch mit demjenigen ist, das man erhalten hätte, wenn die Quelle E. allein gewesen wäre und mit dem Code- iy(t) ausgesandt hätte, d.h. dem Produkt der~ Faltung F₁₁Ct) * h_±(t).

Man kann also aus dieser Intercorrelation die gesuchte Funktion h₁(.t) ableiten, ohne durch die sekundären Terme F₁₂(t)*h₂(t) + F₁,(t>*h,(t) gehindert zu werden, die man vernachlässigen kann.

Auf die gleiche Weise kann man zur Bestimmung des Ergebnisses, das physikalisch mit demjenigen identisch wäre, das man erhält, wenn die Quelle Ep oder E, allein tätig gewesen wäre_s für die.Quelle E₂ den Ausdruck berechnen

F₂₂(t)*h₂(t}+F₂₃*h₃(t) + P_nCt)Ah₁Ct) und für die Quelle E, den Ausdruck

+ F₂₁<t)*h₂Ct) " ■ -

In diesen Ausdrucken bezeichnen F₃₂Ct) und F-,-,(t) die Funktionen der Autocorrelation von L(t) und f,(t), und F₂₁Ct), F₂₅Ct), F₅₂Ct) und F₅₂Ct) ,stellen die Funktionen der Intercorrelation von f₂"(t) mit f.-Ct^und von f^(t) mit f₂Ct) dar, die man infolge derWahl des Emissionsprogrammes der Quellen vernachlässigen kann.

+ von f_o(t) mit f,(t),von f^Ct) mit

^{2 5} mit f|Ct)

Bei der Einrichtung, wie sie in der Fig. 4 schematised dargestellt ist, sind die Quellen E₁, E₂ und E, mit der Gesamtheit der Rezeptoren R und R'aufgestellt, wobei die genannten Quellen zwischen R und R' mit E₂ und E₅ beiderseits von E₁ angeordnet sind.

Wenn man mit ¥ die Geschwindigkeit des Oberflächengeräusches

232536

bezeichnet j das sich horizontal ausbreitet, wählt man für jeden Aufzeichnungszyklus i die Entfernungen (I₁₂)^ ^und ^¹13^i^s wobei I₁₂ und 1., die Entfernungen von E. zu Ep und von E₁ zu Ε., darstellen, die gleich V- (^-ip^i ^fur ^12^1 und V. (A₁J)₁ für U₁J₁ sind, wobei die Quelle E₁ sich zwischen zwei aufeinander folgenden Zyklen der Aufzeichnungen verschieben kann.

Währdnd der Emission erzeugt die Quelle E₁ ein Oberflächengeräüseh einer gewissen Polarität, das sich gegen R und R¹ ausbreitet. Dieses· Oberflächengeräusch wird vergrößert durch die Oberflächengeräusche, die von den Emissionen der Quellen E₂ und E-, durch Polarität erzeugt werden, die der von E₁ entgegengesetzt ist, und um die Zeiten verzögert werden_s die von dem Geräusch geschaffen werden_s das von E₁ bewirkt wird, um die Quellen E₂ und E, zu erreichen, indem es sich gegen R und R^s ausbreitet. Bei diesen Bedingungen wird das Ergebnis der Emissionen der Oberflächengeräusehe, die durch die Gesamtheit der drei Quellen zustande kommen_s sehr stark auf das Niveau der Empfänger im Verhältnis zu dem herabgesetzt, das stattgefunden hätte, wenn die drei Quellen synchron mit der gleichen Polarität ausgesandt hätten.

Um das Signal wiederzufinden, das sich vertikal ausbreitet und das das nützliche Signal für die Untersuchung der Reflektoren ist, intercorreliert man die bei jedem Zyklus erhaltenen und aufgezeichneten Signale mit den Augenblicken des Emissionsbeginns aller Quellen E₁, E₂ und E,, die von der entsprechenden Polarität beeinflußt werden, dann zieht man die Summe der Ergebnisse der Intercorrelatlonen für alle Zyklen der Aufzeichnung.

Das so erhaltene Ergebnis ist demjenigen äquivalent, das man gefunden hätte, wenn alle Vibratoren in Phase oder synchron ausgesandt hätten, gefaltet auf die Summe der

■■■,-.■ ; - 16 -

309849/0496

; Autocorrelationen der Augenblicke des Emissionsbeginns drei Quellen, die durch ihre Polarität für jeden der Aufzeichnungszyklen beeinflußt werden.

Die Summe dieser Punktionen der Autocorrelation, die von den Coden jedes Zyklus und von der Zahl der verschiedenen Zyklen abhängt, wird in dem Beispiel· dargestellt, das in Fig. 5 gewählt ist.

Diese Punktion setzt sich aus einer Maximalamplitude 30 zusammen, da 10 Zyklen der Aufzeichnung und drei Emissionsquellen vorhanden sind, die von sekundären Residuen umgeben sind, deren Abszissan und Amplituden direkt mit HiIe der zu Fig. 2. gehörenden Tabelle bestimmt werden können.

Jedem Wert Δ.ρ oder Λ., dieser Tabelle entspricht eine Amplitude voir^Wert -1 bei der Funktion der Autocorrelation auf der angegebenen Abszisse durch den genannten Wert Δ, _P oder £*-*-z» während jedem Wert A„, der Tabelle eine Amplitude vom Wert +1 entspricht bei der Funktion der Autocorrelation zur zugehörigen Abszisse dp,) wobei die anderen Werte der Funktion der Autocorrelation null sind.

Um den Wert der Funktion der Autocorrelation bei einem bestimmten Augenblick zu erhalten, z.B. bei den Augenblicken. 4 Θ, 7 θ und 15 θ, sucht man die Nummer, wo dieser Augenblick in der Tabelle erscheint, und zieht die algebraische Summe der entsprechenden Amplituden.

So findet man für den Augenblick 4 θ zwei Mal den Wert -1 in der Spalte^₁₂ ^{und ein Mal} dem Wert fl in der Spalte ^23, was einen Wert -1 zur Zeit.4 θ bei der Funktion der Autocorrelation darstellt. ·

Da der Augenblick 7 θ in keiner der Spalten der Tabelle

- 17 -

3098 49/0496

j vorkommt, ist der Wert der Punktion der Autocorrelation in j diesem Augenblick Null. . |

. Was den Wert der Punktion der Autocorrelation im Augenblick j

15 θ betrifft, so ist.dieser gleich -1, denn der Augenblick j 15 θ kommt einzig in der Spalte A₁^ der Tabelle vor. " j

Die Verwendung von Signalen j die verschiedene Polaritäten j haben, erlaubt, mehrere Male hintereinander die gleiche ^: Zeitspanne darzustellen, indem man die Augenblicke des Emissions-i beginns zweier Quellen trennt, ohne die Amplitude der Residuen j der Punktion der Autocorrelation der Augenblicke des Emissions- j beginns der gesamten Quellen zu vergrößern, die von ihrer j Polarität beeinflußt werden. -S

Pur eine Anzahl der gegebenen Aufzeichnungszyklen ist j

die Maximalspanne, die man anwenden muß, kürze*? als die- ;

jenige, die man in dem Pail benötigt, wo alle Signale die '

gleiche Polarität haben, und zwar mit einer Punktion der Auto- ! correlation , die die Residuen der Correlation von nicht null
auf eine kürzere Länge hat.

30 98 49/0 496

Claims

DIpl.-Ing. DIpI. oec, publ. DIETRICH LEWINSKY 2325361 18. Mai 1973 PATENTAN.VALT ^p 8München2l-Goit}iardstr.81 «© 75Ο5-ΙΙΙ Telefon 56 17 62 Soeiete Nationale des Petroles d'Aquitaine Courbevoie, Tour Aquitaine (Frankreich) Patentansprüche:

1.jVerfahren zur Exploration eines Gebietes, wobei man in diesem Gebiet eine Folge von Wellen in Form langer, kontinuierlicher, vibrierender Signale erzeugt, die durch eine Vielzahl von Quellen, ausgesandt werden, deren Augenblicke des Emissionsbeginns klar und deutlich sind, wobei sich die genannten Signale während' der Dauer ihrer Emission nicht wiederholen, dann mit Hilfe mindestens eines Rezeptors die von mindestens einem Reflektor reflektierten Wellen empfängt und in Form von Signalen aufzeichnet, die Zeiten des Wegdurchlaufs der genannten Wellen durch Interkorrelation der genannten Signale bestimmtj die erhalten und mit Bezugnahme auf die ausgesandten Signale aufgezeichnet wurden, dadurch gekennzeichnet-₃ daß das Zeitintervall zwischen den Augenblicken des Emissionsbeginns von zwei Quellen, die nacheinander aussenden, kleiner ist als die | Summe der Emissionsdauer der ersten der genannten Quellen, die; [ nacheinander aussenden, und der Dauer des längsten Wegdurchlaufs der Wellen in dem zu erforschenden Gebiet, und daß die Augenblicke des Emissionsbeginns der verschiedenen Quellen und

die Polaritäteiider Signale, die sie. aussenden, definiert durch j ein Emissionsprogramm, derart sind, daß durch Interkorrelation I die Folge der Augenblicke ,des Emissions.*) e-ginns aller Quellen, die von den Polaritäten der Signale,,die sie aussenden, beeinflußt werden, beziehungsweise mit der Folge der Augenblicke des Emissionsbeginns von mindestens einer der Quellen, die von den

209849^0496

-je -

Polaritäten der Signale beeinflußt werden, die von der genann-. ten Quelle ausgesandt werden, daß man während der ganzen Zeit des längsten Durchlaufes der Wellen in dem zu erforschenden Gebiet eine Funktion erhält, deren Verhältnis der Amplitude zur maximalen Spitze auf der Amplitude von jedem der sekundären Residuen größer ist im Verhältnis der Amplituden der langen empfangenen Signale_a nach ihrer Interkorrelation mit Bezugnahme auf die langen Signale, die* von jeder der Quellen ausgesandt werden, in ZeitIntervallen, die den gegebenen Zeitintervallen entsprechen, indem man die genannte maximale Spitze von jeder der genannten sekundären Residuen trennt.

2. Verfahren zur Exploration eines Gebietes gemäß Anspruch 1, , dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Quellen Signale aussenden, die mit der Polarität identisch sind.

, I

Verfahren zur Exploration eines Gebietes gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellen in einer Richtung auf- j gestellt werden, die mit der Richtung der gesamten Rezeptoren derart verbunden ist, daß alle Quellen, die zwischen der Quelle, die als erste aussendet, und einem gegebenen Rezeptor liegen, in umgekehrter Reihe ihrer Entfernung im Verhältnis zum genannten Rezeptor aussenden, wobei die Entfernungen zwischen den Quellen als Punktion der Zeitintervalle gewählt werden, die die Augenblicke des Emissionsbeginns der genannten Quellen, der Polarität und der Amplitude der Signale trennen, die sie aussenden, sowie der Geschwindigkeit der Ausbreitung des Oberflächengeräusches, das von der Emission der genannten Signale erzeugt wird, damit das Oberflächengeräusch, das bei allen Emissionen entsteht und von dem genannten,Rezeptor empfangen wird, stark herabgesetzt wird.

Verfahren zur Exploration eines Gebietes gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwei beliebige, aufeinanderfolgende Quellen Signale entgegengesetzter Polarität aussenden, wobei

mm ~Z mm.

3 0 98 4970496

die Entfernung zwischen den genannten Quellen gleich ist dem
Produkt des Zeitintervalls, das die Augenblicke des Emissions
Beginns dieser Quellen trennt, mit der· Geschwindigkeit der
Ausbreitung des Oberflächengeräusches, das bei der Emission
; der Quellen in dem zu erforschenden Gebiet erzeugt wird.

; 5. Verfahren zur Exploration eines Gebietes gemäß Anspruch 1
! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsquellen in
' einer Richtung senkrecht zur Richtung der gesamten.Rezeptoren
■' aufgestellt werden, wobei eine der Quellen sich in der Verj längerung der gesamten Rezeptoren befindet und die Entfernung ; zwischen zwei aufeinanderfolgenden Quellen gleich ist der
Entfernung, die den Rezeptor von der Emissionsquelle trennt,
die mit ihm aufgestellt ist. ;

6. Verfahren zur Exploration eines Gebietes gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß man mehrere
Gesamtheiten von Rezeptoren verwendet, wobei die Wellen, die
von jeder der Quellen ausgesandt werden, nach Reflexion in dem! zu erforschenden Gebiet von jedem der gesamten Rezeptoren auf- i gezeichnet werden. r

7. Verfahren zur Exploration eines.Gebietes gemäß einem der An- ' Sprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die; Quellen > sinusförmige Signale aussenden, deren Frequenz: und/oder deren ■ Amplitude sich linear als Punktion der Zeit ändern. \

8. Verfahren zur Exploration eines Gebietes gemäß einem der An- j sprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwei aufeinander- ; folgende Augenblicke des Emissionsbeginns derselben Quelle j durch Zeitintervalle getrennt werden, die mindestens gleich | sind der Summe der Emissionsdauer der genannten Quelle und der ; Dauer des längsten Durchlaufs der Wellen in dem zu'erforschen- . den Gebiet.

3 098^9/0496