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

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для поиска и разведки нефтяных, газовых и рудных месторождений при полевых исследованиях вибросейсмическим способом.

Известен способ сейсмической разведки, при котором излучают в среду сейсмо: источником следующие друг за другом через разные или одинаковые промежутки времении импульсы и выделяют результирующие импульсные сейсмограммы, коррелируя возбужденные и зарегистрированные сигналы.

Недостатком известного способа является отсутствие возможности управления частотным спектром излучаемых сейсмо- источником сейсмических колебаний и. как следствие этого, усложняется процесс повышения разрешающей способности сейс- мпразведки.

Наиболее близким к предлагаемому является способ сейсмической разведки, основанный на возбуждении серии

воздействий вибрационных колебаний линейно изменяющейся частоты, регистрации, накоплении и корреляционной обработке виброграмм сигналов, в котором возбуждают вибрационные колебания се- рией, состоящей из периодических последо- вательностей, каждый период которых образован четным числом непрерывно следующих инвертированных по начальной фазе линейно-частотно-модулированных воздействий, причем длительности и частотные диапазоны одинаковых по номеру в каждом периоде воздействий устанавливают равными, а длительность периода последовательности - не меньшей времени регистрации, коррелируют накопленные виброграммы с одной из последовательностей и, разбивая номерные коррелограммы на участки длительностью в период последовательности, совмещают и суммируют их

Однако известный способ сейсмической разведки имеет следующие недостатки. Во-первых, эффективное подавление корреляционных шумов на результирующих сейсмограммах достигается только при оп- ределенной длительности периода, а именно, состоящего из четырех кодированных линейно-частотно-модулированных воздействий, во-вторых, при выделении полезных сигналов не используется энергия крайних периодов серии, поскольку они предназначены для подавления корреляционных шу- мов.

Целью изобретения является повышение отношения сигнал/помеха.

Указанная цель достигается тем, что согласно способу сейсмической разведки, включающему возбуждение вибрационных колебаний серией, состоящей из периодической последовательности, содержащей М периодов, каждый период которой включает единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты, кодированные по начальной фазе, причем их амплитуды, длительности и частотные диапазоны в се- рии задают постоянными, а начальные фазы единичных сигналов принимают значения О и п в соответствии с законом кодирующей периодической последовательности, регистрацию сейсмических колебаний и корре- ляцию зарегистрированных сейсмических колебаний с одним периодом возбуждаемой последовательности, в которой длительность периода устанавливают не менее времени регистрации исследуемого отклика среды, формируют последовательность по крайней мере из одного периода, в котором дополнительно введены пропуски возбуждения, равные по времени длительности единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты, при этом порядок следования единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с разной начальной фазой и пропусков возбуждения в периоде последовательности формируют на основе генерирования и преобразования рекуррентной линейной псевдослучайной после- довательносги чисел, в которой квадратичными вычетами являются единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты с начальной фазой О, квадратичными невычетами являются единичные синусоидальные сигналы с начальной фазой п, а нулями являются пропуски возбуждения, причем при выполнении корреляции выделяют сигналы на М+2 временных интервалах, каждый из которых по длительности равен периоду последовательности, и синхронно их накапливают на временном интервале, равном длительности исследуемого отклика среды.

Кроме того, в способе сейсмической разведки длительность единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты устанавливают не более времени регистрации исследуемого отклика среды.

На чертеже представлены диаграммы, поясняющие способ.

На чертеже представлены: временная диаграмма одного периода кодирующей последовательности 1; временная диаграмма серии 2 вибрационных колебаний, состоящей из одного периода, пропуск 3 возбуждения, соответствующий символу О, единичный импульс 4 кодирующей последовательности, соответствующий символу +1; единичный импульс 5 кодирующей последовательности, соответствующий символу -1; единичный синусоидальный сигнал б изменяющейся частоты с начальной фазой 0; единичный синусоидальный сигнал 7 изме- няющей я частоты с начальной фазой я, временной интервал 8, на котором возбуждают один период серии вибрационных колебаний; временной интервал 9, на котором возбуждают единичный синусоидальный сигнал изменяюа(ейся частоты или делают пропуск возбуждения.

Способ сейсмической разведки осуществляется следующим образом.

Возбуждают вибрационные колебания серией, состоящей из периодической последовательности, содержащей М периодов, где М - натуральное число. Каждый период последовательности образован из К (q 1)/() единичных синусоидальных сигналов и пропусков возбуждения, где q pm, p - простое число, тип- натуральные числа. При этом число единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой 0 равно К+ (q2n + qn)/2, число единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой тг-К- (q2n - qn)/2, а число пропусков возбуждения - К0 К - К+ - К- Порядок следования единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с разной начальной фазой и пропусков возбуждения, в периоде последовательности формируют на основе генерирования и преобразования рекуррентной линейной псевдослучайной последовательности чисел, в которой квадратичными вычетами являются единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты с начальной фазой О, квадратичными невычетами являются единичные синусоидальные сигналы с начальной-фазой л, а нулями являются пропуски возбуждения. Для генерирования линейной псевдослучайной последовательности чисел в конечном поле Галуа GF(q) находят неприводимый полином вида х3 - ах - Ьх - с 0, на основании которого для заданного q строят соответствующее ему рекуррентное уравнение Sj a-Sj 1 + b Sj 2 + с Sj-з, где Sj, Sj k - вычисляемый и предшествующие во времени элементы Для вычисления элементов последовательности задают значения ее начальных условий, например S-з S-2 S-i - 1. На основании данного рекуррентного уравнения генерируют линейную псевдослучайную последовательность чис-зл

В серии амплитуды и длительности синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальными фазами 0 и л устанавливают постоянными, при этом также задают длительность пропуска возбуждения равной длительности единичного синусоидального сигнала изменяющейся частоты. Диапазон изменения частоты в единичных синусоидальных сигналах изменяющейся частоты принимают постоянным, исходя из возможностей сейсмоисточника и необходимой разрешающей способности сейсмических исследований. Вариация частоты в единичных синусоидальных сигналах изменяющейся частоты может производиться по линейному или нелинейному законам. В качестве нелинейных законов изменения частоты во времени можно применить, например, развертки синусоидальных колебаний с логарифмическим, показательным и другими законами. Длительность отдельных единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты и пропусков возбуждения, а также их число в периоде последовательности кроме того определяются длиною периода, которая должна быть не менее времени (рации исследуемого отклика среды Увеличение длины периода последовательности позволяет уменьшить число пропусков возбуждения в Г периоде последовательности, сч следовательно, создается возможность возбудить большую среднюю мощность сейсмоисчоч- ником Однако в современных корреляторах, как правило, существует ограничение

0 длительности регистрируемых сейсмограмм в полевых условиях длиною 32-99 с, а поэтому исходя из этого ограничения и за данной длины исследуемого отклика среды необходимо выбрать число периодов в воз5 буждаемой последовательности. При этом необходимо учитывать, что увеличение числа периодов в возбуждаемой последовательности сейсмоисточником положительно влияет на уменьшение влияния нестабиль0 ности возбуждения единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты в последовательности на уровень корреляционных шумов результирующих сейсмограмм

5 Зарегистрированные сейсмические колебания на временном интервале, равном сумме длительности возбуждаемой последовательности о серии и длительности исследуемого отклика среды, подвергают

0 корреляции с опорным сигналом,в качестве которого используют один период возбуждаемой последовательности. При выполнении корреляции выделяют сигналы на временных интервалах, каждый из которых

5 по длительности равен периоду последовательности, и синхронно их накапливают на временном интервале, равном длительности исследуемого отклика среды Полученные результирующие сейсмограммы будут

0 незначительно осложнены корреляционными шумами, так как каждое отражение среды порождает корреляционные шумы на временном интервале, равном двойной длительности единичного синусоидального сиг5 нала изменяющейся частоты в соответствии с его автокорреляционной функцией Но поскольку при малой длине единичного сигнала на таком временном интервале полезные сигналы не различаются сильно по амплиту0 де, а также учитывая, что диапазон развертки частоты в единичных синусоидальных сигналах изменяющейся частоты может быть задан достаточно большим, то полученные результирующие сейсмограммы

5 по данному способу будут иметь небольшой уровень корреляционных шумов, значительно меньший уровня полезных сигналов.

В способе сейсмической разведки для увеличения глубинности исследований длительности временных интервалов, на которых возбуждают единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты, устанавливают не более времени регистрации исследуемого отклика среды. Это позволяет возбуждать большую среднюю мощность и эффективно выделять результирующие сейсмограммы.

Пример. Для сейсмической разведки применена серия 2 вибрационных колебаний, состоящая из одного периода возбуждаемой последовательности на временном интервале 8. Единичные синсоидальные сигналы изменяющейся частоты возбуждают на временных интервалах 9, равных по длительности пропускам 3 возбуждения. Временной интервал 9 устанавливают равным 1 с, а диапазон изменения частоты еди- Личных сигналов 6 и 7 задают равным 10-50 Гц. Тогда длительность времени регистрации исследуемого отклика среды может быть не более 13 с, что удовлетворяет требованиям сейсмических исследований на нефть и газ, когда необходимо прослеживать отражения сейсмических сигналов на временных интервалах длиною в 6-10 с.

Серия, состоящая из одного периода возбуждаемой последовательности, содержит 13 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты и пропусков возбуждения, включая 9 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты (6 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой 0 и 3 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой п) и 4 пропуска возбуждения, что достаточно для посылки необходимого количества энергии в среду, чтобы получить высокое отношение сггнал/щум на результирующих сейсмограммах.

Для кодирования серии 2 вибрационных колебаний формируют кодирующую последовательность 1 путем генерирования псевдослучайной последовательности чисел на основании рекуррентного уравнения Sj Sj-2 + Si-з. где Sj, Sj-2, Sj-з - вычисляемый и предшествующие во времени элементы последовательности,q 3 Тогда, используя начальные условия S з S-1 1, S-2 2, получаем период следующей псевдослучайной последовательности чисел 0010111 220121 Поскольку число 1 в данной последовательности является квадратичным вычетом, а число 2 - квадратичным невычетом, то преобразовывают псевдослучайную последовательность чисел в псевдослучайную последовательность символов, заменяя числа, являющиеся квадратичными вычетами на символы +1, а числа, являющиеся квадратичными

невычетами, на символы -1. В результант будет получен следующий период псевдо случайной последовательности символов О О +1 0 +1 +1 +1 -1 -1 0 +1 -1 +1, который

отображен на диаграмме 1. При этом символам +1 соответствуют положительные еди ничные импульсы 4, а символам -1 отрицательные единичные импульсы 5. Вычислив периодическую автокорреляцион

0 ную функцию данной последовательности получим ... 90000000000009 ..., что подтверждает ее идеальность, поскольку в ней боковые лепестки равны нулю на протяжении периода. Идеальность периодиче5 ской автокорреляционной функции является необходимым требованием для устранения корреляционных шумов на результирующих импульсных сейсмограммах Сформированная кодирующая импульс0 ная последовательность 1 поступает на блок управления сейсмоисточника и генератор опорных сигналов на сейсмостанции для выполнения соответствующей фазовой манипуляции единичных синусоидальных сиг5 налов изменяющейся частоты. В результате будет сформирован управляющий сигнал сейсмоисточника и опорный сигнал сейсмостанции (временная диаграмма 2), единичные синусоидальные сигналы в которых

0 изменяют частоту по линейному закону от 10 до 50 Гц в течение времени равного 1 с с начальной фазой, соответствующей кодирующей последовательности 1. Управляющие .и опорные сигналы в узловых точках, где

5 происходит смена фазы на противоположную, сглаживаются, обеспечивая плавное нарастание сигнала в момент смены ими фазы. Возможно применение и другого метода уменьшения скорости колебания сейс0 моисточника в момент смены фазы путем уменьшения амплитуды сигналов вблизи точки смены фазы. Возбуждение серии 2 производят, как правило, группой вибрационных источников, работающих синфазно

5 на физточке. Число сейсмоисточников в группе определяется необходимой возбуждаемой энергией сейсмических колебаний на временном интервале 8.

Возбужденные сейсмические сигналы

0 проходят через геологическую среду и регистрируются системой регистрации на временном интервале, равном сумме длительности возбуждаемой серии и времени исследуемого отклика среды. Зарегист5 рированные сейсмические сигналы на таком временном интервале коррелируют с опорным сигналом, соответствующим управляющему сигналу 2 сейсмоисточника. В результате корреляции будет получен сиг нал на временном интервале, равном трем

периодам, Разбивая этот интервал на три участка, каждый из которых равен периоду последовательности (возбуждаемому сигма лу), получают на них сигналы, которые синхронно накапливают на временном интервале, равном длительности исследуемого отклика среды. Таким образом, будет просуммировано три сигнала, два из которых на первом и третьем периоде при сум- мировании не повышают отношение сигнал/случайный шум, но подавляют корреляционный шум на результирующей сейсмограмме, получаемый из-за отсутствия периодичности в возбуждаемом сигнале 2 (возбуждался один период).

Описанный процесс обработки сейсмограмм можно осуществлять как в полевых условиях, так и на вычислительном центре. Это определяется возможностями применяемого в системе регистрации коррелятора/накопителя. Во втором случае в поле достаточно использовать накопитель. Для достижения необходимого отношения сигнал/случайный шум возможно возбуждать серию 2 несколько раз, а регистрируемые сигналы обычным образом синхронно накапливать в корреляторе/накопителе как до корреляции, так и после корреляции. При этом сеансы возбуждения серий 2 разносят во времени не менее длительности исследуемого отклика среды.

В способе сейсмической разведки целесообразно корреляцию выполнять в два этапа. На первом этапе зарегистрированные сигналы коррелируют с опорным сигналом в виде одного периода единичных дельтаоб- разных импульсов (временная диаграмма 1), а на втором этапе коррелируют с единичным синусоидальным сигналом изменяющейся частоты. Это позволяет при выполнении корреляции на первом этапе производить только операции суммирования и на втором этапе операции умножения и суммирования. При этом ввиду малой длины единичных сигналов будет значительно сокращено число операций умножения по сравнению с обычной корреляцией и может быть существенно повышена скорость обработки сейсмограмм.

Формула изобретения

1. Способ сейсмической разведки, основанный на возбуждении вибрационных колебаний серией сосгиящеи из периодиче ской последовательности содержащей М периодов, каждый период которой включает единичные синусоидальные еж папы изме Ь няющейся частоты, кодированные по начальной фазе, причем их амплитуды, длительности и частотные диапазоны в серии задают постоянными, а начальные фазы единичных сигналов принимают значения О

0 it л в соответствии с законом кодирующей периодической последовательности, регистрации сейсмических колебаний и корреляции зарегистрированных сейсмических колебаний с одним периодом возбуждаемой

5 последовательности, в которой длительность периода устанавливают не менее времени регистрации исследуемого отклика среды, отличающийся тем, что, с целью повышения отношения сигнал/помеха, по0 следовательность формируют по крайней мере из одного периода, в котором дополнительно введены пропуски возбуждения, равные по времени длительности единичных синусоидальных сигналов изменяю5 щейся частоты, при этом порядок следования единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с разной начальной фазой и пропусков возбуждения в периоде последовательности формируют на

0 основе генерирования и преобразования рекуррентной линейной псевдослучайной последовательности чисел, в которой квадратичными вычетами являются единичные синусоидальные сигналы изменяющейся ча5 стоты с начальной фазой 0, квадратичными невычетами являются единичные синусоидальные сигналы с начальной фазой я, а нулями являются пропуски возбуждения, причем при выполнении корреляции выде0 ляют сигналы на М+2 временных интервалах, каждый из которых по длительности равен периоду последовательности, и синхронно их накапливают на временном интервале, равном длительности исследуемого

5 отклика среды.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем, что длительность единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты 0 устанавливают не более времени регистрации исследуемого отклика среды.

-с3

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для поиска и разведки нефтяных, газовых и рудных месторождений при полевых исследованиях вибросбйсмическим способом. Цель изобретения - повышение соотношения сигнал/помеха. В способе возбуждают вибрационные колебания серией, состоящей из периодической последовательности с М периодами, каждый период которой образован из единичных импульсов синусоидальных колебаний изменяющейся частоты с начальными фазами 0 и я пропусков возбуждения в соответствии с видом кодирующей периодической последовательности. Закон следования единичных импульсов синусоидальных колебаний изменяющейся частоты и пропусков возбуждения в периоде последовательности рассчитывают и устанавливают таким образом, что периодическая автокорреляционнаяфункциякодирующей последовательности не содержит ненулевых боковых лепестков на протяжении периода выполняют с одним периодом возбуждаемой последовательности, выделяя сигналы на (М+2) временных интервалах, каждый из которых по длительности равен периоду последовательности, и синхронно их накапливают на временном интервале, равном длительности исследуемого отклика среды. Длительность периода последовательности устанавливают не менее времени регистрации исследуемого отклика среды. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. Ј

л.

СО