Изобретение относится к области сейсмических исследований и может быть применено при поиске залежей углеводородов на суше и на континентальном шельфе.
В настоящее время практически все работы, связанные с поиском углеводородов, так или иначе связаны с сейсмической разведкой. Традиционно сейсмическая разведка представляет собой регистрацию распространения в земной коре генерируемых сейсмических колебаний с последующей математической обработкой полученных данных. Известные в настоящее время приемы сейсморазведки обычно используют регистрацию прохождения сейсмических колебаний частотой более 10,0 Гц. За время использования в сейсмической разведке подобных частот достаточно широко разработано аппаратурное оформление для генерирования и регистрации подобных колебаний, а также математический аппарат для обработки данных. Для генерирования подобных колебаний преимущественно используют либо вибраторы, либо взрывы. Для проведения взрывных работ необходимо проводить бурение шпуров для закладывания взрывчатых веществ. Подобная техника резко отрицательно влияет на состояние экологии в зоне поиска. Кроме того, коэффициент успешности предсказания с использованием известных методов и приемов сейсмической разведки не превышает величины 0,5. Следовательно, по меньшей мере, каждая вторая скважина, пробуренная по заключениям традиционной сейсмической разведки нефтегазовых залежей, оказывается ошибочно заложенной. Кроме средств, потраченных напрасно на бурение скважины, при этом наносится непоправимый и необоснованный ущерб окружающей среде.
Известен способ вибросейсморазведки при поиске залежи углеводородов [1], в котором возбуждают сейсмические колебания вибратором, регистрируют трехкомпонентными сейсмическими приемниками сейсмический сигнал и проводят его математическую обработку, причем сейсмические колебания возбуждают в диапазоне частот 2-5 Гц в течение не менее 3 минут, регистрацию сейсмического сигнала осуществляют в течение не менее 20 минут до возбуждения сейсмических колебаний и не более чем в течение 5 минут после окончания генерирования сейсмических колебаний, в качестве сейсмического сигнала используют сейсмический фон Земли, а о наличии залежи судят по увеличению площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при записи сейсмического фона после возбуждения сейсмических колебаний по сравнению с записью сигнала до генерирования колебаний.
Недостатком известного способа является низкая информативность, не позволяющая определить глубину залежи, а также сложность математического анализа полученных сигналов из-за невозможности отделения записанных помех.
Известен также способ поиска залежи углеводородов [2], в котором проводят генерирование сейсмических колебаний сейсмовибратором в диапазоне от 2 до 5 Гц, регистрируют информационный сигнал с использованием трехкомпонентных приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать информационный сигнал в инфразвуковом диапазоне и расположенных на расстоянии не более 500 м друг от друга и не далее чем 500 м от сейсмовибратора, в диапазоне частот от 2 до 5 Гц одновременно по трем компонентам как до, так и во время генерирования сейсмического сигнала, а о наличии залежи углеводородов судят по появлению спектральной аномалии информационного сигнала не менее чем на одной из компонент при записи информационного сигнала во время генерирования сейсмических колебаний по сравнению с информационным сигналом, измеренным до генерирования.
Недостатком известного способа является низкая информативность, не позволяющая определить глубину залежи, а также сложность математического анализа полученных сигналов из-за невозможности отделения записанных помех.
Известен способ сейсморазведки [3], включающий формирование в зонах излучения и приема сейсмических сигналов, регистрацию информационного сигнала с последующей математической обработкой полученных данных, причем сигнал регистрируют не менее чем двумя трехкомпонентными сейсмическими установками, размещенными на некотором расстоянии друг от друга.
Для осуществления этого способа необходимо использовать сейсмоизлучатели и проводить предварительное изучение геологического разреза в районе поиска.
Также известен способ сейсморазведки при поиске нефтегазовых месторождений [4], основанный на определении длины волны L преобладающего сейсмического фона на бесперспективном участке, при которой корреляционная связь между одноименными компонентами ослабляется более чем в два раза. На исследуемом участке располагают на расстоянии L/4 не менее двух трехкомпонентных установок. Регистрируют по всем компонентам естественный сейсмический фон на частотах 1-20 Гц. О наличии месторождения судят по сдвигу в сторону низких частот максимума частотного спектра сейсмического сигнала, зарегистрированного на исследуемой площади.
Однако этот способ является трудоемким из-за необходимости выполнять сейсмические исследования над бесперспективным месторождением, что требует проведения предварительных работ по выявлению такого участка, а затем выполнять сейсмические исследования над перспективным месторождением, которое может быть выявлено путем сравнения зарегистрированных сигналов над обоими участками. При этом получение объективных оценок результатов исследований возможно только при синхронной регистрации сигналов над обоими участками.
Известен также способ сейсморазведки при поиске подземных вод [5]. Указанный способ заключается в размещении, по крайней мере, трех электрических зондов в Земле в раздельных положениях по прямой линии, пропускании через исследуемый участок Земли между первым и вторым зондом электрического тока и измерении разности потенциалов между первым и третьим зондом, а также между третьим и вторым зондом. Указанные разности потенциалов сравнивают между собой, и на основании такого сравнения определяют присутствие подземной воды.
Данный способ также является трудоемким из-за необходимости выполнения буровых работ, необходимых для оборудования шахт для размещения электрических зондов, и позволяет достичь требуемой степени достоверности определения участка с перспективным месторождением при условии оборудования существенного количества шахт для размещения электрических зондов.
Известен также способ сейсморазведки при поиске подземных вод [6], который направлен на расширение области использования способа сейсморазведки за счет обеспечения обнаружения подземных вод (артезианских бассейнов) с использованием тех же средств.
Для решения поставленной задачи, в данном способе сейсморазведки, включающем регистрацию естественного сейсмического фона и сейсмического сигнала на исследуемом пространстве, измеренных одним и более сейсмическими комплексами, с последующей математической обработкой измеренных значений, по результатам которой судят о наличии подземных вод (артезианских бассейнов) на исследуемом пространстве, о наличии подземных вод (артезианских бассейнов) судят по существенному (в 5-10 раз) повышению уровня сейсмического фона в диапазоне частот 4-15 Гц по отношению к уровню естественного сейсмического фона на контрольных участках с гарантированным отсутствием подземных вод (артезианских бассейнов) и наличию резонансных пиковых значений уровня фона на частотах 5-13 Гц.
При этом существо способа заключается в следующем.
Предварительно на площади, находящейся вблизи места поиска подземных вод (артезианских бассейнов) и имеющей сходный геологический разрез, определяют спектральные характеристики естественного сейсмического фона Земли с помощью сейсмических комплексов, регистрируют их. Затем располагают один и более сейсмических комплексов в районе поиска подземных вод (артезианских бассейнов) и регистрируют сейсмический фон в диапазоне частот 1-20 Гц.
Повторяют регистрацию сейсмического фона в других точках над местом предполагаемого нахождения подземных вод (артезианских бассейнов).
Запись сейсмического фона производят в течение 30-60 минут.
О наличии подземных вод (артезианских бассейнов) судят по существенному (в 5-10 раз) повышению общего уровня сейсмического фона на исследуемом пространстве и наличию резонансных пиковых значений амплитуд сейсмического фона на частотах 5-13 Гц.
Характерная форма сигнала в измеряемом динамическом диапазоне, его превышение над фоном (в 5-10 раз), наличие пиковых значений позволяют использовать для обнаружения подземных вод (артезианских бассейнов) однокомпонентные или двухкомпонентные сейсмические комплексы, сориентированные по соответствующим осям, с последующей математической обработкой полученных данных.
Данный способ также является трудоемким из-за необходимости выполнения предварительных работ и отягощен существенной математической обработкой.
Известен также способ поиска углеводородов (варианты) и способ определения глубины залегания продуктивных пластов [7], в котором решаемая техническая задача состоит в повышении точности определения продуктивных на углеводороды пластов, в том числе и определение глубины их залегания.
Технический результат, получаемый в результате реализации способа, состоит в уменьшении количества ошибочно пробуренных скважин, а также обеспечении возможности контроля эксплуатации промысловых скважин и газохранилищ при добыче нефти и газа.
Для достижения указанного технического результата по первому варианту предложено использовать способ поиска углеводородов, характеризуемый регистрацией сейсмических колебаний поверхности Земли с использованием приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать сейсмические колебания в диапазоне от 0,1 до 20 Гц, причем приемники сейсмических колебаний располагают на расстоянии от 50 до 500 м друг от друга, регистрацию проводят одновременно по всем измеряемым компонентам, разбивая временной диапазон регистрации измеренного на перспективной площади информационного сигнала на синхронизованные по времени для всех сейсмических приемников дискретные участки, проводят расчет спектральной характеристики, соответствующей каждому дискретному участку с образованием дискретной последовательности, анализируют каждый дискретный участок на наличие помехи, имеющей техногенную природу, и на наличие события, связанного с приходом сигнала от продуктивного пласта, исключают из дальнейшего рассмотрения те дискретные участки, которые не содержат события, связанного с приходом сигнала от продуктивного пласта в каждой из записей соответствующих компонент сейсмических приемников, а также дискретные участки, содержащие указанные помехи, и проводят анализ оставшихся дискретных участков с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов. При реализации способа дополнительно проводят измерение сейсмических колебаний в месте, заведомо не содержащем углеводородов, а о наличии нефти или газа судят по появлению отклонений в спектральной характеристике, по сравнению с местом, заведомо не содержащим углеводородов. Способ может быть реализован как на суше, так и на акватории, при этом соответственно сейсмические приемники располагают на суше, на дне акватории, либо заглубляя в приповерхностный слой, в водную среду, и/или на плавсредствах в местах, минимально подверженных собственным колебаниям корпуса плавсредства, причем плавсредства удалены на одинаковые расстояния от источника генерирования колебаний.
Согласно второму варианту достижения указанного технического результата предложено использовать способ поиска углеводородов, характеризуемый регистрацией сейсмических колебаний поверхности Земли с использованием приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать сейсмические колебания в диапазоне от 0,1 до 20 Гц, причем проводят генерирование сейсмических колебаний источником колебаний в диапазоне от 1 до 10 Гц, приемники сейсмических колебаний располагают на расстоянии от 50 до 500 м друг от друга и от 50 до 500 м от источника сейсмических колебаний, регистрацию информационного сигнала проводят в частотах от 0,1 до 20 Гц по всем измеряемым компонентам как вовремя генерирования колебаний, а также после генерирования сейсмических колебаний, разбивая временной диапазон регистрации измеренного на перспективной площади информационного сигнала на дискретные участки, проводят расчет спектральной характеристики, соответствующей каждому дискретному участку с образованием дискретной последовательности, анализируют каждый дискретный участок на наличие помехи, имеющей техногенную природу, и на наличие события, связанного с приходом сигнала от продуктивного пласта, исключают из дальнейшего рассмотрения те дискретные участки, которые не содержат события, связанного с приходом сигнала от продуктивного пласта в каждой из записей соответствующих компонент сейсмических приемников, а также дискретные участки, содержащие указанные помехи, и проводят анализ оставшихся дискретных участков с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов. В предпочтительном варианте реализации дополнительно измеряют микросейсмический шум Земли и о наличии углеводородов судят по появлению изменений спектральной характеристики не менее чем на одной из компонент при записи сигнала во время генерирования колебаний и/или после генерирования колебаний по сравнению с информационным сигналом, измеренным до генерирования. Предложенный способ может быть реализован также и на суше, и на акватории, поэтому сейсмические приемники располагают на суше, на дне акватории и/или на плавсредствах в местах, минимально подверженных собственным колебаниям корпуса плавсредства, причем плавсредства удалены на одинаковые расстояния от источника генерирования колебаний. Во всех случаях реализации предложенного способа обычно приемники сейсмических колебаний группируют, а также синхронизируют. Кроме того, в процессе математической обработки зарегистрированных результатов преимущественно информационный сигнал разбивают на временные участки, длительностью не менее 2-3 периодов сигнала наименьшей частоты диапазона.
Указанный технический результат достигают также и при использовании способа определения глубины залегания продуктивных пластов, включающего размещение не менее четырех приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне частот, и регистрацию информационного сигнала, при этом в качестве информационного сигнала используют микросейсмический шум Земли, причем над предварительно выявленным очагом микросейсмической активности нефтегазового месторождения размещают в вершинах преимущественно выпуклого четырехугольника сейсмические приемники, способные регистрировать как вертикальные, так и горизонтальные инфранизкочастотные сейсмические колебания, в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, генерируемые нефтегазовым месторождением, проводят генерирование сейсмических колебаний источником колебаний в диапазоне от 1 до 10 Гц, рассчитывают спектральные плотности вертикальных, горизонтальных компонент, а также спектральные плотности кросскорреляционных функций зарегистрированных инфранизкочастотных колебаний, затем, решая обратную волновую задачу распространения акустического излучения от цилиндрически-симметричного источника, определяют глубину залегания продуктивного на углеводороды пласта.
Для обеспечения поиска углеводородов на суше предложено согласно так называемому первому варианту следующее. Располагают над предполагаемой залежью, по меньшей мере, один приемник сейсмических колебаний, способный регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне частот, по меньшей мере, на одной компоненте, и рассчитывают одновременно всеми используемыми приемниками спектральную характеристику микросейсмического шума Земли на частотах от 0,1 до 20 Гц по всем измеряемым компонентам. Предпочтительно повторяют регистрацию в других точках над предполагаемым местом залегания углеводородов. О наличии залежи судят по изменению спектральной характеристики информационного сигнала или их различных комбинаций, позволяющих уменьшить влияние помех. В контексте данного изобретения термин "спектральные характеристики" означает функции либо их совокупность, получаемые при спектральном анализе информационного сигнала, причем указанный спектральный анализ может включать в себя как Фурье-анализ (Фурье-преобразование, Вейвлет-анализ), так и разложение информационного сигнала в ряд, сходящийся лишь асимптотически. Под информационным сигналом в контексте данной работы понимают измеренный сигнал микросейсмических колебаний, подвергшийся математической обработке согласно ряду алгоритмов, в частности приведенных ниже для очистки от помех и выделения сигнала, излученного продуктивным пластом. Например, в качестве спектральной характеристики может быть выбрана спектральная мощность измеряемых сигналов и/или кросскорреляция, или их комбинации, позволяющие уменьшить помехи. В частности, о наличии залежи судят по изменению спектральной мощности информационного сигнала на измеренных частотах, по росту корреляции информационного сигнала одноименных компонент (хотя бы одной) в различных точках наблюдения относительно информационного сигнала для участка, заведомо не содержащего углеводородов.
При поиске углеводородов на акватории по рассматриваемому варианту не менее одного приемника сейсмических колебаний, способного не менее чем по одной компоненте регистрировать инфразвуковые колебания, помещают либо на дно акватории, либо, заглубляя, в водную среду, либо на борт преимущественно самоходных плавсредств и производят измерение микросейсмического шума Земли одновременно по всем измеряемым компонентам. В случае размещения приемника сейсмических колебаний на борту плавсредства следует выбирать наименее шумные в информативном диапазоне частот места плавсредства. Преимущественно регистрацию проводят в течение не менее 30 мин. Приемники размещают на дне акватории (на борту плавсредств, заглубляя в водную среду), группируя, на расстоянии примерно 50-500 м друг от друга. В этом случае пункт регистрации принято располагать на поверхности воды примерно на равном расстоянии от всех используемых приемников сейсмических колебаний.
При поиске залежи углеводородов на суше по второму варианту над местом предполагаемого нахождения углеводородов располагают приемники акустических колебаний, способные регистрировать инфразвуковые колебания хотя бы по одной из компонент аналогично первому варианту, однако дополнительно производят генерацию сейсмических колебаний источником сейсмических колебаний в диапазоне от 1 до 10 Гц. Датчики располагают от 50 до 500 м от источника сейсмических колебаний, проводят запись сейсмического фона Земли в течение, предпочтительно, 20 мин, включают источник сейсмических колебаний и, не прекращая регистрации микросейсмического шума Земли, генерируют сейсмические колебания в течение примерно 3 мин. Запись микросейсмического шума Земли может быть продолжена и после прекращения генерирования колебаний.
Обработка измеренных сейсмических колебаний происходит аналогично первому варианту, однако дополнительно о наличии залежи можно судить по появлению изменений спектральных характеристик не менее чем на одной из компонент при записи сигнала во время генерирования колебаний и/или после генерирования колебаний по сравнению с информационным сигналом, измеренным до генерирования, либо из анализа спектральных характеристик дискретных участков микросейсмического шума Земли во время/после действия вибратора. Важным этапом размещения сейсмических приемников во всех случаях измерения колебаний является их группировка, что позволяет при дальнейшей обработке сигнала уменьшить влияние шума и применить алгоритмы выделения информационного сигнала.
При поиске углеводородов на акватории по второму варианту приемники сейсмических колебаний размещают аналогично первому. В остальном измерения производят аналогично измерениям на суше по второму варианту.
В рамках реализации первого и второго вариантов может быть решена задача контроля эксплуатации углеводородной залежи. Для этого над залежью выбирают точки контроля, предпочтительно располагая их вблизи эксплуатационных скважин. В выбранных точках располагают приемники сейсмических колебаний, способные регистрировать сейсмические колебания в инфразвуковом диапазоне частот не менее чем по одной из компонент. Периодически регистрируют микросейсмический шум Земли. По исчезновению аномалии спектральных характеристик на частотах 0,1-20 Гц судят о прохождении контакта вода-углеводород под точкой контроля.
Аномальное поведение спектральных характеристик определяют любым из приведенных вариантов - без применения внешнего воздействия, анализируя поведение спектральных характеристик каждого дискретного участка разбиения временного диапазона, либо по отношению к спектральной характеристике информационного сигнала, зарегистрированного для участка, заведомо не лежащего над залежью, а также в варианте, с применением внешнего воздействия, используя те же алгоритмы обработки колебаний, но применяя их к записанному сигналу во время/после воздействия источника сейсмических колебаний, либо о переходе контакта вода-углеводород судят по появлению изменений спектральных характеристик не менее чем на одной из компонент при записи сигнала во время генерирования колебаний и/или после генерирования колебаний по сравнению с спектральными характеристиками информационного сигнала, измеренными до генерирования. Предпочтительно проводить регистрацию спектральной характеристики микросейсмического шума Земли для каждой точки в течение 40-60 мин.
При контроле степени заполнения подземного газохранилища природного газа выбирают точки на поверхности Земли, ориентировочно определяющие разные степени заполнения газохранилища, размещают в выбранных точках приемники сейсмических колебаний, способные не менее чем по одной компоненте регистрировать инфразвуковые колебания, и периодически регистрируют спектральную характеристику микросейсмического шума Земли, причем отсутствие аномального изменения спектральной характеристики информационного сигнала на частотах 0,1-20 Гц свидетельствует об отсутствии природного газа под точкой контроля. Для сравнения регистрируют аналогичным приемником микросейсмический шум Земли над местом, заведомо расположенным вне газохранилища. Предпочтительно выбирать точки контроля при первом заполнении газохранилища, определяя в каких местах над газохранилищем отмечено присутствие природного газа при различных количествах поданного газа. Однако в любом случае точки контроля определяют опытным путем. Возможно проведение генерирования сейсмических колебаний в процессе регистрации. В этом случае регистрацию проводят как до начала генерирования, так и во время генерирования.
Используя, в частности, второй вариант (с генерацией), можно определять глубину залегания продуктивного на углеводороды пласта. Для этого используют не менее 4-х приемников сейсмических колебаний, способных по 3-м взаимно-перпендикулярным компонентам регистрировать инфразвуковые колебания, размещая их в вершинах четырехугольника.
Во всех приведенных вариантах реализации предлагаемого изобретения принципиальным и важным этапом является процесс фильтрации записанного временного ряда от поверхностных шумов и выделение информационного сигнала. С этой целью используют группировку (расстановку) приемников сейсмических колебаний и кросскорреляционную обработку записанного сигнала.
Для реализации вышеизложенных вариантов может быть использован приемник сейсмических колебаний, способный регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне, содержащий не менее одного датчика сейсмических колебаний, способного регистрировать инфразвуковые колебания, причем все используемые датчики расположены на жестком основании таким образом, что оси чувствительности датчиков расположены под фиксированными углами относительно плоского жесткого основания и относительно друг друга, причем каждый датчик подключен к блоку регистрации, а основание с датчиками размещено в жестком герметичном корпусе. Могут быть использованы датчики угловых и/или линейных колебаний, способные регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне частот. Преимущественно блок регистрации каждого датчика содержит последовательно соединенные предварительный усилитель сигнала, формирователь амплитудно-частотной характеристики и оконечный усилитель, причем каждый оконечный усилитель выполнен с возможностью подключения к общему регистратору.
Применение изобретения позволит повысить точность и надежность определения наличия залежи углеводородов.
Однако известный способ [7] основан на гипотезе о залежи нефти как единственно возможном источнике наблюдаемой аномалии в низкочастотном диапазоне сейсмического спектра. Вместе с тем практика показывает [8], что аномальные сигналы наблюдаются при наличии других существенных неоднородностей в разрезе, в частности в виде активных тектонических нарушений или при наличии подземных рек. Аномальный сигнал наблюдается также в целевом диапазоне при неглубоком залегании фундамента в точке исследования, соизмеримом с глубиной залегания углеводородов.
Кроме того, при размещении приемников сейсмических колебаний на плавсредствах или на глубинных горизонтах, необходимо исключать из результатов наблюдений составляющую сигнала, обусловленную шумами судоходства и скоростью подводных течений.
В известном способе низкочастотного сейсмического зондирования для поиска и разведки залежей углеводородов (варианты) [8] задача решается способом низкочастотного сейсмического зондирования для поиска и разведки залежей углеводородов, включающим определение, по крайней мере, одной точки наблюдения на поисковой площади, размещение в точке наблюдения приемника сейсмических колебаний, проведение регистрации информационных сигналов по их измеряемым компонентам в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, проведение расчета спектральных характеристик с использованием Фурье-преобразования полученных сигналов, их анализ на наличие ложных сигналов и сигналов от продуктивного пласта с природными углеводородами, исключение из рассмотрения ложных сигналов, проведение анализа оставшихся сигналов с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов, в котором в отличие от известного способа регистрацию и запись проводят по вертикальным компонентам информационных сигналов, Фурье-преобразование вертикальных компонентов информационных сигналов проводят по их первой производной, на полученных спектрах выявляют максимум, который характеризуют местоположением на спектре в диапазоне частот
Vs/H<F<Vp/H,
где Vs - средняя по осадочному чехлу скорость распространения поперечных сейсмических волн в точке наблюдения;
Vp - средняя по осадочному чехлу скорость распространения продольных сейсмических волн в точке наблюдения;
H - известная глубина залегания фундамента в точке наблюдения,
сигнал с данным максимумом принимают за соответствующий резонансу между дневной поверхностью и фундаментом ложный сигнал - сигнал от фундамента, бесперспективной точкой наблюдения признают точку со спектром, в котором присутствует сигнал от фундамента с монотонным спадом амплитуды спектра в сторону больших частот от максимума сигнала от фундамента, точку наблюдения, в спектрах сигналов которой присутствуют максимумы на частотах, больших частоты максимума сигнала от фундамента, с их равномерным расположением со смещением относительно других измерений менее чем на половину ширины своего максимума, принимают как перспективную на наличие залежей от природных углеводородов. При этом при выявлении равномерного расположения сигналов возможно их сравнение относительно сигналов других измерений с одной точки наблюдения, или относительно сигналов с других каналов их записи с этой точки наблюдения при многоканальном способе наблюдения, или относительно сигналов их записей с соседних точек наблюдения при одноканальном способе наблюдения. При наличии точек наблюдения больше одной в районе исследования сигнал от фундамента дополнительно характеризует его присутствие в большинстве точек наблюдения.
Задача решается также вторым вариантом способа низкочастотного сейсмического зондирования для поиска и разведки залежей углеводородов [8], включающем определение, по крайней мере, одной точки наблюдения на поисковой площади, размещение в точке наблюдения приемника сейсмических колебаний, проведение регистрации информационных сигналов по их измеряемым компонентам в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, проведение расчета спектральных характеристик с использованием Фурье-преобразования полученных сигналов, ее анализ на наличие ложных сигналов и сигналов от продуктивного пласта с природными углеводородами, исключение из рассмотрения ложных сигналов, проведение анализа оставшихся сигналов с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов, в котором в отличие от известного способа регистрацию и запись проводят по вертикальным компонентам информационных сигналов, Фурье-преобразование вертикальных компонентов информационных сигналов проводят по их первой производной, на полученных спектрах выявляют максимум, который характеризуют местоположением на спектре в диапазоне частот
Vs/H<F<Vp/H,
где Vs - средняя по осадочному чехлу скорость распространения поперечных сейсмических волн в точке наблюдения;
Vp - средняя по осадочному чехлу скорость распространения продольных сейсмических волн в точке наблюдения;
Н - известная глубина залегания фундамента в точке наблюдения,
сигнал с данным максимумом принимают за соответствующий резонансу между дневной поверхностью и фундаментом ложный сигнал - сигнал от фундамента, бесперспективной точкой наблюдения признают точку со спектром, в котором присутствует сигнал от фундамента с монотонным спадом амплитуды спектра в сторону больших частот от максимума сигнала от фундамента, выявляют спектры сигналов, в которых присутствуют максимумы на частотах, больших частоты максимума сигнала от фундамента, указанные спектры классифицируют на две группы: 1) спектры с равномерным расположением максимумов сигналов со смещением относительно других измерений менее чем на половину ширины своего максимума, 2) спектры с неравномерным расположением максимумов сигналов со смещением относительно других измерений не менее чем на половину ширины своего максимума; точку наблюдения с сигналами со спектром первой группы определяют как перспективную на наличие залежи от природных углеводородов, сигналы со спектром второй группы определяют как ложные сигналы - сигналы от зоны возможных тектонических нарушений. При этом при выявлении равномерного или неравномерного расположения сигналов возможно их сравнение относительно сигналов других измерений с одной точки наблюдения, или относительно сигналов с других каналов их записи с этой точки наблюдения при многоканальном способе наблюдения, или относительно сигналов их записей с соседних точек наблюдения при одноканальном способе наблюдения. При наличии точек наблюдения больше одной в районе исследования сигнал от фундамента дополнительно характеризует его присутствие в большинстве точек наблюдения.
Данный способ позволяет отграничить ложные сигналы от сигналов от продуктивного пласта и тем самым резко повысить достоверность принимаемых решений. Регистрацию и запись сигналов проводят в широком диапазоне частот 0,5-50 Гц, соответствующем диапазону глубин залегания фундамента.
Способы поиска и разведки реализованы с использованием известных аппаратных средств, например с помощью мобильного цифрового сейсмометрического комплекса «Экспресс-4» разработки КБ «Геофизприбор» РАН (г.Москва). Блок-схема мобильного многоканального сейсмометрического комплекса включает следующие основные модули:
- комплект высокочувствительных сейсмических датчиков типа СМ-ЗКВ ADNR;
- выносной распределитель с кабельными линиями связи;
- регистрирующий модуль с блоком фильтров и усилителей, платой аналого-цифровых преобразователей, цифроаналоговых преобразователей, компьютером;
- GPS-приемник GARMIN 12 XL;
- блок питания;
- блок калибровки.
Датчики представляют собой магнитоэлектрические маятниковые сейсмоприемники, преобразующие скорость механических колебаний в электрический ток, при этом напряжение, возбуждаемое на концах рабочей обмотки приемника, пропорционально скорости колебания грунта. Регистрирующий модуль комплекса «Экспресс-4» обеспечивает прием сейсмических сигналов, их преобразование в цифровой код, регистрацию данных в различных форматах, привязку регистрируемых данных к единому времени, визуализацию входных данных, выполнение калибровки сейсмических каналов, предварительную оценку качества зарегистрированных данных. При обработке и анализе сигналов и их спектральных характеристик используются стандартные программные средства типа Mathlab версии 6.0 и выше.
При конкретных исследованиях и натурных испытаниях были использованы три сейсмических приемника - комплект высокочувствительных сейсмических датчиков типа СМ-ЗКВ ADNR мобильного цифрового сейсмометрического комплекса «Экспресс-4» с 4 каналами записей, расположенных на расстоянии 50-100 метров друг от друга, в диапазоне частот 0,5-50 Гц, соответствующем глубине залегания фундамента 6-8 км, запись сейсмических сигналов проводили одновременно для всех каналов записей в течение не менее 400 сек, в результате приема и обработки сигналов были получены спектральные характеристики, включающие ложные сигналы от фундамента, сигналы от нарушений, сигнал от продуктивного пласта.
Недостатком данного способа является относительно невысокая достоверность, т.к. произвести генерирование сигнала в диапазоне 0,5-1,0 Гц посредством трех однотипных сейсмических приемников, с одинаковой измерительной базой представляет собой сложную техническую задачу, особенно в морских условиях.
Известен также способ сейсморазведки, включающий регистрацию естественного сейсмического фона по трем компонентам не менее чем двумя сейсмоприемниками до и после генерирования сейсмических колебаний с частотой 0,1-70 Гц, суждение о наличии нефтегазовых месторождений по увеличению площади под кривой спектра сейсмического фона по всем трем компонентам после генерирования сейсмических колебаний [9].
Недостатком данного способа является низкая достоверность и надежность, т.к. произвести генерирование сигнала в диапазоне 0,1-1 Гц посредством двух однотипных сейсмических приемников, с одинаковой измерительной базой представляет собой сложную техническую задачу.
В известном способе [10] решается техническая задача повышения эффективности сейсморазведки для больших глубин. Техническим результатом является увеличение глубины сейсморазведки при одновременном повышении достоверности и эффективности сейсморазведки на различных глубинах за счет использования всего частотного диапазона микросейсмического сигнала, в том числе и сверхнизких частот.
При этом технический результат достигается за счет того, что в способе сейсморазведки, включающем предварительное определение дисперсионной кривой микросейсмических волн, характерной для исследуемой территории, путем проведения синхронной регистрации микросейсмических сигналов не менее чем тремя сейсмостанциями с вертикальными сейсмодатчиками с последующей оценкой по полученным данным зависимости кажущихся скоростей распространения микросейсмических волн от частоты сигнала, определение длин волн и частотного диапазона на основе анализа кажущихся скоростей, в котором микросейсмический сигнал состоит из волн Рэлея, размещение сейсмодатчиков на исследуемой территории таким образом, чтобы расстояние между ними составляло не более половины самой короткой длины волны Рэлея, определение амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмодатчиков в полосе частот микросейсмического сигнала путем одновременной регистрации микросейсмического сигнала всеми сейсмодатчиками в одной точке в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра мощности микросейсмического сигнала, с последующим определением логарифмической разности спектров всех измерительных каналов сейсмодатчиков, регистрацию микросейсмического сигнала не менее чем двумя сейсмостанциями, одна из которых установлена стационарно в центральной части исследуемой территории, а остальные перемещаются по исследуемой территории, накопление спектра мощности микросейсмического сигнала в каждой точке измерений в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра, расчет спектра пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений путем определения логарифмической разности спектра мощности для каждой точки измерений и спектра мощности микросейсмического сигнала, накопленного на сейсмостанции, установленной стационарно, в течение эквивалентного времени в тот же временной период с учетом амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмодатчиков, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине Н согласно соотношению:
Н=λрК,
где К - экспериментально установленный числовой коэффициент, зависящий от слагающих пород,
λр - длина волны Рэлея, определенная по дисперсионной кривой, м.
Отличительными признаками известного способа является определение дисперсионной кривой микросейсмических волн с последующей оценкой зависимости кажущихся скоростей распространения микросейсмических волн от частоты сигнала, определение длин волн и частотного диапазона, состоящего из волн Рэлея, размещение сейсмодатчиков вышеуказанным методом, определение амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмодатчиков с последующим определением логарифмической разности спектров, регистрацию микросейсмического сигнала сейсмостанциями, одна из которых установлена стационарно, накопление спектра мощности микросейсмического сигнала до установления стационарности спектра, расчет спектра пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине согласно вышеприведенному соотношению, что позволяет увеличить глубину сейсморазведки при одновременном повышении достоверности и эффективности сейсморазведки на различных глубинах за счет использования всего частотного диапазона микросейсмического сигнала, в том числе и сверхнизких частот. Микросейсмические сигналы представлены в общем случае суммой объемных и поверхностных волн типа Лява и Рэлея. При этом энергия поверхностных волн в микросейсмическом сигнале гораздо выше энергии объемных волн и при реализации способа они не учитываются. Использование вертикальных датчиков позволяет вычленить из поверхностных волн только волны Рэлея, которые содержат нулевую моду даже в отсутствие ярких отражающих границ, в отличие от волн Лява. Размещение сейсмических датчиков на расстоянии друг от друга не более половины самой короткой длины волны Рэлея позволяет достигнуть максимальной разрешения способа по горизонтали. Учет амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмических датчиков позволяет исключить индивидуальные характеристики измерительных каналов при построении карт. Накопление спектра мощности микросейсмического сигнала в каждой точке измерений до установления стационарности спектра необходимо производить ввиду двойственности природы микросейсмического сигнала, который состоит из детерминированных цугов со случайными начальными фазами, случайными частотами, амплитудами и направлениями прихода. На достаточно больших временах эти детерминированные цуги представляют собой случайный стационарный сигнал. Именно эти стационарные характеристики, в том числе спектр мощности, определяются во время измерений. Расчет спектра пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений необходим для того, чтобы исключить влияние источников, формирующих микросейсмический сигнал. Построение карт амплитудных вариаций микросейсмического сигнала и привязку их к глубине производят для получения механических характеристик среды на различных глубинах.
Известный способ сейсморазведки [10] осуществляется следующим образом. Предварительно определяют дисперсионную кривую микросейсмических волн, характерную для исследуемой территории путем проведения синхронной регистрации микросейсмических сигналов не менее чем тремя сейсмостанциями с вертикальными сейсмических датчиками с последующей оценкой по полученным данным зависимости кажущихся скоростей распространения микросейсмических волн от частоты сигнала. Определяют длины волн и частотный диапазон микросейсмического сигнала на основе анализа кажущихся скоростей, в котором он состоит из волн Рэлея. Сейсмическими датчики размещают на исследуемой территории таким образом, чтобы расстояние между ними составляло не более половины самой короткой длины волны Рэлея. Затем определяют амплитудную неидентичность измерительных каналов сейсмических датчиков в полосе частот микросейсмического сигнала путем одновременной регистрации микросейсмического сигнала всеми сейсмическими датчиками в одной точке в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра мощности микросейсмического сигнала, с последующим определением логарифмической разности спектров всех измерительных каналов сейсмических датчиков. Регистрируют микросейсмический сигнал не менее чем двумя сейсмостанциями, одна из которых установлена стационарно в центральной части исследуемой территории, а остальные перемещаются по исследуемой территории. Проводят накопление спектра мощности микросейсмического сигнала в каждой точке измерений в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра. Рассчитывают спектр пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений путем определения логарифмической разности спектра мощности для каждой точки измерений и спектра мощности микросейсмического сигнала, накопленного на сейсмостанции, установленной стационарно, в течение эквивалентного времени в тот же временной период с учетом амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмических датчиков. Строят карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций. Делают привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине.
Значение коэффициента К устанавливают экспериментально в ходе математического моделирования на основе метода конечных элементов распространения Рэлеевских волн в неоднородном полупространстве, сложенном породами, близкими к породам вулканического происхождения.
Использование предлагаемого способа сейсморазведки позволяет повысить достоверность сейсморазведки, дает принципиальную возможность провести сейсморазведку в местах, недоступных для применения искусственных источников, позволяет производить сейсморазведку на больших глубинах, позволяет производить сейсморазведку в режиме мониторинга без использования источников. Способ технически прост в исполнении, экологически чист, эффективен с точки зрения затрат.
Однако установление значения коэффициента К по экспериментальным данным, путем математического моделирования осуществляется на допущении, что значение коэффициента К соответствует значению коэффициента в неоднородном пространстве, сложенном породами, близкими к породам вулканического происхождения. В случае, если породы неоднородного пространства сложены породами не вулканического происхождения, то значение коэффициента будет отличным от принятого, что повлечет за собой существенную погрешность в конечных результатах исследований.
Кроме того, при построении карт амплитудных вариаций микросейсмического сигнала используют метод триангуляции, при применении которого результаты вычислений дифференциалов различных порядков не являются достоверными.
Задачей заявляемого технического решения является повышение достоверности сейсмических исследований при поиске и разведке месторождений углеводородов.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе сейсморазведки, включающем регистрацию естественного сейсмического фона и сейсмического сигнала на исследуемом пространстве, измеренных одним и более сейсмическими комплексами, с последующей математической обработкой измеренных значений, предварительное определение дисперсионной кривой микросейсмических волн, характерной для исследуемой территории, путем проведения синхронной регистрации микросейсмических сигналов не менее чем тремя сейсмостанциями с вертикальными сейсмическими датчиками с последующей оценкой по полученным данным зависимости кажущихся скоростей распространения микросейсмических волн от частоты сигнала, определение длин волн и частотного диапазона на основе анализа кажущихся скоростей, в котором микросейсмический сигнал состоит из волн Рэлея, размещение сейсмических датчиков на исследуемой территории таким образом, чтобы расстояние между ними составляло не более половины самой короткой длины волны Рэлея, определение амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмических датчиков в полосе частот микросейсмического сигнала путем одновременной регистрации микросейсмического сигнала всеми сейсмическими датчиками в одной точке в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра мощности микросейсмического сигнала, с последующим определением логарифмической разности спектров всех измерительных каналов сейсмических датчиков, накопление спектра мощности микросейсмического сигнала в каждой точке измерений в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра, расчет спектра пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений путем определения логарифмической разности спектра мощности для каждой точки измерений и спектра мощности микросейсмического сигнала, накопленного на сейсмостанции, установленной стационарно, в течение эквивалентного времени в тот же временной период с учетом амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмических датчиков, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине; при этом выполняют регистрацию информационных сигналов по их измеряемым компонентам в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, осуществляют расчет спектральных характеристик с использованием Фурье-преобразования полученных сигналов, их анализ на наличие ложных сигналов и сигналов от продуктивного пласта с природными углеводородами, исключают из рассмотрения ложные сигналы, выполняют анализ оставшихся сигналов с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов, регистрацию и запись проводят по вертикальным компонентам информационных сигналов в диапазоне частот 0,5-50 Гц, соответствующем диапазону глубин залегания фундамента, Фурье-преобразование компонентов информационных сигналов проводят по их первой производной, на полученных спектрах выявляют максимум, который принимают за соответствующий резонансу между дневной поверхностью и фундаментом ложный сигнал - сигнал от фундамента, бесперспективной точкой наблюдения признают точку со спектром, в котором присутствует сигнал от фундамента с монотонным спадом амплитуды спектра в сторону больших частот от максимума сигнала от фундамента, точку наблюдения, в спектрах сигналов которой присутствуют максимумы на частотах, больших частоты максимума сигнала от фундамента, со смещением их относительно других измерений менее чем на половину ширины своего максимума, принимают как перспективную на наличие залежей от природных углеводородов, о наличии залежи углеводородов судят по изменению спектральной мощности информационного сигнала на измеренных частотах, в отличие от известных способов, дополнительно регистрируют давление волн цунами на дно на частотах 0,003-0,01 Гц посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, транслируют зарегистрированные сигналы по гидроакустическому каналу связи на дрейфующие станции, размещенные в исследуемых пунктах, зарегистрированные сигналы с которых по спутниковому каналу связи транслируют на опорные пункты, при этом дополнительно измеряют вариации магнитного поля на частотах 0,01-1,0 Гц, магнитную индукцию электромагнитного поля на частотах 1-200 Гц, электрическую составляющую электромагнитного поля на частотах 1-500 Гц, акустические шумы на частотах 5-50000 Гц, сейсмические шумы на частотах 0,01-20 Гц, гидродинамический шум моря на частотах 0,01-100 Гц в зонах тектонических разломов, по измеренным параметрам выполняют факторный анализ на уровнях естественного геофизического фона и геофизического фона в период фазы нахождения солнца и луны на одной небесной линии, путем построения графика амплитуд градиентов сейсмических, геодеформационных, геохимических, гидрофизических показателей при базе измерений, не превышающей 50-100 километров в средних широтах и 8-10 километров в высоких и экваториальных широтах соответственно, с ориентацией средств измерения по восьми румбам; дополнительно регистрируют сейсмические шумы на частотах 0,008-20 Гц на границе вода-грунт, при этом выделяют из спектра горизонтальных составляющих нечетные гармоники 0,003 и 0,005 Гц, а из спектра вертикальной составляющей выделяют четные гармоники 0,002, 0,004, 0,006 и 0,008 Гц, а на береговых сейсмических станциях измеряют уровень прилива; устройства регистрации размещают на глубинных горизонтах наблюдений, кратных 25 м, при максимальном горизонте наблюдений, равном 100 м, равномерно распределенных по азимуту, регистрацию гидроакустических сигналов выполняют с выделением фаз типа РР, З и Т, приход акустической волны сейсмического происхождения определяют по величине сдвига частоты рассеянного излучения, при этом посредством устройств регистрации, размещенных на удалении от прибрежной зоны, выполняют анализ низкочастотных составляющих рассеянного сигнала, используя в качестве опорных квазигармонических высокочастотных сигналов шумы судоходства, а посредством устройств регистрации, размещенных в прибрежной зоне, определяют момент появления и направление прихода сейсмических волн путем узкополосной фильтрации и спектрального анализа волн, выделение фаз типа РР, S и Т осуществляют путем узкополосной фильтрации посредством рекурсивных фильтров Баттерфорта, при этом входную фильтрацию осуществляют посредством рекурсивных фильтров с целочисленными коэффициентами, а сигналы с частотой дискретизации 100 Гц и ниже подвергают фильтрации с коэффициентами в виде чисел с плавающей запятой; регистрацию гидроакустических сигналов осуществляют посредством широкополосных донных сейсмографов с не менее чем тремя сейсмическими каналами, при этом сигналы анализируются тремя независимыми детекторами, а сигнал обнаружения вырабатывается при совпадении сигналов, по крайней мере, в двух каналах из трех; спектральный анализ выполняют как объемных волн фаз РР и S, так и поверхностных волн Лява, Рэлея и Стоунли, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, а также привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине выполняют путем аппроксимации профиля рельефа по разрезу относительно береговой линии, а в качестве базового сплайна используют кубический сплайн с нулевыми граничными производными, при этом построение двумерной сплайн-функции производится путем тензорного произведения одномерных сплайнов; в способе определения глубины залегания продуктивных на углеводороды пластов, включающем размещение не менее четырех приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне частот, и регистрацию информационного сигнала, при этом в качестве информационного сигнала используют микросейсмический шум Земли, над предварительно выявленным очагом микросейсмической активности нефтегазового месторождения размещают в вершинах четырехугольника сейсмические приемники, способные регистрировать как вертикальные, так и горизонтальные инфранизкочастотные сейсмические колебания, в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, генерируемые нефтегазовым месторождением, проводят генерирование сейсмических колебаний источником колебаний в диапазоне от 1 до 10 Гц, рассчитывают спектральные плотности вертикальных, горизонтальных компонент, а также спектральные плотности кросскорреляционных функций зарегистрированных инфранизкочастотных колебаний, затем, решая обратную волновую задачу распространения акустического излучения от цилиндрически-симметричного источника, определяют глубину залегания продуктивного пласта, в отличие от известных способов измерительную базу на морском дне формируют путем размещения сейсмических приемников на расстоянии не более 5 км друг от друга, с образованием равнобедренного треугольника в подводном пространстве, в вершинах которого размещены сейсмические приемники, при этом гидроакустические антенны сейсмических приемников включают четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна, при этом двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр; приемники сейсмических колебаний размещают в шельфовой зоне, вдоль линии подножия континентального склона и вдоль оси, перпендикулярной линии Гардинера по границам разлома, а в сейсмический приемник, включающий мобильный многоканальный сейсмометрический комплекс, состоящий из блока высокочувствительных сейсмических датчиков, выносного распределителя с кабельными линиями связи, регистрирующего модуля с блоком фильтров и усилителей, платы аналого-цифровых преобразователей, цифроаналоговых преобразователей, компьютера, GPS-приемника, блока питания, блока калибровки, блока обработки, анализа сигналов и их спектральных характеристик, программных средств типа Mathlab версии 6.0 и выше, в отличие от известных устройств дополнительно введены датчик обнаружения метана, соединенный своим выходом с блоком регистрации и управления, схема определения координат, соединенная своим входом-выходом с входом-выходом блока регистрации и управления, блок широкополосных преобразователей, в котором широкополосные преобразователи выполнены в виде герметичного цилиндрического сосуда, разделенного перегородкой на два отсека, заполненных электропроводящей жидкостью, перегородка снабжена отверстием, в середине и по бокам которого расположены сетчатые электроды, торцы цилиндра выполнены в виде упругих мембран, блок широкополосных преобразователей своим входом-выходом соединен с входом-выходом блока регистрации и управления, блок высокочувствительных сейсмических датчиков содержит четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна; двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр, корпус мобильного многоканального сейсмометрического комплекса выполнен из высокопрочного алюминиевого сплава с защитным покрытием в виде анодного оксидирования с многослойным лакокрасочным покрытием.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.
Фиг.1. Характеристики пассивных континентальных окраин континентального шельфа в соответствии со статьей 76 п.4 (a)(i) «Конвенции о континентальных шельфах» и размещение средств регистрации сейсмических сигналов. На фиг.1 позициями обозначены: береговая линия 1, континентальный шельф 2, подножие континентального шельфа 3, линия Гардинера 4, разлом 5, опорная береговая станция 6, мобильные станции 7, регистрирующие устройства 8, искусственные спутники Земли 9.
Фиг.2. Блок-схема регистрирующего устройства 8 включает блок высокочувствительных сейсмических датчиков 10, выносной распределитель 11 с кабельными линиями связи, регистрирующий модуль 12 с блоком фильтров и усилителей, плату аналого-цифровых преобразователей 13, плату цифроаналоговых преобразователей 14, компьютер 15, GPS-приемник 16, блок питания 17, блок калибровки 18, блок обработки, анализа сигналов и их спектральных характеристик 19, программных средств 20 типа Mathlab версии 6.0 и выше, датчик обнаружения метана 21, соединенный своим выходом с блоком регистрации, схему определения координат 22, соединенную своим входом-выходом с входом-выходом регистрирующего модуля, блок широкополосных преобразователей 23.
Фиг.3. Блок широкополосных преобразователей 23 включает три датчика, ориентированные по трем плоскостям. Каждый датчик выполнен в виде герметичного цилиндрического сосуда 24, разделенного перегородкой 25 на два отсека 26 и 27, заполненных электропроводящей жидкостью, перегородка 25 снабжена отверстием 28. В середине и по бокам цилиндрического сосуда 24 расположены сетчатые электроды 29, торцы цилиндра 30 выполнены в виде упругих мембран. Блок высокочувствительных сейсмических датчиков 10 содержит четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна. Двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр. Корпус мобильного многоканального сейсмометрического комплекса выполнен из высокопрочного алюминиевого сплава с защитным покрытием в виде анодного оксидирования с многослойным лакокрасочным покрытием.
Мобильные станции 7 могут быть выполнены в виде плавающих средств, например в виде судовых транспортных средств или дрейфующих автономных станций. При этом мобильные станции 7 снабжены навигационными средствами измерения скорости движения, курса, координат, гидроакустическими средствами (многолучевой и промерный эхолот, гидролокатор бокового обзора, панорамный профилограф, гидроакустический канал связи), гравиметром и магнитометром.
Блок широкополосных преобразователей 23 состоит из первичных датчиков и блока обработки. Каждый первичный датчик представляет собой герметичный цилиндрический сосуд, разделенный толстой перегородкой на два отсека, заполненных специальной электропроводящей жидкостью (водный раствор йодистого калия и йода). Чтобы жидкость могла протекать из одного отсека в другой, в центре перегородки сделано тонкое отверстие, а торцы цилиндра выполнены в виде упругих мембран (в другой конструкции вместо мембран в каждом отсеке имеются полости, заполненные инертным газом). В середине и по бокам отверстия расположены сетчатые платиновые электроды, на которые подается слабое постоянное напряжение: плюс на центральный анод и минус на катоды. В результате происходит равновесная окислительно-восстановительная реакция. При увеличении прямого напряжения ток через ячейку растет вначале быстро, затем при достижении равновесного состояния ионов при напряжении Uнас наступает ток насыщения Iнас, который меняется достаточно медленно. При достижении напряжения пробоя Uпр ток через ячейку резко увеличивается. При напряжении обратной полярности протекает малый обратный ток. Рабочая область лежит в пределах от Uнас до Uпр. Рабочую точку обычно устанавливают в средней части этой области при Up≈0,5 В. Для компенсации начального тока Iнас использованы две электролитические ячейки в одном корпусе, которые образуют дифференциальную схему, позволяющую обеспечить нулевое напряжение на выходе. При приложении механических колебаний вдоль оси цилиндра происходит перетекание инерционной жидкости через отверстие в такт колебаниям. За счет механического переноса ионов равновесное состояние нарушается, и между электродами появляется ток, пропорциональный механическому воздействию. Первичные датчики устанавливаются в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Основными преимуществами датчиков является малая чувствительность к ударам (до 30g), возможность регистрировать сигналы в вертикальном, горизонтальном и азимутальном направлении, а также малые габариты и вес, экономичное электропитание. Блок обработки осуществляет сбор, оцифровку и накопление сигналов от датчиков. Подсистема представляет собой программно-аппаратный комплекс для Intel-совместимого семейства процессоров и снабжена средствами отладки и тестирования. При этом предусмотрены три режима регистрации сигналов: непрерывный, старт-стопный по заданной программе и старт-стопный с управлением по уровню сигнала. Управление параметрами блока обработки производится по результатам экспресс-обработки сигналов на основе анализа уровня энергии и спектрального состава с помощью быстрых алгоритмов реального времени.
Аппаратная часть подсистемы сбора и регистрации данных состоит из следующих основных элементов: удаленного цифрового регистратора, блока хранения точного времени, кабельного канала связи, центрального микрокомпьютера станции с накопителем на жестком магнитном диске. Рассмотрим кратко эти элементы.
Удаленный цифровой регистратор представляет собой микромодульный контроллер на базе Intel-совместимого процессора NEC V25 с PCMCIA флэш-накопителем и стандартным выходным средством коммуникации на основе интерфейса RS232. Микроконтроллер содержит встроенный многоканальный АЦП с последовательным интерфейсом, программируемые таймеры, часы реального времени, порты цифрового ввода-вывода, внешние каналы аппаратного прерывания и канал прямого доступа к памяти. Отличительными особенностями используемого контроллера являются миниатюрные размеры (100×70×30 мм), малое потребление (0,5 Вт), высокая надежность и низкая стоимость.
Блок хранения точного времени сконструирован с использованием энергосберегающих технологий, полностью на КМОП-элементах. Используется как генератор эталонных минутных (секундных) меток для синхронизации часов микроконтроллера центрального микропроцессора.
Центральный микропроцессор станции собран на базе PC-совместимого оборудования для автоматизации промышленности с использованием процессорной платы типа MicroPC фирмы Octagon Sistems (США). Примененная конструкция отвечает жестким требованиям промышленной эксплуатации, в частности способна выдерживать большие перегрузки при ударах и имеет повышенную наработку на отказ. Сохранив вычислительную мощность современного персонального компьютера, он имеет малые габариты, вес и энергопотребление (несколько единиц ватт). При этом, что особенно важно для герметичной донной станции, не требуется дополнительного охлаждения (вентилятора). Наличие 16-разрядного IDE интерфейса для накопителя на жестком магнитном диске 5 позволяет применять современные накопители повышенной емкости и соответственно увеличить время автономной работы станции, используя режим непрерывной регистрации. Система регистрации в целом оказывается полностью совместимой с PC и работает под управлением ROM-DOS (DOS 6.22).
Для расширения динамического диапазона регистрируемых сигналов под каждую регистрируемую компоненту отводится два канала усиления, чувствительный и грубый, с соотношением коэффициентов усиления K1/K2=2n, где n выбирается из уровня реального сейсмического фона в месте установки станции. Таким образом, удается довести динамический диапазон станции в условиях малых помех до 130 дБ с использованием недорогого и надежного 12-разрядного АЦП.
Служба точного времени реализована на основе периодической синхронизации внутренних часов микроконтроллера ПЦР эталонными минутными метками от блока хранения точного времени 8. Так как данные регистров часов реального времени микроконтроллера могут обновляться с некоторой задержкой, то для достижения требуемой точности службы времени используются секундные метки блока хранения точного времени 18 или смесь секундных и минутных меток, которые вводятся через один из цифровых входов микроконтроллера в такт с частотой преобразования аналогового сигнала и записываются в младший бит слова АЦП. Таким образом, оцифрованные данные содержат бит пилот-сигнала, фронт которого оказывается привязанным к фронту эталонной метки с точностью не хуже одного отсчета.
Основное время центральный микропроцессор 4 станции находится в режиме "Sleep" и включается только на время переписи данных с флэш-карты на жесткий диск и для выполнения контрольных функций по обслуживанию станции. Использование режима "Sleep" позволяет резко снизить энергозатраты станции в целом.
Программное обеспечение подводной станции целиком написано на языке высокого уровня Си, который вместе с тем позволяет производить тонкое управление аппаратными средствами вплоть до побитовых операций в их регистрах, характерными для ассемблера. Применение компиляторов языка Си фирмы Borland позволяет путем соответствующей настройки среды компилятора генерировать коды, в значительной степени инвариантные к типу и классу используемого IBM-совместимого компьютера. В результате программа оказывается работоспособной для всех типов процессоров, начиная с семейства 8086/8088 и кончая 80486 и Pentium.
Версия программы размещается в EPROM микроконтроллера. Запуск программы на исполнение и соответственно начало работы происходит автоматически при подаче питания на микроконтроллер.
Оцифровка сейсмических сигналов происходит с использованием механизма внешних прерываний сигналами программируемого внутреннего таймера микроконтроллера. Оцифровка и сбор данных осуществляются с элементами предварительной обработки для улучшения метрологических характеристик каналов регистрации. Аналоговые сигналы цифруются на более высокой частоте, затем подвергаются цифровой фильтрации и осреднению "тройками" и "пятерками" с последующей разрядкой до получения требуемой частоты выборок. Все процедуры фильтрации в системе выполняются в реальном времени с помощью быстрых рекурсивных фильтров Баттерворта. Применяются два вида фильтров. В характерных точках программы с высокой скоростью канализации данных (например, при входной фильтрации) целесообразно использовать рекурсивные фильтры с целочисленными коэффициентами. Такие фильтры не требуют вычислений с плавающей запятой и оказываются значительно быстрее своих аналогов с "точными" коэффициентами. Однако следует учитывать, что процедура округления коэффициентов вызывает ряд известных проблем и, в частности, может привести к неустойчивости фильтра. В других характерных узлах программы, где цифровой фильтрации подлежат отсчеты с частотой дискретизации 100 Гц и ниже, оказывается возможным применять рекурсивные фильтры с "точными" коэффициентами, представленными в виде чисел с плавающей запятой. Такие фильтры более устойчивы, функционально ближе к своему аналоговому прототипу, но проигрывают в быстродействии. Рекурсивные фильтры подобного типа используются, в частности, в алгоритме детектора сейсмических сигналов. Обычно в аналоговых и цифровых устройствах лучший результат дают фильтры Баттерворта высокого порядка, полученные путем каскадного соединения звеньев второго порядка.
С целью увеличения времени автономности станции кроме непрерывного режима работы предусмотрен ждущий режим регистрации с краткой записью предыстории события. Для организации ждущего режима в системе используется наиболее часто применяемый для целей обнаружения сейсмических сигналов так называемый STA/LTA-детектор, использующий алгоритм отношения энергий сигналов с короткопериодным и долгопериодным усреднением. Недостатком такого детектора, как известно, является пропуск первого вступления при работе по сильно когерентному сигналу. Для улучшения характеристик детектора разработана трехканальная версия с использованием признака группового совпадения "2 из 3-х". Это означает, что данные трех сейсмических каналов анализируются тремя независимыми детекторами, а сигнал обнаружения вырабатывается только при совпадении сигналов тревоги, по крайней мере, в двух каналах из трех. Такой метод повышает надежность работы системы в ждущем режиме. В случае обнаружения события в системе вырабатывается сигнал, разрешающий сохранить предыдущий файл данных во внешней памяти, в противном случае - он стирается. Таким образом, осуществляется ждущий режим регистрации с записью фона перед событием.
Программа удаленного цифрового регистратора содержит телекоммуникационный драйвер, который поддерживает полудуплексный режим связи с центральным компьютером донной станции. Связь осуществляется на основе оригинального высокопроизводительного бинарного протокола обмена с использованием отдельных сигналов интерфейса RS232. Управление связью и накоплением данных осуществляет центральный микропроцессор станции. Программа управления поддерживает файловую организацию, принятую в DOS. Массивы данных сохраняются на жестком диске в файлах, формат которых удовлетворяет принятым станционным требованиям, и при необходимости с помощью простейшего программного супервизора формата могут быть интегрированы в любой из существующих в мировой практике форматов обмена сейсмологическими данными.
В отличие от известных устройств, в которых применяется отдельный аналоговый регистратор с частотным диапазоном от 0,1 до 15 Гц, в применяемом устройстве использован регистратор с нижним частотным диапазоном от 0,003 Гц.
Управление работой всей станции производится с помощью центрального микропроцессора типа MicroPC, а основное накопление сигналов осуществляется на жестком диске. Все это позволило расширить частотный диапазон цифрового регистратора до 15 Гц сверху, динамический диапазон - до 120 дБ (с автоматическим переключением чувствительности на 2 поддиапазона) и полностью исключить аналоговую регистрацию.
При регистрации сейсмических сигналов на дне одним из важных направлений использования широкополосных донных сейсмографов является исследование микросейсмических шумов, возбуждаемых морскими и океаническими волнами. Микросейсмы проявляются в широком диапазоне частот и служат естественным фоном, который определяет порог чувствительности сейсмографов. Посредством предлагаемого устройства также выполняется регистрация характерных микросейсмов с периодом около 6 секунд, также выявляются микросейсмы с периодами 20 и 100 секунд, что позволяет выделить как объемные Р и S волны, так и поверхностные волны Лява (колебания в диапазоне частот 0,0125-0,05 Гц) и Рэлея.
В тоже время возбуждение волн цунами землетрясениями в сжимаемой жидкости сопровождается генерацией гидроакустических полей в более широком частотном диапазоне, а их энергия может превышать энергию волн цунами. При этом низкочастотные поля (F<1 Гц), так же как и волны цунами, возбуждаются в основном за счет вертикальных подвижек дна в эпицентре землетрясения. Возбуждение высокочастотных гидроакустических полей (фаза Т) происходит на значительно большей площади и существенно зависит от рельефа дна. Поэтому высокочастотные гидроакустические поля содержат относительно меньше информации собственно о формах движения дна в эпицентре землетрясения.
Наличие интенсивных низкочастотных акустических полей в очаге цунами наблюдается в диапазоне 0,05-0,4 Гц, при этом основная энергия упругих колебаний превышает энергию волны цунами примерно в 300 раз (Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами. - М.: Янус - К, 2005, 360 с.).
На очень низких частотах (ниже 0,01 Гц), вследствие пренебрежимо малой толщины слоя океана по сравнению с длиной волны происходит непосредственное возбуждение анемобарических волн за счет перепадов атмосферного давления (Рабинович А.Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение.-СПб.: Гидрометеоиздат, 1993, 325 с.). Часть энергии микросейсмов, распространяющихся под малыми углами к вертикали, рассеивается в толще Земли в виде объемных волн в соответствии с законом 1/R2. Другая часть микросейсмов вследствие рефракции или отражения от нижележащих слоев возвращается к верхней границе и претерпевает повторные отражения и преобразования продольных волн в поперечные и наоборот. При этом могут образовываться поверхностные волны разных типов, которые могут распространяться на большие расстояния с малым затуханием (энергетический коэффициент затухания пропорционален 1/R). При этом образуются волны Рэлея, Стоунли и Лява. Скорость волн Рэлея всегда больше скорости звука в воде. Поэтому на достаточно высоких частотах, когда длина волны в водном слое соизмерима с глубиной океана, часть энергии волн Рэлея переходит в воду. Амплитуда волн при этом уменьшается. Оценки показывают, что влияние слоя воды при глубине океана 4 км начинает сказываться на частотах около 0,01 Гц. На частоте около 0,1 Гц волна, отраженная от поверхности жидкости, проходит на дно в противофазе, т.е. происходит максимальное подавление рэлеевской волны. Наибольшее затухание при этом претерпевает основная мода, так как ее пучность расположена на границе вода-грунт. Высшие моды затухают меньше, поскольку имеется ряд пучностей этих мод в нижележащих слоях. За счет обмена акустической энергией между жидкостью и упругим основанием при достаточной глубине океана может возникнуть и распространяться вдоль дна поверхностная волна Стоунли. При этом вдоль вертикали по обе стороны границы располагаются неоднородные затухающие волны. При глубине океана 4 км, образование волн Стоунли возможно на частотах начиная примерно с 1 Гц, а на частотах выше 10 Гц ограничивающим влиянием глубины океана можно пренебречь. Скорость волны Стоунли меньше скорости волн в воде и грунте, поэтому отсутствуют потери энергии за счет "вытекающих" волн. Отсюда следует возможность распространения волн Стоунли вдоль морского дна на большие расстояния на высоких частотах в отличие от волн Рэлея. Поверхностные волны Лява представляют собой поперечные колебания с горизонтальной поляризацией. Поэтому они не могут непосредственно возбуждаться волнами, падающими на границу из водной среды или за счет перепадов анемобарического давления. Их появление в составе микросейсмов связано с преобразованием волн Рэлея на неоднородностях земной коры, а также с сейсмической эмиссией из коры и верхней мантии.
Способ реализуется следующим образом.
Размещают средства регистрации гидроакустических сигналов, представляющие собой широкополосные донные сейсмографы непосредственно на границе вода-грунт в прибрежной зоне и на удалении от прибрежной зоны, а также на разных горизонтах по глубине с использованием для установки автономных донных станций, подводных обсерваторий, заякоренных платформ. Аналогом широкополосных сейсмографов являются широкополосные сейсмографы типа ЭХП-17, ЭХП-20.
На береговых мобильных станциях устанавливают широкополосные сейсмографы типа "G.Streckeisen Messgeratebau" (Швейцария) и "Guralp" (Англия), типа STS-1 и CMG-3.
Измерительную базу на морском дне формируют путем размещения сейсмических приемников на расстоянии не более 5 км друг от друга, с образованием равнобедренного треугольника в подводном пространстве, в вершинах которого размещены сейсмические приемники, при этом гидроакустические антенны сейсмических приемников включают четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна; двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр; приемники сейсмических колебаний размещают в шельфовой зоне, вдоль линии подножия континентального склона и вдоль оси перпендикулярной линии Гардинера по границам разлома.
Выполняют регистрацию гидроакустических сигналов с выделением фаз типа PP, S, и Т. При этом регистрируют сейсмические шумы на частотах 0,008-20 Гц, гидродинамический шум моря на частотах 0,01-100 Гц, давление волн цунами на дно на частотах 0,01-0,01 Гц.
Сигнал Т фазы, принятый в береговом клине, определяется в диапазоне частот 34…75 Гц при частоте квантования 160 Гц методом псевдодифференциального параболического уравнения, обеспечивающего выделение звуковых полей в двумерном неоднородном океане с переменными рельефом дна и профилем скорости звука с заданной точностью для любого диапазона углов скольжения локальных нормальных волн с учетом взаимодействия между ними. Так как наблюдаемый сигнал S(t) является суммой сигналов от последовательно возбуждаемых слоев, то, представляя сигнал в виде вектора столбца временных отсчетов и обозначая через si векторы-столбцы сигналов от последовательно возбуждаемых слоев, имеем S(S1, S2, … Sn), (a1, a2, …, an), ai - суть амплитуды рассеивателей. В качестве решающей статистики используют сумму квадратов амплитуд, имеющую максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры. Оценку получают методом наименьших квадратов, так как система линейных уравнений является неопределенной.
Выполняя оценку для каждого момента времени, получают ее временную зависимость. Присутствие в ней максимума означает наличие в источнике ожидаемой структуры возбуждения звукового поля. При построении графика решающей статистики абсцисса глобального максимума соответствует времени прихода совокупного рассеянного сигнала. Определяют приход акустической волны сейсмического происхождения по величине сдвига частоты рассеянного излучения, при этом посредством средств регистрации, размещенных в ближней зоне от очага землетрясения на внешних станциях приема и обработки сигналов, выполняют анализ низкочастотных составляющих рассеянного сигнала, а в качестве опорных квазигармонических высокочастотных сигналов используют шумы судоходства, а посредством средств регистрации, размещенных в прибрежной зоне, определяют момент появления и направление прихода сейсмоакустических волн путем узкополосной фильтрации и спектрального анализа. Выделение фаз типа РР, S и Т осуществляют путем узкополосной фильтрации посредством рекурсивных фильтров Баттерфорта, при этом входную фильтрацию осуществляют посредством рекурсивных фильтров с целочисленными коэффициентами, а сигналы с частотой дискретизации 100 Гц и ниже подвергают фильтрации с коэффициентами в виде чисел с плавающей запятой. Регистрацию гидроакустических сигналов осуществляют посредством широкополосных донных сейсмографов с не менее чем тремя сейсмическими каналами, при этом сигналы анализируются тремя независимыми детекторами, а сигнал обнаружения вырабатывается при совпадении сигналов тревоги, по крайней мере, в двух каналах из трех. Спектральный анализ выполняют как объемных волн фаз РР и S, так и поверхностных волн Лява, Рэлея и Стоунли.
При регистрация сейсмических сигналов на дне одним из важных направлений использования широкополосных донных сейсмографов является исследование микросейсмических шумов, возбуждаемых морскими и океаническими волнами. Микросейсмы проявляются в широком диапазоне частот и служат естественным фоном, который определяет порог чувствительности сейсмографов. Посредством предлагаемого устройства также выполняется регистрация характерных микросейсмов с периодом около 6 секунд, также выявляются микросейсмы с периодами 20 и 100 секунд, что позволяет выделить как объемные Р и S волны, так и поверхностные волны Лява (колебания в диапазоне частот 0,0125-0,05 Гц), Рэлея и Стоунли (1-10 Гц). На береговых станциях волну Рэлея регистрируют на нулевой моде.
Новые отличительные признаки, заключающиеся в регистрации давления волн цунами на дно на частотах 0,003-0,01 Гц посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, транслировании зарегистрированных сигналов по гидроакустическому каналу связи на дрейфующие буи, размещенные в исследуемых пунктах, зарегистрированные сигналы с которых по спутниковому каналу связи транслируют на береговые опорные пункты, в дополнительной регистрации сейсмических шумов на частотах 0,008-20 Гц на границе вода-грунт, с выделением из спектра горизонтальных составляющих нечетных гармоник 0,003 и 0,005 Гц, а из спектра вертикальной составляющей четных гармоник 0,002, 0,004, 0,006 и 0,008 Гц, измерении уровня прилива в зоне размещения береговых опорных пунктов, позволяют получить оперативную оценку сейсмического состояния исследуемых районов с более достоверным прогнозом возможных сейсмических явлений.
Известные способы позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении достоверности, только в условиях изотропного поля, так как характер убывания интенсивности звукового сигнала по мере удаления от источника в горизонтально неоднородном поле (особенно в океане) резко отличается от той же зависимости в условиях изотропного поля. Мезомасштабные неоднородности океана (фронты, ринги) резко перестраивают звуковое поле, вызывая колебания интенсивности сигнала до 5 дБ при прогнозе дальности их действия (Д) до 10 км. Поэтому для эффективного прогноза гидроакустических условий в аномальных районах необходимо четкое установление центров и границ, а также определение параметров возмущающих образований. Неопределенность в расчете звукового поля по климатическим данным или опорному полю выражается в стандартных отклонениях реального уровня от опорного в 4-9 дБ, при Д=90 км, что соответствует погрешности в прогнозе ожидаемой дальности действия гидроакустических систем на 60-90%. Использование единственной кривой вертикального распределения скорости звука для акустических расчетов допустимо лишь на малых дистанциях (до 10 км), что крайне редко встречается в реальных условиях. По величине и направлению (знаку) горизонтального градиента вдоль трассы распространения сигнала можно судить о степени изменчивости интенсивности звукового поля на горизонте приема относительно фиксированного источника. Для расчетов акустического поля параметром является профиль скорости звука, точно совпадающий с фактическим профилем в месте расположения источника. Однако при использовании режимной информации среднеквадратический профиль, как правило, не совпадает с фактическим, что приводит к дополнительным случайным погрешностям в конечном результате.
В предлагаемом способе посредством датчиков слабых сейсмических сигналов, измеряющих три компоненты (горизонтальная, вертикальная и наклонная составляющие) в диапазоне 0,008-0,1 Гц, представляющих собой велосиметры и установленных на нескольких горизонтах по глубине посредством якорных устройств, и датчиков сильных движений дна в диапазоне 0,01-20 Гц, измеряющих также три компоненты и установленных непосредственно на морском дне, регистрируют сигналы на границе раздела морская вода - морской грунт.
В качестве измерительных средств, установленных посредством якорных устройств, могут быть использованы акустические сейсмические датчики для регистрации акустических сигналов, протонные или квантовые вариометры и магнитометры для измерения электрической и магнитной компоненты естественного электромагнитного поля земли, с выделением магнитотеллурической составляющей на фоне помех с разносом электрических и магнитных датчиков на величину Δr≤(0,013…0,025)r, (где r - расстояние между приемником и источником). При этом выделение магнитотеллурической составляющей на фоне помех существенно упрощается, так как помехи по электрическому и магнитному каналам вызваны различными источниками (являются некоррелированными) ввиду разноса датчиков на величину Δr. При этом магнитные составляющие естественного магнитного поля меньше, чем электрические зависят от характера геоэлектрического разреза вдали от горизонтальных неоднородностей.
В качестве датчика магнитного поля, предназначенного для измерения, абсолютного значения магнитной индукции поля земли в морских акваториях до глубин 6000 метров, применен датчик с диапазоном измеряемой величины магнитной индукции 20000-100000 нТ.
В конкретном исполнении акустические измерительные средства, установленные посредством якорных устройств, представляют собой комплект гидроакустических антенн.
Каждая приемная гидроакустическая антенна состоит из четырех гидрофонов. Секция антенны состоит из двух одноканальных и одного двухканального модуля, располагающихся на линейном несущем кронштейне. Расстояние между приемными гидрофонами двухканального модуля составляет 50 мм. Максимальное разнесение крайних приемников на кронштейне составляет 1000 мм. Кронштейн перфорирован, что позволяет располагать приемники в непосредственной близости друг от друга для проведения фазовой калибровки и с произвольным разнесением для проведения измерений направления прихода акустического сигнала. В качестве антенн приемников использованы пьезокерамические сферы диаметром 30 мм, внутри которых размещены предварительные усилители с коэффициентом усиления 30 дБ. Сферы размещаются на стальной пластине размером 145×145×10 мм, снабженной элементами крепления и акустической заглушкой с тыльной стороны. Коэффициент подавления звукового сигнала с тыльной стороны составляет не менее 30 дБ.
Антенный комплекс состоит из 8-канальной 2-секционной приемной гидроакустической антенны и гидроакустической излучающей антенны.
Каждая секция приемной антенны представляет собой 4-элементный неэквидистантный гидрофонный модуль, предназначенный для измерения проекции вектора прихода акустического сигнала на одну из горизонтальный осей в режиме ультракороткой базы, в пеленгационном режиме, либо для приема сигналов в режиме длинной базы на 4 рабочих частотах. Секции приемной антенны расположены в горизонтальной плоскости перпендикулярно друг к другу.
Таким образом, когда все гидрофоны производят прием на одной и той же рабочей частоте, реализуется режим определения задержки и направления прихода отклика от фиксированной точки грунта, в режиме ультракороткой базы, а когда каждый из гидрофонов настроен на свою рабочую частоту, осуществляется режим измерения задержек от нескольких точек грунта в режиме длинной базы.
В качестве сейсмических датчиков, установленных непосредственно на грунте, вдоль разлома, применены акустические сейсмические датчики, представляющие собой трехкомпонентный сейсмоакустический датчик, который предназначен для преобразования третьей производной колебания грунта в электрический сигнал в частотном диапазоне 20-1000 Гц, динамический диапазон которого в полосе 1/3 октавы и центральной частотой 30 Гц составляет не менее 60 дБ, а также сейсмический приемник типа СМ-5 (велосиметр), включающий три сейсмических датчика с частотным диапазоном регистрации сейсмических сигналов 0,003-20 Гц, полный динамический диапазон не менее 120 дБ. В качестве донного датчика давления применен датчик с диапазоном до 600 атм с погрешностью измерений 0,03%.
Зарегистрированные сигналы подвергаются обработке для каждого конкретного момента времени для получения временной зависимости в границах, характеризующих уровни состояния естественного геофизического поля и гидрофизических полей.
Устройство управления мобильной диспетчерской станции (представляющей собой судно) анализирует уровень сигналов, поступающих по гидроакустическому каналу связи от датчиков слабых сейсмических сигналов, и в случае повышения порогового уровня включает датчики сильных движений и в случае существенных вертикальных или наклонных скоростей смещения элементов движения дна формирует пакет сообщений, который по каналу спутниковой радиосвязи передается на опорный пункт. Поскольку устройство управления работает с инерцией, то для исключения потери первых вступительных сильных движений дна сигналы с выходов датчиков слабых сигналов непрерывно регистрируют в буферную память, которые затем используются для определения элементов движения судна и регистрируются в цифровом многоканальном накопителе информации. При этом пороговый уровень определяется путем усреднения за длительный период времени сейсмических шумов, поступающих с выходов датчиков слабых сейсмических сигналов.
Принятые приемной антенной гидроакустического канала связи судна сигналы формируются в информационные пакеты для передачи на опорные пункты 10 через искусственные спутники Земли. Аналогами алгоритма преобразования данных являются методы преобразования данных, описанные в источнике: Ильин А.А., Маринич А.Н. и др. Цифровые терминалы спутниковых систем связи. - СПб., Deau, 2005, с.77-78, 89. В качестве антенны спутниковой связи на судне установлена антенна линейной поляризации в виде несимметричного полуволнового штыревого вибратора, обеспечивающая наилучшие энергетические характеристики в области малых углов места спутниковых аппаратов.
Гидроакустический канал связи обеспечивает дальность до 8000 м с диапазоном частот сигналов переносчиков команд 7-10 кГц.
При обработке сигналов, в качестве решающей статистики используется сумма квадратов амплитуд, имеющая максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры. Вычисления выполняются для каждого момента времени для получения временной зависимости для каждого поля. Присутствие в ней максимума означает наличие в источнике ожидаемой структуры возбуждения того или иного поля. Глобальный максимум соответствует времени прихода совокупного принятого сигнала. При достижении величины глобального максимума, равного среднему значению между амплитудами, характеризующими уровни состояния естественного геофизического и гидрофизического полей, судят о возможности наличия углеводородов в границах обследуемого пласта.
Выделение из спектра горизонтальных составляющих нечетных гармоник 0,003 и 0,005 Гц, а из спектра вертикальных составляющих четных гармоник 0,002, 0,004, 0,006 и 0,008 Гц с регистрацией уровня моря на береговых станциях позволяет исключить влияние микросейсмических составляющих, обусловленных в основном влиянием приливных колебаний.
В качестве датчика магнитного поля, предназначенного для измерения абсолютного значения магнитной индукции поля земли в морских акваториях до глубин 6000 метров, применен датчик с диапазоном измеряемой величины магнитной индукции 20000-100000 нТ.
Динамический шум моря определяется в диапазоне частот от 5 до 10 Гц посредством измерительного модуля, включающего последовательно соединенные гидрофон, предварительный усилитель, линию связи, широкополосный усилитель, анализатор спектра. Полученные сигналы о динамическом шуме моря подвергаются дискретизации и квантованию, а потом проходят спектральную обработку по алгоритму модифицированных периодограмм в следующей последовательности. Из последовательности сигналов X2(m) длиной L отсчетов вычисляют для каждой последовательности
Х2(m) коэффициенты быстрого преобразования Фурье
- соответствующее окно. Далее вычисляют периодограмму I2(fk)=1/V|Х2(k)|, где fk(k/L) - частота дискретного преобразования Фурье, 
- энергия окна.
Оценка энергетического спектра 
выполняется как 
.
Динамический шум моря совпадает с частотой примерно на 5 дБ.
Для решения такого рода задач необходимо непрерывную область акватории дискретизировать с помощью узлов регулярной сетки. Затем определяется граф путем задавания связи (ребра графа) на этой сетке. Возможные связи определяются путем специального индексирования узлов регулярной сетки с помощью дерева Фарея-Коши. При этом коэффициенты аппроксимации по флуктуационным полям выражаются аналитически через интегралы по фрагментам опорного поля в отдельных ячейках сетки.
Зарегистрированные сигналы, характеризующие вариации магнитного поля на частотах 0,01-1,0 Гц, магнитную индукцию электромагнитного поля на частотах 1-200 Гц, электрическую составляющую электромагнитного поля на частотах 1-500 Гц, акустические шумы на частотах 5-50000 Гц, сейсмические шумы на частотах 0,01-20 Гц, гидродинамический шум моря на частотах 0,01-100 Гц в зонах тектонических разломов, подвергаются обработке для каждого конкретного момента времени для получения временной зависимости в границах, характеризующих уровни состояния естественного геофизического поля и геофизического поля в период фазы нахождения солнца и луны на одной небесной линии, как геофизического поля, подверженного в данный период наибольшим максимальным возмущениям по всем составляющим геофизических и гидрофизических полей.
При обработке сигналов, в качестве решающей статистики используется сумма квадратов амплитуд, имеющая максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры. Вычисления выполняются для каждого момента времени для получения временной зависимости для каждого поля. Присутствие в ней максимума означает наличие в источнике ожидаемой структуры возбуждения того или иного поля. Глобальный максимум соответствует времени прихода совокупного принятого сигнала. При достижении величины глобального максимума, равного среднему значению между амплитудами, характеризующими уровни состояния естественного геофизического и гидрофизического полей и геофизического поля и гидрофизического поля в период фазы нахождения солнца и луны на одной небесной линии, путем исключения акустических сигналов природного и техногенного происхождения судят о возможности наличия месторождения углеводородов.
В предлагаемом способе реализована технология построения картографического изображения на основе NURBS в виде итерационной экспертной автоматизированной процедуры. В качестве языка программирования использован язык MatLab. В этой системе качество построения карты определяется путем экспертного сравнения положения изолиний, вычисленных по NURBS, с положением соответствующих изогипс (изобат) на исходной карте.
В конкретной реализации предлагаемого способа источником информации о рельефе дна служат растровые карты.
В общем случае при аппроксимации профиля рельефа одномерными сплайнами следует задавать значения двух первых производных в конечных точках разреза. Однако такая информация неизвестна, и получить ее на практике нельзя. Поэтому в качестве базового сплайна для аппроксимации профиля рельефа по разрезу использован простейший кубический сплайн с нулевыми граничными производными. Ввиду того что не существует никаких явно заданных двумерных сплайнов, так как нельзя построить бесконечную систему алгебраических уравнений для согласования двух первых производных по всем направлениям на смежных границах двух кусков сплайновой поверхности, то построение двумерной сплайн-функции производится с использованием тензорного произведения одномерных сплайнов. Согласование первых двух дифференциалов для смежных прямоугольных участков карты обеспечивается перекрытием областей задания смежных NURBS.
Таким образом, технология построения карт в аналитическом виде на основе NURBS позволяет исключить этап триангуляции и тем самым исключить недостатки существующих технологий, применяемых в известных технических решениях. Предлагаемая реализация технологии может быть адаптирована к другим типам исходной информации, и в нее могут быть включены более сложные типы базовых сплайнов.
Построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, а также привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине выполняют путем аппроксимации профиля рельефа по разрезу относительно береговой линии, а в качестве базового сплайна используют кубический сплайн с нулевыми граничными производными, при этом построение двумерной сплайн-функции производится путем тензорного произведения одномерных сплайнов. При этом правомерность выявления месторождений углеводородов осуществляется путем выявления основных географических закономерностей размещения геофизических полей в пределах исследуемого региона. Поскольку многие шельфы представляют собой продолжение низменностей, приуроченных к крупным платформенным прогибам или синеклизам, то толщи, выполняющие эти прогибы, наклонены в сторону шельфа и достигают максимальной мощности именно в его пределах. Большая мощность терригенных осадков в нефтегазоносных районах является условием, благоприятствующим нефтегазоносности.
Источники информации
1. Патент RU №2045079.
2. Патент RU №2161809.
3. Авторское свидетельство SU №949574.
4. Патент RU №2054697.
5. Патент WO №98/37439.
6. Патент RU №230000125.
7. Патент RU №2251716.
8. Патент RU №2336541.
9. Патент RU №2119677.
10. Патент RU №2271554.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ ПРИ ПОИСКЕ УГЛЕВОДОРОДОВ И СЕЙСМИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ | 2010 |
|
RU2431868C1 |
| АВТОНОМНАЯ ДОННАЯ СТАНЦИЯ ДЛЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ | 2010 |
|
RU2438149C2 |
| ПОДВОДНАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ | 2011 |
|
RU2468395C1 |
| СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ НАСТУПЛЕНИЯ КАТАСТРОФИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ | 2010 |
|
RU2433430C2 |
| СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НА АКВАТОРИИ МОРЯ ПРИ ПОИСКЕ ПОДВОДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ | 2011 |
|
RU2483330C1 |
| ПОДВОДНАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ | 2010 |
|
RU2433428C2 |
| СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НА АКВАТОРИИ МОРЯ ПРИ ПОИСКЕ ПОДВОДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ | 2010 |
|
RU2434250C1 |
| СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДВЕСТНИКА ЦУНАМИ | 2011 |
|
RU2455664C1 |
| СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ ПОИСКА И РАЗВЕДКИ ЗАЛЕЖЕЙ УГЛЕВОДОРОДОВ | 2010 |
|
RU2432588C1 |
| ГИДРОХИМИЧЕСКАЯ ДОННАЯ ОБСЕРВАТОРИЯ | 2010 |
|
RU2449325C1 |
Изобретение относится к области сейсмических исследований и может быть применено при поиске залежей углеводородов на суше и на континентальном шельфе и при определении глубины залегания продуктивных пластов. В отличие от известных способов в предлагаемом техническом решении дополнительно регистрируют давление волн цунами на дно на частотах 0,003-0,01 Гц посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, транслируют зарегистрированные сигналы по гидроакустическому каналу связи на дрейфующие буи, размещенные в исследуемых пунктах, зарегистрированные сигналы с которых по спутниковому каналу связи транслируют на опорные пункты, при этом дополнительно измеряют вариации магнитного поля на частотах 0,01-1,0 Гц, магнитную индукцию электромагнитного поля на частотах 1-200 Гц, электрическую составляющую электромагнитного поля на частотах 1-500 Гц, акустические шумы на частотах 5-50000 Гц, сейсмические шумы на частотах 0,01-20 Гц, гидродинамический шум моря на частотах 0,01-100 Гц в зонах тектонических разломов, по измеренным параметрам выполняют факторный анализ на уровнях естественного геофизического фона и геофизического фона в период фазы нахождения солнца и луны на одной небесной линии, путем построения графика амплитуд градиентов сейсмических, геодеформационных, геохимических, гидрофизических показателей при базе измерений, не превышающей 50-100 километров в средних широтах и 8-10 километров в высоких и экваториальных широтах соответственно, с ориентацией средств измерения по восьми румбам; дополнительно регистрируют сейсмические шумы на частотах 0,008-20 Гц на границе вода-грунт, при этом выделяют из спектра горизонтальных составляющих нечетные гармоники 0,003 и 0,005 Гц, а из спектра вертикальной составляющей выделяют четные гармоники 0,002, 0,004, 0,006 и 0,008 Гц, а на береговых сейсмических станциях измеряют уровень прилива; устройства регистрации размещают на глубинных горизонтах наблюдений, кратных 25 м, при максимальном горизонте наблюдений, равном 100 м, равномерно распределенных по азимуту, регистрацию гидроакустических сигналов выполняют с выделением фаз типа РР, З и Т, приход акустической волны сейсмического происхождения определяют по величине сдвига частоты рассеянного излучения, при этом посредством устройств регистрации, размещенных на удалении от прибрежной зоны, выполняют анализ низкочастотных составляющих рассеянного сигнала, используя в качестве опорных квазигармонических высокочастотных сигналов шумы судоходства, а посредством устройств регистрации, размещенных в прибрежной зоне, определяют момент появления и направление прихода сейсмических волн путем узкополосной фильтрации и спектрального анализа волн, выделение фаз типа РР, S и Т осуществляют путем узкополосной фильтрации посредством рекурсивных фильтров Баттерфорта, при этом входную фильтрацию осуществляют посредством рекурсивных фильтров с целочисленными коэффициентами, а сигналы с частотой дискретизации 100 Гц и ниже подвергают фильтрации с коэффициентами в виде чисел с плавающей запятой; регистрацию гидроакустических сигналов осуществляют посредством широкополосных донных сейсмографов с не менее чем тремя сейсмическими каналами, при этом сигналы анализируются тремя независимыми детекторами, а сигнал обнаружения вырабатывается при совпадении сигналов, по крайней мере, в двух каналах из трех; спектральный анализ выполняют как объемных волн фаз РР и S, так и поверхностных волн Лява, Рэлея и Стоунли, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, а также привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине выполняют путем аппроксимации профиля рельефа по разрезу относительно береговой линии, а в качестве базового сплайна используют кубический сплайн с нулевыми граничными производными, при этом построение двумерной сплайн-функции производится путем тензорного произведения одномерных сплайнов; измерительную базу на морском дне формируют путем размещения сейсмических приемников на расстоянии не более 5 км друг от друга, с образованием равнобедренного треугольника в подводном пространстве, в вершинах которого размещены сейсмические приемники, при этом гидроакустические антенны сейсмических приемников включают четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна; двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр; приемники сейсмических колебаний размещают в шельфовой зоне, вдоль линии подножия континентального склона и вдоль оси, перпендикулярной линии Гардинера по границам разлома; а в устройство дополнительно введены датчик обнаружения метана, соединенный своим выходом с блоком регистрации и управления, схема определения координат, соединенная своим входом-выходом с входом-выходом блока регистрации и управления, блок широкополосных преобразователей, в котором широкополосные преобразователи выполнены в виде герметичного цилиндрического сосуда, разделенного перегородкой на два отсека, заполненных электропроводящей жидкостью, перегородка снабжена отверстием, в середине и по бокам которого расположены сетчатые электроды, торцы цилиндра выполнены в виде упругих мембран, блок широкополосных преобразователей своим входом-выходом соединен с входом-выходом блока регистрации и управления, блок высокочувствительных сейсмических датчиков содержит четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна; двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр, корпус мобильного многоканального сейсмометрического комплекса выполнен из высокопрочного алюминиевого сплава с защитным покрытием в виде анодного оксидирования с многослойным лакокрасочным покрытием. Технический результат, получаемый в результате реализации заявленной группы решений, состоит в уменьшении количества ошибочно пробуренных скважин, а также обеспечение возможности контроля эксплуатации промысловых скважин и газохранилищ при добыче нефти и газа. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.
1. Способ сейсморазведки при поиске углеводородов, включающий регистрацию естественного сейсмического фона и сейсмического сигнала на исследуемом пространстве, измеренных одним и более сейсмическими комплексами, с последующей математической обработкой измеренных значений, предварительное определение дисперсионной кривой микросейсмических волн, характерной для исследуемой территории, путем проведения синхронной регистрации микросейсмических сигналов не менее чем тремя сейсмостанциями с вертикальными сейсмодатчиками с последующей оценкой по полученным данным зависимости кажущихся скоростей распространения микросейсмических волн от частоты сигнала, определение длин волн и частотного диапазона на основе анализа кажущихся скоростей, в котором микросейсмический сигнал состоит из волн Рэлея, размещение сейсмодатчиков на исследуемой территории таким образом, чтобы расстояние между ними составляло не более половины самой короткой длины волны Рэлея, определение амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмодатчиков в полосе частот микросейсмического сигнала путем одновременной регистрации микросейсмического сигнала всеми сейсмодатчиками в одной точке в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра мощности микросейсмического сигнала, с последующим определением логарифмической разности спектров всех измерительных каналов сейсмодатчиков, накопление спектра мощности микросейсмического сигнала в каждой точке измерений в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра, расчет спектра пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений путем определения логарифмической разности спектра мощности для каждой точки измерений и спектра мощности микросейсмического сигнала, накопленного на сейсмостанции, установленной стационарно, в течение эквивалентного времени в тот же временной период с учетом амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмодатчиков, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, привязку каждой полученной карты к соответствующей ей глубине; при этом выполняют регистрацию информационных сигналов по их измеряемым компонентам в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, осуществляют расчет спектральных характеристик с использованием Фурье-преобразования полученных сигналов, их анализ на наличие ложных сигналов и сигналов от продуктивного пласта с природными углеводородами, исключают из рассмотрения ложные сигналы, выполняют анализ оставшихся сигналов с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов, регистрацию и запись проводят по вертикальным компонентам информационных сигналов в диапазоне частот 0,5-50 Гц, соответствующем диапазону глубин залегания фундамента, Фурье-преобразование компонентов информационных сигналов проводят по их первой производной, на полученных спектрах выявляют максимум, который принимают за соответствующий резонансу между дневной поверхностью и фундаментом ложный сигнал - сигнал от фундамента, бесперспективной точкой наблюдения признают точку со спектром, в котором присутствует сигнал от фундамента с монотонным спадом амплитуды спектра в сторону больших частот от максимума сигнала от фундамента, точку наблюдения, в спектрах сигналов которой присутствуют максимумы на частотах, больших частоты максимума сигнала от фундамента, со смещением их относительно других измерений менее чем на половину ширины своего максимума, принимают как перспективную на наличие залежей от природных углеводородов, о наличии залежи углеводородов судят по изменению спектральной мощности информационного сигнала на измеренных частотах, отличающийся тем, что дополнительно регистрируют давление волн цунами на дно на частотах 0,003-0,01 Гц посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, транслируют зарегистрированные сигналы по гидроакустическому каналу связи на дрейфующие буи, размещенные в исследуемых пунктах, зарегистрированные сигналы с которых по спутниковому каналу связи транслируют на опорные пункты, при этом дополнительно измеряют вариации магнитного поля на частотах 0,01-1,0 Гц, магнитную индукцию электромагнитного поля на частотах 1-200 Гц, электрическую составляющую электромагнитного поля на частотах 1-500 Гц, акустические шумы на частотах 5-50000 Гц, сейсмические шумы на частотах 0,01-20 Гц, гидродинамический шум моря на частотах 0,01-100 Гц в зонах тектонических разломов, по измеренным параметрам выполняют факторный анализ на уровнях естественного геофизического фона и геофизического фона в период фазы нахождения солнца и луны на одной небесной линии путем построения графика амплитуд градиентов сейсмических, геодеформационных, геохимических, гидрофизических показателей при базе измерений, не превышающей 50-100 км в средних широтах и 8-10 км в высоких и экваториальных широтах соответственно, с ориентацией средств измерения по восьми румбам; дополнительно регистрируют сейсмические шумы на частотах 0,008-20 Гц на границе вода - грунт, при этом выделяют из спектра горизонтальных составляющих нечетные гармоники 0,003 и 0,005 Гц, а из спектра вертикальной составляющей выделяют четные гармоники 0,002, 0,004, 0,006 и 0,008 Гц, а на береговых сейсмических станциях измеряют уровень прилива; устройства регистрации размещают на глубинных горизонтах наблюдений, кратных 25 м, при максимальном горизонте наблюдений, равном 100 м, равномерно распределенных по азимуту, регистрацию гидроакустических сигналов выполняют с выделением фаз типа РР, З и Т, приход акустической волны сейсмического происхождения определяют по величине сдвига частоты рассеянного излучения, при этом посредством устройств регистрации, размещенных на удалении от прибрежной зоны, выполняют анализ низкочастотных составляющих рассеянного сигнала, используя в качестве опорных квазигармонических высокочастотных сигналов шумы судоходства, а посредством устройств регистрации, размещенных в прибрежной зоне, определяют момент появления и направление прихода сейсмических волн путем узкополосной фильтрации и спектрального анализа волн, выделение фаз типа РР, S и Т осуществляют путем узкополосной фильтрации у посредством рекурсивных фильтров Баттерфорта, при этом входную фильтрацию осуществляют посредством рекурсивных фильтров с целочисленными коэффициентами, а сигналы с частотой дискретизации 100 Гц и ниже подвергают фильтрации с коэффициентами в виде чисел с плавающей запятой; регистрацию гидроакустических сигналов осуществляют посредством широкополосных донных сейсмографов с не менее чем тремя сейсмическими каналами, при этом сигналы анализируются тремя независимыми детекторами, а сигнал обнаружения вырабатывается при совпадении сигналов по крайней мере в двух каналах из трех; спектральный анализ выполняют как объемных волн фаз РР и S, так и поверхностных волн Лява, Рэлея и Стоунли, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, а также привязку каждой полученной карты к соответствующей ей глубине выполняют путем аппроксимации профиля рельефа по разрезу относительно береговой линии, а в качестве базового сплайна используют кубический сплайн с нулевыми граничными производными, при этом построение двумерной сплайн-функции производится путем тензорного произведения одномерных сплайнов.
2. Способ определения глубины залегания продуктивных на углеводороды пластов, включающий размещение не менее четырех приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне частот и регистрацию информационного сигнала, при этом в качестве информационного сигнала используют микросейсмический шум Земли, над предварительно выявленным очагом микросейсмической активности нефтегазового месторождения размещают в вершинах четырехугольника сейсмические приемники, способные регистрировать как вертикальные, так и горизонтальные инфранизкочастотные сейсмические колебания, в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, генерируемые нефтегазовым месторождением, проводят генерирование сейсмических колебаний источником колебаний в диапазоне от 1 до 10 Гц, рассчитывают спектральные плотности вертикальных, горизонтальных компонент, а также спектральные плотности кросскорреляционных функций зарегистрированных инфранизкочастотных колебаний, затем, решая обратную волновую задачу распространения акустического излучения от цилиндрически-симметричного источника, определяют глубину залегания продуктивного пласта, отличающийся тем, что измерительную базу на морском дне формируют путем размещения сейсмических приемников на расстоянии не более 5 км друг от друга с образованием равнобедренного треугольника в подводном пространстве, в вершинах которого размещены сейсмические приемники, при этом гидроакустические антенны сейсмических приемников включают четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна; двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр; приемники сейсмических колебаний размещают в шельфовой зоне, вдоль линии подножия континентального склона и вдоль оси, перпендикулярной линии Гардинера по границам разлома.
3. Сейсмический приемник, включающий мобильный многоканальный сейсмометрический комплекс, состоящий из блока высокочувствительных сейсмических датчиков, выносного распределителя с кабельными линиями связи, регистрирующего модуля с блоком фильтров и усилителей, платы аналого-цифровых преобразователей, цифроаналоговых преобразователей, компьютера, GPS-приемника, блока питания, блока калибровки, блока обработки, анализа сигналов и их спектральных характеристик, программных средств типа Mathlab версии 6,0 и выше, отличающийся тем, что дополнительно введены датчик обнаружения метана, соединенный своим выходом с блоком регистрации и управления, схема определения координат, соединенная своим входом-выходом с входом-выходом блока регистрации и управления, блок широкополосных преобразователей, в котором широкополосные преобразователи выполнены в виде герметичного цилиндрического сосуда, разделенного перегородкой на два отсека, заполненных электропроводящей жидкостью, перегородка снабжена отверстием, в середине и по бокам которого расположены сетчатые электроды, торцы цилиндра выполнены в виде упругих мембран, блок широкополосных преобразователей своим входом-выходом соединен с входом-выходом блока регистрации и управления, блок высокочувствительных сейсмических датчиков содержит четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна; двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр, корпус мобильного многоканального сейсмометрического комплекса выполнен из высокопрочного алюминиевого сплава с защитным покрытием в виде анодного оксидирования с многослойным лакокрасочным покрытием.
| СПОСОБ ВИБРОСЕЙСМОРАЗВЕДКИ ПРИ ПОИСКЕ НЕФТЕГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ | 1992 |
|
RU2045079C1 |
| WO 9837439 A1, 27.08.1998 | |||
| СПОСОБ ПОИСКА УГЛЕВОДОРОДОВ (ВАРИАНТЫ), КОНТРОЛЯ ЭКСПЛУАТАЦИИ УГЛЕВОДОРОДНОЙ ЗАЛЕЖИ | 1998 |
|
RU2161809C2 |
