Способ сейсмической разведки Советский патент 1993 года по МПК G01V1/00 

ел

с

Использование: сейсмическая разведка полезных ископаемых на континентальном шельфе методом отраженных и преломленных волн. Сущность изобретения: по способу, включающему разделение геологического обьекта на глубинные этажи, определение наибольшей частоты сейсмических сигналов, приходящих с каждого этажа, возбуждение и цифровую регистрацию с рассчитанными шагами квантования для каждого глубинного этажа, повышают точность исследования при приеме для каждого глубинного этажа путем выбора длины базы группирования сейсмоприемников по формуле j Aj/4sino: , где Х -длина волны наибольшей частоты сейсмического сигнала для i-ro этажа: а - угол наклона фронта приходящей волны. 4 ил.

Изобретение относится к сейсмической разведке полезных ископаемых на континентальном шельфе методом отраженных и преломленных волн, включая возбуждение, прием и регистрацию сейсмических сигналов в цифровом виде.

Известны способы повышения отношения сигнал/помеха на этапе приема сильно зашумленных сигналов, реализованные в сейсмокосах, используемых в промышленной сейсморазведке. В, отечественных сейсмокосах широко используется способ группирования приемников или смешивания сигналов от приемников, расположенных на базе в несколько десятков метров 1. Недостаток в данном случае состоит в том, что группирование на базе большой протяженности приводит к потере высокочастотных компонентов в принимаемом сейсмосигнале и снижению, таким образом, разрешающей способности, которая могла

бы быть достигнута. Для получения высокой разрешенное™ записи в современных зарубежных системах перешли к базам группирования с размерами до нескольких метрхэв. Однако при большой протяженности сейс- мокос число приемных каналов довольно велико и в отдельных системах доходит до 1024 каналов. Недостатком в данном случае является значительная потребность материальных затрат, связанных с-хранением и последующей обработкой большого объема информации.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ сейсмический разведки, по которому геологический объект разбивается на глубинные этажи.Для каждого этажа производят расчет системы возбуждения и при- ема, определяют аппаратурные средства приема и регистрации. Шаг квантования пб времени At устанавливают в соответствии

ч

00

VI

ю

2

со

с максимальными частотами сигналов IB, поступающих от соответствующих глубинных этажей, согласно выражению.

At 1/(4fB),

-.., „. . .-

а шаг пространственной дискретизации А х выбирают с учетом минимальных размеров зон Френеля. Количество точек наблюдения для каждого глубинного этажа одинаково. При этом прием и регистрацию ведут на каждом глубинном этаже или отдельными станциями,или выполняют соответствующие переключения приемных систем на входе сейсмостанции. Данный способ позволяет избежать большой избыточности при регистрации и хранении сейс- мосигналов.

Недостатком способа является то, что . базы групп в процессе приема не меняются, что не позволяет одинаково хорошо принимать сигналы, отраженные от границ на разной глубине залегания. При большой базе теряются присутствующие в сигналах с верхних границ высокочастотные составляющие, при малой не достигается достаточного увеличения отношения сигнал/помеха для импульсов, отраженных от глубоко залегающих слоев и, следовательно, ослабленных. И в том, и в другом случае снижается точность проводимых исследований.

Заявляемый способ проявляет новые технические свойства, заключающиеся в осуществлении приема сейсмосигналов с разных геологических этажей таким образом, что принимаемый от верхних отражающих границ и подаваемый на регистрацию сигнал сохраняет высокочастотные составляющие, что позволяет на последующих этапах обработки получить тонкую структуру исследуемой среды, а для принимаемых сигналов от глубоко залегающих границ, где отраженный зондирующий импульс сущёс.тт венно ослабляется средой, выполняется группирование, повышающее Отношение си гнал/помеха, что приводит к-усилению полезного сигнала и повышению точности исследования на больших глубинах. Данные технические свойства достигаются тем, что с увеличением шага пространственной дискретизации А х предлагается увеличивать базу группирования I путем включения в группу дополнительных приемников.

Способ осуществляется в следующей последовательности операций.

Геологический объект разбивается на глубинные этажи, и для каждого этажа i рассчитывается свой шаг квантования по времени (Ati) и по пространству ( ДхО, как предлагается в прототипе. Для увеличения отношения сигнал/помеха на.этапе приема в сейсморазведке выполняют операцию

группирования. Достигаемое усиление в каждом случае зависит от статических составляющих звукового поля и от количества приемных каналов в группе. Увеличение отношения сигнал/помеха пропорционально VtT. При этом сигналы на приемниках должны коррелировать между собой, а помеха - нет. Однако при расположении приемников в сейсмокосах в линию увеличение п в каждой группе приводит к увеличению

их баз I, что, в свою очередь, приводит к потере высокочастотных составляющих в спектре сигнала при группировании и, следовательно, к уменьшению разрешающей способности проводимых исследований.

Чтобы не было потерь, предлагается с каждого глубинного этажа проводить прием группами, длины баз li которых определяются верхними частотами полос принимаемых сигналов с выделенных глубин и соответствуЮт выражению.

li S

А,

4 sin OA

где AI - длина волны наибольшей частоты сейсмического сигнала для 1-го этажа; а - угол наклона фронта приходящей волны. Для пояснения этого выражения напомним, что принимаемый сейсмосигнал можно рассматривать как стационарный случайный процесс, который представляется суперпозицией гармонических колебаний различной частоты и амплитуды. Гармоники; изображенные на фиг, 1, могут рассматриваться как гармоники одной из частот, со- сТавляющих суперпозицию. Гармоники приходят на два разнесенных в пространстве приемных канала. Из фиг. 1 видно, что при сложении одинаковых гармонических

составляющих двух сигналов усиление этих составляющих наблюдается лишь в том случае, если сдвиг по фазе между данными составляющими не превышает четверти периода (Т/4) или четверти длины волны

( Я /4). Увеличение фазового сдвига приводит к потере этих составляющих при сложении. Если фронт волны приходит к группе приемных, каналов не параллельно базе (когда на преемниках сдвиг по фазе между

сигналами отсутствует), а под некоторым уг- лом а (см. фиг. 2), то сдвиг А между сигналами на крайних приемниках в группе определяется выражением A lsin а .Для того, чтобы не терять частотные составляющие сигнала при сложении в этом случае, необходимо, как видно из фиг. 1, чтобы для каждой (J-й) частотной составляющей выполнялось условие

Д - или, что то же самое, I . | .

Так как самая короткая длина волны AJ у составляющей верхней частоты среза полосы сигнала, приходящего с выделенной глубины I, то она и определяет размер базы группирования для каждого конкретного этажа.

Рассмотрим пример, поясняющий, каким образом достигается положительный эффект при использовании совокупности всех признаков изобретения. Предложим, что в геологическом объекте выделено пять глубинных этажей (ki, ki-n)(cM, фиг. 3), определены диапазоны частот, приходящие с каждого глубинного этажа, и временные интервалы их прихода на приемники. Соответ- ствие между глубинами, частотами и временными интервалами, а также длинами волн верхних частотных составляющих в данном примере следующие:

(ко, ki);10-100 Гц; (to, ti); А 15 м;

(М, к2);10-70 Гц; (ti. t2); A - 21,4 м;

(k2, k3);10-50 Гц; (t2,13); А 30 м;

, k4):10-30 Гц; (ts, u); А 50 м;

Ос«. ks);Ю-15 Гц; (и ts); A 100 м.

В течение каждого временного интервала (ti, ti-н ) дискретизация сигнала по времени должна выполняться с шагом A t IS 1/(4fe). Пространственную дискретизацию, определяемую по формуле Ах A/(4sin«), рассчитаем при условии, что ее не превышает 30°. При этом величины А х должны быть кратными величине шага d между приемными каналами в сейс- мокосе. Пусть d 6,25 м, а длина сейсмоко- сы 3000 м. Рассчитаем для каждого выделенного этажа величины Ах и в соответствии с формулой предлагаемого способа базы групп приемных каналов I:

Так как шаг между каналами в сейсмо- косе в данном случае составляет 6,25 м, то размеры вычисленных баз для этажа (ko, ki) позволяют расположить на базе длиной 7,5 м не более одного приемного канал (т.е.

группирование не выполняется). Для этажа (ki, k2) на базе 10,7 м также располагается лишь один приемный канал. Для следующего этажа на базе 15 м группируются два

канала, на базе 25 м - четыре канала, для последнего этажа на базе 50 м можно груп- пировать восемь каналов. Усиление по сигнал/помехе, которое достигается в данном случае,.приблизительно оценивается величиной vfi. Тогда усиление для этажа (k2, ka) составит Уг2, для этажа (ka, kf усиление будет 2, а для этажа (k4, ks) V , Таким ... образом, положительный эффект способа достигнут. Для сигналов с этажей (ko, ki) и

(ki, k2) при заданных условиях группирование выполнить нельзя, так как можно потерять верхние частоты в спектрах принимаемых сигналов.

Предлагаемый способ сейсмической

разведки может быть реализован с помощью устройства, блок-схема которого приварена на-фиг. 4.

Устройство содержит приемный канал 1, усилитель 2 сигналов, перестраиваемый

режекторный фильтр 3, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 5, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 6, микропроцессор (МП) 7, буферное ОЗУ 8.

Выход приемного канала 1 соединен с входом усилителя 2, выход которого подключен к входу фильтра 3. Сигналы с выхода фильтра 3 подаются на вход АЦП 4, выход которого подключен к входу ОЗУ 5. Выходы

ОЗУ 5 и ПЗУ 6 соединены с входами МП 7, выходы которого соединены с входами буферного ОЗУ 8.

Работает устройство следующим образом.

Предварительно по команде с борта происходит перезапись из ПЗУ в ОЗУ управляющей программы устройства, а также с борта передаются параметры, которые определяют номера и количество суммируемых каналов при группировании для всех глубинных этажей. Прием сигналов осуществляется следующим образом. В каждом канале 1 сигналы, принятые сейсмоприем- никами, усиливаются усилителем 2 и через

фильтр 3 подаются на вход АЦП, где преобразуются в цифровой код, который запоминается и хранится в ОЗУ 5 до появления следующего значения сейсмической информации. Оцифровка очередного значения выполняется АЦП по команде с борта, подаваемой с частотой, определяемой вели- чиной Ati.Микропроцессор в соответствии С программой обработки суммирует значения сигналов, хранящихся в ОЗУ 5, от заданных каналов и размещает в буферном ОЗУ 8 результаты, подготавливая их для передачи на борт. При переходе на новый глубинный этаж по команде с борта в программе обработки меняются номера каналов, их количество и прием продолжается. Формул а изобретен и.я Способ сейсмической разведки, включающий разделение геологического объекта на глубинные этажи, определение наибольшей частоты сейсмических сигналов, приходящих с каждого этажа, расчет для каждого глубинного этажа шага квантования по времени At 1/4 fi, где fi - наибольшая частота сейсмического сигнала для 1-гоглубинного этажа, и по пространству Ах й2/81па,где Аг длина волны наи

5

большей частоты сейсмического сигнала для 1-го этажа, а - угол наклона фронта приходящей волны, возбуждение, прием группами сейсмоприемников. цифровую регистрацию с рассчитанными шагами квантования At и Ах для каждого глубинного этажа и обработку принимаемых сигналов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения отношения сигнал/помеха на этапе приема и повышения точности исследования при приеме, для каждого глубинного этажа I определяют длину базы группирования сейсмоприемников по выражению

li :SAi/4sin и. . .

Фиг. 2