Способ сейсмической разведки Советский патент 1992 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к сейсмической разведке, может быть использовано в тех ее Методах, где применяются линейные приемные устройства, и предназначено для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

В большинстве способов сейсмической разведки применяются приемные устройства, состоящие из лйнейнЫх групп сейсмоприемников. Из теории интерференционных систем известно применение линейных групп сейсмоприемнйков с целью подавления низкоскоростных волн-помех и ослабления случайных шумов, при этом параметры линейных групп рассчитываются по известным формулам исходя из полученных экспериментально значений максимальной и минимальной длин волн-помех.;

Недостатками таких способов является то, что при расчетах параметров групп не предусматривается защита от зеркальных пространственных частот, а также то, что для подавления низкоскоростных волн требуются большие базы групп сейсмоприемнйков, приводящие к снижению верхней граничной частоты полезных сигналов, т.е. ухудшению разрешенности сейсмической записи, особенно в верхней части разреза.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сейсмической разведки, вкл1очающий возбуждение сейсмических колебаний и их регистрацию с использованием таких линейных групп сейсмоприёмНИКОВ, базы которых А L позволяют принимать волны, отраженные, от наиболее мелкой целевой границы при заданной верхней граничной частоте полезного сигнала. Недостатками указанного способа являются: отсутствие защиты от зеркальных пространственных частот; не раскрыта методика выбора базы группы А L, удовлетворяющей условию регистрации заданной частоты; ошибочно утверждение о возможности применения двух сейсмоприемников в группе, так как из теоремы Котельникова следует, что число сейсмоприемников в группе не может быть меньшим трех. Цель изобретения - повышение эффективности сейсмических исследований путем увеличения отношения сигнал/помеха и повышения разрешенности сейсмической записи. Поставленная цель достигается тем, что в способе сейсмической разведки, включающем возбуждение колебаний с верхней граничной частотой Рмакс1 в спектре источника, прием сейсмических волн линейной группой сейсмоприемников с базой группирования L и расстоянием между сейсмоприемниками А X, регистрацию волн сейсмостэнцией с верхней граничной.частотой тракта записи Рмакс. согласно изобретению расстояние между сеймоприемниками выбирается в соответствии с условием а база группирования - из соотношения I мин2 2Рмакс2 где УМИН минимальная кажущаяся скорость принимаемых сейсмических волн; Умин2 минимальная кажущаяся скорость полезных волн. На чертеже представлена схема иллюстрирующая способ. На схеме показаны линия профиля 1, пункт 2 возбуждения колебаний, наиболее мелкая целевая граница 3, лучи 4, 5 отраженных от нее волн, лучи 6,7 преломленных волн, лучи 8,9 поверхностных волн; сейсмрприемники 10, расположенные на расстоянии А Xмакс 11, радиус корреляции случайных шумов Rcn.m. 12, элементарная база группирования 113 имаксимальная база группирования.L 14. Сущность способа заключается в том, что интерференционные системы рассматриваются не как средство подавления низкоскоростных волн-помех (эквивалеш фильтра обнаружения), а как средство приема полезных сейсмических волн без ослабления во всем диапазоне частот (эквивалент фильтра воспроизведения) и средство защкгты от зеркальных пространственных частот, возникающих при дискретизации сигналов в пространстве (эквивалент антиаляйсингфильтра). Возбужденное источником волновое поле с максимальной частотой FMBKCI принимают многоканальным приемным устройством и регистрируют сейсмостанцией, максимальная частота тракта записи которой Рмакс2 должна быть не меньше Рмакс1, а в оптимальном случае Рмаксг Рмакс1. Каждый канал приемного устройства является линейной интерференционной системой, форма спектральной характеристики направленности которой зависит как от параметров самой системы, так и от кажущихся скоростей принимаемых сейсмических сигналов. Вследствие того, что при приеме всегда происходит дискретизация сейсмических сигналов в пространстве с шагом дискретизации АХ, спектральная характеристика направленности канала является периодической функцией с периодом в области пространственных частот АV ду. Соответственно, в частотной области каждая волна с приобретакажущейся скоростью ет период Av -д-являющийся периодом зеркальных пространственных частот, которые могут значительно ухудшить отношение сигнал/помеха на частотах - РО), где РО - частота волн с минимальной кажущейся скоростью VMMH . При цифровой регистрации сигналов для защиты от зеркальных частот применяют антиаляйсинг-фильтр, причем обязательно до дискретизации с интервалом дискретизации. В пространственной области такого фильтра не существует, но предлагается подбирать расстояние А X между сейсмоприемниками в группе так, чтобы вывестипространственные зеркальные частоты за пределы частотного диапазона тракта записи сейсмостанции, т.е. чтобы минимальный период пространственных зеркальных частот А РМИН был не меньше лериА Хмакс ода зеркальных частот сейсмостанции А Ft . Это условие можно выразить формулами: Рмакс2 - где FN 2Рмакс2 - частота Найквиста для заданного диапазона частот сейсмостанции;VMMHI - наименьшая кажущаяся скорость регистрируемых волн (как полезных, так и волн-помех). Откуда следует, что расстояние между сейсмоприемниками в канале косы, удовлетворяющее условию отсутствия зеркальных пространственных частот на сейсмических трассах, должно выбираться по формуле 4Рмакс2 При ЭТОМ известно, что для ослабления случайных шумов в заданное число раз требуется выполнение условия где Rcfl.ui. - радиус корреляции случайных шумов в районе проведения сейсмических работ. Услов,ие (4) является основным фактором, накладывающим ограничение на повы.шение разрешенности сейсмических записей при использовании высокочастотного источника колебаний и соответствующего диапазона сейсмостанции, так как из формулы (2) следует, что максимально возможной частотой приема сигналов без зеркальных частот является VMHHI VMMHI гмаксзА , 4 А Хмин 4«ся.ш При наличии в регистрируемом волновом поле интенсивных низкоскоростных волн и при больших значениях РСЛ.Ш. частота Рмаксз станет меньше Рмакс2 стандартных диапазонов сейсмостанции, и тогда сейсмические записи должны фильтроваться прн обработке на ВЦ фильтром низких частот с граничной частотой Рмаксз Соответственно, нет смысла использовать источник с верхней граничной частотой Рнакс , большей Рмаксз . Формулу (3) можно представить в виде АХлакс :я - -г VMHHV Откуда по из4гмакс2вестному для интерференционных систем правилу видно, что для приема всех волн в полном частотном диапазоне нужно применять базу группы VMHHI 2-АХмакс(6) л Гмакса (I является элементарной базой группы из трех сейсмоприемников, «находящихся на расстоянии АХмакс). Полезные волны имеют, как правило, большие кажущиеся скорости, и для того чтобы они принимались без ослабления в полном частотном диапазоне (т.е. попали в главный максимум характеристики направленности группы), база группирования должна удовлетворять условию VMHH2 2Рмакс2 где VMHH2 минимальная кажущаяся скорость полезных волн.. Зная базу группирования L и расстояние между сейсмоприемниками АХ, можно определить количество сейсмоприемников п в канале косы 2Рмакс2 Ах Пд своему физическому смыслу формула (8) не накладывает ограничений на уменьшение количества сейсмоприемников в канале косы вплоть до Пмин - 3, для увеличения статистического эффекта п нужно выбирать максимальным при наименьшем расстоянии между сейсмоприемниками f VMMH2 f Пмакс (-;;-)( ) + 1 (9) VMHHI Таким образом, по формулам (3), (7) и (8) или (9) определяют параметры канала приемного устройства, позволяющего принимать все полезные волны с максимально возможной разрешающей способностью

при отсутствии на сейсмических трассах зеркальных пространственных частот.

Все расчеты проведены для равномерного распределения чувствительности элементов интерференционной системы, так как для других распределений чувствительности острота направленност11интерференционной системы снижается и условие (2) выполнения автоматически.

Пример1.При морских сейсморазведочных работах с плавающей пьезосейсмографной косой можно принять средние сейсмогеологичёские параметры среды

VMHHI « 1500 м/с и Rcn-m. 2 м. ho формуле (5) определим максимально возможную частоту приема сейсмических волн при отсутствии зеркальных пространственных частот и с сохранением статистического эффекта канала косы:

J| ,eT,5ru. VMMHI

4ЛХ

МИН

По формуле (3) определим максимальное расстояние между пьезоприемниками в канале косы для стандартного частотного диапазона сейсмостанции с Рмакс 125 Гц х х(Д| 2мс)

1500м

VMMHI

:3м. 4 125Гц

4F

макс

Если полезные волны в верхней части разреза (индекса (1)) имеют наименьшую кажущуюся скорость VMHH2(i)r 1600 м/с и их необходимо регистрировать в полном частотном диапазоне, то по формулам (7) и (9) рассчитаем базуканала и количество пьезоприемников в нем при ДХмин ° 2 м:

.2ДХ.

макс VMMHI

1.2.3м-6«:

1500 кУс

„ Умин2(1) 2 ДХнакс j.

П - t,А ;;т I

ДХмин

VMMHI 1600м/с 2 -Зм

-I-1 4 шт

1500м/с 2м

Если же по геологическому заданию в полном частотном диапазоне необходимо

регистрировать полезные волнь с Уиин2(2) - 3000 м/с (т.е. начиная с некоторой глубинной границы(индекс (2)), то по формулам (7) и (9) прлучим другие параметры канала косы, но при этом разрешенность записи для верх Умин2Г2)

ней границы уменьшится в раз;

Умин2(1)

.3м 12м;

1500 /с

3000 с 2 3 м . . 7

шт.

л влл f I I

1500 Ус 2м

Пример 2. При сейсморазведочных работах на суше в регистрируемом волновом поле имеются интенсивные низкоскоростные поверхностные волны с кажущимися скоростями v 100 м/с. По формуле (3) рассчитаем максимальное расстояние между сейсмрприемниками в канале косы для стандартного диапазона сейсмостаНции с Рмакс2 125ru(At i2 мс)

AY Умин1 ..

ДЛмакс -7-Е - -ТосТ- 0,2 М .

4 Рмакс2 4 125 Гц

С другой стороны, радиус корреляции случайных шумов на суше может меняться в

широких пределах, но в среднем он больше, чем при морских работах, и составляет примерно 5 м. Следовательно, в данном случае невозможно совместить требование высокой разрешенности записей при отсутствии

зеркальных пространственных частот с требованием сохранения статистического эффекта. Если сохранять статистичес1 йй эффект, т.е. использовать ЛХмин 5 м, и применять фильтр высоких частот Frp °

10-15 Гц для подавления низкочастотных поверхностных волн, то получим очень низкое отношение сигнал/помеха на частотах F (ЛРх- Fo)

-Ро)(- -10Гц)

VMMHI

(

АХмин 5м 10 Гц. Причем амплитуда волн-помех на зеркальных частотах будет такой же большой, как у поверхностных волн до фильтрации. В данном случае высокую разрешенность записи можно получить только при таких Д X, при которых часть случайных шумов перейдет в разряд коррелируемых, что тоже приведет к уменьшению отношения сигнал/помеха. Видимо., уменьшать ДХ можно до тех пор, пока будет сохраняться приемлемая величина отношения сигнал/помеха. Пусть этой гфиемлемой величине отношения сигнал/помеха соответствует ДХо 0,5 м. тогда по формуле (5) найдем максимально возможную частоту приема сейсмических волн: 1 - «РмаксзТДХо Следовательно, при проведении работ нужно использовать источник с РмакС ° 50 Гц и частотный диапазон сейсмостанциис Рма(сс2 62,5 Гц ( At 4 мс ), а при обработке на ВЦ сейсмические записи должны фильтроваться ФНЧ с граничной частотой РмаксЗ Затем по формулам (7) и (8) определим базу канала и количество сейсмоприемников в нем для частоты Рмаксз и для всех полезных волн с Умин2 1600 м/с. I УМИН2 1600N/C «е... 2Рмаксз 2-50ГЦ

Умин2

+ 1

ДХо

2F

максз 1600 /с -f 1 33 шт. 2 -50 Гц 0,5м Использование предлагаемого способа сейсмической разведки обеспечивает повы1иение точности изучения разведываемых объектов, а также позволяет снизить затраты машинного времени при обработке материалоа на ЭВМ, так как отсутствие зеркальных частот на сейсмических трассах снимает задачу борьбы с ними при обработкеФормул а изобретения 1. Способ сейсмической разведки, включающий возбуждение сейсмических

«

Умин2

2Fi

макс2 колебаний в частотном диапазоне с верхней частотой Рмакс1. их прием линейными группами сейсмоприемников с базой Си расстоянием между сейсмоприемниками АХ, регистрацию с помощью сейсмостднции с максимальной частотой тракта записи Рмакс2,отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности сейсмических исследований путем увеличения отношения сигнал/помеха и повышения pa3pedjeHHOсти сейсмических записей, шаг АХ между сейсмоприемниками в группе выбирают из соотношения где VMHHI - минимальная кажущаяся скорость принимаемых сейсмических волн; а базу L группирования выбирают из соотно1иения где Умин2 минимальная кажущаяся скорость полезных волн. 2. Способ по П.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения эффективности при сохранении статистического эффекта группы, верхнюю частоту диапазон возбуждаемых колебаний Рмакс и максимальную частоту тракта записи сейсмостанцйи Рмакс2 выбирают из соотношения Рмаке1 2 Рмакс2 где РСЛ.Ш. - радиус корреляции случайных шумов.)

Изобретение относится к сейсмической разведке, может быть использовано в тех методах, где применяются линейные приемные устройства, и предназначено для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Цель изобретения - повыше-Xние эффективности сейсмических исследований путем увеличения отношения сигнал - помеха и повышения разрешенности сейсмической записи. Для этого прием сейсмических колебаний осуществляется приемными устройствами с расстоянием между сейсмоприемникамиАХ <Умин1/4Рмакс2 и базой группыL ^ Умин2/2Рмакс2 • Кроме ТОГО, предлагается верхнюю частоту диапазона возбуждаемых колебаний Рнакс) и мак* симальную частоту тракта записи сейсмо- станции Рмакс2 выбирать по соотношению,Рмакс! ^ Рмаке2 ^ VMMHi/4Rcfl.m, ГДе.Умин1,VMviH2 ~ минимальная кажущаяся скорость соответственно принимаемь1х и полезных сейсмических волн, Вся.ш - радиус случайных шумов. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.