СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ Российский патент 2018 года по МПК G01V1/02 G01V1/28 

Изобретение относится к геофизическим методам исследования геологической среды и предназначено для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, а также для инженерно-геофизических исследований в условиях суши и акваторий.

Вибрационная сейсморазведка (вибросейсморазведка) основывается на протяженном во времени возбуждении колебаний, которое может быть реализовано в виде квазигармонических переменных по частоте нагрузок, при которых точки среды совершают вынужденные колебания в соответствии с частотой приложения внешней нагрузки. Особенности применяемых в вибросейсморазведке нагрузок приводят к тому, что на полевых записях не выделяются отдельные волновые пакеты, соответствующие определенным физическим границам. Для их выделения и прослеживания необходимы корреляционная обработка данных, которая предусматривает нахождение степени сходства между посылаемым в землю и зарегистрированными сигналами, или деконволюционная обработка полученных записей для их временного сжатия (Жуков и др., 2011).

Взаимная корреляция свип-сигнала с виброграммами приводит к формированию нуль-фазовых коррелограмм, являющихся по существу результатами свертки автокорреляции свип-сигнала с импульсной сейсмограммой. Импульсам отраженных волн на коррелограмме соответствуют нуль-фазовые симметричные импульсы, главные экстремумы которых регистрируются на временах вступлений волн. При этом побочные экстремумы сильных отражений могут накладываться на импульсы более слабых отражений, в результате чего разрешенность полученных записей становится невысокой. Достичь более высокой разрешенности удается путем применения деконволюции вместо взаимной корреляции либо путем применения деконволюции после взаимной корреляции (Brittle K.F., Lines L.R and Dey А.K., 2001, Vibroseis deconvolution: a comparison of cross-correlation and frequency-domain sweep deconvolution, Geophysical Prospecting, 49, 675-686: Шехтман Г.А., Кузнецов B.M. Деконволюция виброграмм ВСП - альтернатива корреляционной обработке или ее подспорье? // Технологии сейсморазведки, 2005, №2, с.80-85).

Применение в известных способах обработки деконволюции непосредственно к виброграмме или к коррелограмме оказывается не вполне эффективным из-за того, что подвергающиеся деконволюции записи являются нуль-фазовыми. К примеру, для того, чтобы винеровская предсказывающая деконволюция, нацеленная на подавление кратно отраженных волн, работала достаточно эффективно, на ее вход следует подавать минимально-фазовый, а не нуль-фазовый, сигнал.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ деконволюции вибросейсмического сигнала, в котором вместо взаимной корреляции или в дополнении к ней используют деконволюцию, на вход которой подают записи, преобразованные в минимально-фазовую форму (Trantham Е.С., 1995, Seismic vibrator signature deconvolution, US Patent №5400299).

Недостатки известного способа состоят в следующем:

• В среду виброисточниками излучается нуль-фазовый сигнал, сформированный при помощи нуль-фазового свип-сигнала, поэтому для последующей деконволюции зарегистрированных записей требуются дополнительные процедуры, обусловленные отличиями обрабатываемого сигнала от минимально-фазового.

• При сочетании импульсных источников, являющихся, как правило, минимально-фазовыми, и нуль-фазовых виброисточников возникают трудности в стыковке данных между собой (Притчет У., 1999, Получение надежных данных сейсморазведки. Москва, "Мир").

• На фоне шумов затрудняется определение времен прихода целевых волн, поскольку вместо первых вступлений, характерных для минимально-фазовых импульсов, приходится определять временное положение экстремумов нуль-фазовых сигналов. В методе ВСП и инженерной сейсморазведке при этом затрудняется определение времен вступлений полезных волн (прямых, преломленных, рефрагированных), по которым определяют сейсмические скорости.

Цель предлагаемого изобретения - повышение разрешающей способности вибросейсморазведки.

Поставленная цель достигается тем, что в способе вибрационной сейсморазведки, включающем возбуждение непрерывных сейсмических колебаний при помощи опорного свип-сигнала, генерируемого виброисточником, регистрацию колебаний сейсмоприемниками, расположенными в приповерхностной зоне или в скважине, и взаимную корреляцию или деконволюцию зарегистрированных записей с использованием опорного сигнала, регистрируемого в приповерхностной зоне или в скважине, опорный сигнал преобразуют в минимально-фазовый сигнал, который используют в качестве свип-сигнала, при помощи которого затем возбуждают колебания, а после их регистрации полученные записи пропускают через винеровский фильтр. При этом в одном из возможных воплощений предлагаемого способа форму минимально-фазового свип-сигнала получают по его амплитудному спектру при помощи преобразования Гильберта. Минимально-фазовые коррелограммы получают путем формирования взаимно-корреляционных функций между исходным нуль-фазовым свмп-сигналом и виброграммами, полученными путем возбуждения сигналов минимально-фазовым свип-сигналом.

По сравнению с аналогами и прототипом предлагаемый способ вибрационной сейсморазведки характеризуется следующими существенными отличиями:

• В среду виброисточником излучаются непрерывные упругие колебания, имеющие минимально-фазовый спектр.

• Для корректного осуществления деконволюции полученных виброграмм при помощи винеровского обратного фильтра их не требуется дополнительно преобразовывать в записи с минимально-фазовым спектром.

• При проведении работ, нацеленных на экспресс-обработку (инженерная сейсморазведка, метод ВСП), этих записей достаточно для получения импульсных сейсмограмм, на которых вступление волн совпадает с первыми вступлениями соответствующих импульсов.

Модельные и экспериментальные результаты, подтверждающие осуществимость предлагаемого изобретения, иллюстрируются рисунками, на которых показаны:

Рисунок 1 - модельные коррелограммы для случаев излучаемых нуль-фазового (вверху) и минимально-фазового (внизу) сигналов;

Рисунок 2 - полевые коррелограммы для случаев излучаемых нуль-фазового (вверху) и минимально-фазового (внизу) сигналов.

На Рисунке 1 сопоставляются две модельные коррелограммы, одна из которых получена с нуль-фазовым свип-сигналом, а другая - с минимально-фазовым. Убедительно иллюстрируется искажающее влияние корреляционных шумов на коррелограмме, полученной с нуль-фазовым свип-сигналом.

На Рисунке 2 представлены экспериментальные коррелограммы, полученные при опробовании предлагаемого способа в полевых условиях. Легко видеть, что при излучении виброисточником в среду минимально-фазового сигнала корреляционные шумы практически отсутствуют, при этом разрешенность записи существенно выше, чем на коррелограмме с исходным нуль-фазовым сигналом.

Рассмотрим детальнее суть предлагаемого способа.

Стандартный свип-сигнал, который формируют известными способами в широкой полосе частот, является, как известно, нуль-фазовым сигналом. Зная его спектр, можно при помощи преобразования Гильберта преобразовать нуль-фазовый спектр в минимально-фазовый (см., например, Рапопорт, 1984). Для фазового спектра известно следующее соотношение:

,

где |Н(ω)| - модуль нуль-фазового спектра свип-сигнала.

Искомый минимально-фазовый спектр имеет вид:

H(ω)=|H(ω)|e^-jψ(ω)

Таким образом, H(ω) представляет собой минимально фазовый спектр свип-сигнала, который в соответствии с предлагаемым изобретением управляет работой виброисточника.

Последовательность процедур в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в следующем:

• при первом воздействии виброисточника на данном пункте возбуждения (ПВ) генерируется линейный частотно-модулированный (ЛЧМ) свип-сигнал;

• проводится регистрация отклика (виброграмма) на этот сигнал сейсмоприемника, расположенного внутри среды или в приповерхностной зоне;

• виброграмма передается в соответствующую программу для анализа и расчета коэффициентов минимально-фазового свип-сигнала;

• рассчитанные коэффициенты передаются в шифратор блока GDS-1 сейсмостанции для расчета временной развертки минимально-фазового свип-сигнала на базе полученных коэффициентов;

• данный минимально-фазовый свип-сигнал по радиоканалу передается в дешифраторы вибрационных источников для генерации последующих накоплений на данном ПВ.

Для получения импульсных коррелограмм с минимально-фазовым импульсом A не с симметричным импульсом Клаудера, соответствующим функции автокорреляции свип-сигнала, формируют функцию взаимной корреляции минимально-фазовой виброграммы с исходным нуль-фазовым свип-сигналом.

Предлагаемое изобретение реализовано в разработанной в ООО «Геофизические системы данных» технологии широкополосной регистрации сейсмических данных на основе системы управления виброисточниками типа GDS-1^® и GDS-1plus^®. Эта технология:

• обеспечивает оптимальное применение алгоритмов инверсии сейсмических данных с целью определения литологических характеристик исследуемой толщи;

• дает лучшую динамическую выразительность сигналов на сейсмических разрезах;

• позволяет режим минимально-фазового воздействия реализовать на стандартных виброисточниках и сейсмоприемниках;

• допускает возможность совмещения ее с технологией адаптивной сейсморазведки АВИСейс^®, разработанной в ООО «Геофизические системы данных».

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

Жуков А.П., Колесов С.В., Шехтман Г.А., Шнеерсон М.Б. Сейсморазведка с вибрационными источниками. Тверь, 2011. 412 с.

Рапопорт М.Б. Вычислительная техника в полевой геофизике // М.: Недра, 1984, 264 с.

Шехтман Г.А., Кузнецов В.М. Деконволюция виброграмм ВСП - альтернатива корреляционной обработке или ее подспорье? // Технологии сейсморазведки, 2005, №2, с.80-85.

Brittle K.F., Lines L.R. and Dey А.К., 2001, Vibroseis deconvolution: a comparison of cross-correlation and frequency-domain sweep deconvolution, Geophysical Prospecting, 49, 675-686.

Trantham E.C., 1995, Seismic vibrator signature deconvolution, US Patent №5400299.

Способ вибрационной сейсморазведки включает возбуждение и регистрацию непрерывных сигналов, а также последующую взаимную корреляцию или деконволюцию полученных записей с использованием опорного сигнала, регистрируемого в приповерхностной зоне или в скважине. Способ отличается тем, что колебания возбуждают при помощи свип-сигнала, в качестве которого берут исходный свип-сигнал, преобразованный в минимально-фазовый сигнал. Возбуждение минимально-фазового, а не нуль-фазового, сигнала позволяет регистрировать непосредственно минимально-фазовые виброграммы, которые затем подают на вход винеровского фильтра. Форму минимально-фазового свип-сигнала, используемого для возбуждения минимально-фазовых непрерывных сигналов, получают по его амплитудному спектру при помощи преобразования Гильберта. Технический результат - повышение разрешающей способности способа. 2 ил.

1. Способ вибрационной сейсморазведки, включающий возбуждение непрерывных сейсмических колебаний при помощи опорного свип-сигнала, генерируемого виброисточником, регистрацию колебаний сейсмоприемниками, расположенными в приповерхностной зоне или в скважине, и взаимную корреляцию или деконволюцию зарегистрированных записей с использованием опорного сигнала, регистрируемого в приповерхностной зоне или в скважине, отличающийся тем, что с целью повышения разрешающей способности способа опорный сигнал преобразуют в минимально-фазовый сигнал, который используют в качестве свип-сигнала, при помощи которого возбуждают колебания, а после их регистрации полученные записи пропускают через винеровский фильтр.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что форму минимально-фазового свип-сигнала получают по его амплитудному спектру при помощи преобразования Гильберта.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что формируют функции взаимной корреляции между исходным свип-сигналом и виброграммами, полученными при возбуждении колебаний минимально-фазовым свип-сигналом.