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

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано при прогнозировании геологического разреза с целью поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.

Известен способ сейсмической разведки предлагается обеспечивать регистрацию различных свипов от каждого вибратора или их комбинаций, работающих на о дном или разных профилях. Для этого источники комбинируются попарно или по другому закону и каждая из комбинаций источников располагается на независимых пунктах возбуждения, излучая каждый свой свип.

Недостаток этого способа состоит в том, что для его осуществления требуются при регистрации дополнительные блоки памяти

по числу комбинаций вибраторов, а также не формулируются количественные оценки выбора частотных диапазонов возбуждения.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и достигаемому положительному эффекту способ сейсмической разведки, в которой возбуждение осуществляют отдельными группами сигналов, отличными от сигналов других групп по положению полосы частот на частотной оси, но обладающими для всех групп равной скоростью изменения частоты.

Недостаток способа состоит в том, что для его реализации необходимо производить раздельную регистрацию вибровозбуждений для каждой группы сигналов что

XI

00

4 О GO ГО

нижает производительность труда, не опеделены приемы разделения частот излуения на группы по частотной оси и оотношения частотных диапазонов с рельными масштабами и рангами геологичеких тел в разрезе. Это делает способ чисто мпирическим и требует дополнительных переборов частотных диапазонов для выбоа оптимальных, а использование одинакоых скоростей разверток ограничивает во змОж н бт йТкотУёнтра ции энергии в необ,- TJ в даь№лЈ ifii ii. i ним, . i i л-L- ( ч

одимом для повышения эффективности р азведки частотном диапазоне, особенно в бласти высоких частот.

Цель изобретения - повышение детальности разведки на основе извлечения дополнительной информации о внутренней структуре излуч аемых интервалов геологического разреза и об условиях их седиментации. -- . -. .

Поставленная цель достигается тем, что в способе вибросейсмической разведки, заключающемся в возбуждении вибраторами отдельных групп сигналов, отличных от сигналов других групп по положению полосы частот на частотной оси, регистрации сигналов группами сейсмоприемников и обработку полученных данных, пр оводят спектральный анализ сейсмоакустических данных в одинаковых временных интервалах, предварительно полученных в пределах изучаемой площади, фильтрами с постоянными логарифмическими крутизнами срезов и с монотонно меняющимися в геометрической прогрессии со знаменателем q положениями частот максимумов фильтров, и по изменению числа экстремумов-колебания в соседних частотных полосах устанавливают п 1,2,3... частотных полос, в которых проводят вибрационное возбуждения сигналов, одновременно двумя различающимися по направлению развертки группами из m вибраторов, каждый из которых работает на одной из выбранных полос, полученную вибропрограмму корре- лйруют п раз соответственно частотным по- лосам. Группируют полученные сейсмограммы, соответствующее разным частотным полосам в совокупности по общим точкам отражения, возбуждения, и приема и среды, на основе которых формируют временные разрезы,

В современной геологической науке исследуемые разрезы представляют в виде, иерархической системы геологических тел разного ранга и масштаба, организованных по принципу влажности. При этом под масштабом понимают пространственные размеры тел - толщины, латеральную

протяженность, ПЛОЩаДЬ В Плане. .;;; :.ч:

.Ранг тела определяет его место в иерархии, а следовательно, степень сложности его морфологии и внутренней структуры. Это следует из того, что тела низкого ранга

вложены в тела более высокого ранга и, тем самым, определяют внутреннюю структуру последнего.

Связь масштабов и рангов неоднозначна. Тела одного ранга могут сильно различаться по масштабам. И1, наоборот, тела одного масштаба могут иметь существенно различный ранг.

Дискретная иерархия геологических тел отображается в геофизических полях, в частности в сейсмическом волновом поле. Те- лам р азного шага и масштаба отвечают различные частотные диапазоны спектра сейсмических колебаний. Это связано, в частности, с различной разрешающей спосоо ностыо сейсморазведки в различных полосах частот. , .

По даннйм спектрально-временного анализа (СВАН) сейсмических записей следует, что в обычно реализуемом на практике

спектре колебаний 10 - 100 Гц количество выделяемйх рангов (геологических тел) и соответствующих; частотных полос, как правило, не более 3-5. Выявление этих рангов наиболее уверенно осуществляется,путем

СВАН данных ГНС и сейсморазведки.

На фиг.1 «оказан выбор частотных полос при исходном спектре сейсмических ко лебаний - 1 и уровне шума - 2. частотной характеристике k-ro фильтра - 3, частотной

характеристике (k-H)-ro фильтра - 4; на фиг.2 даны результаты фильтрации исходного материала фильтрами k.k-H... с максимумами частотных характеристик fi, f2...fio - 5, осью времени регистрации - 6, границами 7 и 8 между полосами частот (диапазонами) - 9, 10. 11; на фиг.З - система наблюдений объемной сейсморазведки, в которой обозначено: линии наблюдения 12, линии возбуждения - 13 и 20 с разными по

частотам сигналами возбуждения 14,15,16 и другим Направлением развертки 21/22, 23, группируемыми на пикетах возбуждения 17 и 24, позиции вибраторов на пикетах 18, 19 и 25. 26.

Спектральный анализ сейсмоакустических данных выполняется с целью выбора частотных полос (диапазонов), соответствующих пространственным масштабам геологических тел. формирующих изучаемый

разрез. - Анализ осуществляется для определенного интервала разреза, в определенном диапазоне частот, набором полосовых фильтров с фиксированной формой частотной характеристики, при определенном шаге максимумов фильтров по частоте.

Перечисленные параметры выбирают следующим образом.

Используют нуль-фазовые фильтры с треугольной частотной характеристикой (позиции 3 и 4 на фиг.1). Логарифмические крутизны левого и правого срезов фильтров равны - октава слева и справа относительно максимума частотной характеристики. На- пример, при частоте максимума fmax 20 Гц строится фильтр Ю- 20 - 40 Гц.

Дпухоктавны е треугольные нуль- фэзо- вые фильтры гарантируют сравнительно ко- роткий по времени симметричный импульс (характеристическую функцию фильтра), ма- лое число побочных экстремумов с относи- тельно низкой амплитудой (20% от амплитуды максимума), а также подобие формы импульса для разных фильтров. Час- тотный диапазон анализа сейсмоакустиче- ских данных ограничивается интервалом fo-fn (фиг.1), в котором соотношение сигнал/помеха 1. Для определения уровня шума (2) наряду с процедурой Фурье-ана лйза рассчитывают tакже функции авто- (взаимной корреляции1.

Шаг по частоте Д f между соседними фильтрами (позиции 3 и 4 на фиг,1) выбира- ют по формуле ч

fmax,k+1 q fmax.k

т,

rfleq 1,1-1,2;ттах;н-1-го-частота ма сйму- ма к+1,-го фильтра, fmax.k - частота макси-

мума k-ГО фильтра. Так, fmax.4 q fmax.s.

Величина q (аналог знаменателя геометрической прогрессии) выбирается из усл овия неискажающей аппроксимации частотной характеристики тонких слоев на основании критерия Котельникова.,Л,

В результате спектрально-временного анализа (СВАН) получают СВАН-коланку (фиг.2), которая представляет исходный фрагмент сейсмоакустических записей, от- фильтро ванных набором фильтров 5 (fi, f2...fio). Ординатой СВАН-колонки служит ось времен регистрации (или глубин) 6. Анализ СВАН-колонки заключается в выяа/fe- нии зон устойчивой волновой картины на различных фильтрациях, при неизменном числе выделяемых экстремумов колебаний. Такие зоны отвечают определенному рангу и масштабам геологических тел.

Резкое изменение характера записи и числа выделяемых экстремумов свидетельствуют о наличии границ (7, 8) частотных полос, отвечающих разным рангам и майш- табам тел. В соответствии с этими границами выделяют полосы частот 9, 10, 11,

отвечающие фиксированным рангам и масштабам исследуемых геологических объектов. Определяют центры этих полос, относительно них фиксируют частотные октавы слева и справа. Тем самым формируют полосы возбуждения ,2,3... вибрационных сигналов;

В сейсморазведке наибольшая геологическая информативность достигается при объемных (трехмерных) сейсмических наблюдениях. Поэтому действие способа рассмотрим применительно к объемным наблюдениям, хотя предлагаемый способ может быть с успехом использован и при профильных наблюдениях. Одновременное возбуждение волн в разных частотных полосах проводят числом вибраторов, равным числу выбранных частотных полос (диапазонов, например 9.10,11). На практике такое соответствие выполняется; из опыта извест- но, что потребное количество частотных по- Яос составляет 3-5. а вибрационные отряды обеспечены, как правило, 5-7 вибраторами. При этом каждый источник 14, 15, 16 работает в своем частотном диапазоне.

Каждый пикет вдоль линии возбуждения 13 отрабатывается с нескольких позиций 18, 19..., число которых определяют из необходимого количества накоплений на пикетах 17 и 24 для формирования соответствующих интерференционных систем в частотных диапазонах 9, 10, 11 с учетом их октавного расширения.

Возможна и такая реализация способа, при которой на каждом пикете производят всеми вибраторами комплекта последовательное возбуждение расширенных частотных диапазонов 9, 10. 11. Подобная методика не требует переезда вибраторов с позиции на позицию для формирования интерференционной системы, но требует обязательно n-кратного переключения на вибраторах частотных диапазонов, что может приводить к дополнительным ошибкам.

В результате возбуждения в частотных полосах 9, 10, 11 на линиях наблюдений 12 регистрируется суммарная виброграмма с частотами f-|-fio. Для выделения импульсных сейсмограмм, соответствующих расширенным частотным полосам 9, 10, 11, производится корреляция по числу использованных диапазонов, например п 3 для ситуации, изображенной на фиг.2.

При наличии двойного числа вибраторов (по отношению к количеству разных частотных диапазонов) возможно производить вибрационные воздействия одновременно по двум линиям возбуждения 13 и 20. Эти линии 13 и 20 располагают друг относительно друга на расстоянии I,

пределяемом требуемой кратностью налюдений, при этом возбуждение, наприер, по линии 13 производят в направлении т низких частот к высоким, а по линии 20 в братном направлении от высоких частот к 5 низким Суммарная виброграмма от обеих иний возбуждения коррелируется для кажого частотного диапазона дважды: от низких частот к высоким и от высоких к низким, и импульсные сейсмограммы соотносят к 10 соответствующим линиям возбуждения. Модельные оценки показывают, чти при корреляции разнонаправленных воздействий динамический диапазон, присущий вибрационной разведке, практически 15 сохраняется.

Методика с одновременным возбуждением по двум линиям 13 и 20 позволяет с заданной кратностью срезу освещать боль- Шую часть глубинной поверхности, чем при 20 возбуждении только по одной из линий.

Импульсные сейсмограммы, соответствующие разным полосам частот 9, 10, 11, группируют в совокупности по общим точкам отражений, возбуждения приема и ере- 25 ды, и на этой основе формируют временные разрезы, соответствующие разным частотным группам сигналов и разным линиям возбуждения.

Пример реализации способа, На осно- 30 вании априорных данных о волновой картине известна, что диапазон регистрируемых колебаний находится в пределах 15-90 Гц. В этом случае для анализа сейсмоакустиче ских данных будут использованы следую- 35 щие нуль-фазные треугольные фильтры; 7-15-30; 9-18-36: 11-22-44; 13-26-52; 36- 72-144; 43-86-172 Гц.

В результате получим СВАН-колонку и выделим в ней частотные интервалы, соот- 40 ветстеующие устойчивым рангам геологических объектов. Примем, что их три: соответственно 10-25; 25-55; 55-85 Гц.

Частоты возбуждения определим, опираясь на центральные частоты перечислен- 45 ных интервалов, т.е. 18, 40 и 70 Гц. Собственно полосы частот для возбуждения примем примерно двухоктавными - октава Слева и справа относительно центров интервалов. Таковыми будут: (10-17-36) Гц; 50 (20-40-80) Гц; (36-70-140) Гц.

Корреляция суммарной виброграммы будет проводиться с операторами (10-36) Гц, (20-80) Гц, (36-140) Гц.

Отряд снабжен 4 вибраторами. В этом 55 случае целесообразно применить методику одновременной возбуждения перечисленных выше частотных диапазонов. Одна установка будет запасной. На основании опытных работ установлено, что скорости

мешающих поверхностных волн ограничиваются Vk S 700 м/с, их преобладающие частоты 20 Гц. Эти волны создают помехи, превышающие полезные сигналы в 7 раз. Для подавления этих помех применим перемещение вибраторов на пикете и синхронное накопление 8 воздействий. Шаг перемещения вибраторов составит 7 м на базе 50 м. Такое же расстояние будет между пикетами возбуждения. Расстояние между пунктами приема примем также 50 м. При 48-каналах на каждой линии приема это обеспечит 24 кратность наблюдений. Синхронное накопление обеспечит удовлетворительное г 2,7 раз подавление нерегулярных шумов.

При удвоенном числе вибраторов работы будут выполняться по точно такой же методике, но только по другой линии на местности, котор ая смещена относительно первой на расстоянии I 200 м. Возбуждение на второй линии проводят в диапазонах (36-10) Гц. (80-20) Гц. (140-36) Гц.

Суммарную вибропрограмму от воздействий на двух линиях возбуждения коррелируют дважды с операторами, имеющими развертки в направлении возрастания и убывания часто т. Одновременное возбуждение по двум линиям приведет практически к удвоению количества срединных точек.

Предложенный способ экономически целесообразен, так как обеспечивает большую производительность труда за счёт того, что дли одной и той же расстановки сейс- моприемников сразу же освещается больший участок глубинной поверхности. Для освещения всей поверхности это требует меньшее число расстановок на профилях, ориентировочно вдвое.

Формула изобретения

Способ вибросейсмической разведки, заключающийся в возбуждении вибраторами отдельных групп сигналов, отличных от сигналов других групп по положению полосы частот не частотной оси, регистрации сигналов группами сейсмоприемников и обработку полученных данных, отличающийся тем, что. с целью повышения детальности разведки, проводят спектральный анализ сейсмоакустических данных в одинаковых временных интервалах, предварительно полученных в пределах изучаемой площади, фильтрами с постоянными логарифмическими крутизнами срезов и с монотонно меняющимися в геометрической прогрессии со знаменателем q положениями частот максимумов фильтров и по изменению числа экстремумов колебания в соседних частотных полосах устанавливают

п частотных полос (п - 1,2,3..), в которых проводят вибрационноеь возбуждение сигналов одновременно двумя различающимися по направлению развертки группами из m вибраторов, каждый из которых работает на одной из выбранных полос, полученную виброграмму коррелируют п раз соответственно частотным полосам, группируют полученные сейсмограммы, соответствующие разным частотным полосам в совокупности по общим точкам отражения, возбуждения, приема и среды, на основе которых формируют временные разрезы.

Использование: сейсмическая разведка при прогнозировании геологического разреза. Сущность изобретения: возбуждают вибраторами .отдельные группы сигналов, отличных по положению частот на частотной оси. При этом вибрационное возбуждение сигналов проводят в интервалах частотных полос спектральным анализом сейсмо- акустических данных фильтрами с постоянными логарифмическими крутизнами срезов и монотонно меняющимися в геометрической прогрессии со знаменателем q положением частот максимумом фильтров. Сигналы возбуждают двумя группами вибраторов с различным направлением развертки. Полученные вибропрограммы коррелируют п раз соответственно частотным полюсам, группируют полученные сейсмограммы, включая в каждую совокупность импульсные сейсмограммы, соответствующие корреляции только с одной из частотных полос, и на этой основе формируют временные разрезы соответственно разным группам сигналов по общим точкам отражений, возбуждений, приема и среды. 3 ил. (Л с

8

П

Фиг.г

Способ сейсмической разведки

14

(риг. 5