Способ вибрационной сейсморазведки
VIBRATION SEISMIC SURVEY METHOD

Изобретение относится к геофизическим методам исследования геологической среды и предназначено для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, а также для инженерно-геофизических исследований в условиях суши.
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 [Жуков А.П., Колесов С.В., Шехтман Г.А., Шнеерсон М.Б. Сейсморазведка с вибрационными источниками. Тверь, 2011. 412 с].
Взаимная корреляция опорного сигнала (свип-сигнала) с виброграммами приводит к формированию нуль-фазовых коррелограмм, являющихся по существу результатами свертки автокорреляции свип-сигнала с импульсной сейсмограммой. Импульсам отраженных волн на коррелограмме в идеальном случае соответствуют нуль-фазовые симметричные импульсы, главные экстремумы которых регистрируются на временах вступлений волн. При этом побочные экстремумы сильных отражений могут накладываться на импульсы более слабых отражений, в результате чего разрешенность полученных записей становится невысокой. Достичь более высокой разрешенности удается путем применения деконволюции вместо взаимной корреляции либо путем применения деконволюции после взаимной корреляции (Brittle K.F., Lines L.R. and Dey А.K., 2001, Vibroseis deconvolution: a comparison of cross-correlation and frequency-domain sweep deconvolution, Geophysical Prospecting, 49, 675-686; Шехтман Г.А., Кузнецов B.M. Деконволюция виброграмм ВСП - альтернатива корреляционной обработке или ее подспорье?// Технологии сейсморазведки, №2, 2005, 80-85).
Применение в известных способах обработки деконволюции непосредственно к виброграмме или к коррелограмме оказывается не вполне эффективным из-за того, что подвергающиеся деконволюции записи являются нуль-фазовыми. К примеру, для того, чтобы винеровская предсказывающая деконволюция, нацеленная на подавление кратно отраженных волн, работала достаточно эффективно, на ее вход следует подавать минимально-фазовый, а не нуль-фазовый, сигнал.
Известен способ деконволюции вибросейсмического сигнала, в котором вместо взаимной корреляции или в дополнении к ней используют деконволюцию, на вход которой подают записи, преобразованные в минимально-фазовую форму (Trantham Е.С., 1995, Seismic vibrator signature deconvolution, US Patent №5400299).
Недостатки известного способа состоят в том, что в среду виброисточниками излучается нуль-фазовый сигнал, сформированный при помощи нуль-фазового свип-сигнала без учета реальных условий возбуждения, поэтому реальный сигнал, претерпевший искажения непосредственно в процессе возбуждения колебаний, не позволит после формирования взаимнокорреляционной функции с виброграммой достичь высокой разрешенности коррелограмм.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ вибрационной сейсморазведки, который включает возбуждение и регистрацию непрерывных сигналов, а также последующую взаимную корреляцию или деконволюцию полученных записей с использованием опорного сигнала, регистрируемого в приповерхностной зоне или в скважине. В этом способе колебания возбуждают при помощи свип-сигнала, в качестве которого берут исходный свип-сигнал, преобразованный в минимально-фазовый сигнал. Возбуждение минимально-фазового, а не нуль-фазового, сигнала позволяет, по мнению авторов способа, регистрировать непосредственно минимально-фазовые виброграммы, которые затем подают на вход винеровского фильтра.
Недостатки известного способа состоят в следующем:
- Если даже сейсмический импульс является минимально-фазовым, то фазовые спектры фильтров могут быть ошибочными, в результате чего разрешенность результирующих сейсмических записей оказывается ниже, чем при вибросейсморазведке с широкополосными нуль-фазовыми импульсами (Berkhout, 1977).
- Использование сигнала, регистрируемого в приповерхностной зоне или в скважине, для коррекции свип-сигнала перед повторным возбуждением сейсмических колебаний не разделяет влияния непосредственно условий возбуждения и влияния среды, через которую распространяется сигнал от источника к точке приема. В результате этого не обеспечиваются условия для формирования широкополосного сигнала непосредственно в виброисточнике.
- Излучение в среду минимально-фазового сигнала не гарантирует регистрации такого же сигнала в точке приема из-за влияния процессов затухания и интерференционного рассеяния. В результате в точке приема может быть зарегистрирован не минимально-фазовый, а смешанно-фазовый сигнал.
Цель предлагаемого изобретения - расширение функциональных возможностей вибрационной сейсморазведки.
Поставленная цель достигается тем, что в способе вибрационной сейсморазведки, включающем возбуждение непрерывных сейсмических колебаний при помощи опорного свип-сигнала, генерируемого виброисточником, регистрацию колебаний сейсмоприемниками, расположенными в приповерхностной зоне, коррекцию свип-сигнала, повторное возбуждение колебаний с использованием свип-сигнала после его коррекции и взаимную корреляцию сейсмических записей со свип-сигналом, коррекцию свип-сигнала проводят при помощи обратного фильтра, сформированного по амплитудным и фазовым спектрам сигналов, регистрируемых от сейсмоприемников, жестко прикрепленных к реактивной массе виброисточника и его опорной плите. Взаимную корреляцию записей проводят с исходным свип-сигналом. В одном из вариантов предлагаемого способа по спектрам опорного сигнала и сигнала, регистрируемого сейсмоприемником, расположенным на опорной плите виброисточника, определяют упругие свойства горных пород, расположенных под опорной плитой, и по этим свойствам разбивают исследуемую территорию на участки однородности, каждый из которых характеризуется одинаковыми условиями возбуждения колебаний. Кроме того, при разбиении исследуемой территории на участки однородности при помощи предлагаемого способа в пределах каждого из выделенных участков однородности возбуждение колебаний осуществляют одним и тем же свип-сигналом, характеристики которого определяют в любой из точек возбуждения.
По сравнению с аналогами и прототипом предлагаемый способ вибрационной сейсморазведки характеризуется следующими существенными отличиями:
- В среду виброисточником излучаются непрерывные упругие колебания, не искаженные условиями возбуждения в окрестности источника колебаний. Достигается это при помощи коррекции свип-сигнала за условия возбуждения виброисточника.
- В отличие от способов адаптивной сейсморазведки, последующая сейсмическая запись не искажается, поскольку настройка обратного фильтра осуществляется не по этой части записи, а по сигналам, регистрируемым непосредственно на узлах виброисточника - реактивной массе и опорной плите.
- При проведении работ по инженерной сейсморазведке записей, полученных от сейсмоприемников, закрепленных непосредственно на реактивной массе и опорной плите виброисточника, достаточно для выявления границ между участками, характеризующимися одинаковыми условиями возбуждения, а следовательно, и одинаковым строением приповерхностной части разреза.
Рассмотрим детальнее суть предлагаемого способа.
При возбуждении непрерывных сейсмических колебаний виброисточником свип-сигнал, т.е. опорный электрический сигнал, является нуль-фазовым по определению. Однако при его воздействии посредством реактивной массы и опорной плиты на окружающую среду он становится смешанно-фазовым. В результате этого взаимная корреляция виброграмм с исходным свип-сигналом будет далека от той теоретической коррелограммы, которую обычно хотят видеть сейсморазведчики на практике. Кроме того, из-за различий исходного свип-сигнала и регистрируемого сигнала разрешающая способность вибросейсморазведки существенно ограничена. Если же провести коррекцию свип-сигнала при помощи обратного фильтра, который учтет искажающее влияние условий возбуждения, то скорректированный свип-сигнал станет более близким к сигналу, в котором скомпенсированы искажения, обусловленные условиями возбуждения колебаний..
Исследовать различия электрического свип-сигнала и реального сигнала, излучаемого виброисточником, можно путем регистрации сигналов сейсмоприемниками, жестко прикрепленными к реактивной массе виброисточника и к его опорной плите. Амплитудный и фазовый спектры этих сигналов позволяют однозначно оценить искажения свип-сигнала, обусловленные влиянием присоединенной массы, расположенной непосредственно под опорной плитой виброисточника (Колесов, Жуков, 2015).
Учет условий возбуждения при коррекции свип-сигнала позволяет повторно излучать в среду сигнал, свободный от искажений в точке установки виброисточника. В результате этого при повторном излучении в среду скорректированного сигнала диапазон рабочих частот существенно расширяется и вместе с расширением этого диапазона повышается разрешающая способность вибросейсморазведки. Практически это проявляется в сужении импульсов, являющихся результатом взаимной корреляции исходного свип-сигнала с виброграммой, в которой не содержатся искажения, обусловленные условиями возбуждения.
Регистрация сигналов от сейсмоприемников, расположенных на реактивной массе и опорной плите виброисточника, позволяет виброисточнику работать автономно без кабельных систем, когда речь идет об исследовании условий возбуждения сейсмических колебаний, а также о локализации границ разнородных участков, расположенных в пределах исследуемой территории (площади). По спектрам свип-сигнала и сигнала от сейсмоприемника с опорной плиты упругие параметры среды, расположенной под опорной плитой, определяются непосредственно (Колесов, Жуков, 2015).
После того, как исследуемая площадь предлагаемым способом или другими методами разбита на участки однородности, можно ограничиться использованием корректирующего фильтра, одинакового для разных точек возбуждения, расположенных в пределах однородного участка.
Последовательность процедур в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в следующем:
- при первом воздействии виброисточника на данном пункте возбуждения (ПВ) генерируется линейный частотно-модулированный (ЛЧМ) свип-сигнал;
- проводится регистрация отклика (виброграмма) на этот сигнал сейсмоприемников, жестко прикрепленных к реактивной массе и опорной плите виброисточника;
- виброграмма передается в соответствующую программу для анализа и расчета скорректированного свип-сигнала;
- рассчитанные коэффициенты обратного фильтра передаются в шифратор блока GDS-1 сейсмостанции для расчета временной развертки скорректированного свип-сигнала на базе полученных коэффициентов;
- скорректированный свип-сигнал по радиоканалу передается в дешифраторы вибрационных источников для генерации последующих накоплений на данном ПВ;
- проводится взаимная корреляция виброграмм, полученных путем излучения в среду сигнала, скорректированного за условия возбуждения, с исходным свип-сигналом.
Таким образом, для получения импульсных коррелограмм с нуль-фазовым симметричным импульсом Клаудера, соответствующим функции автокорреляции исходного свип-сигнала, формируют функцию взаимной корреляции виброграммы от скорректированного свип-сигнала с исходным свип-сигналом.
Технология, включающая предлагаемое изобретение:
- обеспечивает оптимальное применение алгоритмов инверсии сейсмических данных с целью определения литологических характеристик исследуемой толщи;
- дает лучшую динамическую выразительность сигналов на сейсмических разрезах;
- позволяет режим скорректированного за условия возбуждения воздействия реализовать на стандартных виброисточниках и сейсмоприемниках;
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
Колесов С.В., Жуков А.П. Свойства сигналов вибратора и их использование для изучения условий возбуждения//Технологии сейсморазведки, №2, 2015, с. 106-112.
Коротков И.П., Жуков А.П., Шехтман Г.А. Способ вибрационной сейсморазведки//Патент РФ №2650718, заявл. 24.01.2017, опубл. 17.04.2018, Бюл. №11.
Жуков А.П., Колесов С.В., Шехтман Г.А., Шнеерсон М.Б. Сейсморазведка с вибрационными источниками. Тверь, 2011. 412 с.
Шехтман Г.А., Кузнецов В.М. Деконволюция виброграмм ВСП - альтернатива корреляционной обработке или ее подспорье?// Технологии сейсморазведки, №2, 2005, 80-85.
Brittle K.F., Lines L.R. and Dey A.K., 2001, Vibroseis deconvolution: a comparison of cross-correlation and frequency-domain sweep deconvolution, Geophysical Prospecting, 49, 675-686.
Trantham E.C., 1995, Seismic vibrator signature deconvolution, US Patent №5400299.