СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ Российский патент 1999 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к сейсмическим методам исследования среды, а именно к методам обнаружения и локализации в исследуемой толще различных объектов (неоднородностей), отличающихся по своим свойствам от окружающей среды.

Известен способ сейсмической разведки, включающий возбуждение сейсмических колебаний искусственными источниками, регистрацию сигналов сейсмоприемниками, распределенными на поверхности, и использование полученных сейсмограмм для извлечения информации о строении исследуемой среды [см., например, В. И. Мешбей, Сейсморазведка методом общей глубинной точки, Москва, "Недра", 1973, 152 с.].

Недостатком способа является то, что он ориентирован главным образом на прослеживание в среде границ между слоями и выявление крупномасштабных неоднородностей при невысокой разрешающей способности.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ сейсмической разведки, включающий регистрацию сейсмических сигналов из опрашиваемых точек исследуемого участка среды площадной группой сейсмоприемников и оценку энергии этих сигналов [см. Авт. св. СССР 1000962, кл. G 01 V 1/00, 1980].

Недостатками способа являются низкая разрешающая способность и низкая надежность обнаружения объектов, отличающихся слабой эмиссионной способностью.

Техническая задача изобретения - повышение разрешающей способности и надежности обнаружения в исследуемой среде объектов, излучающая способность которых мала или вовсе отсутствует, и получение информации о конфигурации таких объектов.

Для достижения поставленной технической задачи в способе сейсмической разведки, включающем регистрацию сейсмических сигналов из опрашиваемых точек исследуемого участка среды площадной группой сейсмоприемников и оценку их энергии, над этим участком устанавливают сейсмические излучатели, число и координаты размещения которых совпадают с числом и координатами размещения сейсмоприемников, последовательно посредством блока управления подают один или более раз на каждый сейсмический излучатель сигнал излучения одной и той же формы с временными задержками, обеспечивающими фокусировку суммарного зондирующего луча на каждой опрашиваемой точке внутри исследуемого участка, регистрируют сигналы, переизлученные каждой опрашиваемой точкой, оценивают их энергию и по результатам обработки полученных данных судят о наличии в исследуемом участке среды неоднородностей и их конфигурации.

Способ сейсмической разведки осуществляется следующим образом. Над исследуемым участком среды размещают излучающую и приемную сейсмические группы, включающие M идентичных сейсмических излучателей и такое же число идентичных вертикальных или трехкомпонентных сейсмоприемников, причем координаты размещения излучателей и сейсмоприемников совпадают, и задают координаты X_i Y_j, Z_k точек зондирования среды (сетку опроса). На основании априорной скоростной модели среды блок управления рассчитывает времена пробега волн и формирует единый для всех сейсмических излучателей зондирующий сигнал f(t). После этого начинается процесс сканирования (опроса) исследуемого участка среды по координатам X_i Y_j, Z_k узлов заданной сетки опроса. При этом сигнал излучения f(t) из блока управления подается на каждый управляемый сейсмический излучатель со своими заранее рассчитанными временными задержками τmijk

, которые обеспечивают фокусировку суммарного зондирующего луча на каждой опрашиваемой точке (i, j, k) исследуемого участка среды. Переизлученный этой точкой сигнал

регистрируют приемной группой из M сейсмоприемников. Для повышения отношения сигнал/помеха процедуру облучения повторяют несколько раз, а переизлученные сигналы накапливают с помощью блока управления.

Зарегистрированную приемной группой сейсмограмму фильтруют оптимальным согласованным фильтром с оператором L_f для усиления переизлученного сигнала, близкого по форме к первичному излученному сигналу. M-канальная сейсмограмма на выходе фильтра имеет вид

По отфильтрованной сейсмограмме Φmijk

(t) оценивают энергию вторичного сигнала F_ijk(t), переизлученного (i, j, k)-ой опрашиваемой точкой. Описанную последовательность операций повторяют для всех опрашиваемых точек исследуемого участка среды и по совокупности полученных оценок энергии вторичных сигналов { SNR_ijk} судят о наличии в исследуемой среде неоднородностей и их конфигурации.

Для оценки энергии переизлученных сигналов по отфильтрованной сейсмограмме в блоке управления вычисляют экспериментальные оценки отношения сигнал/помеха:

где:


m = 1, 2,...,M - номер сейсмического излучателя и номер сейсмоприемника;
n = 1, 2, ...,N - номер отсчета внутри временного окна, в котором усредняется оценка энергии переизлученного сигнала, N - размер окна;
X_i, Y_j, Z_k - координаты (i, j,k) узла сетки опроса;
f(t) - сигнал излучения, синтезированный блоком управления;
- сигнал, переизлученный (i, j, k)-ой точкой опроса в исследуемой среде;
Φmijk

(t) = L_f[αmijk•F_ijk(t-τmijk)+ξmijk] - M-канальная сейсмограмма после оптимальной согласованной фильтрации, L_f - оператор оптимального фильтра;
ξmijk - аддитивная помеха;
τmijk - временные поправки, определяемые временем распространения сигнала от m-го сейсмического излучателя к (i, j, k) узлу и от (i, j, k) узла к m-ому сейсмоприемнику соответственно;
αmijk - коэффициенты затухания амплитуд прямого и переизлученного сигналов;
β_ijk - коэффициент переизлучения.

Описанную последовательность действий повторяют для каждого (i, j, k) узла сетки сканирования исследуемого участка среды. Если в ближайшей окрестности опрашиваемой точки размещается неоднородность, то сфокусированный на этой точке суммарный зондирующий луч группы излучателей создаст переизлученную сферическую волну F_ijk(t), энергия которой превысит энергию волн, переизлученных соседними точками. Если же в этой точке нет явных нарушений сплошности, то сфокусированные на этой точке лучи излучающей группы просто разойдутся и энергия вторичного сигнала, переизлученного данной точкой, окажется сравнительно небольшой. По совокупности полученных таким образом оценок энергии переизлученных сигналов {SNR_ijk} судят о наличии в исследуемом участке среды неоднородностей и их конфигурации.

Предложенный способ позволяет повысить разрешающую способность и надежность обнаружения в исследуемой среде неоднородностей, излучающая способность которых мала или вовсе отсутствует, и получить объемное изображение таких объектов за счет двойной фокусировки излучающей и приемной сейсмических групп на точках опроса внутри среды, накопления и оптимальной фильтрации принимаемых сигналов.

Надежность обнаружения, точность и качество картирования неоднородностей в сильной степени зависят от достоверности априорной скоростной модели. Поэтому благодаря совмещению координат установки излучателей и сейсмоприемников и использованию прямых и переизлученных волн, распространяющихся по одной и той же траектории, мы можем в данном методе повысить вероятность правильного обнаружения и точность картирования объектов за счет уменьшения погрешностей, связанных с априорной неопределенностью скоростной модели.

Использование: при сейсмических исследованиях среды для повышения разрешающей способности и надежности обнаружения и локализации в исследуемой толще различных объектов и неоднородностей, отличающихся по своим свойствам от окружающей среды. Сущность изобретения: над исследуемым участком среды устанавливают группу сейсмических излучателей и группу сейсмоприемников, причем число и координаты размещения излучателей и приемников совпадают, подают один или более раз на каждый сейсмический излучатель сигнал излучения с временными задержками, обеспечивающими фокусировку суммарного зондирующего луча на каждой опрашиваемой точке исследуемого участка среды. Затем регистрируют сигналы, переизлученные каждой опрашиваемой точкой, и оценивают их энергию. По результатам обработки полученных данных судят о наличии в исследуемой среде неоднородностей и их конфигурации.

Способ сейсмической разведки, включающий регистрацию сейсмических сигналов из опрашиваемых точек исследуемого участка среды площадной группой сейсмоприемников и оценку их энергии, отличающийся тем, что над исследуемым участком среды устанавливают группу сейсмических излучателей, число и координаты размещения которых совпадают с числом и координатами размещения сейсмоприемников, последовательно посредством блока управления подают один или более раз на каждый сейсмический излучатель сигнал излучения с временными задержками, обеспечивающими фокусировку суммарного зондирующего луча на каждой опрашиваемой точке исследуемого участка среды, регистрируют сигналы, переизлученные каждой опрашиваемой точкой, и по совокупности полученных оценок энергии переизлученных волн судят о наличии в исследуемом участке среды неоднородностей и их конфигурации.