JPS59137876A - 海上地震探査の信号の波形を記録する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、海上地震探査の信号の質を改良するシステム
に関する。この信号は、船の背後に、複数個のサシアレ
ーから構成される海中地震波源アレーを曳航して集めら
れる。海上地震探査法は、海底地層の性質を調べるため
の、よシ詳しくは地下の成層を調査するためのよく知ら
れた地球物理学的探査方法である。

前記地震探査法では、選定された海中の場所で海中地震
波源によって衝撃波を周期的に発生させ、衝撃波が海底
地面に入るとき地震波となシ、海底地層で反射したシ屈
折したシした後、この波のいろいろな特性が測定される
。

この衝撃波は、衝撃波発生源からいろいろな距離に配置
された高感度計器で検出され、電気信号に変換され、そ
れをさらに処理しで得られるデータをプロットして調査
区域の画像又はマツプが得られ、それによって石油及び
／又はガスなどの炭化水素を保持できる構造トラップが
あるかどうかが分る。

問題としている衝撃波の振幅は、衝撃のサイズの関数で
あり、振幅が比較的大きい波の方が振幅の小さい波よシ
も調べ易いことは明らかであろう。

海上地震探査では、ダイナマイト以外の地震波源、たと
えばエア・ガン、を使用することは今では珍しくなくな
っている。以下の説明はエア・ガンのみに関するが、当
業者には、適当な海中地震波源は何であっても使用でき
ることは明らかであろう。このような適当な地震波源の
一例はウォーター・ガンである。

エア・ガンは、海生船舶の背後に引き綱で曳航され、あ
る体積に閉じこめられていた高圧の気体を突然放出して
、ある音響エネルギーの音響圧カッ９ルスを発生し、そ
れが地中に入ると地震波になる。エア・ガンで発生され
る音響信号は一連の圧力／Ｑルスを示し、それに対応す
る振動的周波数スペクトルをもつようになるが、その基
本周波数はエア・ガンの深さ、及び放出される気体体積
の量と圧力に関係する。さらに、エア・ガンは低強度エ
ネルギー源なので、エア・ガンで発生する音響波は振幅
が小さく、それから得られる電気信号の信号対雑音比は
比較的低い。つまシ、エア・ガンで生ずる信号強度はダ
イナマイト爆発その他の適当な爆源を用いた場合の信号
強度よシ何桁かオーダーが小さいからである。

上記のＩｖｊｍからして、単一のエア・ガンは地震波源
としてあまシ効果的でない。

さらに、海上地震波を検出する方法が必要であるが、そ
のさいさらに雑音が付加わる。何故なら、海底の区域を
探査するとき、検出器は普通、同等な有意性をもついつ
いくつかの衝撃波、Ｑルスを検出するように固定位置に
配置することができない。

むしろ海上地震探査では、曳航する船の後部から伸びる
ストリーマ−・ケーブルを曳いて、そのケーブルに検出
器をとシつけ、関心のある区域の上で船がある定められ
たコースを進みながら、海底下の地層から反射する音波
を検出するというのが普通のやシ方である。しかしこの
方法では曳航するときの雑音が発生し、得られる信号の
質にこれが悪い影響を及ばず。

信号強度と信号波形の両方を改良するために、複数個の
地震波源をいわゆる「コン／ＱクトＪアレーにしたもの
、よシ詳しくはエア・ガンの「コンパクト」アレー、を
用いることが提案されておシ、海上地震探査においては
このようなアレーから複数個の音波を発生することが、
満足できる振幅及び周波数成分をもつ複合音波を作シ出
すのに有利であることが見出された。一般にこの種のア
レーでは、広い周波数帯スペクトルをもつ複合音波を作
シ出すためにいろいろな体積容量のエア・ガンが用いら
れる。体積の異なるエア・ガンは異なる周波数スペクト
ル及び対応する位相スペクトルの音波を発生させるから
であシ、発生する音波の周波数成分、とくに基本周波数
は、エア・ガンの体積容量に依存する。

したがって、広いスペクトルにわたる高エネルギー音響
パルスを作シ出すには、いろいろな基本周波数のいくつ
かの音波を発生させることが望ましい。

使用するエア・ガンの数を増やし、圧縮空気パワーの童
を増やして、いろいろなアレーが設計され、実施された
。この種の「コン／Ｑクト」アレー〇源強度及び記録波
形は、漸次改良されて今では十分なレベルに達している
。

しかし、雑音の出現及び水中における有用な音響エネル
ギーの損失に関連した問題は残っておシ、上記の「コン
パクト」アレーによる従来の方法では満足な解決は得ら
れない。たとえば、海洋底から直接反射される地震波に
含まれている有意義な情報が、しばしば、水平地震波が
水中の障害物などで反射されることによシ生ずる水平に
伝わる雑音の受信でマスクされてしまう。したがって地
震波の記録が際立つようにするには、水平方向への高い
同波数の放射を抑制して水にトラップされる雑音をなく
す必要がある。しかし、それをやっても、ストリーマ−
雑音に打ち克ち、非弾性損失を補うには、さらにかなシ
の量のエネルギーを増やす必要があると考えられる。

したがって、上記の雑音の問題を克服するために「拡が
った」エア・ガン・アレーが設計されて込る。この種の
「拡がった」エア・ガン・アレーの例は、込わゆるスー
ツぐ一ロング・エアガン・アレーでアシ、スーパ−ロン
グ・エアガン・アレーである。これらのアレーはこの分
野で経験を積んでｂる人たちには周知であシ、詳しく説
明しない。

とくに、これらの「拡がった」アレーが作シ出す地震波
信号では、記録波形が不満足なものである。記録波形は
、たとえばＰ波（プライマリ−）対気泡比で％徴づけら
れる。「Ｐ波（′ｆ′ライマリー）対気泡」比（Ｐ／Ｂ
比）という用語は、この分野で経験を積んでいる人たち
には周知であシ。

受信信号の最初の２つの顕著なピークの振幅の比と定義
できる。スーパーロング・エアガン・アレーやスーツ？
−ワイｒ・エアガン・アレーなど通常の拡がった＄アレ
ーで得られるＰ／Ｂ比は６未満である。しかし、現在は
８よシも大きいＰ／Ｂ比が必要とされる。

したがって、本発明の目的は、拡がった海中地震波源ア
レーと共に用いて良質の地震波信号を与える海上地震探
査の一方法を提供することである。

よシ詳しくは、Ｐ波（プライマリ−）対気泡比及び記録
波形が改善された地震波信号を提供することが、この発
明による方法の目的である。

したがって１本発明は、海中地震波信号の記録波形を改
良するための方法を提供するもので、この信号は船の背
後に拡がった海中地震波源アレーと受信器ケーブルを曳
航して集められる。前記地震波源アレーは少くとも２つ
の地震波源サブアレーから成９、各サブアレーはいくつ
かの地震波源を含んでおシ、前記海中地震波源アレーの
源はそれぞれパラメータＴＡ、　ｉ　　で％徴づけられ
ておシ（ここで１＝１・・・・・・ｎ、かつＡ＝１・・
・・・・Ｎで＆ｎは１つのアレーの地震波源の最大個数
、Ｎはアレーの総数である）、かつ、各ノ９ラメータＴ
Ａ、　ｉは。

ＰＡ、１．　ＶＡ、１．　ｄＡ＋ｉ　カーｔ；ｈ（”レ
ノｔフアレ（７）各地震波源の動作圧力、ガン体積及び
曳航深さを表すとして（ＰＡ、ｉ、ＶＡ、ｉ、ｄＡ、ｉ
）のある関数であシ、地震波源アレーの前記ノＱラメー
タＴＡ、ｉが、Ｃｉをある定数として、あらかじめ定め
られた相互関係 を満たしておシ、さらに、パラメータの間には、Ａ〆Ｂ
かつＡ＝１・・・ＮがっＢ＝１・・・Ｎとして、かつ’
ｒＢ、ｉはｊＡ、ｉ　と同様に１つのサブアレーの１つ
の地震波源を特徴づけるパラメータを表すとして、少く
とも１ｓ　ＴＡ、１〆ＴＢ、ｌなる関係が存在する。

本発明はまた、この方法を実行するシステムも提供する
。とのシステムは、船の背後にある拡がった海中地震波
源アレーと受信器ケーブルから成り、前記海中地震波源
アレーは少くとも２つの地震波源サブアレーから構成さ
れ、各サブアレーはいくつかの地震波源を含んでいる。

前記海中地震波源アレーの各源は、それぞれノリメータ
ＴＡｍ　１（１＝１・・・ｎかつＡｍ１・・・Ｎ＋　ｎ
は１つのサブアレーの中の地震波源の最大個数、Ｎはサ
ブアレーの総数である）で特徴づけられ、各パラメータ
’ｒＡ、。

は、Ｐ　・、Ｖｄ　　　が、それぞれのサブアレに＊　
ｌＡｍ　１　’　　ムＩｉ レーの各地震波源の作動圧力、ガン体積及び曳航深さ、
を表すとして（Ｐ　　％Ｖｄ　　・）のある関数Ａ、ｉ
　　　Ａｅｌ−ム、ｌ であり、かつＣｉをある定数として、あらかじめ定めら
れた相互関係 を満たしておシ、さらに、ＡｍＢかつＡｍ１・・・Ｎか
つｎ＝１・・・ＮとしＴＢｓ　１はＴＡ　＊　ｌと同様
に、１つのサブアレーの１つの地震波源を特徴づけるノ
ξラメータを表すとして、少くとも１っＴＡ　＊　ｌ〆
１’Ｂ、。

なる関係が存在する。

この発明のある有利な実施態様では、パラメーる。

この発明の別の有利な実施態様では、 かつ’＋ｉメＴ８．ｉ≠・・曲〆４．Ｉである。

この発明のもうひとつの有利な実施態様では、かつ（Ｔ
□、　ｉ　”＝Ｔ＋、　１　）メ”　＊　１　＝Ｔ５　
＊　１　）〆（Ｔ８．　、　＝Ｔ６．．　）である。

である。

これらのいろいろな値は、ある定められた範囲、たとえ
ばｄとしては２−１５メートル、■としては２０−２０
００立方インチという範囲、から選ぶことができる。こ
れらのパラメータを変化させる適当な技術的方法は何で
あれ使用できることは了解されよう。このような技術的
方法は、当業者には周知であるから詳しく説明しない。

次に添付の図面によって、この発明をもつと詳しく例に
よって説明しよう。

まず第１図について説明する。同図には、この発明の方
法を実行するのに利用できる、いわゆる「スーパーワイ
ド」地震波源アレーの１例が概略図で示されている。船
１が６つのサブアレー３゜４．５．６．７．８（すなわ
ちＮ＝６）から成る地震波源プレーを曳航する。各サブ
アレーは、ケーブルなど適当な結合手段２によフ船ｌに
結合されている。各サブアレーはエア・ガンなどの地震
波源（図式的に示されている）を６個つけている（すな
わちｎ＝６）。

地震波源アレーそのものの技術的細部は、当業者には周
知なので説明しない。

しかし、この発明の方法は、造渦な地震波源アレーなら
どんなものにも、たとえば、いわゆる「スーツ９−ロン
グ」地震波源アレー（図示せず）にも実行できるという
ことは了解されよう。

関連するノぐラメータＴＡ、ｉは、第１のサブアレーで
は次のように表される： ＴＩ、ｌ’　　１．２・ＴＩ、８’　Ｔ１，４・ＴＩ、
５及びＴ１，６各Ｔ□、１（＋＝１・・・６）は、第１
のサブアレーの各地震波源の動作圧力、体積及び曳航深
さのある関数である。ノ９ラメータＴＡｓ１は、受信す
る信号の優勢な時間として決めることができる。

関連するノ耐うメータＴＡ＊ｉは、第６のサブアレーで
は次のように表される： Ｔ　％Ｔ　　、Ｔ　　％Ｔ　％Ｔ　及びＴ６＃６６、ｌ
　　　６，９　　６，８　　６，４　６．Ｓ各Ｔ６．、
　（ｉ＝　１・・・６）は第６のサブアレーの各地震波
源の作動圧力、体積及び曳航深さのある関数である。

他のサブアレーのパラメータも同様に表される（煩雑に
なるので示さない）。

ノｑラメータＴ工、ｌとＴＬｌには、あらかじめ定めら
れたある相互関係 がある。したがって Ｔｌ、Ｂ　＝　０２　Ｔｌ、ｌ　’　Ｔ１．Ｂ　＝　Ｃ
Ｂ　Ｔｌ、ｉｌ　”’Ｉゝ’　Ｔｌ、６　＝　”：ｅ　
Ｔｌ、６かつＴ、、、＝δＴｌ、。

で、δＦ！−１である。こうして、いわゆる「相似」次
に第２図について説明する。同図で、横軸は時間ｔを表
し、縦軸は信号振幅を表す。

この信号は次のようにして得られた。２つのサブアレー
から成る「スーツ耐−ワイド」のような拡がった地震波
源アレーを船の背後に曳航し、各サブアレーは７つのエ
ア・ガンから成っていた。１つのサシアレーは、約６−
８メートルという通常の深さで、もつと具体的に言うと
７．５メートルの深さで曳航され、このサブアレーの地
震波源の全体積は９１０立方インチであった。別のサブ
アレーは５メートルの深さで曳航され、このサブアレー
の地震波源の全体積は１３９０立方インチであった。

このアレーのエア・ガンを発射させて、第２図に示され
ている合成信号が得られた。第２図から、合成信号は著
しく改善されたことが明らかであろう。何故なら、Ｐ／
Ｂ比（ピークＡとＢの振幅の比）として９．５という値
が得られたからである。

これは従来のＰ／Ｂ比５．６に比べてずつと良い値であ
る。異なる深さで衝撃波が生ずるので、非同期的に放出
される衝撃波の補償をする手段が講じられなければなら
ないことが了解されよう。

第３ａ図と第３ｂ図で、横軸は「相似因子」の変化を、
縦軸は得られた地震波信号のＰ波（プライマリ−）／気
泡比を表している。パラメータＰとＶは前にすでに定義
した。この図では、横軸のスケールは対数目盛であるが
、目的に叶う適当なスクールなら何を用いてもよいこと
は明らかであろう。

第３ａ図は、船の背後に８メートルの深さで、２つの７
−ガン・サブアレーから成る地震波源アレーを曳航して
得られた実験結果を示している。

１つのサブアレーのガン体積は同じま＼にして、２番目
のサブアレーのガン体積を ごｓ、１＝ｒｖ１．ｌ；　Ｖｊｌ、２＝ｒＶｈ、ｓｏｏ
ｏｏ”。

０°９°°ｖｓ、？””７ｖｌ、？ となるように変化させた。ここでｒは「相似因子」を衣
す。

また、２つの５−ガン・サシアレーから成る地震波源ア
レーを８メートルの深さで曳航した実験も行った。その
結果は第３ｂ図に示されている。

第３ａｅ第３ｂ図から、２番目のサブアレーのガン体積
を大きくすることが魅力的であると思われる。

第４ｂ図と第４ｂ図は、非常に魅力的な方法、すなわち
、２番目のサシアレーの深さを変えたときの結果を示す
。この実験でもやはり、２つの７−ガン・サブアレーか
ら成る地震波源アレーと、２つの５−ガン・サブアレー
から成る地震波源アレーが用いられた。それぞれ１つの
５−ガン・サブアレー又は７−ガン・サブアレーを約８
メートルという通常の深さに保ち、２番目のサプアレー
の深さを変化させた。

第４ａ　、ｂ図で、横軸は２番目のサブアレーの深さを
表し、縦軸は得られた信号のＰ／Ｂ比を表す。

第４ａ図は、１つの７−ガン・サブアレーを約８メート
ルの深さに保ち、もう１つの７−ガン・サシアレーの深
さを変えたときの結果を示す。第４ｂ図は、１つの５−
ガン・サブアレーを約８メートルの深さに保ち、もう１
つの５−ガン・サブアレーの深さを変えたときの結果を
示す。

第４ａ、ｂ図から有利なＰ／Ｂ比は深さが浅いときに得
られるように思われる。

Ｐ／Ｂ比が最適となるよう改良するためにＰ又はＶの変
化と深さの変化の両方を限られた範囲内で用いることが
できよう。

この発明の方法は、２つのサブアレーから成るアレーの
曳航、あるいは各サブアレーで５−又は７−ガンを使用
すること、に限定されるものではないことは了解されよ
う。

目的に叶うものであれば、いくつのサブアレーでも、サ
ブアレーの中のガンの数や種類が何であれ、応用するこ
とができる。

上の説明と添付の図面から、当業者には、この発明の種
々の変更は明らかであろう。これらの変更は特許請求の
範囲に包含されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の方法を実施するのに使用できる地
震波源アレーの１例（Ｎ＝６かつｎ−６）、 第２図は、この発明の方法及び装置によって得られる改
善された地震波信号の１例、第３ａ邑萼３ｂ図は、いわ
ゆる「相似因子」ＰＢ　＋　ｓ　　　　ＶＢ　、　ｉ がＰ／Ｂ比に及ばず影響、 第４ｔｔｅ）ｂ図は、１つのサブアレーの深さの変化が
Ｐ／Ｂ比に及ぼす影響、を示す。 （１・・・船、　　　２・・・結合手段、３．４．５．
６．７．８・・・サブアレー。）４０ ロ■のＮの１４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１船の背後に拡がった海中地震波源アレーと１本の
   受信器ケーブルを曳航して信号を集める海上地震探査に
   おいて、前記海中地震波源アレーが２つ以上のサブアレ
   ーから成シ、各サブアレーがいくつかの地震波源で構成
   され、１つのサシアレーの地震波源の最大個数をｎ、サ
   ブアレーの総数をＮとして、前記海中地震波源アレーの
   地震波源がそれぞれ）９ラメータＴ、１（ｉ＝１・・・
   ・・・ｎかりＡ＝１・・・・・・Ｎ）で特徴づけられて
   おシ、各ノ９ラメータＴＡ、　ｉは（ＰＡ＋ｉ、ＶＡ、
   １．ｄＡ、ｉ　）（Ｄ関数で、ＰＡ、　ｉ、ＶＡ、　ｉ
   、ｄＡ、ｉはそれぞれのサブアレーのそれぞれの地震波
   源の動作圧力、ガン体積及び曳航深さを表し、海中地震
   波源アレーの前記パラメータＴＡ、ｉは、ｃｌをある一
   定の数として、あらかじめ定められた相互関係 を満たしておシ、さらに）ｑラメータの間に、Ａ〆Ｂ、
   Ａ＝１・・・・・・Ｎ、Ｂ＝１・・・・・・ＮかつＴＢ
   、　ｌはＴｈ、ｉ　と同様に１つのサブアレーの中の１
   つの源を特徴づけるパラメータを表すものとして、少く
   とも１つＴＡ　＊　１　’　ＴＢ　＊　１なる関係が存
   在する、海上地震探査信号の記録波形を改良する方法。 ある特許請求の範囲第１項に記載の方法。 かつ’ｒ２．ｉメＴ３．ｉメＴ４　、　ｉ　１４Ｔ・≠
   Ｔｓ、ｉ　である、特許請求の範囲第１項乃至第２項に
   記載の方法。 かり（Ｔ　１１１　”　ＴＡ　、ｉ　）〆（Ｔ、、ｉ＝
   Ｔ、、ｉ　）〆（ＴＢ　、ｉ　＝Ｔ６　＋　ｉ　）であ
   る、特許請求の範囲第１項乃至第２項に記載の方法。 （５３Ｂ＝１・・・・・・ＮかつＡ＝１・・・・・・Ｎ
   かつＡ〆Ｂとを変化させる段階を含む、特許請求の範囲
   第１項から第４項までのいずれかに記載の方法。 （６）　　Ｂ＝１・・・・・・ＮかつＡ＝１・・・・・
   ・ＮかつＡ〆Ｂとを変化させる段階を含む、特許請求の
   範囲第１項から第５項までのいずれかに記載の方法。 １７）　　Ｂ＝１・・・・・・ＮかつＡ−１・・・・・
   ・ＮかつＡ〆Ｂとを変化させる段階を含む、特許請求の
   範囲第１項から第６項までのいずれかに記載の方法。 ［Ｆ］）少くとも１つのサブアレーを曳航する深さを２
   から１５メートルまでの間で変化させる段階を含む、特
   許請求の範囲第７項に記載の方法。 （９）他の１つ以上のサブアレーが約６乃至８メートル
   の深さで曳航される、特許請求の範囲第８項に記載の方
   法。 ０１少くとも１つのサブアレーの深さが約５メートルで
   あシ、他の１つ以上のサシアレーの深さが約７．５メー
   トルである、特許請求の範囲第８項乃至第９項に記載の
   方法。 ａ９１つのサブアレーの地震波源の体積を２０から２０
   ００立方インチの間で変える段階を含む、特許請求の範
   囲第６項に記載の方法。 ａ２　　少くとも１つのサブアレーの地震波源体積が約
   ９１０立方インチでちゃ、他の１つ以上のサブアレーの
   地震波源体積が約１３９０立方インチである、特許請求
   の範囲第１１項に記載の方法。 α〜　船の背後にある拡がった海中地震波源アレーと１
   本の受信器ケーブルから成層、前記海中地震波源アレー
   が２つ以上の地震波源サブアレーで構成され、各サブア
   レーがいくりかの地震波源を含んでおル、１つのサシア
   レーの地震波源の最大個数をｎ、サブアレーの総数をＮ
   として、前記海中地震波源アレーの地震波源がパラメー
   　　。 りＴＡ、ｌ　（ｉ　＝１・・・・・・ｎかつＡ＝１・・
   曲Ｎ）によシ特徴づけられ、各ノｑラメータＴＡ、ｉは
   、　ＰＡ、ｉ、■Ａ、ｉｓ　’Ａ、ｉがそれぞれのサブ
   アレーの地震波源め動作圧力、ガン体積及び曳航深さ、
   をそれぞれ表すとして（ＰＡ、ｉ％ＰＡ、１％ｄＡ、ｉ
   ）のある関数であシ、地震波源アレーの前記ノＱラメー
   タが、Ｃｉをある定数として、あらかじめ定められた相
   互関係 ヲ満たしておシ、さらにノｑラメータの間に、Ａ〆Ｂか
   つＡ＝１・・・・・・Ｎ％Ｂ＝１・・・・・・ＮかっＴ
   Ｂ、ｉはＴＡ、ｉと同様に１つのサブアレーの中の１つ
   の地震波源を特徴づけるノ９ラメータを表すもの−とし
   て、少くとも１つＴＡ、ｉ〆ＴＢ、ｉなる関係が存在す
   る、特許請求の範囲第１項から第１２項までに記載の方
   法を実行するシステム。