JPH08503784A - ２重センサ地震探査における水底の反射率を演繹する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ２重センサ地震探査において海底の反射率Ｒを決定する方法が開示されている。この方法は、較正データを収集するための別個の探査の必要を取り除く。本方法は、圧力信号と速度信号との和をとり（１０２）、そしてその結果に逆バッカス演算子を掛け（１０８）、次いで最適なアルゴリズムを利用して海底反射率（Ｒ）を求めることを含む。また、２重センサデータを組み合わせて、１次ペグ−レグ多重、並びに海底の反射率での地下の反射体の強度の変調を完全に取り除く方法が開示されている。この方法は、圧力信号と速度信号との和をとり、上記方法により求めた正しい値の海底反射率（Ｒ）を含む逆バッカス演算子をその結果に掛けることを含む。

Description

【発明の詳細な説明】 ２重センサ地震探査における水底の反射率を演繹する方法 本発明は、一般的には、海底上の圧力（ハイドロホン）検出器及び速度（ジオ ホン）検出器の両方を利用して地震データを収集する方法に関するものである。 特に、本発明は、別個の基準データつまり較正データを集める必要なしに水底の 反射率を決定する方法に関するものである。 海底地震の探査においては、地震探査船はエネルギー源および水面下の地面の 形状の地震プロファイルを得るための受信器を装備している。プロファイルを得 る作業は、爆発装置が長年にわたりエネルギー源として一般的に使用されている ため、しばしば「シューティング」と称される。このエネルギー源は、水を通っ て水面下の地層内に伝達する圧縮波を生成するように設計される。圧縮波は、地 層を通って伝達する際、ストラータと一般的に呼ばれる層の間の界面にぶつかり 、反射して地面と水を通って受信器に戻る。受信器は一般的には受信した波を電 気信号に変換し、この信号は次いで地下の層の構造についての情報を提供する像 へと処理される。 現在では、最も一般的なエネルギー源の１つは、空気を非常な高圧で水中に放 出するエアガンである。放出された空気は、地震の範囲内の周波数を含むパルス を形成する。しばしば使用される他のエネルギー源はマリーンバイブレータであ る。マリーンバイブレータは、一般的には、選択された周波数の範囲で振動する ための音響ピストンを引き起こす気 圧または水圧アクチュエータを含んでいる。音響バイブレータの振動は、望まし くない気泡が存在しない地震波を発生させる圧力差を水中に生成する。 海洋用途における地震波を発生するのに使用されるエネルギー源が異なると、 反射された地震波を検知するのに使用される受信器も異なる。一般的には、海洋 用途において最も通常的に使用される受信器はハイドロホンと称される。ハイド ロホンは、圧縮波を、アナログ処理またはデジタル処理のために使用される電気 信号に変換する。ハイドロホンの最も一般的な形式は、圧力のような物理的な信 号を電気信号に変換する圧電素子を含んでいる。ハイドロホンは、通常は約３０ フィートの深さにおいて探査船の後ろに牽引される長いストリーマ上に取り付け られる。 あるいは、海洋地震技術は、環境の異なる特性を検出する異なる形式の受信器 を使用している。例えば、海底ケーブル地震記録においては、ハイドロホンのよ うな感圧性変換器と、ジオホンのような粒子速度変換器との組合せが、海底上に 展開される。ジオホンは、地面の動きに対するジオホンの動きの忠実度を確保す べく金属製のスパイクがジオホンを地面に固定するところの陸上での作業に広く 使用されるが、ジオホンは海洋用途において経済的に固定されることができない 。従って、円筒状のジンバルジオホンは海底ケーブルに取り付けられる。地震探 査船からケーブルが展開された後は、ジオホンは、落とされた海底と接触した状 態で単に横たわっているだけである。円筒の内側のジンバル機構は、内部に取り 付けられたジオホン要素が正しい動作のために垂直に向けられるように確保する 。 上記の説明から明らかなように、多様な地震設備及び技術は、海底の地層を正 確にプロットすべく使用される努力がなされている。どの技術あるいは設備の組 み合わせが使用されるかに拘らず、それぞれは互いに比較した時に特定の長所及 び欠点を提示している。例えば、掘削・生産プラットフォームのような、多くの 障害物がある領域において、牽引されたストリーマによりデータを収集すること は、ストリーマが障害物の１つにぶつかり牽引されている船から引き離され緩ん でしまうことから、困難であり不可能である。このような出来事は非常にコスト 的に損失が生じる。 対照的に、海底ケーブル地震作業では、ケーブルが水底上に固定されて展開さ れているため、このような困難はない。 海底ケーブルを使用することは、通常の牽引ストリーマ作業には障害物が密集 しすぎた領域における３次元の範囲全体を得る際には特に効率的である。一般的 には、１０マイルの海底ケーブルが計画された各位置のラインに沿って展開され る。 海底ケーブル技術は、牽引ストリーマ方法では否定される領域にアクセスする ことを許容するものの、空気と水の界面からの「ゴースト」反射（及びこれに続 く反射）が各反射波として発生する。検出器が空気−水界面から遠く離されてい ることから、浅い水域を除いて、反射小波の間の時間遅延及び「ゴースト」は、 牽引ストリーマ方法よりも海底ケーブル方法の方がより大きい。 「ゴースト」反射を取り除くための２つの基本的な研究が文献において提案さ れている。第１のものは、異なる深さにおいて検知器からの信 号を記録することを含むものである。Louisiana州のNew OrleansのＳＥＧの第５ ７回年会（１９８７年）で発表された、D.W.Bell及びV.D.Coxの「Two Trace Dir ectional Filter For Processing Offset USP′s」を参照。また、Louisiana州 のNew OrleansのＳＥＧの第５７回年会（１９８７年）で発表された、M.Brink及 びM.Svendsenの「Marine Seismic Exploration Using Vertical Receiver Array s：A Means for Reduction of Weather Downtime」を同様に参照。 第２のものは、機能的により簡単な方法であり、対になった、同じ位置の圧力 検出器及び速度検出器を利用している。米国特許第2,757,356号（Hagarty）を参 照のこと。また、Geophsical Prosectingの第３３巻の９５６−６９頁（１９８ ５年）のD.Lowenthal、S.S.Lee、及びG.H.F.Gardnerの「Deterministic Estimat ion Of A Wavelet Using Impedance Type Technique」を参照のこと。また、Lou isiana州のNew OrleansのＳＥＧの第５７回年会（１９８７年）で発表された、T .B.Rigsby、W.J.Cafarelli及びD.J.O′Neielの「Bottom Cable Exploration In The Gulf of Mexico：A New Approach」を参照のこと。この第２の方法は、２つ の検出器が上方に移動する波に対しては同じ極性であるが、下方に移動する波（ 「ゴースト反射」）に対しては異なる極性である信号を発生するという事実を利 用している。 Society of Exploration Geophysicsの第６０回年会（１９９０年）で発表さ れた、Barr等「A Dual Sensor、Bottom Cable 3-D SurveyIn The Gulf of Mexic o」においては、圧カセンサ及び速度センサの両方を同時に使用することから生 じる水柱反射を取り除くために２重セン サ海底ケーブル方法が記載されている。この方法はそれぞれの受信器の位置にお ける圧力センサ及び速度センサからのデータを同時に記録することを含んでいる 。時間領域において、所望の反射小波を含んでいる信号の最初の部分は波形並び に圧力センサ及び速度センサのデータにおける極性が同じである。全ての続く反 射は同じ波形であるが極性が反対である。これは、２つの信号を正しく測定する ことができ、またそれぞれの反射に関連した必要のない反射を取り除くために和 をとることができることを意味している。周波数領域において、この関係はそれ 自身が２つのセンサの相補的な振幅スペクトルを表現している。信号が正しく加 算された時には、滑らかな振幅のスペクトルが得られる。 よって、望ましくない反射は、圧力トレースと速度トレースとを加算すること により取り除かれる。例えば、DallasにおけるSociety of Exploration Geophys icsの第５９回年会（１９８９年）で発表された、F.Barr及びJ.Sandersの「Atte nuation Of Water Column Reverberations Using Pressure And Velocity Detec tors In A Water Bottom Cable」では、それぞれの場所で記録された２つの信号 を組み合わせて、データ中のそれぞれの反射小波に関連した水柱反射を仮想的に 取り除く方法が述べられている。Barr及びSanderｓにより述べられたこの方法は 、あらゆる深さの水中において集められた海底ケーブルデータについても有益で ある。しかしながら、水柱反射の周期が非たたみこみアルゴリズムが効率的に扱 う範囲を超えることから、この方法は約５０フィートより深い水中で作業する際 に特別に適用されるものである。 水層において捕獲されたエネルギーを取り除くために、圧力信号と速 度信号との正しい組み合わせは、ジオホンの信号を換算係数Ｓ＝（１＋Ｒ）／（ １−Ｒ）で換算した後にのみ実行することができる。ここで、Ｒは海底反射率で ある。 速度検出器信号についての換算係数は、海底の物質の音響インピーダンスに依 存する、海底の反射係数Ｒを決定することを必要とする。この換算係数は受信器 の異なる位置によって変化するものと考えられる。 過去においては、較正探査が海底の反射率を見積もるために使用されていた。 上記した２重センサ作業においては、反射率Ｒの見積りは、小さな地震源を受信 器の直ぐうえで爆発させることにより発生された、別個の基準情報を集めること で行われていた。この探査データの収集は、探査のデータ獲得段階を超える、余 分な時間とコストとを必要とする。 このような較正探査においては、第２図に示したように、低いエネルギー源が 各受信器対に発射され、またハイドロホン及びジオホンの信号の最初の到達（「 第１ブレーク」）のピークの比率からスカラーが決定される。従来技術において は伝統的なことであるが、第２図（従来技術）に示したように、海底２０上にケ ーブルを展開した後、探査船１２は較正シューティング作業をする。この較正作 業は、地震エネルギー源１４により生成された下方に伝達する地震波へのジオホ ン３４及びハイドロホン３６の応答を記録することを含んでいる。地震エネルギ ー源１４は、地震エネルギー源１４により発生された一次波と呼ばれる、波形ｗ （ｔ）を有する波面６４を発生する。 シューティングを行っている間、源１４は同時に発砲されるエアガンのアレイ を含んでいる。しかしながら、較正シューティング作業の間、 アレイ全体の発砲は受信器１８を過剰に駆動し得る。よって、１つまたは２つの ガンのような、エアガンのアレイの一部だけが較正の間に使用される。当業者に は理解できるように、使用されるガンの数は、水深、エアガンの量、並びに受信 器の電気的な特性などのバラメータに依存する。 しかしながら、在来の地震源、並びに浅い水域では、信号の初期の部分は振幅 が大きすぎて記録装置をしばしば過剰に駆動することがあり、信号は「クリップ 」してしまう。従って、地震トレースの最初の部分は、正しく記録するためには 振幅がしばしば大きすぎて記録装置を過剰に駆動することから、第１ブレークを 使用する方法は、データ生成のためには不適である。更に、設定を行う場合にお いて、地震エネルギー源と受信器との間の最も近い横方向の距離である、近オフ セットは、直接波からのトレースデータが屈折されたエネルギーにより汚染され ることがないような十分に短い距離でないかも知れない。屈折されたエネルギー は海底の下の地層を通って伝わる波であり、地震エネルギー源が受信器から横方 向に変位させられているときには、直接波が受信器に到達するまえに受信器に到 達する。 本発明は、上記した問題の１つまたはそれより多くのものを克服、または少な くとも最小限とすることを目的とするものである。 従って、本発明の１つの目的は、「第１ブレーク」の比率に依存することなく 、生成されたデータから海底反射率を演繹することにある。本発明の他の目的は 、「クリップ」された最初の信号によって影響されない海底反射率を演繹するこ とにある。本発明の第３の目的は、ペグ−レ グ（ｐｅｇ−ｌｅｇ）反射を取り除くためにトレースデータを組み合わせる方法 を提供することにある。 本発明は、海底反射率の別個の基準データあるいは較正データを収集すること なしに、ハイドロホン及びジオホンの対のための正しいスカラーを演繹する方法 を含んでいる。本発明の方法は、「クリップ」されたエネルギー、あるいは汚染 された「第１ブレーク」エネルギーの存在下でもそのようなスカラーを提供する 。 上記した方法は、上方に移動するエネルギーだけを含んだ信号の決定、逆バッ カス（Ｂａｃｋｕｓ）フィルタ（１＋ＲＺ）²でのこの信号のたたみこみ、並び に海底反射率Ｒの正しい値を決定するための最適な手順を含んでいる。 海底反射率Ｒの正しい値を含む逆バックスフィルタ（１＋ＲＺ）²での上方に 移動するエネルギーを含むトレースのたたみこみは、１次の水層反射が取り除か れた場所におけるトレースを結果として生じる。 本発明の方法は、ペグ−レグ反射を取り除くためのトレースデータの組み合わ せをも含む。 第１図は、海底ケーブル作業に使用される装置を示している。 第２図は、下方に伝達される圧力波が海底上のハイドロホン／ジオホンの対上 に衝突するところの、従来技術の較正方法を示している。 第３図は、ハイドロホン／ジオホン受信器上に衝突する水層内にトラップされ た地震波場を示している。 第４図は、ペグ−レグ反射手順のための水層及び地下層を通る波路の４つの例 を示している。 第５図は、シューティングにおける第１ブレークの使用に関連した問題点を示 している。 第６図は、逆バッカスフィルタを使用した本発明の好ましい装置の流れ図であ る。 第７図は、圧力トレース及び速度トレースを組み合わせた従来技術の装置の流 れ図である。 第８図は、圧力トレース及び速度トレースを組み合わせた本発明の好ましい装 置の流れ図である。 次に添付図面を用い、まず第１図を参照するに、好ましい海底地震探査システ ムが示されており、全体が参照番号１０で指示されている。このシステム１０は 、水１７の中を通る地震エネルギー源１４を牽引するのに適合した地震探査船１ ２を含んでいる。地震エネルギー源１４は音響エネルギー源またはこのような源 のアレイである。このシステム１０に好適に使用される音響エネルギー源は、「 スリーブガン」と呼ばれる、圧縮空気ガンであり、これはTexas州、HoustonのHa lliburton Geophysical Service，Inc．から商業的に入手することができる。こ の源１４は従来技術における伝統的な方法で構成され、また動作する。 このシステム１０はまた、水１７内に好適に錨を下ろしている受信船１５を含 んでいる。受信船１５は海底上にケーブル１６を展開し、また後で詳しく説明す るようにケーブル１６からの信号を受信する。１つの好ましいケーブルはTexas 州、HoustonのTescorp Seismic Products Co．から商業的に入手することができ るが、当業者には広い種類のケーブルのうちの１つを使用できることが認識でき る。ケーブル１６は、少 なくとも１つの受信器１８を搭載するが、好ましくはこのようなユニットを複数 含むものである。 受信器１８は水圧を検出するためのハイドロホン及び海底の粒子の速度を検出 するためのジオホンを含んでいる。より詳しくは、ケーブル１６上のハイドロホ ン及びジオホンは、海底２０上に展開された時には、同一の空間アレイ内に配列 される。個々のハイドロホンはその隣りに位置するジンバル型のジオホンをそれ ぞれ有している。各ハイドロホンと各ジオホンの空間アレイについての個別の電 気信号が船１５上の記録装置に送られる。探査船１２は予め定められた位置にお いて源１４を発砲させる一方、ハイドロホンとジオホンのアレイからの信号が記 録される。これらの信号は、通常反射データを呼ばれる。このデータは、時変電 気信号を選択的に増幅し、整え、磁気テープ上に記録する、多チャネル地震記録 装置により記録される。好ましくは、この装置は、信号解析を容易にするために 、受信信号を、例えば１４ビットアナログ−デジタル変換器を使用してデジタル 化する。好適に、船１５は、Halliburton Geophysical Services，Inc．から商 業的に人手可能な地震記録装置を利用する。しかしながら、当業者は種々の地震 記録装置を使用できることが認識できる。 好ましい実施によると、ケーブル１６およびハイドロホン／ジオホン対１８は 、３次元「海底ケーブル」作業において使用するために、海底２０上に位置させ られる。ケーブル１６に対して１組の平行なライン、即ち帯状の区画に沿って一 定の速度で移動する探査船１２により、通常のシューティングが行われる。探査 船１２がその区画を完了した後は、 受信船１５あるいは他の適切な船がケーブルを回収し、また前のケーブル位置か ら離間しているが平行であるライン内にケーブルを再展開する。ケーブル１６が 再展開された後は、探査船１２は他の区画をシューティングする。 データ収集の間、源１４により発生された地震波は、線２２で示したように、 下方に移動する。これらの最初の波は、地下の地球の層３２内における地層２４ 及び２６の間の界面２８のような地層間の界面で反射される。反射された波は、 線３０で示したように、上方に移動する。各受信器１８を構成するハイドロホン ／ジオホン対は反射波を検出する。受信器１８は、波場に固有の圧力及び粒子速 度の変化に応答する電気信号を発生し、これらの発生した電気信号をケーブル１ ６を介して探査船１５に送信する。船１５内の記録装置はこれらの電気信号を記 録し、電気信号は、地球の層３２の地図を作るために、続いて処理され得る。 ここで、受信器１８は問題の反射波だけでなく、一次波および反響波をも検出 する。反響波は、水１７の表面における水−空気界面で反射された反射波であり 、水１７中を下方に移動して受信器１８上に衝突する。反響波は第１図において 線３３で示した。反響波の影響は以下に説明する。 好適に、ジオホンは、オランダのVoorschotenのSENSOR Nederland b.v.から商 業的に入手可能なＭｏｄｅｌ ＳＧ−１であり、ハイドロホンは、Texas州、Hou stonのOYO Geospace Corp．から商業的に入手可能なＭｏｄｅｌ ＭＰ−２４で ある。ジオホンとハイドロホンは海底に置かれ、また一緒にハイドロホン／ジオ ホン対を構成する。上述したよ うに、２重センサ検出技術は、ハイドロホンが圧力変化を検出すると共に、ジオ ホンが粒子速度変化を検出するので、ある利点をもたらす。 圧力波についての１次元波動方程式は 一般解は、 p=p⁺f(z-ct)+p^-f(z+ct) (2) 上記の各式において、Ｐは圧力、ｚは深さ、ｃは波速度、並びにｔは時間であ る。 式（２）は反対側に移動する波の重なりを示している。ｚが水の深さとともに 増大する座標システムを選択した場合には、第１項Ｐ＋ｆ（ｚ−ｃｔ）は下方に 移動する波Ｕを示し、また第２項Ｐ^-ｆ（ｚ＋ｃｔ）は上方に移動する波Ｄを示 す。よって、 Ｐ=Ｄ+Ｕ (3) 速度場は、ニュートンの法則により、圧力場にリンクされる。ここで、ρは物 質の密度であり、Ｖは粒子速度である。 圧力の式（２）を上記の関係で置換することで、次の式が得られる。 時間で積分することで次の式が得られる。 上記の項を式（２）の定義で置換し、且つＳＥＧ標準に従って速度信号の符号 を変えることで次の式が得られる。 式（３）と（４）は２重センサ技術の骨格をなしている。また、ＰとＶの和が 、上方に移動する波Ｕになることが理解されよう。 次に、第３図に示されているような、水層内でトラップされた波場反射を考察 する。トラップされた表面反射率−１及び底反射率Ｒで水層１７内に波場は次の ように表現され得る。水層１７だけを通る波の２方向移動時間はτ_wであり、ジ オホンとハイドロホンの受信器は、受信器対１８から海底２０までの２方向移動 時間がτ_sであると共に受信器対から水面までの２方向移動時間がτ_sであるよう な深さに位置する。水面（Ｚ＝０）あるいはその付近にある地震エネルギー源１ ４は時刻ｔ＝−τ_s／２において発砲する。パルスは、受信器対にｔ＝０におい て最初に衝突する。受信器対の位置における、水層１７内にトラップさ れた下方に移動する波場３８の時間領域表現は下の式となる。 D(t)=δ(t)-Rδ(t-τ_w)+R²δ(t-2τ_w)-R³δ(t-3τ_w).... 上記の式は水にトラップされた反射３８の下方に移動する部分についての時間 領域における等比級数を表しており、反射は、水層１７を通る多数回ラウンドト リップの後に減衰する。水にトラップされた反射についての等比級数がＺ−変換 （Ｚ＝ｅｉωτ_w）において表現されれば、この式は閉じた形において評価する ことができる。 同様に、受信器対の位置における、水層１７内にトラップされた上方に移動す る波場３９の時間領域表現は下の式となる。 上方に移動する波場のＺ変換表現は次のようになる。 本質的に、水にトラップされた反射の上方に移動する波場３９は、下方に移動 する波場３８の換算され且つ時間遅延されたものである。 海底ケーブル探査のために、ジオホンとハイドロホンは海底２０上に位置させ られる。よって、ジオホンとハイドロホンが海底に位置し且つ τ_s＝τ_wである特別な場合における水にトラップされた反射を考察する。水にト ラップされた反射の圧力信号および速度信号は次のようになる。 次に、ペグ−レグ反射について考察する。第４図にペグ−レグ反射の種々の変 形の内の４つの例を示した。第４図の最初の例では、地震エネルギー源１４から の下方に移動する波４１は水層１７及び地層２４を通り地下の反射体を提供する 界面において反射するまで下方に移動する。次いで、上方に移動する波４２は地 層２４を通って移動し受信器対１８に戻る。図４の第２の例では、水層１７を通 って下方に移動する波４３は、海底２０で反射され、そして、上方に移動する波 ４４が次いで水層１７を通って水面３７に移動する。下方に移動する波４５は次 いで界面２８に達するまで水層１７及び地層２４を通り、そして、上方に移動す る波４６は地層２４を通り受信器対１８に至る。第４図における残りの２つの例 はペグ−レグ多重の別の変形であり、他の多くのものが可能である。 最初に、ペグ−レグ多重を扱うために、界面２８から上方に移動する波が地層 ２４を通り、海底２０を横切り、水層１７内に通過する場合を考察する。パルス が受信機対１８に最初に衝突する時刻をｔ＝０とする。この結果得られた水層に おける上方に移動する波Ｕ（ｔ）の反射シーケ ンスは次のようになる。 U(t)=δ(t)-Rδ(t-τ_w)+R²δ(t-2τ_w)+R³δ(t³τ_w)+... また下方に移動する波Ｄ（ｔ）は次のようになる。 D(t)=-δ(t-τ_s)+Rδ(t-τ_s-τ_w)-R²δ(t-τ_s-2τ_w)-R³δ(t-τ_s-3τ_w)+... Ｚ領域における上方に移動する波Ｕ（Ｚ）及び下方に移動する波Ｄ（Ｚ）の対 応する表現は次のようになる。 次に、海底を横切り、そして、界面２８で一度反射した後に下方から水層に戻 るエネルギーを考察する。完全な反射シーケンスを得るためには、水層１７を通 る各ラウンドトリップの後に、エネルギーの一部が海底２０を突き抜け、そして 、界面２８で反射され、その後にパルスが再度水層１７にトラップされるものと 考えなければならない。これが、いわゆる１次ペグ−レグ反射シーケンスである 。 τ_eを海底２０から地下の界面２８までのラウンドトリップ時間とする。ｔ＝ ｎτ_w＋τ_eにおいて、上方に移動するパルスＵ_nは、水層を通るｎ回のラウンド トリップ及び海底２０から界面への１回のトリップ を作る、すべての成分から構成される。１次シーケンスは、前後に水トラップさ れた反射を有する地下の界面２８に一度到達する波として定義される。ペグ−レ グ上方移動波動方程式の第１成分は、界面２８の後の水層１７を通るｎ回のラウ ンドトリップを作り出すエネルギーからなる。第２成分は、界面２８の後の水層 におけるｎ−１回のラウンドトリップと、界面の前の水層を通る１回のラウンド トリップを有する。第３成分は、界面の後のｎ−２回のラウンドトリップと、界 面の前の２回のラウンドトリップを有する。上方移動ペグ−レグ方程式における すべての組み合わせについての第４成分、第５成分、第６成分等も同様である。 よって、遅延Ｚｎにおける上方に移動する波場は式（９）から次のように計算さ れる。 上記の式において、ｍは単に０からｎのすべての可能な遅延時間である。上方 に移動する波場の式は、たたみこみであり、ペグ−レグ・シーケンスの上方に移 動する波場はそれ故に水層の反射１／（１＋ＲＺ）の 時間遅延演算子は、ペグレグ・シーケンスを、地震エネルギー源の発砲の時間 に対応する水にトラップされた反射に同期させる。ペグ−レグ・シーケンスの下 方に移動する部分は、水面３７において反射され、そ うに遅延される。 式（５）−（６）及び（１１）−（１２）の組み合わせは、上方に移動する波 Ｕ（Ｚ）と下方に移動する波Ｄ（Ｚ）についての次の式を導く。 上記の式において、（１−Ｒ）²は、海底２０を２回通ることにより発生する 振幅損失を説明しており、そして、Ｒｎは、第１図において参照数字２４、２６ などで示したような、１地下層のｎ番目の反射である。 受信器１８が海底２０上に位置している場合には、τ_s＝τ_w且つτ_s′＝０と なる。したがって、式（１３）と（１４）は次のように簡単になる。 圧力信号と速度信号との和が下方に移動する波であるため、圧力信号及び速度 信号は次のようになる。 上記の各式における第１項は水にトラップされた反射であり、また第２項は１ 次ペグ−レグ倍数を表している。項（１−Ｚ）及び（１＋Ｚ）は、それぞれ圧力 信号及び速度信号のいわゆる「ゴースト」応答である。 項１／（１＋ＲＺ）²はバッカスフィルタである。 圧力信号と速度信号との和は、上方に移動するエネルギーだけを与え（式１５ ）、これにより「ゴースト」信号を取り除くことができる。十分な量の時間の経 過後、水にトラップされた反射はなくなり、バッカス演算子によって記述される ペグ−レグ反射だけが残る。 ペグ−レグ多重シーケンスは、上方移動信号Ｕ（Ｚ）に逆バッカス演算子（１ ＋ＲＺ）²を掛けることにより、取り除くことができる。バッ カス演算子（海底反射率Ｒの正しい値を有する）の掛け算によりペグ−レグ多重 を取り除くことができるので、この結果得られたトレースは最小量のべきを有す るようになる。従って、最小量のべきを有するトレースを決定することは、海底 反射率の正しい値Ｒを認識することに使用できる。 よって、本発明は、逆バッカスフィルタを使用することで、海底反射率の正し い値Ｒを決定するための、改良された方法を提供するものである。 最小限の電力量を有するトレースを決定するために、William H.Press等によ る著作「Numerical Recipes」に記載されたLevenberg-Marquardt法のような、多 数の確立されたアルゴリズムを採用することができる。最適な解は、海底反射率 の値Ｒが変化させられると共に結果的に得られるトレース（バッカス演算子を掛 けた後）におけるべきが測定される、徹底的な調査により決定されるものである 。最も小さいべきをもたらす値Ｒが正しい反射率である。 好ましい実施例では、最適なシーケンスは、Halliburton Energy Servicesか ら入手可能なＴＩＰＥＸ地震処理システムに加えられるサブルーチンを用いて実 行される。 第６図は海底反射率Ｒを決定する方法を実行する好ましい方法を示したもので ある。好ましくは、「ＴＩＰＥＸ」オペレーティング・システムが走るＭｏｄｅ ｌ ３０９０ ＩＢＭのメインフレームのコンピュータ（Texas州のHoustonのHa lliburton Geophysical Services，Inc．から商業的に入手することができる） が、反射データを処理するために使用される。 最初に、ブロック９４と９６において、ジオホンのデータトレース（Ｖ−トレ ース）及びハイドロホンのデータトレース（Ｐ−トレース）が得られる。次に、 ブロック９８と１００において、Ｐ−トレースとＶ−トレースに時間ウインドが 適用される。好適に、第１ブレークからカウントする、時間ウインドは、０．０ ８〜２．５秒の範囲である。対照的に、従来技術の第１到達方法で使用される時 間ウインドは、水深に依 存し、２０〜１００ミリ秒の範囲である。次に、ブロック１０２において、ウイ ンドされたトレースが式（１７）と（１８）に記載されたように和をとられる。 次いで、ブロック１０４において、和を時間領域から周波数領域に変換するため に、和のフーリエ変換が決定される。次に、ブロック１０６において、Ｒの値が 選択され、またその値についての逆バッカスフィルタが計算される。ブロック１ ０８において、逆バッカスフィルタが、ウインドされたトレースの和のフーリエ 変換に掛けられる。 次に、ブロック１１０において、選択された周波数帯域内のべきが計算される 。好適に、周波数帯域は１５〜８０Ｈｚの範囲である。ブロック１１２では、全 体のべきを最小限にするＲの値が選択される。ブロック１１４において、受信器 番号についてのＲの値が書き出され、そして、プログラム論理は次の受信器につ いてのトレースを読むために戻る。ブロック１１６において、すべての受信器に ついてのトレースが決定された後、各受信器についてのＲの値が平均化される。 本発明のこの処理シーケンスは他の方法に比べていくつかの重要な利点をもた らす。 第１に、本願において述べられた方法は、海底反射率が、多数の受信器からの 発砲記録の再整理ではなしに、受信器上で受信器ベースで決定されるため、有利 である。よって、提案された方法の１つの利点は、単一チヤネル処理であり、従 つて、Common Receiver Points（ＣＲＰ）への発砲記録の高価な再整理が必要で ないということである。 第２に、本方法はトレースのより深い部分で働き、よって反射されたエネルギ ーにより妨害されない。第５図は、直接波７１の前に受信機１ ８に到達する反射波７０を示したものである。従来技術の方法では、反射された 波７０は信号を妨害する傾向にあった。本発明の方法では、深い地層で反射され たトレースの部分を使用するので、ジオホンへの垂直に近い入射が確保される。 よって、大きなオフセットのトレース（第５図に示したような）すら、海底反射 率を決定するために使用され得る。 本方法の他の利点は周波数汚染が小さいことである。本発明の方法の処理は周 波数領域で行われるため、海底（地面の役目）の最上地層において低い速度で移 動する波により汚染された低い周波数を取り除くことは容易である。 海底の反射率Ｒが一度知られた場合に処理を続けるため、従来技術は、速度ト レースを（１＋Ｒ）／（１−Ｒ）で換算すると共にこれらを圧力レースに加える ことを含んでいた。この従来技術の方法が、第７図の流れ図に示されている。ブ ロック２００において、地震波が発生される。ブロック２０１では、波の水圧及 び速度が検出される。ブロック２０２では、速度信号が（１＋Ｒ）／（１−Ｒ） で換算される。次いで、ブロック２０３において、海底反射率が決定される。最 後に、ブロック２０３において、信号の和がとられる。この和は、水にトラップ された反射を取り除く。更に、この和は、ペグ−レグ反射シーケンスを次の式に おいて換算された単純な反射シーケンスに変換する。 この式を見ると、最初の海底への到達を含む、水にトラップされた反 射は完全に取り除かれている。しかしながら、ペグ−レグ多重は、完全には取り 除かれず、単純に換算された反射シーケンスに変換される。 この従来技術の欠点は、係数２／（１−Ｒ）が、海底反射率での地下界面強度 の変調をもたらすということである。このことは、海底反射率が探査の間に大き く変化した時には、それが結果として得られた界面データの破壊に導くので、好 ましくない。 本発明の方法は、和をとられたトレースに逆バッカスフィルタを掛けることに より、ペグ−レグ反射を完全に取り除くことができる処理シーケンスを含むもの である。 この方法が第８図の流れ図に示されている。ブロック３００において、地震波 が発生される。ブロック３０１において、波の水圧及び速度が検出される。ブロ ック３０２において、圧力及び速度信号の和がとられる。ブロック３０３におい て、この和のフーリエ変換が決定される。次いで、プロック３０４において、フ ーリエ変換が逆バッカスフィルタ（１＋ＲＺ）²を掛けられる。ブロック３０５ において、海底反射率が決定される。最後に、ブロック３０６において逆フーリ エ変換が決定される。逆バッカスフィルタを使用することで、海底の最初の反射 が消えることがなく、そして、実際の非常に多くのケースにおいては取るに足ら ない１つの跳ね返りが水層を通る１つのラウンドトリップの後に残る。 本願において説明した、和をとられたトレースに逆バッカスフィルタ を掛ける処理は、一旦表面付近での擾乱が排除されると、特別の時間ウインドの 選択について非常に鈍感である。処理が周波数領域で動作するので、適切な周波 数帯域、好ましくは１５〜８０Ｈｚを選択することで、海底反射率の決定から低 い周波数での地面の役割を排除することが容易である。 実施例における変形は、各々が本発明のすべての利点を実現するものではない かも知れず、本発明の種々の適用においてはある特徴が他のものよりも重要とな るかも知れない。本発明は、したがって、添付された請求の範囲だけにより限定 されるものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． ２重センサ地震探査において海底反射率Ｒを決定する改良された方法であ って、 （ａ）ハイドロホンと近接したジオホンとを使用して圧力と速度とを検知す る工程、 （ｂ）圧力信号と速度信号とに時間ウインドを適用する工程、 （ｃ）時間ウインドされた圧力信号と時間ウインドされた速度信号との和を とって上方に移動するエネルギーだけを含むトレースをもたらす工程、 （ｄ）上方に移動する信号を時間領域から周波数領域に変換する工程、 （ｅ）逆バッカス演算子（１＋ＲＺ）²を計算する工程であって、Ｒは海底 反射率、ＺはＺ領域表現における水層内の地震信号の２方向移動時間である工程 、 （ｆ）上方に移動する信号に逆バッカス演算子［（１＋ＲＺ）²、Ｒは海底 反射率である］を掛ける工程、 （ｇ）選択された周波数帯域幅内で得られた信号に含まれているべきを、そ の周波数帯域幅内の信号の２乗された振幅の和をとることで測定する工程、 （ｈ）海底反射率に対して異なる値を使用することで工程（ｄ）及び（ｅ） を繰り返す工程、 （ｉ）選択された周波数帯域幅において最も低いべきを有する信号 を生成する、海底の反射率についての値を選択する工程、 を具備する方法。 ２． 上方に移動する信号がフーリエ変換により時間領域から周波数領域に変換 される請求の範囲第１項に記載の方法。 ３． 時間ウインドが０．８〜２．５秒の範囲内にある請求の範囲第１項に記載 の方法。 ４． 周波数帯域幅が１５〜８０Ｈｚの範囲内にある請求の範囲第１項に記載の 方法。 ５． 海底での最初の反射を残しつつ１次ぺグ−レグ多重を取り除くための、圧 力信号と速度信号とを組み合わせる方法であって、 （ａ）海底反射率の値を決定する工程、 （ｂ）速度信号と圧力信号との和をとって上方に移動するエネルギーだけを 含むトレースをもたらす工程、 （ｃ）上方に移動するエネルギーのトレースを時間領域から周波数領域に変 換する工程、 （ｄ）逆バッカス演算子（１＋ＲＺ）²を計算する工程であって、Ｒは工程 （ａ）で決定された海底反射率、ＺはＺ領域表現における水層内の地震信号の２ 方向移動時間である工程、 （ｅ）上方に移動するエネルギーのトレースの周波数領域表現に逆バッカス フィルタ［（１＋ＲＺ）²］を掛ける工程、並びに （ｆ）ろ波されたトレースを周波数領域から時間領域に逆変換する工程、 を具備する方法。 ６． ２重センサ地震探査において海底の反射率Ｒを決定する改良された方法で あって、 （ａ）ハイドロホンと近接したジオホンとを使用して圧力と速度とを検知す る工程、 （ｂ）圧力信号と速度信号とに時間ウインドを適用する工程、 （ｃ）時間ウインドされた圧力信号と時間ウインドされた速度信号との和を とって上方に移動するエネルギーだけを含むトレースをもたらす工程、 （ｄ）逆バッカス演算子（１＋ＲＺ）²を計算する工程であって、Ｒは海底 の反射率、ＺはＺ領域表現における水層内の地震信号の２方向移動時間である工 程、 （ｅ）上方に移動する信号に逆バッカス演算子を掛ける工程、 （ｆ）得られた信号の振幅を２乗する工程、 （ｇ）２乗された信号の振幅の和をとることで信号に含まれているべきを測 定する工程、 （ｈ）海底反射率に対して異なる値を使用することで工程（ｄ）〜（ｇ）を 繰り返す工程、 （ｉ）最も低いべきを有する信号を生成する、海底の反射率についての値を 選択する工程、 とを具備する方法。