СПОСОБ ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ
METHOD OF VIBRATIONAL SEISMIC SURVEY

Изобретение относится к геофизическим методам исследования геологической среды и предназначено, главным образом, для поисков и разведки месторождений нефти и газа.
Вибрационная сейсморазведка (вибросейсморазведка) основывается на протяженном во времени возбуждении колебаний, которое может быть реализовано в виде квазигармонических переменных по частоте нагрузок, при которых точки среды совершают вынужденные колебания в соответствии с частотой приложения внешней нагрузки. Особенности применяемых в вибросейсморазведке нагрузок приводят к тому, что на полевых записях не выделяются отдельные волновые пакеты, соответствующие определенным физическим границам. Для их выделения и прослеживания необходимы корреляционная обработка данных, которая предусматривает нахождение степени сходства между посылаемым в землю и зарегистрированными сигналами, или деконволюционная обработка полученных записей для их временного сжатия.
Стремление сократить продолжительность наблюдений при работе с невзрывными источниками непрерывных колебаний привело к разработке технологий в скважинной и наземной сейсморазведке, позволяющих одновременно регистрировать сейсмические колебания, возбуждаемые источниками, существенно разделенными между собой в пространстве. Это позволяет значительно ускорить проведение работ, а также тем самым исключить искажающее влияние погодных и сезонных факторов, имеющих место при последовательной, а не одновременной  работе источников колебаний.
Известен способ обращенного вертикального сейсмического профилирования, в котором в качестве источника упругих колебаний используют работающее буровое долото, а колебания регистрируют сейсмоприемниками, расположенными в приповерхностной зоне (Михальцев и др., 1993). В этом способе опорный сигнал регистрируют датчиками, расположенными в верхней части бурильных колонн. Одновременно регистрируют в виде суммарной записи колебания, возбуждаемые в различных скважинах. После этого путем формирования ФВК с каждым из опорных сигналов выделяют объемные волны, возбуждаемые долотом в каждой из бурящихся скважин. Основным ограничением данного способа, в котором возбуждаются и регистрируются квазислучайные процессы, является его привязанность к бурящимся скважинам и изучению лишь околоскважинного пространства.
Известны псевдослучайные шумоподобные сигналы, формируемые наземными источниками. Они характеризуются практически равномерным спектром в пределах определенной полосы частот и различными значениями амплитуд, определяемыми характеристиками источника колебаний. Колебания, воздействующие на среду и зарегистрированные в течение заданного времени, принимаются в качестве опорных сигналов для последующей корреляции. Недостатки в работе источников шумоподобных сигналов проявляются при одновременной работе разных источников: на сигналы, выделяемые из суммарной записи опорным сигналом, полученным от каждого из таких источников, накладывается довольно высокий фон корреляционных помех (Жуков и др., 2011).
Известные в технике искусственно управляемые процессы возбуждения колебаний с одновременной записью суммарных колебаний, разделяемых затем также путем формирования ФВК с опорным сигналом, имеют существенные принципиальные и практические ограничения. Так, при вибросейсморазведке с так называемыми «ортогональными» свипами практически используются лишь две группы источников колебаний, одна из которых излучает свип с увеличением частоты возбуждаемых колебаний (upsweep), а другая - с понижением частоты (downsweep) (Жуков и др., 2011).
Наиболее близким по сущности (прототип) является способ вибрационной сейсморазведки, получивший широкую известность в мире под названием "Slip Sweep" (скользящий свип (СС)), в котором используют несколько групп виброисточников, которые работают последовательно одна за другой с частичным перекрытием излучаемых сигналов (Rozemond, 1996). Время от начала излучения одной группы виброисточников до начала излучения следующей группы сопоставимо с длительностью полезного сигнала сейсмической записи. Тем самым значительно повышается производительность работ, сокращаются сроки их выполнения и снижается стоимость. При обработке результатов наблюдений требуется разделить волновые поля, связанные с различными пунктами возбуждения (ПВ). В исходных данных они присутствуют в виде интерференционной записи.
Интерференция сигналов на виброграммах, полученных методом СС, приводит к появлению специфической помехи: при переходе от виброграмм к коррелограммам корреляционные шумы, связанные с вступлениями волн от следующей группы, накладываются на полезные отражения, вызванные работой предыдущей группы виброисточников. Это создает специфическую гармоническую помеху, присущую методике СС, которая на коррелограммах, полученных в результате традиционных вибросейсмических наблюдений, отсутствует. Существенно, что уровень помехи возрастает по мере того, как временной цикл отработки сейсмических пикетов приближается ко времени прослушивания (Кострыгин, 2014). Изучение природы данной помехи привело к выводу о том, что она обусловлена присутствием на виброграммах цуга поверхностных волн, и ее модель можно вычесть на этапе обработки путем соответствующего прогнозирования данной помехи (Денисов, Шалашников, 2011).
Методика СС получила большое признание вследствие высокой ее производительности. Поэтому значительные усилия были направлены на устранение ее основного недостатка - недостаточно высокой помехоустойчивости (Fleure Т., 2002; Moerig R, 2007; Shang Yongsheng te al., 2011). Пользователи методики СС указывают еще на один ее недостаток. Дело в том, что работа в режиме методики СС - это работа в «конвейерном» режиме в среде потоковой информации при безостановочной регистрации данных. При безостановочной регистрации визуальный контроль оператора сейсмокомплекса за качеством данных существенно ограничен. Какой-либо сбой может привести к массовому браку или остановке работ.
Цель предлагаемого изобретения - повышение эффективности вибрационной сейсморазведки при одновременной регистрации колебаний от разных виброисточников.
Поставленная цель достигается тем, что в способе вибрационной сейсморазведки, включающем формирование опорного сигнала, управление при помощи опорного сигнала излучением сейсмических колебаний виброисточником, одновременную регистрацию записей колебаний и взаимную корреляцию или деконволюцию записей с опорным сигналом, опорный сигнал разбивают на фрагменты, соизмеримые между собой по продолжительности, которая на два порядка меньше продолжительности опорного сигнала, компонуют фрагменты при помощи датчика случайных чисел в новый опорный сигнал, при помощи которого управляют излучением источника и используют его для взаимной корреляции или деконволюции записей. В одном из воплощений способа новый опорный сигнал формируют раздельно для каждого из источников, предназначенных для одновременного излучения колебаний.
По сравнению с прототипом предлагаемый способ вибрационной сейсморазведки в соответствии с изобретением характеризуется такими существенными отличиями:
- излучения разных групп виброисточников осуществляются одновременно, а не со сдвигом во времени, при этом способ формирования опорных сигналов для каждой из групп исключает появление корреляционных помех, присущих прототипу;
- способ преобразования исходного опорного сигнала в несколько опорных сигналов обеспечивает свипы, близкие по спектральному составу, но слабо коррелируемые между собой;
- производительность у предлагаемого способа оказывается выше, чем у прототипа, при этом не требуется осуществлять никаких сдвигов в начале излучения одной группы виброисточников относительно другой;
- операторы сейсмокомплексов могут осуществлять контроль качества получаемых записей в привычном для них режиме, предупреждая тем самым любые сбои, которые могут привести к массовому браку или остановке работ.
Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.
Практически единственный путь повышения эффективности вибросейсмических наблюдений состоит в ускорении процесса проведения работ путем обеспечения одновременной работы виброисточников, расположенных на различных пунктах возбуждения (ПВ). Речь при этом не идет о накапливании сигналов, которое в устаревших технологиях достигалось путем группирования источников, расположенных на одном и том же ПВ, либо путем многократных воздействий при фиксированном положении приемников и источников. Системы многократных перекрытий с большой кратностью накапливания попутно решают, как известно, и проблему повышения отношения сигнал/помеха.
Для того чтобы намеченные для одновременной работы источники являлись в итоге как бы независимыми, они должны управляться существенно различными опорными сигналами, которые слабо коррелируют между собой. Тем самым будет обеспечена возможность из суммарной виброграммы, полученной от различных виброисточников, работающих одновременно, выделять именно ту запись, которая связана с каждым из источником (или группой источников, расположенных на определенном ПВ). Такие опорные сигналы в предлагаемом способе формируются из одного и того же исходного опорного сигнала, являющегося оптимальным для данного диапазона частот и для конкретных сейсмогеологических условий. Путем перекомпоновки фрагментов опорного сигнала в виде новой последовательности, приписываемой каждому из ПВ, получают ряд опорных сигналов, число которых соответствует числу ПВ, на которых расположены одновременно работающие виброисточники. При этом не имеет значения тот факт, что в пределах ПВ может находиться несколько идентичных источников: от одного и того же опорного сигнала они будут запускаться известными способами.
Способ осуществляют следующим образом.
Управляющий опорный сигнал, обоснованно выбранный исходя из рабочей полосы частот и сейсмогеологических условий участка работ, или зарегистрированный внутри среды при возбуждении колебаний виброисточником, разбивают на соизмеримые между собой по продолжительности фрагменты. Количество этих фрагментов берут таким, чтобы продолжительность фрагмента во времени была на два порядка меньше, чем продолжительность свипа. Эти фрагменты для каждого ПВ затем перекомпоновывают в случайном порядке, который определяют при помощи датчика случайных чисел. Ясно, что при количестве фрагментов, равном числу n, можно путем их перекомпоновки составить число опорных сигналов, равное n! (числу перестановок). Квазислучайная последовательность порядковых номеров интервалов исходного опорного сигнала для разных ПВ получается разной в силу различных стартовых значений датчика случайных чисел.
Таким образом, из одного и того же исходного опорного сигнала формируют разные опорные сигналы (свип-сигналы). Эти новые свип-сигналы используют для управления виброисточниками, а затем - для сжатия виброграмм в импульсную форму. Это сжатие можно осуществить двумя способами: путем формирования ФВК виброграмм со свип-сигналом или путем деконволюции виброграмм при помощи обратного фильтра, который рассчитывают по свип-сигналу, который в предлагаемом способе для каждого ПВ берут отличающимся от свип-сигналов для других ПВ. Использование деконволюции, а не корреляции со свип-сигналом, предпочтительнее, поскольку при этом в большей степени увеличивается относительная интенсивность высокочастотных компонент спектра, а следовательно, и разрешающая способность способа.
Различие условий возбуждения на разных ПВ приводит к необходимости использовать не один исходный опорный сигнал, а свой исходный сигнал для каждого ПВ. Этот опорный сигнал в соответствии с предлагаемым изобретением преобразовывают в квазислучайный сигнал, который для каждого ПВ получают при помощи датчика случайных чисел, задавая для каждого из ПВ свое стартовое значение датчика. Исходные опорные сигналы для каждого из ПВ целесообразно получать путем регистрации вибросигнала внутри среды (Жуков, Шехтман, 2015). При проведении работ методом ВСП одновременное возбуждение колебаний с разных ПВ позволяет не только ускорить работы, сократив время на задалживание скважины. Одновременная отработка скважины с разных ПВ, расположенных в существенно различных азимутах, позволяет определять пространственную ориентацию содержащихся в зонде трехкомпонентных расстановок сейсмоприемников.
Предлагаемый способ опробован в лабораторных и полевых условиях. Сравнение функции автокорреляции опорного свип-сигнала и функции взаимной корреляции опорных псевдослучайных сигналов, полученных из исходного свип-сигнала путем перекомпоновки его фрагментов при помощи датчика случайных величин, показало, что максимальные значение ФВК находятся на уровне шумов (слабых побочных максимумов) функции автокорреляции. Это свидетельствует о высокой помехоустойчивости предлагаемого способа.

Способ включен в разработанную в ООО «Геофизические системы данных» технологию широкополосной регистрации сейсмических данных на основе системы управления виброисточниками типа GDS-2.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Денисов М.С., Шалашников А.В. Способ подавления помех на коррелограммах, полученных при использовании высокопроизводительной схемы наблюдений Slip-Sweep // «Геомодель-2011» - 13ая конференция по проблемам комплексной интерпретации геолого-геофизических данных. Россия, г. Геленджик, 11-15 сентября 2011 г.
2. Жуков А.П., Колесов С.В., Шехтман Г.А., Шнеерсон М.Б. Сейсморазведка с вибрационными источниками // Тверь, ООО «Издательство ГЕРС», 2011. - 412 с.
3. Жуков А.П., Шехтман Г.А. Способ вибрационной сейсморазведки // Патент РФ №2562748, опубликован 10.09.2015.
4. Кострыгин Ю.П. Вибросейсмический и кодоимпульсный способы сейсмической разведки // Краснодар: Просвещение-Юг, 2014. - 494 с.
5. Мижальцев А.В., Шехтман Г.А., Федотов С.А. Способ обращенного вертикального сейсмического профилирования // Патент РФ №2066469, опубликован 10.09.1996.
6. Fleure Т., 2002, Method of reducing harmonic interference while using overlapping source point seismic recording techniques // Патент США №6418079.
7. Moerig R., 2007, Method of harmonic noise attenuation in correlated sweep // Патент США №7260021.
8. Mougenot D., Boucard D. How technology drives high-productivity vibroseis: a historical perspective // Geophysical Prospecting, 2012, 60, 602-607.
9. Shang Yongsheng, Wang Changhui, Zhang Mugang, 2011, A method for harmonic noise elimination in slip sweep data // SEG San Antonio 2011 Annual Meeting.
10. Rozemond H.J., 1996, Slip-sweep acquisition // 66th SEG Meeting, Denver, Colorado, Expanded Abstracts, 64-67.