BRPI0402728B1

BRPI0402728B1 - método para anulação de fantasmas e atenuação de reflexão de múltiplos, método para exploração sísmica e método para pesquisa de formações terrestres localizadas abaixo de um corpo de água

Info

Publication number: BRPI0402728B1
Application number: BRPI0402728-0A
Authority: BR
Inventors: Svein Torleif Vaage; Jacob T. Fokkema; Peter M. Van Den Berg
Original assignee: Pgs Americas, Inc
Priority date: 2003-07-16
Filing date: 2004-07-15
Publication date: 2020-11-03
Also published as: US20050013194A1; GB0413342D0; EG23599A; GB2404025A; MXPA04006979A; US7123543B2; NO331334B1; AU2004202900A1; NO20042555L; AU2004202900B2; GB2404025B; BRPI0402728A; CA2474526A1; CA2474526C

Abstract

"MÉTODO PARA EXPLORAÇÃO SÍSMICA UTILIZANDO SENSOR DE MOVIMENTO E DADOS DO SENSOR DE PRESSÃO". A presente invenção refere-se a métodos para processamento de dados sísmicos adquiridos usando tanto sensores de movimento quanto sensores de pressão. É descrito um método para anulação de fantasmas e atenuação da reflexão do múltiplo da superfície da água nos dados sísmicos marinhos de sensor duplo. A anulação de fantasmas é executada transformando os dados no domínio da freqüência espacial, e separando os componentes do campo de onda ascendente e descendente dos dados transformados. Além disso, é descrito um método para a exploração sísmica que inclui atuar uma fonte de energia sísmica em uma massa de água em uma pluralidade de posições. São medidos um parâmetro relacionado com a pressão e um parâmetro relacionado com um componente vertical do movimento da partícula. As medições do parâmetro relacionado com a pressão e parâmetro do movimento da partícula adquiridas em cada uma da pluralidade das posições de fonte são então decompostas em componentes de campo de onda ascendente e descendente, e um campo de onda substancialmente sem múltiplo é então determinado a partir dos componentes do campo de onda decomposto.

Description

Antecedentes da Invenção Campo da Invenção

[001] A invenção refere-se, de forma geral, ao campo da exploração sísmica. Mais especificamente, a invenção refere-se a métodos para processamento de dados sísmicos adquiridos usando ambos, sensores de movimento e sensores de pressão.

Técnica Antecedente

[002] Na exploração sísmica, os dados sísmicos são adquiridos concedendo energia acústica para a terra perto da sua superfície, e detectando a energia acústica que é refletida dos limites entre as camadas diferentes das formações da terra da subsuperfície. A energia acústica é refletida quando existe uma diferença na impedãncia acústica entre camadas adjacentes para um limite. Sinais representando a energia acústica detectada são interpretados para inferir estruturas e composição das estruturas da terra da subsuperfície.

[003] Na exploração sísmica marinha, uma fonte de energia sísmica, tal como uma pistola pneumática, ou formação de pistola pneumática, é tipicamente usada para conceder a energia acústica para a terra. A pistola ou formação pneumática é acionada em uma profundidade selecionada na água tipicamente enquanto a pistola ou formação pneumática é rebocada por um navio. O mesmo navio ou um diferente reboca um ou mais cabos do sensor sísmico, chamados "serpentinas", na água. Geralmente, a serpentina se estende atrás do navio ao longo da direção na qual a serpentina é rebocada. Tipicamente, uma serpentina inclui uma pluralidade de hidrofones dispostos no cabo em posições conhecidas separadas ao longo do cabo. Os hidrofones, como é conhecido na técnica, são sensores que geram um sinal óptico ou elétrico correspondendo com a pressão da água ou o gradiente de tempo (dp/dt) da pressão na água. O navio que reboca a uma ou mais serpentinas tipicamente inclui equipamento de gravação para fazer uma gravação, indexada com relação ao tempo, dos sinais gerados pelos hidrofones em resposta à energia acústica detectada. A gravação dos sinais é processada, como previamente explicado, para inferir estruturas de e composições das formações de terra abaixo das localizações nas quais o levantamento sísmico é executado.

[004] Os dados sísmicos marinhos frequentemente incluem dois artefatos particulares que exigem técnicas a considerar de modo a mais precisamente inferir a estrutura e composição das formações da terra da subsuperfície. Esses dois artefatos, conhecidos como formação de fantasmas e reflexões do múltiplo da camada da água, surgem porque a água tem uma impedância acústica substancialmente diferente do que o ar acima da superfície da água, e porque a água tipicamente tem uma impedância acústica substancialmente diferente do que as formações da terra no fundo da água (ou fundo do mar).

[005] A formação de fantasmas e os múltiplos da camada da água podem ser entendidos como segue. Quando a pistola pneumática ou formação de pistola pneumática é acionada, a energia acústica irradia geralmente de modo descendente onde ela passa através do fundo do mar e para dentro das formações da terra da subsuperfície. Um pouco da energia acústica é refletida nos limites da impedância acústica da subsuperfície entre camadas das formações de terra, como previamente explicado. A energia acústica refletida percorre geralmente de modo ascendente, e é finalmente detectada pelos sensores sísmicos (hidrofones) em uma ou mais serpentinas. Depois que a energia refletida alcança as serpentinas, entretanto, ela continua a percorrer para cima até que ela alcança a superfície da água. A superfície da água tem reflexibilidade quase completa (coeficiente de reflexão igual a unidade) com relação a energia acústica que percorre ascendentemente. Portanto, quase toda a energia acústica que percorre ascendentemente refletirá da superfície da água, e percorrerá para baixo novamente. A energia acústica refletida na superfície da água também será deslocada em fase por cerca de 180 graus da energia acústica incidente que percorre para cima. A energia acústica que percorre para baixo refletida na superfície é geralmente conhecida como um sinal "fantasma". O sinal fantasma causa uma "brecha" distinta, ou atenuação da energia dentro de uma frequência limitada, na energia acústica detectada pelos hidrofones. A frequência da brecha no sinal acústico detectado está relacionada com a profundidade selecionada na qual a serpentina está disposta, como é bem conhecido na técnica.

[006] A energia acústica que percorre para baixo refletida da superfície da água, bem como a energia acústica que emana diretamente da fonte de energia sísmica pode refletir do fundo da água e percorrer para cima, onde ela é detectada pelos hidrofones. Essa mesma energia acústica que percorre para cima também refletirá da superfície da água, novamente percorrendo para baixo. A energia acústica pode, assim, se refletir de ambos a superfície da água e o fundo da água uma série de vezes antes dela ser atenuada, resultando nas assim chamadas reverberações da camada da água. Tais reverberações podem ter amplitude substancial dentro da energia acústica detectada total, mascarando a energia acústica que é refletida dos limites da camada da subsuperfície, e assim tornando mais difícil inferir as estruturas da subsuperfície e composições a partir dos dados sísmicos.

[007] É conhecido na técnica proporcionar um assim chamado cabo de "sensor duplo" para detectar sinais acústicos (sísmicos) para certos tipos de levantamentos sísmicos marinhos. Um tal cabo é conhecido como um "cabo do fundo do oceano" (OBC) e inclui uma pluralidade de hidrofones localizados em posições separadas ao longo do cabo, e uma pluralidade de geofones substancialmente colocados juntos no cabo. Os geofones são responsivos à velocidade do movimento do meio ao qual os geofones estão acoplados. Tipicamente, para OBCs, o meio no qual os geofones estão acoplados é o fundo da água ou fundo do mar. O uso dos sinais adquiridos usando cabos de sensor duplo possibilita formas particularmente úteis de processamento de dados sísmicos. Tais formas de processamento de dados sísmicos geralmente faz em uso do fato que o sinal fantasma é substancialmente oposto em fase à energia acústica que percorre ascendentemente. A fase oposta da reflexão fantasma se manifesta nos sinais medidos pelos hidrofones tendo sinal ou polaridade oposta quando comparado com a energia acústica que percorre ascendentemente. Pelo fato de que um geofone é sensitivo de modo direcional (enquanto que um hidrofone não é), o sinal fantasma percorrendo descendentemente causa uma outra inversão de fase no sinal quando detectado pelo geofone, com resultado que a onda que percorre ascendentemente e o sinal fantasma que percorre descendentemente detectados pelo geofone estarão em fase.

[008] A relação precedente entre as polaridades da energia acústica ascendente e descendente levou a uma série de técnicas de "anulação de fantasmas" e atenuação do efeito da camada da água. Uma tal técnica é descrita na patente U.S. n° 4.486.865 emitida para Ruehle. Cada par de detector compreende um geofone e um hidrofone. Um filtro é aplicado na saída de pelo menos um do geofone ou hidrofone em cada par de modo que o conteúdo de frequência do sinal filtrado é ajustado. O ajuste para o conteúdo de frequência é tal que quando o sinal filtrado é combinado com o sinal do outro sensor, as reflexões fantasmas se cancelam.

[009] A patente U.S. n° 5.621.700 emitida para Moldovenu também descreve o uso de pelo menos um par de sensores em um método para atenuação de fantasmas e reverberações da camada da água.

[0010] A patente U.S. n° 4.935.903 emitida para Sanders et al. descreve um método para reduzir os efeitos das reverberações da camada da água que inclui medir a pressão nas profundidades verticalmente separadas, ou medir a pressão e o movimento da partícula usando pares de sensores. O método inclui melhorar os dados de reflexão primários para uso no processamento pré-pilha pela adição dos dados fantasmas.

[0011] A patente U.S. n° 4.979.150 descreve um método para a exploração sísmica marinha no qual a saída dos hidrofones e geofones substancialmente colocados juntos é submetida a um fator de escala. A patente declara que os hidrofones e geofones colocados juntos podem ser posicionados no fundo do mar ou acima do fundo do mar.

[0012] Os benefícios do uso de cabos de sensor duplo foram bem reconhecidos. Entretanto, técnicas conhecidas na técnica para a anulação de fantasma e atenuação de múltiplo são tipicamente planejadas para uso com OBCs. Métodos conhecidos na técnica para anulação de fantasma e atenuação de múltiplo da camada da água conhecidos na técnica funcionam para OBCs porque o fantasma e a energia do múltiplo da camada de água está tipicamente descendo no fundo do mar, tornando relativamente simples discriminar os fantasmas e múltiplos da camada de água da energia sísmica refletida das estruturas da terra abaixo do fundo do mar, que está geralmente subindo. É desejável ser capaz de anular fantasmas e atenuar múltiplos da camada da água em sinais do sensor duplo adquiridos usando cabos de sensor duplo do tipo de serpentina rebocados por um navio. O uso de serpentinas de sensor duplo é particularmente desejável porque mover uma serpentina de uma localização para outra é muito menos consumidor de tempo e muito mais fácil do que mover um OBC. Ademais, é desejável ter um método para a anulação de fantasma e atenuação de múltiplo para uma serpentina de sensor duplo que é relativamente insensível a profundidade da água na qual a serpentina está posicionada (rebocada), é relativamente insensível às ondulações na superfície da água, e para o qual o conhecimento da "onda pequena" da fonte de energia (assinatura acústica) antecipadamente é desnecessário. Entretanto, as técnicas conhecidas na técnica para anulação de fantasma e atenuação do múltiplo da camada de água não provaram ser muito efetivas para dados de serpentina de sensor duplo porque na profundidade na água na qual as serpentinas tipicamente são rebocadas, os múltiplos da camada de água podem incluir componentes ascendentes e descendentes, tornando difícil a discriminação direcional.

Sumário da Invenção

[0013] Um aspecto da invenção é um método para anulação de fantasmas e atenuação da reflexão do múltiplo da superfície da água nos dados sísmicos marinhos do sensor duplo. Um método de acordo com esse aspecto da invenção inclui decompor os dados de uma pluralidade de posições de fonte em componentes de campo de onda ascendente e descendente usando um parâmetro medido relacionado com pressão e um parâmetro medido relacionado com o movimento vertical da partícula. Um campo de onda sem múltiplo é então determinado a partir dos campos de onda decompostos. Nesse aspecto da invenção, a anulação de fantasmas é executada transformando os dados no domínio da frequência espacial, e separando os componentes do campo de onda ascendente e descendente dos dados transformados.

[0014] Um outro aspecto da invenção é um método para anular fantasmas dos dados sísmicos. Os dados sísmicos compreendem medições de um componente vertical de um parâmetro relacionado com o movimento da partícula e um parâmetro relacionado com a pressão. As medições relacionadas com a pressão e o movimento das partículas são feitas juntas, e são feitas em uma pluralidade de posições separadas. O método inclui transformar os dados no domínio da frequência espacial, e separar um componente de campo de onda ascendente dos dados transformados. O componente do campo de onda ascendente é o campo de onda sem fantasmas.

[0015] Um método para a exploração sísmica de acordo com um outro aspecto da invenção inclui atuar uma fonte de energia sísmica em uma massa de água em uma pluralidade de posições. Um parâmetro relacionado com a pressão é medido em uma pluralidade de localizações em uma profundidade selecionada abaixo da superfície da massa de água. Um parâmetro relacionado com um componente vertical do movimento da partícula é também medido substancialmente nas mesmas localizações quando medindo o parâmetro relacionado com a pressão. As medições do parâmetro relacionado com a pressão e parâmetro do movimento da partícula adquiridas em cada uma da pluralidade das posições de fonte são então decompostas em componentes de campo de onda ascendente e descendente, e um campo de onda substancialmente sem múltiplo é então determinado a partir dos componentes do campo de onda decomposto.

[0016] Outros aspectos e vantagens da invenção ficarão evidentes a partir da descrição seguinte e pelas reivindicações anexas.

Breve Descrição dos Desenhos

[0017] A Figura 1 mostra um navio sísmico rebocando uma fonte e serpentina, para adquirir sinais que podem ser processados de acordo com um aspecto da invenção.

[0018] A Figura 2 mostra um sistema de coordenadas e notação usados para explicar os métodos de processamento de sinal de acordo com a invenção.

[0019] A Figura 3 é um fluxograma de uma modalidade exemplar de um método de acordo com a invenção.

[0020] A Figura 4 mostra um computador programável de uso geral configurado para ler um programa de computador de acordo com a invenção.

Descrição Detalhada

[0021] Uma técnica exemplar para adquirir dados sísmicos que podem ser usados com métodos de processamento de dados sísmicos de acordo com a invenção é mostrada na Figura 1. O exemplo na Figura 1 é bidimensional, significando que a técnica está relacionada com os dados adquiridos usando um único cabo de sensor sísmico ("serpentina") ou um cabo de fundo do oceano. Uma representação bidimensional dos métodos de acordo com a invenção é somente planejada para mostrar o princípio da invenção e não é planejada para limitar o escopo da invenção. Métodos de processamento de dados de acordo com a invenção podem também ser usados com técnicas de aquisição tridimensionais, nas quais mais do que uma fonte sísmica e/ou serpentinas lateralmente separadas (e/ou cabos do fundo do oceano) são usadas para adquirir dados sísmicos representativos de uma área de subsuperfície selecionada.

[0022] Na Figura 1, um navio sísmico 10 inclui equipamento de navegação, controle de fonte sísmica e de gravação (citados por conveniência a seguir como o "sistema de gravação") de quaisquer tipos bem conhecidos na técnica e mostrados geralmente em 12. O sistema de gravação 12 faz com que uma fonte sísmica 14 rebocada na água 11 acione em tempos selecionados. A fonte 14 pode ser qualquer tipo bem conhecido na técnica, incluindo pistolas pneumáticas ou pistolas de água. Em outras modalidades, podem existir mais do que uma fonte de energia sísmica. A configuração da fonte de energia sísmica real usada não é planejada para limitar o escopo da invenção.

[0023] Em algumas modalidades, um cabo de sensor duplo ou "serpentina" 16 é também rebocado pelo navio 10. A serpentina 16 inclui pares de sensores substancialmente colocados juntos 18 em posições separadas ao longo do cabo 16. Cada par de sensor 18 inclui um sensor (não mostrado separadamente) responsivo à pressão na água 11 ou às mudanças na pressão tal como mudança na pressão com relação ao tempo, e um sensor (não mostrado) responsivo ao movimento da partícula da água 11. Como é bem conhecido na técnica, o sensor responsivo à pressão pode ser um hidrofone, e o sensor responsivo ao movimento pode ser um acelerômetro, um sensor de posição ou um geofone (responsivo à velocidade da partícula). O tipo de cada um dos sensores (não mostrados) de fato usados em qualquer sistema de aquisição não é planejado para limitar o escopo da invenção. Para finalidades da invenção, e como será explicado abaixo, é somente necessário ser capaz de determinar um componente vertical do movimento da partícula (ou aceleração ou velocidade) em cada par de sensor 18. Disposições de sensor que possibilitam tal determinação incluem, por exemplo, um geofone tendo um dispositivo de medição de orientação associado com ele tal que o componente vertical do movimento pode ser calculado a partir do movimento medido real e da orientação relativa do geofone. Outros exemplos de um sensor incluem um geofone articulado, tal que o eixo sensível do geofone é orientado substancialmente na vertical em todos os momentos. Um tipo preferido de serpentina incluindo ambos os sensores de movimento de partícula e pressão é descrito no Pedido de Patente U.S. N° 10/233.266, depositado em 30 de agosto de 2002, intitulado "Apparatus and Method for Multicomponent Marine Geophysical Data Gathering", e designado para o representante da presente invenção. O dito Pedido de Patente U.S. N° 10/233.266 é incorporado aqui por referência.

[0024] Em algumas modalidades, um cabo de fundo do oceano (OBC) mostrado geralmente em 23 pode ser desdobrado no fundo da água 22. O OBC 23 pode ser de qualquer tipo bem conhecido na técnica, e inclui pares de sensores de movimento de partícula e pressão substancialmente colocados juntos, mostrados geralmente em 19, dispostos em posições separadas ao longo do OBC 23. Os sinais gerados pelos sensores 19 são gravados por uma unidade de gravação 21 para recuperação e processamento posteriores. Em algumas modalidades, ambos, as serpentinas e os OBCs podem ser usados para gravar sinais a serem processados de acordo com métodos que serão explicados abaixo com referência às Figuras 2-4.

[0025] Ainda com referência à Figura 1, quando a fonte de energia sísmica 14 é acionada, a energia acústica percorre descendentemente, em 26. Um pouco da energia que percorre descendentemente 26 penetra no fundo da água 22 e alcança um limite da camada de subsuperfície 24. A energia acústica é refletida do limite da camada 24, com o que a energia refletida percorre ascendentemente, como mostrado geralmente em 30. A energia acústica que percorre ascendentemente 30 é detectada pelos pares de sensor 18 na serpentina 16 (ou os sensores 19 no OBC 23 se um OBC é usado). A energia que percorre ascendentemente 28 reflete da superfície da água 20, com o que a energia percorre descendentemente novamente, como mostrado em 32. A energia refletida da superfície da água 32 é detectada pelos pares de sensor 18 (e/ou 19) resultando em um sinal fantasma, como explicado na seção Antecedentes aqui. A energia refletida da superfície da água 32 também pode ser refletida do fundo da água 22, e torna-se energia que percorre ascendentemente, mostrado geralmente em 29. Um pouco da energia que emana diretamente da fonte 14 pode também ser refletida do fundo da água 22 e se torna parte da energia refletida do fundo da água, como mostrado em 28. Também como explicado na seção Antecedentes aqui, a energia acústica pode refletir da superfície da água (energia descendente 32) e pode novamente refletir do fundo da água (energia ascendente 29) uma pluralidade de vezes, resultando nas reflexões de múltiplo da camada de água.

[0026] Como resultado de todas as interações de energia acústica precedentes com a água 11 e as estruturas abaixo da água 11, a energia acústica detectada pelos pares de sensor 18 (e/ou 19) citados como um "campo de onda total", inclui ambas, a energia que percorre ascendentemente ("campo de onda ascendente") e a energia que percorre descendentemente ("campo de onda descendente"). Os campos de onda ascendente e descendente incluem componentes resultantes dos refletores de subsuperfície, tal como limite 24, e da superfície da água e reflexões do fundo da água.

[0027] A Figura 2 mostra um sistema de coordenadas que será usado na explicação seguinte dos métodos de processamento do sinal sísmico de acordo com a invenção. O sistema de coordenadas inclui uma origem arbitrariamente selecionada, mostrada em 0. A posição com relação à origem 0 de qualquer outro ponto no sistema de coordenadas pode ser definida por uma coordenada horizontal xi e uma coordenada vertical X3. Por conveniência, as coordenadas de um ponto podem ser representadas pela notação de vetor x. A posição da fonte (14 na Figura 1) é representada pela notação xs, e as posições de cada um dos pares de sensor são representadas pela notação xR. Coletivamente, as posições do par do sensor (receptor) são representadas pela representação de domínio DR.

[0028] O campo de onda real é representado como {p(x,s), vk(x,sy} no domínio de frequência (no qual o parâmetro de frequência 5 = j&). Na expressão precedente para o campo de onda real, p representa a pressão e vÁ = {v,,^} representa a velocidade da partícula (nas direções vertical e horizontal, respectivamente). O campo de ondas real é gerado pela fonte da energia sísmica (14 na Figura 1) localizada na posição xs = {xf,xf}. O campo de onda real é medido em uma profundidade selecionada abaixo da superfície da água 20, onde uma serpentina 16 é usada. A profundidade selecionada será a profundidade total da água se um OBC (23 na Figura 1) é usado. A superfície da água 20 não é necessariamente um plano horizontal. O campo de onda real (ou "total") medido inclui a energia refletida pela geologia da subsuperfície da terra e a superfície do mar 20. Os pares de sensor 18 na serpentina 16 (e/ou OBC 23) estão localizados em posições definidas, como previamente explicado, por xR e DR. O domínio das localizações dos pares de sensor 18 na serpentina 16 (e/ou OBC 23) também não define necessariamente um plano horizontal.

[0029] Para finalidades da análise seguinte, é considerada a situação onde as profundidades do par do sensor estão abaixo da profundidade da fonte (14 na Figura 1), implicando que x*)x?. Assume- se que a água 11 no domínio entre a serpentina 16 e a superfície do mar 20 seja substancialmente homogênea, e tenha uma densidade representada por p, e uma compressibilidade representada por K. A velocidade da onda, c, é dada pela expressão c = (r/?)12.

[0030] Assume-se com finalidades da análise seguinte que sempre existe um plano de observação horizontal 17, disposto na posição de profundidade x3 = x°bs entre a superfície da água 20 e a profundidade da serpentina 16 (ou OBC 23), e que o plano de observação 17 está também localizado abaixo da profundidade da fonte x/, como mostrado na Figura 2.

[0031] Algumas modalidades de um método de acordo com a invenção incluem transformar os dados adquiridos em cada par de sensor do domínio do espaço de tempo no domínio da frequência espacial. Um método para transformar os dados do domínio do espaço de tempo para o domínio da frequência espacial é a transformada de Fourier. Por uma questão de conveniência, a transformada de Fourier na direção horizontal (xi) é usada. Essa transformada de Fourier espacial é definida como:

[0032] Nas expressões acima, ai representa o componente horizontal do vetor de lentidão angular. Também nas expressões acima, dA representa a área elementar da integração. O campo de onda total inclui ambos os componentes ascendente e descendente, como mostrado na Eq. (3) abaixo:

[0033] No plano de observação 17, dispostos na profundidade X3 = X30bs, a decomposição do campo de onda total pode ser executada no domínio Fourier espacial onde as contrapartes espectrais são fornecidas pelas expressões:

nas quais

[0034] Assume-se, como mostrado acima na Eq. (6), que o componente real de r é positivo. Usando o teorema de reciprocidade do campo (ver, por exemplo, J.T. Fokkema e P.M. van den Berg, Seismic Applications of Acoustic Reciprocity, Elsevier, Amsterdã, 1993, Capítulo 10.1) pode ser deduzido que o campo de onda ascendente é unicamente determinado pela pressão medida e o componente normal da velocidade da partícula no domínio do sensor DR pela expressão:

onde p(xR,s) e vk(xR,s) são as quantidades do campo de onda total medido do domínio de frequência, isto é, a pressão e o componente normal do movimento da partícula (velocidade). No caso onde a serpentina 16 está substancialmente horizontal, o componente normal da velocidade da partícula torna-se o componente vertical, v3. Ademais, na Eq. (7),

representa a diferenciação espacial com relação à xR.

[0035] A velocidade da partícula e a pressão do campo de onda ascendente estão relacionados entre si pela expressão:

[0036] No caso particular onde o domínio das localizações do sensor, DR, forma um plano horizontal em

, a Eq. (7) Pode ser reconhecida como uma transformada de Fourier espacial com o resultado:

[0037] Combinando as Eqs. (5) e (9), a transformada de Fourier espacial do campo de onda ascendente então torna-se:

[0038] No caso particular onde a serpentina 16 está substancialmente horizontal, a profundidade do plano de observação 17 pode ser fixada para a profundidade do receptor/sensor (serpentina), por meio do que xfs = x3, e a pressão do campo de onda ascendente pode ser determinada pela expressão:

[0039] Similarmente, o componente vertical da velocidade da partícula pode ser obtido pela expressão:

[0040] Observe que [p™cendenhrepresenta o campo de onda ascendente como refletido da geologia da terra da subsuperfície (por exemplo camada 24 na Figura 1), e é obtido a partir das quantidades do campo de onda médio total. Como previamente explicado, a Eq. (10) é a transformada de Fourier espacial do campo de onda sem fantasma. Uma transformada de Fourier inversa simples da Eq. (10) proporciona o campo de onda sem fantasma no domínio do espaço de tempo.

[0041] A análise precedente mostra que se ambas a pressão (ou parâmetro relacionado tal como gradiente de pressão) e a velocidade da partícula (ou parâmetro relacionado tal como aceleração) são medidas, é possível obter o campo de onda sem fantasma do receptor sem brechas no espectro de frequência. A serpentina 16 pode estar posicionada em qualquer profundidade selecionada da água e os resultados são independentes da natureza (geometria) da superfície do mar 20. Usando o teorema de reciprocidade de energia, (ver J.T. Fokkema e P.M. van den Berg, Seismic Applications of Acoustic Reciprocity, Elsevier, Amsterdã, 1993, Capítulo 10.2), o campo de onda descendente pode também ser unicamente determinado pela pressão medida e o componente normal da velocidade da partícula no domínio do receptor DR pela expressão:

' ' onde

são as transformações do domínio de frequência das quantidades do campo medido, isto é, a pressão e o componente normal da velocidade da partícula.

[0042] O componente vertical da velocidade da partícula e a pressão do campo de onda descendente na profundidade do plano de observação 17 estão relacionados entre si pela expressão:

[0043] No caso em que as posições do sensor dentro do domínio DR definem um plano substancialmente horizontal na profundidade do plano de observação 17, onde

a expressão para a amplitude pdescendente reduz-se a:

[0044] Combinando as Eqs. (4) e (15), a transformada de Fourier espacial dos campos de onda de pressão descendentes torna-se:

[0045] No caso onde a serpentina 16 (e/ou OBC 23) está substancialmente horizontal, o plano de observação 17 pode ter sua profundidade selecionada como a profundidade da serpentina (ou OBC), por meio disso x°bs = xR3 a pressão do campo de onda descendente pode ser obtida pela expressão:

e o componente vertical da velocidade da partícula pode ser obtido pela expressão:

[0046] Observe que o campo de onda descendente

também inclui o campo de onda incidente (a energia que emana diretamente da fonte [14 na Figura 1] e seu fantasma de fonte. Pelo fato de que o domínio de observação (ou medição do sinal) tem menos profundidade do que a posição da fonte xs, o campo de onda incidente e os componentes de fantasmas da fonte estão descendo com relação às posições do sensor. A pressão do campo de onda do fantasma incidente é representada como pinc’H.

[0047] O campo de onda descendente é escrito como uma sobreposição do campo de onda incidente e um campo de onda disperso

[0048] Observe que o campo de onda fantasma incidente pinc-H desaparece na superfície da água 20.

[0049] Se assume-se que a superfície da água 20 é um plano de reflexão substancialmente perfeito em X3 = 0, pode ser observado que:

e porque o campo de onda do fantasma incidente pinc’H desaparece também na superfície da água 20, pode ser observado que em vista da Eq.(19),

ou, levando em consideração a trajetória de propagação:

[0050] Usando as Eqs. (19) e (22), pode ser observado que:

[0051] Pode ser observado que os campos de onda pm1en,e ep -descendentena Eq (23) são os resultados alcançados a partir do procedimento de decomposição previamente explicado acima.

[0052] Além do mais, se assume-se que o campo de onda é gerado por uma fonte pontual localizada em x = xs, então o campo de onda incidente, incluindo o seu fantasma de fonte, é dado no domínio Fourier espacial pela expressão:

[0053] Na Eq. (24), ws(s) representa a onda pequena da fonte no domínio de frequência. Portanto, as Eqs. (23) e (24) possibilitam determinar a onda pequena da fonte a partir da pressão e velocidade da partícula medidas. Uma maneira robusta para determinar a onda pequena da fonte é minimizar as diferenças dos mínimos quadrados entre os lados direitos das Eqs. (23) e (24), para todos os valores de ai.

[0054] Tendo identificado a onda pequena da fonte e o campo de onda descendente, uma próxima etapa do processamento é remover os múltiplos relacionados com a superfície da água 20. O conhecimento do campo de onda ascendente e descendente, junto com a onda pequena da fonte, pode ser usado nos procedimentos de remoção do múltiplo da camada de água conhecidos na técnica. Entretanto, será mostrado abaixo que em princípio a suposição de uma superfície de água planar e o conhecimento da fonte incluindo a onda pequena da fonte não são importantes para o procedimento de remoção do múltiplo da camada de água e o processamento adicional depois dele.

[0055] A explicação dos métodos de remoção do múltiplo que não dependem do conhecimento da onda pequena da fonte e da superfície da água planar começa com a propagação invariável no nível de observação x3 = x°bs que segue a partir do teorema de reciprocidade. Ver, por exemplo, Seção 4.2.2 de J.W. Schoolmeesters, Three- dimensional processing of marine seismic data by spectral decomposition, Tese de Ph. D, Universidade Delft de Tecnologia, 7 de junho de 2001. Na notação bidimensional mostrada na Figura 2, a propagação invariável no nível de observação X3 = X30bs é dada pela expressão:

na qual

são dois estados acústicos possíveis, A e B. Os estados acústicos serão adicionalmente explicados abaixo com referência à Eq. (28). Escrevendo cada um dos estados, A e B, como uma sobreposição dos campos de onda ascendente e descendente, isto é:

e observando que somente ondas que se propagam em oposição contribuem, a Eq. (25) torna-se:

[0056] Usando as relações para os campos de onda ascendentes do tipo da Eq. (8) e os campos de onda descendentes do tipo da Eq. (14), 0 segundo termo pode ser combinado com 0 primeiro termo, e 0 terceiro termo pode ser combinado com 0 quarto termo no lado esquerdo da Eq. (27), assim produzindo a expressão:

que é a propagação invariável para campos de onda ascendente e descendente. Essa propagação invariável é a base para a remoção dos múltiplos da superfície da água.

[0057] Em uma modalidade de um procedimento de remoção do múltiplo da superfície da água, deixemos 0 estado A previamente descrito ser 0 campo de onda sem múltiplos desejado e deixemos

representar os componentes de pressão e movimento de partícula do campo de onda refletido. O campo de onda refletido é 0 campo de onda que ocorreria na ausência da superfície da água 20. O campo de onda refletido é ascendente na profundidade do plano de observação 17. O campo de onda incidente que gera o campo de onda refletido é representado como

O campo de onda incidente é descendente na profundidade do plano de observação 17, enquanto que o campo de onda refletido é ascendente, como previamente declarado. O estado B previamente descrito é o campo de onda medido total real incluindo as reflexões do múltiplo da superfície da água. O estado B inclui um campo de onda ascendente

campo de onda descendente

As decomposições do campo de onda ascendente e descendente são explicadas acima com relação às Eqs. (10) e (15). A substituição dos estados A e B na Eq. (28) produz a expressão:

onde x3=x°bs. A propagação invariável da Eq. (29) se mantém, independentemente da natureza da superfície do mar 20. Além do que, a propagação invariável se mantém para qualquer escolha de campo de onda incidente que gera um campo de onda refletido pr. Uma consequência é que torna-se possível escolher uma posição da fonte e uma onda pequena da fonte arbitrariamente. O procedimento de remoção do múltiplo então levaria ao campo de onda sem múltiplo {pr,v3}. Portanto, em uma modalidade, uma posição de fonte pontual é selecionada em xSr com uma onda pequena desejada selecionada wSr (s), de modo que:

[0058] Para tornar 0 procedimento de remoção operacional, a propagação invariável é considerada no domínio espacial. Usando 0 teorema de Parseval, a Eq. (29) torna-se:

onde x3 = x°bs. De modo a indicar as posições diferentes da fonte xs do campo de onda real (medido) e xSr do campo de onda sem múltiplo desejado, a propagação invariável pode ser escrita como:

[0059] O lado direito da Eq. (32) é conhecido da decomposição do campo de onda ascendente e descendente, como previamente explicado. No lado esquerdo da Eq. (32), ydescendente é conhecido, enquanto p’ é desconhecido, e representa o campo de onda sem múltiplo. O campo de onda sem múltiplo pode ser determinado resolvendo um sistema de equações. O sistema de equações em uma modalidade inclui proporcionar o equivalente da Eq. (32) para cada uma da pluralidade de posições da fonte xs ao redor de uma posição de fonte pontual particular xSr. A posição da fonte pontual particular xSr pode ser selecionada arbitrariamente.

[0060] Quando a fonte pontual é usada como uma posição de fonte para o campo de onda desejado, em uma modalidade, as equações são transformadas para o domínio da frequência espacial usando o teorema de Parseval no lado direito da Eq. (32), substituindo a Eq. (30), e transformando de modo inverso para o domínio do espaço. Então, o resultado é:

[0061] Observe que, depois do cálculo da pressão

, a velocidade da partícula relacionada

no campo de onda refletido substancialmente sem múltiplo segue simplesmente da Eq. (8), usando a transformada de Fourier espacial previamente descrita e a transformada de Fourier inversa.

[0062] O resultado da Eq. (33) mostra uma modalidade do procedimento de remoção do múltiplo da superfície da água. Embora as Eqs. (28) e (29) sejam formuladas no domínio espacial e da frequência, essas equações podem também ser escritas no domínio de Fourier espacial e da frequência.

[0063] Para o caso assumido de uma serpentina planar horizontal (ou OBC), a sequência de processamento no domínio da frequência pode ser resumida como segue e como mostrado no fluxograma na Figura 3. O processamento começa, em 40, com os dados medidos da pressão, e pelo menos o componente vertical da velocidade da partícula,

onde xs é a posição da fonte para cada atuação da fonte sísmica. A marca da fonte pode também incluir uma posição correspondendo, por exemplo, ao ponto médio de uma formação de fonte onde uma formação de pistolas pneumáticas é usada. xR é um elemento da formação do receptor.

[0064] Para o procedimento de remoção real, primeiro o campo de onda ascendente,

usando a transformada de Fourier espacial e Eqs. (11) e (12), e o campo de onda descendente,

usando Eqs. (17) e (18) são decompostos, como mostrado em 42. Na realidade, o campo de onda ascendente é o campo de onda sem fantasma, como previamente explicado e como mostrado em 44. Essa etapa do processamento pode ser executada para cada marca de fonte separadamente (processamento com base na tentativa).

[0065] A remoção do múltiplo da camada da água em uma modalidade inclui configurar, em 46, e resolver, em 48, um sistema de equações para uma pluralidade de posições da fonte (o caso discreto da Eq. (33)). Vantajosamente, a invenção proporciona um método para a anulação de fantasmas e remoção do múltiplo da superfície da água que é substancialmente independente da onda pequena da fonte, da geometria da superfície da água e da profundidade dos sensores sísmicos na água. Portanto, as correções para ondulação da superfície da água não são necessárias, e é desnecessário determinar a onda pequena da fonte usando métodos de acordo com a invenção. Métodos de acordo com a invenção podem também efetivamente anular fantasmas e atenuar os múltiplos da camada da água nos dados sísmicos adquiridos usando serpentinas de sensor duplo, o que provou não ser prático usando métodos previamente conhecidos na técnica.

[0066] As modalidades precedentes dos métodos de acordo com os vários aspectos da invenção podem ser executadas por um computador de uso geral adequadamente programado. Um exemplo de um tal computador é mostrado na Figura 4 tendo um processador central 50. O processador 50 é acoplado em um dispositivo de entrada do usuário 54 tal como um teclado, e é acoplado em um monitor 52 tal como um tubo de raios catódicos (CRT) ou monitor de cristal líquido (LCD) de painel plano. Um programa de computador de acordo com esse aspecto da invenção pode residir em qualquer um de um número de tipos de meio legível por computador, tal como disco compacto 62 que pode ser inserido em uma leitura de CD 56, disco "flexível" magnético 64 que pode ser inserido em uma unidade de disco flexível 58 ou o programa pode residir em uma unidade rígida 60 dentro ou distante do processador 50. O programa inclui lógica operável para fazer com que um computador programável execute as sequências de processamento de dados descritas acima com relação às Figuras 1-3. A modalidade particular na qual o programa de computador é armazenado não é planejada para limitar o escopo da invenção.

[0067] Embora a invenção tenha sido descrita com relação a um número limitado de modalidades, esses versados na técnica, tendo o benefício dessa descrição, verificarão que outras modalidades podem ser programadas que não se afastam do escopo da invenção como descrita aqui. Dessa maneira, o escopo da invenção deve ser limitado somente pelas reivindicações anexas.

Claims

1. Método para anulação de fantasmas e atenuação da reflexão do múltiplo da superfície da água em dados sísmicos marinhos de sensor duplo (18), caracterizado por: transformar os dados adquiridos de cada uma de uma pluralidade de posições pela transformada de Fourier espacial no domínio de Fourier espacial decompor os dados transformados em componentes de campo de onda ascendente e descendente usando um parâmetro medido relacionado com a pressão e parâmetro medido relacionado com o movimento vertical da partícula (42); e determinar um campo de ondas substancialmente sem múltiplos (48) a partir dos componentes do campo de onda decomposto pela solução de um sistema de equações diferenciais (46) no domínio de Fourier espacial para o campo de ondas total medido e o campo de onda sem múltiplos medidos na pluralidade de posições de fonte.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados são adquiridos em uma pluralidade de localizações separadas em uma profundidade selecionada abaixo da superfície da água (20) usando uma serpentina (16) de sensor duplo (18).

3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a profundidade selecionada está abaixo da profundidade de uma fonte de energia sísmica (14).

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os dados são adquiridos usando um cabo de fundo do oceano (23).

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado com a pressão compreende mudança na pressão com relação ao tempo.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado com o movimento vertical da partícula compreende velocidade da partícula.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado com o movimento vertical da partícula compreende aceleração da partícula.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende determinar uma onda pequena da fonte a partir dos componentes do campo de onda decomposto.

9. Método para exploração sísmica, compreendendo: atuar uma fonte de energia sísmica (14) em uma massa de água em uma pluralidade de posições, medir um parâmetro relacionado com a pressão (40) em uma pluralidade de localizações em uma profundidade selecionada abaixo da superfície da massa de água, medir um parâmetro relacionado com um componente vertical do movimento da partícula (40) substancialmente nas mesmas localizações que medindo o parâmetro relacionado com a pressão, caracterizado por transformar as medições adquiridas em cada uma de uma pluralidade de posições de fonte pela transformada de Fourier espacial no domínio de Fourier espacial; decompor as medições transformadas do parâmetro relacionado com a pressão e parâmetro do movimento da partícula em componentes de campo de onda ascendente e descendente (42); e determinar um campo de onda substancialmente sem múltiplo (48) a partir dos componentes do campo de onda decomposto independentemente de conhecimento de uma onda pequena de fonte e pela solução de um sistema de equações diferenciais (46) no domínio de Fourier espacial para o campo de onda total medido e o campo de onda sem múltiplos medido na pluralidade de posições de fonte.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a profundidade selecionada está abaixo de uma profundidade na qual a fonte da energia sísmica (14) é acionada.

11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado com a pressão compreende mudança na pressão com relação ao tempo.

12. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado com o movimento vertical da partícula compreende velocidade da partícula.

13. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado com o movimento vertical da partícula compreende a aceleração da partícula.

14. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a decomposição compreende: transformar os dados no domínio de Fourier espacial, separar um componente do campo de onda ascendente dos dados transformados no domínio de Fourier espacial; e transformar com inversão o componente ascendente no domínio do espaço-tempo.

15. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende determinar uma onda pequena da fonte a partir dos componentes do campo de onda decomposto.

16. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os dados são adquiridos usando uma serpentina (16) de sensor duplo (18).

17. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os dados são adquiridos usando um cabo de fundo do oceano (23).

18. Método para pesquisa de formações terrestres localizadas abaixo de um corpo de água, compreendendo: rebocar pelo menos uma fonte de energia sísmica (14) na massa de água, rebocar pelo menos uma serpentina sísmica (16) em uma profundidade selecionada na massa de água, a serpentina tendo uma pluralidade de conjuntos de sensores (18) nela, cada um da pluralidade dos conjuntos de sensores tendo nele um primeiro sensor adaptado para medir um parâmetro relacionado com a pressão da água e um segundo sensor adaptado para medir um parâmetro relacionado com um componente vertical do movimento da partícula substancialmente nas mesmas localizações que o primeiro sensor, acionar a fonte de energia sísmica (14) em uma pluralidade de posições na água, medir os sinais gerados por cada um dos primeiro e segundo sensores (18) nos conjuntos de sensores em resposta a cada uma das atuações da fonte, caracterizado por transformar as medições adquiridas em cada uma de uma pluralidade de posições de fonte pela transformada de Fourier espacial no domínio de Fourier espacial; decompor as medições transformadas do parâmetro relacionado com a pressão e parâmetro do movimento da partícula adquiridos em componentes de campo de onda ascendente e descendente (42); e determinar um campo de onda substancialmente sem múltiplo (48) a partir dos componentes do campo de onda decomposto independentemente de conhecimento de uma onda pequena de fonte e pela solução de um sistema de equações diferenciais (46) no domínio de Fourier espacial para o campo de onda total medido e o campo de onda sem múltiplos medido na pluralidade de posições de fonte.

19. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que a profundidade selecionada fica abaixo de uma profundidade na qual a fonte da energia sísmica (14) é acionada.

20. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado com a pressão compreende mudança na pressão com relação ao tempo.

21. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado com o movimento vertical da partícula compreende velocidade da partícula.

22. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que o parâmetro relacionado com o movimento vertical da partícula compreende a aceleração da partícula.

23. Método de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que adicionalmente compreende: desdobrar pelo menos um cabo de fundo do oceano (23) tendo uma pluralidade de pares de sensores substancialmente colocados (19) juntos em posições separadas sobre ele, os pares de sensores incluindo um sensor responsive a um parâmetro relacionado com a pressão e um sensor responsivo ao movimento da partícula, medir sinais gerados por cada um dos sensores nos pares de sensores em resposta a cada uma das atuações da fonte (14); decompor as medições do parâmetro relacionado com a pressão e do parâmetro de movimento das partículas adquiridas em cada uma da pluralidade de posições da fonte em componentes de campo de onda ascendentes e descendentes; e determinar um campo de onda substancialmente livre de múltiplos a partir dos componentes de campo de onda decompostos independentemente do conhecimento de uma onde pequena de fonte.