ИМПУЛЬСНЫЙ СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СПУТНИКОВ Российский патент 2009 года по МПК G01V1/00 

Изобретение предназначено для использования в сейсморазведке для поиска и разведки полезных ископаемых, в особенности нефти и газа. Способ позволяет производить исследования в районах с низкой интенсивностью сигнала на фоне помех.

Для этого в способе сейсморазведки, основанном на возбуждении колебаний импульсным источником, регистрации отраженных и преломленных волн в совокупности различно удаленных от пункта возбуждения точек, расположенных в приповерхностной части геологического разреза, последовательном перемещении пунктов возбуждения и регистрации вдоль профиля, конструктивно трансформируют колебательный процесс мешающих волн-спутников в колебательный процесс полезных преломленных и отраженных волн, для чего регистрируют сигнал спутников совместно с сигналом, возбужденным источником, извлекают его из совместного сигнала, а корреляцию импульсных сейсмограмм производят не с сигналом, управляющим источником, как это делается в известных способах [1-2], а с сигналом спутников в обратной полярности, дополненным сигналом, возбужденным источником. Это позволяет увеличить интенсивность полезных волн путем трансформации интенсивности волн-спутников в дополнительную интенсивность полезных волн, предотвратить появление волн-спутников на сейсмограммах и разрезах, получить простую картину преломленных и отраженных волн с высокой разрешенностью.

Известен способ сейсмической разведки [2], включающий в себя возбуждение вибратором сейсмического сигнала, запись соответствующего ему управляющего сигнала, регистрацию сейсмического сигнала на заданном расстоянии от источника, запись принятого сейсмического сигнала и его корреляцию с записанным управляющим сигналом (патент РФ №2082184, 20.06.1997 г. Евчатов Г.П., Сагайдачный В.К., Савельев В.А. Сибирский научно-исследовательский институт геологии, геофизики и минерального сырья).

Сущность известного способа заключается в том, что периодически повторяющийся сейсмический сигнал от вибратора передают в геологическую среду в одном местоположении, осуществляют запись соответствующего управляющего сигнала, во втором местоположении принимают поступившие из геологической среды колебания-вибросейсмические сигналы, принятые в разных циклах возбуждения, синхронно суммируют, записывают суммарный сигнал, осуществляют корреляцию записанного передаваемого управляющего сигнала с принятым вибросейсмическим сигналом. Способ позволяет уменьшить потерю части сигналов от самых глубоких горизонтов при корреляции за счет непрерывной посылки сигналов, снизить время работ на профиле и уменьшить количество требуемого носителя для записи информации. Недостатком известного способа является то, что волны-спутники не используются для повышения интенсивности полезных волн, для повышения разрешенности волновой картины на сейсмограммах и разрезах преломленных и отраженных волн. Поэтому при производстве полевых сейсморазведочных работ регистрация сигнала на активном элементе источников или в их окрестности не производится, помимо виброграмм производится регистрация только одного сигнала, управляющего работой всей группы вибраторов, корреляция виброграмм производится с управляющим сигналом, как и во всех других импульсных способах сейсмической разведки [1], что приводит к засоренности сейсмограмм и разрезов волнами-спутниками и их низкой разрешенности.

Задачей настоящего изобретения является повышение глубинности и достоверности сейсмического метода исследований путем увеличения соотношения сигнал-помеха и разрешенности сейсмических разрезов.

Поставленная задача решается следующим образом. Верхней частью разреза (ВЧР) принято считать зону малых скоростей (ЗМС) и зону пониженных скоростей (ЗПС). Общеизвестным является тот факт, что коэффициенты отражения границ в ЗПС лежат в диапазоне 0.3-0.6, подошвы ЗМС - (0.6-0.9), дневная поверхность имеет коэффициент отражения близкий к единице. При возбуждении колебаний образуются интенсивные отражения на границах в ВЧР, которые образуют совокупность волн-спутников, назовем ее сигналом спутников. В геологическую среду распространяется сигнал, возбужденный источником, и сигнал спутников, отраженный от дневной поверхности, которые преломляются, отражаются от границ в разрезе и регистрируются сейсмическими каналами в виде импульсных записей. В способе сейсморазведки, основанном на возбуждении колебаний импульсным источником, регистрации отраженных и преломленных волн в совокупности различно удаленных от пункта возбуждения точек, расположенных в приповерхностной части геологического разреза, последовательном перемещении пунктов возбуждения и регистрации вдоль профиля, конструктивно трансформируют колебательный процесс мешающих волн-спутников в колебательный процесс полезных преломленных и отраженных волн. Для этого при каждом возбуждении для каждого источника регистрируют сигнал спутников и сигнал, управляющий активным элементом источника. Сигнал спутников совместно с сигналом, возбужденным источником, регистрируют на активном элементе источника или в его окрестности сейсмоприемниками того же типа, что и сейсмоприемники на приемных сейсмических каналах, для фиксирования одной и той же физической характеристики колебательного процесса (например, скорости смещения частиц, ускорения смещения частиц). Сигнал спутников извлекают из сигнала, зарегистрированного на активном элементе или в его окрестности, вычитанием из него сигнала, возбужденного активным элементом источника. Корреляцию импульсных сейсмограмм производят не с сигналом, управляющим источником, как в известном способе, а с сигналом спутников в обратной полярности, дополненным сигналом, возбужденным источником. В результате получают сейсмограммы и временные разрезы, свободные от волн-спутников, с простой волновой картиной высокой разрешенности и с существенно увеличенной интенсивностью полезного сигнала, что приводит к увеличению глубинности и достоверности исследований.

Способ реализуется в следующей последовательности операций. Комплекс наблюдений включает три вида: наблюдения сигналов, управляющих работой активных элементов источников; наблюдения сигналов спутников на активных элементах источников или в их окрестности и профильные наблюдения отраженных волн МОГТ и (или) преломленных волн КМПВ. В соответствии с поставленной геологической задачей параметры системы наблюдений МОГТ и КМПВ (количество сейсмоприемников и их шаг в группе, шаг групп, вынос ПВ, кратность, количество источников и их шаг в группе, шаг группы источников, количество накоплений в одной точке, параметры управляющего сигнала и т.д.) выбираются стандартным образом с учетом характера полезных волн, поверхностных волн-помех и других факторов, влияющих на выбор оптимальной системы наблюдений. Ограничением при выборе вида используемого источника является возможность регистрации сигнала, управляющего работой активного элемента источника, либо сигнала, производимого активным элементом источника, в чистом виде без спутников и других каких-либо дополнительных сигналов.

Для регистрации сигнала спутников устанавливают сейсмоприемники на активном элементе источника, передающего колебания в грунт, или в окрестности активного элемента. Помимо сигнала спутников этими сейсмоприемниками регистрируется сигнал, возбужденный активным элементом. Здесь должно быть соблюдено условие однотипности применяемых сейсмоприемников как на активном элементе, так и на сейсмических приемных группах (например, замеряющих скорость смещения частиц, ускорение смещения частиц или другую физическую характеристику колебательного процесса).

Сейсморазведочные работы в промышленном масштабе выполняются следующим образом. Пусть возбуждение колебаний производится группой из (в) источников, на каждом ГШ делают (с) накоплений. При первом воздействии приемной расстановкой сейсмоприемников регистрируют импульсную сейсмограмму и вместе с ней регистрируют (в) сигналов с генераторов сейсмического сигнала каждого источника и (в) сигналов с активного элемента каждого источника или с его окрестности. При следующем воздействии также регистрируется импульсная сейсмограмма (в) управляющих сигналов и (в) сигналов с активного элемента, процесс повторяется для всех (с) воздействий на данном ПВ. Далее источники передвигаются на следующий ПВ, на соответствующее расстояние перемещаются приемные группы сейсмоприемников и процесс повторяется аналогично описанному выше. Затем с целью увеличения интенсивности полезных волн получения сейсмограмм и разрезов, очищенных от волн-спутников, с высокой разрешенностью трансформируют колебательный процесс волн-спутников в колебательный процесс полезных преломленных и отраженных волн. Для этого вначале извлекают сигнал спутников из сигнала, зарегистрированного на активном элементе источника, воздействием которого была получена данная импульсная сейсмограмма, вычитанием из него сигнала, возбужденного активным элементом этого же источника. Корреляцию импульсной сейсмограммы производят с сигналом спутников в обратной полярности, дополненным сигналом, возбужденным активным элементом источника. Поясним суть. Волны-спутники, отразившись от дневной поверхности, изменяют свой знак на противоположный, поэтому полярность сигнала спутников изменяют на обратную. Объединяя два материальных объекта - сигнал спутников в обратной полярности и сигнал, возбужденный источником, объединяют таким образом в один два колебательных процесса, вызванных этими сигналами - колебательный процесс волн-спутников и колебательный процесс полезных преломленных и отраженных волн. Корреляция импульсной сейсмограммы с объединенным сигналом завершает трансформацию колебательного процесса волн-спутников в колебательный процесс полезных волн. В результате на сейсмограммах (коррелограммах) волны-спутники отсутствуют, волновая картина полезных волн простая с высокой разрешенностью, а интенсивность полезных волн существенно выше, чем в известном способе.

Объединенный сигнал (А) - сигнал спутников в обратной полярности, дополненный сигналом, возбужденным активным элементом источника, есть:

где i=1,...,n,

n - количество дискретных значений сигнала;

здесь

A - объединенный сигнал;

A1 - сигнал спутников;

A2 - сигнал спутников в обратной полярности;

A3, М3 - соответственно сигнал, возбужденный активным элементом источника, и его полная энергия;

А4, М4 - соответственно сигнал, управляющий активным элементом источника, и его полная энергия;

А5 - полный сигнал, зарегистрированный на активном элементе источника, или в его окрестности.

Сейсмограмму для одного воздействия группой источников, работавших одновременно, в настоящем способе получают следующим образом. Вначале импульсную сейсмограмму коррелируют с объединенным сигналом для первого источника в группе, в результате получают первую коррелограмму. Затем эту же импульсную сейсмограмму коррелируют с аналогичным сигналом для второго источника, получают вторую коррелограмму и так далее для всех источников группы. Затем в коррелограммы вводят относительные статические поправки за местоположение источников, суммируют все коррелограммы и получают коррелограмму, т.е. сейсмограмму, для данного воздействия. Произведя аналогичные операции для всех воздействий и просуммировав все коррелограммы, получают окончательную коррелограмму, т.е. сейсмограмму для данного ПВ. Этим достигается учет конкретных сейсмогеологических условий и особенностей работы источников в каждом пункте профиля при каждом возбуждении индивидуально для каждого источника.

Относительную статическую поправку за местоположение каждого источника вычисляют как разность стандартной статической поправки за пункт возбуждения для данного источника и статпоправки для ПВ, к которому отнесено местоположение всей группы источников. Операция расчета и ввода относительных статпоправок за возбуждение колебаний не требует изменений ни в стандартной методике расчета и ввода статпоправок за ПВ, ни изменения величин самих поправок.

Для расчета статических поправок за местоположение источников на профиле, за ПВ, за ПП строят разрез t₀ для границ в ВЧР, порождающих волны-спутники, путем корреляции сигнала спутников (2) с управляющим сигналом для каждого источника и каждого воздействия. Прокоррелированные трассы, относящиеся к одному и тому же пикету профиля, суммируют в одну, обрабатывают фильтром сжатия и высокочастотным фильтром. Разрез, полученный таким образом, имеет высокую разрешенность еще и по причине отсутствия на нем сигнала, возбужденного источником. Скорости в ВЧР получают стандартной методикой.

Перечислим существенные признаки настоящего изобретения, отличающие его от известного способа, и поясним их причинную необходимость и обоснованность.

1. Ключевым признаком настоящего изобретения является конструктивное трансформирование колебательного процесса мешающих волн-спутников в колебательный процесс полезных преломленных и отраженных волн с целью очищения и увеличения интенсивности полезных волн. В известном способе этот признак отсутствует.

2. Обязательная регистрация сигнала спутников на активном элементе или в его окрестности является существенным признаком настоящего изобретения, без которого невозможно достижение положительного эффекта. С целью достижения положительного эффекта в полном объеме этот признак дополнительно усилен необходимостью регистрации сигнала спутников при каждом возбуждении для каждого источника, независимо от того, работают ли источники одновременно в группе или поодиночке, производится накопление воздействий или нет. Как известно, наибольшая изменчивость сейсмогеологических условий (мощности пластов, скорости волн и плотности в них, рельеф дневной поверхности) присуща самой верхней части разреза (ВЧР), где и образуется сигнал спутников, изменчивость которого находится в прямой зависимости от изменчивости ВЧР. Даже на расстоянии в несколько десятков метров вдоль профиля мощности ЗМС и других слоев могут претерпевать значительные изменения тем более на базах группирования источников, которые могут достигать 100 метров и более. Значительная деформация грунта под воздействием источника при накоплении воздействий также может привести к изменению амплитудно-частотных характеристик сигнала спутников. Поэтому необходимо регистрировать в данной точке возбуждения именно тот сигнал спутников, который образовался в данной точке при данном воздействии в данный момент времени и сформировал совместно с возбужденным источником сигналом данную импульсную сейсмограмму. В известном способе сигнал спутников не используется, и в процессе проведения сейсморазведочных работ регистрация колебаний на активном элементе источника или в его окрестности не производится.

3. Необходимость регистрации сигнала, управляющего активным элементом источника, при каждом возбуждении и для каждого источника проистекает из того факта, что аналогичные физические элементы генераторов управляющих сигналов на различных источниках в некоторых пределах отличаются друг от друга, а внутри одного генератора дают флуктуации во времени. Поэтому необходимо регистрировать тот сигнал, который непосредственно управляет данным источником в данный момент, а не тот общий для всей группы источников, который, например, посылается с сейсмостанции, как в известном способе.

4. Для регистрации сигнала спутников на активном элементе источника (или в его окрестности) необходимо устанавливать сейсмоприемники того же типа, что и сейсмоприемники на различно удаленных от пункта возбуждения каналах, для фиксирования одной и той же физической характеристики колебательного процесса (например, скорости смещения частиц, ускорения смещения частиц или другой физической характеристики). Ввиду отсутствия необходимости регистрации волн-спутников в известном способе на активном элементе используют акселерометры, измеряющие ускорение смещения частиц, которые позволяют лучше контролировать идентичность работы источников, однако на сейсмических каналах используют сейсмоприемники, измеряющие скорость смещения частиц. В настоящем изобретении для достижения положительного эффекта сейсмоприемники на каналах и на активном элементе должны быть одного и того же типа.

В известных авторам источниках научной и патентно-технической информации не описан импульсный способ сейсмической разведки с использованием спутников с перечисленной совокупностью признаков, направленных на решение поставленной технической задачи, что позволило сделать вывод о наличии в заявленном техническом решении критерия изобретения «изобретательский уровень».

Реализация данного импульсного способа сейсмической разведки с использованием спутников для достижения положительного эффекта в полном объеме удобно укладывается в конвейерный метод промышленного производства сейсморазведочных работ. Однако настоящий способ в конвейерном методе допускает его использование и в облегченных вариантах с достижением положительного эффекта, но не в полном объеме. Например, с целью оперативного контроля качества получаемых материалов сейсмограммы и разрезы можно получать путем корреляции импульсной сейсмограммы не для каждого воздействия, а предварительно произвести накопление воздействий для группы источников на данном ПВ в виде импульсных сейсмограмм, а корреляцию этой суммарной импульсной сейсмограммы произвести с осредненным сигналом, полученным по осредненному сигналу спутников и осредненному сигналу, управляющему активным элементом конкретного источника, столько раз, сколько источников в группе, результаты сложить и получить коррелограмму (сейсмограмму) для данного ПВ. При отсутствии статических поправок получение сейсмограмм и разрезов также возможно без поправок, но положительный эффект будет снижен. Реализация всех существенных признаков настоящего способа для получения окончательных сейсмограмм даст положительный эффект в полном объеме.

Для построения результирующих временных и глубинных разрезов и карт прокоррелированные сейсмограммы (коррелограммы) обрабатывают стандартными процедурами. Положительный эффект выражается в сокращении количества поисковых и разведочных скважин, необходимых для исследования территорий на предмет наличия месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых, так как повышение интенсивности полезного сигнала, упрощение волновой картины и повышение ее разрешенности приводит к увеличению глубинности и достоверности структурных построений.

Список литературы

1. Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки. /Под редакцией доктора технических наук М.Б.Шнеерсона. - М.: ОАО «Издательство «Недра», 1998.

2. Патент РФ №2082184. Способ сейсмической разведки (варианты). / Евчатов Т.П., Сагайдачный В.К., Савельев В.А., 20.06.1997.

Изобретение используется для изучения глубинного строения территорий, поиска полезных ископаемых. Возбуждают, регистрируют колебания, перемещают пункты возбуждения и регистрации, трансформируют колебательный процесс мешающих волн-спутников в колебательный процесс полезных преломленных и отраженных волн. Для этого, кроме управляющего сигнала, регистрируют сигнал спутников совместно с сигналом, возбужденным источником, на активном элементе, передающем колебания в грунт, или в его окрестности. Сигнал спутников извлекают из совместного сигнала вычитанием из него сигнала, возбужденного источником. Корреляцию импульсной сейсмограммы производят с сигналом спутников в обратной полярности, дополненным сигналом, возбужденным источником. Для расчета детальных статических поправок получают разрез t₀ границ, порождающих волны-спутники, путем корреляции сигналов спутников с управляющим сигналом. Определяют скорости волн, глубины залегания преломляющих и отражающих горизонтов. Технический результат - существенное увеличение интенсивности полезного сигнала, получение простой волновой картины с высокой разрешенностью, повышение глубинности и достоверности построений. 3 з.п. ф-лы.

1. Импульсный способ сейсмической разведки с использованием спутников, основанный на возбуждении, регистрации колебаний в совокупности удаленных от пункта возбуждения точек, расположенных в приповерхностной части геологического разреза, последовательном перемещении пунктов возбуждения и регистрации вдоль профиля, определении скорости волн по записям, расчете глубин залегания преломляющих и отражающих горизонтов по временам t₀ и скоростям волн, отличающийся тем, что, с целью увеличения интенсивности полезного сигнала и получения простой волновой картины на сейсмограммах и разрезах с высокой разрешенностью производят конструктивное трансформирование колебательного процесса мешающих волн-спутников в колебательный процесс полезных преломленных и отраженных волн, для чего сигнал спутников совместно с сигналом, возбужденным источником, регистрируют на активном элементе источника, передающем колебания в грунт, или в его окрестности, извлекают сигнал спутников из совместного сигнала вычитанием из него сигнала, возбужденного активным элементом, а корреляцию производят с сигналом спутников в обратной полярности, дополненным сигналом, возбужденным активным элементом

где i=1,...,n,

n - количество дискретных значений сигнала;

где А - объединенный сигнал;

A1 - сигнал спутников;

А2 - сигнал спутников в обратной полярности;

A3, М3 - соответственно, сигнал, возбужденный активным элементом источника, и его полная энергия;

А4, М4 - соответственно, сигнал, управляющий активным элементом источника, и его полная энергия;

А5 - полный сигнал, зарегистрированный на активном элементе источника, или в его окрестности.