СПОСОБ ГЕОФИЗИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ
METHOD FOR GEOPHYSICAL EXPLORATION

Изобретение относится к геофизическим методам исследования геологической среды и предназначено, главным образом, для поисков и разведки месторождений нефти и газа. Способ предназначен, в основном, для проведения работ методами сейсмической разведки и гравиметрической разведки.
При выборе конфигурации профилей, вдоль которых проводят наблюдения методами сейсмической разведки и гравиметрической разведки, руководствуются, как правило, априорной геологической информацией о пространственной ориентации и местоположении геологического объекта, представляющего разведочный интерес. При этом не вполне учитывают уровень шумов, препятствующих выделению слабых сигналов, являющихся источником информации о целевых глубинных объектах.
Давним испытанным способом подавления шумов, обусловленных микросейсмами, было группирование сейсмоприемников и источников колебаний (Гурвич, Боганик, 2006). Однако в последние годы все большее распространение находит применение одиночных сейсмоприемников (Череповский, 2012). При этом предполагается, что сейсмический канал, включая сейсмоприемник, имеет достаточно большой мгновенный динамический диапазон, позволяющий избавиться от шумов на этапе обработки данных. Это является несомненным ограничением методики работ с одиночными сейсмоприемниками, заставляющим идти. на такие трудоемкие и дорогостоящие способы регистрации сейсмических колебаний, как погружение одиночных сейсмоприемников в специально пробуренные мелкие скважины.
Покрытые льдом водные просторы в зимнее время являются удобным объектом исследований для разных геофизических методов - сейсмической разведки, гравиметрической разведки, магниторазведки и др. В условиях лесной местности работа на водоемах приводит к резкому удешевлению работ, причем в зимнее время для этого не требуется использования никакого водного транспорта.
Однако лед, в отличие от твердой суши, в широком диапазоне частот создает помехи для наблюдений, снижающие точность работ. Чувствительный элемент гравиметров по существу представляет собой сейсмоприемник, поэтому гравиметры чутко реагируют как на изменения силы тяжести, так и на помехи в виде инерциальных ускорений. Частота собственных колебаний гравиметров позволяет им регистрировать колебания льда водоемов, представляющего собой колеблющуюся мембрану. Кроме того, имеет место высокий уровень техногенных и природных помех, имеющих довольно широкий частотный Спектр.
Известен способ проведения высокоточной гравиметрической съемки на опорной и рядовой сети, в котором высокая точность достигается путем применения высокоточных гравиметров, многократностью повторных наблюдений и сокращением продолжительности рейсов путем использования быстроходных видов транспорта (Костицын, 2012).
Недостаток известного способа состоит в том, что высокая точность наблюдений, вполне достижимая на твердых грунтах, не может быть достигнута при наблюдениях на замерзших водоемах из-за высокочастотных и низкочастотных колебаний поверхности льда, создающих сильный фон помех.
Известен способ вибрационной сейсморазведки, включающий формирование управляющих сигналов, возбуждение виброисточником непрерывных сейсмических сигналов, регистрацию непрерывных сигналов в виде виброграмм, контроль и коррекцию спектра возбуждаемых колебаний (Гурвич, Боганик, 2006, с. 327-332). Основой функционирования известного способа вибрационной сейсморазведки является опорный сигнал (свип), который используют в качестве коррелирующего сигнала.
Недостатком известного способа вибрационной сейсморазведки является использование в нем усредненных параметров опорных сигналов в связи с отсутствием средств оперативного их определения для каждого конкретного физического наблюдения, следствием чего являются недостаточные качество и геологическая эффективность сейсмических исследований.
Известен способ вибрационной сейсморазведки, получивший название адаптивной вибрационной сейсморазведки, в котором по тем или иным установленным критериям (например, достижение наиболее широкополосного амплитудно-частотного спектра полезных отраженных волн в целевом интервале времен) на основе анализа отклика среды на предварительно посланный сигнал осуществляют выбор оптимальных рабочих нелинейных вибросигналов, оптимизирующих заданные параметры сейсмической записи, причем процесс выбора происходит в реальном времени и в автоматическом режиме (Жуков и др., 2011, с. 225-231).
Недостатком известного способа является анализ и расчет в нем параметров адаптивных свип-сигналов (опорных сигналов) непосредственно по виброграммам без диагностики природы и параметров конкретных помех. Дело в том, что приходящие из глубины к земной поверхности сигналы существенно отличаются от свип-сигнала из-за наложения на полезные сигналы возникающих в приповерхностной части геологического разреза резонансных помех различной природы, не имеющих отношения к глубинным целевым отражениям. В результате этого функция взаимной корреляции виброграмм даже после коррекции спектра свип-сигнала может заметно отличаться от функции автокорреляции последнего, в результате чего в целом ухудшается качество коррелограмм.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ сейсморазведки, включающий возбуждение и регистрацию вибрационных колебаний и коррекцию опорного сигнала по спектрам возбуждаемых или регистрируемых сигналов (Колесов С.В., Жуков А.П., Шехтман Г.А., 2016) определяют в спектре регистрируемых сигналов, по меньшей мере, одну резонансную частоту, повторно возбуждают и регистрируют вибрационные колебания, при этом из диапазона возбуждаемых колебаний исключают резонансную частоту или ослабляют ее относительную интенсивность путем повышения скорости изменения частоты опорного сигнала в диапазоне, содержащем частоту резонанса.
Недостатком известного способа является необходимость в каждой точке приема на фоне интерференционного сигнала определять резонансную частоту определяемой помехи, для подавления которой необходимо трансформировать свип-сигнал. В полевых условиях такая поточечная технология является трудоемкой и не вполне однозначной в части разделения помех и полезных сигналов. Кроме того, очевидным недостатком известного способа является обеднение спектра полезных колебаний при подавлении резонансных колебаний, расположенных в диапазоне регистрации рабочих частот полезных волн.
Технический результат - повышение качества геофизических данных путем более обоснованного выбора конфигурации геофизических профилей.
Технический результат достигается тем, что в способе геофизической разведки, включающем регистрацию сейсмических колебаний или потенциальных геофизических полей и ослабление шумов, не представляющих геофизического интереса, определяют в точках регистрации уровень шумов, строят карту интенсивности шумов, определяют на карте местоположения линий с минимальным уровнем шумов и располагают вдоль этих линий отрезки профилей, вдоль которых проводят регистрацию. В одном из конкретных воплощений изобретения по известной трехмерной математической модели верхней части разреза рассчитывают ее собственные колебания, прослеживают местоположения линий узлов и пучностей колебаний и располагают отрезки профилей для геофизических наблюдений вдоль линий узлов. В еще одном конкретном воплощении изобретения вдоль линий с минимальным уровнем шумов устанавливают источники сейсмических колебаний, предназначенные для проведения сейсморазведки.
По сравнению с прототипом предлагаемый способ вибрационной сейсморазведки в соответствии с изобретением характеризуется такими существенными отличиями:
• способом получения входной информации, целенаправленно исключающим регистрацию интенсивных помех, возникающих в приповерхностной части геологического разреза;
• большей достоверностью сигнала, регистрируемого в точках приема, расположенных вдоль линий с минимальным уровнем помех;
• возможностью комплексировать сейсмические и гравиметрические наблюдения при наблюдениях на профилях с минимальным уровнем помех.
Экспериментальные результаты по одному из участков, расположенных в Кемеровской области (Еманов и др., 2008), подтверждающие осуществимость предлагаемого изобретения, иллюстрируются рисунками, на которых показаны:
- Рисунок 1. Схема наблюдений при регистрации микросейсмических колебаний грунта;
- Рисунок 2. Карта коэффициентов усиления микросейсмических колебаний грунта.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.
В сейсморазведке и гравиразведке могут иметь место резонансные колебания объектов, расположенных непосредственно в приповерхностной зоне геологического разреза. Эти колебания могут быть вызваны неоднородностями, отличающимися по упругим свойствам от вмещающей среды (Korneev, 2009). Кроме того, резонансные колебания могут быть зарегистрированы при проведении наблюдений на льду не промерзших до дна водоемов (Кострыгин, 2002) или на заболоченных участках местности. Являющиеся бесспорно полезными при решении задач инженерной и малоглубинной сейсморазведки, в нефтяной сейсморазведке такие резонансные колебания расцениваются как помехи, так как они могут накладываться на более слабые сигналы, генерируемые глубинными целевыми объектами или отраженные от них. Подавление шумов непосредственно на этапе проведения работ может обеспечить повышение качества регистрируемых полезных сигналов.
В соответствии с изобретением, предлагается геофизические профили размещать вдоль линий, характеризующихся минимальным уровнем шумов. В тех случаях, когда математической моделью приповерхностной зоны является мембрана (типичным случаем может быть скованная льдом поверхность водоемов), минимальным уровнем шумов будут отличаться линии узлов на фигурах Хладни, которыми характеризуются карты шумов для собственных колебаний мембранн (Хайкин, 1971, с. 657).
Способ осуществляют следующим образом.
Район, предназначенный для изучения сейсмическим методом, известными способами разделяют на участки, каждый из которых характеризуется однородными поверхностными условиями. В пределах каждого из таких участков выбор местоположения геофизических профилей осуществляют независимо от других участков.
Последовательность процедур в соответствии с предлагаемым изобретением является следующей:
• по двумерной сети наблюдений в каждой точке наблюдений проводится регистрация уровня шума сейсмическими или гравиметрическими датчиками;
• по результатам измерений уровня шумов строят карту шумов, на которой известными способами выделяют изолинии уровня шума;
• выделяют изолинии с минимальным уровнем шума;
• вдоль Линий с минимальным уровнем шума размещают геофизические профили, вдоль которых проводят повторные наблюдения;
• если перед проведением работ известна математическая модель верхней части разреза, то для нее карту шумов получают путем математического моделирования;
• в случае аппроксимации верхней части разреза мембраной (например, при наблюдениях на льду водоемов), рассчитывают карту собственных колебаний мембраны, и на этой карте выделяют линии пучностей и узлов, после чего вдоль линии узлов располагают геофизические профили.
Математическое моделирование позволяет обойтись без измерений уровня шумов и последующими повторными наблюдениями вдоль линий с минимальным уровнем шума. Это позволит существенно удешевить работы.
Установку сейсмических или гравиметрических датчиков в точки наблюдений осуществляют известными способами, включая использование для этой цели дронов (беспилотных летающих аппаратов).
Предлагаемое изобретение позволяет проводить сейсморазведку двумя известными модификациями: пассивной модификацией и активной модификацией. При пассивной модификации регистрируют полезные сигналы без применения взрывных и невзрывных источников колебаний. При активной модификации вдоль сейсмических профилей, расположенных на местности в соответствии с предлагаемой методикой, дополнительно устанавливают источники колебаний. Тем самым будет обеспечена помехоустойчивость не только в точках приема, но и в точках возбуждения сейсмических колебаний.
Внедрение предлагаемого изобретения в практику геофизической разведки не требует создания новых технических средств и может быть начато уже в настоящее время. Целесообразно использовать предлагаемый способ в сочетании с технологиями изучения верхней части разреза, при которых зоны повышенного уровня помех помогут более надежно выделить аномальные объекты, расположенные в приповерхностной зоне.
Рассмотрим пример использования разработанной технологии.
На Рисунке 1 приведена схема наблюдений при регистрации микросейсмических колебаний грунта. Видно, что расположение точек наблюдения носит случайный характер.
На Рисунке 2 для одной из резонансных частот приведена карта коэффициентов усиления микросейсмических колебаний. На этой карте ярким черным цветом выделяются зоны повышенного коэффициента усиления. В соответствии с предлагаемым изобретением, в этих зонах не следует размещать точки наблюдения для повторных целевых исследований, поскольку в них сильные резонансные колебания затруднят выделение более слабых глубинных отражений, приуроченных к целевым объектам. Отрезки профилей, содержащих точки наблюдения, а также источники колебаний, здесь следует размещать в пределах светлых участков, которым соответствуют минимальные по интенсивности резонансные помехи, формирующиеся в верхней части геологического разреза.
Таким образом, использование данного изобретения позволит повысить качество геофизических данных путем более обоснованного выбора конфигурации геофизических профилей.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсморазведка: Учебник для вузов // Тверь: Изд -во АИС, 2006, с. 327-332.
2. Еманов А.Ф., Красников А.А., Бах А.А., Черных Е.Н., Еманов А.А., Семин А.Ю., Черепанов А.В. Резонансные свойства верхней части разреза // Физическая мезомеханика, 11, 1, 2008, 26-36.
2. Жуков А.П., Колесов С.В., Шехтман Г.А., Шнеерсон М.Б. Сейсморазведка с вибрационными источниками // Тверь, ООО «Изд-во ГЕРС», 2011.
3. Колесов С.В., Жуков А.П., Шехтман Г.А. Способ вибрационной сейсморазведки // Патент РФ №2593782, опубл. 10.08.2016.
4. Костицын В.И. Методы повышения точности и геологической эффективности детальной гравиразведки // Пермь, 2002. - 224 с.
5. Кострыгин Ю.П. Сейсморазведка на сложных сигналах // Тверь, изд-во ГЕРС, 2002,416 с.
6. Хайкин С.Э. Физические основы механики // «Наука», 1971.
7. Череповский А.В. Сейсморазведка с одиночными приемниками и источниками: обзор современных технологий и проектирование съемок // Тверь, ООО «Издательство ГЕРС», 2012.-134 с.
8. Komeev Valeri Resonant seismic emission of subsurface objects // Geophysics, vol. 74, 2, 2009, P. T47-T53.