СПОСОБ УСТРАНЕНИЯ ИСКАЖАЮЩЕГО ВЛИЯНИЯ ВЕРХНЕЙ ЧАСТИ РАЗРЕЗА В СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ
METHOD OF ELIMINATING DISTORTION NEAR-SURFACE EFFECTS IN SEISMIC PROSPECTING

Изобретение относится к сейсмической разведке и предназначено для устранения искажающего влияния верхней части разреза (ВЧР) в сейсморазведке на основе микросейсмокаротажа скважин с изучением динамики прямой волны, определения плотности пород в процессе бурения, фильтрации наблюденных сейсмозаписей фильтром, свойства которого определяются строением ВЧР.
В сложившейся практике сейсморазведочных работ для устранения искажающего влияния ВЧР на сейсмическую запись определяют каким-либо из известных способов статические поправки, затем в зарегистрированные сейсмозаписи вводят равные статическим поправкам временные сдвиги.
1
Широко применяется в практике сейсморазведочных работ способ устранения искажающего влияния верхней части разреза в сейсморазведке на основе определения статических поправок по методу преломленных волн (Сейсморазведка: справочник геофизика. В двух книгах / Под ред. В.П.Номоконова. Книга вторая. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1990, с.306-309). Чаще наблюдения этим методом основаны на регистрации только первых вступлений; взрывы производятся в небольших шурфах (0.5 м) либо в скважинах глубиной порядка 2 м. Как правило, схема наблюдений состоит из прямого и обратного годографов с пунктами взрывов на расстоянии 1, которое определяется примерно из условия, что волны со скоростью, равной скорости в коренных породах (V), будут регистрироваться в первых вступлениях на расстояниях не далее , откуда
0
где h - мощность зоны малых скоростей;
0
(V - средняя скорость в зоне малых скоростей).
Обычно используется неравномерная расстановка сейсмоприемников с расстояниями возле пунктов взрыва 1-2 м, которые затем ступенеобразно увеличиваются до 10-20 м в средней части интервала. В сложных условиях применяется равномерная расстановка (через 3-5 м), что облегчает прослеживание отдельных волн в области первых вступлений. При большой по мощности многослойной зоне схема наблюдений усложняется системой нагоняющих годографов.
Обработка материалов МПВ с целью определения статических поправок чаще всего производится приближенным способом встречных прямолинейных годографов. Наблюденные годографы осредняются отрезками прямых. Скорость в первом слое вычисляется по угловому коэффициенту годографа прямой волны. Скорости во втором и последующих слоях определяются по угловым коэффициентам преломленных волн с привлечением данных о скорости в первом слое. Используя длины отрезков, отсекаемых продолжениями годографов преломленных волн на оси времен, и вычисленные скорости, рассчитывают эхо-глубины до преломляющих границ. По эхо-глубинам и скоростям находят значения статических поправок.
Основные недостатки МПВ сводятся к следующему: на малых расстояниях первыми к сейсмоприемникам приходят звуковые волны, отличающиеся обратной полярностью и затрудняющие прослеживание прямой волны; в зимнее время корреляцию первых вступлений затрудняет волна, распространяющаяся в верхнем промерзшем слое, которая характеризуется повышенной частотой и неустойчивой полярностью; полевая система характеризуется относительной сложностью и, как следствие, полевые работы - трудоемки; затруднена разработка оптимальных полевых систем, так как метод предусматривает регистрацию прямой и различных преломленных волн, оптимальные условия приема которых существенно различны; разработанные технологии обработки материалов МПВ основаны на предположении о горизонтальном залегании дневной поверхности, что в большинстве случаев не выполняется и в результате при вычислении статических поправок возникают существенные погрешности; получаемые данные не позволяют компенсировать искажения формы и спектра сейсмического импульса, возникающие за счет фильтрующих свойств ВЧР.
набл
в
Наиболее близким к заявляемому способу является способ устранения искажающего влияния верхней части разреза в сейсморазведке на основе определения статических поправок микросейсмокаротажем, предусматривающим бурение скважины с глубиной, превышающей мощность ВЧР (Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн / Пузырев Н.Н., Тригубов А.В., Бродов Л.Ю. и др. - М.: Недра, 1985, с.144-145). На практике применяется в основном обращенный каротаж (в скважине производят взрывы, а регистрацию колебаний ведут на дневной поверхности). Для регистрации вблизи устья скважины располагают один или два (для дополнительного контроля результатов) сейсмоприемника. Наблюденные времена регистрации прямой волны (t) пересчитывают в вертикальные времена (t) по формуле:
в
где h - глубина взрыва; S - истинный путь волны; α - угол отклонения сейсмического луча от вертикали за счет возможного несовпадения положения регистрирующего сейсмоприемника и устья скважины. По значениям t и h строят вертикальный годограф, который осредняют ломаной линией. Наклон каждого ее звена характеризует пластовую скорость для соответствующего интервала глубин
Используя значения пластовых скоростей и глубин вычисляют статические поправки
1
i
где n - количество слоев пород выше линии приведения; Δh, V - мощность i-го слоя и скорость в нем упругой волны.
Получаемые с помощью микросейсмокаротажа данные о ВЧР характеризуются наибольшей точностью. Недостатком МСК является то обстоятельство, что на его основе можно исправлять лишь времена вступления волн. Между тем, на практике коррелируют не моменты вступления, а динамически выраженные фазы сейсмических импульсов, искажения временного положения которых за счет прохождения волн верхней части разреза по данным МСК не корректируются. В результате возникают ошибки при определении глубин отражающих горизонтов. Кроме того, данные МСК не позволяют устранять искажения формы и спектральных характеристик сейсмических импульсов, в то время как указанные характеристики лежат в основе прогнозирования литологического состава пород, их физических свойств, неструктурных залежей углеводородов и других задач поисков и разведки полезных ископаемых.
Задачей изобретения является разработка способа более полного устранения искажающего влияния верхней части разреза на данные сейсморазведки, повышение точности и достоверности ее результатов.
Технический результат заключается в повышении точности определения и учета вносимых неоднородностями верхней части разреза временных сдвигов и исправлении возникающих в ней искажений формы и спектра сейсмических импульсов.
Поставленная задача достигается тем, что в способе устранения искажающего влияния верхней части разреза в сейсморазведке на основе определения статических поправок микросейсмокаротажом скважин дополнительно в процессе бурения отбирают образцы пород, для отобранных образцов определяют плотности пород, измеряют амплитуды прямых волн от различных источников вплоть до кровли высокоскоростных коренных пород ВЧР, по наблюденным амплитудам прямых волн определяют коэффициент затухания упругих колебаний в зоне малых скоростей
0
H
О
П
где А и А - амплитуда прямой волны при расположении источника вблизи дневной поверхности и на глубине залегания кровли коренных пород Н, вычисляют коэффициенты отражения (К) и прохождения (К) для границы, соответствующей кровле коренных пород
1
1
2
2
k
п
где σ, V и σ, V - значения скоростей и плотностей над и под кровлей коренных пород соответственно, рассчитывают запаздывания времен прихода кратных волн в зону интерференции под кровлей коренных пород ВЧР (t) относительно времени прихода прямой волны (t)
pr
k
где k - параметр кратной волны (количество актов отражения от кровли коренных пород), определяют амплитуды прямой (А) и образующихся в интервале разреза дневная поверхность - кровля коренных пород кратных волн (А) в зоне интерференции под кровлей коренных пород ВЧР
k
(t)
рr
1
2
n
k
(f)
(в формуле для вычисления А учтено изменение полярности импульсов вследствие того, что при каждом дополнительном акте отражения от дневной поверхности знак инвертируется), формируют импульсную характеристику фильтра F, описывающего фильтрующие свойства верхней части разреза на сейсмическую запись, являющуюся последовательностью единичных импульсов с амплитудами, равными амплитудам однократной и кратной волн А, А, А … А, распределенных во времени так, что вступлению импульса однократной волны соответствует время t=0, а последующие импульсы отстоят от начала отсчета на расстоянии t, к сформированной импульсной характеристике фильтра применяют прямое преобразование Фурье, в результате чего получают его комплексную частотную характеристику S
(f)
(f)
-1
где j - мнимая единица, фильтруют наблюденную сейсмическую запись фильтром, частотная характеристика которого S  является обратной по отношению к S функцией.
В результате проведенного поиска известных решений с данной совокупностью признаков не обнаружено. За счет выполнения отличительных операций в способе - отбора в процессе бурения образцов пород, определения для отобранных образцов плотности пород, измерения амплитуд прямых волн от различных источников вплоть до кровли высокоскоростных коренных пород ВЧР, определения по наблюденным амплитудам прямых волн коэффициента затухания упругих колебаний в зоне малых скоростей, вычисления времен прихода и интенсивностей прямой и образующихся в зоне малых скоростей кратных волн в зоне интерференции под кровлей коренных пород ВЧР, расчета по вычисленным временам прихода, а также интенсивностям прямой и кратных волн характеристик фильтра, описывающего воздействие ВЧР на проходящие сейсмические волны, фильтрации наблюденных сейсмозаписей фильтром, обратным рассчитаному, возможно не только исправление времени вступления упругих волн, но и коррекция временного положения экстремумов импульсов, их формы, характеристик спектра. Кроме того, устраняется эффект растяжения сейсмического импульса, возникающий за счет регистрации в его хвостовой части кратных волн, образующихся в разрезе выше зоны интерференции.
1
2
1
2
3
3
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена система наблюдения заявляемым способом и лучевая схема прямой и кратной волн: 1 - сейсмоприемник; 2 - источник; 3 - луч прямой волны; 4 - луч обратной волны; 5 - зона интерференции; на фиг.2 - изменение формы импульсного сигнала при двукратном прохождении двухслойной ВЧР при значениях скоростей V=600 м/с, V=1800 м/с и плотностей σ=1.65 г/см и σ=2.14 г/см: А - форма исходного импульса; В, С, D - форма импульса после прохождения ЗМС мощностью 5, 10 и 20 м соответственно; фиг.3 - примеры восстановления формы сигнала после прохождения ВЧР предложенным способом при наличии ошибок в данных для расчета обратного фильтра: 1 - форма исходного сигнала; 2 - форма восстановленного сигнала; I, II - варианты ошибочного задания скорости в первом слое и коренных породах соответственно; ΔV - абсолютная погрешность задания скорости; КК - коэффициент корреляции для исходного и восстановленного сигнала; фиг.4 - результаты анализа эффективности предложенного способа на тонкослоистой сейсмогеологической модели ВЧР для профиля 175 (Саратовское Заволжье): А - сейсмогеологическая модель; В - графики преобладающего периода (Т) и амплитуды (А) для импульса проходящей волны; С - графики преобладающего периода (Т) и амплитуды (А) для импульса проходящей волны после коррекции его формы предложенным способом.
набл
в
Способ осуществляется следующим образом: бурят скважину с глубиной, превышающей мощность ВЧР, в процессе бурения отбирают образцы пород, для отобранных образцов определяют плотности пород (σ), помещают вблизи устья скважины на дневной поверхности приемник сейсмических колебаний, производят в скважине взрывы с шагом по стволу скважины 2-5 м (чем сложнее строение разреза, тем шаг меньше), регистрируют сейсмическую запись с сохранением ее динамических особенностей (без применения автоматической регулировки усиления и фильтрации), измеряют времена пробега прямой волны (t) от помещенных в скважину источников к приемнику сейсмических колебаний, наблюденные времена регистрации прямой волны (t) пересчитывают в вертикальные времена (t)
в
где h - глубина взрыва; S - истинный путь волны; α - угол отклонения сейсмического луча от вертикали за счет возможного несовпадения положения регистрирующего сейсмоприемника и устья скважины. По значения t и h строят вертикальный годограф, который осредняют ломанной линией. Наклон каждого ее звена характеризует пластовую скорость на соответствующем интервале глубины
по годографу определяют глубину залегания (Н) кровли коренных пород, которые характеризуются скоростью, превышающей 1500 м/с, определяют амплитуды прямых волн от различных источников вплоть до кровли коренных пород, по наблюденным амплитудам прямых волн определяют коэффициент затухания продольных волн α в зоне малых скоростей, отвечающей интервалу разреза от дневной поверхности до кровли коренных пород
0
Н
О
П
где А и А - амплитуда прямой волны при расположении источника вблизи дневной поверхности и на глубине Н, вычисляют коэффициент отражения (К) и прохождения (К) через сейсмическую границу, соответствующую кровле коренных пород ВЧР
1
1
2
2
п
п
где σ, V и σ, V - значения скоростей и плотностей над и под кровлей коренных пород соответственно, вычисляют в зоне интерференции время прихода (t) и интенсивность (А) прямой волны, распространяющейся от источника, расположенного вблизи поверхности
k
k
а также времена прихода (t) и амплитуды (А) кратных волн с учетом изменения полярности импульсов вследствие того, что при каждом дополнительном акте отражения от дневной поверхности происходит инверсия полярности
(t)
П
1
2
k
(f)
где k - параметр кратной волны, равный количеству актов отражения от кровли коренных пород, формируют импульсную характеристику фильтра F, описывающего фильтрующие свойства верхней части разреза на сейсмическую запись, и являющуюся последовательностью единичных импульсов с амплитудами, равными амплитудам однократной и кратной волн A, А и А …, распределенных во времени так, что вступлению импульса однократной волны соответствует время t=0, а последующие импульсы отстоят от начала отсчета на расстоянии t, к сформированной импульсной характеристике фильтра применяют прямое преобразование Фурье, в результате чего получают его комплексную частотную характеристику S
(f)
(f)
-1
устраняют искажающее влияние ВЧР путем фильтрации наблюденной сейсмической записи фильтром, частотная характеристика которого S  является обратной по отношению к S функцией.
1
2
На фиг.1 изображена система наблюдения заявляемым способом, а также лучевая схема прямой и кратных волн для двухслойной ВЧР с горизонтальным залеганием кровли коренных пород. Такая модель чаще всего используется в практике сейсморазведочных работ, так как на волновое поле в верхней части разреза определяющее влияние оказывают две границы: кровля коренных пород и дневная поверхность. Пример результатов расчетов формы импульсного сигнала при его распространении в такой ВЧР представлены на фиг.2. При вычислениях использовались наиболее распространенные значения скорости в первом слое V=600 м/с, во втором - V=1800 м/с. Толщина первого слоя составляла 5, 10 и 20 м. Анализ результатов расчетов показывает, что искажения формы исходного сигнала за счет фильтрующих свойств ВЧР весьма велики, особенно при малых толщинах первого слоя (см. фиг.2В). Во всех проанализированных случаях меняются временные положения точек экстремумов, а также соотношение их интенсивностей. Кроме того, на сейсмозаписи появляются дополнительные экстремумы, которые отсутствовали на исходном сигнале (ср., например, фиг.2А и 2С). Заметно меняются видимые периоды колебаний.
Возможности восстановления формы исходного сигнала предлагаемым способом иллюстрируются фиг.3, где показаны примеры восстановления формы сигнала при толщине первого слоя 5 м. Учитывая то обстоятельство, что на практике скоростные и плотностные характеристики могут определяться со значительными погрешностями, восстановление формы сигнала осуществлялось при задании ошибок в данных для расчета обратного фильтра. То есть моделировались ситуации, которые могут встретиться в реальных условиях производства сейсморазведочных работ. Предполагалось, что с погрешностями могут характеризоваться скорости как в первом, так и во втором слоях, причем эти погрешности могут быть знакопеременными и составлять 20% и более. Визуальный анализ качества восстановления исходного сигнала подкреплялся вычислением и анализом количественной оценки - коэффициента корреляции (КК) между исходным и скорректированными сигналами. Согласно фиг.3 расхождения между исходным и скорректированными сигналами невелики и не превышают величины 8%. Коэффициенты корреляции варьируют от 0.991 до 0.999, что также свидетельствует о весьма высокой эффективности предложенного способа устранения искажающего влияния ВЧР. Так, после восстановления формы сигнала практически полностью исчезли фазовые искажения (ср. фиг.2 и фиг.3).
Фиг.4 содержит в графическом виде результаты анализа тонкослоистой ВЧР для реального сейсмического профиля МОГТ №175 (Саратовское Заволжье). Сведения о строении ВЧР получены по данным детального анализа микросейсмокаротажа, выполненного с повышенной детальностью наблюдений 1 точка на 1 пог. км профиля. Как следует из фиг.4А, строение ВЧР для профиля №175 является сложным. Отмечаются значительные перепады альтитуд рельефа дневной поверхности (до 20 м на 3 км), наличие нескольких, причем криволинейных, границ раздела пород с существенно различными скоростями распространения волн и плотностями, линзовидные локальные объекты, выклинивания толщ и др.
В рассматриваемом случае для профиля МОГТ №175 анализировались две характеристики сейсмозаписи: преобладающий период (Т) и амплитуда (А) импульса проходящей через верхнюю часть разреза продольной волны. Сложное строение ВЧР профиля №175 определило непостоянство характеристик прошедших через эту часть разреза волн. На приведенных графиках преобладающего периода и амплитуды волны, отраженной от границы раздела, расположенной ниже кровли коренных пород (см. фиг.4В), отмечаются резкая изменчивость, высокоамплитудные разнополярные экстремумы.
Исправление сейсмической записи предложенным способом привело к практически полному устранению генетически связанных с неоднородностями ВЧР высокоамплитудных аномалий Т и А, более чем в 20 раз уменьшило дисперсию анализируемых характеристик (см. фиг.4С).
Таким образом, совокупность всех перечисленных признаков предложенного способа позволяет достичь повышения точности определения вносимых неоднородностями ВЧР временных сдвигов при сейсморазведке глубинных интервалов разреза, в разы уменьшает возникающие в ней искажения формы, а следовательно и спектра сейсмических импульсов волн, образующихся на глубокозалегающих границах раздела пород в сложных поверхностных сейсмогеологических условиях.