СПОСОБ МОРСКОЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01V1/38 

Изобретение относится к технике проведения сейсморазведочных работ на акваториях, а именно к технике проведения сейсморазведочных работ на морском шельфе.

Известны способы морской сейсморазведки (патент CША N 4314363; кл. G 01 V 1/38, НКИ 367/16, опубл. 02.02.82), заключающиеся в возбуждении источниками упругих волн, приеме и регистрации отраженных волн группами сейсмоприемников буксируемой за судном сейсмокосы, причем сейсмокосу на период приема и регистрации отраженных волн останавливают в толще воды, вытраливая ее слабину, при непрерывном движении судна. Такой способ морской сейсморазведки получил название старт-стопного режима или режима скачкообразного протягивания косы и включает последовательные операции по замедлению косы до полной остановки и по ускорению движения косы после регистрации сигналов для согласования со скоростью движения судна.

Известные устройства по реализации способа морской сейсморазведки (патент США N 4314363) содержат источники упругих волн, многоканальную сейсмокосу с устройствами приема, а также устройство регистрации отраженных волн, а временная последовательность операций излучения и приема в старт-стопном режиме определяется таймером, который управляет работой источников упругих волн, коммутатора, регистратора и блока воспроизведения. Традиционным для известных способов морской сейсморазведки является использование продольных упругих волн.

Повышение надежности решения геологических задач, включая поиск пологих структур, зон выклиниваний, а также прогнозирования литологического состава разреза и его флюидонасыщенности, может быть достигнуто за счет использования методов продольных волн в комплексе с методами обменных и поперечных волн, т. е. за счет использования методов поляризационной сейсморазведки. Поляризационный метод (ПМ) сейсморазведки имеет повышенную разрешающую способность, дает возможности определения ряда дополнительных независимых упругих параметров излучаемого геологического разреза и на новой качественной основе интерпретировать кинематические и динамические характеристики упругих волн. ПМ на акваториях может быть реализован при укладке приемных устройств на морское дно и при соответствующей аппаратурной реализации комплексного метода продольных, обменных и поперечных волн. При этом могут быть использованы не только отраженные, но и преломленные, рефрагированные, поверхностные и другие упругие волны.

В известном способе морской двухволновой сейсморазведки (патент США N 4604734, кл. G 01 V 1/38, НКИ 367/63, опубл. 05.08.86), принятом за прототип, производят возбуждение источниками продольных сейсмических волн, причем и регистрацию продольных и обменных отраженных волн и совместную обработку временных разрезов по продольным и обменным волнам. В процессе морских наблюдений приемное двухволновое устройство укладывается на морское дно, а прием и регистрацию отраженных волн группами сейсмоприемников косы ведут по методике многократных перекрытий.

Устройство, реализующее известный способ многоволновой сейсморазведки (патент США N 4604734), принятое за прототип, содержит последовательно соединенные многоканальную сейсмокосу, многоканальный усилитель, коммутатор, регистратор, блок воспроизведения, а также устройство управления (УУ), таймер и последовательно соединенные устройство подачи команд на возбуждение (УПКВ) и источник упругих волн, причем выходы УУ cоединены с управляющими входами коммутатора, регистратора и блока воспроизведения, а выходы таймера соединены с управляющими входами УУ и УПКВ. В устройстве данной конструкции таймер определяет временную последовательность операций излучения продольных и приема продольных и обменных отраженных волн.

Известный метод морской двухволновой сейсморазведки и реализующее его устройство (патент США N 4604734), однако не позволяют проводить сейсморазведочные наблюдения на шельфе при непрерывном движении судна с буксируемой косой, что ограничивает производительность работ. Кроме того, в предложенной конструкции приемного устройства используются сейсмоприемники различных типов (давления и смещения), что исключает возможность проведения сравнительного динамического анализа волновых полей различны типов ввиду амплитудной неидентичности этих приемников.

Применение поляризационной сейсморазведки на морском шельфе требует разрешения противоречий между существующими техническими решениями (патенты США N 4314363 и N 4604734) путем создания технологии ПМ при непрерывном движении буксирующего приемные устройства судна вдоль профиля. Эти противоречия разрешаются в предлагаемой технологии проведения морской поляризационной сейсморазведки.

Техническая задача изобретения повышение информативности морской сейсморазведки шельфа и расширение области применения поляризационной сейсморазведки путем создания морской технологии наблюдений непродольных упругих волн при непрерывном движении судна вдоль профиля.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в способе морской поляризационной сейсморазведки, включающем возбуждение источниками продольных упругих волн, прием и регистрацию продольных и обменных волн группами сейсмоприемников по методике многократных перекрытий или одиночных зондирований, излучение продольных волн и прием продольных и обменных волн осуществляют в моменты укладки приемных устройств на морское дно, время разрешенного приема фиксируют по пороговому уровню шума приемников, расположенных в сейсмокосах, а прием и регистрацию упругих волн различных типов осуществляют соответствующими группами сейсмоприемников гидрофонного и геофонного типов, размещенных в одном комбинированном или нескольких специализированных приемных устройствах.

Общим для всех возможных вариантов технологии морского ПМ является применение донных приемных устройств. В связи с тем, что, как упоминалось выше, для изучения геологического разреза могут применяться как отраженные, так и преломленные и т.д. продольные и непродольные волны, модификации систем наблюдений подразделяются на две основные группы: наблюдения методом непрерывного профилирования, при этом излучающая и приемная части аппаратурного комплекса перемещаются синхронно с помощью одного судна, и методом стационарных наблюдений, при котором приемные устройства сохраняют постоянное положение на дне моря, а источник возбуждения упругих волн перемещается вдоль линии наблюдений. После завершения цикла наблюдений приемные системы перемещаются на новую точку и цикл повторяется.

При производстве работ методом поляризационного профилирования, включающем возбуждение источниками продольных упругих волн, прием и регистрацию продольных и обменных волн по способу многократных перекрытий, излучение волнового поршня и прием упругих колебаний различных типов производится во время нахождения приемных устройств на морском дне в состоянии покоя. При этом для приема разнотипных волн могут использоваться: симметричные установки геофонов, сосредоточенные в одном приемном устройстве; азимутальные геофонные установки; двухволновые геофонные установки, обеспечивающие прием упругих волн по двум фиксированным направлениям поляризации; двухволновые приемные устройства комбинированного типа, в которых для приема продольных волн применяются гидрофоны, а для приема обменных волн определенным образом ориентированные по отношению к линии наблюдения геофоны; системы наблюдений, состоящие из двух, или трех приемных устройств, каждое из которых предназначено для приема упругих волн заданной поляризации.

Последняя из перечисленных систем наблюдения является оптимизированной, т. к. различия в кинематических и динамических параметрах продольных и обменных волн определяют соответствующие различия в параметрах приемных устройств, например по величинам без приема. В частности, для приема обменных волн вынос L первого геофона от пункта взрыва определяется по формуле:
L=[h(1+n₁μ₁)+H•n₂•μ₂]tgα, (I)
где n₁=v_s/v_p; n₂=v_c/v_p;

h глубина залегания отражающего горизонта относительно дна моря;
Н глубина источника упругих волн относительно дна моря;
α угол падения продольной волны на отражающую границу;
V_s скорость распространения поперечных волн;
V_p cкорость распространения продольных волн;
V_c скорость распространения продольных волн в морской воде.

Для производства морских сейсмических поляризационных наблюдений в устройство, реализующее предложенный способ морского ПМ, включены последовательно соединенные многоканальные донные приемные устройства, многоканальный усилитель, коммутатор, регистратор, блок воспроизведения, а также УУ и последовательно соединенные УПКВ и источник упругих волн, причем выходы УУ cоединены с управляющими входами коммутатора, регистратора и блока воспроизведения; дополнительно введены пороговое устройство (ПУ) для фиксации уровня шумов приемников сейсмокос при их укладке на дно в старт-стопном режиме и схема запуска (СЗ) управляющего устройства. Вход ПУ соединен с выходом многоканального усилителя, выход ПУ соединен с входом СЗ УУ и с входом УПКВ, а выход СЗ соединен с управляющим входом "пуск" УУ.

В устройстве, реализующем предлагаемый способ морских поляризационных наблюдений, приемные устройства выполняются либо в виде шланговых сейсмокос комбинированного типа, т.е. содержащих в себе приемники, предназначенные для приема определенных типов волн (в том числе приемников для приема продольных упругих волн и ориентированных соосно с косой горизонтальных геофонов для приема обменных волн Х-поляризации), либо в виде кабельно-модульных устройств, где симметричные или азимутальные геофонные установки, снабженные системами самоориентации, помещены в герметические корпуса модулей, соединенных между собой многожильными кабелями.

На фиг.1, 2 приведена схема реализации поляризационного профилирования в условиях горизонтального залегания исследуемого отражающего горизонта; на фиг.3 структурная схема устройства для реализации предлагаемого способа морского ПМ; на фиг.4 лучевая схема распространения продольных и обменных волн для вывода выражения оптимальной базы группирования геофонов.

Устройство для осуществления способа (ПМ) (фиг.3) содержит в себе одно (фиг.1) или несколько (фиг.2) приемных устройств 1, многоканальный усилитель 2, коммутатор 3, регистратор 4, блок 5 воспроизведения, устройство 6 управления (УУ6), устройство подачи команды на возбуждение 7 (УПКВ7), источник 8 упругих волн, а также дополнительно введены пороговое устройство 9 (ПУ9) и схему запуска 10 (С310).

Сейсмические приемные устройства 1 содержат в себе преобразователи 11, 12, предназначенные для приема упругих волн различных типов. При решении задач, связанных с исследованиями только кинематических параметров волнового поля, допускается применение наряду с геофонами 12 приемников 11 гидрофонного типа, регистрирующие продольные волны в виде волн давления. Способ морского ПМ реализуется следующим образом.

При непрерывном движении судна вдоль профиля со скоростью 2 3 узла системы приемных устройств 1 буксируется волочением по морскому дну. Возбуждение продольных волн источником 8 и прием продольных и обменных упругих волн приемниками 11 и 12 производят в период времени, когда приемные устройства после укладки их на дно находятся в состоянии покоя.

Эти моменты времени фиксируют по пороговому уровню шумов приемников 11 и 12 сейсмокос 1 с помощью порогового устройства ПУ7. Оптимальную базу группирования приемников, предназначенных для приема непродольных колебаний, устанавливают с учетом выноса первого горизонтального приемника 12 смещения (фиг.1,4) от источника 8, который определяют по формуле (1).

При буксировке сейсмокос волочением по морскому дну уровень шумов, поступающих с приемников 11 и 12, достаточно высок, и пороговое устройство 9 заперто, т. е. сигнал на выходе ПУ7 отсутствует. При укладывании приемных устройств на дно шумы резко снижаются и на выходе ПУ7 формируется сигнал, которые включает УПКВ7 и С310. Этот момент является началом рабочего режима и УПКВ7 подает команду на возбуждение источнику 8. Возбужденные источником 8 продольные сейсмические волны в геологической среде частично преобразуются в поперечные колебания и принимаются в виде продольных и поперечных упругих волн соответствующими приемниками сейсмокос. Сигналы с выходов приемников 11 и 12 по многоканальному кабелю поступают на вход многоканального усилителя 2 и далее через коммутатор 3 на регистратор 4 и блок воспроизведения 5. Работой коммутатора 3, регистратора 4 и блока воспроизведения 5 управляет УУ6, которое запускается командой СЗ10 по управляющему входу "пуск".

Таким образом, регистратор 4 производит регистрацию не только продольных, но и обменных волн.

Преимущества заявленного способа профилирования ПМ и реализующих его устройств заключаются в комплексном использовании информации продольных и обменных волн, относящихся к одному и тому же изучаемому геологическому разрезу при непрерывном движении судна вдоль профиля. Расширение области применения ПМ за счет старт-стопного режима и увеличение информативности повышает производительность многоволновой сейсморазведки и достоверность получаемых данных сейсморазведки морского шельфа в диапазоне глубин моря от 2 до 300 м. Экономический эффект достигается за счет снижения потерь времени при остановке судна для укладывания сейсмокос на дно и их подъема.

Использование: сейсморазведочные работы на акваториях; Сущность: излучение и прием продольных и обменных упругих волн производится в старт-стопном режиме во время укладки приемных устройств на морское дно и нахождении их в состоянии покоя. Устройство содержит последовательно соединенные приемные устройства, многоканальный усилитель, коммутатор, регистратор, блок воспроизведения, устройство управления, устройство подачи команд на возбуждение, источник упругих волн, пороговое устройство и схему запуска управляющего устройства. Выходы устройства управления соединены с управляющими входами коммутатора, регистратора и блока воспроизведения, вход порогового устройства соединен с выходом многоканального усилителя, выход порогового устройства соединен с входом схемы запуска управляющего устройства и с входом устройства подачи команд на возбуждение. Выход схемы запуска соединен с управляющим входом устройства управления. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ морской поляризационной сейсморазведки, включающий возбуждение источниками продольных упругих волн, прием и регистрацию продольных и обменных волн группами сейсмоприемников по методике многократных перекрытий или одинаковых зондирований, отличающийся тем, что излучение продольных волн и прием продольных и обменных волн осуществляют в моменты укладки приемных устройств на морское дно при непрерывном движении буксирующего сейсмоприемники судна, при этом время разрешенного приема фиксируют по пороговому уровню шума приемников, расположенных в сейсмокосах, а прием и регистрацию упругих волн различных типов осуществляют соответствующими группами сейсмоприемников гидрофонного и геофонного типов, размещенных в одном комбинированном или нескольких специализированных приемных устройствах. 2. Устройство для морской поляризационной сейсморазведки, содержащее последовательно соединенные приемные устройства, многоканальный усилитель, коммутатор, регистратор, блок воспроизведения, а также устройство управления и последовательно соединенные устройство подачи команд на возбуждение и источник упругих волн, причем выходы устройства управления соединены с управляющими входами коммутатора, регистратора и блока воспроизведения, отличающееся тем, что дополнительно содержит пороговое устройство и схему запуска управляющего устройства, причем вход порогового устройства соединен с выходом многоканального усилителя, выход порогового устройства соединен с входом схемы запуска управляющего устройства и с входом устройства подачи команд на возбуждение, а выход схемы запуска соединен с управляющим входом устройства управления. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что приемные устройства выполнены в виде шланговых комбинированных или кабельно-модульных приемных устройств гидрофонного и геофонного типов, каждое из которых предназначено для регистрации всех типов упругих волн или специализировано на приеме одной компоненты волнового поля с заданной поляризацией.