СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ Российский патент 2024 года по МПК G01V1/00 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.

Сейсмические колебания, генерируемые виброисточником, опираются на желаемые параметры сигнала, обеспечивающие временную и амплитудную разрешенность сейсмической записи. Такой сигнал, обеспечивающий оптимальные условия возбуждения колебаний, называют желаемым сигналом. К сожалению, при импульсном возбуждении сейсмических колебаний во взрывной и невзрывной сейсморазведке возможности управления формой и спектром сигнала весьма ограничены. Непрерывное возбуждение сигнала в вибросейсморазведке позволяет более обоснованно управлять фазовыми и частотными характеристиками сигнала, добиваясь большего приближения к желаемому сигналу. При этом в качестве прототипа формируемого в вибросейсморазведке свип-сигнала разумно брать импульсный сигнал к которому приходят в результате обработки вибросейсмических записей, применяя корреляционную обработку или деконволюцию, опирающиеся на использование свипа в качестве опорного сигнала.

Аналогом предлагаемого изобретения является импульсная сейсморазведка, в которой известны критерии выбора желаемой формы импульса (Хаттон Л., Уэрдингтон М., Мейкин Дж. Обработка сейсмических данных. Теория и практика/М.: Мир, 1989. - 216 с.).

В импульсной сейсморазведке наибольшее применение получили нуль-фазовые и минимально-фазовые импульсы.

Интерпретация по «нуль-фазовым разрезам» имеет следующие преимущества: нуль-фазовый импульс, имея более узкий главный максимум, чем минимально-фазовый с тем же амплитудным спектром, позволяет достичь более высокой амплитудной разрешенности; временная привязка отражающей границы соответствует пику или впадине, а не менее помехоустойчивому переходу через нуль; полярность нуль-фазового импульса легко определяется, так как его энергия концентрируется в области центрального пика.

«Минимально-фазовые разрезы» обладают следующими особенностями: в простой горизонтально-слоистой среде, имеющей минимально-фазовую импульсную характеристику, возбуждаемый минимально-фазовый импульс потребует лишь небольших фазовых изменений; при построении оператора формирующего фильтра с помощью минимально-фазовой предсказывающей деконволюции исходный импульс предполагается также минимально-фазовым.

В условиях тонкослоистой среды на этапе обработки данных стремятся приблизить желаемый сигнал к нуль-фазовому, причем желательно с широким частотным диапазоном и пологими склонами спектра.

Существенным недостатком импульсной сейсморазведки является неопределенность формы результирующего импульса, причем давно осознана важность этого фактора для интерпретации.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ вибрационной сейсморазведки, включающий возбуждение непрерывных сейсмических колебаний при помощи опорного свип-сигнала, генерируемого виброисточником, регистрацию колебаний сейсмоприемниками и взаимную корреляцию или деконволюцию зарегистрированных записей с использованием опорного сигнала. В этом способе 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 (Коротков И.П., Жуков А.П., Шехтман Г.А. Способ вибрационной сейсморазведки// Патент РФ №2650718, опубл. 17.04.2018, Бюл. №11).

Основной недостаток известного способа - ограниченность в нем формы желаемого сигнала преобразованием лишь в минимально-фазовый сигнал, который, как отмечено выше, далеко не всегда является сигналом оптимальным для разных геологических сред.

Цель предлагаемого способа - расширение его функциональных возможностей путем использования сигнала любой формы в качестве желаемого.

Поставленная цель достигается тем, что в способе вибрационной сейсморазведки, включающем возбуждение непрерывных сейсмических колебаний при помощи опорного свип-сигнала, генерируемого виброисточником, регистрацию колебаний сейсмоприемниками и взаимную корреляцию или деконволюцию зарегистрированных записей с использованием опорного сигнала, желаемый сигнал импульсной формы преобразуют в эквивалентный ему базовый свип-сигнал, в фазовый спектр которого вводят задержки, соответствующие обратному фильтру геологической среды.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ характеризуется следующими существенными отличиями:

• в формируемый свип-сигнал могут вноситься не только минимально-фазовые, но и любые другие временные задержки, соответствующие фазовому спектру преобразуемого импульса;

• свип-сигнал формируют путем преобразования не только фазового, но и амплитудного спектра, в соответствии с амплитудно-фазовыми характеристиками желаемого импульса;

• новый свип формируют не путем тривиального модифицирования фазы уже существующего свипа, а путем его расчета по специальному алгоритму, преобразующему любой желаемый импульс в эквивалентный ему свип, используя развертку стандартного линейного свипа как начальное приближение.

Таким образом, существенная новизна предлагаемого способа обусловлена тем, что, в отличие от всех аналогов и прототипа, в нем управляющий свип-сигнал формируют на основе импульсной характеристики желаемого вида, т.е. способ является универсальным. Тем самым, предлагаемый способ позволяет формировать и излучать в геологическую среду непрерывные заданные сигналы, которые не могут излучаться импульсными источниками возбуждения сейсмических колебаний из-за их ограниченной управляемости.

Экспериментальные результаты, подтверждающие осуществимость и преимущество предлагаемого изобретения, иллюстрируются фигурой, на которой показано сравнение сейсмических изображений газовой залежи, полученных с применением различных сигналов: импульс взрывного источника (слева), виброисточник с нелинейным свипом на основе коррекции только амплитудного спектра (посредине) и, в соответствии с предлагаемым способом, на основе предварительно рассчитанного сигнала обратного фильтра (справа).

Суть предлагаемого способа состоит в следующем.

Предполагается, что имеется предварительно рассчитанная импульсная характеристика в виде обычного относительно короткого сигнала желаемой формы, который нужно излучить в геологическую среду для решения тех или иных практических задач. Данный сигнал по специальному алгоритму преобразуют в два эквивалентных ему свипа для возможности излучения первого свипа в геологическую среду виброисточником с последующей корреляцией отклика среды со вторым свипом. Различие между первым и вторым свипами состоит в том, что свип, предназначенный для излучения, является амплитудно-фазовым эквивалентом сигнала вместе с разверткой самого свипа, в то время как в другой свип, предназначенный для взаимной корреляции, не вносят фазовые задержки преобразуемого сигнала. В таком случае, функция взаимной корреляции двух таких свипов будет эквивалентна самому заданному сигналу, а предлагаемый способ явится универсальным способом излучения любого желаемого сигнала с помощью виброисточника. Способ осуществляют следующим образом:

• Выбирают импульсный сигнал заданной формы и рассчитывают его амплитудный и фазовый спектры.

• Рассчитывают базовый свип с линейной разверткой и плоским амплитудным спектром.

• Рассчитывают закон время-частота существующего базового свипа.

• На основе амплитудного спектра импульса задают закон время-частота нового свипа.

• Базовый свип разбивают на интервалы, в которые вносят разницу между двумя законами время-частота путем сжатия-растяжения интервалов (частотная модуляция).

• Фазовые значения спектра импульса добавляют в соответствующие временные интервалы нового свипа.

• Формируют два свипа - с добавлением фазовых значений импульса и без них.

• Рассчитывают функцию взаимной корреляции двух свипов, и процесс итерируется до ее максимального совпадения с исходным сигналом.

Математическая формулировка алгоритма преобразования желаемого сигнала в свип-сигнал может быть представлена в следующем виде:

Для расчета значения амплитуды свипа s для времени t в пределах каждого сегмента развертки свипа применяют формулу

где a(t) - огибающая несущего линейного свипа, назначение которой - сохранение уровня усилия, заданного в несущем линейном свипе. ϕ₀ и ϕ(t) - начальное и текущее фазовые значения.

Текущая фаза сегмента свипа определяется как функция:

где t - текущее время, ƒ₁ - начальная частота, ƒ₂ - конечная частота, где Т - длительность сегмента и Δϕ(t) - добавленная фазовая функция, взятая из преобразуемого в свип импульса. Значения частот на соответствующих им временах в пределах сегментов расчитываемого свипа выбирают из закона время-частота нового свипа. Цель добавленной фазы - компенсация фазовых изменений, вызванных распространением сигнала через среду. Так как добавленная фазовая составляющая Δϕ(t) должна компенсироваться при прохождении, то для более точной корреляции уже зарегистрированных сигналов с помощью стандартной корреляции нужно применять свип-сигнал, в котором Δϕ(t)=0. Таким образом, алгоритм рассчитывает два свип-сигнала, с добавлением фазы импульса сегмента Δϕ(t) и без нее. Свип-сигнал, с измененным по желаемому закону время - частота амплитудным спектром и добавленной фазой загружают в контроллер виброустановки (декодер) и излучают в геологическую среду. Свип-сигнал, содержащий изменения только в амплитудном спектре, загружают в контроллер регистратора (энкодер), он служит для взаимной корреляции с таким свипом зарегистрированных виброграмм с целью более точного выделения отраженных сейсмических сигналов.

В соответствии с предлагаемым способом, желаемый сигнал в виде обратного фильтра геологической среды преобразуют в два свипа. Свип с добавлением фазы обратного фильтра загружают в контроллер вибратора, физически излучают в геологическую среду и регистрируют в виде виброграммы. Поскольку введенные обратные фазовые задержки компренсируются во время прохождения через геологическую среду, зарегистрированная виброграмма коррелируется со свипом без введения фазовых задержек, что обеспечивает более точную корреляцию для получения итоговых коррелограмм.

Внедрение предлагаемого изобретения в практику вибрационной сейсморазведки не требует создания новых технических средств и может быть начато уже в настоящее время. Его использование позволит более обоснованно управлять возбуждаемым сигналом, добиваясь тем самым повышения достоверности изучения продуктивных отложений. Технический результат - повышение качества данных вибрационной сейсморазведки.

Результаты проведенных опытных работ, представленные на рисунке, убедительно показывают преимущества предлагаемого способа формирования сигнала, как обратного фильтра (фигура, справа), над импульсным источником (фигура, слева) и частично управляемым вибросигналом (фигура, посередине).

Предлагаемый способ, детально рассмотренный в приложении к наземной сейсморазведке, без существенного изменения его сущности может вполне применяться при проведении морских и скважинных сейсмических исследований, которые в значительных объемах проводят с использованием виброисточников.

В методе вертикального сейсмического профилирования (ВСП) предлагаемый способ можно использовать в самых различных современных модификациях метода (Шехтман Г.А. Вертикальное сейсмическое профилирование. - М.: ООО «ЕАГЕ Геомодель», 2017. - 284 с).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Короткое И.П., Жуков А.П., Шехтман Г.А. Способ вибрационной сейсморазведки// Патент РФ №2650718, опубл. 17.04.2018, Бюл. №11

2. Хаттон Л., Уэрдингтон М., Мейкин Дж. Обработка сейсмических данных. Теория и практика/М.: Мир, 1989. - 216 с.

3. Шехтман Г.А. Вертикальное сейсмическое профилирование. - М.: ООО «ЕАГЕ Геомодель», 2017.-284 с.

Изобретение относится к области геофизики. Предложен способ вибрационной сейсморазведки, который включает возбуждение непрерывных сейсмических колебаний при помощи опорного свип-сигнала, генерируемого виброисточником, регистрацию колебаний сейсмоприемниками и взаимную корреляцию или деконволюцию зарегистрированных записей с использованием опорного сигнала. Способ отличается тем, что желаемый сигнал импульсной формы преобразуют в эквивалентный ему базовый свип-сигнал, в фазовый спектр которого вводят задержки, соответствующие обратному фильтру геологической среды. Предлагается использовать предварительно созданный импульсный сигнал той или иной формы для решения различных задач, например компенсации амплитудно-фазовых потерь прохождения, подавления кратных волн, стимуляции нефтеотдачи из геологического пласта и многих других. Такой импульсный сигнал напрямую не может быть излучен в геологическую среду существующими импульсными источниками возбуждения, такими как взрыв в скважине, падающий груз или пневматический источник, из-за их ограниченной управляемости. В способе заданный импульсный сигнал преобразуют в эквивалентный ему вибрационный сигнал (свип), излучают его в геологическую среду и коррелируют зарегистрированный отклик с сохранением фазовых характеристик излученного сигнала. Тем самым достигается полная управляемость сейсмическим источником при условии, что он вибрационный. Способ не накладывает ограничений на характеристики преобразуемого импульсного сигнала и является универсальным. В способе используют несущий стандартный свип-сигнал с линейной или иной развертками. В данный свип по итеративному алгоритму вносят изменения, соответствующие спектральным характеристикам преобразуемого импульсного сигнала. Для сохранения фазовых характеристик распространяющегося сигнала, его корреляция осуществляется со свипом на регистраторе, в который не вносят фазовые задержки, содержавшиеся в исходном импульсе. Технический результат - повышение разрешающей способности способа безотносительно к форме желаемого сигнала. 1 ил.

Способ вибрационной сейсморазведки, включающий возбуждение непрерывных сейсмических колебаний при помощи опорного свип-сигнала, генерируемого виброисточником, регистрацию колебаний сейсмоприемниками и взаимную корреляцию или деконволюцию зарегистрированных записей с использованием опорного сигнала, отличающийся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем использования сигнала любой формы, желаемый сигнал импульсной формы преобразуют в эквивалентный ему базовый свип-сигнал, в фазовый спектр которого вводят задержки, соответствующие обратному фильтру геологической среды.