СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА АКВАТОРИЯХ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR SEISMIC SURVEY ON WATER BODIES AND DEVICE THEREFOR

Изобретения относятся к области сейсмической разведки и предназначены для определения структуры и свойств геологического разреза под дном акваторий.
Уровень техники
Известен способ разведки геологической структуры морского дна с помощью линейно-протяженной сейсмоакустической антенны и буксируемого импульсного источника звука, при этом линейно-протяженная сейсмоакустическая антенна установлена на донном грунте; импульсный источник звука перемещается перпендикулярно линии расположения донной линейно-протяженной сейсмоакустической антенны; излучаемые буксируемым импульсным источником звука сигналы фиксируются с помощью специального приемного гидрофона, установленного на донной линейно-протяженной сейсмоакустической антенне; при каждом излучении импульсного сигнала фиксируются координаты точки излучения и время излучения; линейно-протяженная сейсмоакустическая антенна принимает зондирующие геологическую структуру дна сигналы и формирует диаграммы направленности в плоскости «линия расположения антенны - глубина»; для каждой сформированной диаграммы направленности сейсмоакустической антенны производится свертка принятого сигнала с излученным по параметру «время задержки»; результаты свертки суммируются по излучаемым импульсам с учетом изменения времени задержки отраженного сигнала относительно линии буксировки; просматриваются все угловые направления в плоскости «линия буксировки импульсного источника звука - глубина»; формируется изображение в формате 3-D в сферической системе координат относительно центра сейсмоакустической антенны для углов, азимута и времени задержки сигнала (патент RU 2502091 C2, опубл. 20.12.2013). Изобретение позволяет получить акустическое изображение среды в формате 3D при помощи формирования разрешения по трем координатам: дальности (времени задержки сигнала) и двум углам (азимуту и углу места).
Недостатком способа является принципиальная невозможность существенного повышения разрешающей способности при сохранении заданной глубинности сейсмической разведки в связи с использованием единственного источника упругих колебаний с ограниченной полосой частот.
Известен сейсморазведовательный комплекс, включающий сейсмоисточник с возможностью возбуждения различных по своему спектральному составу сигналов с системой формирования управляющих сигналов и системой контроля возбуждаемых зондирующих сигналов, сейсмостанцию с возможностью корреляции виброграмм и преобразования коррелограмм в импульсные сейсмограммы с системой формирования коррелирующих сигналов и системой определения параметров управляющих сигналов и средства обмена информацией между сейсмостанцией и сейсмоисточником, при этом выход системы контроля возбуждаемых зондирующих сигналов через средства обмена информацией между сейсмоисточником и сейсмостанцией соединен с входом системы формирования коррелирующих сигналов, а выход системы определения параметров управляющих сигналов через средства обмена информацией между сейсмостанцией и сейсмоисточником соединен со входом системы формирования управляющих сигналов (патент RU 2488847 C1, опубл. 27.07.2013). Изобретение позволяет расширить область применения сейсмокомплекса, упростить и снизить стоимость используемых в его составе сейсмоисточников.
Недостатком способа является низкая детальность и высокий уровень регулярных и нерегулярных помех в силу использования стандартной сейсмической косы с равномерно распределенными гидрофонами, расположенной горизонтально.
Известно устройство для буксировки сейсмографной косы, включающее судно-буксир, лебедку, секцию снижения, сейсмическую косу и кожух, содержащий грузонесущий трос и группу полых цилиндров, нанизанных на сейсмографную косу, при этом группа полуцилиндров выполнена в виде левого и правого полуцилиндров, которые соединены друг с другом жесткими тягами и снабжены механизмом смещения полуцилиндров. Указанный механизм может быть выполнен в виде двух тросиков, расположенных параллельно грузонесущему тросу и соединенных один с левым, а другой с правым полуцилиндром. Полуцилиндры могут быть соединены также пружинами, расположенными в плоскости размещения жестких тяг, а также могут иметь S-образную форму в сечении, перпендикулярном грузонесущему тросу (SU 1805426 A1, 30.03.1993).
Изобретение позволяет улучшить эксплуатационные характеристики в морях с ледовым покровом.
Известна сейсмическая коса, содержащая первую группу гидрофонов, выходные сигналы которых объединены с обеспечением получения первого группового отклика и которые расположены в заранее заданных нерегулярных позициях вдоль сейсмической косы, при этом указанные заранее заданные нерегулярные позиции определены статистически случайной последовательностью чисел и каждое из чисел указанной последовательности определяет отклонение положения соответствующего ему одного из гидрофонов от соответствующей номинальной позиции в равномерном распределении гидрофонов (RU 2456640 C2, опубл. 27.06.2011).
Изобретение позволяет повысить точность разведочных работ на акватории за счет устранения влияния флуктуации давления на групповой отклик и повышения отношения сигнал/шум.
Известен способ морской сейсмической разведки, включающий возбуждение колебаний источником и регистрацию отраженных волн многоканальным приемным устройством, установленным с углом наклона ϑ, перемещение по профилю источника и многоканального приемного устройства с помощью судна прямым и обратным курсом с последовательным изменением расстояния между источником и приемным устройством при смене курса, обработку информации, при этом перемещение источника осуществляется с помощью дополнительного судна с фиксированным расстоянием от основного и с той же скоростью движения, причем приемное устройство, перемещаемое основным судном, устанавливают вдоль профиля с определенным углом наклона относительно вертикали, на конце приемного устройства закрепляют кондеп и в процессе движения поддерживают его на определенной глубине. Предлагаемый способ включает также разноглубинное накапливание и обработку информации, при этом двойное суммирование осуществляют по фиксированной общей глубинной точке (RU 2072535 C1, опубл. 27.011997). Изобретение позволяет обеспечить повышение детальности и информативности сейсморазведки на этапе разведки и разработки месторождений нефти и газа, а также изучения строения рельефа дна и придонной части разреза в инженерных целях.
Изобретения направлены на устранение указанных недостатков.
Технический результат группы изобретения заключается в повышении разрешающей способности сейсмической разведки на акваториях за счет расширения полосы частот принимаемых упругих колебаний наклонной по отношению к поверхности воды сейсмической косой, повышении соотношения сигнал/помеха для регулярных и нерегулярных помех за счет увеличения кратности по методу общей глубинной точки, повышения детальности наблюдений при сохранении глубинности.
Технический результат достигается за счет того, что способ морской сейсмической разведки включает возбуждение колебаний источником и регистрацию отраженных волн многоканальным приемным устройством, установленным с углом наклона относительно поверхности воды, перемещение по профилю источника колебаний и многоканального приемного устройства с помощью судна, обработку данных, многоканальное приемное устройство выполнено в виде сейсмической косы, состоящее из набора приемников давления в виде гидрофонов с увеличивающимся шагом от начала сейсмической косы к ее концу, а возбуждение колебаний осуществляют тремя источниками, срабатывающими одновременно или в заданной последовательности: пневматическим источником в виде пневмопушки, спаркером и бумером, при этом пневмопушка возбуждает низкочастотные колебания в диапазоне 50-250 Гц, буксируется на глубине не более 0,25 от преобладающей длины возбуждаемых им волн, на удалении 10-20 м от первого канала сейсмической косы, спаркер возбуждает среднечастотные колебания в диапазоне 200-2000 Гц и расположен между пневмопушкой и бумером, который возбуждает высокочастотные колебания в диапазоне 500-5000 Гц, буксируется на глубине не более 0,25 от преобладающей длины возбуждаемых им волн, на возможно минимальном расстоянии от первого канала сейсмической косы, затем принятые сейсмической косой данные передают на регистрирующее устройство на судне для математической обработки, а также устройство для морской сейсмической разведки, включающее судно-буксир, лебедку, секцию снижения, многоканальное приемное устройство, выполненное в виде сейсмической косы в кожухе, и систему из трех последовательно расположенных источников возбуждения упругих колебаний в разных частотных диапазонах: пневматического источника в виде пневмопушки, спаркера и бумера, при этом сейсмическая коса в кожухе выполнена с возможностью наклонной буксировки к поверхности воды и состоит из набора приемников давления в виде гидрофонов с увеличивающимся шагом от начала сейсмической косы к ее концу, а пневмопушка имеет возможность возбуждать колебания в диапазоне низкочастотные колебания в диапазоне 50-250 Гц, спаркер имеет возможность возбуждать среднечастотные колебания в диапазоне 200-2000 Гц, бумер имеет возможность возбуждать высокочастотные колебания в диапазоне 500-5000 Гц и расположен на возможно минимальном расстоянии от первого канала косы, причем судно-буксир соединено с сейсмической косой кабелем, передающим принимаемые гидрофонами сигналы в сейсмостанцию на борт судна, с пневмопушкой несущим тросом и воздушным шлангом с компрессором на борту судна, спаркером и бумером высоковольтными кабелями.
Устройство для морской сейсмической разведки схематично представлено на чертеже:
1 - судно-буксир
2 - сейсмостанция
3 - пневмопушка
4 - спаркер
5 - бумер
6 - сейсмическая коса в кожухе
7 - кабели, буксировочные тросы, шланг
8 - поверхность воды.
Устройство для морской сейсмической разведки включает судно-буксир 1 с сейсмостанцией на борту 2, пневмопушкой 3, спаркером 4, бумером 5, сейсмической косой в кожухе 6. Сейсмическая коса в кожухе выполнена с возможностью наклонной буксировки к исследуемой поверхности дна и состоит из набора приемников давления в виде гидрофонов с увеличивающимся шагом от начала сейсмической косы к ее концу. Сейсмическая коса в кожухе выполнена с возможностью наклонной буксировки к исследуемой поверхности дна и состоит из набора приемников давления в виде гидрофонов с увеличивающимся шагом от начала сейсмической косы к ее концу. Пушка возбуждает низкочастотные колебания в диапазоне 50-250 Гц, буксируется на глубине не более 0,25 от преобладающей длины возбуждаемых им волн, на удалении 10-20 м от первого канала сейсмической косы. Спаркер возбуждает среднечастотные колебания в диапазоне 200-2000 Гц и расположен между пушкой и бумером. Бумер возбуждает высокочастотные колебания в диапазоне 500-5000 Гц, буксируется на глубине не более 0,25 от преобладающей длины возбуждаемых им волн, на возможно минимальном расстоянии от первого канала косы. Судно-буксир 1 соединено с сейсмической косой кабелем, передающим принимаемые гидрофонами сигналы в сейсмостанцию на борт судна, с пневмопушкой несущим тросом и воздушным шлангом с компрессором на борту судна, спаркером и бумером высоковольтными кабелями.
Способ основан на одновременном или в заданной последовательности возбуждении упругих колебаний тремя источниками в трех разных частотных диапазонах с перекрытием для обеспечения максимально широкой полосы частот и многоканальной сейсмической косы с увеличивающимся шагом между гидрофонами от начала сейсмической косы к ее концу, буксируемой с углом наклона относительно поверхности воды.
Способ морской сейсмической разведки включает возбуждение колебаний источниками и регистрацию отраженных волн многоканальным приемным устройством, установленным с углом наклона, перемещение по профилю источника колебаний и многоканального приемного устройства с помощью судна и обработку данных. Многоканальное приемное устройство выполнено в виде сейсмической косы, состоящей из набора приемников давления в виде гидрофонов с увеличивающимся шагом от начала сейсмической косы к ее концу. Возбуждение колебаний осуществляют тремя источниками, срабатывающими одновременно или в заданной последовательности: пневматическим источником в виде пушки, спаркером и бумером. Принятые сейсмической косой данные передают на регистрирующее устройство на судне для математической обработки.
Наклонная коса и 3 разных источника возбуждения позволяют резко повысить разрешающую способность наблюдений (минимальная толщина слоя на запаси сигналов) вплоть до 10-30 см в верхней части придонных осадков, не теряя при этом глубинности исследований (максимальная глубина расположения геологической границы под дном). Этот результат достигается специальной математической обработкой принятых косой данных (программный продукт «деконволюция») за счет широкой полосы частот от суммы трех источников возбуждения. Неравномерность расположения гидрофонов в косе дает возможность эффективного накопления сигналов (цель - подавление помех) такого же, как у косы с равномерным расположением гидрофонов с минимальным расстоянием между ними.
Буксировка приемных каналов (гидрофонов) сейсмической косы на разных глубинах обеспечивает прием сигнала на разных частотных диапазонах, перекрывая, в конечном счете, весь рабочий диапазон частот. Для выделения высокочастотных или среднечастотных или низкочастотных сигналов в процессе обработки выбираются трассы, соответствующие определенному набору каналов, и суммируются с соответствующими статическими и кинематическими поправками. В результате за один проход профиля сейсмической косы обеспечивается получение временных разрезов достаточно большой глубинности при высокой разрешающей способности для верхних частей разреза.
Пример расчета частного случая реализации способа.
Источники возбуждения упругих волн (далее источники):
н
- низкочастотный - обычно пневмоизлучатель (пневмопушка) с центральной частотой порядка f≈250 Гц,
с
- среднечастотный - обычно электроискровой (спаркер) с центральной частотой порядка f≈1000 Гц,
в
- высокочастотный - обычно электродинамический (бумер) с центральной частотой порядка f≈2500 Гц.
Полосы частот для этих источников перекрываются и дают общую полосу:
Δf≈4000 Гц, что соответствует длительности импульса во временной области после деконволюции (обратной фильтрации),
Δt≈0,25 мс, что соответствует разрешающей способности,
Δh≈20-30 см в зависимости от скоростей распространения упругих волн в осадках.
Для обеспечения необходимого соотношения сигнал/шум в указанной полосе частот необходимо скорректировать глубокие минимумы (нули) суммарного спектра зондирующего импульса, связанные с волнами-спутниками в источниках/приемниках (отражения от поверхности воды):
н
н
c
с
B
в
1) в источниках - путем различных заглублений источников, которое выполняется согласованным для каждого из трех источников - h≈V/f, h≈V/f, h≈V/f, V - скорость звука в воде V≈1500 м/с;
1
в
n
н
2) в приемниках - использованием наклона косы, а именно первый приемник (начало косы) h≈V/f, h≈V/f, n - номер последнего приемника в косе. При этом приемная база косы
L=n×Δl, где Δl - шаг между приемниками,
n
1
а угол наклона косы α≈arcsin (h-h)/L.
Указанное наклонное положение косы задается тремя плоскими коаксиальными свинцовыми грузами, закрепляемыми поверх косы в начале, середине и конце - до, после и между приемниками. Контроль глубин может быть осуществлен либо путем оперативной (on line) обработки исходных данных (путем определения минимумов спектра сигнала), либо установкой трех датчиков глубины (датчиков гидростатического давления) - соответственно, также в начале, середине и конце косы.