СПОСОБ МНОГОУРОВНЕВОЙ ВИБРОСЕЙСМОРАЗВЕДКИ Российский патент 2001 года по МПК G01V1/36 

Изобретение относится к вибросейсморазведке и предназначено для повышения качества и информативности сейсмического материала.

Известен способ сейсмической разведки в соответствии, с которым функцию вибратора пропускают через фильтр, непрерывно настраиваемый на мгновенную частоту вибратора после перемножения ее с регистрируемыми колебаниями фильтруют на полосовом фильтре, частотную характеристику которого, перемещают по оси частот на величину, пропорциональную отклонению скорости излучения частоты вибратора от своего среднего значения [1].

Недостатком этого способа является то, что он учитывает лишь искажения вибрационных сигналов, возникающие в системе вибратор-грунт, а также искажающее влияние паразитных гармоник. Искажения же вибрационного сигнала в среде, связанные с частотно-зависимым затуханием и дисперсией скорости, не учитываются. Это снижает эффективность способа. Кроме того, он требует изготовления сложной аппаратуры на базе двух-трехдорожечного магнитофона специального типа, перемножающих устройств и линий задержки.

Известен способ формирования сейсмических данных с использованием сейсмического вибратора и его варианты. Согласно этому способу формируют первую последовательность каскадированной развертки, содержащую n идентичных сегментов, и вторую такую же последовательность с дополнительным сегментом, который расположен и фазирован так, чтобы подавлять гармонические помехи во время корреляции [2].

Недостатком этого способа является то, что он, подавляя искажения коррелограмм, связанные с гармоническими помехами при вычислении интеграла корреляции, не учитывает отрицательное влияние на результаты корреляции искажений свип-сигналов в среде. Это снижает эффективность выделения импульсных сигналов на фоне помех. Кроме того, способ характеризуется сложной технологией и большой трудоемкостью, требуя применения нескольких разверток при отработке одной физической точки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является способ вибросейсмической разведки и устройство для его осуществления. В соответствии с этим способом используемый при корреляции опорный сигнал дополнительно обрабатывают путем формирования на его основе первой, второй и т.д. гармоник, которые суммируют с исходным опорным сигналом и сумму этих сигналов коррелируют с виброграммами. При этом информация гармоник определяется их весовыми коэффициентами, в результате перебора которых отбирается информация об исследуемой геологической среде [3].

Недостатком этого способа является то, что он не учитывает проявление эффектов частотно-зависимого затухания и зависимость скорости распространения гармоник сигналов от частоты. В результате нарушаются предпосылки метода вибрационной сейсморазведки, основанной на представлении о том, что регистрируемый сигнал подобен по форме излучаемому. Вследствие же частотно-зависимого затухания и дисперсии скоростей регистрируемые и излученные сигналы существенно отличаются, что ведет к снижению геологической эффективности вибросейсморазведки.

Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение качества и информативности сейсмического материала за счет обеспечения оптимальных условий выделения сейсмических сигналов для различных уровней глубин.

Поставленная задача решается следующим образом:
В способе многоуровневой вибросейсморазведки, включающем возбуждение сейсмических колебаний виброисточником, их регистрацию, обработку и корреляцию опорного сигнала с виброграммой, выделяют подлежащие изучению уровни глубин и соответствующие им временные окна на виброграммах, перебирают для каждого из уровней значения характеристик частотно-зависимого затухания и дисперсии скоростей, вычисляют по ним характеристики фильтров, описывающих искажения сейсмических сигналов в среде, фильтруют этими фильтрами излученный вибратором сигнал, после чего вычисляют пробные коррелограммы и определяют параметры фильтров, оптимальных для каждого из уровней, по максимальной интенсивности подлежащих изучению волн, затем осуществляют окончательную корреляцию выброграммы с опорным сигналом после его предварительной обработки оптимальными для каждого уровня глубин фильтрами.

Существенными отличиями изобретения являются следующие.

На виброграммах выделяют подлежащие изучению уровни глубин и соответствующие временные окна. Уровни глубин выбирают исходя из поставленных задач в соответствии с целями исследований, что позволяет сократить затраты труда и машинного времени на вычисления коррелограмм.

Перебирают для каждого из уровней значения характеристик частотно-зависимого затухания и дисперсии скоростей, вычисляют по ним характеристики фильтров, описывающих искажения сейсмических сигналов в среде, фильтруют этими фильтрами излученный вибратором сигнал, после чего вычисляют пробные коррелограммы и определяют параметры фильтров, оптимальных для каждого из уровней, по максимальной интенсивности подлежащих изучению волн. Это позволяет определить характеристики среды для всех подлежащих изучению уровней глубин, необходимые для вычисления параметров фильтров, использующихся для предваряющей корреляцию обработки свип-сигналов.

Осуществляют окончательную корреляцию виброграммы с опорным сигналом после его предварительной обработки оптимальными для каждого уровня глубин фильтрами, что позволяет получить максимальную амплитуду функции взаимной корреляции для подлежащих изучению волн во всех интервалах глубин. Тем самым обеспечивается высокое качество и информативность сейсмического материала для всех изучаемых уровней глубин.

Из изученной научно-технической и патентной литературы автору не известно техническое решение с перечисленной совокупностью отличительных признаков, это дает основание сделать вывод о соответствии заявляемого объекта критериям изобретения.

На фиг. 1 и 2 приведены примеры искажений формы и спектра отраженного опорного (свип) сигнала: а) исходный опорный сигнал, б) амплитудный спектр исходного опорного сигнала, в) отраженный от границы опорный сигнал, г) амплитудный спектр отраженного сигнала.

На фиг. 3 и 4 примеры изменения отраженного сигнала на коррелограммах.

На фиг. 5 относительная интенсивность сигнала при значении декремента затухания в среде δ = 0,02 (а) и 0,05 (б).

Обоснование реализации описанного способа базируется на следующих теоретических положениях. В вибросейсморазведке возбуждение упругих колебаний осуществляется с помощью вибратора, посылающего в течение интервала времени T в среду опорные (в иностранной литературе свип) сигналы. Наибольшее распространение в практике нашли линейные частотно-модулированные сигналы. В общем случае они записываются в виде
S(t) = A(t)cos{2π[f_н+(f_к-f_н)t/2T]t+Φ(t)}, (1)
Спектр этого сигнала определяется прямым преобразованием Фурье

Здесь A(t) - амплитуда сигнала; f_н, f_к - начальная и конечная частота; ΔF - полоса частот; T - длительность сигнала; Φ(t) - функция, определяющая фазу сигнала.

Обязательной процедурой при обработке записей, полученных с помощью вибрационных источников (виброграмм), является вычисление функции взаимной корреляции виброграммы и опорного сигнала. В результате получают записи - коррелограммы, сходные с записями от импульсных источников. Функция взаимной корреляции принимает максимальное значение, когда сдвиг виброграммы оказывается равным времени пробега одной из волн, т.е. когда колебания одной из волн, содержащихся в полевой записи, совпадают по времени с колебаниями свип-сигнала. Вычисления функции взаимной корреляции осуществляются по формуле:

где F_BK(t) - функция взаимной корреляции (ФBK); S_Σ(t) - результирующая запись - виброграмма.

Практическое использование вышеприведенных формул базируется на предположении о постоянстве формы опорного сигнала для всех изучаемых границ раздела среды и всех интервалов разреза. Поэтому при вычислении коррелограмм используется неизменный для всех временных интервалов опорный сигнал. Однако сигналы, распространяясь в реальных средах, испытывают значительные искажения. В общем виде импульс после прохождения пути длиной l представляется следующим интегралом Фурье:

где ψ(l,f) - спектральная характеристика среды; ψ_и(f) - спектр импульса при 1 = 0.

Спектральная характеристика среды может быть записана в виде
ψ(l,f) = Φ(l,f)e^iX(l,f). (5)
А. Г. Авербухом [4] показано, что в средах с частотно-зависимым затуханием и сопутствующей ему дисперсией скоростей функция ψ(l,f) определяется следующим соотношением

Здесь δ декремент поглощения.

Подставляя (2) и (6) в (4), получим

Формула (7) позволяет количественно оценить искажения формы опорного сигнала после прохождения им некоторого пути 1 в разрезе. Эти искажения увеличиваются с ростом увеличения пути пробега волны. Поэтому использование в формуле (4) исходной формы опорного сигнала вместо истинной искаженной (см. формулу 7) ведет к снижению эффективности вибросейсморазведки, особенно для глубоких горизонтов.

Для обеспечения оптимальных условий выделения сигналов для всех уровней глубин и, соответственно, повышения геологической эффективности вибросейсморазведки предлагается при вычислении коррелограмм изменять опорный сигнал в соответствии с искажениями, определяемыми частотно-зависимыми свойствами среды и дисперсией скорости. Необходимые для оптимального изменения опорного сигнала характеристики среды предлагается определять путем подбора величины δ V(f₀) в формуле (3) по критерию максимальной интенсивности отражений на пробных коррелограммах, вычисляемых для различных уровней.

Эффективность заявляемого способа доказывается результатами сейсмогеологического моделирования разреза с частотно-зависимым затуханием. Анализировалась пятислойная сейсмогеологическая модель разреза с горизонтальными границами раздела и однородными слоями. Коэффициенты отражения для всех границ выбраны равными и составляли 0,5. Глубины границ раздела, отвечающих серединам четырех выбранных уровней глубин, составляли 1 км, 2 км, 3 км и 4 км. Первый уровень отвечал уровню глубин 0,5 км - 1,5 км, второй 1,5 км - 2,5 км и т.д. Значения декремента затухания в среде варьировались в пределах от 0,02 до 0,05, что типично для осадочных пород [4]. В качестве исходного был выбран опорный ЛЧМ сигнал длительностью 1 с, начальной частотой 10 Гц и конечной частотой 50 Гц. На фиг. 1 и фиг 2 приведены примеры искажения формы и амплитудного спектра исходного опорного сигнала после его отражения от границы, расположенной на глубине 1 км при значениях δ = 0,02 и δ = 0,05 соответственно. Сопоставляя форму сигнала до и после прохождения среды можно отметить значительные его искажения, особенно в хвостовой части, проявляющиеся в значительном затухании интенсивности высокочастотных составляющих сигнала, сдвиге одноименных экстремумов во времени, особенно заметные на фиг. 2. Следствием этих искажений является снижение эффективности вибросейсморазведки, что показывается на примере изменения максимальных амплитуд отражений на коррелограммах (фиг. 3,4). Как следует из анализа фиг. 3 и фиг. 4 неучет искажений формы опорного сигнала в среде при вычислении коррелограмм приводит к значительному уменьшению интенсивности выделяемых сейсмических сигналов, особенно, для глубокозалегающих уровней. Так, с увеличением глубины с 1-го км до 4-х км при δ = 0,02 амплитуда основного максимума уменьшилась в 1,55 раза (см. фиг. 3), а при δ = 0,05 это уменьшение составило 6,5 раза (фиг. 4). В случае учета эффекта частотно-зависимого затухания и дисперсии скоростей при корреляции наблюдается значительное увеличение интенсивности отраженных сейсмических сигналов на коррелограммах (фиг. 5). Относительный выигрыш в интенсивности варьирует от 1,1 для границы с глубиной 1 км до 11 для границы с глубиной 4 км, что значительно повышает качество и информативность сейсмического материала за счет увеличения соотношения сигнал/помеха.

Литература
1. А.С. СССР N 185503, публ. 09.10.67 г. БИ N 21 - аналог.

2. Патент РФ N2126983, публ. 27.02.99 г. БИ N 6 - аналог.

3. Патент РФ N2143713, публ. 27.12.99 г. БИ N 36 - прототип.

4. Авербух А.Г. Изучение состава и свойств горных пород при сейсморазведке. - М.: Недра, 1982. - 232 с.

Сущность изобретения: возбуждают виброисточником сейсмические колебания, регистрируют их. На виброграммах выделяют подлежащие изучению уровни глубин и соответствующие им временные окна. Перебирают для каждого из уровней значения характеристик частотно-зависимого затухания и дисперсии скоростей. Вычисляют по ним характеристики фильтров, которыми фильтруют излученный сигнал. Вычисляют пробные коррелограммы и определяют параметры оптимальньх фильтров для каждого из уровней. Окончательно коррелируют виброграмму с опорным сигналом после его предварительной обработки оптимальными для каждого уровня глубин фильтрами. Технический результат: повышение качества и информативности сейсмического материала. 5 ил.

Способ многоуровневой вибросейсморазведки, включающий возбуждение сейсмических колебаний виброисточником, их регистрацию, обработку и корреляцию опорного сигнала с виброграммой, отличающийся тем, что выделяют подлежащие изучению уровни глубин и соответствующие им временные окна на виброграммах, перебирают для каждого из уровней значения характеристик частотно-зависимого затухания и дисперсии скоростей, вычисляют по ним характеристики фильтров, описывающих искажения сейсмических сигналов в среде, фильтруют этими фильтрами излученный вибратором сигнал, после чего вычисляют пробные коррелограммы и определяют параметры фильтров, оптимальных для каждого из уровней, по максимальной интенсивности подлежащих излучению волн, затем осуществляют окончательную корреляцию виброграммы с опорным сигналом после его предварительной обработки оптимальными для каждого уровня глубин фильтрами.