Книга
← К списку книгЗагрузка разделов…
активнаАктивные записи участвуют в каталоге и синках. Неактивная книга скрыта, но не удалена из базы.
Книга
От переводчиков
Книга Уильяма Карра Притчетта, предлагаемая читателю в русском, переводе, по-видимому, единственный труд по методике и технологии сейсморазведки методом отраженных волн, появившийся в последние годы на английском языке. Наше внимание привлекла настойчивость, с которой автор проводит через всю книгу простую мысль: геологические результаты сейсморазведки определяются качеством первичных записей, которое зависит от сознательного выбора и осуществления методики и техники полевых работ. Мы целиком разделяем эту мысль Приходится упоминать об этом, учитывая явную тенденцию некоторых специалистов полагать, что недоделанное в поле можно исправить последующей обработкой.
Оптимальный выбор методики и технологии нелегок: приходится соблюдать множество условий и ограничений, и при этом нужно достичь максимально возможной разрешешюсти записей и величины отношения сигнал/помеха, необходимой для обработки и интерпретации данных^ Огромный профессиональный опыт автора, прошедшего долгий жизненный путь от рядового инженера до руководителя крупных разведочных проектов и консультанта ведущих нефтяных фирм, отражен в этой книге, и поможет сейсморазведчику находить правильное решение.
Мы затрудняемся определить эту книгу как монографию или как руководство. Она ближе к литературе по обмену производственным опытом и в этом качестве представляет особый интерес для широкого круга отечественных сейсморазведчиков, поскольку опыт автора накоплен в США-стране, сравнимой с нами по разнообразию сейсмогеологии ческих условий, объемам полевых работ и общему уровню развитий нефзыазовой сейсморазведки. Опытный специалист-полевик, обработ^ чик, интерпретатор-найдет здесь примеры решения сходных проблему Молодой специалист расширит свой профессиональный кругозор; Студент, в распоряжении которого имеется богатая отечественная учеО] ная литература, сможет наглядно увидеть, как теория сочетается j практикой. I
Свободный, эмоциональный язык оригинала, непривычный в тех^Ч ческой литературе, доставил нам немало трудностей, но и прибавь g интереса при переводе. Мы старались сохранить этот стиль, пропикШ^ стремлением автора как можно более убедительно передать читатели
6 От переводчиков
свой жизненный опыт и предостеречь его о г возможных профессиональных ошибок. За время нашей работы над переводом автор успел переслать нам список уточнений и исправлений, которые учтены в этом издании.
Мы просим у читателей извинения за громоздкие цифры, которые получились у автора при его переводе единиц из английской в метрическую систему мер. Мы сохранили авторские значения из чисто технических соображений, надеясь на то, что внимательный читатель сам сделает разумные округления.
Предисловие, гл. 1, 3, 4, б, 8-14, 22, 23, прил. В, С, D перевел В. П. Номоконов; гл. 2, 5, 7, 15-21, приложения A, E-J-M. Б. Шнеерсон.
В. Номоконов
М. Шнеерсон
Эта книга посвящена памяти Джона Уоллера Притчетта-младшего-незаурядного студента группы инженеров-нефтяников выпуска 1942 г. Техасского университета. Вместо того чтобы стремиться к ученой степени или к профессиональной карьере, он предпочел записаться добровольцем в морскую пехоту США. 2 июля 1943 г., командуя ротой, он был смертельно ранен во время атаки. Мир потерял многообещающего инженера, а я-брата и друга. Мы вместе гоняли мяч, вместе охотились, рыбачили, исследовали каждый уголок ранчо, принадлежавшего нашим дядям-близнецам. Мы вместе рубили кедровый лес и сжигали хворост, расчищая землю для посевов, но мы вместе не написали книги по разведке и добыче нефти.
Предисловие
Я полагаю, что большинство читателей этой книги в какой-то степени знакомы с основами сейсморазведки. Менее осведомленные читатели могут обратиться к более фундаментальным трудам, например [1, 2]. Книга основана на моем собственном опыте, и поэтому ее содержание несколько ограничено. Кроме того, я только слегка затронул или же вообще опустил описание некоторых методик, которые я счел практически неприемлемыми или несущественными, и сосредоточил внимание на том, что удобно и важно для практической деятельности людей, интересующихся или непосредственно занятых получением исходных данных сейсморазведки. Мой уклон в сторону практики нисколько не означает пренебрежительного отношения к тем, чьи интересы более академичны. Что сегодня кажется академичным, завтра может стать практически важным.
При получении сейсмических данных должны быть удовлетворены следующие требования: 1) широкая полоса частот, обычно по меньшей мере две октавы, для записи коротких (не «звенящих») импульсов отражений; 2) подавление >помех для достижения достаточно высокого отношения сигпал/помеха без существенных искажений целевых отражений; 3) достаточная мощность источника для записи наиболее глубоких целевых отражений; 4) возможно более высокая частота отраженных волн для достижения требуемой вертикальной разрешенности; 5) минимальная стоимость, соответствующая требованиям разведчика-интерпретатора для изучения конкретных объектов разведки. Цель этой книги-помочь вам возможно полнее удовлетворять этим требованиям и, таким образом, достигать высокого качества первичных данных.
За тридцать семь лет моей работы в крупных нефтяных и газовых компаниях множество людей внесли свой вклад в те понятия и сведения, которые я пытаюсь закрепить и объяснить в этой книге. Они заслуживают моей огромной признательности. Однако только я один несу ответственность за ошибки, недосмотры и неясности. Под значительной частью изложенного материала могли бы подписаться большинство экспертов в данной области, но некоторые идеи, мнения и рекомендации могут показаться спорными. Свободное выражение своего мнения и обмен идеями-движущие силы прогресса, и я предлагаю для рассмотрения свои идеи, мнения и рекомендации в надежде на то, что они
окажутся полезными, стимулирующими, а может быть, теми и другими. Многие великолепные геофизики, геологи, обработчики данных’ интерпретаторы и топографы-женщины. Я пользуюсь в названиях этих профессий словами мужского рода, но они относятся в равной степени как к мужчинам, так и к женщинам.
К сожалению, деятели американской революции не послушались рекомендаций землемера по имени Джордж Вашингтон, который выступал за принятие метрической системы мер. (Ирония в том, что oini восстали по поводу марок на доходы и налогов на чан, по не отвергли странную систему единиц, основанную па длине королевской голени.) Топооснова США принята в футах, милях, акрах и т. п. Мой опыт связан главным образом с английской системой мер. Большинство примеров в книге приведены в английской системе с последующим переводом в метрическую. Поэтому приходится просить извинения за некоторые громоздкие цифры.
Книга охватывает широкий круг вопросов, и во многом мне требовалась помощь моих коллег-специалистов. Они великодушно и щедро делились со мной своими зшпшями и временем.
Большая часть сейсмических данных, использованных в качестве иллюстраций, была предоставлена компанией Atlantic Richfield, которая охотно дала разрешение на их публикацию. Некоторые данные предоставлены компаниями Grant-Norpac Inc. и Northern Michigan Exploration. Я обязан очень многим моим коллегам, но не в состоянии выразить свою благодарность каждому. Особой признательности заслуживают мои коллеги д-р Г. Ф. Данлап, Дж. Б. Этнайр, В. Р. Пайатт и Дж. Д. Янси. Я в высшей степени ценю поддержку моего труда со стороны Н. А. Анстея.'
Литература
(^offeen J.A. Seismic Exploration Fundamentals. Penn Well, Tulsa, OK, 1986.
Sheriff R.E. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics. SEG, 1973. (Русский перевод: Шерифф P. E. Англо-русский энциклопедический словарь терминов разведочной геофизики-М.: Недра, 1984.)
Словарь терминов
Автоматическая регулировка усиления (automatic gain control). Автоматическая регулировка применяется для уменьшения усиления записи и системы воспроизведения по мере увеличения уровня сигнала и для увеличения усиления при уменьшении уровня сигнала, с тем чтобы сохранять уровень записанного или воспроизведенного сигнала почти постоянным.
Акустическая жесткость (acoustic impedance). Акустическая жесткость (акустический импеданс) среды равна произведешпо ее плотности на скорость. Для продольных волн в безграничной однородной среде акустическая жесткость равна волновому сопротивлению, который определяется как отношение амплитуды волны давления к амплитуде скорости смещения волны.
База группы (array length). Для линейных групп с равными интервалами между элементами эффективная длина (база) равна числу элементов п, умноженному на число интервалов d, что на величину d больше, чем физическая длина группы.
Внбросенс (Vibroseis). Система сейсмических измерений, в которой входной сигнал не является кратковременным импульсом; вместо него используют синусоидальный сигнал медленно меняющейся частоты. Входной сигнал генерируется вибратором, в котором используется гидравлическая сила, создающая ускорение инертной массы.
Воздушные пушки (air guns). В наиболее широко распространенных сейсмических источниках для морских работ используются группы так называемых воздушных пушек. Эти «пушки» представляют собой стальные камеры, заполненные сильно сжатым воздухом, который резко выпускается в воду для возбуждения сейсмического сигнала. Сейсмический сигнал, создаваемый воздушной пушкой, состоит из первичного импульса и последующих импульсов, образующихся вследствие расширения и сжатия воздушного пузыря. Оптимальная группа воздушных пушек подбирается так, чтобы помехи, создаваемые расширением и сжатием воздушного пузыря, были минимальны, а преобладающим
сигналом служил первичный импульс, возникающий при выбрасывании сжатого воздуха в воду.
Волна-спутник (ghost). Многократное вступление на сейсмических разрезах (сейсмограммах), представляющее собой отражение от границы выше точки расположения источника или приемника (гл. 8, 9 и рис. 9.4).
Волновое сопротивление (wave impedance). Волновое сопротивление для продольной волны равно отношению амплитуды волны давления к амплитуде скорости смещения частиц среды. В однородной безграничной среде волновое сопротивление равно акустической жесткости.
Волновое число (wavenumber). Число периодов на единицу расстояния (1Д, но в гл. 22 определяется как 2л/Х).
Впадина (trough). Область минимума колебания. При обращении полярности впадина становится горбом.
Время пробега (traveltime). Время между моментом возбуждения сей- смическ'ого источника и приходом волны к приемнику.
Время прослушивания (listening time). Отрезок времени записи после завершения свипа вибратора (в действительности прослушивание начинается с момента возбуждения свипа).
Выборка трасс (gather). Результат сортировки трасс по признаку общего элемента. Выборка с общим пунктом возбуждения (ОПВ) указывает на сортировку всех трасс, записанных от общего источника, выборка с общим пунктом приема (ОПП)-на сортировку трасс, записанных в одной и той же точке от разных источников. Выборка ОРТ означает компоновку трасс, относящихся к общей глубинной точке отражышя, выборка ОСТ-компоновку трасс, относящихся к одной и той же средней точке, что обычно принимают как приближение к выборке ОГТ.
Гармоническая помеха (harmonic ghost). В способе Вибросейс при свине вниз на коррелированных записях могут появляться вступления, называемые гармоническими помехами. Эти помехи являются результатом корреляции свипа с гармониками заданных частот свипа.
Глубинная точка (depth point). Соответствует точке отражения на границе для луча, идущего от источника до приемника. Обычно принимается горизонтальная слоистость земли. Для такой идеализированной модели проекщш глубинных точек всех отражающих границ на поверхность находятся посередине между источником и приемником. В случае наклонных границ и сложной структуры среды точки отражения на
глубине не располагаются посередине между источником и приемником. Однако это часто не принимают во внимание. Во многих случаях приходится мигрировать данные для лучшего выделения вступлений и размещения их по соответствующим глубинным точкам отражений.
Для обменных волн углы падения и отражения на границе обмена не равны. В результате глубинная точка располагается ближе к приемнику для PS-волн и ближе к источнику для SP-волн. Для PS- и SP-волн в горизонтально-слоистой среде глубинные точки разных границ не проецируются вертикально в одну и ту же точку дневной поверхносги. Это создает дополнительные сложности при обработке данных метода обменных воли по способу ОРТ.
Горб (crest). Область максимума колебания. При обращении полярности горб становится впадиной.
Группа возбуждения (pattern). Группа отдельно расположенных источни- ков, предназначенная для эффективного излучения сейсмических сигналов и ослабления шумов, генерируемых источниками. Обычно источники возбуждаются одновременно для получения одной общей сейсмической записи. Времена возбуждения можно устанавливать слегка различными для отклонения луча от вертикали в более благоприятном направлении (регулируемые направленные излучение и прием).
Группа приема (array, group, geophone group). Все приемники, питающие один и тот же канал записи.
Группирование (grouping). Электрическое соединение нескольких приемников, рассчитанное на создание повышенной чувствительности к полезному сейсмическому сигналу и малой чувствительности к сейсмическим помехам. Слово «группирование» часто применяют и к источникам.
Групповая скорость (group velocity). Скорость, с которой распространяется энергия. Представляет собой скорость огибающей импульса (гл. 22).
Двусторонние наблюдения (split spread). Получение сейсмических записей при расстановке приемников вдоль профиля по обе стороны от источника. В случае симметричной расстановки удаления приемников по обе стороны от источника одинаковы. В несимметричной расстановке удаления приемников неодинаковы и обычно число получаемых трасс на сейсмограммах различается по обе стороны от источника.
Деконволюция (deconvolution). Процесс, обратный свертке, т. с. восстановление формы сигнала, измененного предшествовавшей фильтрацией (в той степени, насколько это возможно) (гл. 19).
Динамическим диапазон (dynamic range). Амплитудный диапазон сигналов, которые могут быть записаны с очень малыми искажениями. На практике нижний предел динамического диапазона современной аппаратуры обычно О1раннчен уровнем «внешнего» фона помех, а не шумами в усилителях или электрических цепях. Внешний фон помех создается животными, людьми, автомашинами, лодками, другими бригадами партии, ветром, волнением, паводками от лшшй электропередач, переезжающими кабель транспортными средствами и г.п. Верхний предел обычно ограничен чувствительностью сейсмоприемннков или некоторых звеньев канала, таких, как усилитель до анало!о-цифрового преобразователя.
В большинстве цифровых систем записи эффективный динамический диапазон не ограничен числом бит, записанных для представления каждого мгновенного значения сигнала. Как нижний, так и верхний пределы динамического диапазона могут заметно меняться с частотой. На величину динамического диапазона влияют также техника измерений и способ обработки данных. Совокупность многократных измерений может улучшить динамический диапазон. Способ Вибросейс обладает значительными возможностями для улучшения динамического диапазона благодаря редакции данных перед корреляцией и самому процессу корреляции. Однако корреляция создает побочные частоты, что само по себе является нет очником помех и ограничивает динамический диапазон.
Дисперсия (dispersion). Изменение фазовой скорости волны как функция частоты (гл. 22). .
Добротность (2). Мера эффективности сохранения и высвобождения энергии. Определяется как число 2л, умноженное на максимальную энергию в течение периода колебания и деленное на энергию, рассеянную в течение этого периода.
«Живой» (live). Сейсмоприемник или другой датчик называют живым, если он в рабочем состоянии и подсоединен к каналу записи.
Затухание (attenuation). Уменьшение амплитуды (энергии) сигнала. В этой книге под словом «затухание» преимущественно подразумевается уменьшение амплитуды вследствие поглощения энергии упругих волп за счет превращения ее в тепло (гл. 22).
Звон (ringy). Запись с характерными многофазными колебаниями почти одинакового периода и амплитуды.
Зеркальные частоты (alias). Неоднозначность в частоте дискретных данных. Если некоторая частотная составляющая сигнала представлена последовательностью отсчетов, разделенных интервалами времени так,
что на период приходится менее двух отсчетов, тогда для этой составляющей значения отсчетов дают неоднозначную информацию вследствие появления временных зеркальных частот. Если сигнал представлен последовательностью отсчетов для разных точек пространства и для некоторой частотной компоненты число точек оказывается меньше двух на одну длину волны, то для этой компоненты отсчеты становятся неоднозначными вследствие появления пространственных зеркальных частот. Фильтры зеркальных частот-это фильтры, рассчитанные на подавление временных зеркальных частот. (Разд. 2.8.)
Интервал между группами, интервал группирования (group interval). Расстояние между центрами соседних групп вдоль сейсмического профиля.
Кажущаяся длина волны (apparent wavelength). Длина волны, определяемая измерением и равная, кажущейся скорости, деленной на частоту (или умноженной па период). Для волн, подходящих к поверхности под малыми углами (почти перпендикулярно поверхности), кажущаяся длина волны и кажущаяся скорость значительно больше, чем истинная длина волны и истинная скорость. (Разд. 4.3 и рис. 4.3.)
Кажущаяся скорость (apparent velocity). Скорость, определяемая измерением. Например, волна, преломленная на некотором подземном слое, может казаться распространяющейся вдоль поверхности земли, тогда как в действиюльности она подходит к поверхности под косым углом и отражается вниз, так что в этом случае не существует волны, распространяющейся вдоль поверхности. Кажущаяся скорость больше истинной и равна истинной скорости, деленной па синус угла между истинным направлением распространения волны и кажущимся направлением, по которому произведено измерение. (Разд. 4.3 и рис. 4.3.)
Кажущийся угол наклона (cross-dip). Угол наклона границы в вертикальной плоскости, перпендикулярной сейсмическому профилю.
Когерентность (coherence). Степень близости фаз двух волновых.пакетов. Когерентность в частотной области аналогична корреляции во временной области.
Корреляция (correlation). Процесс (часто выполняемый в цифровой форме), при котором два сигнала сравнивают по степени сходства между ними. Корреляцию двух идентичных сигналов называют автокорреляцией. Нахождение степени подобия двух неидентичных сигналов называют взаимной корреляцией или кросс-корреляцией. Устройство, используемое для корреляции сигналов, называют коррелятором (прил. Н и рис. Н.1, Н.2).
Кратность (fold). Число отдельных записей данного отражения (сделанных при различных пунктах возбуждения), относящихся к каждой срединной точке в способе общей средней точки (ОСТ).
Критический угол (critical angle). Угол падешы волны на границу раздела двух слоев, при котором вследствие преломления возникает волна, распространяющаяся вдоль границы (прил. D и рис. D.1).
Линейный свин (linear sweep). Свип-сигпал вибратора, у которого мгновенная частота есть линейная функция времени излучения.
Маркирующая граница (marker bed). Граница или последовательность относительно плоских границ, имеющих слабый наклон и создающих достаточно сильные и устойчивые отражения на относительно большой площади.
Минимально-фазовый импульс (minimum-phase wavelet). Причинный импульс, который обладает минимальными фазовыми углами в фазовом спектре (прил. G).
Минимально-фазовый фильтр (minimum-phase filter). Все физические реализуемые фильтры являются минимально-фазовыми. В таких фильтрах фазовый сдвиг для любой частоты минимален, что удовлетворяет принципу причинности для входного импульса, который сам является минимально-фазовым (прил. G).
Многократное отражение (multiple reflection). Сейсмическая глубинная отраженная волна, которая испытывает по меньшей мере один акт отражештя вниз и поэтому по меньшей мере один шпервал между границами пробегает более чем дважды.
Найквиста частота (Nyquist frequency). Частота колебаний, возникающих с периодом, равным удвоенному интервалу между отсчетами при дискрегизации сигнала. Частоты выше частоты Найквиста являются зеркальными и подавляются специальным фильтром (частота Найквиста равна половине частоты дискретизации).
Накашшвашге, суммирование (stack). Суммирование трасс, полученных при различных записях, для усиления сигналов и повышения величины отношения сигнал/помеха.
Нормальное приращение времени (normal moveout). Увеличение времени прихода отражения при возрастании расстояния от источника до приемника вследствие увеличения дшшы пробега (гл. 4). Обусловливает необходимость ввода кинематической поправки.
Нуль-фазовый импульс (zero-phase wavelet). Импульс, который может быть представлен серией косинусоидальных волн разных частот с одинаковыми фазовыми углами (прил. G).
Нуль-фазовый фильтр (zero-phase filter). Фильтр, изменяющий амплитудный спектр входного импульса, но не фазовый спектр. Нуль-фазовые фильтры физически неосуществимы.
Обменная поперечная волна (converted shear wave). Когда продольная волна падает под косым углом на границу раздела сред с резко различающимися акустическими жесткостями, то движение частиц в области волнового фронта приобретает компоненту, параллельную поверхности раздела. В результате часть энергии продольной волны переходит в энергию поперечной волны. Образующуюся поперечную волну называют обменной поперечной волной и обозначают PS (гл. 12 и 15).
Обменная продольная волна (converted compressional wave). Когда поперечная волна падает под косым углом на границу раздела сред с резко различающимися акустическими жесткостями, то может образоваться компонента движения частиц в области волнового фронта, перпендикулярная поверхности раздела. В этом случае часть энергии поперечной волны переходит в энергию продольной. Возникающую продольную волну называют обменной продольной волной и обозначают SP.
Общая глубшшая точка (ОГТ) (common depth point). Приблизительно общий центр отражающих площадок при многократных наблюдениях отраженных волн от подземной поверхности раздела. До проведения миграции обычно предполагается, что общая глубинная точка располагается непосредственно под общей средней точкой выборки трасс ОСТ. (Разд. 2.2 и рис. 11.5.)
Общая средняя точка (OCT) (common mid-point). Точка на горизонтальной отражающей границе, проекция которой на дневную поверхность располагается посередине между соответствующими пунктами возбуждения и приема. Обычно полагают, что «общая средняя точка» совпадает с оби^ей глубинной точкой отражения.
Одинарное время (one-way time). Половина времени отражения после ввода кинематической поправки.
Односторонние (фланговые) наблюдения (single-ended spread). Сейсмическая запись в случае установки приемников только в одном направлении от источника. См. односторонняя коса.
Односторонняя коса (end-on cable). Кабель с подсоединенными приемниками, служащий для записи всех трасс вдоль линии профиля только по одну сторону от источника.
Отношение сигпал/помеха (signal-to-noise ratio). Отношение энергии полезного сигнала к остальной энергии в течение данного интервала времени.
Первичное отражение (primary reflection). Сейсмическое вступление, образующееся в результате одного акта отражения от поверхности раздела, расположенной ниже источника.
Пик (peak). Максимальный отклик, в частности сильный отклик некоторого фильтра вблизи определенной частоты, длины волны или скорости.
Площадка приема (patch). Участок поверхности относительно больших размеров, в пределах которого размещаются отдельные приемники. Индивидуальные записи после ввода необходимых поправок суммируются для получения одной трассы.
Подобие (semblance). Мера когерентности трасс. Равна значению (при нулевом временном сдвиге) автокорреляционной функции суммы вы- бранпых трасс, деленному на среднее значение (при пулевом сдвиге) автокорреляционных функций всех выбранных трасс.
Помехи источника (source-generated noise). Помехи, возбуждаемые источ- ником. Например, в методе отраженных волн как звуковые и поверхностные, так и преломленные волны являются помехами источника (гл. 2).
Поперечный (lateral). В горизонтальном направлении, перпендикулярном сейсмическому профилю.
Предсказывающая деконволюция (predictive deconvolution). Деконволюция поздней части сейсмической трассы с использованием информации, полученной из ранней части той же трассы.
Приемник (geophone). Прибор, преобразующий механические колебания почвы (или акустические колебания в воде) в электрические колебания.
Причинный импульс (causal wavelet). Импульс, вызванный неким возбуждением. Причинный импульс отсутствует в течение некоторого времени после возбуждения, равного времени пробега от точки возбуждения до точки наблюдения.
Провал характеристики (notch). Область подавления на выходе фильтра вблизи некоторой частоты, длины волны или скорости, для которых теоретически аьтлитуда равна нулю. Отрицательный экстремум, минимум.
Продольный (longitudinal). В направлении, параллельном сейсмическому профилю.
Пучок сейсмопрпемпиков (podded geophones). Несколько электрически соединенных приемников, установленных очень близко друг к другу.
Расстановка (spread). Приемники и соединительные кабели, используемые для одного сейсмического наблюдения.
Реверберация (reverberation). Многократные отражения в слое, ограниченном поверхностями с большим коэффициентом отражения, что создает осцилляционные помехи, интерферирующие с первичными отражениями. Реверберация особенно сильна при морской сейсморазведке па участках с твердым дном, поскольку многократные отражения возникают между поверхностью и дном водного слоя. С этой проблемой часто приходится иметь дело и на суше, но обычно опа там не столь актуальна, как на море (гл. 8 и 19).
Регулируемые направленные излучение и прием (beam steering). Направленное излучение многоэлементпого источника можно поворачивать на некоторый желаемый угол путем регулировки времен задержки последовательного возбуждения элементов или размещением их на разной глубине. Направленный прием достшается путем записи сигналов в отдельных точках и суммирования индивидуальных сигналов при различных временных задержках между сигналами. Альтернативой может быть одновременная запись в точках на разных глубинах; в этом случае нет необходимости в записи индивидуальных сигналов и последующем суммировании (гл. 8 и 11).
Режекторпый фильтр (notch filter). Узкополосный фильтр, предназначенный для подавления сильных помех с узкой полосой частот (часто для подавления наводок от линий силовых электропередач).
Свертка (convolution). Изменение формы сигнала в результате его прохождения через линейный фильтр, такой, как, например, толща земли, электрический фильтрующий контур или цифровой фильтр в компьютере.
Свип, свип-сигнал, управляющий сигнал (sweep). Вибросейсмический свин-это квазисинусоидалыюе колебание медленно меняющейся часто-
ты, которое передается земле от одного или нескольких вибраторов.
Свил вверх, апсвип (upsweep). Свип-сигнал вибратора с частотой, постепенно меняющейся от низкой до высокой в течение времени посылки свипа.
Свпп вниз, даупсвпп (downsweep). Свип-сигнал вибратора с частотой, постепенно меняющейся от высокой до низкой в течение времени посылки свипа.
Сейсмопрпемнпк (geophone). См. приемник.
Скорость нормального приращения времени (normal moveout velocity). Скорость, которая наилучшим образом отвечает нормальному приращению времени отражения от границы, параллельной поверхности наблюдения, и основана на допущении пробега волны по гипотенузе треуголь- ника, одну сторону которого составляет двойная глубина, вторую - дистанция (удаление) между источником и приемником (гл. 4).
Скорость суммирования (stacking velocity). Скорость, используемая для ввода поправок за нормальное приращение времени (кинематических поправок) перед накапливанием (суммированием) трасс, подобранных по ОСТ. Совпадает со скоростью нормального приращения времени.
Смешанно-фазовый импульс (mixed-phase wavelet). Импульс, не являющийся ни минималыю-фазовь1м, ни нуль-фазовым.
Статические поправки, статика (statics). Поправки, вводимые для учета отклонений времен прихода отражений вследствие изменений рельефа земной поверхности, глубины точки взрыва, мощности зоны малых скоростей (ЗМС), скорости в ЗМС и т. п.
Трасса (trace). Запись сейсмического колебания, принятого одной группой приемников или одиночным приемником от одного' пункта возбуждения.
Угловой сдвиг (в градусах) (degree). Помимо обычного смысла этот термин имеет весьма специфическое значение в отношении нулъ-фазовых импульсов. Нуль-фазовый импульс со сдвигом 0° может быть представлен суммой косинусоид с фазовыми углами 0°. Нуль-фазовый
импульс со сдвигом 90° можно представить суммой косинусоид с фазовыми углами 90° (прил. G).
Угол отражения (angle of reflection). Угол между отраженным лучом и перпендикуляром к поверхности раздела в точке падения.
Угол падешш (angle of incidence). Угол между падающим лучом и перпендикуляром к поверхности раздела в точке падения.
Угол преломления (прохождения) (angle of transmission). Угол между преломленным (проходящим) лучом и перпендикуляром к границе в точке падения.
Удаление (offset). Горизонтальное расстояние от центра группы источников до центра группы приемников.
Фазовая скорость (phase velocity). Скорость перемещения данного горба или впадины импульса. Кажущаяся скорость, с которой распространяется синусоидальная волна постоянной частоты. В среде без дисперсии совпадает с групповой скоростью. В среде с дисперсией отличается от групповой скорости (гл. 22).
Литература
Sheriff R.E. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics, SEG, 1973. (Русский перевод: Шерифф P. E. Англо-русский энциклопедический словарь терминов разведочной геофизики-М.: Недра, 1984.)
Буквенные обозначения
Греческие
апоказатель степени в выражении для коэффициента
хания, непер/м
Ффазовый угол, рад или град
фпористость породы
Фвфазовая задержка волны-спутникавследствиеизме)
глубины воздушной пушки
Фсфазовая задержка волны-спутникавследствиеизме!
глубины морской косы
хволновое число, м-1 (1/Х или 2л/Х в гл.22)
Xдлина волны, м
Хакажущаяся длина волны, м
9угол (обычно относительно вертикали)
6Пугол падения луча в слое 1 на границу между слоями
6t2угол преломления (прохождения) луча в слой 2 из cj
оугловая скорость, рад/с или град/с
Латинские
А °Ьр ^rm СА °Ьр ^rm Сd d. D /о,64d d. D /о,64амплитуда волны или волновой компоненты
А °Ьр ^rm С
А °Ьр ^rm С
d d. D /о,64
d d. D /о,64
ускорение плиты вибратора
ускорение реактивной массы вибратора
постоянная в показателе степени выражения для коэ< циента затухания амплитуд, связанная со средой, t которую прошла волна
расстояние между смежными элементами в группе пр пиков или источников; длина траекторш! луча в с
глубина группы воздушных пушек
глубина морской косы
глубина, м
частота, Гц или МГц
частота, на которой отклик составляет 64% от ма мальпого
22 Буквенные обозначения
/о.з
частота, на которой отклик составляет 30% от максимального
/о
частота, на которой отклик равен нулю
л
кажущаяся частота
Jam
ta F^, F2
Л> Fb Fv
J at
кажущаяся средняя частота конечная частота свина начальная частота свина кажущаяся нижняя частота импульса
Ju
кажущаяся верхняя эффективная частота фильтра пропускания среды
i
критический угол падения луча в слое 1 на границе со
•
слоем 2
Ц0 L Ls, SL '«bp ™rm 77 P ^wa 5(Z, X) •
чувствительность приемника как функция частоты продольное удаление приемника от источника длина свипа вибратора, с
масса плиты вибратора
реактивная масса плиты вибратора
число элементов в группе приемников или источников длина траектории луча, м (или см)
коэффициент отражения на границе вода-воздух
синусоидальная волна как функция времени и пространственной координаты
t
^0 T
U v, v
K, va yp W w(z) Az Ax AL AP
время, с или мс (или мкс)
нулевое время, к которому приводятся другие времена период волны (величина, обратная частоте) групповая скорость, м/с скорость, м/с кажущаяся скорость, м/с фазовая скорость, м/с весовой множитель
импульс как функция времени
приращение времени
приращение расстояния в направлении х приращение продольного удаления приращение траектории луча
Литература
Sheriff R.E. Encyclopedic Dictionary of Exploration Geophysics. SEG, 1973. (Русский перевод: Шерифф P. E. Англо-русский энциклопедический словарь терминов разведочной геофизики. М.: Недра, 1984.)
Введение
Читатель, вы можете получать сейсмические данные высокого качества! В этой книге основное внимание уделено теоретическим положениям и практическим способам, которые помогут вам выбрать аппаратуру, методику и параметры записи для получения возможно лучших сейсмических данных, т. е. данных достаточно высокого качества для решения точно поставленных задач разведки при минимальных затратах. Во многих районах мира лучшие месторождения углеводородов уже разведаны. Остались слабо выраженные ловушки и трудные площади, где данные сейсморазведки ненадежны. В настоящее время, чтобы разведка была успешной, необходимо повысить качество сейсмических данных.
Эта книга написана для разведчиков недр, особенно для тех из них, кто непосредственно занят получением первичных данных. В дальнейшем мы будем называть их геофизиками-полевиками (даже если они больше заняты в офисе, чем в поле). В небольших организациях геофизик-полевик может заниматься также интерпретацией или обработкой данных. В крупных организациях геофизики и геологи, работающие главным образом интерпретаторами, иногда участвуют и в получении первичных данных. По-виднмому, необходимо и желательно, чтобы все большее число специалистов по разведке понимали эти проблемы. Так же как и обработчики дахшых, они должны вникать в трудности, с которыми сталкиваются геофизики-полевики, и хорошо представлять себе возможные пути их преодоления. Хотя изложение в книге ориентировано в основном на проблемы поисков нефти и газа, однако в значительной степени его можно отнести и к рудным и инженерным задачам. На протяженных записях часто видны глубинные отражения из толщи кристаллического фундамента, и рассматриваемые в книге способы, безусловно, можно с успехом применить для улучшения качества данных при изучении земной коры. Надеюсь, эта книга окажет помощь многим разведчикам недр, подрядчикам сейсморазведочных работ, студентам и преподавателям наук о Земле.
Вместо систематического изложения, принятого в учебниках, построение книги ориентировано на то, чтобы читатель мог быстро получить практически важную информацию, теоретические положения и выводы, которые могут быть интересными, а иногда казаться противоречивыми. Рассматриваемые в книге темы, включая специальные проблемы и решения, указаны в оглавлении и кратко охарактеризованы в этой главе. Некоторые математические выкладки, уравнения, численные примеры и таблицы вынесены в приложения, с тем чтобы из основного текста читатель имел возможность быстро и легко усвоить основные положения и выводы и мог без труда получить любую необходимую справку. Книга снабжена толковым терминологическим словарем и списком условных обозначений.
В гл. 2 читателю предстоит знакомство с обширной областью интересных и полезных понятий, выводов и наблюдений. Рассматриваются различные помехи и способы их подавления путем группирования приемников, источников и суммирования сигналов по общей средней точке. Отмечаются преимущества схемы суммогруппы по Ан- стею [1], но особое внимание уделено преимуществам групп с базой, равной двойному интервалу между центрами групп, по сравнению с группами, база которых равна одному такому интервалу. Другие темы включают: многократные отражения, дискретизацию сигналов, образование зеркальных частот, понятия о нелинейных эффектах и динамическом диапазоне.
В гл. 3 и 4 рассмотрены основные положения, необходимые для понимания представленного в дальнейшем более сложного материала. Гл. 3 и прил. D посвящены выбору параметров и конфигураций групп приемников и источников. В гл. 4 говорится о смещениях времен вступления отражений па разных удалениях и в пределах групп, а также о потерях высокочастотных компонент отражений при группировании. Используются понятия кажущейся длины волны, кажущейся скорости и их зависимости от угла подхода волны. Приводятся уравнения и способы извлечения информации из полевых данных, включая определения эффективной скорости, времени при пулевом удалении и приращений времен за счет удаления от источника. Описываются способы оценки ширины полосы частот отражений. Гл. 5 посвящена способу Вибросейс, его преимуществам и практике работы полевой бригады по этому способу. В гл. 6 объясняется необходимость высокой разрешенности данных, описываются способы повышения разрешенности для импульсных (взрывных) или вибрационных источников с нелинейными свинами.
Глава 7 иллюстрирует в деталях практику планирования опытных работ на примерах партий, использующих вибраторы, взрывы в скважинах либо группы зарядов на небольшой глубине. Гл. 8 отведена проблемам морской сейсморазведки, включая ограничения группирования воздушных пушек для подавления рассеянных помех. Здесь же
рассмотрены способы управления направленностью излучения. Гл. 9 посвящена работе партии со взрывными источниками; рассмотрены волны-спутники и способы их подавления, а кроме того группы зарядов в мелких скважинах. В гл. 10 рассматриваются наблюдения вдоль ломаных профилен в условиях бездорожья и трехмерная съемка, включая способ одновременной записи при использовании двух или более комбинаций источников.
Следующие пять глав посвящены конкретным проблемам разведки и практическим способам их решения. В гл. 11 описываются сейсморазведочные работы в условиях крутопадающих границ и сложного геологического строения, когда могут быть полезны разные способы направленного излучения и приема волн, а кроме того наблюдения на больших удалениях о г источника. В гл. 12 говорится об изучении территорий, где на поверхности обнажаются высокоскоростные породы, такие, как известняки и эффузивы, и где целесообразно использовать группы приемников и источников в форме звезд либо больших площадок приема. Здесь же содержатся сведения о возможностях использования поперечных волн. В гл. 13 описываются условия, когда получаются «плохие записи», и, в частности, случаи, когда низкоскоростной поверхностный слой подстилается высокоскоростными породами. Гл. 14 посвящена малоглубинной разведке и эффективному применению одновременной записи для снижения стоимости работ. В гл. 15 содержатся сведения о возможностях картирования по признаку изменения пористости целевых пластов и обнаружения залежей углеводородов. Обсуждены возможности сравнительного использования продольных и поперечных отраженных волн, а также метода продольных преломленных волн.
Следующие три главы посвящены практике полевых работ. В гл. 16 говорится о выборе аппаратуры и ее эксплуатации. В гл. 17 рассмотрены работы на профиле. Гл. 18 в основном подводит итог предыдущему изложению. В ней также рассмотрены разнообразные вопросы руководства полевыми работами и взаимоотношений с местными властями и населением.
Глава 19 содержит краткие сведения по обработке данных, которые геофизик-полевик должен обязательно знать, чтобы хорошо выполнять свою работу. Гл. 20 затрагивает важную проблему эффективной взаимосвязи между геофизиком-полевиком, обработчиком данных и разведчиком-интерпретатором. Гл. 21 и 22 посвящены теоретическим вопросам. В гл. 21 изложены основные положения понятий суперпозиции, принципа взаимности, «залечивания» волнового фронта и теория подавления случайных помех. В гл. 22 рассмотрены распространение сейсмических волн и изменения формы волнового импульса в процессе его распространения. Здесь же говорится о затухании и дисперсии объемных волн и анализируется их влияние на измеренные времена прихода отражений (и на времена прихода волн при измерения:, скоростей в скважинах).
В гл. 23 приведены сведения об экономике, производительности полевой партии, тенденциях развития сейсморазведки и заключительные замечания.
Получение' хороших, пригодных для интерпретации записей начинается в поле, и никакая компьютерная обработка не может скомпенсировать неудачный выбор аппаратуры, методики или плохое выполнение полевых работ. Поскольку некоторые вопросы представления данных сейсморазведки лучше всего решаются в процессе обработки, первичные («сырые») данные могут выглядеть плохими или хорошими. Критерием качества является соответствие данных после обработки требованиям интерпрета гора для решения конкретных задач разведки. Геофизик- полевик должен разобраться в процедурах обработки настолько, чтобы суметь определить, какая часть общей задачи разведки может быть решена в поле и какая-при обработке. Нс имея разумно-достаточных возможностей обработки в поле, даже опытный геофизик может ошибиться в выборе способов и параметров получения-записей. Как следствие полевые данные могут оказаться искажены фильтрацией или группированием либо, наоборот, могут быть испорчены помехами, которые могли быть с успехом подавлены правильным выбором методики наблюдений или параметров записи. Многие преимущества обработки данных в поле необходимо должным образом взвесить. Однако если обработка в поле недоступна, то хороший геофизик-полевик обычно все же в состоянии сам выбрать примерно оптимальные методику и параметры записей.
В относительно благоприятных условиях удовлетворительные записи можно получить с помощью простых способов группирования [1] (гл. 2). Однако они могут быть не оптимальны, и в трудных районах неизбежен более глубокий подход. Даже на площадях, где ранее получались хорошие записи, целесообразно вначале провести некоторые опытные работы и убедиться, можно ли расширить частотный диапазон отражении или еще сильнее подавить многократные волны либо другие помехи. Разумные опыты могут быть проведены быстро, если они хорошо продуманы и организованы. Важнейшие из них следует предусмотреть в начале программы, с тем чтобы последующие опыты можно было соответственно изменить или вообще отменить. Основная цель опытных работ состоит в ускорении полевых работ с целью уменьшения затрат (однако при условии получения вполне удовлетворительного качества данных). Каждая часть каждого отдельного опыта должна иметь четко обозначенную цель, непосредственно связанную с задачами разведки. Если программа опытов будет предусматривать опробование всех возможных комбинаций параметров, она станет долгой и дорогостоящей. Главное-это опробовать минимальное число наиболее перспективных комбинации, оцепить результаты и принять решение: что следует исключить из программы и что добавить. На выполнение такой проблемы может потребоваться время от одного часа до пары дней.
Обычно редко требуется большее время, если только в программе опытов не предусмотрено значительных многократных перекрытий по способу общей средней точки (ОСТ). В этом случае опыты должны обеспечивать получение таких данных, которые могут быть затем включены в саму съемку. Хорошая программа опытных работ должна обеспечивать информацию, ценность которой выше стоимости их выполнения. Тогда эта информация действительно поможет получить сейсмические данные высокого качества.
Периодически в ходе основных работ можно проводить и другие, кратковременные опыты. Например, в вибросейсмической партии, нормально накапливающей по 12 свипов в каждой точке возбуждения, можно каждое утро в начале работы пробовать накапливать в первых двух точках возбуждения по 4, 8, 12 и 16 свипов. Это позволит оценить возможность уменьшения числа свипов (и тем самым стоимости) при удовлетворительном результате или же, наоборот, убедиться в том, что требуется большее число свипов для существенного улучшения качества данных (при интенсивных внешних помехах).
Геофизик-полевик может наилучшим образом выполнить свою работу только в том случае, если он знает задачи разведки и, конечно, насколько это возможно, геологическое строение района от поверхности до изучаемых глубин. Автор рекомендует пользоваться формой бланков, данной в прил. А, заполняемой и подписываемой разведчиком- интерпретатором. В ней в виде ответов на вопросы содержится информация об объекте разведки и геологическом строении. Приведена также сейсмическая информация о скоростях и ожидаемых помехах, скажем об интенсивной поверхностной волне. Указываются расположение профилей и число наиболее близких сейсмических профилей, доступных для изучения. Интерпретатор заполняет такой бланк соответствующей информацией, которой он владеет, менее чем за полчаса. (Разумеется, при желании он может потратить и больше времени, разыскивая дополнительную информацию, по заполнение бланка не должно быть гнетущей обязанностью.) Геофизик-полевик должен изучить заполненную форму и внести в нее по возможности добавочные сведепия. Посоветовавшись с интерпретатором, он должен устранить неясности и решить, какие нужны дополнительные сведепия и где их найти.
Чтобы получить представление о характерных трудностях и о полосе частот целевых отражений, необходимо изучить доступные сейсмические данные по близким участкам или полученные в аналогичных геологических условиях. На концах профилей и вблизи их разрывов геофизик может составить некоторое представление об эффективности малых и больших удалений для записи отражений с различных глубин. Если позволяет время, он может захотеть познакомиться с результатами предварительного накапливания по уже пройденным профилям. Можно рассмотреть сейсмограммы общих пунктов возбуждения (с автомата-
ческой регулировкой усиления и без нее), временные разрезы ОСТ (с мьютингом или без него, с кинематическими поправками пли без них) и т. п. Целесообразно для короткого отрезка профиля проанализировать влияние различных фильтраций. Например, могут представить интерес вступления когерентных волн с частотой более 50 Гц на временах целевых отражений (и больших). В этом случае можно применить крутой ВЧ-фильтр с граничной частотой 50 Гц. Если временной разрез содержит отражения с частотными компонентами в диапазоне 50-60 Гц, то будут наблюдаться когерентные вступления вблизи этих времен отражений. Такие вступления могут оказаться «звенящими» вследствие узкой частотной полосы.
В трудных районах, где резко меняется качество отражений, интерпретатор должен нанести всю схему расположения профилей на кальку, наложенную на геоло! ическую карту. Следует обозначить различные отрезки профилей цветным кодом по признаку относительного качества данных, например красным-плохое, оранжевым-слабое, желтым - среднее, зеленым хорошее. Далее надо попытаться обнаружить корреляцию между качеством данных и геологией, превышениями местности, поверхностными условиями (болотистая почва, жесткие породы) и т. п. Если корреляция выявлена, то целесообразно избегать прокладывать профили через участки, где условия сходны с теми, на которых качество данных неудовлетворительно. Если профили все же пересекают такие участки, то геофизик-полевик должен быть предупрежден. Эго позволит ему заранее обдумать, что же можно предпринять для преодоления трудностей. Он может провести на трудном участке специальные опытные работы, чтобы1 более четко определить проблему и отыскать ее решение. Он может идти по пути увеличения энергии источника или увеличения кратности перекрытий ОСТ только па таком участке (если это заранее не предусмотрено проектом). В особо тяжелых условиях бывает возможно улучшить качество данных выбором различных комбинаций группирования источников и приемников. Для достижения успеха геофизику-полевику необходимо иметь по возможности более полную соответствующую информацию и отлично налаженную связь с квалифицированным и стремящимся к сотрудничеству специалистом по разведке.
Геофизику-полевику требуются также отлично налаженная связь и сотрудничество с геофизиком -специалистом по обработке данных. Обработчик может извлечь из данных очень много сведений, полезных как полевику, так и разведчику-интерпретатору. Взаимодействию указанных специалистов посвящена гл. 20.
Очень важны другие, хотя и не столь технические, особенности полевых работ. Чтобы достичь успеха, геофизик-полевик должен установить полное взаимопонимание и наилучшие трудовые отношения с персоналом партии. Он должен работать в полном контакте с администратором партии и вместе с ним обеспечивать высокую производитель-
ность. Он должен оказывать ему техническую помощь, проявляя заботу о состоянии аппаратуры, компетен пюсти персонала и его сознательном отношении к эксплуатации оборудования.
Геофизик-полевик должен вникать в условия жизни сотрудников и вместе с администратором разрешать, насколько это возможно, возникающие у них личные проблемы. Очень важно моральное состоянии партии. Мораль высока в партиях, работающих па хорошем оборудовании, которое поддерживается в должном порядке, где сотрудники знают, что именно от них требуется, и каждый осознает, как важно для всех хорошо выполнять свою работу. Высокий моральный уровень легче сохранить, если чаще советоваться с сотрудниками, как улучшить производство, и прислушиваться к их предложениям. При этом важно установить высокий стандарт требований, конструктивно критиковать за плохую работу и в то же время выделять и отмечать тех сотрудников, которые хорошо выполняют свою работу. Каждому хочется видеть, что его труд приносит ценные плоды. Любой сотрудник почувствует значимость своих усилий, если собрать всю партию и показать специально подобранный временной разрез высокого качества. Работай на профиле может и не очень разбираться в разрезах, но если сравнить полученный при его участии разрез с ранее полученными данными худшего качества, то можно указать на различия и объяснить, почему эти различия существенны.
Геофизик-полевик должен глубоко вникать в производство, стремясь в максимальной степени к непрерывности профилей, избегая при этом дорогих исков за причиненный ущерб, неблагоприятной реакции населения и официальных лиц. Полевику (и его начальнику) следует принять некоторую умеренную степень риска потери информации, по в то же время искать способы свести этот риск к минимуму. В случаях, когда сейсмические источники оказываются вблизи домов, колодцев, линий водоснабжения и т.п., бригада должна быть особо бдительной и немедленно сообщать оператору о каких-либо признаках повреждений или необычного поведения населения. Оператор обязан немедленно изучить место события. Если ничего особенного не происходит, он записывает примечание в полевом дневнике и продолжает работу. Если же он сомневается, имеется ли существенная причина для беспокойства, либо действительно случилось повреждение,-он обязан сообщить об этом администратору партии и затем они оба должны вызвать геофизика- полевика.
Администратор (начальник) партии, агент по разрешениям и топограф должны быть непосредственно заинтересованы в альтернативном расположении профилей, о котором может и не знать геофизик-полевик. Опи должны привлекать его внимание к более выгодным направлениям. Если возникают серьезные проблемы в реализации проектной сети, они обязаны информировать его о существе проблем и бьиь готовы предложить варианты изменения.
Геофизик-полевик должен помогать партии при затруднениях с получением разрешений от владельцев земли, минеральных ресурсов, местных, областных и федеральных официальных лиц. Если разрывы в профилях из-за посевов слишком велики или же отказы в разрешении непреодолимы, полевик должен обсудить эту проблему с соответствующими специалистами по разведке с целью по возможности сократить разрывы без ущерба для решения задач разведки.
Литература
1. Anstey N. A. Whatever happened to ground roll? The Leading Edge, 5, No. 3 (March), 40-45, 1986.
2Основные понятия, выводыи наблюдения
Хотя вопросы, которым посвящены эта и последующие главы, рассмотрены в применении к сейсморазведке на суше, основные положения могут быть отнесены также к сейсморазведке на море. Затрагивается широкий круг вопросов, возникающих в процессе проведения сейсмических работ. Вначале дается анализ помех и способов их подавления посредством сочетания группирования приемников и источников и суммирования по общим средним точкам. Рассмотрены также суммогруппы Анстея [1], но при интенсивных помехах, создаваемых источниками, предпочтение отдается протяженным группам, базы которых вдвое превышают интервал между их центрами (интервал группирования). Помимо этого описываются кратные волны, дискретизация сигналов и возникновение зеркальных частот, а также нелинейные эффекты и динамический диапазон.
Изучение регулярных помех .
Часто для регистрации помех (т. е. любых нежелательных колебаний) используются единичные записи от точечных источников и приемников. Такую процедуру называют анализом помех. В этом случае сейсмоприемники (СП) располагают по профилю на небольших расстояниях друг от друга (прил. Е, рис. ЕЛ). На рис. 2.1 приведен монтаж сейсмограмм, полученных в процессе изучения помех при расстояниях между приемниками 15,2 м и удалениях от источника, меняющихся от 15,2 до 2195 м. В первых вступлениях прослеживаются преломленные волны от одной или нескольких неглубоких границ раздела. Низкочастотные помехи интенсивны только на небольших удалениях и в основном на малых временах регистрации. Воздушная звуковая волна размыта из-за значительного расстояния между соседними сейсмоприемниками, равного 15,2 м, по тем не менее можно оценить ее относительную интенсивность. Источником этой помехи является поршневой двигатель автомашины, на которой смонтирована электростанция для шпания оборудования. Оператор должен был увидеть эти помехи и убрать их, разместив автомашину перпендикулярно профилю.
На рис. 2.2 приведен увеличенный фрагмент монтажа сейсмо! рамм по изучению помех. Оси синфазпости волн проведены здесь по мини-
2195 м2195 м1463 м1463 м732 м732 м15,2 м15,2 мРис. 2.1. Анализ волн-помех на удалениях 15,2 2195 м. Прием осуществлялся линейной 48-канальной расстановкой с интервалом между точками 15 м. Волны возбуждались вибратором, расположенным с одной стороны расстановки на удалениях 15,2; 746,8 и 1478,3 м. В каждой точке приема устанавливалось по шесть рядом стоящих сейсмоприемников. На рис. ЕЛ (прил. Е) приведена схема подобной системы наблюдений для шестиканальной расстановки.Рис. 2.1. Анализ волн-помех на удалениях 15,2 2195 м. Прием осуществлялся линейной 48-канальной расстановкой с интервалом между точками 15 м. Волны возбуждались вибратором, расположенным с одной стороны расстановки на удалениях 15,2; 746,8 и 1478,3 м. В каждой точке приема устанавливалось по шесть рядом стоящих сейсмоприемников. На рис. ЕЛ (прил. Е) приведена схема подобной системы наблюдений для шестиканальной расстановки.
2195 м
2195 м
1463 м
1463 м
732 м
732 м
15,2 м
15,2 м
Рис. 2.1. Анализ волн-помех на удалениях 15,2 2195 м. Прием осуществлялся линейной 48-канальной расстановкой с интервалом между точками 15 м. Волны возбуждались вибратором, расположенным с одной стороны расстановки на удалениях 15,2; 746,8 и 1478,3 м. В каждой точке приема устанавливалось по шесть рядом стоящих сейсмоприемников. На рис. ЕЛ (прил. Е) приведена схема подобной системы наблюдений для шестиканальной расстановки.
Рис. 2.1. Анализ волн-помех на удалениях 15,2 2195 м. Прием осуществлялся линейной 48-канальной расстановкой с интервалом между точками 15 м. Волны возбуждались вибратором, расположенным с одной стороны расстановки на удалениях 15,2; 746,8 и 1478,3 м. В каждой точке приема устанавливалось по шесть рядом стоящих сейсмоприемников. На рис. ЕЛ (прил. Е) приведена схема подобной системы наблюдений для шестиканальной расстановки.
ДОд- 472,0 м
ДОд ■ 259 м
1234 .
1021 Удаление ,м
762
А
0,00
0,10
0,40
0,55
0,60
0,70
0,18
0,20
0,28
0,30
0,45
Д?д = 0,1 С 0,50
■Рис. 2.2. Определение параметров помех. Этот рисунок представляет собой .увеличенный фрагмент рис. 2.1. Осн синфазности проведены через минимумы Ъвух регулярных помех, обозначенных буквами Л и В. Для волны-помехи U наблюдается изменение ее прихода на 0,1 с с увеличением удаления на 472,0 м; 'отсюда следует, что се кажущаяся скорость равна 4720 м/с. Период помехи ^.меняется от 0,02 до 0,025 с, что соответствует преобладающим частотам 50-40 Гц, или кажущимся длинам волн 94-118 м. Волна-помеха В имеет кажущуюся скорость 2590 м/с, период 0,035-0,043 с, преобладающие частоты 29-23 Гц и кажущиеся длины волн 91-112 м.
Lda /Д Г А = 4720 м/с, ДРВ /Д Гп = 2590 м/с.
мумам двух когерентных помех. Их проведение помогает усреднить отклонения, вызванные изменчивостью свойств зоны малых скоростей и интерференцией помех. Кажущаяся скорость волны равна приращению - пройденного ею пути за данный промежуток времени. Помеха А на удалении 762 м имеет время прихода 0,18 с. За одну десятую долю секунды волца прошла затем путь, равный 31 трассе, и ее удаление стало равным 1234 м. Кажущаяся скорость помехи А равна
va = (1234 — 762)/0,1 = 4720 м/с.
Период волны А меняется от 0,02 до 0,025 с, что соответствует основной частоте 50-40 Гц. Поскольку длина волны равна скорости, деленной па частоту (или умноженной на период), кажущаяся длина волны у помехи А равна 94-118 м.
Для волны В время на удалении 762 м равно 0,45 с, На одну десятую секунды позже волна сместилась на 17 трасс с удалением 1021 м. Кажущаяся скорость волны В равна
га = (1021 - 762)/0,1 = 2590 м/с.
Период волны" В меняется от 0,035 до 0,043 с. Частота и кажущаяся длина волны изменяются соответственно в пределах 29-23 Гц и 91-112 м. ;
Посмотрите снова на рис. 2.1 и проанализируйте воздушную волну, i Можно провести по ней линию наклона и продолжить ее назад в точку5 с нулевыми временем и выносом. Тогда получим, что ее кажущаяся скорость равна приблизительно 350 м/с, период 0,025-0,028 с, частота 40-36 Гц, а длина волны 8,8-9,8 м. Ничего больше нам знать не нужно, и в этом случае эффект пространственного наложения несуществен.
Таким же образом можно определить скорости, периоды, частоты и длины волн других регулярных помех. Аналогично определяются параметры других помех по обычным полевым данным. Это позволяет вычислить кажущиеся скорости, частоты и длины волн помех, которые недостаточно подавлены в поле группами источников и приемников: Затем можно решить, будут ли обработанные материалы в значительной степешт осложнены этими помехами на временах регистрации целевые волн и надо ли в связи с этим менять полевые параметры пли даже методику полевых работ.
На рис. 2.1 видно, что отраженные волны от горизонтальных границ раздела имеют очень малые приращения времени прихода с увеличением расстояния. Это связано с тем, что при удалениях приемников от пунктов возбуждения, малых по сравнению с глубиной залегания отражающих горизонтов, отраженные волны подходят к дневной поверхности под небольшим углом относительно вертикали. Измерения па поверхности показывают, что отраженные волны распространяются с очень высокими кажущимися скоростями, тогда как в действителЬ'
ности они подходят снизу с умеренными скоростями. Согласно вычислениям, кажущиеся скорости волн исключительно высоки, а кажущиеся длины волн весьма велики. С ростом удаления угол подхода отраженных волн становится больше, а кажущиеся скорости и длины волн- меньше (гл. 4 и рис. 4.3).
Подавление регулярных помех
Регулярные помехи имеют определенный диапазон кажущихся длин волн. Если расстояние между двумя сейсмоприемниками (или двумя источниками) в группе равно половине кажущейся длины волны, тогда помеха и сигнал с такой длиной волны будут подавляться. ХГболышш числом приемников или источников либо тех и других можно подавить регулярные помехи, имеющие значительный диапазон кажущихся скоростей. В прил. D объяснен механизм подавления помех группами источников и приемников и показано, как их можно рассчитать для удовлетворения наших требований. Практические вопросы расчета параметров групп рассматриваются также в гл. 3. Техника расчета иллюстрируется в гл. 7 и по всей книге.
В прил. D рассматривается концепция синусоидальных волн в пространстве и во времени, которые представляются векторами. Читателю, имеющему ограниченные знания по теории группирования и векторному представлению волн, рекомендуется прочитать это приложение до знакомства с материалом этой главы. Эффективность подавления помех группами источников и приемников ограничивается различными факторами, учет которых или затруднен, или практически невозможен. Некоторые из них: изменение условий в зоне малых скоростей (ЗМС), неточная установка сейсмоприемников по профилю и др. Вследствие этих причин уровень подавления помех сложными группами, как правило, оказывается меньше теоретического. Поэтому для регистрации сейсмических данных почти всегда целесообразно использовать относительно простые группы. Простые группы легче и быстрее в применении, и при их использовании встречается меньше ошибок. Однако это не значит, что невозможно достичь высокого уровня подавления помех в необходимом диапазоне их кажущихся длин волн. Например, мы можем ослабить помехи на 18 дБ группой приемки-, ков, еще на 18 дБ за счет группирования источников и дополнительно 20 дБ благодаря суммированию по способу общей средней точки (ОСТ), обеспечивая общее подавление помех в определенной полосе кажущихся длин волн на 56 дБ.
Возможно ли на самом деле достичь такого ослабления помех? Да, если как следует рассчитать весь план получения данных. В характеристиках групп источников и приемников имеются пики (максимумы), в которых ослабление помех с определенными кажущимися длинами волн оказывается относительно небольшим (или в ряде случаев нуле-
вым). В пределах характеристик существуют также провалы (минимумы), в которых подавление очень эффективно. Постаравшись, можно так отрегулировать группы источников, чтобы иметь провалы на тех длинах волн, к которым приурочены промежуточные максимумы групп приемников. Используя такую методику, можно расширить диапазон длин волн, в пределах которого результирующая характеристика обеспечит достаточно хорошее подавление помех (гл. 3 и прил. D).
Хотя и предполагается, что читатель знаком со способом общей средней точки (ОСТ), однако, ввиду особой важности этой концепции в современной сейсморазведке, полезно дать ее краткий обзор. Определенное число трасс с различными удалениями записывают для серии пунктов возбуждения вдоль сейсмического профиля. Из этих данных выбираются такие пары пунктов возбуждения и приема, которые имеют общие срединные точки на поверхности. Предполагается, что им соответствуют общие точки отражения на глубине. Для наклонных отражающих границ данное предположение выполняется лишь приближенно (гл. 11 и рис. 11.5). Серию трасс с общими средними точками называют выборкой (годографом) ОСТ. В каждую выборку ОСТ вводятся кинематические поправки, учитывающие различия времен прихода волн на разных расстояниях от источника. Затем трассы суммируют (накапливают). Отраженные волны практически аддитивны, в то время как фазы помех различны. Это ведет к увеличению отношения сигнал/помеха. Приведем следующий пример, который используется в нескольких рисунках:
Число трасс12
Интервал группирования СП200 (произвольныеединицы)
Взрывной интервал200
Вынос4 интерваламеждуСП (по два с каж
РасстановкаРасстановка1500, 1300, 1100, 900,' 700, 500-0-1500, 1300, 1100, 900,' 700, 500-0-(коса сзади)(коса сзади)дой стороны от источника)Симметричная
Расстановка
Расстановка
1500, 1300, 1100, 900,' 700, 500-0-
1500, 1300, 1100, 900,' 700, 500-0-
(коса сзади)
(коса сзади)
500, 700, 900, 1100, 1300, 1500
(коса спереди)
На рис. 2.3 показан этот пример при пунктах возбуждения от А до J с 12 каналами записи для каждого пункта возбуждения. Пункты возбуждения и приема располагаются по профилю, но на рис. 2.3 они для наглядности смещены по перпендикуляру к линии профиля. Первые два канала по каждую сторону от пункта возбуждения отключены и образуют так называемый «четный вынос», так как четыре-четное число. В наиболее типичном случае предполагается центральная расстановка сейсмоприемников. В центре рис. 2.3 приведены положения точек отражения, для горизонтальной границы раздела. Показанные точки отражения на' границе находятся в середине между пунктами возбуждения и соответствующими им точками приема.
Рассмотрим точку отражения непосредственно за пунктом возбуждения D. Для получения этой точки мы должны зарегистрировать шесть
Положения трасс *♦
X X X фX X X ф123456123456ю и о CDю и о CD1 11 1хх1 •.1 •11 •.1 •1А789101112- % О . . ■ ___А789101112- % О . . ■ ___X G- <^*НX G- <^*Нсс1 1 *231 1 *2312 12 12 — 12 ■■ • - ■-■ 12 .— И .. 10 g12 12 12 — 12 ■■ • - ■-■ 12 .— И .. 10 gIJIJфф1 2 3 4 5 61 2 3 4 5 656567878\о м о о\о м о о111 •1 •7 8 9 Ю 11 12с i j7 8 9 Ю 11 12с i j1212УУ1111. . .1 •. . .1 •Средние точки • 12 - • • 12 • . • . -12 12Средние точки • 12 - • • 12 • . • . -12 1211НН11II12• • 12.1212• • 12.12смсм1 2 3 4 5 6I гм1 2 3 4 5 6I гм7 8 9 1011 127 8 9 1011 12ОбозначенияОбозначенияо - о<о - о<оох Пункт возбуждения о Пункт приема• Средняя точка (приближенно точка отражения)х Пункт возбуждения о Пункт приема• Средняя точка (приближенно точка отражения)ххсм — смсм — смо и и и о ГО СО СО 03 Суо и и и о ГО СО СО 03 Су
X X X ф
X X X ф
123456
123456
ю и о CD
ю и о CD
1
1
1
1
х
х
1 •
.
1 •
1
1 •
.
1 •
1
А789101112
- % О . . ■ ___
А789101112
- % О . . ■ ___
X G
- <^*
Н
X G
- <^*
Н
с
с
1
1 *23
1
1 *23
12 12 12 — 12
■■ • - ■-■ 12 .— И .. 10 g
12 12 12 — 12
■■ • - ■-■ 12 .— И .. 10 g
I
J
I
J
ф
ф
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5 6
56
56
78
78
\о м о о
\о м о о
1
1
1 •
1 •
7 8 9 Ю 11 12
с i j
7 8 9 Ю 11 12
с i j
12
12
У
У
1
1
1
1
. . .
1 •
. . .
1 •
Средние точки • 12 - • • 12 • . • . -12 12
Средние точки • 12 - • • 12 • . • . -12 12
1
1
Н
Н
1
1
I
I
12
• • 12
.12
12
• • 12
.12
см
см
1 2 3 4 5 6
I гм
1 2 3 4 5 6
I гм
7 8 9 1011 12
7 8 9 1011 12
Обозначения
Обозначения
о - о<
о - о<
о
о
х Пункт возбуждения о Пункт приема
• Средняя точка (приближенно точка отражения)
х Пункт возбуждения о Пункт приема
• Средняя точка (приближенно точка отражения)
х
х
см — см
см — см
о и и и о ГО СО СО 03 Су
о и и и о ГО СО СО 03 Су
Рис. 2.3. Пример использования симметричной расстановки с четным по числу трасс выносом. Пункты взрыва и линии приема не смещены в поперечном направлении, но показаны смещенными для иллюстрации их перемещения вдоль профиля. Для горизонтально-слоистых сред точки отражения на глубине располагаются точно в середине расстояния между пунктами возбуждения и соответствующими им точками приема. В этом примере на двух ближайших к пунктам возбуждения точках приема регистрация не ведется.
различных трасс: ЛИ, 59, С7, F5, G3 и Ш. Для следующей точки отражения мы также должны зарегистрировать шесть других трасс: Л12, 510, С8, F6, G4 и 7/2. На рис. 2.4 показаны последовательности лучей для второй общей средней точки отражения. Лучевые траектории Л12, 510 и С8 для расположения сейсмокосы «спереди» чередуются с лучами F6, (74 и 7/2 для косы «сзади». Такое чередование лучей дает два преимущества. Первое-отсутствует дублирование лучей в каждой выборке трасс, что приводит к меньшей зависимости выборок отраженных сигналов от помех, генерируемых источником. Второе-когда взрывной
Положения трасс •*
Рис. 2.4. 12-канальная симметричная расстановка приемников с выносом в 4 интервала между центрами групи. Показано чередование лучей в выборке ОСТ при расположении косы спереди и сзади. Внутри выборок лучи для случая переднею расположения косы (Л-12, 5-10, С-8) чередуются с лучами, соотвсг- ствмощимп расположению косы сзади (Я-2, С-4 и F-6). Расстояния между пунктами возбуждения и приема в каждой выборке ОСТ увеличиваются на один интервал между группами при чередовании лучей и на два без нею.
интервал равен интервалу труппирования, такое чередование обеспечивает минимальное различие удалений пунктов приема и пунктов возбуждения в каждой выборке ОСТ. Уменьшение разницы в удалениях помогает в подавлении помех, вызванных источниками колебаний.
Если пункты возбуждения (или центры групп источников) поместит! в точки приема, то трассы при расположении кос спереди и сзади будут иметь общие лучи и равные удаления. Трассы не будут чередоваться и мы будем иметь вынос, равный нечетному числу трасс. Для досгиже ння желаемого чередования необходимо располагать пункты возбужде пня посередине между точками приема, что приведет к выносу, равном) четному числу трасс.
Суммирование по ОСТ позволяет весьма эффективно подавлял помехи с очень большими длинами волн (без одновременного ослабле ния целевых отраженных волн). Каждая выборка по общей срсднеГ точке содержит информацию от минимальных (трасса 5 или 6 тг рис. 2.3) до максимальных удалений (трасса 1 или 12 на рис. 2.3). Дл<
Удаление, произо. ед
Рис. 2.5. Перекрытие синусоидальной помехи группами приемников в пределах выборок ОСТ. При базах групп, равных половине расстояния между их центрами, образуются пропуски в представлении волны. При базах групп, равных расстоянию между ними, пег пропусков волны и все трассы образую! одну ! татскую однородную группу с постоянной чувства гсльносчыо. При двойных но протяженности группах прямые и встречные расстановки можно рассматривать о (дельно и ио каждой из них нет пропусков в представлении волны. Совместная выборка по всем трассам представляет собой суммы двух гигашских i рупп с равномерным шагом. 3ia сумма предо(авляет собой iруппу с трапецеидальной чувствительностью и весами 2 и I. При 1ройных по протяженности группах наблюдается их перекрытие и при прямом, и при обратном расположении косы. Рсзулы пру юта я харак1сристнка является трапецеидальной с весами 3, 2 и 1.
приемных систем с числом трасс мною больше 12 каждая просуммированная трасса представляет собой результирующий сигнал о г гигантской группы, гго ггмеег то преимущество, что в исходные записи введены нормальные кинематические поправки (NMO) гг, следовательно, сохраняются отраженные волны. Для наземных работ максимальная практически реализуемая кратность ОСТ равна половине от числа используемых каналов, и опа достигается, когда взрывной интервал равен интервалу группирования. Мы будем говорить об этом как о иолио- кратном наблюдении.
Рассмотрим случай равномерной расстановки, когда расстояние между соседними сейсмоприемниками неизменно в нредела,х каждой труппы, интервал между пунктами возбуждения равен интервалу группирования тт вынос четный. На рис. 2.5 приведены фрагмент синусо-
идальной волны, распространяющейся вдоль поверхности, а также 1 руппы приемников с эффективными базами, равными половине интервала группирования, одному, двум и трем интервалам i руппирования. Для групп с базой в половину интервала группирования имеются пропуски в представлении синусоидальной волны. Но для групп с базой в один интервал чередование прямых и встречных расстановок обеспечивает непрерывное перекрытие волны. Пропуски отсутствуют, за исключением относительно коротких участков между соседними приемниками в пределах каждой 1руппы. Для ipynn с базами в два интервала волна перекрывается и по прямым, и по встречным расстановкам. При наличии каких-либо последовательных различий у синусоидальных волн с прямым и встречным расположением кос эги группы обеспечат непрерывное перекрытие обеих синусоидальных волн. При базах, равных трем интервалам группирования («тройные группы»), перекрытие реализуется непрерывно с тройной кратностью в центральной-части и уменьшением ее по краям до двух и одной.
Если база каждой группы приемников равна целому числу интервалов группирования, тогда сумма ОСТ (сумма всех выборок ОСТ) представляет собой однородную и непрерывную подборку сигналов со всех удалений с малыми интервалами дискрегизации, равными расстоянию между соседними сейсмоприемниками в каждой группе. В идеальных условиях это приведет к эффективному подавлению помех с длинами волн, изменяющимися по меньшей мере от двойного расстояния между соседними приемниками до величины, равной расстоянию между максимальным и. минимальным удалениями. Но для реальных условии подавление помех суммированием по ОСТ (в сочетании с группированием приемников) несколько менее эффективно.
При более тщательном расчете можно обеспечить существенное подавление помех в значительной полосе длин волн, коюрое совместно с суммированием по ОСТ будет более эффективным по сравнению с группированием источников и приемников. При эюм возможны компромиссы и лучший выбор зависит от многих факторов. Но суммирование по ОСТ работает в полной мере только при условии, если из исходных данных возможно определить статические и кинематические поправки. В районах с высоким уровнем помех бывает трудно или даже невозможно получить эти необходимые данные до тех пор, пока уровень шумов не удастся уменьшить в поле с помощью лучших схем группирования источников н приемников. С другой стороны, если на сейсмограммах не удается выделить отраженные волны, то необходимо провести анализ регулярных помех по полевым записям и определить их длины волн, преобладающие частоты и скорости этих помех (рис. 2.2). Если наиболее сильные помехи имеют низкочастотный состав, то при нолевой записи необходимо применить соответствующий фильтр верхних частот, с чем чтобы попытаться увидеть отражения на исходных записях. Если такая фильтрация позволит распознать отраженные волны, то мы
можем быть уверены в том, что обработчик также сумеет выделить отражения. Но не обязательно использовать фильтр в поле в процессе получения записей. Если фильтрация не позволяет выделить какие-либо отражения, то для подавления некоторых из наиболее интенсивных помех следует подумать об изменении параметров группирования ист очников и приемников. Если потребуются более протяженные группы, то необходимо проверить, не ограничивают ли они запись высокочастотных составляющих волн (гл. 4).
Предположим, что планируется проведение наземных работ с применением симметричной системы наблюдений ОСТ полной кратности (равные базы групп источников и приемников) и расположением центров групп источников между центрами групп приемников. Будем называть такую систему «полнократной, симметричной расстановкой с четным выносом». С этой системой записи используют линейные группы сейсмопрпемпиков с равным расстоянием между ними. Эффективная длина групп обычно бывает равна одному, двум, трем и т.д. интервалам между ними. В случае таких однородных групп при идеальных условиях регистрации характеристики группирования (для длин волн, превышающих двойное расстояние между ссйсмоприемииками) определяются отношением (sin9)/0, где 0-аргумент, заданный в радианах, равен я, умноженному на базу группы, выраженную в длинах волн (прил. D). В случае протяженных групп это отношение становится весьма небольшой величиной. Для рекомендуемой системы записи с группами, равными целому числу интервалов группирования, сумма трасс в каждой выборке ОСТ соответствует эквивалентной гигантской группе и угол О становится очень большим; в идеальных условиях решетрации колебаний это обеспечивает прекрасное подавление помех в широком диапазоне длин волн.
Когда отраженные волны подходят к дневной поверхности под значительными углами к вертикали, то их времена прихода к концам протяженной группы приемников будут заметно различаться (см. рис. 4.3). Эти различия во временах прихода (различные кинематические сдвиги) имеют наибольшее значение для высокочастотных компонент отраженных волн. Поэтому во избежание возможных потерь высоких частот необходимо ограничивать длину приемных групп. В тех случаях, когда важна вертикальная разрешенное ib и, следовательно, требуется присутствие высоких частот, нужно следить за тем, чтобы их потерн в выборках ОСТ не были чрезмерными. В гл. 4 приведены соотношения, позволяющие подсчитать потерю высоких частот протяженными группами приемников; там же дап численный пример.
Группы с базой, равной удвоенному интервалу группирования, часто даю г паилучшие результаты в наземной сейсморазведке, кроме тех случаев, когда происходит нежелательное ослабление высокочастотных составляющих волн. Такне («двойные») группы в сочетании с полнократными симметричными системами наблюдений и четными выносами
обеспечивают хорошее перекрытие длин волн помех и их эффективное подавление группами приемников и суммированием по ОСТ. В выборках ОСТ при использовании групп с базами, равными удвоенному интервалу группирования, трассы с удалениями, соответствующими расположению косы спереди и сзади, следуют друг за другом в желаемой последовательности с малым интервалом, равным расстоянию между п^ЙЛчпками (рис. 2.5). Подавление помех не зависит oi взаимного чередования трасс, соответствующих переднему и заднему расположению косы. Причина этого преимущест ва будет рассмотрена далее.
В своем способе «суммо! рупп» для наземной сейсморазведки Лнстей [1] рекомендует использовать группы с базой в один интервал группирования («одинарные» группы) для проведения полнократных, равномерных и симметричных наблюдений с четными выносами. При относительно идеальных условиях эги группы исключают пропуски длин волн, которые должны быть ослаблены, и обеспечивают хорошее подавление помех с очень большими длинами воли (рис. 2.5). Но они менее эффективны при неидеальных условиях. Предположим, что посылаемые в землю сигналы изменились по амплитуде или по спектру. Эти изменения moi ли быть результатом смены литоло! ин на глубине взрыва или на поверхности в случае поверхностного источника. Изменения поверхностных условий приведут также к отклонениям pci истрируемых сигналов. Однако аномальные эффекты, обусловленные источниками и приемниками, не будут одинаковыми. (Принцип взаимности источников и приемников не выполняется строго вследствие неидешичности групп источников и приемников, а также из-за нелинейных эффектов вблизи мощных излучателей.)
Если изменения происходят резко и локализованы в гочке. ОСТ, то 1 руппы с двойными базами будут еще достаточно эффективны, поскольку отдельные суммы трасс при расположении косы «сзади» и «спереди» будут значительно ослаблять помехи (рис. 2.5 и 2.6). Но в случае «одинарных» ipynn различие сигналов, возбуждаемых источниками, будет иметь следствием различия в характере помех, принимаемых передней и задней косами, что может нарушить баланс и создать относительно большую суммарную помеху. Если изменения литоло!ии на глубине взрыва или на поверхности имеют место на половине максимального удаления перед точкой ОСТ, то «двойные» iруппы приемников будут вполне эффективны. Суммарная помеха на задней косе може! подвергаться влиянию изменений в условиях возбуждения. Однако суммарную помеху па задней косе можно рассматривать как состоящую из двух сумм. Первая- для удалений вплоть до места, где меняются условия возбуждения, вторая-за этим местом. Обе суммы для задней косы могут быть невелики в о i ношении помех, длина волны которых мала по сравнению с эшми достаточно длинными составными группами. Суммарная помеха от передней косы подвержена изменениям
Рис. 2.6. Эффект изменения поверхностных условий или неглубоко залегающих пород на выборки ОСТ. Если эти изменения произошли в центре выборки ОСТ, то на последовательных удалениях от этого места в выборки будут входить данные о г взрывов, произведенных в различных поверхностных или близповерх- ностных породах.
условий установки приемников. Но и в этом случае суммарную помеху на передней косе можно рассматривать как состоящую из двух сумм. Первая для удалений до места изменения условий установки приемников и вторая-за этим местом. Обе суммы для передней косы могут быть также невелики для помех, длина волны которых мала по сравнению с этими достаточно длинными составными группами. Поэюму двойные группы могут достаточно эффективно ослаблять помехи при резких изменениях литологии или поверхностных условий вблизи середины передней и задней расстановок.
Последний раздел прил. D также посвящен подавлению помех суммированием по ОСТ, рассматриваемым отдельно, а также в сочетании с 1руппированием приемников. Заключи юльные замечания этого приложения не противоречат концепции «суммогрупп» там, где эта концепция применима (т.е. где эффективная длина приемной группы равна целому числу приращений удаления между выборками ОСТ, представленными регулярными сигналами и помехами).
Часто бывает желательно регистрировать в первых вступлениях
Положения трасс ■*
ОСТ
А
Рис. 2.7. Характеристика выборки ОСТ по отношению к помехам от наклонной преломляющей границы. Углы подхода преломленной волны к дневной поверхности различны по падению и восстанию этой границы. Кажущаяся длина преломленной волны и степень се подавления группами приемников будут различными по восстанию и падению (рис. 4.3). Показаны лучевые траектории преломленной волны: Л12, BIO, С8, G4 и Н2.
преломленные волны для определения статических поправок с одновременным ослаблением последующих преломленных воли (которые нередко представлены доперечными, а не только продольными преломленными волнами). На рис. 2.7 показаны траектории преломленных волн от наклонной границы, которые могут входить в выборку ОСТ. Будем считать эги волны помехами, которые нужно подавить. Угол подхода преломленных волн по восстанию границы будет меньше, чем по падению, вследствие чего кажущиеся длины волн будут различными (см. рис. 4.3). Данная группа сейсмоприемников, расположенная в направлении восстания границы, может лучше подавлять некоторые компоненты преломленной волны, чем такая же i руппа, размещенная в направлении падения границы. Для групп с базами в один интервал группирования сочетание выборок ОСТ, полученных от передних и зад-
них кос, может не обеспечить должного подавления волн от наклонной преломляющей границы. Этот сложный случай подробнее рассмотрен в прил. С.
Двойные базы групп в общем предпочтительнее, но и одинарные бывают достаточно эффективными, и их следует применять в тех случаях, когда двойные базы слишком велики для регистрации высокочастотных составляющих воли, имеющих важное значение для целей разведки. На площадях с хорошими условиями приема, где уровень помех, генерируемых источниками, невысок, одинарные группы могут быть оптимальными. В морской сейсмике вполне эффективны одинарные группы, как это предложено Анстеем [1].
В присутствии интенсивных помех с очень большими длинами волн для их эффективного подавления до суммирования необходимо применять тройные или даже учетверенные базы по отношению к интервалу группирования. Некоторые считают, что при использовании групп с большой базой снижается горизонтальная разрешенность записей. Но сейсмические волны не состоят из узких пучков лучей, которые отражаются от точек. Напротив, они представлягот собой волны, которые отражаются от достаточно больших по площади участков подземных границ, и эти площадки увеличиваются в размерах с глубиной, что ограничивает горизонтальную разрешенность (прил. F, программа В\ В большинстве случаев для тог о, чтобы г оризонтальная разрешенность серьезно уменьшилась, группы приемников должны иметь исключительно большую базу.
Для таких довольно мобильных источников, как вибраторы, рекомендуется использовать системы ОСТ максимальной кратности с расстояниями между точками излучения, равными интервалу группирования. В тех случаях, когда источником является взрыв в глубокой скважине, системы ОСТ высокой кратности (с интервалами между пуггктами взрыва, равными интервалу группирования) часто оказываются экономически нецелесообразными. В гл. 9 мы покажем, что при половинной от максимальной кратности (взрывной интервал равен удвоенному интервалу группирования) невозможно достичь однородного представления помех, предлагаемого Анстеем, если только вы не используете учетверенные группы сейсмоприемников с нечетным выносом. Возможно, однако, получить желаемуго однородность выборок при обработке путем суммирования пар трасс, но при этом необходимо использовать группы приемников, базы которых в целое число раз превышают интервалы между группами (гл. 9).
Наклонные отражающие границы
Когда отражающая граница имеет достаточно большой наклон, а система наблюдений ориентирована по се падению, от раженные волны будут подходить к поверхности под значительными углами к вертикали
Рис. 2.8. Отраженные волны от наклонной границы. Заметим, что на равных удалениях оч источника углы подхода волн (относительно вертикали) к поверхности но восстанию 1раницы меньше, чем но падению. ПВ-пункт возбуждения.
(рис. 2.8 и гл. И). Различия по временах прихода волн к отдельным элементам протяженной группы приемников будут уменьшать ее чувствительность па высоких частотах. В результате возможны значительные потери высокочастотных компонент полезных сит налов. Но если используются двусторонние наблюдения и симметричные расстановки, то половина расстановки приемников будет расположена по восстанию границы и различия во временах прихода волн на базе приема будут уменьшаться, если, конечно, группа источников не слишком протяженна (рис. 2.8 и гл. И). Итак, высокие частоты в каждой выборке ОСТ будут уменьшаться для одной половины трасс и несколько увеличиваться для второй. Если наклон границы очень велик, то эффект наклона будет намного больше, чем влияние удаления на кинематический сдвш\ и углы подхода в пределах выборки ОСТ будут велики для большинства трасс. В этом случае мы будем терять значительное количество энергии отраженных волн на высоких частотах. Для каждой выборки трасс результирующие отклики для высокочастотных компонент волн, отраженных от умеренно наклоненных 1 раниц, будут не менее чем наполовину определяться наклоном (при симметричной расстановке и относительно коротких группах источников).
Воздушные волны и другие коротковолновые помехи
Воздушные (звуковые) волны могут быть значительным источником помех, особенно коротковолновых^Воздушные волны имеют небольшие длины волн потому, что скорость звука в воздухе всего околоЗЗО.м/ь ЭффекТТшйым средством подавления этих волн молут.быть малые интервалы между сеисмоприемниками или источниками в группах. Идеальным является "расстояние, равное половине длины во_лцы самой; ^высокочастотной компоненты такой помехи. Если верхний предел'
частот при регистрации ограничен 55 Гц. то предпочтителен интервал„ "между элементами группы, не превышающий 3 м. Па практке это не всегда возможно осуществить. При работах с вибраторами строго по линии профиля или вдоль дорот такой интервал между источниками реализовать нельзя из-за слишком большой длины машин. Но можно возбуждать н записывать волны последовательно при перемещении всей группы вибраторов каждый раз на короткое расстояние, например на 3 м, и опять производить запись. Этот процесс повторяется несколько раз, а затем полученные записи суммируют. На просуммированных сейсмограммах помехи, длины волн которых вдвое превышают короткий интервал перемещения установки, будут ослаблены. Для сейсморазведки высокою разрешения с регистрацией высокочастотных компонент до Н О Гц расстояние между элементами групп пли интервал перемещения источников уменьшается до 1,5 м.
Сочетание малых расстоянии между приемниками в группе с необходимостью применения прожженных iруин приводи! к использованию большою числа приемников па трассу. Поэюму при протяженных группах приемников, применяя мобильные поверхностные источники, мы можем предпочесть небольшие расстояния между излучателями в группах и более протяженные интервалы между сейсмо- приемниками.
Суммирование по ОСТ (само по себе) имеет ограниченные возможности для ослабления коротковолновых помех. Относи 1ельпые сдвиги фаз между._выборками стаиовятся^для них случайными (особенно па больших удалениях), и степень их ослабления булет_равна единице, деленной иа корень квадратный из кратности OCT (пли обратной величине от корня квадратного из кратности ОСТ).
Другой. путь~ослаблсння звуковых помех-применение небольших выносов, достаточных в то же время для записи целевых от раженных волн до прихода воздушной волны. Эют прием наиболее приемлем для мобильных сейсмопартий, ведущих разведку в районах с сильно пересеченной местностью (где использование большого числа сейсмоприемников н близко размещенных источников обходится слишком дорого). . Воздушные волны возбуждают необычные помехи на сейсмических записях^Если пункт возбуждения расположепоколо вершины обнажещ ного холма, а коса спускается в лесистую местность, пересекая затем другой обнаженный холм, то в низине звуковыс-волны могут пли совсем отсутствовав, или быть малопптенсивпыми, но они могутбыть доста- точно сильными на-бейсмоприемниках, расположенных вблизи вершин обоих холмов. Другой необычный эффекч может наблюдаться на больших удалениях при записи от источника многократного возбуждения, работающею с интервалом в несколько секунд (что Типично для источников Дииоссйс). Происходит то, что на больших удалениях
воздушные волны приходят очень рано и все же проявляются в виде нормальных низкоскоростных воздушных волн. Проблема заключается в наличии звуковых помех от предыдущего срабатывания источника. Подобные явления могут также иметь место при работе с вибраторами, излучающими серии очень коротких свип-сигналов.
Помехи от генератора переменного тока сейсмостанции
При работах способом Вибросейс в сейсмостанции, как правило, устанавливается мощный генератор переменного тока из-за необходимости длительной регистрации данных. Обычно эют генератор при водится во вращение поршневым двигателем, который возбуждает в земле нежелательные помехи двумя путями. Первый когда вибрации двшателя, установленного на шасси автомашины сейсмостанции, передаются в грунт. Второй путь-через возбуждение воздушных волн системой выхлопа, и обычно это основной источник помех, которые носят квазисипусоидальпый характер и имеют частоту около 50 Гц. Частота зависит от числа цилиндров двигателя и скорости вращения. Если использовать турбинный двигатель, то у него выхлоп возбуждает звуковые волны, частота которых выше обычно! о сейсмического диапазона. До тех пор пока это не сделано, целесообразно расположить сейсмостанцию перпендикулярно профилю 'на удалении более 100 м от него^П^сли работы ведутся вдоль шоссе, то, быть МО^кет, удастся разместить станцию в стороне или на боковой дороге. В ряде случаев можно ослабить^вуклвыеволны от выхлопа, если направить выхлопную трубу в Сторону от профиля^ Нетрудно предхемощеть поворачиваемый на 90° конец выхлопной трубы (это намного проще, чем
Различие помех, возбуждаемых источником и другими причинами
Необходимо отличать помехи, возбуждаемые сейсмическим источником, от помех, обусловленных другими причинами, такими, как ветер, атмосферные явления, дождь, животные, автомобили, поезда, насосы, трубопроводы и люди. При большой мощности источника посторонние помехи могут быть перекрыты. Но в отношении помех, возбуждаемых самим излучателем, повышение его мощности не может помочь. Однако увеличение числа источников в группе и точек возбуждения волн при правильном расчете iруппы источников способно обеспечить эффективное подавление помех, вызванных источником.
Предположим, профиль проложен через месторождение с эксплуатационными скважинами. Помехи, не связанные с источником, будут приниматься приемниками со всех направлений. Если используется площадная группа приемников, например в форме звезды, то она будет ослаблять помехи от работающих скважин независимо от азимута их подхода к 1 руппе. Звездообразная группа источников из 15 скважин не будет давать тот же эффект. Конфигурация групп скважин не играет определяющей роли, тогда как конфигурация группы приемников может иметь важнейшее значение. Напротив, для помех, возбуждаемых источником, которые рассеиваются но перпендикуляру к профилю и, следовательно, достшают расстановки под большими азимутальными углами, конфигурации групп как ссйсмоприемников, так и источников будут играть важную роль в подавлении помех. Если звездообразная группа источников излучает мало энергии по какому-либо азимуту, то уровень распространяющихся в этом направлении помех будет небольшим. Если же звездообразная группа сейсмоприемников окажется относительно малочувствительной по направлению какого-либо азимута, то отклик на рассеянные и распространяющиеся по этому азимуту помехи будет также мал.
Если перемещать вибраторы с опущенной плитой сразу же после каждого свина, то возбуждаются помехи, которые не всегда вызывают трудности (в моей собственной практике они не были серьезной проблемой, и для ускорения работ и экономии средств мы часто вели наблюдения именно таким путем). Хотя такие помехи и возбуждаются источниками, но их не следует рассматривать как помехи от самих вибраторов, потому что они не имеют отношения к использованию источника для получения полезных воли (в этом случае при изменении энергии источника путем увеличения пли уменьшения уровня силы воздействия будут меняться амплитуды отраженных волн относительно амплитуд помех). С другой стороны, помехи от выброса бурового раствора и обломков пород при взрыве могут быть отнесены к помехам от источника, так как увеличение массы заряда ведет к повышению и их интенсивности.
Многократные отражения
МноЕократныс отражения могут представляв серьезную проблему, если они имеют значительную интенсивность в интервалах времен прихода целевых отражений. Эти волны могут быть ослаблены при обработке, если их кинематические сдвиги существенно отличаются от приращения времен однократных отражений. Поэтому следует выбрать такую методику работ, которая способна в максимальной степени обеспечить различие соответствующих временных сдвигов. Для этого нужны большие удаления и адекватный диапазон удалений в выборках ОСТ (но нецелесообразно использошиь такие удаления, которые моьут оказаться слишком большими для уверенной записи однократных отражений от целевых границ). Обычно оптимальное удаление приблизительно равно глубине отражающей границы, но это не всегда. В некоторых случаях на одних и тех же временах скорости. многократных волн незначительно отличаются от скоростей однократных отражений. Тогда па малых удалениях приращения времен первичных и кратных волн в выборках ОСТ могут* почти не различаться. Поэтому суммирование трасс при относительно небольших удалениях может повысить интенсивность mhoi ократных воли приблизительно в такой же мере, как и однократных. В силу этого целесообразно в некоторых случаях использовать достаточно большие минимальные удаления. Идеальным было бы применять небольшие минимальные удаления, но использовать при этом большие интервалы группирования приемников для самых малых удалений. Но это трудно реализуемая на практике методика.
Дискретизация сигналов и зеркальные частоты
В современной сейсморазведке используется цифровая запись, а эго означает, что запись ведется не непрерывно, а дискретно, через определенные небольшие временные интервалы (прил. D). Для определения воли по таким дискретным отсчетам необходимо иметь по крайней мере два отсчета на период для самой высокочастотной компоненты, которую мы хотим записать. В противном случае мы сталкиваемся с так называемой временной неоднозначностью. Это означает, что наши возможности определять волны по цифровым данным ограничены и частотные компоненты выше так называемой частоты. Найквиста будут воспроизведены неправильно как-составляющие с частотами, ниже ее. Составляющие с частотой ла 15 Гц выше частоты Найквиста будут проинтерпретированы как компоненты, частоты которых на 35 Гц ниже ее.-Частоты выше этого порога будут преобразовываться и казаться ниже частоты Найквиста. На этом основании мы можем применять ТПТсжрспвацшо с шагом 4 мс (при часготе Найквиста 125Тц) для воли
с частотами ниже 90 Гц и фильтр зеркальных частот со срезом на 90 Гц. Тогда помехи с част отами выше 160 Гц (125 4- 35) будут казаться шумом с частотой ниже 90 Гц. Если помехи с частотой более 160 Гц не имеют особо высокой интенсивности, они будут в достаточной мерс подавляться фильтром с частотой среза 90 Гц.
Однако некоторые сейсморазведчики утверждают, что они в состоянии заметить существенную разницу между данными, записанными с шагом дискретизации 2 мс, и -записью, сделанной с шагом дискретизации 4 мс, при условии использования в обоих случаях фильтра подавления зеркальных частот со срезом па 90 Гц. При нормальных условиях, если существует какое-либо заметное различие, то оно должно быть результатом чего-то такого, чю воздействовало на записи при их прохождении через фильтр зеркальных часто!. Тогда любые различия между этими данными не вызываются появлением какою-то сигнала из земли и нс содержат информации, которую мы хотим получить относительно недр. Нет необходимости тратить материальные средства на запись и обработку данных, производя дискретизацию с шагом 2 мс, когда достаточен интервал 4 мс. Любая разница в стоимости слишком велика, до тех пор пока пет веских причин это делать. Например, есть смысл использовать дискретизацию в 2 мс, если предполагается проводить регулируемый направленный прием, и суммирование со сдвигом 2мс, которое необходимо для получения требуемых материалов (см. гл. И).
Подобно этому, мы не перекрываем сейсмическое поле трассами непрерывно по всей поверхности, а используем отдельные отсчеты, находящиеся друг от друга на расстояниях, равных интервалам группирования. Как отражения, которые мы хотим выделить, так и помехи, которые желательно подавить, имеют кажущиеся длины волн, которые могут быть измерены па поверхности. Для предотвращения пространственной неоднозначности необходимо иметь два отсчета па кажущуюся /нишу волны вдоль профиля. Поскольку длина волны обратно пропорциональна частоте, высокочасто 1ные компоненты имеют самые короткие длины волн и в большей степени подвержены пространственной неоднозначности.
Необходимо побеспокоиться о неоднозначности как во времени, так и в пространстве. Но иногда геофизики и разработчики аппаратуры перестраховываются. В своем стремлении предотвратить зеркальные частоты любой ценой они накладывают ряд серьезных ограничений, не анализируя при зюм, какой вред может принести эффект наложения частот, если он все-таки возникнет. Такой случай имел место несколько лет назад с аппаратурой, которая теперь уже устарела, но урок остается весьма поучительным. С 48-канальной ссйсмост акцией DFS-1V мы вели нормальную запись с дискретизацией 4 мс, используя фильтр подавления зеркальных часто! и граничной частотой 64 Гц, для тою чтобы обеспечить эффективное подавление волн с частотами выше частоты
Найквиста 125 Гц (период на частоте 125 Гц равен 8 мс, и дискретизация с шагом 4 мс обеспечивает условие в 2 отсчета на период). Мы хотели регистрировать волны с частотами до 90 Гц, поэтому необходимо было применить зеркальный фильтр, который пропускал бы эти частоты. Следующий низкочастотный фильтр, реализованный изготовителем аппаратуры, пропускал частоты ниже 128 Гц и эффективно отсекал частоты выше 250 Гц. Этот зеркальный фильтр предполагалось применять при интервале дискретизации 2 мс. Разработчики, желая спасти пользователей от эффекта наложения, поставили ключи в per истрирую- щей системе, предотвращающие использование более высокочастотного фильтра при интервале дискретизации 4 мс. Мы охотно применяли бы дискретизацию с шагом 2 мс, если бы для этого не требовалось сократить число каналов с 48 до 24.
Оператор нашел путь обойти систему, ведя запись с дискретизацией 4 мс и используя фильтр с более высокой частотой среза. Но рисковали ли мы при этом появлением зеркальных частот на наших записях? В этом случае мы интересовались сигналами с частотами не выше 90 Гц и зеркальные помехи, проявляющиеся ниже 90 Гц, должны были попадать в диапазон выше 160 Гц (125 — 90 = 35 и 125 + 35 = 160). Низкочастотный зеркальный фильтр, который пропускает частоты ниже 128 Гц, будет обеспечивать лишь умеренное подавление частот выше 160 Гц. Но сколько сейсмических помех ожидаете вы встретить на частотах выше 160 Гц? Такие высокие частоты будут значительно ослаблены, если они распространяются в земле на большие расстояши. Мы провели регистрацию 24-канальной расстановкой с дискретизацией 2 мс и зеркальным фильтром с более высокой частотой среза без возбуждения колебаний. Конечно, уровень фона помех на частотах выпк 160 Гц был совсем небольшим. Мы провели очень успешно разведк) с дискретизацией 4 мс без нежелательных эффектов, связанных с зеркальными частотами. Смысл этого примера в том, что проблемы зеркальных частот не следует усугублять и, прежде чем принять серьезные ограничения, необходимо оценить размеры нежелательных явлегшД связанных с эффектоьГналожения ~
Нелинейные эффекты и динамический диапазон
Известно существование нелинейных процессов вблизи очага взрыва. Но важно то, что вне непосредственной близости к источнику xapai зеристики земли и аппаратуры являются линейными. За пределам ближней зоны мощных источников можно быть вполне уверенными, чт( земля линейна. Сейсмоприемпики могут быть перегружены и стаи в большой степени нелинейными, но я был удивлен, убедившись насколько близко можно установить приемник к большому вибратор] и получить отклик, который не слишком искажен. Когда приемнк
перегружен, его динамический диапазон превышен. Нс следует вести запись волн приемниками слишком близко к мощному источнику во избежание их перегрузки. Даже при низких уровнях возбуждения характеристики сейсмоприемников не будут полностью линейны. Усилители и фильтры также могут быть nepei ружспы, но и без перегрузки они не полностью линейны. Что представляет собой эффективный динамический диапазон хорошей современной сейсмической аппаратуры? Он зависит от уровня фона помех на сейсмических частотах в земле и шумов аппаратуры. Там, где фон микросейсм невелик, эффективный динамический диапазон современной аппаратуры удивительно высок. Однако надо быть внимательным, использовать ею полностью и искать пути его дальнейшего повышения.
Как правило, мы не пытаемся производить запись трасс от приемников, установленных очень близко к источнику, так как обычно эти данные невысокого качества. Что, если использовать акселерометры вместо обычных приемников? Увеличит ли это наш эффективный динамический диапазон? Относительно обычных сейсмоприемников, выходное напряжение которых пропорционально скорости смещения частиц среды, акселерометры имеют меньшую чувствительность па низких частотах, но она возрастает с частотой. Интенсивные помехи чаще всего низкочастотны, и поэтому применение акселерометров может увеличить динамический диапазон, по крайней мере облегчит выделение высокочастотных составляющих целевых отражений. Помимо этого акселерометры могут иметь более высокие пределы по максимальному уровню сигналов, что позволяет вести измерения ближе к источнику. Разработаны специальные сейсмоприемники с электронной обратной связью, которые имеют характеристики, аналогичные акселерометрам. Как акселерометры, так и сейсмоприемники с обратной связью имеют очень близкие к линейным фазовые характеристики в полосе сейсмических частот, включая самые низкие частоты. В этом их преимущество. Однако стоимость и более высокий уровень шумов у специальных сейсмоприемников и акселерометров препятствуют их широкому использованию. Возможно, в будущем эти проблемы будут преодолены и сейсмоприемники, чувствительные к скорости смещения почвы, наконец выйдут из употребления. Но применяемые сегодня цифровые сейсмоприемпики, чувствительные к скорости, удивительно хороши в смысле параметров линейности, чувствительности, надежности, динамического диапазона, прочности и стоимости.
Почему группы приемников, расположенные очень близко о г источника, дают плохие записи? Потому что они nepei ружены? Может быть. Но возможно также, что уровень помех вблизи источника слишком высок, и поэтому отраженные сигналы оказываются полностью ими перекрыты. Кроме тою, группирование приемников и источников становится относительно неэффективным на близких расстояниях, поскольку расхождение энергии вблизи источника приводит к быстрому
уменьшению амплитуд помех с расстоянием, в ю время как группы рассчитываются из предположения, что амплитуды подавляемых помех постоянны на базах групп приемников и источников. Обычно минимальный эффективный вынос ближайшего приемника от источника равен 100-200 м.
Разное
Я рекомендую ссйсмоприемники, расположенные в интервале между источником и рабочими приемниками, отключать от косы для предотвращения наводок в ней. В телеметрических системах это не требуется. Отсоединение и последующее подсоединение ссйсмоприемников, когда используется симметричная расстановка, требуют от полевого отряда дополнительных затрат труда. Но, имея двух рабочих в отряде, вы получаете некоторые преимущества. Мы требуем у нашего заказчика, чтобы они были (если только не используются телеметрические системы). Эги два человека должны иметь радиосвязь и передавать информацию о своих действиях оператору. На каждом пикете, где они подсоединяют или отсоединяю! ссйсмоприемники от косы, они должны читать номер. Это позволявг оператору контролировать правильное!ь расстановки. Они должны проводить проверку постукиванием по одному из сейсмоприемников группы, чтобы иметь уверенность в правильности подсоединения приборов к косе. Два человека могут видеть, что I руппы уложены правильно, и докладывать о любых отклонениях от нормы, например, что расстановка короче в прямом направлении из-за наличия моста. Эта информация должна быть записана в журнале оператора. Они обязаны немедленно докладывать о любых видимых отклонениях и нарушениях, например о контакте вибраторов с тро1уаром, а также о возможном приближении к профилю посторонних лиц. Они должны следить за тем, чтобы ссйсмоприемники были хорошо установлены и не подвергались интенсивным воздей- С1ВИЯМ ближайших источников колебаний. Свободная установка приемников предпочтительна на сыпучем ipyme, на снегу, ледяной поверхности или же на мерзлом груше, коюрый в дальнейшем начинает таять.
Резюме
Полнократные, симметричные, с четным выносом расстановки, используемые с двойными группами ссйсмоприемников, часто эффективны для наземных работ. Хорошие результаты получаются при регистрации отраженных волн от границ со значительными углами в тех случаях, когда базы ipynn источников не очень велики (гл. П). С коро1кими базами групп источников отражения от наклонных слоев плохо следятся на той половине косы, которая ориентирована по падению пластов, и хорошо-по восс ганию. Наполовину снижается
эффективность ОСТ для отражений от значительно наклоненных слоев. Рекомендуемая методика нс является универсальной. В некоторых случах группы с двойной базой могуч оказаться слишком длинными для регистрации необходимых высокочастотных компонент отражений при больших удалениях или наклонных горизонтах. В сложных районах следует рассмотреть целесообразность удвоения числа трасс и кратности ОСТ в сочетании с уменьшением вдвое интервала между группами, а также использования двойных групп приемников, если они в целом не очень сильно ограничиваю! высокочастотные характеристики выборок ОСТ.
Литература
Anstey N. A. Whatever happend to ground roll? The Leading Edge, 5, No. 3 (March), 40 45, 1986.
Kestle A.N. Л Practical llegh Resolution Geophone. Presented at the 53rd annual piecting of the SEG, September 1983.
3
■ Практическиеконфигурации группприема и возбуждения
Теория группирования изложена в прил. D. В этой главе даны вы!екающие из леории практические рекомендации выбора эффективных сочетаний групп приемников и источников. Для иллюстрации приведены численные примеры.
Параметры групп приемников, предназначенных для подавления регулярных помех, рассчитывают исключительно исходя из сведений о кажущейся длине волны помехи, раскроет раняющейся вдоль профиля. Приемные группы являются фильтрами в отношении волн с определенной кажущейся скоростью. Задача состоит в расчете параметров такой группы, отклик которой к волне-помехе, подходящей под определенным углом, или к сигналу с определенной кажущейся длиной волны был бы равен нулю или был очень слабым. Для эюго ист необходимости знать скорость в поверхностном слое или угол подхода помехи. Единственное затруднение состоит в том, что помехи обычно обладают заметной интенсивностью в некоторой полосе частот, т. е. они занимают некоторый диапазон длин волн. Например, кажущаяся скорость помехи 5000 ед./с, а период 40 мс (частота 25 Гц). Кажущаяся длина волны составит 200 ед. Но допусгим, что спектр обладает интенсивными составляющими в полосе частот 10-40 Гц. Следовательно, длина волны занимает диапазон 125—500 ед. Таким образом, задача сводится к расчету группы, способной подавить помеху в определенном диапазоне длин волн.
Группы источников также могут быть рассчитаны па подавление регулярных помех на основе понятия кажущейся скорости помехи. Задача сводится к определению такой группы источников, которая не излучает помеху вдоль профиля. И в этом случае не нужно знать угол излучения или скорость распространения волн в поверхностном слое.
Путем тщательных расчетов с использованием весов элементов группы можно теоретически рассчитать параметры групп приемников и источников, способных полностью подавлять помеху в широком диапазоне длин воли. Однако влияние поверхностных неоднородностей, а также колебания условий установки приемников и условий возбуждения настолько нарушают эти точные расчеты, что в поле получаются не столь удовлетвори г елы тыс результаты. (Неточности расстановки сложных групп также способствуют получению неудовлетворительных результатов.) Тем не менее довольно несложный способ позволяет нам
Практические конфигурации групп приема и возбуждения 57 приближенно оценивать длины волн, на которых характеристика групп принимает нулевые (минимальные) значения, и подбирать соо1ветст- вующис этим значениям парамстры групп по известным длинам волн помехи. Наряду с этим в определенной степени можно оценивать нулевые значения характеристики группы источников для тех длин волн, на которых группа приемников менее эффективна, и наоборот. Это достигается очень простыми расчетами, позволяющими достаточно точно определять положение нулевых откликов. Степень подавления оценивается только приближенно, но вполне удовлетворительно с практической точки зрения. Результаты точных расчетов характеристики группы все равно подвержены влиянию вариаций поверхностного слоя. Следует также иметь в виду, что рабочие на профиле нс будут тратить лишнее время на тщательное размещение каждого приемника в группе.
Практические расчеты групп приемников и источников
Воспользуемся численным примером, взятым из полевой практики, для иллюстрации очень простых расчетов и практических способов, рекомендуемых при проектировании групп.
Мы начали съемку в районе, где прежде никогда не бывали. Имеющиеся данные по этой территории не удовлетворяли задачам разведки в смысле качества и вертикальной разрешенное™. Мы провели опытные работы с целью изучения волн-помех. Первые вступления быстро затухали и поэтому не рассматривались как серьезная помеха при записи целевых отражений. Однако серьезную проблему создавали сильные поперечные преломленные и поверхностные волны. Эти помехи изменчивы во времени и по мере удаления oi источника. Довольно сильная воздушная волна создавала помеху на малых расстояниях. В табл. 3.1 приведены примеры некоторых наиболее существенных помех.
Партия была оснащена 48-каналыюй сташщей и пятью вибраторами. В то время мы не располагали нелинейным свип-генератором. Не было никакой иной возможности подавлять наводки от линий силовой электропередачи (60 Гц), кроме режекторных фильтров в ссйсмостанции. Эти фильтры существенно убирали паводки в полосе частот 56-64 Гц.
Задача состояла в получении по возможности лучших записей отражений от целевых границ, располагающихся на глубинах около 1200 и 2500 м. Для выявления мелкой границы нужны были частоты не менее 70 Гц. По результатам опробования свинов и групп были определены время прихода отражений от мелкой границы, оказавшееся равным приблизительно 0,6 с, и эффективная скорость 4570 м/с. Можно было бы использовать достаточно длинные группы приемников и источников для подавления большей части помех, по тогда оказались бы подавлены и необходимые для нас высокочастотные компоненты отражений от
Таблица 3.1. Параметры основных волн-помех
Каявшаяся скорост ь, м/с
Частота (по период}), Гц
Длина волны, м
350
40
8,8
350
36
9,8
1295
26
50
1295
20
65
1524
21
72
1568
23
67
1568
19
81
1568
18
86
2591
29
91
2591
23
112
2794
20
140
2794
17,5
159
мелкой 1раницы на удалениях свыше 1100 м. Как компромисс для мелкой и глубокой целевых границ мы выбрали интервал группирования приемников 50 м при симметричной двусторонней косе с удалениями 1383 226 0-226-1383 м.
Был выбран свин с разверткой вверх (16-80 Гц), несмотря на ожидаемые трудности из-за большой длины волны помехи на частоте ниже 20 Гц. Это было сделано из-за опасения потерять информацию на частоте выше частоты режекторною фильтра для более глубокой целевой границы. Нам хотелось бы располагать частотным диапазоном отражений в две октавы, но пришлось согласиться на диапазон 16 56 Гц для отражений о г тлубокой границы. Влияние низкочастотных помех было несколько ослаблено путем использования фильтра высоких частот (ФВЧ) с граничной частотой 18 Гц и крутизной 18 дБ/октава. Вся фильтрация включена в характер свипа, используемого для корреляции данных. Корреляция, таким образом, удваивает крутизну фильтра в области подавления, но снимает фазовые эффекты (гл. 5).
Рисунок 3.1 иллюстрирует подавление волн-помех труппами приемников и источников в зависимости от длины волны. Для расчета длин волн, на которых образуются провалы (подавление теоретически бесконечно велико) и пики (подавление относительно слабое) характеристики, используются простые формулы, заранее напечатанные на специальных бланках (более подробно об этом см. в прил. D). Характерные значения длин волн на рисунке отмечены вер шкальными отрезками: вниз для провалов, вверх для пиков. Показана также сводная характеристика комбинации группирования приемников и источников (в друюй шкале децибел). Вблизи провалов подавление составляет более 24 дБ. Вблизи пиков для наиболее длинных волн оно не превышает 12 дБ, но улучша-
дБдБ30,54661769112218324430530,546617691122183244305Длина волны, мДлина волны, мРис. 3.1. Расчет групп приемников и источников для подавления помех, взятый из реальной полевой практики. Длины волн в области провалов и пиков характеристики указаны вертикальными линиями. Результирующий отклик в децибелах является суммой двух откликов в децибелах. (Отметим изменение шкалы децибел для результирующего отклика.) п число элементов, d- расстояние между соседними элементами. Провалы-при nd, nd/2, nd/3,..., ndj{n — 1). Пики-на бесконечности, при ЪиЦЗ, 2nd/5, 2nd/!, ..., d. Пик на d нс имеет затухания.Рис. 3.1. Расчет групп приемников и источников для подавления помех, взятый из реальной полевой практики. Длины волн в области провалов и пиков характеристики указаны вертикальными линиями. Результирующий отклик в децибелах является суммой двух откликов в децибелах. (Отметим изменение шкалы децибел для результирующего отклика.) п число элементов, d- расстояние между соседними элементами. Провалы-при nd, nd/2, nd/3,..., ndj{n — 1). Пики-на бесконечности, при ЪиЦЗ, 2nd/5, 2nd/!, ..., d. Пик на d нс имеет затухания.
дБ
дБ
30,546617691122183244305
30,546617691122183244305
Длина волны, м
Длина волны, м
Рис. 3.1. Расчет групп приемников и источников для подавления помех, взятый из реальной полевой практики. Длины волн в области провалов и пиков характеристики указаны вертикальными линиями. Результирующий отклик в децибелах является суммой двух откликов в децибелах. (Отметим изменение шкалы децибел для результирующего отклика.) п число элементов, d- расстояние между соседними элементами. Провалы-при nd, nd/2, nd/3,..., ndj{n — 1). Пики-на бесконечности, при ЪиЦЗ, 2nd/5, 2nd/!, ..., d. Пик на d нс имеет затухания.
Рис. 3.1. Расчет групп приемников и источников для подавления помех, взятый из реальной полевой практики. Длины волн в области провалов и пиков характеристики указаны вертикальными линиями. Результирующий отклик в децибелах является суммой двух откликов в децибелах. (Отметим изменение шкалы децибел для результирующего отклика.) п число элементов, d- расстояние между соседними элементами. Провалы-при nd, nd/2, nd/3,..., ndj{n — 1). Пики-на бесконечности, при ЪиЦЗ, 2nd/5, 2nd/!, ..., d. Пик на d нс имеет затухания.
ется примерно на 2 дБ в каждом последующем пике для более коротких волн, если число элементов (л) велико.
Расчеты были проведены согласно табл. 3.2 и затем представлены графически. Вначале была выбрана приемная группа с базой 101 м (фактическая длина группы 98 м: 36 приемников при шаге 2,8 м) для подавления mhoi их наиболее сильных помех, включая воздушную волну. Расстояние между приемниками 2,8 м меньше половины длины волны основной составляющей воздушной волны. Группы с такой"*Ъазощ равной удвоенному ин1ервалу между центрами групп, совместимы с интервалом группирования 50 м, удобным для проведения полевых работ и для эффективного сочетания с накапливанием по ОСТ с целью подавления помех в широком диапазоне длин волн (гл. 2).
Группа из пяти вибраторов была выбрана для создания провалов характеристики вблизи длины волны 67 м, на которой группа приемников относительно слабо подавляет помехи, которые здесь особенно
Таблица 3.2. Провалы и пики (min и max) характеристик i рупи приемников и источников (длины волн в метрах)
Группа in 36 приемников на базе 98 м nd= 101 м
Группа перемещающихся источников
5 источников через 15 м nd = 75 м
9 перемещений на 6 м nd = 60 м
minmax
minmax
minmax
101 м
67 м
75 м
51 м
50 м
38 м
60 м
40 м
41 м
34 м
30 м
29 м
30 м
25 м
25 м
.24 м
Провалы на длинах волн: 101, 75, 60, 50, 38, 34, 30, 25, ... м
сильны. Цель была достигнута выбором расстояний между вибраторами и перемещением вибраторов. Располагая пять вибраюров через 15 м, мы получали провал характеристики при длине волны 75 м. Перемещая вибраторы на 6,0 м после каждых десяти свипов, имеем другой провал при длине волны 60 м. В итоге обеспечивается прекрасное подавление всех помех, кроме наиболее длинноволновых. Эги помехи должны устраняться суммированием по ОСТ. Группы приемников при выбранной базе на больших удалениях в некоторой степени подавляли высокочастотные сигналы от более мелкой отражающей границы, но в целом результаты для обеих целевых границ были признаны превосходными. В случае временного выхода из сгроя одного из вибраторов работу можно было продолжать с четырьмя вибраторами при интервалах между ними 18 м, что дает произведение числа интервалов па число источников (т. е. базу группы), равное 72 м, и образует минимумы характеристики при длинах волн около 72, 36 и 24 м. Число свипов и точек воздействий можно увеличить до 14 при последовательном перемещении вибраторов па 4 м после каждого цикла излучения, с тем чтобы образовалась база группирования 59 м, при которой характеристика имеет провалы па длинах волн около 60 и 30 м.
На рис. D.6 показана группа источников с трапецеидальным распределением весов элементов. Ес отклик на очень больших длинах воля определяется главным образом наибольшим значением из двух произведений nd. В прил. D дан пример точного расчета отклика на волны большой длины, в частности в разделе о приемных группах в форме параллелограмма.
Через несколько лет в этом районе для усиления высокочастотных
компонент мы использовали нелинейный логарифмический свип от Ю до 100 Гц. С нелинейным свипом уровень выходного сигнала на более низких частотах оказался относительно невысоким, несмотря на столь низкую начальную частоту свина, как 10 Гц. Благодаря этому низкочастотные помехи не перегружали записи, хотя применялись более короткие группы приемников (во избежание потерь высокочастотных компонент отражений от более мелкой целевой границы). Мы применили тог же подход к проектированию параметров групп приемников и источников, что и ранее, но учли требование еще более высокой разрешенное™ и характер помех при нелинейном свине. Суммарный разрез оказался отличным (с высоким отношением сигнал/помеха) и широкополосным, содержащим частотные компоненты вплоть до 100 Гц в отражениях от более мелкой границы (и от еще более глубоких горизонтов). На этот раз при регистрации использовался способ подавления паводок от линий электропередач, нс требующий режектор- ных фильтров, что позволило избежать разрыва в спектре на частотах около 60 Гц. (В гл. 6 и на рис. 6.1 6.3 приведены другие примеры данных, полученных с линейными и нелинейными свипами.)
Использование графиков f, х
при проектировании групп приемников и источников
Обычно сейсмические данные представляют в виде последовательности времен прихода волн в близко расположенные точки приема на дневной поверхности. Эти же данные можно представить и на плоскости /, х [1], где по осп ординат откладывается частота /, а по оси абсцисс + х и — х, где х-волновое число (величина, обратная длине волны). Волны, распространяющиеся вдоль поверхности в направлении от источника, наносят в первом квадранте, а волны, бегущие в обратном направлении,-во втором квадранте. Для изображения различных амплитуд можно использовать изолинии или цветовой код. Охражения и регулярные помехи будут имехь вид прямых, выходящих из начала координат, поскольку//х = га, где уа-кажущаяся скорость. Волны с углами выхода, близкими к 90’ (такие, как отражения oi горизонтальных границ на малых удалениях), располагаются в области вблизи осн ординат, так как их кажущиеся скорое ги велики.
Приведенный на рис. 3.2 график^ х дает представление о том, как на нем разделяются области отражений и помех, а также области помех различного типа. Если применить фильтр высоких частот, то будут подавляться как сигнал, так и помеха ниже 1 оризонталыюй прямой, обозначенной «граничная частота фильтра». Группа приемников или источников (или их комбинация), выбранная для подавления волн с длиной меньше определенной величины, подавляет сш нал и помеху,
Срез группыСрез группыСрез группыСрез группых—
Срез группы
Срез группы
Срез группы
Срез группы
Рис. 3.2. Графики частота волновое число (/, х) для помех и сигналов. Вступлениям с постоянной скоростью соответствую! радиальные линии, выходящие из начала координат. Высокоскоростные помехи располагаются вдоль прямых с большими углами наклона, низкоскоростные помехи вдоль прямых с малыми углами наклона [1].
которые оказываются в областях правее и левее вертикальных прерывистых линий с абсциссами + х и — х, где к-величина, обратная граничной длине волны. От положения сигнала и помехи на плоскости /^ х зависит, удастся ли нам выделить желаемые отражения с помощью волновых фильтров, таких, как группы приемников и источников, и частотных фильтров.
Автор сам не очень часто пользовался графиками /, х прежде всего из-за того, что их, как правило,'нс было в его распоряжении при анализе только что полученных опытных данных и он располагал другими методами для принятия решения. В настоящее время графики /, х стали широко применять для анализа полевых данных (включая данные опытных работ) и для проектирования групп приемников и источников. Однако этот способ имеет следующие ограничения и недостатки:
На 1 рафиках /, х отсутствует информация о времени вступления; приходится делать несколько графиков для различных времен записи. По этой причине неизвестно, какие помехи появляются на временах целевых отражений.
Трудно отобразиib широкий динамический диапазон.
Возникает проблема зеркальных частот, что приводит к ошибкам в расположении некоторых помех на плоскости/, х.
Если партия располагает графиками/, х пли же их можно изготовить по умеренной цене, то они оказываются полезными и должны использоваться геофизиками-полевиками [2]. Однако они не являются необходимыми и не заменят обычные способы представления данных для расчета 1 рупп и принятия решений о выборе методики наблюдений и параметров записей. Они очень полезны обрабо пикам данных (гл. 19).
Расчеты площадных групп приемников и источников
Бывают ситуации, в которых линейные группы приемников и (или) источников неудовлетворительны. Примером являются случаи интенсивного рассеянного поля помех, в которых возникает необходимость использовать площадные iруппы (гл. 12). Бывав 1, что возникают либо сильные шумы о г источника, либо фоновые вступления, приходящие с боков профиля. При площадных или трехмерных наблюдениях приемники перемещают в поперечных направлениях относительно линии профиля и тогда некоторые типы площадных ipynn иногда могут оказаться не самыми подходящими. Параллелограммы, образуемые смещенными поперек профиля линиями элементов, можно рассчитывать как взвешенные продольные группы по отношению к помехам, распространяющимся параллельно профилю (прил. D и рис. D.8). К ним применим такой же подход, что и для группы перемещающихся источников, рассмотренный выше в численном примере. Группы приемников в форме параллелограмма будут подавлять помехи, распространяющиеся вдоль профиля, если любое из произведений nd будет равно целому числу интервалов группирования. Можно ослаблять помеху с другим азимутом а, если рассматривать каждую линию элементов укороченной путем умножения приращения расстояний между элементами на косинус азимутального угла, т. с. равной d’ = dcosa. Тогда серия провалов и пиков характеристики определится величиной d' и числом элементов в каждой линии. Необходимо рассмотреть и другую последовательность провалов и пиков, образуемую числом продольных рядов элементов и расстояниями d" между соответствующими элементами соседних линий, измеренными в направлении азимута. Обозначим Р = arctgdxr/d , где dxr-смещение расстояния между первым элементом одного ряда и первым элементом смежного ряда, a dy-расстояние между рядами. Тогда
d" = sin (а - 0) л/ dxr + d^..
Втрое произведение nd для боковой помехи образуется этим приведенным расстоянием d", умноженным на число рядов элементов.
Характеристики более сложных групп рассчитывают с помощью компьютеров для различных углов подхода помех. В гл. 12 дается представление о проектировании площадных групп. Группы в форме звезды состоят по меньшей мере из трех прямолинейных лучей, идущих из центра, азимутальные 1штервалы между которыми равны 360 , деленным на число лучей (гл. 12). Предпочтительно нечетное число лучей, чтобы избежать воздействия волны, приходящей по некоторому азимуту одновременно на все приемники более чем на одном луче. Так же и группа источников с нечетным числом лучей не имеет элементов,
расположенных более чем па одном луче и возбуждающих колебания точно в фазе в любом азимуте.
Группы в форме звезды могут быт ь эффективны в условиях, которые оправдывают их рассмотрение и возможное применение. От них мало пользы по сравнению с продольными группами, когда помехи распространяются вдоль профиля. Однако они могут найти применение как способ решения специальных задач сейсморазведки. Иногда весьма эффективной оказывается комбинация звездообразных групп приемников с продольными группами источников или наоборот. В других случаях полезны комбинации звезд источников и приемников или звезд и параллелограммов. В любом случае следует пытаться размещать провалы рассчитанных волновых характеристик там, тде это необходимо для подавления определенных регулярных помех или для расширения диапазона волн, которые подавляются совместным действием группирования и суммирования по ОСТ. В особо тяжелых условиях, где отражения трудно различимы в первичных данных, старайтесь подавлять помехи всеми возможными способами до накапливания по ОСТ.
Звездообразные группы лишь приближенно можно рассматривать как всенаправленные. Сущест вует некоторая ориентация элементов звезды, наиболее благоприятная для подавления помех, распространяющихся вдоль профиля. Таковой в звезде с нечетным числом лучей является ориентация луча в направлении вдоль профиля.
Звездообразные i руппы приемников оказываются полезными для подавления помех, создаваемых ветром, там, где они представляют серьезную проблему. Кроме того, они помогают подавлять приходящие с разных сторон помехи промышленного происхождения, например когда профиль проходит через нефтяной промысел с работающими насосами. В этих условиях могут быть эффективны звездообразные группы приемников, но такие же труппы источников эффективны для подавления фона помех лишь в гой мерс, в какой они повышают амплитуду глубинного сигнала. Звездообразная группа источников может быть весьма полезна для подавления помех (генерируемых групповым источником), распространяющихся горизонтально и отражающихся от вертикального сброса либо скалы. В таком случае может помочь звездообразная группа приемников, но ее не следует • противопоставлять линейной группе источников. Звездообразные труппы источников эффективны, только когда помехи, генерируемые источником, приходят к приемникам под азимутальными углами, близкими к 90°.
Литература
Embree Р., Burg J.P. and Backus М.М. Wide-band velocity filtering-the pic-slice process. Geophysics, 28, 948-974, 1963.
Rigdon H. and Hoover G. Quantitative selection of seismic acquisition parameters. Geophysics: The Leading Edge of Exploration, January 1987, 18-25, 1987.
4
Подручные средстваи расчетыв полевых условиях
В поле иногда под давлением обстоятельств приходится принимать критическое рашение: начинать по-новому или же продолжать работу дорогостоящей партии по прежней меюдике. В таких условиях полезно иметь под рукой готовые формулы и таблицы, уметь пользоваться простыми приемами расчетов, чтобы сконцентрировать внимание на главных задачах. Подручные средства включают точные и приближенные уравнения и несколько небольших про/рамм для недорогого программируемого калькулятора. В прил. F дано несколько программ для калькулятора Т1-66 фирмы Texas Instruments (имеющегося в Европе). Эти программы можно приспособить и для других калькуляторов (в том числе для TI-65). В этой главе рассматриваются такие понятия, как эффективная скорость, приращение времени в пределах базы группы и потери высокочастотных составляющих в спектре отражений за счет такого приращения. Рассмотрены зависимости кажущейся длины волны и кажущейся скорости от угла подхода сигнала. Показано, Хак извлекать из полевых данных сведения об эффективных скоростях, временах отражений при нулевом удалении, зависимости времени прихода отраженных волн от удаления, ширине полосы частот отражений.
Эффективная скорость, или скорость суммирования
Времена прихода отраженных волн от горизонтальной границы к точкам на горизонтальной поверхности наблюдений подчиняются зависимости вида Х2-Т2 [1]:
(П)2 = (2Р)2 + Ь2,
где /-время прихода отражения, D-глубина границы, L-горизонтальная дистанция (удаление) от источника до точки прихода отражения к поверхности и И-эффективная скорость, или скорость суммирования.
Это уравнение гиперболы. Приращения времени, удовлетворяющие этому уравнению, называют гиперболическими приращениями. Это уравнение отвечает допущению о том, что время прихода отражения определяется расстоянием вдоль гипотенузы прямоугольного треуголь-
$in(0) - L/J(2D)2 + L2
sin(O) . (1Л)/Д^^ТйТ^ *
Рис. 4.1. Удаление, глубина, время пробега отражения и скорость. Общая длина отраженного луча равна расстоянию по прямой от мнимою источника до приемника. Для отражений от плоскостей, параллельных поверхности, решением прямоугольного треугольника можно определить длину пути, время пробега, приращения пути и времени пробега.
ника (рис. 4.1), деленным на эффекшвную скорость. Один катет этого треугольника равен удвоенной глубине, второй-горизонтальному удалению.
Приведенное уравнение приближенно справедливо для обычно используемых расстояний, даже когда покрывающая среда состоит из множества горизонтальных слоев с различными интервальными скоростями. Для такой многослойной среды глубина D в этом уравнении является кажущейся глубиной, которая лишь приближенно равна истинной глубине. Истинная глубина равна половине времени прихода
Подручные средства и расчеты в полевых условиях 67 отражения обратно к источнику, умноженной на среднюю [1], а не на эффективную скорость. В этих случаях пластовая скорость приближенно связана с эффективными скоростями до кровли и подошвы слоя по формуле Дикса (см. [1]). На рис. 4.1 показаны соотношения между удалением, глубиной границы, временем отражения и эффективной скоростью. Они помогут получить наглядное представление и лучше понять последующий текст. В них принято допущение о гиперболических приращениях времени.
Приращение времен в пределах базы и отклик группы приемников
Часто возникает несложная задача рассчитав разность времен прихода отраженной волны на базе группы при больших удалениях и оценить потерю высокочасто 1ных компонент вследствие приращения времен. Когда говорят, что имеется iруина приемников с базой, равной интервалу группирования, например, 100 м, то некоторые геофизики, возможно, представляют себе группу с эффективной длиной 100 м, которая в действительности короче на один промежуток между сейсмоприемниками. (Действительная группа есть расстояние между самым близким и самым далеким приемниками 1 руппы.) В дальнейшем, если это только не оговорено особо, мы будем пользоваться понятием базы (эффективной длины) для групп приемников и групп источников.
Часто используемая программа расчета приращения времени и потерь высокочастотных компонент приведена в прил. F (программа Л'). Однако, если ваш калькулятор выскользнул из верхнего кармана, когда вы наклонились над взрывной скважиной, еще нс все потеряно. Пусть /0 -двойное время пробега отражения при нулевом удалении;
L -расстояние от источника до середины группы приемников минус половина эффективной длины этой группы (для группы источников-расстояние от середины группы источников до приемника минус половина эффективной длины группы источников);
AL -эффективная длина (база) группы. Эффективная^цшна группы. _ приемников (источников) равда-произведепию числа элементов Щ1 . длину промежутков между ними, что на один промежуток больше, чем действительная длина;
V ^эффективная скорость, или так называемая скорость суммирования, используемая для ввода кинематических поправок;
Д/ приращение времени пробега отражения на протяжении группы приемников (или разность времен пробега к приемнику па эффективной длине группы источников);
/о,64- частота, при которой амплитуда падает до 64% от максимума вследствие приращения кинематического сдвига в пределах группы приемников (или источников);
/0 3 то же для спада до 30%;
/о -часто!а, па которой амплитуда падает до нуля.
Точное уравнение (в предположении гиперболического закона) для1 приращения времени имеет вид
Когда величина (L +АЬ)/К/0 мала (удаление значительно меньше, чем удвоенная глубина отражающей границы), получаем приближенное выражение
А! « Ц^Ц/10 К2.
Эту величину приращения времени используют для расчета относительного отклика группы на целевое отражение. Частоты, при которых амплитуды откликов спадают до 64, 30 и 0% от максимума, соответствуют эффективной базе rpyinibi приемников (источников), равной половине, трем четвертям длины волны и целой длине волны. На этих частотах приращение времен отражений на эффективной длине группы равно соответственно половине, трем четвертям величины периода и целому периоду. Для этих частот справедливы следующие соотношения:
/o,64 = V^Az, _/о з = 3/4AZ, /0 = 1/Al
Для нахождения отклика группы на заданной частоте / имеем:
Отклик = (sinq>/<p)(это точная формула при длине вол
ны, значительно большей, чем промежутки между элементами, и группах с числом элементов не менее четырех),I
ф = л (Д//Т) = л/Ar(ф~в радианах па половине базк
группы, Т-период).-
В качестве иллюстрации применения приведенных формул воспользуемся численным примером. Положим:
Число каналов96
Интервалы группирования
и расстояние между ПВ 67 м
Коса3319-168-0-168-3319м
Группа приемниковБазагруппыравна двойному интер
валу группирования при 48 приемниках на длине группы 134 м
Время отраженияВремя отражения2 с2 сРис. 4.2. Отклик группы приемников как функция* удаления. Этот пример рассчитан для группы с базой 134 м и времени отражения 2 с при эффективной скорости 3658 м/с. Нормированный отклик на максимальном удалении для компонент 50 и 55 Гц невысок, однако для выборок ОСТ в целом нормированные результирующие отклики составляют соответственно 70 и 67%.Рис. 4.2. Отклик группы приемников как функция* удаления. Этот пример рассчитан для группы с базой 134 м и времени отражения 2 с при эффективной скорости 3658 м/с. Нормированный отклик на максимальном удалении для компонент 50 и 55 Гц невысок, однако для выборок ОСТ в целом нормированные результирующие отклики составляют соответственно 70 и 67%.
Время отражения
Время отражения
2 с
2 с
Рис. 4.2. Отклик группы приемников как функция* удаления. Этот пример рассчитан для группы с базой 134 м и времени отражения 2 с при эффективной скорости 3658 м/с. Нормированный отклик на максимальном удалении для компонент 50 и 55 Гц невысок, однако для выборок ОСТ в целом нормированные результирующие отклики составляют соответственно 70 и 67%.
Рис. 4.2. Отклик группы приемников как функция* удаления. Этот пример рассчитан для группы с базой 134 м и времени отражения 2 с при эффективной скорости 3658 м/с. Нормированный отклик на максимальном удалении для компонент 50 и 55 Гц невысок, однако для выборок ОСТ в целом нормированные результирующие отклики составляют соответственно 70 и 67%.
Эффективная скорость 3658 м/с
Расстояние L равно удалению минус половина длины группы приемников. Расстояние ДЬ равно 134 м. Результаты расчетов приведены в табл. 4.1 и представлены графически на рис. 4.2. Для удаления 3319 м, когда
Таблш{а 4.1. Приращения времен отражений на базе группы приемников и потери высокочастотных компонент
Удаление, м
L + ДЬ
Vt0
Д/ прибл., мс
Д/ точное, мс
Отоситсльный отклик
/= 50 Гц
/= 55 Гц
3319
0,46 .
16,3
15,15
0,290
0,191
2984
0,42
14,6
13,8
0,378
0,284
2649
0,37
12,9
12,5
0,472
0,386
2313
0,33
11,3
11,1
0,568
0,494
1978
0,28
9,6
9,6
0,664
0,603
1643
0,23
7,9
8,0
0,755
0,708
1308
0,19
6,2
6,5
0,837
0,805
972
0,14
4,5
4,8
0,907
0,888
637
0,10
2,9
3,2
0,959
0,950
302
0,05
1,2
1,5
0,991
0,989
А/ = 15,15 мс, расчеты дают следующие результаты:
/0.64 = 1/2А/ = 33 Гц, /03 = 3/4Аг = 50 Гц, /0'* = 1/Д/ = 66 Гц.
Предположим в этом численном примере, что нужно получить час юты вплоть до 50 Гц в оконча тельном разрезе ОСТ для отражения на времени 2 с. Окажется ли группа приемников с базой 134 м слишком длинной? Нет, не окажется. Вы боитесь потерять высокочастотную энергию, но в целом относительный совместный с накапливанием по ОСТ отклик равен 0,70 при 50 Гц и 0,67 при 55 Гц (рис. 4.2). Любая сейсмическая помеха на этих частотах будет ослаблена группой так, что величина отношения сит нал/помеха не уменьшится. Обработчик данных сможет легко скомпенсировать незначительные потери амплитуд па частотах 50 и 55 Гц. Автор, хотя и с некоторой неохотой, все же признает допустимой указанную степень ослабления высокочастотных компонент, если эго представляется необходимым для борьбы с сильной помехой.
Угол подхода. Кажущаяся скорость и кажущаяся длина волны
Рис. 4.3 иллюстрирует падение параллельных лучей на поверхность под углом 0 к вертикали. Обозначим AL приращение расстояния между двумя точками выхода лучей на поверхность. Соответствующая раз-
Рис. 4.3. Угол подхода, кажущаяся скорость и кажущаяся длина волны. Если угол подхода близок к нулю, то кажущаяся скорость и кажущаяся длина волны на поверхности велики. 9-угол подхода параллельных лучей, AL-приращение удаления на поверхности, АР-приращение пути пробега; sin0 = AP/AL; А/ = = АР/Р; t’a = AL/Af = AL/(AP/P) = P/sin0; Xa = va//= V/f sinO, где V истинная скорость по наклонному пути, и, кажущаяся скорость на поверхности, А/-разность времен прихода волны, X-истинная длина волны по наклонному пути.
иость в длине лучей, выходящих на поверхность в двух изображенных точках, равна АР. Отсюда
sin 0 = ^P^L и 0 = arcsin (AP/AL),
Az = АР/Р= (ALsinO)/P;
К = AL/Az = bLKbP/V) = И/sin 0,
k=VJJ= Vlfsmb.
Чтобы не допустить появления пространственных зеркальных частот, расстояние между приемниками или группами приемников нужно брать меньшим половины кажущейся длины волны (т. е. меньше, чем К/2/sinO). Такой подход пршоден для любых почти параллельных лучей, падающих на поверхность под любым углом. Он позволяет определять кажущуюся скорость и кажущуюся длину волны для волн, отраженных от наклонных границ, но для этого необходимо знать угол подхода и оценить величину скоррсти V
В идеальном случае горизонтальной поверхности и горизонтальных границ, используя рис. 4.1, приведенные выше равенства можно записать в виде
а . L.L
9 = arcsin ----- .= = arcsin —===, VW + l2 VTWW
,, L(AL) _ НДЦ
2+^y ~ ^7w+’
Сравним результаты расчетов, сделанных в предположении параллельных лучей, с результатами, приведенными в табл. 4.1. Рассчитаем Аг для группы с центром на удалении 3319 м:
Az = (134)(3319)/{(Зб582)[22 + (3319/3658)2]0*5} = 0,01515 с.
Это решение с точностью до четвертою знака совпадает с решением, сделанным в предположении непараллелыюсти лучей (см. табл. 4.1).
Эффективная скорость и время отражения при.нулевом удалении
Нередко удается выделить отражения на полевых сейсмограммах ОПВ (общего пункта возбуждения) и рассчитать по ним время при нулевом удалении и эффективную скорость для вычисления кинематической поправки. Если нужно достичь высокой точности и калькулятор не утерян, можно воспользоваться очень простыми программами Си С из прил. F. В этих программах используется свойство внутренней линейной регрессии для пар времен и соответствующих расстояний от пункта возбуждения (ПВ). Можно обращаться к графикам квадратов расстояний и квадратов времен (графики Х2-Т2), но это утомительно.
Если программируемого калькулятора под рукой пет, то можно воспользоваться следующими уравнениями:.
/ 7 2 _ / 2 '
V= Ч—ту и /0 = Vl^ + tLJVf, где:
V 72 — ч
L । - ближнее удаление;
L2-дальнее удаление;
tY -время па ближнем удалении;
/2-время на дальнем удалении;
/0-время па ПВ (при нулевом удалении).
Следует выбрать два удаления в одном направлении от ПВ (на косе спереди или же косе сзади). Предпочтительно выбирать одну дистанцию короткой, а вторую-длинной. Если используется двусторонняя расстановка, следует выбрать два удаления и для другой косы у повторить расчет. Если результаты различаются, то это связано с наклоном иля нарушением границы. Разумеется, различия результатов могут вызываться вариациями в зоне малых скоростей (ЗМС).
Времена отражений на разных удалениях
Может возникнуть необходимость рассчитать годографы и, возможно, заготовить кальки с годографами отражений от целевых границ. Это особенно полезно при низком качестве записей или когда целевые отражения слабы. Если вам никогда не приходилось работать в действительно трудном для получения записей районе, то вы не сможете оценить ту пользу, которую дают прозрачные кальки с годографами для обнаружения отраженных сигналов, скрытых сильными помехами. В равной степени калька поможет вам разобраться-является ли выбранное вступление отражением по величине кажущейся скорости. Программы Си С' в прил. F можно использовать при расчетах времен отражений для любых дистанций, если заданы эффективная скорость и время отражения на пулевом удалении.
При отсутствии калькуляюра для решения любых задач, относящихся к определению удалений, i дубины отражающей 1 раницы, времени отражения и эффективной скорости, может оказаться полезным рис. 4.1.
Определение параметров помех
В гл. 2 кратко изложен способ измерения параметров рыулярных помех, включающих период, частоту, скорость и длину волны. Для данного комплекс полевых сейсмограмм (или временного разреза) можно изготовить кальки с целью быстрой оценки скорости. На кальку наносится семейство линий с различными наклонами, размеченных значениями кажущейся скорости. Промежу!очные значения определяются интерполяцией. Кажущаяся длина волны помехи находится простым умножением видимого периода на кажущуюся скорость.
С помощью пары прозрачных чертежных треут олышков линию с определенным наклоном можно перенести на участок сейсмо! раммы, где наклон легко измерить. Удобно считать число трасс па шпервале 1,0 или 0,1 с и определять соответствующий интервал расстояний. При интервале времени 1,0 с непосредственно получаеюя величина скорости, а при интервале 0,1 с величина скорости получается умножением приращения расстояния на 10. Для измерения периодов удобно пользоваться заранее заготовленной прозрачной шкалой времен.
Оценка ширины полосы частот
отраженного импульса
Предположим, что по площади, где планируются наблюдения, имеются данные предшествовавших работ. Необходимо по этим дан- дым оцешпь ширину полосы частот на временах наших целевых отражений Это позволит точнее определить по первым полученным нами данным верхние достижимые частоты для выбора частоты, дискретизации, фильтраций, параметров групп приемников и источни- "ков. Ёсли источниками служат вибраторы, то такая предваритсльная оценка верхней частоты наших целевых отражений необходима при выборе оптимальногсисрщщ. ~
Определение ширины частотной полосы сводится к определению
спектра импульса. Относительная ширина полосы частот получается делением ширины полосы на частоту в центре полосы. Импульс с узкой относительной полосой частот «звенит», т.е. обладает множеством _фаз или же оДйбй йЛТПюлее^фазами с амплитудами, близкими к амплитуде
одного-двух центральных:одного-двух центральных:мов. С увеличением относительной
одного-двух центральных:
одного-двух центральных:
ширншТибразуется^четкий импульс в виде горба пли впадины либо пара горб-впадина, а побочные экстремумы становятся относительно слабыми (прил. Н и рис. Н.З).
Для импульсов, получаемых в способе Вибросейс, кажущаяся частот
приблизительно равна среднему между самой нижней и самой верхней из преобладающих частот. Это в равной степени справедливо и для импульсных nciочников. Допустим, запись содержит преобладающие частотные компоненты в диапазоне от 10 до 56 Гц. Средняя частота составляет 33 Гц. Предположим далее, что эти же данные записаны с ФВЧ, имеющим граничную частоту 20 Гц (или же используется приемник с собственной частотой 20 Гц и оптимальным за 1 уханием). Средняя частота возрастет до 38 Гц. Кажущаяся частота импульсов отражений также возрастет, но верхняя частота преобладающих компонсш останется по-прежнему 56 Гц. Повышение часю!Ы оказывается иллюзорным. Запись с кажущимися более высокочасготыми импульсами в действительности может и не иметь высокую граничную частоту. Для оценки кажущейся средней частоты следует выбрать отражение с наиболее коротким, незвенящим импульсом, который по этому признаку можно отнести к относительно ‘широкополосному, и измерить период такого импульса.
Нижний предел полосы частот обычно можно оценить по граничной частоте ФВЧ, собственной частоте приемников, а в случае вибраторов- по нижней частоте свипа. Например, при использовании импульсною источника, приемников с собственной частотой 12 Гц и ФВЧ с граничной частотой 16 Гц нижний предел полосы частот будет около 16 Гц. Однако если при этом заменить приемники на более высокочастотные с собственной частотой 24 Гц и оптимальным затуханием [1, рис. 4.3], то нижний предел составит 24 Гц. При свине вибратора от 20 до 80 Гц, собственной частоте приемников 12 Гц и граничной частоте ФВЧ 16 Гц нижний предел полосы частот будс! близок к 20 Гц. (Эту величину можно еще скорректировать, учтя сокращение времени свипа на низких частотах, особенно при нелинейных свинах. См. гл. 6.)
Если определен нижний предел, по л осы частот и измерена средняя, видимая частота отраженного импульса, можно найти и верхшгу предел ттилбсы частот:
/и Jam 1* (/am /l) ^.fam JV
где /дт, /и и ^-соответственно кажущаяся средняя, верхняя и нижняя частоты.
Следует проверить оценки эффективного верхнею предела частот. Если импульс мноюфазный, не имеет четко выраженных юрбов пли впадин, то относительная ширина полосы частот невелика.
Другой способ оценки эффективного верхнею предела чащ о г состоит в рассмотрении многофазною короткопериодною отражения, коррелируемого в пределах нескольких трасс. Такие короткопериодные вступления М01ут быть пли отражениями от одиночною очень тонкого пласта, или результатом наложения отражений от тонкослоистой пачки пластов. Амплитуды подобных вступлений могут бьпь невелики. Обратная величина их периода может бьпь другой оценкой эффсктив-
ного верхнего предела частот. Очевидно, что с увеличением времени записи и на больших удалениях этот предел имеет тенденцию смещаться в сторону низких частот.
Приведенные выше оценки эффективного верхнего предела частот могут оказаться слишком пессимищичными для суждения о потенциальных возможностях площади исследования. Земное поглощение может скрыть высокочастотные компоненты сигналов, но хорошая обработка иногда позволяет извлечь их из первичных данных (см. гл. 19). Может возникнуть необходимое!ь изменить методику полевых наблюдений, с тем чтобы высокочастотные компоненты записались с достаточно высоким отношением сигнал/помеха (С/П). Поднять величину С/П в области высоких частот и сделать так, чтобы высокочасiотныс компоненты были впдиы-на. .нолевых записях, с успехом помогают вибраторы с нелинейными свипами (гл. 6). .
\ Вибраторы дают возможность измерять эффективный вср2ШИЙ-пре=_ дел частот путем воздействия несколькими узкополоснымисвипами па частотах, близких к ожидаемому"пределу” (гл? 5, ■ че i всртое преимущество). В партиях, использующих импульсные источники, длд^опенки- эффективного предела высоких частот желательно воспроизвести записи тузких полбса^часто'г-филь i ров. " '
Литература
1. Sheriff R.E. Encyclopedic Dictionary оГ Exploration Geophysics. SEG, 1973. (Русский перевод: Шерифф Р; Е. Англо-русский энциклопедический словарь терминов разведочной геофизики. М.: Недра, 1984.)
5Вибросейсмические партии
Настоящая 1лава посвящена вибросейсмичсскому способу разведки- Вибросейсу. В ней излагаются достоинства и недостатки метода, а также практические аспекты рабош выбросейсмических партий.
Достоинства Вибросейса
При работах на суше Вибросейс обладает рядом преимуществ методическою и технического характера по сравнению с другими модификациями сейсморазведки. Обычно работы при этом ведутся по • протяженным профилям.
В Виброссйсс энергия, передаваемая земле источниками, состоит из mhoi их периодов квазиспнусоидальных волн, частота которых медленно меняется за время излучения, которое получило название время (длительность) свина или свипирования. Хотя эта величина может быть небольшой (2 с или даже меньше), обычно опа находится в предела! 10 20 с и бывает большей при использовании современного оборудования. Излучение волн ведется в той полосе частот, которую хотят иметь и в пределах которой надеются увидеть в спектрах о i раженных волн ее составляющие. Волны принимаются в течение времени, равного длительности излучаемых колебаний плюс время прослушивания, определяемое временами прихода отраженных волн от самых глубоки разведуемых i рашщ раздела. Получаемые полевые записи виброграм
мы содержат отраженные, преломленные, поверхностные и другие
волны. Однако все они интерферируют между собой из-за большого времени излучения. Трассы виброграмм имеют вид протяженных квази-
синусоидальных колебаний, не связанных с какими-либо границам! раздела. С помощью специального вычислительного устройства коррелятора-реализуется математическая операция вычисления функцш
взаимной корреляции между зарегистрированными и посылаемым!
в землю сш палами (прил. Н). Взаимная корреляция сжимает отраженные, преломленные и другие волны в компактные волновые импульсы,1
которые во многом сходны с сейсмическими сигналами от импульсных
источников (зарядов взрывчатых веществ, установок «падающий груз*
и др.-прил. Н). Необходимость корреляционной свертки колебани!
усложняет производство работ по мех оду Вибросейс, но этот метод
обладает рядом преимуществ по сравнению с друшми модификациями сейсморазведки. Основные его препмущещва следующие.
Возможность проведения работ вдоль шоссе и в густонаселенных районах. При использовании таких импульсных источников, как взрыв, с длительностью действия в несколько миллисекунд максимум энергии должен бьиь весьма большим для генерирования отраженных волн достаточной интенсивности от 1лубокнх границ раздела. Кроме тою, значительная часть энергии импульсного источника приходится на частоты, лежащие за пределом частотной полосы регистрируемых отраженных волн. Вибраторы передаю! земле требуемую энергию в течение дли гелыюг о времени, поэтому максимальный уровень-энергии может быть относительно небольшим. В результате способ Вибросейс в значительно меньшей степени опасен для построек, трубопроводов, скважин и т.д. При работах с вибраторами можно pei истрировать волны в густонаселенных районах и располагать пункты возбуждения колебаний вблизи домов и друт их построек, па шоссе, дорогах, мощеных и немощеных улицах. Эго позволяет изучать такие площади, па которых применение других модификаций сейсморазведки исключено.
Минимальный риск повреждения зданий и сооружений. При работах с вибраторами возможен контроль за частотным составом посылаемых в землю колебаний. В связи с тем, что низкие частоты наиболее опасны с точки зрения разрушения зданий и сооружений, есть способы их исключить путем установки порога по частоте, ниже которого волны возбуждаться не будут. В последние годы с появлением хороших генераторов нелинейных управляющих сигналов этот контроль улучшился благодаря изменению относительной энергии излучения в функции частоты. С применением нелинейных свинов в еще большей степени уменьшился риск разрушения строений, скважин и т. д. за счет снижения уровня генерируемых низкочастотных колебаний.
Возможность выбора полосы частот» наиболее благоприятной для достижения высоких отношений сигнал}помеха (С/П). Контроль за вводимыми часто 1ами позволяет исключить тс частоты, которые создают больше помех, чем отражений. Наряду с этим, регулируя относительный уровень энергии, посылаемой в среду в функции частоты, мы можем увеличивать се на высоких частотах и уменьшать па низких в пределах выбранной частотной полосы управляющего сигнала. Целесообразно увеличивать уровень энергии с частотой, так как затухание волн в земле происходит по экспоненте, которая пропор- циональпа частоте. Высокие частоты необходимо усиливать еще и потому, что работа вибратора па высоких частотах оказывается менее эффективной. Для поддержания низких частот необходимо меньше энергии из-за снижения поглощения. Однако па самых низких частотах работа вибратора становится малоэффективной. Можно учитываю пли нс учитывать эти особенности работы вибратора при расчете свинов с очень низкими часто1ами, которые Moiyi порождать больше помех и.
вероятно, более разрушительны для сооружений. Расчет и использование нелинейных свинов рассматриваю 1ся в гл. 6. Нелинейные свины имеют столь большие преимущества, что, вероятно, они будут применяться вместо линейных для обеспечения лучших сейсмических мшериалов.
Выбор эффективной верхней частоты в полевых условиях. Вибро- сейс позволяс! быстро определяй верхнюю эффективную частоту, на которой peiисфируются волны, отраженные от горизонтов, представляющих разведочный интерес. Для эюю в землю посылают широкополосный управляющий сшнал (свин) и фиксируют времена прихода о 1 раженных волн oi целевых отражающих фаниц. Заюм генерируют и принимают колебания oi серии очень узких по частоте свипов, диапазон которых определяется желаемым пределом высоких частот в спектрах отраженных волн. Прокоррслированные записи от этих сигналов следует воспроизводи ть при достаточно большом усилении до появления очень звенящих колебаний. Путем анализа этх звенящих записей устанавливают наличие или О1сутствис когерентных сигналов па временах прихода отраженных волн, определенных по коррелограммам при широкополосном свине. В первом случае частоты узкополосного свипа находятся в полосе частот отражений, которые могут быть зари истрированы.
Возможность изменения полярности посылаемых в землю сигналов. Только вибраторы способны менять полярность излучаемых сигналов, что позволяет эффективно с поверхности земли посылать в среду волны сжатия и разрежения. Для достижения этого в действительности к поверхности прикладывается статическая нагрузка, которая затем увеличивается и уменьшается, что в результате создает динамический эффект, как при сжатии и растяжении. Изменение полярности возбуждаемых колебаний дает возможность решать ряд важных технических задач, в частности реализовать одновременную работу нескольких групп вибраторов с последующим разделением данных на Э1апе обработки материалов (гл. 10 и 14). Это экономит время, затрачиваемое на проведение полевых работ, что имеет важное значение при пространственных наблюдениях, наблюдениях ВСП и др. При вертикальном сейсмическом профилировании одновременная отработка нескольких пунктов возбуждения приводит к значительной экономии средств вследствие уменьшения простоя скважины и затрат па ее подготовку к работам. Другое применение методики одновременного возбуждения колебаний ведет к снижению стоимости работ при картировании неглубоких объектов, при разведке на нефть и руды, проведении инжеперно-геоло! нческнх изыскании (гл. 14).
Возможность эффективного ослабления несейсмических помех. Метод Вибросейс обеспечивает ослабление многих помех, не связанных с источниками колебаний, в основном за счет корреляционной обработки сигналов. Редактирование данных в поле также обеспечивает
исключение очень сильных импульсных помех с минимальными искажениями отраженных волн. (В самом деле, результант могут быть весьма плохими, если полевые отряды слишком небрежны в своей работе и уделяют недостаточное внимание помехам, возбуждаемым ими во время регистрации.)
Вибраторы являются гибкими источниками. Благодаря этому их свойству при их использовании можно применять различные интерференционные системы, в том числе такие, при которых излучатель перемещается вдоль базы и суммирование исходных записей образует результирующую виброграмму. Такая организация работ возможна и с другими певзрывными источниками, ио наиболее удобно это проводить с вибраторами, что способствует успеху способа Вибросейс. Эта возможность плюс преимущества, указанные в и. 5, позволяют в методе Вибросейс подавлять помехи от электрических цепей, и широкополосные сигналы могут быть зарегистрированы без режскторных фильтров (гл. 16).
Недостатки метода Вибросейс
Вибросейс красив и ценен своей простотой. Однако вибрационная техника достаточно сложна, и необходимое оборудование весьма непростое. Это является определенным недостатком метода. Удивительно, как этот метод пережил все трудности своего «детства» и вырос в весьма мощный и закопченный метод разведки. Достигнутый уровень Вибросейса является результатом пропицагельности, технической компетентности и изобретательности многих людей и организаций, и в особенности компании Continental Oil. К сожалению, автор не принимал участия в развитии Вибросейса, но поздравляет всех, кто причастен тс нему, и надеется, что сможет содействовать эффективному использованию этого метода.
Применение Вибросейса ог раничено в условиях сильно пересеченной местности из-за трудностей перемещения вибраторов. Вибраторы не могут также применяться в гусюм лесу без очистки профиля от деревьев, а также па болотах и тонях. Попытки использовать этот метод для работы на акваториях noRa не принесли большого успеха. Возможно, высокоэффективный морской вибратор будет разработан в будущем. Возникает еще одна проблема, связанная с применением минимальнофазовой деконволюции для дереверберации морских данных. Можно использовать минимально-фазовую корреляцию и минимально-фазовую обработку, но с реализацией этих процедур имеются определенные трудности.
Теоретические основы метода Вибросейс и практические рекомендации по его применению
Гармонические помехи
В методе Вибросейс управляющий сигнал (свин) может начинаться с минимальных частот и кончаться максимальными-это «свип вверх» (апсвип)-шш, наоборот, начинаться с максимальных и снижаться до минимальных-это «свип вниз» (даунсвип). Прежде сигналы второго типа применялись чаще из-за лучших условий работы вибраторов, однако при этом возникают определенные проблемы с шумами па прокоррелированпых записях, которые получили название «гармонические помехи». Обусловлены они особенностями генерирования волн вибраторами. Когда в землю посылаются волны с- частотой /, то одновременно с^ими возбуждаются гармонические составляющие* с Уратными частотами. Наиоолее интенсивной является вторая гармо1Пйа с~частотбй' '2/^ТОпфая не коррелируется с основной* 43,^^ коррелируется с волнам1Г^^Ът& У, генеВ результа
те на^прикоррёлировапных записях (коррелограммах) будут наблнь даться записи вторых .гармоник, прослеживаемые после вступления соответствующих волн. Эти колебания носят название «гармонические помехи» (прил. Н), и они подлежат исключешпо или ослаблению. (Для вибраторов, возбуждающих поперечные волны, основной помехой является третья гармоника, а вторая имеет меньшее значение.) На сейсмических записях уровень сигналов быстро уменьшается со временем. Поэтому помехи от интенсивных волн, соответствующих неглубоким горизонтам, будучи смещенными во времени, интерферируют со слабы-' ми отражениями от глубоких горизонтов, затрудняя их выделение, что, и определяет серьезность вопроса. При использовании современного оборудования возможно увеличивать длительность свипов, что позволяет смещать шумы гармоник на времена, большие длительности записи;: и в результате эта проблема исключается. При работе с нелинейным!' свинами вниз смещение гармоник во времени будет более сложным. !
Современные вибраторы позволяют генерировать волны с разверткой сигналов вверх, что приводит к появлению гармоник на .времена^ меньших, чем времена регистрации основных волн. Теперь шумы от' слабых глубоких отражений должны складываться с интенсивным!^ первыми волнами от близповерхностных границ. Очевидно^ что в этом! случае гармонические помехи ле представляют столь большой onaoj ности. При протяженных свипах гармоники будут сдвинуть! ^далеко влево от" нулевых времен и потому окажутся полностью 'подДвлеяыА —*^^
Сейчас уже нет проблем с гармоническими помехами. Простейшим средством их исключения является использование свинов вверх. С хорошими современными вибраторами записи с разверткой вверх также хороши, каю и от свинов вниз. Если будут использоваться короткие управляющие сигналы с разверткой вверх, то можно не думать о гармонических помехах при регистрации волн от очень глубоких горизонтов.
Угловой сдвиг и фаза сейсмического импульса
При характеристике типа фазового спектра волны по всей книге используются такие термины, как «нуль-фазовый^ «минимально-фазовый» или «смешанно-фазовый» импульс. Когда 1 оворптся, что импульс нуль-фазовый, то это значит, что фазовый угол постоянен для всех его ластотнЫх составляющих и можс г принимать любое постоянное .значение. Например, нуль-фазовый х90°-|1ый импульс-это такой импульс, у которого все частотные составляющие имеют угловой сдвиг 90е.
, У минимально-фазового импульса частотные компоненты имеют минимальные временные задержки относительно вступления (и, следовательно, минимальные сдвиги для всех частот, которые в сумме образуют причинный, каузальный, импульс). Причинный импульс характеризуется нулевыми амплитудами до времени его прихода.
г Смешанно-фазовые сигналы - это такие сигналы, которые не являют- 'ся ни нуль-фазовыми, пи мшшмалыю-фазовыми. Читателям, которые не уверены в разнице между фазой сигнала и его угловым смещением, рекомендуем до чтения этой главы прочесть прил. G и В. По своей дрирплс прокоррелированные вибросейсмические сигналы являются нуль-фяшшлми с нулевым угловым сдвигом, но за счет используемого при коорелянииобопудовапия им придается угловой сдвиг, равный 90° "^это является стандартом SEG для волн в Вибросейсе). Ь результате сигналы становятся нуль-фазовыми с угловым сдвигом J90°. Энергетический центр этих сигналов приурочен к области перехода от основного ^пшимума к основному максимуму, имеющих равные амплитуды ^рил. Н). Чтобы определить время прихода отраженной волны в Йарешстрированном интерференционном колебании, необходимо выделить этот переход через нуль между минимумом и максимумом [равной амплитуды. Болес того, различие между отражениями от слоя Увеличивающейся "акустической жесткостью (положительный коэффициент отражения) и от слоя с уменьшающейся акустической жесткостью. (отр1щательный коэффициент отражения) состоит в тпмглтп п первом [случае_мшшмум предшествует максимуму, а во втором-паЬборот.
Автор рекомендует использовать нуль-фазовые сигналы7 с нулевым (угловым -сдвигом, как было раньше? до введения стандарта SEG. (Следует ли продолжать то, что сейчас оказывается плохим выбором? ^Центром импульса с пулевым угловым сдвигом является максимум при
отражении от слоя с положительным коэффициентом отражения, который по амплитуде больше равных по величине минимумов, расположенных справа и слева от него (прил. Н). Сигналы от слоев с отрицательным коэффициентом отражения имеют центр в точке минимума, амплитуда которого больше равных по величине амплитуд близлежащих максимумов. Значительно легче на сейсмограммах коррелировать горбы или впадины волн и по ним изучать изменение геологии с глубиной, чем искать пары максимумов и минимумов с равными амплитудами и затем анализировать, какой из них связан с геологией, что не является простой задачей. У генераторов свип-сигналов фирмы Pelton (ПонкатСиги. шт. Оклахома) положение переключателя «0°» означасщулевой угловой. сдвш* сигналов и «90°» - сдвиг на.906. ^"генераторов же фирмы Texas Instruments (Даллас, шт. Техас) при положении переключателя на отмег- ке 0° сдвШ' сигналов в цепях равен 0°, а регистрируемые волны смещены на 90°. Соответственно положение переключателя на* отметке 90° означает, что в системе осуществлен сдвиг на 90е и волновые импульсы будут иметь смещение 0°. Все это так запутанно, что многие геофизики, использующие аппаратуру Texas Instruments, включая операторов, начальников отрядов и наблюдателей GSI (дочерней компании Texas Instruments), нс понимают, получают ли они гот материал, который хотят, пли другой. Отсюда видно, как легко впасть в ошибку. Поэтому этот вопрос необходимо обсуждать со специалистами компаний, изготавливающих данное оборудование. Более того, необходим многократный опрос нескольких человек и анализ полученных ответов.
Реальный вибросейсмический сигнал, посылаемый в среду и распространяющийся в ней, характеризуется большой длительностью и плавным изменением частоты. Эют сигнал имеет определенное начало, т.е. не является нуль-фазовым. Нуль-фазовые сигналы (любою смещения), которые хотелось бы видеть на сейсмических разрезах, реально не существуют, а являются результатом взаимной корреляции зарегистрированных волн и свип<ш налов. Но корреляция представляет собой линейную'бтгерацпю, вследствие чего изменение порядка таких процедур не должно влиять на результат. Поэтому, считая, что земля имеет линейные характеристики, можно получить ее отклик, если приложить к се поверхности прокоррелироваппый управляющий сигнал. (Линейность земли заключается в том, что если удвой гь сигнал на входе, то он во столько же раз увеличится на выходе без изменения формы.) •
Предположим, что мы хотим получить нуль-фазовый сшиал с нулевым угловым сдвигом и что для этого у нас имеются хорошая аппаратура и все необходимые внешние условия. Будем считать, что записан о i клик с хорошею датчика, помещенного в однородную среду на глубину ~ 30 м иод плиту вибратора. Если прокоррелировать отклик этого датчика с управляющим сигналом, будет ли получен нуль-фазовый | сигнал с угловым сдвигом 0 ? Предположим, что О1вет будет положи- i тельным. Если помести 1ь второй хороший датчик на глубину 15000 м,
даст ли он после корреляции нуль-фазовый сигнал с нулевым угловым сдвигом? Прежде ответ па второй вопрос был бы отрицательным. Обусловлено это так называемым эффектом ближней зоны, вследствие которого движения земли рядом с вибратором отличаются по фазе от движений в дальней от пего зоне. Итак, если скорректировать фазовый угол колебаний земли в ближней от вибратора зоне, то в дальней зоне фаза не будет откорректирована.
В течение многих лет считалось, что контролировать фазу вибратора надо по датчику, установленному прямо под плитой излучателя (корректируя фазовый угол движения плиты, которая плотно прижата к земле). Теоретически требуется откорректировать фазу силы, прикладываемой к поверхности земли, и тогда поле в дальней зоне будет иметь скорректированную фазу. С этой целью в последние годы был разработан способ фазовой коррекции по силе воздействия на грунт, который обеспечивает лучшее, чем раньше, по все еще недостаточное управление фазовыми характеристиками воли в дальней зоне (в прил. 1 и гл. 6 эти вопросы рассмотрены более подробно).
Необходимо извлекать максимально возможную полезную информацию из имеющихся сейсмических материалов. Сейчас эти данные используются не только для структурных построений. Поэтому для обеспечения лучшего контроля за генерируемыми сигналами и более точного определения влияния земли на характеристики посылаемых в среду волн нужно использовать систему фазовой синхронизации по силе воздействия па землю.
Предложенная система фазовой коррекции позволяет получить такой сейсмический импульс, который был бы желателен от датчика, расположенного на глубине 30 м. Что будет с этим сигналом в процессе его распространения в однородной среде до глубины 15 000 м, где установлен второй хороший приемник? В процессе распространения волны происходит потеря акустической энергии, причем наибольшее ослабление претерпевают высокочастотные составляющие по сравнению с низкочастотными. Действие земли эквивалентно фильтру нижних частот, который пропускает низкие частоты с меньшим ослаблением, чем высокие. Любой физически реализуемый фильтр (как и земля) приводит к появлению фазовою сдвига. Этот сдвиг будет минимально-фазовым, обеспечивающим причинность явлений. Последняя проявляется в том, что сигнал па выходе фильтра не может появиться раньше сигнала на входе.
Как указывалось ранее, корреляция является линейным процессом; поэтому можно прокоррелировать свип-сигнал с самим собой (автокорреляция) еще до приложения импульса к земле. Если предположить, что нуль-фазовый сигнал распространяется в земле, то следует считать, что он фильтруется мшшмалыю-фазовым фильтром. В результате сигнал па выходе может быть любым от минимально- до смешапно- фазово! о. Это означает, что он более ни пуль-, ни минимально-фазовый.
Чем дальше волна распрос1рапяе1ся в земле, тем она больше фильтруется землей как минимально-фазовым филыром и юм больше ее фаза приближается' к фазе минимально-фазового импульса. Следовательно, отклик второго датчика не является нуль-фазовым, а становится смешанно-фазовым. С друтой стороны, при слабом воздействии земли волна должна быть ближе к нуль-фазовой.
Если мы стремимся регистрировать относительно высокие частоты, несмотря на их повышенное пот лощение, можно ожидать, что сигналы от глубоких отражающих горизонтов буду! существенно отличаться от нуль-фазовых. Особенно на высоких частотах, которые значительно ослабляются таким фильтром, как земля, фаза волны должна быть сдвинута, поскольку все физически реализуемые фильтры смещают ее. Плохо лишь то, что неизвестен фазовый угол сигналов, прикладываемых к земле. Игнорировать эту проблему в особенности не следует там, где влияние фильтрации земли велико. Тем более что по влиянию земли на входной сигнал ищется ее строение. Как можно сделать достоверные выводы о сложном строении земли, если неизвестно, какой сигнал должен быть в однородной среде?
Совершенно другой подход возможен при лучшем знании фазы. В нем используются процедуры, основанные на так называемой минимально-фазовой взаимной корреляции, а не на обычно применяемой нуль-фазовой. При этом прокоррелированные записи будут минимально-фазовыми, так же как и все остальные элементы сейсмического канала. Волны на результирующих разрезах должны быть минимальнофазовыми, если все слагаемые обработки данных являются минимально-фазовыми. Цифровые фильтры могут быть минимально-фазовыми, но при обработке сейсмических данных часто используются и нуль- фазовые. Успешное применение минимально-фазовых систем требует контроля за тем, чтобы желаемый результат нс был разрушен в процессе обработки. Нелинейные процедуры, например авюматичсская регулировка усилеш1я (АРУ), приводят к неизвестным изменениям фазы. Мягкое АРУ несильно искажает фазу, но сильное АРУ должно быть исключено в тех случаях, когда важно знание фазы.
Сейсмические сигналы от импульсных источников чаще всего являются минимально-фазовыми. Если используется минимальнофазовая корреляция вибросейсмических данных, го они должны в большей мере быть идентичны материалам, полученным с импульсными источниками на той же самой площади. Кроме юго, материалы по профилям, увязывающим данные, полученные с вибрационными и импульсными источниками, будут намного лучше при минимальнофазовой корреляции. (Суммарные сигналы or некоюрых импульсных net очников, например воздушных пушек, не являются минимальнофазовыми, так как они образуются за счет сложения двух и более разделенных во времени импульсов.)
Вибраторы часто используют при работах вдоль шоссе и по про-
филям, на которых бываю 1 участки, щс они нс moi у г работа хь. На них для обеспечения непрерывною прослеживания горнзонхов и обеспечения высокой кратности ОСТ мох у г применяться импульсные источники (взрывы в группах мелких скважин). При использовании минимальнофазовой корреляции вибросейсмических данных материалы от двух типов источников будут тем ближе, чем больше их амплитудные спектры будух- согласованы между собой при обработке. В хаком случае обе серии трасс внутри выборок ОСТ будут совместимы между собой и их просуммированная трасса будет хорошей. Нами были получены хорошие результаты, и на результирующих разрезах не удавалось выделить участки, отработанные с различными излучателями. Пункты возбуждения, на которых работали импульсные источники, следует четко охмечать на сейсмическом разрезе.
Большой объем вибрационных материалов был прокоррелирован с получением нуль-фазовых коррелограмм (с угловыми сдвигами 90 пли 0°). Однако есть преимущества в использовании минимально-фазовой корреляции, которую нс следует игнорировать. Кроме того, на эхапе получения окончательных разрезов они мбгуг быть преобразованы в нуль- или минимально-фазовые для специальных целей. В гл. 22 показано, чго в некоторых ситуациях могут быть выявлены различия во времени записи отраженных волн от одних и тех же горххзоптов для минимально- и нуль-фазовых сигналов. Может оказаться, что эти различия во временах отражений указываю!* на х еологические особенности разреза, имеющие важное значехше для целей разведки.
Практика полевых вибросейсмических работ
Оптимальная мощность источника
Ошималыюй мощностью источника считаехся такая, которая обеспечивает достаточное отношение сигнал/помеха (С/П) при минимальной общей стоимости работ. С большим числом вибраторов илй с излучателями повышенной мощности можно получить необходимые материалы за меньшее время, либо применяя более короткие управляющие сигналы, либо уменьшая их число. Расходы на вибраторы большей мощности должны компенсироваться выигрышем во времени, а следовательно, и в стонмости рехтхстрации. Энергия источника пропорщкшадь- наего мощности, умноженной на общую длитс;1хшос.ц^правляющего сигнала, которая равна произведению числа свццрв на время каждого. "Отношение сигнал/помеха пропорционально мощности источника и корхнсГквадратхюму из общей дли х слышсти-спшада.
"Обычно при проектировании полевых работ имсюхся нскохорые исходные вибросейсмические данные, которые можно использовать. Предположим, ох ношение С/П было недостаточным и его необходимо
Таблица 5.1. Способы увеличения отношения С/П на 40%
Исходные параметры: 4 вибратора, 10 свипов по 10 с каждый, общее время излучения 100 с
Способ
Число вибраторов
Общее время излучения, с
Отношение С/П
1
б
88(8-11)
У(6/4) (88/100) = 1,41
2
5
132(11-12)
7(5/41(121/100) = 1,43
3
4
196(14-14)
7(4/4) (196/100) = 1,40
увеличить на 40%. Если в предшествующих работах использовались 4 вибратора с возбуждением на каждой физической точке 10 управляющих сигналов длительностью 10 с каждый, то возможные варианты повышения отношения сигнал/помеха приведены в - табл. 5.1. При использовании третьего способа необходимо удвоить общую длительность управляющих сигналов, что обойдется дороже, чем увеличение мощности излучения за счет добавления числа вибраторов или использования более мощных установок.
Требуемое оборудование
Большинство вибраторов спроектировано так, что возможен отрыв опорной плиты от поверхности земли. В общем это нежелательно. Тогда почему так спроектированы вибраторы? Причина в том, что при частотах, отличных от резонансной для системы вибратор-грунт, отрыва плиты не происходит и усилия, развиваемые вибратором, могут более эффективно использоваться для передачи энергии среде. Отрыв должен реже встречаться на мягких грунтах и грунтах с увеличенной мощностью почвенного слоя, поскольку эти материалы обладают небольшой добротностью Q (почвенные слои поглощают акустическую энергию, и резонанс буде! широкий, по слабый). Отрыв плиты гораздо чаще сопровождает работы на твердых грунтах, например обнаженных ангидритах, вследствие того, что они имеют высокую добротность Q и четкий резонанс. Как только частота управляющего сигнала достшает частоты резонанса, вибрация ангидритов увеличивается по амплитуде и у большинства вибраторов происходит отрыв плиты при условии их работы на полной мощности.
Следовательно, необходимо выбирать такую интенсивность возбуждения, при которой отрыв плиты не будет происходить на грунтах, типичных для той площади, на которой проводятся работы. При изменении поверхностных условий по профилю необходимо изменять и уровень вибрации. Нс надо думать так, что достаточно выбрать хорошее место, где можно установить самый высокий уровень воз-
буждения без появления отрыва, и затем можно продолжать с ним работать на участках с другими поверхностными условиями. Если имеет место значительный отрыв плиты, оператор вибратора заметит его, по если отрыв невелик, то он может и не быть замечен. Небольшой отрыв плиты не окажет особого влияния па видимое качество полевых материалов, по, несмотря на это, отрыв недопустим, и он должен быть обязательно исключен.
Современное оборудование для проверки работоспособности вибраторов позволяет обнаруживать даже минимальный отрыв плиты. При отсутствии такого оборудования можно применить простые тесты, позволяющие установить наличие даже небольшого отрыва плиты от грунта. Для этого топографическую мерную лепту укладывают па землю и вибратор запускают на пей через определенные расстояния. Если ленту удастся вытянуть из-под плиты во время вибрации, то отрыв имеет место. Предотвращающее отрыв плиты автоматическое регулирование рассматривается в разд. 6.7 и прил. 1.
Каждый вибросейсмический отряд должен иметь прецизионное оборудование, позволяющее проверять вибраторы и контролировать соответствие рабочих параметров установок требуемым; при этом один раз в день проводить проверку недостаточно. Желательно иметь и использовать такое оборудование, которое позволяло бы контролировать идентичность вибраторов в течение дня в процессе обычной регистрации колебаний.
В прил. Н для иллюстрации показаны сейсмические импульсы, которые должны наблюдаться при работах с нулевыми и девяносто- градуспыми угловыми сдвигами. Заметим, что первый импульс обладает «зеркальной» симметрией относительно своей центральной осн. Такая симметрия называется косинусоидальной. С другой стороны, 90°-ный импульс обладает такой симметрией относительно своего центра, какая наблюдается у синусоидальной волны. Прокоррелировап- ный импульс при проверке на идентичность должен быть в максимальной степени симметричным, а его основные лепестки должны быть аналогичны лепесткам теоретического сигнала заданной частоты (прил. Н). Но визуальная оценка степени сходства прокоррелированных импульсов неоднозначна, поэтому необходимо проводить точные количественные измерения.
Часто при необходимости подъема высоких частот для компенсации их поглощения средой применяются нелинейные свип-сигналы. В этих случаях подчеркивание высоких частот проявляется в звоне автокорреляционной функции такого свипа. Визуально опа будет малопривлекательной, но, если прецизионное оборудование позволит получить хорошие результаты, можно проводить работы. Имеются отличные результаты применения таких сигналов во многих районах (гл. 6).
Некоторые преимущества имеют ссйсмоприемннки с высокой собственной частотой. Раньше возникала необходимость использовать
в поле фильтры верхних частот, для того чтобы интенсивные помехи в низкочастотной части управляющего сигнала не прспя1ствовали выделению более высокочастотных отраженных волн. Применение же нелинейных свинов обеспечивает лучшие условия для достижения желаемого результата. При этом исиользуе1ся сигнал с меньшим временем излучения на нижних частотах, а следова! елыю, мы получаем дополнительное преимущество в виде экономии времени регистрации.
Практические инструкции по обслуживанию вибраторов
Вибраторы весьма сложные устройства, и для получения приемлемых результатов они должны удовлетворять очень жестким т ребова-' ниям. При желании использовать все более и более высокие частота: сшювится все труднее и труднее поддерживав необходимую точность.: Технические требования, которые приемлемы для частот ниже 60 Гц' должны быть ужесточены при расширении диапазона до 150 Гц Например, если устанавливайся максимальная ошибка по фазе ±10^ го по! решность во времени допускается в Т ^б-М^пц. частоте 60 П и только _ГХУ,Т9~мс на 130 ГцГЕсли практически возможно^рнвесп в порядок и поддерживать вибраторы в соответствии с требованиями, то это хорошо, по если достичь этих параметров слишком трудно, то стоимость профилактических работ по обеспечению необходимы! характеристик вибраторов может оказаться чрезмерной.
В прил. Н (табл. Н.З) приведены погрешности во времени (в миллисекундах) для ряда ошибок фазы (в угловых единицах) на разньп частотах, а в табл. 11.4 фазовые ошибки (в градусах) для погрсшносп во времени, равной 0,35 мс. Насколько серьезна погрешность в 0,35 мс па высоких сейсмических частотах? Чтобы это определить, был проведеЕ соо1ветствующий эксперимент, который предусматривал оценку максимальных амплитуд высокочасто! пых волн при наличии временны! сдвигов между работающими вибраторами. В наихудшем случае одю половина вибраторов генерирует волны с максимальной положи 1елыю1 ошибкой во времени, а другая-с максимальной, по отрицательной. Пр! этом на частоте 150 Гц и при ошибке во времени ± 0,35 мс амплитуд! будет уменьшаться только на 5%. В 1984 г. был установлен преды временной ошибки ± 0,35 мс. Для низких же частот (ниже 20 Гц предельная ошибка была определена в ± 1 мс. Мы сочли, что эп величины реализуемы с технической точки зрения и обеспечиваю! получение материалов хорошего качества.
Полярность
Как узнать, что волны записываются с правильной полярностью; Это далеко не тривиальный вопрос, так как имеется много причин, к которым полярность може! быть обратной. Один из способов определе-
ния полярности заключается в использовании тяжелых маслонаполненных сейсмоприемников с малой чувствительностью и с катушками, имеющими большое число витков. Эти приемники имеют малую чувствительность, но они пршодны для регистрации интенсивных колебаний. Установим такой датчик в грунт рядом с плитой вибратора н зарегистрируем прямую волну. Его следует включить в один из каналов сейсмической косы вместе с другими приборами. Лучшим способом является анализ прокоррелированных записей, соответствующих интенсивной преломленной волне от мощного однородного горизонта, перекрытого мощным однородным слоем. Волна должна быть представлена основным максимумом, т.е. иметь форму прокоррелиро- вашюго пуль-фазового сигнала с нулевым угловым сдвигом. (Коэффициент отражения (р2 К2 — pt FJ^pj У2 + р2 К2)> гДе Ри Рг п ^> ^-плотности и скорости для пород первого и второго слоя соответственно.) .
Конечно, можно также использовать отраженную волну от границы любого мощного однородного слоя, если известно, как на ней меняется акустическая жесткость: от низкой к высокой или наоборот. Необходимо также знать, где именно с увеличением расстояния отраженные волны переходят в преломленные. К сожалению, очень часто неизвестны тлубинные условия, которые этому отвечают. В ряде случаев могут быть использованы преломленные волны от неглубоких горизонтов при условии применения высокочастотных управляющих сигналов, а также приблизительно точечного источника и точечных приемников (для уменьшения требуемой мощности слоев, получения четких записей и исключения интерференции волн).
Редакция помех и корреляция
" Для эффективной работы виброссйсмичсским партиям необходима соответствующая специальная аппаратура, обеспечивающая также редактирование пепрокоррелированных записей. На профиле измеряют нормальные уровни регистрируемых волн вне их -интерференции с интенсивными помехами. Сигналы оценивают 21 хранят в блоках ^специальной памяти для коротких интервалов времени в течение всего ^периода излучения ц приема кудебаннй. Это лелается для каждого ^наблюдения. Если уровень колсбанш! в течение каждого выбранного .временного интервала окажется значительно больше ожидаемого для данной трассы, то система редакции примет решение о присутствии "интенсивных помех. В таком случае сигналы в пределах этих временных ‘Окон или трасс обнуляются или ограничиваются определенным уровнем. Это позволяет надеяться, что при суммировании колебаний от пе- "скольких управляющих сигналов будет получено хорошее качество ^.записей от каждого слагаемого.
; После корреляции сейсмограммы часто почти совсем свободны от
3
промышленных помех, обусловленных перемещающимися людьми, транспортом и тракторами, ведущими сельскохозяйственные работы на близлежащих полях. Тем не менее необходимо принимать меры по минимизации шумовых помех на профиле, обусловленных разными причинами. Например, если профиль проходит через карьер или городскую свалку, то, очевидно, сейсморазведочные работы следует проводить в такое время, когда помехи от этих обьектов отсутствуют (или минимальны). Если невозможно исключить источник интенсивных помех, выход можег быть найден путем ^пимтичештя-чиопа накоплений (свипов) на части профиля. Но наиболее критическая ситуация, требующая увеличения числа накоплений, возникает не тогда, когда вибраторы располагаются рядом с источниками помех, а когда действующие "каналы с приборами находятся вблизи шуйящйх объектов на больших .удалениях от вибраторов. Любые изменения при работах должны быть отмечены в журнале оператора. Там же указываются и места распо- ложения источников интенсивных помех.
Вибросейсмическая партия, работающая без высококачественного коррелятора в сейсмостанции, испытывает определенные трудности. Слепой человек иногда способен, на удивление, хорошо двшаться, но, если окажется, что он может купить себе способность видеть, он, не задумываясь, пойдет на любые расходы. Так же и хороший полевой коррелятор стоит своей цены. Он должен иметь достаточный динамический диапазон, чтобы пе приходилось ограничивать интенсивные сигналы и терять информацию, содержащуюся в слабых сигналах. Динамический диапазон должен быть достаточным, чтобы оператору не приходилось часто менять усиление для получения приемлемых про- коррелированных записей. Коррелятор должен обеспечивать получение хороших коррелограмм прн сильных изменениях управляющего сигнала, особенно па этапе опытных работ для определения предела эффективной верхней частоты на основе использования узкополосных свипов (п. 4 преимуществ в разд. 5.1), Можно сэкономить много времени в поле во время опытов, если аппаратура позволяет коррелировать сначала с широким управляющим сигналом, а затем повторно с его частями. Из одной полево!Г виброграммы-получают серию узкополосных коррелограмм, по которым и определяются ограничения^налагае- мые средой-на использование высоких частот при изучигуц данного ''обтекта. Это сэкономит время, требуемое па получение записей с узкими управляющими сигналами и на проверку их сходства друг с другом. Коррелятор фирмы Texas Instruments позволяет производить выбор сигнала для корреляции, но, несмотря на все свои усилия, я не нашел способа, который позволял бы изменять этот сшнал и проводить повторную корреляцию. Изготовители относительно легко могли бы сделать это.
Очень хороший коррелятор позволяет проводить корреляцию в поле и вводить в ЭВМ для обработки уже прокоррелпроваппые записи. Тем
нс менее полезно иметь на лонге как прокоррслированные, так и непрокоррелированные записи.
Прокоррслированные вибросейсмические сигналы ограничены по частоте и могут звенеть на граничных частотах при крутых срезах характеристики фильтра. Раньше применялись возрастание и умень-, шение амплитуд в начале и конце управляющего сигнала (конусность) как при возбуждении колебаний, так и при корреляции, чт о вело. к-большему снижению амплитуд волн на нижних и верхних частотах. Эти потери энергии могут быть значительными при линейных свинах и недопустимо большими на низких частотах при нелинейных свип- сигналах, предназначенных для подъема высоких частот. Используйте минимальную конусность, Если необходимо ее увеличил», это можно реализовать при обработке. Конусность управляющего сигнала упрощает работу электроники вибратора по контролю его параметров. При использовании лучших систем контроля и управления вибраторами я нс уверен в необходимости придания конусности управляющему сигналу^ вто время как сигнал /ЦЮРрреляции должен иметь конусность-скосы в его начале и конце.
Полевая обработка
В вибросейсмических партиях особенно полезна и необходима полевая обработка данных. В ряде случаев для этого требуется не намною больше дополнительного оборудования, чем то, которое уже имеется для редакции и корреляции записей. В идеале хорошо иметь в составе партии обработчика (работающего в том числе ночью, если использовать оборудование, установленное в кузове сейсмостанции), ведущего непрерывную обработку получаемых данных. Он может получать и предварительные, и окончательные полевые разрезы по достаточно сложным пршраммам, позволяющим приблизить их по качеству к материалам, получаемым в хороших вычислительных центрах. Разрезы и другие материалы можно посылать по почте или курьером в контору. Хороший обработчик можег обеспечить получение предварительных разрезов за пару дней, а окончательных нолевых разрезов-в течение недели. При необходимости он направит вам важнейшие изображения факсимильной связью ио телефону. Преимущества полевой обработки состоят в следующем:
Материалы первичных опытных работ можно лучше и быстрее анализировать и их результаты немедленно использовать для устранения неполадок в аппаратуре и уточнения методики работ. Это особенно важно для вибросейсмических партий, учитывая управляемость метода и широкие возможности по улучшению результатов. При отсутствии специалиста-геофизика в поле в эго критическое время копии материалов можно передать в камеральное бюро и затем обсудит ь с
обработчиком. Быстрые эффективные решения удается принимать лишь при наличии полевой обработки.
Можно быстро установить любое ухудшение качества материалов и принять меры по выяснению возникших осложнений, их устранению и улучшению получаемых данных. Хороший обработчик может научиться сразу определять причины и информировать вас немедленно по телефону. Он может описать то, что видит, или направить копии основных изображений по телефонной линии.
Программу полевых работ можно быстро изменить, пока сейсмо- партия находится еще в пределах старой площади работ, с тем чтобы проследить интересные особенности, обнаруженные по результатам суммирования. Можно продлить, переместить профили или увеличить их плотность. Бывают случаи, когда структура замкнется раньше, чем ожидалось, и тогда можно укоротить профили. В друтих случаях целесообразно продлить профили для того, чтобы установить замыкание структуры.
Становится возможным по результатам нолевого суммирования завершить проводимые работы и перейти на конкурентный участок. Такое случается.
Окончательная обработка данных в вычислительном центре можег дать лучшие результаты благодаря проведенным в поле суммированию, анализу скоростей, выводу данных и т.д. Сокращается и время окончательной обработки. Обработчики центра уже должны показать высший класс в своей работе, иначе их разрезы могут оказаться нисколько не лучше, чем конечные полевые результаты. Автор видел примеры того, что конечные полевые разрезы были лучше окончательных, полученных в вычислительном центре.
Полевая обработка стоит недешево, но в ней заложены потенциальные возможности для повышения эффективности работы партии и вообще всей разведки.
Работа вибраторов
Во избежание повреждения близлежащих сооружений иногда приходится работать на пониженных уровнях вибрации. Это должно быть записано в журнале параметров. При пониженной энергии излучения необходимо увеличивать общее число посылок управляющих сигналов, чтобы не особенно снизилась мощность излучения.
Время от времени оказывается, что один или более вибраторов требуют ремонта или регулировки и не могут быть использованы. Если отсутствуют запасные вибраторы, работы следует продолжить с меньшим числом вибраторов, однако необходимо сделать соответствующие записи в журнале с точным указанием того, что и как следует отремонтировать или отрегулировать. Для этого лучше всего заполнить спе- цпалыюй формы журнал параметров регистрации, в котором указы-
ваются все параметры, которые необходимо использовать при получении записей по профилю (прил. А). Мы можем хотеть, а можем и не хотеть менять расстояние между вибраторами, а также величину их перемещения в пределах базы возбуждения колебаний (гл. 3).
Необходимо точно определить, сколько дополнительных посылок следует произвести на каждом пункте возбуждения в тех случаях, когда число вибраюров меньше стандартного. При увеличении числа накапливаний возрастает время записи, а также уровень шумов и сигналов. Для дюддержания постоянным отношения сигнал/помеха отношение числа накапливаний должно быть обратно пропорционально квадрату отно- "шения числа вибраторов. Например, если при нормальной рабою использовались 4 вибратора, каждый из которых производил 8 посылок, то при уменьшении числа излучателей до 3 для обеспечения прежнего отношения, сигнал/помеха количество посьиюк-следует_ увеличить до, _8(4/3)2 = 14,2. В этом случае необходимо решить-либо производить 14_ посылок, либо пойти на некоторое уменьшение относительною уровня, сигналов при сохранении времени записи, уменьшив количество суммируемых управляющих сш налов до 127
Возможно, возникнет желание использовать более мощные вибраторы. Но малые вибраторы могут переезжать через мосты, которые слишком слабы для больших установок. Работая по дорогам и вне их, по разным причинам бывает легче вести съемку с малыми вибраторами. Шесть небольших вибраторов менее опасны для окружающих строений, чем три или четыре более мощных (даже при равной общей энерпш). С шестью малыми вибраторами можно организовать такую группу, которая будет более экономно расходовать время, чем группа из трех или четырех более крупных излучателей. Мощные вибраторы следует использовать па тех площадях, где требуется большой уровень энергии.
При работах на свежеасфалыировапных дорогах есть опасность их повреждения. Во избежание этого под плиту вибратора кладется мягкая прокладка, коюрая убирается и перемещается вместе с ним. Впереди вибраторов должна работать техника, увлажняющая дорожное асфальтовое покрытие. Для этого в партии должна иметься емкость, установленная на машине. Если она требуется в течение длительного времени, то полезно иметь специальную водовозку.
Как и в сейсмических партиях любого типа, необходимы хорошая установка сейсмоприемников и подготовка площади к проведению работ. Группы приборов должны подсоединяться к сейсмической косе, а затем отсоединяться и переноситься в требуемое время. Необходима хорошая координация действий между операторами в станции и на профиле, которая требует отличной системы связи. Должна быть обеспечена достаточная и эффективная радиосвязь.
Техника полевых вибросейсмических измерений
Вибросейсмическая техника идеально подходит для тех случаев, когда работы могут проводиться по профилям, проходящим вдоль дорог. В этих условиях возможно быстро получать необходимые данные при относительно низкой стоимости километра профиля даже при высокой кратности наблюдений по методу ОСТ. Однако даже в тех случаях, когда существуют дороги, совпадающие с направлением профилей, возникает необходимость иметь информацию о поведении подземных горизонтов на тех участках местности и профилях, которые проходят вне дорог. Часто оказывается удобным работать вдоль дорог, а раскладывать косу и устанавливать сейсмоприемпики в стороне от дороги. Один из способов ОСТ заключается в использовании поперечных выносов (гл. 10).
Иметь данные для территории, находящейся вне дорог, необходимо и в том случае, когда требуется пайт и место для бурения скважин. Могут встретиться площади, па которых следует провести работы по обе стороны от дороги, тогда как предыдущий профиль был проложен вдоль нее. В этом случае следует расположить косу перпендикулярно дороге с центром на пей и создавать вибрации через постоянные интервалы вдоль шоссе. В результате будет получено однократное прослеживание юризонтов по площади, поперечный размер которой равен половине общей длины косы, а продольный-половине расстояния между первым и последним пунктами возбуждения. Если результаты однократного профилирования неудовлетворительны, можно организовать последовательное суммирование девяти ближайших трасс (девять точек), достигая тем самым подобия девятикратного накапливания данных (гл. 10).
Следует отдавать предпочтение прямолинейным профилям, однако, когда дороги и шоссе имеют изгибы, хорошие сейсмические материалы подчас можно получить, располагая и вибраторы, и сейсмоприемпики вдоль дороги, но со спрямлением резких изгибов там, где это возможно (гл. 17). На всхолмленных и тористых местностях автором были отработаны сотни километров по сильно искривленным дорогам. В большистве случаев результат оказывались очень хорошими, исключая те площади, где материалы довольно низкого качества были получены и на прямолинейных профилях (мобильными, легкими сейсмопартиями, работавшими со взрывами).
При обработке данных криволинейных профилей требуется специально учитывать геометрию. Точки отражения будут' находиться на половине расстояний между соответствующими пунктами возбуждения и приема. На крутом изгибе дорот средняя точка смещается на значительное расстояние в направлении, перпендикулярном основному азимуту сейсмическою профиля. Если граница (или границы) имеют
довольно большой угол наклона в поперечном относительно профиля направлении, то суммирование по ОСТ может ухудшить качество отражении с глубиной. Часто можно следующим образом решить эту проблему. Выбирается несколько вариантов поперечного погружения отражающей границы, рассчитываются и до суммирования вводятся соответствующие поправки, а затем анализируются результаты суммирования и из них выбирается лучший. По нему и определяется наиболее вероятная величина поперечного угла наклона. При относительно хорошем качестве материала возможно получение достоверных оценок поперечного наклона. Не исключено, что эти данные окажутся настолько важными, что придется специально следить за изгибами дорог и профилей, в пределах которых нужно будет использовать специальные программы для вычисления поперечных наклонов.
6
Высокое разрешениеи практическоеиспользование
нелинейных свипов
В этой главе мы будем юворить о необходимое гн получать данные высокого разрешения, а также о способах повышения разрсшешюсти записи при использовании импульсных источников и вибраторов с нелинейными управляющими сш налами.
Необходимость высокого разрешения
Было бы идеально, если бы мы moi ли получать в поле сейсмограммы, эквивалентные диаграммам непрерывного акустического каротажа метода, чувствительною к изменениям скорости и плотности в среде. Однако получать такие записи в сейсмической полосе частот (от самых низких до самых высоких) невозможно. Поэтому приходится, отрапичиваться достижимой более узкой полосой частот, что и опреде- ляст пределы доступной вертикальной разрешетиюсти сейсмических Жданных. Отсюда вытекает необходимость записи как можно более _ высоких частот, что позволясг выделять большее штслоТрапищраздела и прос л еживагь кровлюдГподотнву оолее топких пластов. В результате оказывается возможным более детально определять интервальные ско- '"рбсти, что, в свою очередь, повышает достоверность оценки литоло! ни и пористости.-
Часто не удается непосредственно картировать целевые пласты или выделять целевые интервалы внутри более мощных свит и тогда приходится довольствоваться прослеживанием выше- и нижележащих поверхностей раздела. Более высокая степень разрешения даст возможность непосредственно прослеживать пласты, представляющие интерес для разведки.
Достижение высокого разрешения при использовании взрывных источников
В течение многих лет лучшим источником энергии для получения высокоразрешснпой записи считался взрыв короткого (и не особенно тяжелою) заряда взрывчатого вещества, помещенною в глубокую скважину. Взрыв и нелинейные дефбрмацпп вблизи короткого лет кого заряда происходят в течение долей миллисекунды, что позволяет
аппроксимировать взрыв единичным импульсом. Такой источник весьма эффективно возбуждает высокочастотные компоненты сейсмического импульса, поступающего на приемник. Взрывы малых зарядов в глубоких скважинах действительно эффективны при сейсморазведке высокого разрешения, но этот способ возбуждения волн теперь уже нс является непревзойденным.
Соответствующим выбором взрывного источника можно возбудить волновой импульс с достаточной эпертей в области высоких частот. Если поглощение в среде нс слишком сильно и фон высокочастотных помех нс слишком велик, то в этих условиях ссгь надежда получать высокоразрешенную запись. При этом длина ipynn должна быть нс слишком велика, а при обработке следует возможно точнее вводить статические и кинематические поправки. Необходимые данные для этот о обеспечиваются полевым отрядом.
Если полевые записи отягощены сильными низкочастотными помехами, то их можно ослабить, применяя приемники с более высокой собственной частотой, чем частота доминирующих помех. Считается, что этого же можно достичь путем частотной фильтрации при обработке, однако этот способ не приводит к желаемым результатам, когда уровень высокочастотного сигнала слишком мал по сравнению с уровнем низкочастотной помехи. Хотя современные системы сейсмической записи обладают огромным динамическим диапазоном, тем не менее нельзя пренебрегать возможностью его превышения. В этом случае, применяя высокочастотные ссйсмопрпемники, можно ослабть требования к динамическому диапазону аппаратуры. Однако и этот способ имеет свои недостатки. Дело в том, что фазовые характеристики приемников существенно нелинейны вблизи их собственной час 1 о гы. Путем обработки можно нс юлько подавить низкочастотные компоненты, но и скорректировать фазовые сдвиги, вызванные указанным свойством ссйсмоприемников. На практике приходится мириться с тем, что параметры отдельных приемников все1да различаются, 1ак же как нх нагрузки и затухание. Отсюда следует, что скомпенсировать указанные фазовые сдвиги удасюя только приблизительно. Таким образом, мы приходим к выводу: если динамический диапазон при использовании приемников со «стандартной» собственной частотой 8-12 Гц оказывается достаточным, то следует остановиться на этом выборе. Если же Применение приемников с более высокой собственной частотой позволяет достичь необходимого динамического диапазона, то можно счипиь Правильным выбор таких приемников.
• Окончательное решение целесообразно принимать при полном взаимодействии с группой обработки путем дублирования записей со ^стандартными» и высокочастотными приемниками. По этим данным специалист-обработчик может определить амплитудные и фазовые зави- 'сямости для компенсации искажений или же использовать теоретические Поправки для оценки степени подобия дублированных записей. По-ви-
эдмо1^уядорогие экспериментальные партии занимались такими сравне- ццэддеч.Цо^рсегда возникает вопрос: было ли при этом эффективное з^у^ание,уяприемников таким же, как и при обычных работах в поле?
.Додедые^арцси могут выглядеть лучше, если они получены с приме- не^ц^^бо^ее^л.гсркочастотных приемников. Однако этого же можно достичь и со «стандартными» приемниками, используя высокочастотную, ФЧ№ПЙ№^ ДПК перезаписи в поле, по не при самой записи, n^^'paA^pi^^o^.jiy^nyio граничную частоту фильтра. Всегда пред- ц^^^^д^р^руь^црт^ ФВЧ с более высокой граничной частотой тр^т^ fДО^Г ftePWWJb Ж. не ПРИ самой записи. Однако нс всегда вдем^^о^^де дцер^т^вдр производить запись с одним фильтром,
(И,р не^о горь^ рлул^^ удо^нёр применять группирование скважинных взрывов с целью подавления сильных помех. При глубоких скважинах это доррго.-.Ра'зу^се^с^^грудры.не должны быть слишком длинными.
.-, ,Пр^, взрывах ^п^дубрк.!^ с^ва^идах серьезной проблемой оказы- вшо[гся т}рлны-спутниед1|(Р/щ;р^^ счет энергии, отраженной от дцердрГ^рвер^иоэдр,^^^^ де^отрр,9Й| драницы, расположенной ниже дцеццоЦ првер^нос^и^щ^вьцце. заряда. Обычно такой границей является подрыва,зоцыДалых,,скрростсй..При взрыве образуется прямая волна, бегущая .вниз, и. вторичная волна, также, бегущая вниз, но с задержкой, равной времени .пробега- от заряда вверх до отражающей границы и затем вниз до уровня глубины заряда. Обычно волна-спутник отличается обратной полярностью,.так как коэффициент отражения у верхней границы отрицателен. Волна-спутник накладывается на первичный импульс, образуя интерференционный пакет с пиками и провалами амплитудного спектра отраженных сигналов. Амплитуды и задержки волн-спутников нередко меняются от одной взрывной скважины к другой. Тогда несколько ослабить влияние волн-спутников может суммирование по ОСТ. Дополни тельные сведения о волнах-спутниках и способах их подавления приведены в гл. 9.- • - •
Если поверхностные условия благоприятны, то иногда бывает возможным возбуждать сейсмические импульсы с необходимым содержанием высокочастотных компонент взрывами малых зарядов в мелщ скважинах либо на дневной поверхности или даже немного выше, в воздухе; в этом случае, как правило, требуется i руппированис взрывов. Разумеется, при этом особое внимание должно быть обращено на различные стороны воздействия взрыва.
Основные процедуры начальной и последующих стадий взрывной сейсморазведки высокого разрешения те же, что и при обычной технологии. Для первых опытов важно заблаговременно обеспечить готов* ность взрывных скважин, так чтобы регистрацию можно было вести сразу же по прибытии полевого отряда. Может возникнуть необходимость опробовав различные варианты группирования скважин, веса зарядов, глубины их заложения, установить диапазон удалений длг
последующих производственных работ. Разумеется, размеры групп приемников и источников должны быть не очень велики, чтобы не допускать заметного ослабления высокочастотных компонент вследствие приращения кинематического сдвига в пределах баз групп.
В период опытных работ необходимо располагать одним или несколькими буровыми станками, готовыми к перебурке или бурению новых скважин, если по результатам опытов потребуется опробовать специальные группы. Как необходимое условие должна существовать радиосвязь между буровыми бригадами и сейсмостанцией для передачи команды прекращать бурение во время регистрации. В открытой местности серьезные помехи, особенно на высоких частотах, может создавать ветер. Заглубление сейсмоприемников может заметно ослабить такие помехи.
При сейсморазведке высокого разрешения важно определить верхний предел эффективных частот для решения поставленной задачи. Это трудно сделать, если нет возможности хорошо обработать данные в поле. В этом случае после завершения опытов целесообразно устроить перерыв и выделить время на обработку, визуализацию и анализ данных в вычислительном центре. На это время полевой отряд можно перебросить на друюй объект разведки, если таковой имеется поблизости. После принятия решения о методике выполнения производственной программы можно распорядиться начать бурение за несколько дней до •возвращения полевого отряда.
Улучшение разрешенности, достигаемое в некоторых случаях путем отбеливания спектра при обработке, иллюстрируют рис. 19.1 и 19.2.
Высокое разрешение при вибрационной сейсморазведке
Долгое время способ Вибросейс нс был пригоден для получения данных высокого разрешения. Возникали проблемы синхронизации и слабой энергии вибраторов на высоких частотах. Увеличения энергии на высоких частотах можно достичь повышением ускорения опорной плиты и присоединенного объема грунта, что требует увеличения гидравлической силы, которая должна быть больше силы инерции опорной плиты. Дополнительная сила может быть создана за счет увеличения произведения гидравлическо! о давления на площадь поршня (или иорш- г пей). Если ограничиться давлением насоса около 200 kic/cm2 (20 МПа), то вибратор должен иметь достаточно большую площадь поршня и нс слишком большую массу опорной плиты. На высоких частотах нет особой нужды иметь большую реактивную массу и требовать в то же г время, чтобы эта масса была мала относительно достижимой гидравлической силы. Однако вибраторы предназначены для работы в относительно широком диапазоне частот, а требования в области низких частот существенно отличаются, что заставляет искать компромисс для
работы на высоких часто!ах. На низких часто!ах необходима большая реактивная масса, способная толкать значительную массу грунта, с которой она взаимодействует. (В области высоких частот длина волны короче и эффективный объем 1рупта, который требуется сместить, оказывается существенно меньше, поскольку объем пропорционален кубу радиуса.) На низких частотах смещения реактивной массы вперед и назад должны быть достаточно большими, чтобы излучать значительную энергию. Для достижения больших смещений требуется увеличение объема гидравлической жидкости, чю заставляет увеличивать площадь поршня, чтобы возбуждать высокие частоты. Это влечет за собой необходимость установки на машине огромного насоса с огромным двигателем и гигантским баком, заполненным дизельным топливом. При этом реактивная масса должна иметь по меньшей мере умеренную величину. Конечно, можно приобрести такой вибратор, но под ним будут обрушиваться слабые мосты. (Некоторые из таких супервибраторов способны развивать столь большие ускорения, что даже на умеренных частотах они подпрыгивают, становясь неконтролируемым реверберационным падающим 1рузом- плохим источником сейсмических волн.)
В прил. I и в последнем разделе этой главы приведены способы контроля па умеренных частотах, при которых создается максимально возможная сила для эффективного возбуждения высоких частот. Современные вибраторы при правильной регулировке отвечают требованиям синхронизации для сейсморазведки высокого разрешения (гл. 5 и прил. Н).
Потребовалось еще одно нововведение, чтобы вибраторы стали лучшими и наиболее практичными источниками в сейсморазведке высокого разрешения. Важнейшим делом явилась разработка хорошего генератора нелинейного свип-сигнала. Главное преимущество методики Вибросейс состоит в возможности выбирать по желанию диапазон частот. Нелинейный свин существенно дополняет эту возможность, позволяя в тоже время-подбирать и нужную наьг^шо^игельную амплитуду в зависимости от часто 1Ы. Используя генераторы нелиней- ТгоНГсвипа, мы можем уо своему желанию формировать^мшщт^д]^ спектр. Становится возможным, затрачивая большую часть, времени 'твппа на возбуждение эпер! ии высоких частот и меньшую шеводбужд^ ние энергии низких частот, в какой-то м£ре~выравнивать спектр отраженных импульсов. Тем самым ослабляется требованисх-уведидению объема насосов для достижения больших смещений в области, низких частот, поскольку на эту область затрачивается небольшая часть времени свина, а энергия 1 идравлической жидкости, сохраняемая в гидроаккумуляторе, може! быть моментально использована для увеличения ее расхода. Однако главное свойство состоит в возможности относительного увеличения энергии в области высоких частот, где поглощение в земле особенно велико. Обычно для этого не требуются отромные
вибраторы. Вполне удовлетворительно работают небольшие вибраторы, если только они оборудованы лучшими современными устройствами управления. Действие короткого свипа на нижних частотах подобно высокочастотной фильтрации или же применению высокочастотного приемника, ио имеет преимущество сокращения времени записи. Сбереженное время можно использовать на возбуждение энергии высоких частот или же для ускорения полевых работ и экономии средств.
Применение нелинейных свипов на практике
Появление генератора нелинейных свипов в геофизической разведке можно уподобить замене топоров бензопилой у лесорубов. Следует научиться пользоваться, нс покалечившись, этим острым, мощным инструментом. Что же можно действительно делать с этим инструментом в поле? Ответы простые:
Обеспечивать достижение достаточной величины о i ношения сиг- нал/помсха в диапазоне частот целевых отражений при минимальных затратах времени на получение записей.
■2. Подавлять в поле помехи, возбуждаемые источником, в той мерс,
чтобы при обработке данных оказывалось возможным извлекать необходимую информацию для ввода статических и кинематических поправок.,
Добиваться достаточной величины отношения С/П на временах вне области целевых отражений, чтобы помочь специалисту по обработке решать проблему вариаций статических поправок и давать интерпретатору возможность извлекать больше геологической информации.
Следует ли стремиться выравнивать амплитудный спектр отражений выполи?-В этом не г необходимости! Даже если прсдположитТГ^П о частотная зависимость поглощения в среде известна и известны частотные свойства аппаратуры, то все же лучше и лшче выравнивать спектр в процессе обработки. Попьикн делать эю в ноле нсжслахсльны еще и потому, что на эго затрачивается дополни!ельнос время записи. Кроме тою, можно выровнять спектр отражения только от одной границы. Мелкие отражения будут на верхних частотах перекомпсиси- . рованы, а глубокие ИеДбКШЛПгнснрованыТПсли есть основания предполагать аномально сильное поглощение впереде выше целевых границ, то можно специально усилить высокие частоты. Наоборот, если среда консолидирована и в ней можно ожидать слабого поглощения, то можно ослабить высокие частоты для менее глубоких отражений. Лучше оставить это дело специалисту по обработке. Полевик должен сосредоточиться па получении данных, наилучшим образом О1всчающих требованиям обрабо1чика.
Выбор нелинейного свила
В прил. J приведено обоснование типа нелинейного свипа, предназначенного для преодоления эффекта поглощения в среде. Показана необходимость логарифмической функции для свии-сигнала. Такая функция идеальна, если уровень фона помех не меняется с частотой, а вибраторы и записывающая аппаратура в равной степени эффективны на всех частотах. Известно, что вибраторы менее эффективны на относительно высоких частотах, по и фон помех в этом диапазоне обычно снижается. В силу повышенного поглощения высокочастотные помехи, возбуждаемые источником, влияют лишь вблизи пунктов возбуждения. При веч ре может оказаться необходимым ставить приемники в ямки для ослабления высокочастотною фона. В слепи и в зарослях кустарника помехи от ветра высокочастотны, но па залесенных участках качающиеся деревья создают главным образом низкочастотный фон.
Основная проблема выбора логарифмического свипа состоит в том, чтобы оценить соотношение усилий для возбуждения колебаний в ею высокочастотной и низкочастотной частях. При использовании генератора нелинейного свипа фирмы Texas Instruments выбор довольно О1раничсн. Усилие на высоких частотах растет медленно с увеличением длины свип-сигнала (прил.1), так что можно в какой-то степени управлять усилием на высокой частоте, меняя длительность свипа. В случае когда мы хотим получить более или менее полный входной сигнал, можно изменить число свипов. Этот способ с успехом применялся автором. Зависимость высокочастотного усилия от длины свипа для генератора фирмы Texas Instruments иллюстрирует следующая таблица:
Длительность свипа. Высокочастотное > сил не (ог-сношение длительности на
максимальной чаш от с к длительности на минимальной частоте)
87,1
16114
2414,8
.Свип-генератор фирмы Pelton рассчитан па функцию свипа, отличную отлогарифмической, вывсдеппои^Гприл. J для "компенсации поглощения волн землей. Эта функция учитывает потери энергии при возбуждении высоких частот из-за ограничения силы, которая, в свою очередь, ставит пределы ускорения реактивной массы. Если бы задача состояла только в этом, то достаточно было бы отрегулировать гсне- paropJPelton на возрастание усилия до 6 дБ/октава. Но наличие упру-" ,гостиТособенно у гидравлической жидкости, может потребовать еще большего роста усилия на высокой частоте. Приходится учитывать ТГобщие потерн энергии па высоких частотах^ механизме вибратора и вследствие поглощения землей. Генератор Pelton позволяет~У~станав- ливать рост усилия ступенями по 1 дБ/октава вплоть до максимального значения 15 дБ/октава, что обеспечивает возможность подннмат ь усилия на высоких частотах, как у генератора фирмы Texas Instruments. Однако промежуточные частоты при этом не усиливаются в той же степени. Оба типа генераторов дают прекрасные результаты. (Дополнительная информация и вывод уравнения содержатся в прил. J. В прил. F приведены программы D и D' для расчета функций свип-сш- налов.)
Автор предпочитает применять свип-генераторы со стрелочной индикацией, выведенной на панель управления, вместо программного управления. Некоторые из программ, например EPROMS, выдают нелепые результаты при попытках пользователя установить выбранную нм функцию свипа.
Есть все основания полагать, что нелинейные свип-генераторы, выпускаемые такими компаниями, как SSC, Geosource, Scrcel и др., работают вполне удовлетворительно. Возрастание усилия на высоких частотах примерно в 10 раз и получаемые при этом результаты в большинстве случаев оказываются эффективными. Не пользуйтесь нелепой квадратичной (Т2) функцией свип-сигнала, при которой излишне большой отрезок времени затрачивается на 0ДШ1 последний процент частотного диапазона всего свип-сигнала.
Относительное увеличение высокочастотных компонент сигнала, посылаемого в землю, повышает уровень полезного сигнала относительно фона помех на высоких частотах. Корреляция отклика земли со свин-сигналом эквивалентна дополнительной фильтрации данных таким фильтром, коюрый поднимает наиболее высокие частоты отпоси- тельно самых низких частот в той же степени^ какая ’обеспечивав гея нелинейностью свипа. Таким образом, видимый подъем высокочастотных компонент происходит по квадратичной зависимости, что помогает "Выделять их па полевых записях. Это весьма благошшяпюе-явление. "Дёсятикраттюе^величснис усилия, по всей вероятности, далеко не достаточно во многих случаях для преодоления обшихдюдерь высокочастотных компонент, особенно при сейсморазведке высокого разреще- “ния,“когда мы пытаемся записывай» часютые компоиешы, особенно
сильно поглощаемые землей, и при этом использовать широкую полосу, ^частот. десятикратное увеличение усилия обычно бывает достаточным ' для поднятия высоких частот над уровнем помех. Поэтому дополнительное десятикратное увеличение за счет фильтрующего действия" корреляции может оказаться достаточным для того, чтобы сделать их видимыми на записях.
Вот уже много лет специалисты по обработке данных пытаются выравнивать спектры, резко разбалансированные земным поглощением и другими причинами. Нелинейные свипы облегчают эту работу, во всяком случае не делают ее более трудной. Для данной цели давно уже пользуются деконволюцией, но даже хороший обработчик всегда осторожно применяет эту процедуру. Вероятно, каждый сейсморазведчик когда-либо «обжигался» на деконволюции. Но, если мы однажды порезали палец острым ножом, разве мы будем затуплять его лезвие? Конечно, нет, и нам не следует затуплять наш «острый» инструмент - деконволюцию. Правильный выбор нелинейного свипа предоставляет обработчику данныр более высокого качества, и ему остается подумать, что можно и чего нельзя достичь деконволюцией.
Программа выравнивания спектра («спектрального отбеливания»), разработанная компанией Western Geophysical, прекрасно справляется с обработкой данных нелинейных свипов и с выравниванием спектров (гл. 19). Это сильная программа, и опа действительно выполняет задание. После ознакомления с программой обработчик, прежде чем давать задание, выбирает соответствующую деконволюцию. Автор рекомендует программу спектрального отбеливания как прекрасного партнера нелинейных свипов для существенного повышения вертикальной разрешенное™ сейсмических данных. При выводе окончательных разрезов бывает желательно использовать деконволюцию или же деконволюцию с последующим отбеливанием. Дело в том, что программа спектрального отбеливания использует АРУ, а это неизвестным образом влияет на фазу. Если применять медленное АРУ, то фазовые изменения минимальны. Если же выравнивать вначале спектры деконволюцией и затем применять отбеливание только для окончательного выравнивания, то фаза отраженных импульсов нс подвергнется серьезному влиянию программы отбеливания.
Нелинейный свин аналогичен нуль-фазовому фильтру. Этот недостаток нелинейных свипов становится заметным, когда мы хотим получать минимально-фазовый импульс отражения, и поднятие энергии высокочастотного излучения рассчитано в основном на преодоление земного
ктивности вибра->отке необходимо мере устранить> свина.ктивности вибра->отке необходимо мере устранить> свина.ных свиповичивать длитель- , что в некотором л отами 01 14 до12 с от четырех вменения частоты /стим, указанная одимы для полу- гах длиюлыюсть [ильный нелиней- астоты в областимесюя логариф- терсны использо- хчитаем частоту , пользуясь проа времени свипа Гц/с, что весьманых свиповичивать длитель- , что в некотором л отами 01 14 до12 с от четырех вменения частоты /стим, указанная одимы для полу- гах длиюлыюсть [ильный нелиней- астоты в областимесюя логариф- терсны использо- хчитаем частоту , пользуясь проа времени свипа Гц/с, что весьма
ктивности вибра-
>отке необходимо мере устранить
> свина.
ктивности вибра-
>отке необходимо мере устранить
> свина.
ных свипов
ичивать длитель- , что в некотором л отами 01 14 до
12 с от четырех вменения частоты /стим, указанная одимы для полу- гах длиюлыюсть [ильный нелиней- астоты в области
месюя логариф- терсны использо- хчитаем частоту , пользуясь проа времени свипа Гц/с, что весьма
ных свипов
ичивать длитель- , что в некотором л отами 01 14 до
12 с от четырех вменения частоты /стим, указанная одимы для полу- гах длиюлыюсть [ильный нелиней- астоты в области
месюя логариф- терсны использо- хчитаем частоту , пользуясь проа времени свипа Гц/с, что весьма
поглощения, а не на компенсацию уменьшения Э' торов на высоких час ютах. В этом случае при оС проводить фазовую коррекцию, чтобы в какой влияние свойства нуль-фазовости самого нслинейп
Практика применения нелин!
При нелинейных свинах нет необходимости yi ность воздействия. Рассмотрим пример. Предполож районе вначале использовались линейные свины с 56 Гц при 12 циклах воздействия длительпощыо вибраторов в каждом пущие возбуждения. Скорост! была принята постоянной и равной 3,5 Гц/с. Д длительность и общее время воздействий были нес чения результатов на частоте 56 Гц, а на нижних час могла бы быть меньшей. Необходимо выбрать от нын свин, обеспечивающий ту же скороеib изменсни. 56 Гц.
Предположим далее, что в нашем распоряжснш мический 1 оператор фирмы Texas Instruments и мы i вать евнп с полосой 12 72 Гц длительностью 12 с. и скорость изменения частоты как функцию време граммой D' прпл. F, и данные сведем в табл. 6.1. 5,5 с частота равна 55,79 Гц и скорость ее изменения '
Таблица 6.1. Частота и скорость изменения частоты ik функция времени для логарифмического свип-генератора (j эмы Texas Instruments. Полоса свипа 12 72 Гц, длина свипа 1 :
Время, с
Частота, Гц
Скорость измы 1ия часго1ы, Гц/с
0
12,00
23,:
1
28.20
н;
2
37,70
7Д
3
44,43
5,£
4
49,65
4,С
5
53,91
3,9
5,5
55,79
3,6
6
57,52
3,3
7
60,64
2,9
8
63,40
2,6
9
65,86
2,3-
10
68,09
2,Г
11
70,13
1,9:
12
72,00
1.8(
близко к таковой для линейною свипа, указанной выше. Следует убедиться на опыте, достаточна ли энергия в полосе частот 12-72 Гц при 12 воздействиях длительностью по 12 с каждое с помощью четырех вибраторов. Отты г автора позволяет ожидать удовлетворительною результата. Если потребуется большая энергия, можно добавить еще один вибратор или увеличить число воздействий. Скорее всего, большая энергия источников не потребуется.
На некоторых площадях первичные полевые записи, полученные при использовании линейных свинов, весьма неприглядны из-за сильных "низкочастотных поверхностных волТПйли других помех, возбуждаемых псточшткамиУ В таких случаях обычно стараются увеличивать мощность. источника, чтобы поднять уровень энергии сигнала. При пелинстЬ ^ПЫ^сышах полевые записи выглядят гораздо лучше, что может привести к выводу об уменьшении длительности свипа! С другой стороны, настойчиво стремясь повысить разрешеггггость записи и растянуть полосу частот на октаву или более в сторону высоких частот, вы можете встретиться с необходимостью увеличить энергию источника, добавляя число воздействий тити число вибраторов либо и го и другое.
Могут ли нелинейные свипы ухудшить качество данных? Да, могут, ио если целевые отражения видны на полевых записях, то можно уверенно продвигаться дальше. Необходимо определить эффективный предел высоких частот волн, пропускаемых средой, вплоть до целевых отражений. Для этого следует произвести тщательные опытные работы на представительном участке, применяя узкополосные свипы на выбранных высоких частотах. (Фильтрующие свойства земли не очень резко выражены, но все же можно опытным путем достичь таких высоких
частот, при которых качество данных уже не соответствует затраченным усилиям (см. гл. 22).) Отклики будут длительными, звенящими, но если при этом заметна синфазность тга временах вблизи или больше времен целевых однократных отражений, то последние могут быть успешно записаны. На участках, где особенно требуется высокая вертикальная разрешенном ь, следует пытаться производить записи па несколько более высоких частотах, чем было установлено при узкополосном опробовании. Это можтго объяснить тем, что накапливание и спектральное отбеливание несколько смещают верхний частотный предел в сторону высоких частот. Однако нс следует терять времени в ноле, пытаясь вытягивать частоты в сигналах от очень глубоких целевых границ, которые не пропускаются вследствие поглощения средой. (Если верхний предел частот нелинейного свипа тга 10% превышает эффективную граничную частоту пропускания среды над целевыми границами, то потери тюлевого времени возрастают значительно больше чем па 10%.) 'Гаков риск, который нужно тщательно взвесить перед принятием ре- шення.
Пртт нелинейных свинах, ведущих к усилению высоких частот, следует расширять частотную полосуунрДтпТяющст о сигнала более чем на
две ок!авы по сравнению с iрадиционнон технологией. Эго обьясняеюя ■ДвУмя при'пшамйГЧГо^ср^ любое сокращение свина в области его низкочастотного предела захватывает более широкую область нижн^ частот, поскольку свип проходит 3iy область быстрее.Поэтому лрфек^ тивный низкочасто шый предел может располагаться несколько выше, чем можно ожидать. Во-вторых, эффекишпын предел пропускания средой высокочасто! пых ком н онен 1 можег меняться по мерс прохож- _дения профиля. Если это! предел заменю смести 1ся вниз, сузится полоса пропускания. В силу этих причин следус i расширя 1 ь полосу частот до двух с половиной илюреХ октав. В нашей практике бЬШГ примеры применения свипа в полосе частот, охватывающей г ри с половиной октавы, и получались, хорошие записи. Чем шире эффективная полоса частот, тем больше информации можно Гввлсчь юЪейсмичсских J№gpjHa4OB о .геологическом разрезе, но следус! имею в виду, что расширение полосы в сторону низких час ют может усилию помехи дТюлы^^сш пал.
Неверная концепция использования нелинейных свинов с целью выравнивания спектра прямо в поле веде! и к другим ошибкам. Одна из таких ошибок состош в утверждении, что нельзя (или нс следует) применяю нелинейные свипы па решопальпых профилях, поскольку условия меняются вдоль профиля и эти изменения непременно нарушают «необходимый» баланс. Одним из первых профилей, отработанных автором с использованием нелинейных свинов, был длинный региональный профиль. Вдоль nei о породы на поверхности менялись от пермских до девонских и были представлены глинистыми сланцами, песчаниками, известняками и доломитами, и геологический разрез был далек от юго, который называют «слоеным пирогом». На всем протяжении профиля применялся ло1 арифмический нелинейный свип 10-100 Гц. Окончательный разрез оказался прекрасною качества от малых до больших времен О1ражсшш. Было досчигнуто высокое отношение сш нал/помеха, и разрешсшюсть оказалась значительно лучшей, чем мы получали прежде в эюм районе (см. рис. 6.3).
Подводя нтот, можно уюерждать, чю совсем нс обязшелыю быть доктором философии, чтобы с успехом применять нелинейный свип, nei необходимое!и знаю коэффициент добро шости Q среды или даже ставить своей целью точно компенсировать поглощение землей и oi ра- ничения иарамс1ров аппаратуры. Чю действитслыю нужно эго просто определить эффективный высокочастотный предел, выбрать приемлемую ширину полосы часто! (по меньшей мерс 2,5 ок1авы) и после эюго пытаться досшчь удовле! верительной величины о 1 ношения сигнал/ помеха на временах целевых отражений в выбранной полосе частот. При этом желательно затрачивать минимальное время на получение записи. Рекомендуемые выше методика и подход помо!ут успешно решить поставленную задачу. Паш опыт показывает, чю вер шкальная разрешенное гь можс! быть повышена настолько, что ипгерирщагор
иногда даже придс! в растерянность, пытаясь увязать новые данные со своими старыми, слабо разрешенными. Такое случалось. Рассматривая рис. 6.1 6.3. можно сравнить ciapwe данные способа Вибросейс и новые, полученные при использовании нелинейных свип-сш налов и программы спектрального отбеливания. Можно предложить специалисту-обработчику для увязки старых и новых временных разрезов отфильтровать новые данные в узкой полосе частот щарых данных. Интерпретаюру понравятся новые данные, но после тою, как он освоится с ними.
В примере Л (рис. 6.1) сравниваются данные высокого разрешения (справа), полученные с нелинейными свипами и обработанные спектральным отбеливанием, с данными, полученными ранее посредством линейных свинов и обработанными деконволюцией. Оба этих разреза типичны для мнотх профилей, пройденных в районе pa6oi указанными методиками.
Пример В (рис. 6.2) относи 1ся к друюму осадочному бассейну в другом шпие. Материалы с высоким разрешением (справа) получены посредсчвом нелинейных свипов и обрабокты спектральным отбеливанием, тоща как более старые данные получены с применением линейных свинов и обработки деконволюцией. На этой площади данные высокою разрешения не всюду выдержаны, но все же они зпачтслыю лучше предшествовавших.
Пример С (рис. 6.3) относится еще к одному бассейну в третьем штате. Данные высокого разрешения (слева) получены на длинном региональном профиле, пересекающем обнажения разнообразных пород. Качещво данных превосходно вдоль всего профиля; разрсшеиность и непрерывность прослеживания отражений улучшены. Качество временных разрезов низкого разрешения типично для ранее полученных данных.
В трех описанных примерах параметры записи были тщательно подобраны на основе нолевых опытов. Достшнуюе улучшение разре- шсшюсти в каждом случае обязано применению нелинейных свинов.
В примерах D и Е (рис. 6.4 и 6.5) сопоставляются данные высокого разрешения, полученные меюдом Вибросейс посредством нелинейных свипов и спектрального отбеливания, с данными группирования взрывов в мелких скважинах. В обоих случаях отрабатывался один и тот же профиль. На рис. 6.4 временные разрезы совмещены одинаковыми краями. Не удиви1 слыю, что интерпретаторы растерялись! Однако уверенность у них появилась после фильтрации, подавляющей высокие частоты, се применили для сознательного ухудшения разрешенное™, с тем чтобы увязать новые данные высокого разрешения со старыми материалами взрывной сейсморазведки.
Латеральные изменения, ошечаемые вдоль временною разреза, полученною вибросейсмичсским методом высокою разрешения (рис. 6.5), указывают на извеоныс изменения i соло! плоского строения.
ittiah»?
ши
ids^Qato^T
>h^;>k b>»y FHnJr
rbn-bwiЙ&
1ж« ®h?
К
2W$
S3®
>МЙрн>«м^МЙК^НГЩ0Я^^
^Ц)к|н 1й) wiWih i inn iWin mmi*m и > h iV t^1^144 ■Il^J
m№WvW^««">»w“”‘r-^^^^
мдаФЯ^^^^
2$yi№,b^
~^r*
M>>>i)b WNbM»>}M>Ht>WH >OH)Nirvn»HwmiiQ
«
»»»Ьй»и>Нр »>р)>>»)>^> w*w*w*e *npi*«ii*p
л^»>нн»»н1)2»
*р~*ки*<w*MkH*jy!
el м• »Ы»hb -HeaUl ЛЬek^ к 1|^ЬЫ|11 >»))H •hiimwiF tiiMnrnnr !?n :2;::Uo/M.i:
^4W,
^***Ул^
%
^и11й*»1**>»г1^|>
ШкныВШЪ'Л
>»Л»Р*>Ш>Л ЛЧГНШЧГа
JU Un,n:,n
**•>**«»>*#» >»*•*••*>•••#• Z»»^ *• ..**»>••*W»*^»pee»X >*1»^^
•iwwiM* WW.4W*tt WP^V *w»4T**** **rm
2??»;?»
U2nUJ2l2
WfcWW
>*►***•*•*
*m • •A*ve v»**a***? WWMW* I l^>fh>fHH|» .11 b :;'!'.'.W
iiH\b
3:
iuwmi>tw.iii шгвжхшгн пвталпт» >xmm |B»eiiilMWf меее» ■**»»»•»««•»»»•»>•>*•*•«*««•»*•••• '•••»>,|
Я!
ы
кз^ж::
*»m>>m<
.torijOT^gtfpttmg? •
. * 4 лг..-,,,,...,^^ z; ,,„ ,реЛ,ГТ-.ТГХИГ» |Г1Л b« *- ■ »L^ ^У^У? ^ ^У^^^,^ * ***** *’ Нееее.^еХЬ^Ы»^^^ . ^...fJj^L . Л MM^heWm» *HW>M*№ К »)»*м**^<1^^ :ЭДП^51
lmm«m^4^wr IR*I»I*II|I 11>ее111И1й*1 *♦♦*>•♦ *•• о ем e » e •♦»•»»» •••• •••• •♦ •••• • •• к» »l wroum rrnmitmtw ttiwjmtuj гущ тесамямам eewwww ммшмкма i*w»
MkW»M*Uu
МЖ$эд/^^^
в™
) [ ,7Wm****nt»M* ^»'ь»н>Й1У/»>4й».*^н^
»»ИМ*ЯН>ОЧ ЛГ А еЬЦ»м>
■U^J^ ‘^ !НИУ WWW DJI И J
w
>U>HtU<
StR^iCTti
'Vtii^w1'^..^
Я’*?/?
•J 4 W»N»ln»>l liWtn>
► k>ft 4we>fre»iHeftl* W»»M*MM»b»« •*»».»• pv i*iimpjrJn *тттппхтгм ;жш|б
’W^V*
4г
м
■JR^^lbli1! '^WA? ;i^»^^ji№^i
>M We*lMWwJ«n 4*M»** fM^t*** |И* ib> tiwMb'pHB ььЛыагйГЛ ^u«i.>:;,;tC»*:;
ТДг'А'Ь
SM^^^1,
W^MMnhw -Ъг«)ПцжЪ» рт*П »..>)» *)>H Н» >V • •* ь
yn*“i»>v» *>*#» чхнгра !и?1ь:
..и»
^ЬЯФ»^кГ|
^Ыйейй^ йялагае^ я^йжйм!^
“ *'*! Й25Ж **^^1ЯЙ5
Й 5E^^ ^^^2й ЙКВ^ЛЛЗЕЗКИйОВ |W5t *JWt**V *ПТП>)р/1>>» S>ntN*iew **tiWH Wde ^^ ^•«•мгр* РГР>П<#»иЧ««> ••^*4»-»»lH ♦• f.P....- Л"^у
fl
Sfl^nxr1
5ЖЙЗЗЙГО
•it*
гч»:
i isijUiuiiiju, ^м^спм:г М»
*4Hl>
Е<П^
*WW
*^»n*ki
•>»^:*??5
ent I»jy>d*v^ it* •
>W 4МММММ» »M*|J
Рис. 6.1. Пример А сравнение данных высокою разрешения (справа), полученных с использованием нелинейною свина, с данными, полученными ранее при линейном свине. Профили хотя и нс совпадают, но относятся к одной площади, и результаты представительны ;ыя многих профилей на данной площади.
н
СГ1^,.Т«^*^
>М1
tf п*У?№ W /' иРКЛЬбдЦоцгГго 1кцД t Шйф
.t^to
til
.УЙЙЙЯИ
ti#Kh#wemwKWiia»«8ettSiti#Kh#wemwKWiia»«8ettSiVV№5№№8BWЛ^ЛЛжЛг^Л^^ЯПйЛАг.ниЛ^-л^^^г:^****»» ♦*••» •* r?1№5№№8BWЛ^ЛЛжЛг^Л^^ЯПйЛАг.ниЛ^-л^^^г:^****»» ♦*••» •* r?1tr # Л$> jtr # Л$> j»Ж№>>м»ЖЭД ^wp>-rra»Ж№>>м»ЖЭД ^wp>-rra№1№1
ti#Kh#wemwKWiia»«8e
ttSi
ti#Kh#wemwKWiia»«8e
ttSi
V
V
№5№№8BW
Л^ЛЛжЛг^Л^^ЯПйЛАг.ниЛ^-л^^^г:^****»» ♦*••» •* r?1
№5№№8BW
Л^ЛЛжЛг^Л^^ЯПйЛАг.ниЛ^-л^^^г:^****»» ♦*••» •* r?1
tr # Л$> j
tr # Л$> j
»Ж№
>>м»ЖЭД ^wp>-rra
»Ж№
>>м»ЖЭД ^wp>-rra
№1
№1
JWt
4141ftft^^*^ цх “t*;**'.^.’’'^*^^*^ цх “t*;**'.^.’’'^*4141ММ>1>ЧЖ£>1>ЧЖ£ёяййй^^ШяййййЙ!*Й«г5^2^^йй^^^^'*^^*MwW№tea»№ёяййй^^ШяййййЙ!*Й«г5^2^^йй^^^^'*^^*MwW№tea»№MigMigXJ4nXJ4n
41
41
ft
ft
^^*^ цх “t*;**'.^.’’'^*
^^*^ цх “t*;**'.^.’’'^*
41
41
М
М
>1>ЧЖ£
>1>ЧЖ£
ёяййй^^ШяййййЙ!*Й«г5^2^^йй^^^^'*^^
*MwW№tea»№
ёяййй^^ШяййййЙ!*Й«г5^2^^йй^^^^'*^^
*MwW№tea»№
Mig
Mig
XJ4n
XJ4n
r«rut«nz<r>
1Й11Я#вЙЙГО
№
Рис. 6.2. Пример В сравнение данных высокою разрешения (справа), полученных при возбуждении нелинейным свином, с полученными ранее в случае линейного свина. Профили почти совпадаю!.
Последние скрыты в данных низкой сгепенп разрешения, полученных ранее на том же профиле.
Оба последних примера типичны для материалов, полученных производственной взрывной сейсморазведкой, которая проводилась в то время, koi да партия под руководс!вом автора была заняха получением высокоразрешсппых записей па гой же площади. ;
►TOTBjfeHEttW»?***”»►TOTBjfeHEttW»?***”»
►TOTBjfeHEttW»?***”»
►TOTBjfeHEttW»?***”»
* A* t i>S??S^^}?3TTXk^rrv7; vrS^^^^^^f^^^^^^iTT^trc^^fte
WpWWw*
***>» > >»^**
t:
^>x>^><
r>:»;m
6
ГТГТГТГТГТГ7ГГ ГГГГТТТТТТ ГТ? У
л »>;(> *>;;Г::;:;; * X: f:; X::::: j : Л; ????} >$.>1] > 14Ш222211к1ХХ122221к2212±*^^ rfc г гПРУш^л^Ж^^дай^ дйвяё^веевфебвеевЁйаййяй^^
^*wfAmt'»»»v>> *) я n n»w» . (-41X^11x222222.* У1 ♦»♦v» ‘*j№
^k>jtt»«e*ew**>j3±2jt»w>xxk :....”:
te?#*^-^^ r>
h^y*f)irV>?rrT
■№
•Ш>»вм
>^»№iN)XMXw*v>V»Vy*1^*»*
ЯЛ
Рис. 6.3. Пример С сравнение данных высокого разрешения (слева\ полученных при нелинейном свипе, с данными, полученными ранее при линейном свипе. Оба профиля на данном участке почти параллельны. Профиль высокого разрешения является частью длинного регионального профиля, пересекающего участки с разнообразным геологическим строением. Обнажения представлены породами разного возраста и литологического состава, но тем нс менее качество, разрсшенность и непрерывность отражений превосходны по всей длине профиля высокого разрешения, от мелких горизонтов до фундамента.
«■«•■*••• >]>*•* I ie*i>e*eN»e^ni ^»*»rMM«»*M*»bMt»*H»»f**H'F-«■«•■*••• >]>*•* I ie*i>e*eN»e^ni ^»*»rMM«»*M*»bMt»*H»»f**H'F-$ЖЙ)|$ЖЙ)|>t: v.m)mHA,'l|?: ;:*?)?*'Чглк-?*. ^WWMW^^
«■«•■*••• >]>*•* I ie*i>e*eN»e^ni ^»*»rMM«»*M*»bMt»*H»»f**H'F-
«■«•■*••• >]>*•* I ie*i>e*eN»e^ni ^»*»rMM«»*M*»bMt»*H»»f**H'F-
$ЖЙ)|
$ЖЙ)|
Ч>.м».Ъ ЛИ
vr,
Л -. ‘^'.i
♦тцмпжГм^ЦИ♦тцмпжГм^ЦИРис. 6.5. Пример Е-сравнение данных высокого разрешения, полученных при нелинейном свипе (внизу), с обычными данными, полученными ранее при взрывах в группах мелких скважин (вверху). Профили полностью совпадают.Рис. 6.5. Пример Е-сравнение данных высокого разрешения, полученных при нелинейном свипе (внизу), с обычными данными, полученными ранее при взрывах в группах мелких скважин (вверху). Профили полностью совпадают.
♦тцмпж
Гм^ЦИ
♦тцмпж
Гм^ЦИ
Рис. 6.5. Пример Е-сравнение данных высокого разрешения, полученных при нелинейном свипе (внизу), с обычными данными, полученными ранее при взрывах в группах мелких скважин (вверху). Профили полностью совпадают.
Рис. 6.5. Пример Е-сравнение данных высокого разрешения, полученных при нелинейном свипе (внизу), с обычными данными, полученными ранее при взрывах в группах мелких скважин (вверху). Профили полностью совпадают.
хл
Регулировка амплитуд
Развивая возможности использования нелинейных свип-сигналов, некоторые изготовители оборудования предусматривают способы изменения силы воздействия на грунт в течение свина. Однако этот прием ошибочен, если цель его состоит в уменьшении амплитуды низкочастотной части сигнала вибратора для частичного выравнивания спектров отраженных импульсов. Проблема состоит в том, что уменьшение амплитуды силы воздействия порождает неизвестные и переменные эффекты и может иногда существенно влиять на^апергию излучения вибраторов. Даже если бьГэтот прием работал, лучше было бы уменьшать время, затрачиваемое па возбуждение нижних частот, с целью экономии времени записи (или использовать время для увеличения длительности евппа на высоких частотах). Автор не рекомендует применять программируемую регулировку амплитуд в течение времени свина.
Регулировка амплитуд может с успехом применяться в сочетании с так называемой фазовой коррекцией по силе воздействия на грунт. Соответствующая система кратко описана в гл. 5 и более подробно- в прил. 1. В ней используется измерение силы воздействия на грунт посредством специальных датчиков, следящих за режимом, при котором вибратор приближается к состоянию отрыва от земли. С такой системой можно производить и автоматическую регулировку силы воздействия на ярунт. При автоматическом регулировании сила воздействия устанавливается на очень высоком уровне. Когда датчик сигнализирует о неизбежном приближении к состоянию отрыва от грунта, уровень вибрация уменьшается до. уровня, при котором отрыв не произойдет. Далее, когда в течение свина частота повышается, становится возможным использовать полную силу воздействия на грунт для возбуждения максимальной энергии в области высоких частот. С такой автоматической системой вибра я ор рабо гает в режиме полной отдачи энергии на всех част отах без отрыва от грунта. Это создает существенные преимущества, особенно для мощных вибраторов с большой силой воздействия. Необходимость автоматического контроля за амплитудами особенно велика в условиях, когда на поверхность выходят породы с высокой добротностью ft обладающие резонансом в пределах частот свин-сигнал а. В этих условиях по мере приближения частоты свип-сш нала к резонансной частоте грунтов амплитуда вибраций приповерхностного слоя возрастает настолько, что отрыв становится неизбежным, если только не снизить уровень силы воздействия на грунт. Однако, располагая мощным вибратором, невыгодно устанавливать низкий уровень воздействия, тая как при этом остаяотся неиспользованными большие возможности мощного вибратора, который дорого стояяг. В зависимостяя от обстоятельств управление амплитудой силы воздействия па ярунт может иметь определеяяную пользу, а во многих случаях яя играть очеяяь важнуяо роль. Однако программированные изменения уровня силы воздействия hi rnvur в течение свипа применять не рекомендуется.
Опытные полевые работы
Цель этой 1 лавы в том, чтобы помочь исполнителю спроектировать и провести опытные полевые работы по выбору оптимальных условий возбуждения и приема сейсмических колебаний для выявления объектов разведки. Мы не будем рассуждать о том, как провести такие эксперименты и как их спланировать, а рассмотрим практические примеры выполнения таких работ: 1) вибросейсмической партией, 2) сейсмо- партией, использующей взрывы зарядов ВВ в скважинах, 3) партией, оснащенной портативным оборудованием и применяющей взрывы в мелких скважинах (так называемой ликой партией).
При этом преследуются две цели: показать технические средства, которые оказываются наиболее полезными, и помочь вам выработать наилучший способ решения поставленных задач, а также получить общее представление об этих проблемах.
Опытные полевые работы вибросейсмической партии
На рис. 7.1 приведен бланк задания на выполнение гипотетической сейсмической программы в районе, где компания ранее исследований не вела. Три профиля общей протяженностью 48 км должны быть отработаны вдоль шоссейных и грунтовых дорог, пригодных для проезда вибраторов. Разрешение на работы вдоль доро1 получить будет нетрудно. Вопрос о расширении прюраммы работы па этой площади будет решен позднее. Было принято решение провести эти работы с применением вибраюров сейсмопартией, у которой уже есть контракт с нашей компанией. Сейсмопаргия имеет следующее оборудование: Число трасс ссйсмостанции96
Высококачественный коррелятор (32-разрядный
с плавающей запятой)
Генератор свинов:
линейный и логарифмический (нелинейный) с
цифровой индикацией параметров
Фильтры:
фильтр верхних чаггт9, 12 или 18 Гц
зеркальные фильтры64, 90 или 128 Гц
режекюрный филыр60 Гц
Проект Gopher Индекс профиля G Регистрационный номер JO-131-3
Объем работ 48 км* Дата 2-25-1988 Составитель У. Браун
Страна США Штат или провинция Вайоминг Район Карбон
Координаты ~
Основные задачи 1. Картирование структуры Tensleep.
2. Картирование выклинивающихся пластов Sundance. Прослеживание по возможности более глубоких горизонтов.
Рельеф Холмистая равнина Растительность Трава Культурная зона Пастбище Сейсмический уровень приведения 1280 м Скорость для коррекции 1920 м/с Объекты разведки
Приоритет/ Время ре- Глубина, Скорость Литология Наклон Разрешенность горизонт гистра-м суммиро-всртик. гори-
цни, свания, м/сзонт.
Tensleep1,733533962ПесчаникМалыйНе критична
Sundance1,324383658ПесчаникМалыйТребуется
минимум
75 Гц
Фундамент 2,5?5472?4864? Изв. и
сланцы/
гранит
Геология
Поверхность Глина и песчаная почва
Под поверхностью Глинистые сланцы и песчаники
На глубине Глинистые сланцы, песчаники, известняки и эвапориты
Основные скважины Ajax N1 Смит на расстоянии 22,5 км к северо-западу от центра площади
Результаты предшествующих сейсмических работ
Профиль Название Интервал Точки пс- Качество Трудности Требуемые проекта между ПВ рссеченияулучшения
CD-3 Gopher 42-77192 Низкое С/П и Повышение
разрешен. С/П и разрешен.
CD-5 Gopher 37-117Низкое »»»»
Дополнительные замечания или предложения. *После выполнения этой программы возможно продолжение работ по интерпретации и оценке полученных результатов. Кратные волны могут вызвать трудности. Затруднить проведение
Сейсмоприемники:
число приборов в гирлянде6
применяемое число гирлянд1000
резонансная частота12 Гц
затухание70%^—
Сейсмическая коса:
число рабочих пар проводов72
длина группы76 м
интервал подключения групп37 м
число используемых групп150
Вибраторы:
средних размеров, смонтированы на автомобилях
количество5
Как спланировать начальные опытные работы? Вначале необходимо рассмотреть бланк задания и обсудить проект с геологом и геофизиком-интерпретатором, с тем чтобы определить объекты разведки и узнать, что известно о площади.
Глубина залегания первого целевого горизонта оценивается в 3353 м, второго-в 2438 м. По второму горизонту необходимо, чтобы в отраженной волне были составляющие с частотой не ниже 75 Гц на конечном, суммарном разрезе. Проведенные в этом районе производственные работы с 24-кратным суммированием не обеспечили получения хороших результатов как по качеству материалов, так и по вертикальной разре- шенпости данных в отношении второго горизонта. Поэтому предполагается использовать 96-капальпую расстановку станции, чтобы повысить кратность наблюдений до 48. Интервал между центрами групп выбран не более 50 м, иначе для многих трасс удаления окажутся слишком большими для прослеживания второго горизонта.
Топограф сейсмопартии был направлен вперед, чтобы проверить, как проложены запланированные профили, просмотреть дублгфующие профили и установить возможность осложнений. Поскольку, по его сооб- щепию, линии электропередач проходят вдоль дороги, можно ожидать интенсивных 60-Гц сетевых наводок, и для их ослабления предполагается использовать режекторные фильтры, так как в партии отсутствуют какие-либо другие полевые способы подавления сетевых наводок.
Интервал квантования и фильтры подавления зеркальных частот выбраны соответственно равными 2 мс и 128 Гц, и во время опытных работ их менять не планируется. При производственных работах интервал дискретизации будет увеличен до 4 мс и снижена граничная частота фильтра до 90 Гц, при условии что верхняя частота управляющего сигнала не превысит частоты 90 Гц, которая может генерироваться имеющимся нелинейным генератором.
Рис. 7.1. Пример заполнения бланка задания на выполнение гипотетической сейсмической программы.
5834 м5834 мРасположение пунктов взрыва и косыРасположение пунктов взрыва и косы
5834 м
5834 м
Расположение пунктов взрыва и косы
Расположение пунктов взрыва и косы
Трассы
Интервал между группами, м
Группа приемников
Шаг приемников, м
nd, м
Цель
1-46
16,8
6 в пучке
0+
О4
Для изучения помех
48-63
50,3
24/48 м
2,1
50,3
Для самых высоких частот целевой волны с глубины 2438 м при одинарных 1 руппах (50,3 м)
65-80
50,3
36/109 м
2,2
80,5
Для достаточно высоких частот и групп двойной протяженности (80,5 м)
81 96
50,3
36/97,8
2,8
100,6
Для волны от первого целевою горизонта с хорошим подавлением помех
План опытов
Часто! а, Гц
ТипРасстояние Псредви- Опреде-Всроят- Воз-
междужение, м ленныеныеможные
вибра юрами, м
14 56
Линейный 10*0I, II, III, IV, А
В, С
14 56
12-80
Линейный157,6II, ВIII, С
Логариф-10*4,3I, II, III, IV,I, А, С,
мическийВD
12 80
Линейный 10*4,3II, III ВIVI, А, С,
D
14 100
Логариф- ?????
мический
Управляющий сигнал
Группа источников: 5 вибраторов в линию
ПуИК1Ы возбуждения
* По профилю, бампер к бампер).
Из имеющихся результатов прежних производственных работ можно извлечь не очень много информации. На временах, близких к рыистра- шш отражений, прослеживаются регулярные помехи, чаще всего с частотами 20-25 Гц. Отсутствуют магнитограммы для воспроизведения записей взрывов, выборок ОСТ и фильтр-тестов. Целевые отраженные волны в общем прослеживаются па разрезах, однако па ряде участков они выделяются весьма неуверенно. Могут возникнуть некоторые проблемы с кратными волнами, особенно в области ретстрации второго горизонта, залегающего па глубине 2438 м. Для расчета кинематических поправок используются скорости от 3658 до 3962 м/с для отражений с глубины 2438 и 3353 м соответственно. Крутые наклоны пластов на площади не ожидаются. При предшествующих pa6oiax применялись заряды ВВ массой 4,5 кг, взрываемые в одиночных скважинах па глубинах 21-27 м.
Поскольку предложенная программа весьма oi раниченпа, а будущая неопределенна, нет смысла тратить много времени на первоначальные опытные работы. Одна из основных задач опытов состоит в том, чтобы определить, возможно ли выделить отраженные волны требуемого частотною состава от второго горизонта без ухудшения прослеживаемости волн от первого объекта разведки или заметного увеличения стоимости работ. Дополнительно также необходимо:
Установить эффективный верхний предел частоты таким, чтобы он согласовывался с отражениями, идущими с глубин вблизи второго целевого горизонта (2438 м).
Определить максимальное эффективное удаление для первого и второго целевых горизонтов с учетом ослабления возможных кратных волн.
Оценить уровень основных помех и рассчитать параметры интер- ференщюнных систем возбуждения и приема для подавления регулярных мешающих колебашш.
Выбрать наилучший тип управляющего сигнала и определить его параметры.
Определить число посылок управляющих сигналов и их длительность с целью обеспечить адекватное отношение сигнал/помсха (без учета шумов, генерируемых источниками) для отраженных волн от разведуемых горизонтов.
Определим теперь, можно ли использовать 96-канальную станцию для эффективного изучения помех, возбуждаемых источником, и с такой же расстановкой выбрать оптимальные группы сейсмоприсмников и источников колебаний. На рис. 7.2 показана опытная расстановка с параллельным расположением отрезков сейсмокосы, позволяющая за-
Рис. 7.2. Опытные работы с несколькими параллельно разложенными секциями косы (вибросейсмическая партия).
регистрировать помехи и полезные волны с тремя различными группами сейсмоприемников. Каналы 1-46 расположены с интервалом 16,8м и зарезервированы' для регистрации помех. На каждый канал подключается одна гирлянда приборов с расстоянием между ними, равным всего 10 см (т. е. пучок сейсмоприемников). Каналы 48-63, 65-80 и 81-96 предназначаются для регистрации отражений тщательно выбранными группами ссйсмоприемпиков.
Ранее было решено, что можно использовать интервал между центрами групп 50 м при проведении профильных работ, поэтому это же расстояние было выбрано и при опытных наблюдениях. Но до окончательного выбора этого интервала необходимо проверить отклик на высокой частоте групп с базами в один и два интервала группирования для отраженных волн от первого и второго целевых горизонтов. Также планируется оценить влияние дополнительной группы источников на отраженные волны от первого и от обоих горизонтов. *
Для групп двойной протяженности рассчитываются приращения времени пробега отражения от первого горизонта при удалении ~2591 м и затем оцениваются значения частот, па которых основной максимум характеристики составляет 64, 30 и 0% от его наибольшего значения. Имеем
D = 3353 м, У= 3962 м/с, /0 = 2D/V= 1,692 с,
AL = 100,6 м, L= 2591 м.
Расчет Az по точному и приближенному уравнениям (гл. 4) дает следующие значения:
точно Az = 0,00915 с,
приближенно Az = 0,00981 с,
/0,64 = 1/2AZ = 55 Гц, Д3 = 3/4AZ = 82 Гц, /0 = 1/Az = 109 Гц.
/Представляется, что группа двойной длины ^nd = 101 м) вполне пригодна для регистрации волн от первого горизонта, особенно если помехи с длиной волны ~90 м представляют значительную проблему (см. пример в гл. 4). Затем определяются положения минимумов и макси- ,мумов характеристики для этой группы и дополнительной группы источников, как показано в табл. 7.L Можно наносить или нс наносить эти точки и ci роить результирующую характеристику па этапе опытных работ.
Если важно подавлять помехи только с малыми длинами волн, то группы с базой 50 м могут быть весьма эффективны. Прежде чем перейти к расчету дополнительных групп источников, необходимо определиib, можно ли выявить оба целевых горизонта. Сначала проверим, сколь эффективны одинарные и двойные iруины при регистрации второго горизонта. Для одинарной i руппы:
D = 2438 м, Р= 3658 м/с. /0 = 1,333 с.
Таблица 7.1. Положения минимумов и максимумов (в величинах длин волн) характеристик группы приемников двойной протяженности и дополнительной группы источников
Группа сейсмоприемников, nd = 101 м
5 вибраторов на расстоянии 15 м друг от друга, nd = 75 м
8 положений 7 перемещений по 7,6 м, nd = 61 м
min,max,
min,max.
min,max,
мм
мм
мм
101
75
67
61
50
51
40
40,6
33,5
38
30,5
30,5
29
11
25
25
24
Провалы наблюдаются для длин волн: 101; 75; 61; 50; 38; 33,5; 30,5; 25 м.
ДЬ = 50 м*,L = 2438 м (большие удаления, очевидно, не будут эффек
тивны для этого горизонта).
Определим величину А/:
точно А/ = 0,0062 с,
приближенно А/ = 0,0069 с,
J0M = 1/2AZ = 81 Гц, /0,з = 3/4А/ = 121 Гц, /0 = 1/Дг = 161 Гц.
Очевидно, одинарная группа позволит pel истрировать высокочастотные компоненты волны от второго отражающего горизонта. Если помехи не представляют серьезной проблемы для колебаний длиной 61-91 м, ю эту группу можно использовать для регистрации волн от обоих горизонтов. Затем в величинах длин воли рассчитывают положения минимумов и максимумов характеристики данной группы, а затем и дополнительной группы источников для второго горизонта, предполагая, что они будут удовлетворять условиям регистрации волн и от первого отражающего горизонта. Результаты приведены в табл. 7.2.
Следующий этап-проверка пригодное!и групп двойной протяженности применительно к регистрации волн о г второю горизонта с целью оценить возможность их использования. Находим, что разность времен прихода воли вдоль iруппы при удалении 2438 м равна:
Таблица 7.2. Положения минимумов и максимумов (в величинах длин волн) характеристик группы приемников с базой в один интервал группированм и дополнительных групп источников
Группа сейсмоприемников, nd = 50 м
5 вибраторов
на расстоянии 9 м* друг о г друга, nd = 45 м
8 положений-7 перемещений но 4 м, nd = 32 м
min, м
max, м
min, м
шах, м
min,max,
мм
50
33,5
45
30,5
32
25
23
23
* Вибраторы стоят бампер к бамперу, поэтому интервал 9 м между ними являета минимальным для работ на шоссе, где поперечные смещения вибраторов невозможны. Провалы наблюдаются для длин волн: 50, 45, 32, 25, 23 м.
точно Д/ = 0,0125 с,
приближенно Дг = 0,0137 с,
/о,64 = 40 Гц, /0>3 = 60 Гц, /0 = 80 Гц.
Это означает, что удаление, равное 2438 м, не позволит получить необходимую разрешенность волн от второго горизонта при эффективной длине группы 101 м.
Проверим удаление 1829 м с этой группой. Расчеты дают:
точно Д/ = 0,00989 с,
приближенно Дг = 0,0103 с,
/о,б4 = 56 Гц, /0 3 = 76 Гц, /0 = 101 Гц.
Эффективная кратность ОСТ при этом снизится с 48 до 33, если будет принято удаление 1829 м. Сопоставляя полученные выше данные с примером, приведенным в гл. 4, увидим, что относительный уровень характеристики ОСТ при удалении не более 1829 м на частоте 75 Га составит 70%, что вполне приемлемо. Но сомнительно, чго при крат- пост 33 могут быть получены удовлетворительные результаты. Эгн сомнения возрастают в связи с возможным появлением кратных волн и необходимостью получать хорошие материалы при больших удалениях. Но если помехи с длиной волны порядка 90 м настолько интенсивны, что перекрывают отражения от первого горизонта, то следует принять решение о применении групп двойной длины (101 м). Если это так, то есть надежда получать сигналы и от второго объекта разведки.
Пригласим-ка лучше завтра к обеду нашего специалиста по обработке данных!
Опробуем еще одну расстановку. Есть основания полагать, что ‘ отраженные волны от второго горизонта можно проследить группами с базой, несколько большей чем 50 м, и с их помощью ослабить интенсивные помехи с длинами волн в полосе 53-84 м. Кроме того, можно остановиться на группе приборов с базой 50 м, увеличив протяженность группы источников и образовав при этом несколько минимумов в диапазоне развития помех. Возможно также уменьшить шаг между группами до 40 м и использовать при этом двойную группу с базой 80 м. Это лучше, чем уменьшить максимальное удаление до 2134 м, что позволит получить полную кратность ОСТ для второго целевого горизонта без превышения максимального эффективного расстояния. По результатам опытных работ необходимо оцепить возможность полностью проследить первый горизонт (основное внимание следует уделить кратным волнам и достаточности величины удаления). Использование меньшего интервала между группами увеличит число пунктов возбуждения с 20 до 25 на 1 км профиля, что повысит стоимость разведки. Но эю может быть ключом к получению удовлетворительных отражений от обоих горизонтов.
Далее проверим, не является ли группа с базой 80 м серьезным фильтром высококачественных составляющих от второго объекта разведки:
D = 2438 м, V = 3658 м/с, /0 = 1,333 с,
AL=80m, L= 2073 м.
Рассчитаем точное и приближенное значения Az:
точно Az = 0,00875 с,
приближенно Az = 0,00935,
/о.64 = 57 Гц, /0 3 = 85 Гц, /0=П4Гц.
■ Сравнивая эт результаты с примером, приведенным в 1л. 4, мы видим, что при суммировании по ОСТ мо1ут быть несколько ослаблены высокочастотные компоненты, но потери нс будут значительными.
Теперь протестируем последнюю iруину сейсмоприемииков. Проверим, как опа будет работать с такой же группой источников, какая запланирована для использования с приемной группой размером в один . интервал группирования, имеющей эффективную базу 50 м. Полученные - результаты приведены в табл. 7.3. Эта i руппа хороша для проведения опытных работ. Если по результатам опытов будет принято решение использовать группы двойной протяженности с интервалом между ними 40 м, то, по-видимому, нужно будет подрегулировать группу источников. Например, можно увеличить интервал между вибраторами до 10,7 м, с тем чтобы провал характеристики попал на длину волны 53 м.
Таблица 7.3. Положения минимумов и максимумов (в величинах длин волн) характеристик группы приемников двойной протяженности с уменьшенным интервалом между их центрами и групп источников
Группа сейсмоприемников, пd = 80 м
5 вибраторов на расстоянии 9 м друг от друга, пd = 45 м
8 положений-? перемещений по 4 м, nd — 32 м
min,
max.
min,max.
min,
max.
м
м
мм
м
м
80
53,6
45
40
32
30,5
32
27
•
23
23
Провалы наблюдаются для длин волн: 80, 45, 40, 32, 27, 23 м.
Предположим, что имеется восемь точек вибрирования. Регистрацию шумов произведем с ipynnon источников минимального размера (пять вибраторов, стоящих неподвижно бампер к бамперу). Из остальных опытных работ необходимо опробовать две группы источников, два илп более линейных и два нелинейных свип-сигнала. В реальных условиях опыт автора показывает, что использовать линейные сшиалы стоит только при изучении помех. Но, возможно, каждый должен сам удостовериться в этом. Итак, у нас имеется восемь точек вибрирования, три группы источников и четыре илп более различных управляющих сигналов. Легко можно выбрать 100 или более комбинаций, реализация которых отнимет у сейсмопар гни много времени. На этой основе составляется программа работ с комбинациями, которые 1) хотелось бы опробовать, 2) вероятно, будут опробованы и 3) вероятно, не будут опробованы. Необходимо проанализировать полученные ’ материалы и принять решение о том, на каких опытах следует основываться, исходя из предыдущих резупьтатов. Возможно также опробовать некоторые комбинации ipynn источников и свинов, которые первоначально не рассматривались. Наша прохрамма изображена на рис. 7.2. Известно, чт о следует определить, какое число управляющих сигналов необходимо для того, чтобы перекрыть подземные шумы, но можно надеяться, что восьми сигналов длительностью по 10 с каждый будет достаточно. За основу примем линейный двухоктавный сигнал с полосой 14-56 Гц, обеспечивающий получение отражений от первого целевого горизонта. Этот сигнал также будет полезен для определения характеристик помех, связанных с источниками, на ослабление которых рассчитаны группы
вибраторов и сейсмоприемников. (Более высокочастотные помехи будут иметь меньшие длины воли и будут в достаточной степени ослабляться запланированными группами сейсмоприемпиков.) Будет опробован двухоктавный линейный свип-сигнал 20-80 Гц, который позволяет выделить второй отражающий горизонт. Мы будем применять и логарифмические сигналы с 10-15-кратным увеличением (гл. 6 и прил. J) времени излучения на самой высокой частоте по сравнению с самой низкой. Это делается для того, чтобы усилить требуемые высокие ; частоты в отраженных волнах, соответствующих второму горизонту.
Мы не пытаемся определить величину параметра Q или точно оценивать эффекты ослабления отраженных воли в земле с увеличением расстояния. Мы лишь стремимся добиться адекватного отношения сиг- нал/помеха во всей полосе частот управляющего сигнала. Возможно, эго обеспечит выявление необходимых высокочастотных составляющих без частотной фильтрации (не считая эффект фильтрации при корреляции).
Нелинейные сигналы во многом уменьшат также уровень низкочастотных помех, генерируемых источником. Сначала мы опробуем широкополосный логарифмический сигнал с полосой частот 12-80 Гц, . а затем, возможно, какой-либо другой нелинейный сигнал, выбранный исходя из результатов опытных работ. Не исключено, что будет применен логарифмический сигнал с полосой 14-100 Гц. После того как мы - уже сможем окончательно выбрать программу производственных работ, возможно, мы захотим подтвердить свое решение, опробуя какую-то другую комбинацию управляющих сигналов и групп источников, не включенных в первоначальную программу. Конечно, мы захотим опробовать один или несколько узкополосных сигналов па некоторых точках ■ возбуждения с i руинами источников, чтобы определить предельные эффективные высокие частоты для выделения наших двух целевых горизонтов (гл. 6 и прил. J). Выбрать группы источников и точки . вибрирования лучше после того, как будут выполнены и проанализированы другие эксперименты. Необходимо проанализировать каждую сейсмо! рамму, оцепить ее полноту и степень соответствия желаемым результатам. Время, затрачиваемое па опытные работы, дорого, по ошибки обходятся еще дороже. Можно немного и подождать, если это необходимо. Опытные работы планируются заранее, и возможно их выполнение в течение одного рабочего дня.
Необходимо выбрать место проведения опытных работ. Желательно их расположить на участке, типичном для всей площади работ. (В тех случаях, когда исследуемый район включает два совершенно разных участка, опытные работы следует провести на каждом из mix). Целесообразно, чтобы участок опытных работ был как можно ближе к середине одного из трех профилен, на которых будут вестись работы. Предпочтительно брать участок па профиле, идущем по падению пластов, с тем чтобы провесги опытные работы как можно в более широком диапазоне сейсмогеологических условий. Желательно, чтобы
на опытном участке проходила прямая дорога вдоль всего диапазона удалений приемников от источников, но особенно на профилях, ориентированных по падению слоев, нам, возможно, потребуется использовать криволинейные дороги. Косу следует раскладывать в стороне от дороги, в местах, где отсутствуют интенсивные промышленные помехи. Необходимо проверить те места, где планируются выносные пункты возбуждения, стараясь приурочить их к дорогам и по возможности ближе к прямой линии, служащей продолжением сейсмокосы.
Программа опытных работ, участки их проведения и рекомендации должны быть написаны, начерчены и переданы полевой партии в таком виде, в каком они должны быть понятны начальнику партии и исключали бы возможность различного толкования." Можно удивляться, как в ряде случаев, казалось бы, понятные рекомендации могут быть неверно истолкованы. Тщательно подготовленные рекомендации могут помочь в дальнейших работах. Одним из залогов успеха при работе с одним и тем же полевым отрядом в течение длительного периода времени является умение лучше организовать обмен данными и установить взаимопонимание. Сейсмопартия должна обращаться за разъяснениями, если у нее имеются какие-либо сомнения в проведении работ. Рисунки и различные схемы могут быть дороже тысячи слов-а также тысячи долларов.
Копии рекомендаций полезно направить в сейсмопартию, представителю фирмы в полевом отряде, супервизору, а также интерпретаторам и обработчику. Если в пей имеются ошибки или присутствуют неясные положения, то надо надеяться, они на эго вовремя обратят внимание, чю позволит избежать более серьезных последствий.
Но проект едва ли будет направлен в поле прежде, чем какой-нибудь «доброжелатель» скажет, чю нельзя все помехи зарегистрировать на одном зондировании с расстоянием между сейсмоприсмниками 18 м и что мы забыли о пространственной неоднозначности отраженных волн. Мы же спокойно ему ответим, что основное внимание уделяем шумам с небольшими длинами воли и пег необходимости их регистрировать, если они не приносят вреда. И объясним ему, что мы ожидаем умеренные наклоны слоев. Однако, возразит он, круто падающие пласты и плоскости сбросов возможны, и мы их, вероятно, пропустим. На это мы скажем, что если будут получены хорошие материалы и появятся какие-либо признаки крутых наклонов или тектонических нарушений,! требующих уточнения, то можно применить направленное суммирование при обработке (гл. 11 и 19) или повторить работы позднее. Но оп все стоит на своем, вопрошая, будут ли компоненты отраженных волн с частотой 100 Гц искажаться за счет наклона лучей при величине удаления 3000 м? Мы же парируем, что, сот ласно расчетам, любые Ю0-Гц компоненты отраженных волн с глубины порядка 3300 м будут лучше регис грироваться на меньших дистанциях и лучи этих волн будут иметь малые углы наклона о г пологозалегающих горизонтов. И во веет
случаях суммирование по ОСТ выборок отраженных волн, полученных па более коротких удалениях, обеспечивает меньшее искажение высокочастотных компонент. Для большей убедительности можно сделать быстрый расчет:
X. = 9576//.X. = 9576//._ И^й)2 + L2 _ 3962 V67062 + 30482
X. = 9576//.
X. = 9576//.
“/• 3048
Тот «доброжелатель» согласится, что при расстоянии между центрами групп не более 50 м проблема неоднозначности может возникнуть только при больших углах наклона слоев.
Опытные работы сейсмопартии со взрывами в скважинах
На рис. 7.3 представлен заполненный бланк с гипо готическим заданием на проведение сейсмических работ партией, использующей для возбуждения колебаний взрывы зарядов в скважинах. Программа предусматривает отработку 129 км профилей в пустынной и малонаселенной местности со спокойным рельефом поверхности. Территория имеет отличные перспективы нефтегазоносности, по характеризуется плохими сейсмическими материалами. Если данная программа будет успешно выполнена и будут выявлены ожидаемые структуры, то позднее будет предложен намного более обширный план работ. Объектом изучения является глубина около 3040 м с эффективной скоростью волн, оцениваемой в 4864 м/с. Стоимость бурения достаточно высока, и руководство работ не собирается для выполнения программы бурить большее число скважин, чем 11,2 на 1 км профиля. Неэкономично также бурить скважины глубже 38 м. На поверхности земли залега’ют известковые пески с тонкими прослойками твердых пород, мощность и количество которых увеличиваются с глубиной. Грунт подстилается пластовыми известняками мощностью около 100 м.
Транспорт может свободно перемещаться по местности в любом направлении. Профили проложены прямолинейно. Предшествующие работы па этой площади были проведены со взрывами в скважинах и с применением многоканальных сейсмических кос. Отраженные волны практически отсутствовали, наблюдалась лишь некоторая регуляризация записей на временах, больших одной секунды. Предшествующие работы были выполнены со следующими параметрами:
96129612Одиночные скважины 30 37 м9 KiОдиночные скважины 30 37 м9 KiЧисло каналов
96
12
96
12
Одиночные скважины 30 37 м
9 Ki
Одиночные скважины 30 37 м
9 Ki
Кратность ОСТ
Группирование источников
Глубина взрыва
Величина заряда
Проект Rattlesnake Индекс профиля RA Pei истрационный номер JO-109-7 Объем работ 129 км* Дата 1 17-1988 Составитель Д. Родес Страна США Штат или провинция Нью-Мексико Район Леа Координаты Z ~ _
Основные задачи 1. Картирование отражающих горизонтов приемлемой прослеживаемости вблизи целевых глубин. Картирование по возможности более глубоких горизонтов.
Рельеф Сухая долина Растительность Пустыня Культурная зона Нет
Сейсмический уровень приведения 850 м Скорость для коррекции 2121 м/с
Объекты разведки
Приоритет/ Время ре- горизотгис гра
ции, с
1. Montoya 1,3
Глубина, Скорость Литоло! ия Наклон Разрешенность м,суммиро-вертик. гори-
вания, м/сзонт.
30484864Известняк Умерен. Не критчна
Фундамент 1,9?
4864?5472?Изв. и
Геология
сланцы/ гранит
Поверхность Известковистый песчаный грунт с твердыми включениями (третичные породы)
Под поверхностью Пластовые известняки (мел) па глубине нескольких сотен метров
На глубине Крупные структуры с региональными нарушениями
Основные скважины Нет
Результаты предшествующих сейсмических работ
Профиль Название проекта
Интервал между ПВ
Точки пе- Качество ресечсния
Трудное!и
Требуемые улучшения
KR-1 Knight
30 180
280Нет отра-
Высокий
Снижение
жений
уровень
уровня
помех
помех
Ranch
415Низкое
Регулярные
Улучшение
помехи.
качества
фон
отражений
Дополнительные замечания или предложения. *При возможности картировать структуру вблизи целевых глубин будет предложена более обширная программа. Но необходимо не удорожать работы.
Ecib ли предложения по порядку отрабо!ки профилей? Да/Нет. Если «да», то дайте обоснование в отдельном приложении.
Пожалуйста, заполните эют бланк как можно полнее. При необходимости
По профилю, равные расстояния между приемниками48146 м Ж>67 м268 м12Симметричная расстановка3487 335-0-335-3487 м16 Гц48 Гц60 ГцПо профилю, равные расстояния между приемниками48146 м Ж>67 м268 м12Симметричная расстановка3487 335-0-335-3487 м16 Гц48 Гц60 ГцГруппирование сейсмоприсмников: тип
По профилю, равные расстояния между приемниками
48
146 м Ж>
67 м
268 м
12
Симметричная расстановка
3487 335-0-335-3487 м
16 Гц
48 Гц
60 Гц
По профилю, равные расстояния между приемниками
48
146 м Ж>
67 м
268 м
12
Симметричная расстановка
3487 335-0-335-3487 м
16 Гц
48 Гц
60 Гц
число сейсмоприемников
база группы
интервал между центрами групп Расстояния между пунктами взрыва Кратность ОСТ
Коса:
тип
диапазон удалении
Фильтры:
нижний срез
верхний срез
режекторный фильтр для подавления промышленных помех
Сейсмограммы, объединенные по общим пунктам взрыва (ОПВ), и выборки ОСТ указывают на наличие разнообразных регулярных помех и довольно интенсивный нерегулярный шум. Нерегулярные помехи имеют наибольшую интенсивность в середине рабочею дня и по полосе частот тяготеют к ветровым микросейсмам. Наряду^е-этам^такжс особенно в середине дня, наблюдаются короткие импульсные помехи, которые прослеживаются на одном времени по всем сейсмограммам. _ Они названы «статическими наводками». JL " ‘
Первые вступления очень интенсивны, и наблюдаются их повторения (реверберация) до времен 0,5 с с кажущейся скоростью 4572 м/с и периодами колебаний от 0,055 до 0,065 с. Параметры наиболее интенсивных помех приведены в табл. 7.4.
Воздушные волны или совсем нс выделялись на сейсмограммах, или имели небольшую интенсивность, но, если учесть применение столь большого минимального удаления и шага между_ сейсмоприсмниками. всего лишь 3,00 м, то можно сделать вывод, что воздушные волны могли иметь большую интенсивность, но их удалось свести к минимуму при регистрации.
Взрывная сейсмопартия способна выполнить работы через несколько месяцев, применяя телеметрическую систему, состоящую из полевых наземных блоков, подсоединяемых к регистрирующей станции. Каждый блок рассчитан на восемь каналов. Сейсмопартия имеет 25 блоков и нормальное число каналов, равное 120, для работы конвейерным способом. Но при опытных работах, когда расстановка приборов не меняется, возможно регистрировать колебашш одновременно 192 каналами. Сейсмопартия имеет 1200 сейсмоприсмников, соединенных в
Рис. 7.3. Пример заполнения бланка задания на выполнение второй гипотетической сейсмической программы.
Таблица 7.4. Параметры наиболее интенсивных помех в районе работ сейсмопартии со взрывами
Скорость, м/с
Период, с
Частота, Гц
Длина волны, м
Примечания
4572
0,055
18
251
Сильные первые вступления
4572
0,065
15,4
297
То же
3353
0,06
16,7
201
Сильные
3200
0,06
16,7
192
«
2804
0,065
15,4
182
«
2804
0,04
25
113
«
2804
0,03
33
84
Умеренные
2591
0,065
15,4
169
«
2591
0,04
25
104
Сильные
2591
0,035
29
91
Умеренные
1676
0,06
16,7
101
Сильные
1676
0,035
29
59
Умеренные
гирлянды по 12 приборов с расстоянием между ними 9 м. Гирлянды могут соединяться в протяженные прямолинейные или площадные звездообразные группы. Каждая гирлянда имеет вывод в центре. Нижние граничные частоты ФВЧ равны 12, 16 и 24 Гц. Фильтры подавления зеркальных частот имеют срезы на частотах 90 или 180 Гц. В телеметрических системах эти фильтры помещены в полевые модули, и для изменения частоты среза необходимо производить соответствующие переключения в каждом блоке. Это значит, что нельзя зарегистрировать данные на одной фильтрации, а воспроизвести на другой. Это неудобно, и поэтому необходимо исследовать вопрос о возможности воспроизведения данных различными ФВЧ. При проведении опытных работ мы планируем применять интервал дискретизации 4 мс и фильтр подавления зеркальных частот со срезом на 90 Гц.
Вначале строится годен раф воздушных волн. Там же проводится линия, соответствующая временам регистрации первых вступлений с кажущейся скоростью 4572 м/с (рис. 7.4). Из-за возможности реверберации первых вступлений проводится еще одна прямая, параллельная первой и отстоящая от нее на 500 мс. Затем для нескольких удалении рассчитываются и строятся времена прихода основных отраженных волн. Поскольку мелкие объекты разведки отсутствуют, на основании нашего рисунка можно заключить, что реверберационные помехи от первых вступлений не являются проблемой и что звуковые волны можно исключить при работе на удалениях, превышающих 427 м. По сейсмо- 1раммам ОПВ также видно, что помехи со скоростями 1676 м/с на временах свыше 1 с 1акже нс мешают прослеживанию полезных волн. Однако, для того чтобы добиться успеха при выполнении просктируе-
Рис. 7.4. Схематические годографы воздушной волны, реверберирующих первых вступлений и целевых оiраженных волн. Волны в первых вступлениях, а также их реверберирующие аналоги представляют серьезную проблему для выделения мелких, но не глубоких целевых отражений.
мых работ, надо проанализировать и другие регулярные и нерегулярные помехи.
По предыдущим экспериментам известно, что телеметрические системы значительно менее чувствительны к статическим наводкам. В пустынных районах статические наводки связаны с суховеями. Но телеметрия, в общем, нс позволяет ослабить ветровые помехи, которые могли бы быть снижены путем заглубления сейсмоприемников. Преодолеть эти помехи мы решили с помощью двух взрывных брит ад путем быстрой регистрации колебаний в наиболее благоприятных условиях. Решено также использовать большее число полевых модулей, размещая их на профиле в то время, когда нельзя работать из-за сильного ветра. В то же время планируется и зат дубление сейсмиириемников в труш для улучшения работы при сильном ветре. При этом часть сейсмоприсмни- ков будет установлена на поверхности гот да можно будет сравнить получаемые материалы и оценить выигрыш, достигаемый заглублением приборов.
Какие есть возможности для ослабления остающихся регулярных помех? Мы охотно согласились бы на более низкую разрешснпость, если бы На окончательном разрезе целевой горизонт имел приемлемую протяженность. Можно надеяться, что полоса частот не будет очень ограниченной и отражения нс будут иметь слишком звенящий характер и будут приемлемыми по качеству в этом сложном районе. Одним из
способов ослабления помех является применение систем наблюдений ОСТ высокой кратности. Но если на первичных записях помехи будут слишком интенсивны, то не исключено, что это сделает невозможным определение необходимой скоростной кривой в зависимости от времени и коррекцию статических поправок. В результате применение ОСТ высокой кратности может не обеспечить требуемого ослабления помех. Также возникнет необходимость бурения большего числа скважин, чем 11,2 на километр, для повышения кратности ОСТ. К примеру, при использовании 120 каналов, интервала между группами 49 м и минимального удаления 171м максимальный вынос будет равен 3048 м. Очевидно, что невозможно использовать еще большие удаления. Назовем эту расстановку «геометрия А». При кратности 60 необходимо будет пробурить 20,5 скважины на 1 км профиля. При половинной кратности (30) нужно 10,25 скважины на километр. Возможно, именно такая методика будет принята на коротком профиле с 30-кратным прослеживанием при отсутствии других способов достижения успеха.
В то же время, если полнокрагная методика ОСТ с глубокими скважинами окажется слишком неэкономичной, возможны другие рациональные решения, основанные на уменьшении зарядов и снижении глубины скважин до 15 м или на использовании групповых взрывов в мелких трсхметровых скважинах. Для уменьшения числа пунктов взрывов можно увеличить расстояние между группами до 53,6 м и использовать только 96 каналов с минимальным и максимальным удалениями расстановки от точек возбуждения колебаний соответственно 188 и 2709 м. Назовем эту расстановку «геометрия В». Она. потребует 18,6 скважины на 1 км, что будет дешевле, чем 1лубокое бурение 11,2 скважины на 1 км. Это обеспечит кратность ОСТ, равную 48. Можно использовать двойные группы приборов (с базой в два интервала между группами) или тройные (с базой в три интервала), состоящие соответственно из 36 и 48 сейсмоприсмников с базами групп 104 и 157,6 м и расстояниями между точками приема 3 и 3,35 м. Для лучшего подавления длинноволновых помех па первичных записях до суммирования можно рассмотреть применение учетверенных групп, состоящих из 48 приборов па базе 210 м с расстоянием между сейсмо- приемниками 4,6 м. Но это все при условии, что взрывы в одиночных 15-метровых пли групповых мелких скважинах обеспечат хорошее возбуждение сейсмических колебаний, не приводя при этом к сильному увеличению уровня помех.
Другим способом ослабления помех является использование групп сейсмоприемников с большими базами. Отметим, чго ранее опробованные базы имели минимумы характеристики для колебаний с длинами волн 146; 73; 49; 36,6 м и т. д. Возможны интенсивные помехи с близкими к этим длинами волн, которые буду1 мешать выделению полезных отражений, если используемые группы приборов не имеют соответствующих минимумов характеристики. Поэтому на эише опытных работ
необходимо оценить эффективность опробованных групп, определив, какие из них целесообразно использовать, а какие нет.
Подумав, мы решили остановиться па группе из 48 сейсмоприемников, располагая их двумя параллельными линиями по 24 прибора в каждой. Расстояния между сейсмоприемниками в каждой линии равно 7,6 м при общей протяженности подгрупп из 24 приборов ~ 175 м. Но подгруппы сдвинуты относительно друг друга по профилю на 53 м, вследствие чего общая группа ссйсмоприемпиков составит ^229 м. Мы планируем также разнести подгруппы на расстояние ~30,5 м по перпендикуляру к липни профиля для ослабления боковых помех от ветра и других источников. На рис. D.8 изображены эта группа, имеющая форму параллелограмма, и эквивалентная ей трапецеидальная. Для помех, распространяющихся вдоль профиля, эта группа приборов будет иметь минимумы характеристики на длинах волн 183; 107; 91; 61; 46; 37; 30,5 м и т. д. Такая группа рассмотрена далее и в прил. D. При шаге между сейсмоприемниками 7,6 м опа не будет ослаблять 44-Гц компоненту воздушной волны, но с ней не возникнет каких-либо трудностей для регистрации полезных колебаний па удалениях свыше 427 м. Характеристики этой группы применительно к помехам, приведенным в табл. 7.4, показаны па рис. 7.5. Эта же группа применялась ранее.
У нас есть еще одна идея. Она заключается в попытке применить группы с малой базой в сочетании с фильтром верхних частот, который характеризуется умеренным ослаблением колебаний на частоте 35 Гц и сильным на 25 Гц. Поэтому можно надеяться на выделение некоторых высокочастотных отражений на фоне любых помех. Этого, скорее всего, не произойдет, по, во всяком случае, мы должны быть во всеоружии. При возможности фильтрации колебаний в процессе воспроизведения записей в поле следует попробовать ФВЧ с граничной частотой 40 Гц, но если это невыполнимо, то следует фильтрацию реализовать позднее в вычислительном центре. Очень полезна обработка материалов в поле, особенно при опытных работах.
Планируется также выполнить определенный объем опытных работ с возбуждением колебаний в глубоких скважинах, скважинах глубиной 15 м и в группах мелких скважин глубиной 3 м. Поскольку мы можем использовать 192 капала для опытов, то планируется применять несколько расстановок, включая одну для измерения уровня помех. Необходимо также оцепить оптимальный диапазон удалений. На небольших дистанциях можно оцепить удаления, где шумы ослабляются принятой группой приборов, но па далеких расстояниях это сделать трудно, если на полевых материалах невозможно видеть отражения от целевых горизонтов (или вблизи них). Если отражения не выделяются, как оценить эффективность высокочастотной фильтрации? Возможно, будут найдены хоть какие-либо отражения на некоторых трассах и удалениях. Лучше сделать несколько повторных накапливаний полевых записей па временах, близких к целевым отражениям, с введенными кинемагиче-
дБО
12-
Большая группа в форме параллелограмма
:mi 1 л । А
Длина волны, м
Рис. 7.5. Характеристики групп приемников разной формы.
скими поправками, рассчитанными по ожидаемым оценкам эффективной скорости волн. Это поможет выделить отраженные волны или подтвердить те из них, которые были выделены до накапливаний.
Планом работ предусмотрено проведение опьнных работ с последующим недельным перерывом. Но для эюго необходимо определить направление дальнейших работ, с тем чтобы дать возможное 1ь буровой бригаде пробурить необходимое число скважин до возобновления работ сейсмического о 1 ряда. Поэтому мы должны вынес! и определенные решения во время выполнения опытов, и, значит, нам придется ночью изучать результаты, для тою чтобы указать точки под бурение скважин на следующий день. Если к окончательному решению прийти нс удается, мы запланируем проведение работ ОСТ с полной кратностью на части какого-либо профиля с возбуждением колебаний в глубоких скважинах и последующей отправкой материалов обрабо1чику, который сможет выполнить полнократнос суммирование этих данных. Если будут получены удовлетворительные материалы, то обрабогшк попробует уменьшить крат нос 1Ь ОСТ и по этим данным оцешиь возможность использования таких расстояний между скважинами, которые при хорошем
качестве материалов будут достаточно экономичными при производственных работах. В результате опытных работ необходимо выбрать систему наблюдений, параметры групп приемников, диапазон удалений, расстояния между центрами групп и число каналов. Эти решения должны основываться на наших лучших предварительных выводах, сделанных после просмотра всех материалов опытных работ. Но все же мы надеемся увидеть некоторые отражения и составить программу основных работ, обеспечивающую с большой вероятностью получение качественных материалов.
Размещенная по площади группа сейсмоприемников в виде параллелограмма эквивалентна неоднородной группе с трапецеидальным распределением чувствительности для помех, распространяющихся по профилю. В результате будут получены все минимумы характеристики, определяемые значениями произведения nd, равными 183 и 106 м. [Для п = 2 и d = 53 м минимум будет на длине волны Юб м, но не на 53 м (потому что здесь будет первый пулевой максимум; минимумы будут соответствовать длинам волн Юб, 36, 21, 15 м и т.д.)] Следует рассчитать отклик этой группы для целевых отражений на определенных удалениях и умеренных частотах. (Способ описан в прил. D, и приведенный там пример соответствует такой же группе.) Необходимо установить пределы удалений при использовании этой группы сейсмоприемников. Придется сократить интервал между приборами до 6,1 м вместо 7,6 м, и тогда самый дальний минимум характеристики будет приходиться на длину волны 146 м, что, как было показано ранее, является нежелательным. В результате придется вернуться к максимальному удалению. '
Таким образом, еще на этапе планирования экспериментов необходимо смотреть вперед и думать о том, как можно будет использовать на практике получаемые результаты. Если применять группы в виде параллелограмма, то может возникнуть также необходимость сохранить число каналов, с тем чтобы не слишком сокращать интервал группирования, что приведет к уменьшению расстояния между пунктами взрывов и потребует бурения большего количества скважин. Возвращаясь к применению 96-канальной расстановки и кратности, половинной от наибольшей, мы получим 24-кратную систему ОСТ, или вдвое большую по сравнению с предыдущей. В конце концов вы останавливаетесь на возможном интервале между 1 руппами 49 м, максимальном и мшшмалыюм удалениях в 195 и 2487 м. Назовем эту расстановку «геометрия А*». Вы решаете использовать нечетный вынос (т.с. вынос, равный нечетному числу трасс), поскольку предполагаете отработать профиль с половинной кратностью (гл. 9). Теперь необходимое число скважин составит 10,25 на 1 км. С этой системой наблюдений вы рассчитываете отклик на высоких частотах групп двойной (nd = 97 м), тройной (nd = 146 м) и учетверенной (nd = 195 м) протяженностей. Также определяют отклик для высокочастотных составляющих отра-
Таблица 7.5. Приращения времени на базе трупп и отклик на высоких частотах для целевых отражений в случае геометрии А'.
L = 2487 - nd/1 м, AL + L= 2487 4- nd/1 м, D = 3048 м, V= 4877 м/с, /0 = 2(3048/4877) = 1.25 с, 0 в радианах
Параметр
nd, м — 97,5
146
195
236*
130*
Аг, с
0,007555
0,011332
0,015109
0,018296
0,010034
/о- Гц
132
88
66
/о.з, Гц
99
66
50
/о.64> Гц
66
44
33
Для /= 50 Гц
(Аг) (50) (л)
1,1868
1,7801
2,3734
2,8739
1,5761
(sin 0)/9
0,781
0,550
0,293
0,09205
0,63445
Для /= 40 Гц
(АО (40) (л)
0,9494
1,4241
1,8987
2,2991
1,2609
(sin 0)/9
0,856
0,695
0,499
0,3246
0,7553
* Необходимо рассчитать отклики трапецеидальной группы, эквивалентной группе
в форме параллелограмма.
женин при использовании большой группы в виде параллелограмма. Для эт ого мы находим приращения времен пробега волн в пределах баз - двух параллельно расположенных подгрупп сейсмоприемников, обра
зующих группу с трапецеидальным распределением чувствительности, которая в плане имеет форму параллелограмма. В этом случае значения! nd для каждой линии эквивалентной группы окажутся равпыьш 2361
и 130 м, а число сейсмоприсмников-соответственно 31 и 17. Результаты для геометрии А* сведены в табл. 7.5.
Значения (sin6)/0 в табл. 7.5 определяют отклики групп для указанных частот. Но для получения отклика эквивалентной группы в виде параллелограмма необходимо значение отклика умножить па число <■ приемников в каждой подгруппе, полученные значения сложить и сумму;
разделить на общее количество сейсмоприемников в i руппе. Для этого
примера получим
™31- 0,09205 +17- 0,63445Л _ _
Отклик па 50 Гц == 0,284,
48
Отклик на 40 Гц =Отклик на 40 Гц =31-0,3246 + 17-0,75534831-0,3246 + 17-0,755348= 0,477.= 0,477.
Отклик на 40 Гц =
Отклик на 40 Гц =
31-0,3246 + 17-0,755348
31-0,3246 + 17-0,755348
= 0,477.
= 0,477.
Мы испытываем некоторое разочарование при работе с имеющей вид; параллелограмма большой группой приемников из-за определенных
потерь высокочастотных составляющих, но, сопоставляя их с примером из гл. 4, видим, что относительный отклик па частоте 50 Гц у просуммированных трасс будет на уровне 70%, что не так уж плохо. В действительности фильтрация колебаний землей все равно не позволит Получить 50-Гц составляющие отраженных волн. Не все рассмотренные выше идеи будут реализованы, но в зависимости от результатов опытных работ они могут быть использованы позднее.
Разовьем план опытных работ, представленный на рис. 7.6. Мы должны иметь скважины, пробуренные до начала опытов. Скважины глубиной 15 м или более будут заряжаться после окончания бурения. Для групп скважин глубиной всего 3 м необходимо решить, будут ли их заряжать во время бурения. Никто не хочет, чтобы заряды были похищены из мелких скважин, особенно с криминальными целями. При предварительной зарядке мелких скважин необходим ночной сторож для их охраны. Сторож должен иметь радиостанцию для связи с шерифом. Охрану может нести свободный oi работы заместитель шерифа. Планируется иметь одну буровую бригаду, которая будет находиться в районе опытных работ и бурить дополнительные скважины для производства взрывов в случае получения интересных результатов.
Запроектированы группы из 6 и 12 скважин для подавления колебаний с длиной волны 73 м, так как группы приемников с базой в два . интервала группирования (геометрия В) имеют максимум для волны длиной 71,6 м. На рис. 7.7 схематически изображены отклики группы источников и приемной группы с двойной базой для геометрии В.
Предусмотрен весьма сложный опыт, и запланировано получить • только 18 записей. Следует подютовнть косу и группы к опытам . накануне вечером, чтобы рано утром следующего дня начать работы. ■ Планируется также заглублять ссйсмоприемники (большинства групп), с тем чтобы получить удовлетворительные записи даже при сильных ветровых помехах. Также желательно иметь две бршады взрывников *Н завершить опытные работы до появления ветра. Если шумы станут г чрезмерными, то работы будут приостановлены и перенесены на вечер- ,нее время, когда ветры стихают. Необходимо иметь искусственное ^освещение, которое будет установлено на двух буровых станках, с тем чтобы можно было проводить работы в темноте.
Мы надеемся на раннее завершение работ, чтобы иметь возможность в оставшуюся часть дня изучить полученные материалы и пришив ' решения. Если окажется необходимым прекратить работы в середине , дня, можно будет рассмотреть все полученные к тому времени записи. Планируется pci истрировать все данные с 12-Гц фильтром высоких частот, а если нам удастся проводить фильтрацию записей при их ' воспроизведении в поле, то предполагается использовать ФВЧ с гранич- ‘мыми частшами 16 и 24 Гц. Если будет возможно, то фильтр с нижней Страничной частотой 40 Гц будет применен при воспроизведении некоторых ма1нитограмм. Любые задержки в проведении работ следует
Проект Shady Lane Индекс профиля SLP Регистрационный номер JO-427-8 Объем работ 19 км Дата 4-17-1988 Составитель Д. Гонзалес Страна СШЛ Штат или провинция Пенсильвания Район Бедфорд Координаты Основные задачи 1. Картирование структуры и ее сводовой части с получением хороших материалов на выходах доломитов Knox. Необходима миграция разрезов.
Рельеф Крутые холмы Рас гитсльность Лес Культурная зона Нет Сейсмический уровень приведения 334 м Скорость для коррекции 1824 м/с Объекты разведки Приоритет/Время ре-Глубина,СкоростьЛитолшияНаклон Разрешен-
горизонтгпетра-ссуммиро-пост ь вертит,
ции, свания, м/сгоризонт.
Oriskany1-1,22188 24924256Песчаники 1,5°Не критична
Treton1,05-1,252310-26144408Известняки 15°Не критична
Фундамент
Геология
Поверхность 1/2 почва, 1/2 доломиты Knox (карст)
Под поверхностью Известняки, твердые песчаники и глины
На глубине Надвиги и структуры сжатия
Основные скважины Brown 1 Staples находится в 16 км к северу oi площади разведки Результаты предшествующих сейсмических работ Профиль Название Интервал Точки не- Качество Трудности Требуемые проекта между ПВ рсссчснияулучшения
SLV-2 Shady Lane 64-93245 От хорошо- Отсутствие Улучшение
го до пло- отражений отражений хогона выходах на выходах
Knox Knox
SLV-5 Shady Lane 30-84- To же To же To же
SLV-5 Shady Lane 44 127375»»»»»»
Дополнительные замечания или предложения. Позднее можно добавить профили по простиранию сводовой части структуры.
Есть ли предложения по порядку отработки профилей? Да/Нет. Если «да», то дайте обоснование в отдельном приложении.
Пожалуйста, заполните этот бланк как можно полнее. При необходимости сделайте дополнительные приложения.
Рассылка: Менеджеру провинции. Интерпретатору. Обработчик).
туры, которая была намечена в общих чертах по вибрационным данным. Эти новые профили проходят между старыми, расположены вблизи предполагаемой сводовой части структуры и ориентированы вдоль ее простирания. Линия простирания может быть выявлена по новым данным, полученным при пересечении свода складки профилями, проложенными по падению слоев и пройденными в соответствии с настоящей программой. Каждый из двух профилей имеет протяженность около 10 км.
Главным объектом изучения является отражающий горизонт, залегающий на глубинах от 2500 до 2195 м. Скорость суммирования равна ^4267 м/с. Ожидаются наклоны до 15°. Часть каждого профиля проходит по доломитизировапным известнякам. Ранее на них были получены плохие вибросейсмическне материалы, на других участках качество отражений было хорошим. (В гл. 12 детально рассмотрены проблемы, с которыми связано плохое качество данных, полученных в районах выхода на поверхность высокоскоростных пород. В этой главе будет проанализирован лишь один частный подход к решению данной проблемы.) Для работ на этих двух профилях будет использована легкая сейсмическая партия. Сейсмостанция установлена на небольшом четы- рехколеспом вездеходе и способна подойти к любой точке профиля для регистрации данных. Большая часть площади сильно залесена, что ограничивает использование вертолета для доставки грузов.
Вибросейсмическне материалы были получены несколько лет назад по методике 24-кратного перекрытия ОСТ с использованием 48-канальной сейсмостапции и линейных управляющих сигналов с полосой 14-56 Гц и длительностью 12 с. Колебания возбуждались четырьмя вибраторами, отстоявшими друг от друга на расстояние 9,8 м (от плиты до плиты). На каждой физической точке накапливалось по десять свипов со смещением вибраторов на 1,5 между воздействиями. Была использована симметричная расстановка приборов 1710-168-0-168-1710 м. Интервал между пунктами возбуждения и центрами i рупи составлял 67 м. Группировалось 36 сейсмоприемпиков па базе 134 м.
На имеющихся сейсмозаписях воздушная волна была слабой, но видимой, несмотря на перемещение вибраторов на 1,5 м. Интерференционные системы обеспечили вполне достаточное подавление ре гулярных помех па исходных записях, включая участки с плохим качеством материалов, приуроченные к выходу на поверхность доло- митизмрованных известняков. Тем не менее на них выделялись некоторые регулярные помехи с длинами волн 49, 82 и 168 м.
В легкой сейсмопартии для возбуждения колебаний выбраны минискважины глубиной всего 1,5 м. Эта сейсмопартия имела определенные
Рис. 7.8. Заполненный бланк задания на выполнение третей гипотетической сейсмической программы.
успехи при проведении работ в аналогичных условиях, когда использовала заряды массой 0,25 кг, помещенные в группы мелких скважин. Число скважин в группах менялось от 6 до 15. Сейсмопартия имеет 300 гирлянд сейсмоприемников по 12 приборов в каждой с расстоянием между ними до 7,6 м и центральными выводами для подсоединения к косе. Используется многожильный кабель. Имеются фильтры высоких частот со срезами на частотах 12 или 18 Гц. Фильтры зеркальных частот имеют срезы на 90 или 180 Гц. У сейсмопартии есть даже режскторные фильтры со срезом на частоте 60 Гц.
Исходя из наличия кабеля, нами приняты шаг между центрами групп 40 м, 96 трасс и удаления 2173 282-0-282 2173 м. Далее рассмотрен вопрос о том, как двойные (nd = 80,5) и тройные (//^=121м) по протяженности группы способны ослаблять помехи, наблюдаемые на вибросейсмических материалах. Оказалось целесообразным применять двойные группы, но нс тройные из-за слабого подавления ими помех с длиной волны 82 м. Можно попытаться применить учетверенные труппы ^nd = 161). Все результаты по оценке групп приборов приведены в табл. 7.6.
Двойные и учетверенные труппы для помех с длиной волны 82м имеют минимум, в то время как у тройной группы вблизи этой длины волны наблюдается пик. Ни одна из приемных т рупп не имеет провала около помехи с длиной волны ^49 м, поэтому группа источников была выбрана такой, чтобы обеспечить здесь минимум. Учетверенная группа предназначается для ослабления помех с длинами волн вблизи 168 м. Однако не является ли эта группа слишком протяженной в смысле ослабления высокочастотных составляющих отраженных волн от, объекта разведки? Сначала проверим отражения, зарегистрированные на,
Таблица 7.6. Положения провалов и пиков характеристик для трех групп сейсмоприемников И ОДНОЙ iруппы ист очников
Группы приемников
Группа источников
nd = 80,5 м
nd= 121 м
nd = 161 м
nd = 49 м
minmax
minmax
minmax
minmax
121
161
80,5
80,5
80,5107
60
64
54
54
48,5
45,7
49
40
40
40
34,4
35,7
32
32
32
Таблица 7.7. Группа сейсмоприемпиков двойной и учетверенной протяженности и дополнительная группа источников
Параметр
Группы приемниковГруппа источников
nd = 80,5 мnd = 161 мnd = 49 м
Д/, с
/о, ГД /о.з, Гц /о.64» Гц
0,0079210,015890,0048
12663208
9547156
6332104
удалении 2173 м от юризонталыюй границы, залегающей на глубине 2195 м, и рассчитаем время на нулевом удалении:
2-2195, л
'°= 1267-= ‘’°29 С
Результаты расчетов сведены в табл. 7.7. Из нее следует, что учетверенные группы подавляют высокочастотные составляющие в большей степени, чем нам этого хотелось бы, но они необходимы, если для получения хороших отражений нужно ослабить длинноволновые помехи. При наклонных границах группы, ориентированные по восстанию, будут иметь меньшие временные сдвиги на базе группы. Но группы, расположенные по падению пласта, на больших удалениях будут неэффективны. Если длинноволновые помехи будут не очень интенсивны, то предпочтительнее использовать двойные группы, так как па высоких частотах они имеют намного лучшие характеристики. Группы источников, расположенные по падению слоев относительно приемников, будут уменьшать эффективную длину волны. Но группа источников с произведением nd = 49 м представляется очень хорошей. В то же время вы решаете испробовать и более короткую i руппу излучателей с nd = 32 м для получения минимума там, где наблюдается максимум у группы приемников двойной протяженности.
Мы хотим провести опытные работы и на обнажениях коренных пород, и вне их, где материал может быть плохим, по нет желания повторять эксперименты дважды. Поэтому проложим косу так, чтобы контакт между выходами пород был приурочен к ее середине. При этом косу следует ориентировать вдоль одного из профилей, по которому предполагается вести регистрацию волн. Пункты взрыва поместим по обоим концам косы, и расстояние между ними будет достаточно небольшим, так что группы приемников буду! непрерывно перекрывать половину косы. Это позволит нам иметь воспроизведения на различных удалениях, когда и пункты взрыва и сейсмоприсмпики расположены на участках с хорошим и плохим качеством материалов. Также это даст возможность получить резулы аты с пунктов взрыва, расположенных на
Трассы
Интервал
Группа
Расстояние
nd, м
Цель
между
приемников
между
группами.
приемни
м
ками, м
I 47
20
12 в пучке00
Изучение' помех
49-71
40
24/77 м
3,3580,5
Группа двойной дли
ны (интервал между группами 40 м)
72 96
40
24/154 м
6,7161
Учетверенная группа
для ослабления длинноволновых колебаний
План опытных работ
Число
Расстояние
nd, м
Расположение групп
Цель
скважин
между скважинами, м
источников
6
1,5
9
IV, III. II, I. Л, В, С, D
Изучение помех
6
7,6
46
III, II, В, С, D
Минимальный источ
ник с nd = 46 м
7
4,6
32
IV, II. I. Л, В, С, D
Возможный источник
с nd = 32 м
8
6,1
49
IV, III, II, I, Л, В, С, D
Вероятный источник с
nd = 49 м
15
2.1
32
III, В, С. D
Максимальный источ
ник с nd= 32 м
16
3
49
III, В, С, D
Максимальный источ-
ник с nd = 49 м
Имеется одна резервная буровая бригада на время опыюв для бурения и зарядки взрывных скважин в случае необходимости.
Рис. 7.9. Схема опытных работ легкой сейсмической партии с группами мелких скважин.
плохих участках, а сенсмоприсмников- на хороших, и наоборок По сейсмограммам с одного пункта взрыва мы надеемся проследить отражения при их переходе от хорошего участка к плохому и увидеть, продолжаются ли они там. То же самое можно будет сделать по изучению характера помех. Можно надеяться, что эти данные являются ключом для раскрытия причин получения плохих материалов на выходах доломитизированпых известняков, а 1акжс позволя! выбрать параметры возбуждения и приема колебании, обеспечивающие получение материалов лучшего качества на этой площади.
План опытных работ иллюстрирует рис. 7.9. Трассы 1-47 с ишер- валом между группами 20 м используются для регистрации помех с умеренными и большими длинами волн. Трассы 49-71 отведены для двойных групп с интервалом между ними 40 м, а 72-96 для учетверенных групп. Скважины для взрывных работ планируемся пробурить заранее. Необходимо исключить какие-либо задержки в работе, так как время сейсмической партии ст от дорою. Поэтому следу с i заранее поручить топографу разбить участок профиля в несколько километров с шагом 40 м между центрами групи приборов. Также надо дат ь задание буровой бригаде пробурить на каждом пункте взрыва по восемь скважин на расстоянии 6 м друг от друга. После завершения опытных работ полевой отряд будет иметь перерыв в несколько дней, в течение которых буровая бригада должна будет пробурить скважины далеко вперед, с тем чтобы исключить простои станции из-за их отсутствия.
Если в процессе опытных работ будет установлено, что группа из восьми взрывных скважин неэффективна, тогда необходимо будет сделать другие предложения. Конечно, можно увеличить число скважин (возможно, с некоторым их поперечным смещением). Первоначальный план заключается в реализации половинной кратности ОСТ за счет размещения пунктов возбуждения через 80 м. В зависимости от результатов опытных работ можно вернуться и пробурить дополнительные скважины в промежуточных точках па известняках и около их выхода па поверхность, с тем чтобы увеличить кратность ОСТ на участках с плохим качеством записи.
В ряде случаев, когда позволяет погода, целесообразно использовать вертолет, но только для доставки оборудования партии. Одно дело- персвозка упакованных грузов на залесенные участки удаленных профилей, и совсем другое-перевозка персонала к месту работ и обратно. Мы надеемся, что пилот вертолета предельно аккуратен и даже удачлив в работе. Будем надеяться на эго-ведь каждому в разведке нужна удача. Достижению ее способствуют бла! оприятное юологн- ческое строение, хорошие геофизические условия, обоснованное планирование и напряженная работа.
8
Морская сейсморазведка
Предметом этой главы являв!ся сейсморазведка на площадях, покрытых водой. Морская сейсморазведка исключитолько важна, и а значение будет все возрастать по мере истощения запасов полезных ископаемых па суще. Сейсмические работы на море резко омичаютсяот сейсморазведки па суше, по геофизические задачи в обоих случаях прак1пчсски одни и тс же. Однако трудности, встречающиеся при решении этих задач, различны. Одни задачи труднее решать на море, другие па суше. Показаны ограничения поперечных групп источнике! для подавления рассеянною поля помех. Уменьшение потерь высокочастотных компонент отражений иллюстрируется па примере способа направленного излучения.
Стоимость одного дня работы морской партии высока, однако если ее отнести к единице длины профиля, то она окажется вовсе не высокой благодаря большой скорости получения данных.
Волны-спутники
При взрывах, производимых ниже земной поверхности, иногда возникает серьезная проблема волн-спутников, т.е. волн, бегущих от источника возбуждения вверх и отраженных вниз от подошвы ЗМС или дневной поверхности (гл. 9). При морских работах с этой проблемой приходится считаться всегда, и опа еще более серьезна. Волны-спутники возникают нс только со стороны источников, но и со стороны приемников (гидрофонов), также находящихся ниже поверхности воды. Особые трудности встречаются, котда поверхность воды гладкая. Вследствие большою различия в плотости (и скорост звука) воды и воздуха коэффициент отражения для волны, бегущей вверх, составляет —0,9994, т.с. практически равен —1,0. Волнение на поверхности создает некоторое рассеяние, но проблема остается серьезной, особенно в области низких частот, тде длины волн велики.
Для некоторых частот время пробега от источника или гидрофона до поверхности воды составляет половину периода (и глуби на-половину длины волны), так что суммарное время пробе!а вверх и вниз до источника пли гидрофона образует полный период .(а суммарный путь-полную длину волны). Поскольку коэффициент отражения отри-
Рис. 8.1. Филырующим эффек i волн-спутников при одинаковой глубине воздушных пушек и косы. Если глубина погружения пушек и косы (указана на кривых) относительно мала, отклик улучшав юя на высоких частотах, но ухудшав!ся на низких и средних.
цателен, волна-спутник оказывается примерно в противофазе с прямой волной и обе волны почти гасятся. Это создает близкий к пулю провал в спектре каждого охражения. При всех целочисленных частотах, крах- вых такой частоте, также образуются провалы в спектрах каждого 'отражения, поскольку полное добавленное время образует целое число периодов, а добавленная длина пути пробега спутников образуе! целое число длин волн. (Более детальный анализ см. в прил. В). При очень больших удалениях храектории лучей в воде для глубинных отражений становятся слегка наклонными и центральная частота провалов спекхра -несколько уменьшасхся. Волнение на поверхпосхи моря несколько "меняет эффекхивную глубину, что приводи! к тенденции расширения и некоторого заполнения спекхральных минимумов.
Иногда упускают из виду тог факт, что имеет место провал спектра на нулевой частоте, поскольку коэффициент охражения отрицателен. В результате эффективная ширина полосы частох при морских! сейсморазведке обычно ограничена частотами, промежуточными между провалом па нулевой частоте и первым провалом на частоте больше нуля. 'Этот эффект иллюсхрируется рис. 8.1. В данном примере приняты •скорость в воде 1524 м/с и коэффициент охражения волны-спутника — 1. Глубина погружения воздушных пушек и гидрофонов одинакова. Из рисунка видно, что для получения возможно более высокочастотных ;отражений нужна небольшая глубина погружения пушек и хидрофонов. Рто в равной степени справедливо и для других типов источников л приемников.) Однако при малой хлубипе подавляются низкие частоты в отражениях, которые могут представлять интерес. Что же произойдет, ■если пушкхх и гидрофонную косу погрузить на разные глубины? На .рис. 8.2-8.4 показаны изолинии суммарно! о отклика при погружении :иушек на глубины 6, 9 и 12 м, а косы-на другие глубины пли наоборот.
Частота, Гц
Рис. 8.2. Фильтрующий эффект волн-спутников при глубине пушек или косы 6 м. Изолинии демонстрируют совместный эффект, создаваемый спутниками в случае погружения косы (или пушек) на 6 м при глубине пушек (или косы) в шнервале от О до 24 м.
Частота, Гц
Рис. 8.3. Фильтрующий эффект волн-спутников при tлубине пушек или косы 9 м. Изолиниями показан совместный эффект, создаваемый спутниками в случае погружения косы (или пушек) на 9 м при глубине пушек (или косы) в интервале от О до 24 м.
Частота, Гц
Рис. 8.4. Фильтрующий эффект волн-спутников при глубине пушек или косы 12 м. Изолинии показывают совместный эффект, создаваемый спутниками при погружении косы или пушек на 12 м и глубине другого из этих устройств от О до 24 м.
Во всех случаях в спектрах имеются минимумы, ограничивающие полосу частот.
Можно погружать пушки па разную глубину либо наклонять косу так, чтобы ее концы оказывались на разной глубине для выравнивания спектра, особенно в области глубоких провалов, но обычно этого не делают. (Фирма Fairfield Industries, Inc., в Хьюстоне, шт. Техас, разработала и использовала способ записи с наклонной косой.) Погружение пушек на разную глубину не представляет особых трудностей и дает дополнительное преимущество, если ближайшие к кораблю группы пушек оказываются глубже, чем дальние. Этим создается благоприятная для приема направленность излучения (см. рис. 8.6, разд. 8.9 и гл. 11).
Насколько серьезна проблема волн-спутников в смысле ограничения полосы частот? Предположим, что глубина пушек и косы одинакова и равна 9 м. На рис. 8.1 видно, что относительный отклик составляет 50% и более на частотах от 21,5 до 65 Гц. Можно ожидать сигналов значительной интенсивности па частотах ниже 21 Гц, по крайней мере до 10 Гц, поскольку на таких низких частотах поглощение в земле невелико. Так что проблема оказывается не столь серьезной, если выбрать глубину погружения пушек и косы, соответствующую требуемому частотному диапазону. Однако представим себе, что геофизику-разведчику необходимы высокочастотные данные морской сейсморазведки и с этой целью он решает погружать пушки и косу на малую глубину. Большинство
источников на малых глубинах работает недостаточно хорошо. Неглубокое погружение насюлько подавляет низкие частоты, чю это может создавать определенные трудности. Проблему волн-cnyi ников в морской сейсморазведке можно решить вполне удовле1ворителыю, но се не следует недооценивать. Обычно решение находят выбором ошимальной полосы частот и погружением пушек и косы на 1 дубину, отвечающую выбранной полосе часто I. '
Статические поправки
Серьезную проблему при pa6oiax на суше представляе! сильное влияние неоднородностей в верхней части разреза на условия приема и возбуждения волн. На море водная толща более или менее однородна и проблема статических поправок не сюль серьезна. Однако па мелководье, например в районе деды, газовые карманы в придонных осадках могут создавать заметные изменения статических поправок. Можно также ожидать значительных трудностей из-за резких неровностей рельефа морскою дна. В этих случаях целесообразно проводить съемку ио профилям, ориентированным приблизительно перпендикулярно ориентации промоин морского дна. При нерегулярном рельефе дна большую помощь могут оказать данные о рельефе поверхности дна, получаемые с использованием спаркера. (Съемка с помощью спаркера аналогична высокочастотной сейсморазведке и отличается использованием весьма высокочастотных упругих волн, возбуждаемых электрическими разрядами между электродами, погруженными в воду. Высокочастотные продольные волны не проникают в толщу дна на большую глубину. Сейсмические разрезы, получаемые при работах со спаркером, позволяют составить детальные карты рельефа морского дна и придонных осадков.)
Волны в водном слое и многократные отражения от дна
Сейсмические волны распространяются в воде с относительно низкой скоростью, но при этом слабо затухают и почти не рассеиваются. Поэтому прямая волна при подходе к приемникам обладает большой энергией. Однако обычно она нс представляет серьезной проблемы как помеха. На дне некоторых акваторий существует илистый переходный слой малой плотности, которая постепенно возрастает с глубиной. В этом случае отсутствует резкая граница между водой тт дном по скорости или акустической жесткости. Кроме гого, илистый слой малой плотности поглощает сейсмические волны. Отражения от дна получаются слабыми. Такие условия принято называть «мягким дном».
В других случаях наблюдается резкое увеличение скорости и акустической жесткости на поверхност и дна и соответственно большим оказы-
вается коэффициент отражения. Морское дно, даже сложенное неконсолидированными песками, может иметь коэффициент отражения 0,5 и более и порождать преломленные волны при критическом угле 35° и менее. В этом случае вся энергия, излучаемая под углами более 35 от вертикали, и более 25% энергии, излучаемой под углами менее 35 , будет от него отражаться. Отраженные волны распространяются вверх и снова полностью отражаются от поверхности моря. Таким образом, большая часть излучаемой энергии захватывается водным слоем и становится помехой, попадающей на приемники в косе. Такие условия принято называть «твердым дном». Если дно сложено скальными породами, то коэффициенг отражения становится еще большим, а критический угол еще меньшим и, следовательно, еще большая часть энергии захватывается водным слоем и порождает помехи, называемые реверберацией. Дереверберация данных является существенной частью процедуры обработки и наилучшим образом достигается минимально-фазовой деконволюцией (разд. 19.2).
Регулярные помехи
Ларнер и др. в своей превосходной статье [1] выделяют три категории помех при морской сейсморазведке. Первая из этих трех категорий включает:
прямые вступления энергии, распространяющейся от источника к приемникам через толщу воды;
отражения и кратные отражения от дна;
преломления и кратные преломления от дна.
Ларнер делает вывод о проявлении этих помех на суммированных разрезах в виде сильных горизонтальных вступлений в начальной части записи (вызванных преломленными волнами, без мыотинга) и волновой картины вида «чег-исчег» на несколько более ранних временах. Однако на более поздних временах в разрезах ОСТ такие помехи не представляют серьезной проблемы.
Вторая категория включает помехи, возбуждаемые механическими толчками косы (реакция на колебания силы тяти). Такие помехи преимущественно весьма низкочастотны и нс представляют сколько-нибудь серьезных трудностей при анализе суммированных разрезов.
К третьей категории помех относятся волны, рассеянные на неоднородностях морского дна или в верхних слоях придонных осадков. Помехи этой категории создают серьезные проблемы для выделения сигнала на разрезах ОСТ на поздних временах в условиях твердого дна. В работе [1] приводятся два примера. В одном из них на кривых скоростного анализа первичных сейсмограмм ОСТ доминируют пики, соответствующие скоростгг в воде (около 1500 м/с), на временах от 0,2 до 3,5 с (наибольшее время аггалггза). После фильтрации по кажущейся скорости эти пики заметно ослабляются и появляются четкие макси-
мумы, связанные с первичными отражениями, имеющими достоверные эффективные скорое!и от 3000 до 4000 м/с и более.
В районах, где происходит резкий переход от воды к плотному или 1вердому дну, значительная доля энергии источника захватывается водным слоем. Если при этом дно неровное, то рассеяние захваченной энергии порождает сильные вступления, которые при скоростном анализе проявляют себя скоростью, характерной для звука в воде. Оси синфазност и рассеянных волн меняются от почти прямолинейных до 1 иперболическпх. Неоднородности, расположенные впереди по курсу корабля или позади хвостовою буя косы, создают линейные оси синфазност и, a io рассеиваюли, которые оказываются между источником и приемниками и смещены на значиюлыюе расстояние вбок или по вертикали вниз, создают гиперболические оси. (Очевидно, чго большинство таких неоднородностей не находи1ся непосредственно под линией профиля.)
Ларнер и др. [1] провели также компьютерное моделирование поля рассеяния от неоднородностей, размещенных случайным образом на поверхности дна, при скорости 1500 м/с. Рассчитанная ими модель демонстрирует влияние неоднородностей в условиях мелководья при наложении волн, распространяющихся только в водном слое. Вступления рассеянных волн на синтетических выборках ОСТ выглядели очень похожими на отражения. Скоростной анализ этих синтетических данных дал пиковые значения скоростей, близкие к скорости в воде, а также пики в области более высоких скорое i ей вплоть до 4000 м/с и более. Но в модели было принято единственное значение скорости 1500 м/с. Когда синтетические данные были накоплены но ОСТ с использованием скорости, принятой в одном из двух реальных случаев полевых работ, то результатом оказалась волновая картина в виде перекрещивающихся прямолинейных осей синфазности. Наклоны этих вступлений соответствовали скорости 1500 м/с, пришлой в модели.
Примеры, взятые из практики полевых работ, демонстрируют очень сходную картину перекрещивающихся вступлений, но их наклоны свидетельствуют о несколько более высоких скоростях. Ав юры статьи делают вывод о том, что такие помехи па разрезах ОСТ обусловлены рассеянием неоднородностями на небольших глубинах внутри толщи донных осадков, а не неровностями самою морского дна. (Этот вывод основывается на более высокой кажущейся скорости перекрещивающихся вступлений, чем скорость в воде.) Волны в придонных слоях могут распространяться горизонтально (преломленные) либо почти горизонтально (отражения, проходящие в водный слой под углами, несколько меньшими критическою).
Неоднородности морского дна, такие, как промоины, ступени и т. п., ослабляют энерппо сейсмических волн, захваченную водным слоем. (Это происходит из-за того, что захваченные волны, распространяющиеся в основном горизонтально, встречают такие неоднородности под
малыми углами относительно нормали к повсрхпост и поэтому не отражаются полностью от дна, как это имеет место при ровном дне.) Ослабленные волны проникают в придонные слон. В твердом дне они распространяю 1ся с большей скоростью. Их энергия может передаваться обратно в воду, особенно oi других неровностей рельефа дна. Такой механизм не был смоделирован упомянутыми авторами, но можно полагать, что он сыграл свою роль в возникновении наблюдавшихся на разрезах ОСТ более высокоскоростных перекрещивающихся вступлений.
Ларнер с сотрудниками довольно успешно подавляли такие помехи, используя веерный фильтр (с полосой пропускания между —5 и +5 мс/трасса) на сейсмограммах ОН В и предсказывающую деконволюцию после накапливания. (Предсказывающая деконволюция состоит в использовании параметров помехи из начальной части сейсмической трассы для предсказания и деконволюции более поздней части той же трассы.)
Многократные отражения
Многократные отражения помимо тех, которые возникают в водном слое, мотут так же, как и на суше, представлять серьезные трудности при морской сейсморазведке. Если скорость мноюкратпых отражений не сильно отличается от скорости первичных отражений па данном времени, то необходимо добиться как можно большего различия их времен при удалении от источника. Эго заставляет применять длинную косу, которая обеспечивает необходимое удаление для отделения первичного целевого отражения от многократного. Представление о подавлении многокрашых отражений разными способами обработки даст гл. 19. В некоторых случаях для подавления сильных многократных воли применяют длинные группы источников (разд. 8.10).
Преимущества сейсморазведки на море
. Из всего изложенного выше может создаться впечатление, что данные сейсморазведки на море редко бывают удовлетворительными. Наоборот-обычно они очень хороши. Весьма благоприятным фактором является относительная однородность воды по сравнению с верхней частью разреза на суше. Она создает очень однородные, почти - идеальные условия контакта со средой и отклика приемников. Морское дно обычно ровное и относительно однородное. Препятствия встречаются довольно редко, и всегда есть возможность выбирать наиболее 1 благоприятные направления профилей (по падению пли простиранию слоев и перпендикулярно картируемым нарушениям). Часто оказывается возможным увеличивать число трасс и достигать очень высоких кратностей перекрытия. Получать разрешения па проведение разведки не
всыда легко, но если эго удаеюя, то обычно разрешения дакмея и на обширные смежные участки. Самое большое преимущество экономическое: высокая производительность и малая стоимость работ па единицу длины профиля.
Техника записи и применяемое оборудование
Так же, как и на суше, в начале работы заполняю! формуляр задания на разведку и обсуждаю! с юологом и тофизиком-иитерпрептюром цели разведки. 11еобходимо изучить все доступные данные по смежным акваториям. Если позволяют время и обстоятельства, следус! сделать выборки предшествующих первичных данных в виде сейсмо! рамм ОПВ и ОСТ с автоматческой рщулировкой усиления (АРУ) и без АРУ, с кинематическими поправками и без них. Следует выдели 1Ь регулярные помехи, измерить их периоды и кажущиеся скорост, определить частоты и кажущиеся длины волн. Особое внимание уделяс1ся помехам па временах целевых отражений.
Необходимо оценить эффективную скорость для целевых о1ражеппй. При желании можно изготовить прозрачные кальки для сейсмо! рамм ОПВ и нанес!и па них годо1рафы целевых отражений. Если данные по учащку работ скудны, полезно изготовить набор калек с рассчитанными I одографами через интервалы 500 мс, исправленными за кинематику с использованием вероятых значений эффективной скорости.
Выбор косы и групп гидрофонов ограничен, а иноща и просто невозможен. Наиболее вероятно, что корабль-сейсмостаиция оснащен одной или двумя косами и это все, чем партия располагает. Можно укоротить косу, но это проще всего сделать, отключив часть каналов.
Первоначально морские косы были аналоговые, но вот уже несколько лет довольно успешно используются цифровые косы. Их преимуществами являются меньшие по 1 ери высокочастотных компонент О1ражешш и меньшие взаимные влияния между каналами. Но цифровые косы должны иметь усилительные секции, встроенные' через сравнительно короткие интервалы вдоль косы. Диаметр этих секций обычно больше диаметра соответствующих апалоювых кос, чю создает значительно большее сопротивление при буксировке и, как следствие, больше помех. Тем не менее цифровые косы (включая волоконно-оптические) имеют достаточно преимуществ перед аналоговыми, в результате чего они все больше вьпесняют аналоювые в морской сейсморазведке.
Для морских работ автор предпочитает суммогруппы Анстея-методику, в которой приемники равномерно расположены вдоль всей длины косы, а база группы равна интервалу группирования. Конструкции большинства морских кос предусматривают такое 1 ругшировапие с равномерным распределением 1 идрофонив. Буксируемая коса подобна односторонней расскшовке, которую опшмалыю следует отстреливать
с интервалом между точками возбуждения, равными половине шпер- вала группирования приемников. Это обеспечивает иолучение непрерывных и равномерных выборок ОСТ и максимально возможную кратность наблюдений. Однако в некоторых конструкциях кос имеется так много каналов, чю интервал группирования получае!ся слишком коротким. Становится нерентабельным производи 1ь по два взрыва на каждом интервале группирования. (После каждою взрыва приходится затрачивать время на запись полезных волн до их затухания, но при этом не хочется замедлять нормальный ход корабля и юрять произво- ди!слыюсть.) В этих случаях целесообразно отстреливал» профиль через полный интервал группирования. Однако можно с равным успехом суммирован» смежные трассы при обработке, формируя хаким образом суммо! руины, оптимальные для способа ОСТ. Если доводи ю суммирование полностью до конца, ю можно обойтись вдвое меньшим числом каналов по сравнению с имеющимся в косе. Если есть выбор, то следует предпочесть косу с таким интервалом между группами, который позволит размещаю два пункта взрыва на одном интервале группирования при нормальной скорости корабля. Это даст экономию пленки и несколько снижает стоимость обработки.
Теоретически большое число каналов позволяет полностью переобрабатывать данные, используя каждый канал в отдельности. Или же при обработке можно формировать различные труппы приема. Становится возможным реализовать регулируемый направленный прием (гл. 11 и 19). Однако следует подумать: как часто используются несум- мированные данные и какую ценность они имеют? В обычной производственной практике, вероятно, нет необходимости делать интервал между т руинами меньше 50 м. Также при интервале группирования 50 м нет нужды в большем числе каналов, чем это требуется для того, чтобы обеспечить максимальное эффективное удаление или же удаление, равное максимальной рабочей длине кабеля, выбираемой из практических соображений.
При выборе источника учитываются мощность и параметры группирования. Что касается мощности, то этот вопрос решается с учетом долговременных практических факторов. Ограничивающими факторами являются емкость компрессора и время заполнения камер между взрывами. Но если нс превышать динамический диапазон системы, то какой может быть вред, если брать от нее максимальную мощность? Увеличение мощности источника помогает преодолевать сильный фон помех, правда, для этого необходимо располагать резервной мощностью компрессора и, конечно, иметь в запасе резервные пушки.
Водяные пушки эффективны как источники при морской сейсморазведке, но преимущественными все же можно считать настроенные группы воздушных пушек. После каждого импульса о г воздушной пушки, попеременно расширяясь и сжимаясь, всплывает воздушный пузырь, создавая таким образом волновой пакет большой длительности.
В настроенных группах помехи, создаваемые воздушными пузырями от нескольких пушек, в значительной мерс ослабляют друг друиц что позволяет возбудить суммарный импульс малой длительное!и и большой мощности. Автор предпочитае! конструкции в виде коротких идентичных наборов пушек, в которых каждый набор нас!роен индивидуально. Соединяя эти наборы друг с другом, формируют различные составные группы. При неисправности в одном из наборов его можно довольно быстро замени i ь на запасной и продолжать съемку без особых задержек.
Специалист исследовательскою профиля почти всегда предпочитают иметь точечную группу источников, и с ними соглашается значительная час1ь обработчиков. Но когда возникает проблема длинноволновых помех или многократных волн, то приходи 1ся применять длинные группы пушек. Конечно, это ограничивав! высокочастотный 01 клик на большинстве удаленных выборок ОСТ. По i ери высоких часто! можно уменышиь пуюм направленною излучения (разд. 8.10). Однако всегда приходится счтаться с поглощением высоких частот в земле. В сложных районах ли чс подобрать i руину точечных источников, если вначале получить некоторое количество данных с точечными источниками, быстро их обработать и оценить резулы ат. Однако это возможно только при наличии набор тою вычислительного центра, иначе на обработку уйдут недели. За это время можно отырслять несколько сотен миль и оказаться уже в другой акватории. Если же по исследуемому району имеются данные, полученные ранее с точечными источниками, то нужно проверить, становятся ли они удовлетворительными после обработки, в чем можно убедиться, анализируя сейсмограммы ОПВ. Во многих случаях, по-видимому, можно применять группу точечных источников, полагаясь на компетентного обработчика, имеющею хорошие средства обработки для извлечения качественных данных из зашумленных записей (гл. 19). Но это решение бывает трудным и рискованным, особенно в тех случаях, когда все, что можно увидеть до обработки,-это сильные помехи и сильные мноюкратиые волны.
На участках, где дно рассечено каньонами и другими резкими неровностями, делались попытки улучшения качества данных путем применения поперечной группы пушек. Опыт автора, хотя и ырани- ченный, не позволяет считать поперечные iруппы эффективными для подавления волн-помех в указанных условиях. Эффективными такие I руппы могут оказаться при достаточно больших поперечных базах, приводящих к существенным различиям в пути пробе! а помехи.
Практически достижимые базы зависят от размеров параванов, обеспечивающих разнос пушек, и от силы торможения группы водой. Чем больше группа пушек (вдоль каждой линии), тем сильнее торможение и короче осуществимый разнос. Параваны добавляют торможение, что усиливав! помехи со стороны двигателей и винтов корабля,
Рис. 8.5. Подавление помех от каньонов и других неровностей дна поперечной группой пушек. Этот рисунок иллюстрирует использование широкой поперечной группы, состоящей всего из двух трупп пушек, для подавления помех, представляющих собой отраженные либо рассеянные волны от боковых подводных каньонов и других неровностей дна. Степень подавления зависит от разноси и длин путей волн от двух источников. Эта разность больше для отражающих либо рассеивающих объектов, удаленных в сторону по меньшей мере па расстояние, сравнимое с продольным удалением от источника. Помеха, образуемая отражением от каньона А, имеет разность путей всего 16,47 м, что создаст разность времен лишь около 11 мс. Для помехи-отражения от каньона В соответствующие разности составляют 56,19 м и 37,5 мс, что более благоприятно для подавления низкочастотных компонент этой помехи.
а также самих параванов. Максимально достижимая поперечная база исгочников не превышает 80 м. Эго создает для волн, распространяющихся только торизонтально и только перпендикулярно к профилю, временную задержку, равную 80 м/1500 м/с = 0,05 с. Такая величина значительна, но большинство помех нс распространяется горизонтально и перпендикулярно относительно косы.
Рисунок 8.5 иллюстрирует помеху, отразившуюся от двух дойных каньонов Л и В, простирающихся параллельно сейсмическому профилю на поперечном удалении от него соответственно 320 и 1500 м. В этом примере продольная дистанция источник приемник равна 3040 м, а поперечный разнос между двумя источниками 80 м. Если пренебречь глубиной моря, то для помехи, отраженной от каньона А, удаленного от линии профиля на 320 м, разность путей пробега от двух исгочников до приемника составит 16,47 м, что создаст задержку 10,98 мс (при скорости звука в воде 1500 м/с). Этот временной интервал
представляет собой половину периода на часготе 45,5 Гц, т. е. наименьшей час юте минимума характеристики, обеспечивающею подавление помехи. Таким образом, попе эсчпую группу с максимальным разносом 80 м нельзя сличать очень эффективным средством подавления помехи, отраженной от каньона А.
Для помехи, о 1 раженной от каньона В, разносib лучей пробега от двух разнесенных пушек равна 56.19 м. Это создает задержку в 37,46 мс, чю составляет половину периода на частоте 13,35 Гц. Это несколько более благоприятно для подавления помехи, oiраженной oi каньона В, посредством поперечной группы двух пушек, разнесенных па 80 м.
Данный пример можно трактован» как филырацию по длине волны, пользуясь понятиями кажущейся скорости и кажущейся длины волны, в поперечном направлении от источника. Средний азимутальный угол излучения для помехи, отраженной oi каньона В в точке между источником и приемником, равен arclg (1500 1519,73), Что составляет 44,626. Кажущаяся скорое>ь в поперечном направлении равна скорости в воде, деленной на синус этою угла, что составляет: 1500/0,702 = 2135,3 м/с. Кажущаяся длина волны определяется как Ха = 2135,3// м. Оiсюда получаем для частоты /= 2135,ЗДа.
Пользуясь этими величинами, можно рассчитать поперечную группу источников обычным способом и перевеет длины воли в частоты для помехи, отраженной от каньона В (табл. 8.1 и 8.2)._
Эти таблицы иллюстрируют, как можно использовать поперечные группы из нескольких пушек для подавления помех, возбуждаемых резкими неоднородностями дна, если азимутальный угол излучения велик. Если бы можно было осуществить разнос источников в 120 м, тогда указанные длины волн следовало бы увеличить на 50%, а частоты составили бы 2/3 от указанных значений.
Каньоны и другие резкие неровности поверхности дна могут пре-
Таблица 8.1. Длины волн провалов и пиков при подавлении отражений-помех от каньона В для поперечной группы источников, (// — V)d = 80 м
Число ipynn источников
d, м
nd, м
Провалы, м
Пики, м
2
80
160
160; 53,3; 32; ...
80*; 40*; 26,7*; ...
3
40
120
120; 60; 30; ...
80; 40*; 26,7; ...
4
26,7
107
106,7; 53,3; 35,6; ...
71,1; 42,7; 26,7*; ...
5
20
100
100; 50; 33,3; ...
66,7; 40; 28,6; ...
6
16
96
96; 48; 32; ...
64; 38,4; 27,4; ...
* Пики, на которых не происходит подавления помех.
Таблица 8.2. Частоты провалов и пиков при подавлении отражений-помех от каньона В для поперечной группы источников, (п — l)J — 80 м
Число Tpjnil источников
d, м
nd, м
Провалы, м
Пики, м
2
80
160
13,3: 40,1; 66,7; ...
26.7*; 53,4*; 80*; ...
3
40
120
17,8; 35,6; 71,2; ...
26,7; 53,4*; 80; ...
4
26,7
107
20; 40; 60; ...
30; 50; 80*: ...
5
20
100
21,4; 42,7; 64,1; ...
32; 53,4; 74,7; ...
6
16
96
22,2; 44,5; 66,7; ...
33,4; 56,6; 77,9; ...
* Пики, па которых не происходит подавления помех.
пятсгвовать прохождению эперпш иеючника через дно под углами, при которых отраженные волны от глубинных границ Moiyi возвращаться к косе. Применение поперечных групп пушек делает более вероятным проникновение в дно под благоприятными углами энергии хотя бы от одного источника. Правда, при высокой кратности наблюдений получается такое множество разнообразных местоположений не т очников в пределах базы суммирования по ОСТ, чю приведенные выше достоинства поперечных групп оказываются нс столь существенными. Но некоторое улучшение данных все же может иметь место.
При трехмерных наблюдениях мотут оказаться полезными два поперечно разнесенных набора пушек, возбуждаемых попеременно, что позволит получить два близких друг к другу параллельных профиля.
Опытные работы и выбор параметров
В новых и особенно в сложных районах перед началом сейсмических наблюдений необходимо провести опытные работы. Изменить что-либо в косе в ходе этих работ обычно не представляется возможным (за исключением вариаций глубины погружения, но в этом обычно нет необходимости). В основном остается возможность изменять параметры источника. Следует опробовать «точечный» источник, а также группу источников на средней и длинной базе. Может оказаться целесообразным испытать управляемое направленное излучение (разд. 8.9). При резких перепадах высот рельефа морского диа могут оказаться полезными поперечные группы, однако нс следует ожидать от них очень больших преимуществ.
Перед опробованием различных вариантов труппировапия источников следует оценить степень подавления помех группами приемников. Предположим, например, что интервал между группами равен 50 м и каждая равномерная группа сое 1 опт из 24 тидрофонов, так что nd = 50 м. Характеристика такой приемной группы имеет провалы и
пики, распределенные но длине волны следующим образом:
Провалы, м 50; 25; .16,7; 12,5; 10 и т. д.
Пики, м 33,3; 20; 14,3; 11,1 и т.д.
В этом случае следует предпочесть такую группу источников, характеристика которой имеет провалы на длинах волн предвари! елыю идентифицированной помехи и на тех длинах волн, для которых группы тдрофоиов менее эффективны. Первый опыт проводят с точечным источником; па сейсмо! раммах выделяют регулярные помехи, особо отмечая их длины волн вблизи времен целевых отражений. После того как основные помехи на временах целевых отражений и вблизи них установлены, можно приступать к определению параметров группирования пушек для подавления этих помех.
Следует определить максимальные эффекшвпыс удаления для объектов разведки. С этой целью используют значительно более длинную косу, чем ожидаемое эффективное удаление, если, конечно, такая коса имеется в наличии.
Если нет возможное!и проводить обработку на борту судна, то бывает целесообразно попыли ься срезать полосу частот фильтрами, особенно когда сейсмограммы перегружены либо низкочастотными, либо высокочастотными помехами. Однако даже если фильтрация и улучшает качество данных, то при производственных работах все же следует стремиться сохранять достаточно широкую полосу частот, поскольку оптимальная фильтрация может быть подобрана при обработке.
Наличие набортного ВЦ даст большие возможности изучения первичных данных и позволяет использовать получаемые результаты для повышения качества записей в процессе выполнения текущего проектного задания. В противном случае приходится иметь дело только с мониторными сейсмограммами, и эго все, что нам остается для оценки качества данных. Кальки с нанесенными на них годографами, рассчитанными при различных эффектвных скоростях, могут помочь для обнаружения первичных отражений на записях с сильным преобладанием помех.
Следует произвести записи с различным фиксированным усилением без взрывов, но с работающим компрессором при нормальной скорости судна около пяти узлов (9,3 км/ч), а также на несколько меньшей и большей скорости. Это позволит выбрать оптимальную скорость. Если фон помех оказывав 1ся серьезной проблемой, придется производить записи при меньшей скорости судна.
Регулируемое направленное излучение
При выборе длинной группы источников иредиоч i ительно отстреливать профили по падению, но так, чтобы группа источников распола-
галась по восстанию сражающих границ относительно коротких приемных групп (гл. 11). К сожалению, это практически неприемлемо, поскольку приходи 1ся тратить лишнее время на возвращение в направлении восстания, не делая записей. Решить эгу проблему можно путем управления направленностью излучения, для чего выбирается подходящая задержка моментов возбуждения групп пушек (гл. 11). Существует специальная аппаратура, по автор нс знает никого, к го бы использовал этот способ, разве что в некоторых опытах. Удаленные от судна пушки возбуждают с максимальной величиной задержки, постепенно уменьшая задержку по мере приближения к кораблю. Идеально было бы возбуждать без задержки центральные группы пушек при постепенном приращении времени возбуждения в сторону судна. Разность моментов возбуждения при наблюдениях по восстанию должна бы гь больше, чем при наблюдениях по падению. Достаточно обеспечить необходимые временные задержки для направления излучения в сторону середины косы, чтобы получить отражения от целевого горизонта с учетом возможных углов падения.
Как отмечалось ранее при рассмотрении волн-спутников, можно также регулировать направление излучения, располагая отдельные батареи пушек на различной глубине. Угол излучения, благоприятный для отражения от границы с малым наклоном, достигается более глубоким погружением ближайших к борту пушек ошосителыю удаленных от борта при промежуточной глубине средних пушек (рис. 8.6). При попеременном отстреле профилей по восстанию и по падению можно
Рис. 8.6. Управление лучом путем использования сложной группы пушек. Буксируя группы пушек на разных глубинах, можно ориетировап» излучение источника в направлении, благоприятном для записи целевых отражений. Ошимальное направление излучения зависит от глубины и угла падения целевой границы. При пологих границах наиболее глубокие группы пушек должны располагаться ближе всего к корме, как показано на рисунке; глубина друг их i руин должна постепенно уменьшаться с увеличением расстояния от кормы. Другим преимуществом является то, что провалы в спектре отражений, вызванные влиянием спутников, связанных с источником, ослабляются благодаря различной глубине погружения групп пушек.
менять направление излучения, выдерживая ею ошимальным для целевой храницы. Рс1улнровка доспиастся изменением относительных 1 дубин шлружения батарей пушек или путем изменения горизонтальных расстояний между отдельными батареями. Последний вариант осуществляется быстрее и легче, но при этом меняются характеристика источника и степень подавления помех. И в этом случае волны жела- 1слыю излучахь под углом, благоприяхным для прихода целевого охражепия к середине косы.
Большой диапазон iлубин источников, хребусмый для достижения желаюльною угла излучения, охраничивает применение эюю способа. Дно может оказаться слишком мелким. Кроме тою, батареи пушек вместе с плотами, на которых они подвешены, сильно тормозя! буксировку, особенно при большой глубине шлружения.
В некоторых случаях для достижения требуемого направления излучения целесообразно дополнительно к вариациям' глубины погружения пушек применить некоторые временные задержки возбуждения.
Пример расчета параметров управления излучением при длинной группе источников
Данный пример взят из практки, но сделаны некоторые изменения в спецификации применявшегося оборудования для лучшей иллюстрации отдельных положений. В действительное!и мы не воспользовались направленным излучением, хотя, по-видимому, эю следовало бы сделаю. Основное целевое отражение было приурочено к времени 2,1 с, а эффективная скорость, использованная для ввода кинематических поправок, равнялась 4300 м/с. На этом же времени записывалось весьма досадное кратное отражение с эффективной скоростью 2200 м/с.
Рассмотрим группу ист очников с эффсктвпой длиной 300 м, состоящую из 5 батарей пушек, интервалы между которыми 60 м. Положим интервал между группами в косе равным 50 м, число каналов 72 и вынос 150 м. Максимальное удаление составляет при этом 3700 м. Желаемую частоту целевого отражения положим равной не менее 55 Гц. В табл. 8.3, рассчи ханной с помощью npoi раммы А' прил. F, приведены приращения времен прихода этого отражения в случае использования Iруины пушек с эффективной длиной 300 м. Указаны также частоты, на которых амплитуда отражения спадает соотвщсгвешю до 64, 30 и 0% вследствие указанных приращений времен. Мы рассчитывали нс все 72 различных удаления, а использовали только 24. Указанное в таблице удаление 200 м представляет собой резульгаi расчетов для удалений 150, 200 и 250 м, а удаление 350 м результах расчетов для удалений 300, 350 и 400 м и т.д. Такая выборка удовлетворяет точности расчетов. Среднее значение приращений времен для всех удалений составляет 14,287 мс. Предположим, что введена поправка в 14 мс за счех задержки моментов
Таблица <8.3. Приращение времени на базе i руппы пушек и верхние |раппчпыс частоты первичною (нражашя.
Группа пушек 5 батарей через 60 м {nd — 300 м). время отражения 2.1 с, эффективная скорое ib для первичного отражения 4300 м с
Удаление, м
С ненаправленным излучением
С наиравлешилм излучением
А/, мс
Уо.64> Гц
Уо.з* Гц
Уо*
Гц
Аг 14, мс
Jo.f4' Гц
/о,3’ Гц
Уо*
Гц
200
1,55
324
486
647
-12,46
40
60
80
350
2.70
185
278
370
-11,30
44
66
89
500
3.86
130
195
259
-10,14
49
74
99
650
5,01
100
150
200
-8,99
56
83
111
800
6,16
81
122
162
-7,84
64
96
128
950
7,30
69
103
137
6,70
75
112
149
1100
8.44
59
89
119
-5,57
90
135
180
1250
9.57
52
78
105
-4.44
113
169
226
1400
10.69
47
70
94
-3.31
160
226
302
1550
11.80
42
64
85
-2.20
227
341
455
1700
12.91
39
58
78
-1,09
457
686
914
1850
14,00
36
54
71
0,00
ОО
ОО
ОО
2000
15,09
33
50
66
1,09
461
691
922
2150
16,16
31
46
62
2,16
232
348
463
2300
17,22
29
44
58
3,22
155
233
311
2450
18,27
27
41
55
4,27
117
176
234
2600
19,30
26
39
52
5,30
94
142
189
2750
20,32
25
37
49
6,32
79
119
158
2900
21,33
23
35
47
7,33
68
102
136
3050
22,32
22
34
45
8,32
60
90
120
3200
23,30
22
32
43
9,30
54
81
108
3350
24,26
21
31
41
10.26
49
73
98
3500
25,21
20
30
40
11,21
45
67
89
3650
26,14
19
29
38
12,14
41
62
82
Всего
342,88
6,88
Среднее
14,29
0,29
возбуждения батарей пушек или изменения глубины их погружения либо за счет сочетания юю и другого параметров. В табл. 8.3 указаны и новые приращения времени, а также новые значения граничных частот, на которых амплитудный отклик спадает до 64, 30 и 0%. Из таблицы видно, что задержка па 14 мс увеличивает высокочастотный отклик в середине косы и по всей ее длине. Однако эт о не дает нам количественного ответа в отношении отклика па частоте 55 Гц. Отклик для частоты 55 Гц можно рассчитать, используя приближение (sin 0)/9, где 9 = 55 (Д/)я рад.
В табл. 8.4 приведены результат расчетов для задержки 14 мс и без нее. Средний относительной отклик составляет 0,303 без управления
Таблица 8.4. Относительный отклик для первичного отражения на частоте 55 Гц при использовании длинной i руппы пушек.
Группа пушек 5 батарей через 60 м (nd = 300 м), время отражения 2,1 с, эффективная скорость для первичного отражения 4300 м/с
Удаление, м
С ненаправленным излучением
С направленным излучением
Az, мс
(sin 0)/0
А/ — 14, мс
(sin 0)/0
200
1,55
0,988
-12,46
0,388
350
2,70
0,964
-11,30
0,475
500
3,86
0,928
-10,14
0,561
650
5,01
0,880
-8,99
0,644
800
6,16
0,822
-7,84
0,721
950
7,30
0,755
-6,70
0,791
1100
8,44
0,682
-5,57
0,853
1250
9,57
0,603
-4,44
0,905
1400
10,69
0,521
-3,31
0,946
1550
11,80
0,438
-2,20
0,976
1700
12,91
0,354
-1,09
0,994
1850
14,00
0,273
0,00
1,000
2000
15,09
0,196
1,09
0,994
2150
16,16
0,123
2,16
0,977
2300
17,22
0,056
3,22
0,949
2450
18,27
-0,005
4,27
0,912
2600
19,30
-0,058
5,30
0,866
2750
20,32
-0,103
6,32
0,813
2900
21,33
-0,140
7,33
0,753
3050
22,32
-0,170
8,32
0,695
3200
23,30
-0,192
9,30
0,622
3350
24,26
-0,207
10,26
0,553
3500
25,26
-0,215
11,21
0,482
3650
26,14
-0,217
12,44
0,412
Всего
7,276
18,282
Среднее
0,303
0,762
направленностью и 0,762 при управлении направленностью. Улучшение явное. На рис. 8.7 показаны кривые относительного отклика для 55-Гц компоненты первичного отражения в зависимости от удаления как для случая управления излучением, гак и без него. Если запись целевого отражения на частоте 55 Гц действительно необходима, то управление излучением длинной группы пушек целесообразно.
Всегда ли так уж необходимо управлять излучением при фланговых наблюдениях на суше пли па море? Как обычно, есть и плюсы, и минусы. Минусы в том, что, управляя излучением, мы нс сможем одновременно подавлять кратные отражения. На рис. 8.8 показана относительная характеристика для компоненты первичного отражения с частотой 20 Гц • при регулировании направления излучения и без него. Видно, что
Рис. 8.7. Пример относительною отклика на компоненту о!ражсния с частотой 55 Гц при использовании 300-м группы пушек с направленным и ненаправленным излучением. Время целевою отражения 2,1 с, эффективная скорость 4300 м/с. Без управления излучением средний относительный отклик равен лишь 0,303. Управление излучением поднимает его до 0,762. Заметим, что управление излучением позволяв! сместить максимальный отклик от ближнего конца косы к ее середине.
Рис. 8.8. Пример относительною отклика на компоненту первичного и многократною отражения с частотой 20 Гц при использовании 300-м группы пушек с управлением и без управления излучением. Условия те же, что и для рис. 8.7. При ненаправленном излучении средний относительный отклик для первичного отражения равен 0,84. Управление излучением поднимает этот отклик до 0,97. Средний относительный отклик для кратного отражения равен 0,165 при ненаправленном излучении и возрастает до значения 0,35 при управлении излучением.
направленность излучения несколько помогает, но улучшение на такой низкой частоте не сюль уж существенно. Здесь же показан относительный отклик для 20-Гц компоненты кратного отражения. Кратное отражение па этой частоте оказывается ослабленным вдвое как при управлении излучением, так и без него. В этом случае автор склонен рассматривать управление излучением как способ сохранения высокочастотных компонент первичного целевою отражения, оставляя решение проблемы кратных отражений на этап обработки. Если же подавление кратных остается основной задачей и если при этом можно довольствоваться слабо разрешенными данными, го автор не стал бы занимался pei улировкой направленности излучения или же применил бы его в вариаше малых временных задержек для более «мя1кой» регулировки излучения и по возможности лучше! о ослабления кратных волн.
Как в нашем примере рассчитать временную задержку для требуемого направления излучения? Прежде всего, нет необходимое! и в полной величине задержки 14 мс. Эта величина определена для всей длины группы из множества равноотстоящих источников. Аппроксимируем реальную i руппу группой длиной 240 м, состоящей из 5 элементов с интервалами между ними 60 м, т. е. группой с эффективной длиной (базой) 300 м. Необходимая полная задержка состава! (4/5)14 мс = = 11,2 мс. Предположим, что можно обеспечить задержку возбуждения смежных батарей в 2 мс. Это создаст задержку в 8 мс. Оставшиеся 3,2 мс можно обеспечить за счет разной глубины погружения групп пушек. Необходимая для этою разность iлубин составит 0,0032 с х х 1500 м/с = 4,8 м. Если потрузить дальнюю о г судна батарею на 6,5 м,
Рис. 8.9. Реализация управления излучением на примере использования переменных глубин и переменного времени возбуждения групп пушек. Показан один из способов достижения результатов, представленных на рис. 8.7 и 8.8. Переменные глубины групп пушек благоприятны для уменьшения уровня провалов и пиков в спектре сигнала, обусловленных влиянием спутников, связанных с источниками.
то остальные батареи можно опустить последовательно на глубины 7,7; 8,9; 10,1 и 11,3 м. Тогда первые провалы характеристик при наличии волн-спутников от индивидуальных 1 руин пушек будут приходиться на частоты 115, 97, 84, 74 и 66,4 Гц. Эти вариации частот провалов существенно снизят уровни провалов и пиков в спектре суммарного импульса, возникающих из-за присутствия волн-спутников от неточников. Система излучения показана на рис. 8.9.
Можно предложить альтернативную систему, в которой осуществляются задержки между соседними группами пушек только в 1 мс, а остаток временною сдвига (7,2 мс) обеспечивается за счет разной тлубины потружепия пушек. Максимальная необходимая разность глубин составит 0,0072 с х 1500 м/с = 10,8 м. Если и в этом случае принять минимальную глубину погружения самой дальней батареи 6,5 м, то ближняя к корме батарея окажется на тлубине 17,3 м. Поскольку пушки на глубине менее 6 м работают плохо, а потружение па 17 м трудно осуществимо, то этот вариант системы излучения неприемлем. Для него провалы характеристик при наличии волн-спутников от индивидуальных батарей оказываются на частотах 115, 82, 63, 51 и 43 Гц. Спектр результирующего импульса источника должен иметь слабо выраженные провалы и пики, вызванные волиамитспут пиками. (Способы подавления волн-спутников подробно изложены в гл. 9.)
Производство морских работ
Мы начали эту главу с рассмотрения глубин погружения пушек и гидрофонов. Эти глубины должны быть практически осуществимы для работы. Нужно знать, будет ли встречено мелководье, даже если это может быть только в местах разворота при выходе на профиль или изменения курса при переходе на следующий профиль. Следует помнить, что с длинной косой за кормой приходится делать широкие плавные развороты, и заранее убедиться в отсутствии препятствий, которые выступают со дна и которые мотут повредить косы или батареи пушек, если они погружены слишком глубоко.
При работе на очень мелких участках можно применять утяжеленную косу, лежащую на дне. На мелководье и па болотах шютда используют сухопутные приемники, проталкивая их сквозь мягкие осадки до более плотных отложений, а пушки при этом помещают непосредственно в толщу мятких осадков.
Отдельные пушки должны возбуждаться одновременно с допустимым разбросом 1 мс (за исключением преднамеренных задержек или опережений при направленном излучении). Для этою требуется иметь датчики момента возбуждения и специальную аппара гуру для контроля за моментами возбуждения каждой пушки и величиной опережений или задержек импульса возбуждения в соответствии со спецификацией. Разумеется, допуски точности моментов возбуждения пушек ослаб-
ляются при низкочастотной разведке малого разрешения. Однако исполнитель работ должен быть готов обеспечить эти требования точности.
Необходимо оцепить заранее минимальное число «мертвых» пушек, при котором еще возможно получение качественных записей. Если это число лишь немиою превышает нормальный предел на коротком участке профиля, то в отдельных случаях можно дать разрешение завершить этот участок профиля до устранения неисправности батарей. В настроенной труппе воздушных пушек пли в нескольких отдельно настроенных батареях выход из строя даже одной пушки нарушает точно подобранную форму импульса. Тем не менее, устанавливая допустимый предел числа «мертвых» пушек, следует считаться и с практическими соображениями.
При морской сейсморазведке оказывается весьма эффективной и часто применяется деконволюция по форме сигнала. Для нее необходимо располагать записью формы импульса, возбуждаемою в воде группой пушек. В идеале такие измерения следует проводить посредством откалиброванного высокоточного тидрофона, опускаемого на глубину более 100 м на участке, тде дно моря глубже 300 м [2, 3].
Необходимо точно предусмотреть состояние моря и скорость судна, при которых возможно получение записей (обычно 4,5-5,5 узлов, т.е. 8,3 10,2 км/ч).
Навигация должна быть тщательно заранее спланирована и профили нанесены на карту еще до начала сейсморазведочных работ. Следует установить допуски отклонений судна и хвостового буя косы относительно планового положения профилей. Далеко в морс нет опознавательных знаков. Нет смысла искать месторождения по данным сейсморазведки, если невозможно вернуться к пройденным профилям. Навигационные данные должны быть точными и полными; их нужно непрерывно наносить на карту и сравнивать с проектной каргой. Карга пройденных профилей должна учитывать положение косы относительно судна. Навигация является высоко специализированной отраслью знаний. рассмотрение которой лежит вне рамок этой киши. Как правило, геофизик-полевик обсуждает навигационные проблемы со специалистами п полагается на заключение этих специалистов в обеспечении должного контроля за навигацией и положением профилей. Требуемая точность навигации зависит от вида съемки. Для региональных профилей на ранней стадии разведки допуски не столь жесткие, как при плотной трехмерной сьемке, проводимой с целью определения деталей складчатой! и разрывной тектоники на участке со сложным геологическим строением. Точная информация об относительном расположении приемников и источников имеет особое значение при трехмерной сьемке. Она особенно важна при сильных боковых течениях, что заставляет применять специальные средства для получения необходимых данных.
Перед началом бурения морских скважин часто бывает необходимо
детально изучить сейсморазведкой морское дно и придонные осадки. При этом особенно важно обнаружить присутствие свободного газа, скопления которого могут представлять опасность при бурении. Здесь желательно иметь высокоразрешенные данные (гл. 6), которые могут быть обработаны по программам сохранения относительных амплитуд. Соответствующие представления описываются в начале гл. 15.
Литература
Larner К., Chambers R., Yang М., Lynn W. and IKzz VV. Coherent noise in marine seismic data. Geophysics, 48, 854 884, 1983.
Fricke J. R., Davis J. M. and Reed D. N. A standard quantitative calibration procedure for marine seismic sources. Geophysics, 50, 1525 1532, 1985.
Reed D. N., Selsam R. L. and Knox A. E. SEG standards for marine seismic hydrophones and streamer cables. Geophysics, 52, 242-248.
9Сейсмопартиясо взрывными источниками
В этой ишве описываются работы сейсмических партий, использующих взрывные источники и способы подавления волн-спутников (отражений от границ выше заряда). Рассматривается также группирование взрывов в мелких скважинах.
Применение взрывчатых веществ (ВВ)
Применение В В при любых видах работ требует соблюдения особых мер безопасности для персонала и населения. Помимо этою должны быть приняты строгие меры, препятствующие хищениям взрывчатки (которая в дальнейшем может использоваться для преступной деятельности). Дело не только в безопасности проведения самих работ, по и в соблюдении всех норм и правил перевозки, хранения и использования ВВ.
Для возбуждения взрывов применяют электродетонаторы. Очень важно использовать высококачественные детонаторы с короткой и постоянной задержкой времени между взрывом и детонацией. В идеале задержка должна быть равна нулю. В практике автора был случай, когда партия успешно работала по контракту в течение нескольких месяцев, пока не было обнаружено, что некоторые детонаторы из недавно полученной упаковки имели переменную задержку в пределах 3 5 мс. Эю, конечно, было признано недопустимым, и партия была вынуждена затратить один рабочий день на повторение участка профиля, где использовались детонаторы из этой упаковки. Необходимо применять детонаторы только надежных марок и типа и обеспечить их регулярную поставку.
Малократные перекрытия
Часто становится слишком дорого работать с короткими взрывными интервалами, равными интервалам между группами приемников, особенно когда необходимо производить взрывы в тлубоких скважинах. Приходится соглашаться с меньшей кратностью перекрытий и переходить на взрывные интервалы, кратные интервалам группирования. Удастся ли при этом сохранить необходимую однородную дискретность
точек отражений в каждой выборке по ОСТ? Казалось бы, если сделать приемные группы равными ио эффективной длине двойному интервалу группирования, то можно досгичь той же сюпсни дискретности данных, если при этом положить взрывной интервал равным двойному интервалу группирования (тогда максимальная кратность перекрытия уменьшится вдвое). Однако такое решение нс совсем удачно, хотя у него есть некоторые положительные стороны. Вначале рассмотрим вынос нечетного числа трасс, образуемый при размещении пунктов взрыва поочередно па пикетах центров групп (пикетах трасс), а не посередине между ними.
Когда я только приступил к анализу этого случая, мне казался удачным вариант, при котором взрывной интервал равен удвоенному интервалу группирования. Удаления передней и задней кос действительно чередуются в первой рассмотренной выборке ОСТ, и казалось, что приемные группы удвоенной длины обеспечивают желаемую однородную дискретность точек отражений в каждой выборке. Однако после проверки второй выборки ОСТ я убедился, что удаления передних и задних кос повторяю гея, но не чередуются, и зю создает пропуски в удалениях выборок по ОСТ. Для выборок, относящихся к повт оряс- мым, а не чередующимся удалениям, группы двойной длины нс обеспечивают желаемого однородного представления помех о г ист очника. Уместными могли бы оказаться группы учетверенной длины, по в большинстве случаев столь большая база нежелательна.
Рис. 9.1 поясняет приведенные выше соображения для случая 24-канальной станции с симметричной расстановкой и выносом из пяти трасс. Различные выборки по ОСТ состоят из четырех наборов по шесть трасс, которые далее повторяются по профилю. Номера шест трасс в этих четырех выборках и дистанции удалении (выраженные в интервалах группирования) указаны в табл. 9.1.
Из табл. 9.1 видно, что удаления в четных выборках чередуются, тогда как удаления нечетных выборок дублирую гея. Предположим, что число перекрытий уменьшено вдвое, а база гцлюмпой группы равна удвоенному интервалу между ценз рами групп. Если вывести временной разце^, лепппьзуя только четные выборки, то подавление помех* должно быть превосходным.. Но разрез, представленный толькоГнс- четными выборками, может оказаться перегружен помехами источника^
Если суммы нечетных выборок перегружены помехой, можно ли убрать ее обработкой? Например, предположим, что зашумленные трассы 3 и 5 использованы для получения путем интерполяции зашумленной трассы 4. Далее представим себе, что произведено вычитание слабо зашумленной измеренной трассы 4 из интерполированной зашумленной трассы 4. Таким способом можно определить поле когерентной помехи источника для всех четных трасс. Возможно ли тогда /оцетшть поле помехи для нечетных трасс и вычесть полученную таким
Положения трасс —♦>
И130И130ОО—ООО0—0ООО О 24ОО—ООО0—0ООО О 24
И130
И130
ОО—ООО0—0ООО О 24
ОО—ООО0—0ООО О 24
13°о о—о — ооО—-О ОООО 24
О®12X13° °°° ° 0 — 0 — о—э о — оо 24
01201213°—°—°—°—°13°—°—°—°—°о — о—о о О О о 24о — о—о о О О о 24
012
012
13°—°—°—°—°
13°—°—°—°—°
о — о—о о О О о 24
о — о—о о О О о 24
о оО—о12- о—о—о о—оо оО—о12- о—о—о о—о-13°—°°—° ~°°°0—0—о О о 24 X 13°О О—о — о о — оо0—0 О024-13°—°°—° ~°°°0—0—о О о 24 X 13°О О—о — о о — оо0—0 О024530—ооОО—0—0О — О — ОО — О 24530—ооОО—0—0О — О — ОО — О 240 — 0оО О ОО ООО О о120 — 0оО О ОО ООО О о12
о оО—о12- о—о—о о—о
о оО—о12- о—о—о о—о
-13°—°°—° ~°°°0—0—о О о 24 X 13°О О—о — о о — оо0—0 О024
-13°—°°—° ~°°°0—0—о О о 24 X 13°О О—о — о о — оо0—0 О024
530—ооОО—0—0О — О — ОО — О 24
530—ооОО—0—0О — О — ОО — О 24
0 — 0оО О ОО ООО О о12
0 — 0оО О ОО ООО О о12
оОО оО О—ООО0 — 01 234 567 89 10 11оОО оО О—ООО0 — 01 234 567 89 10 11СМ см СП ^ <л соX 5см осо to V см*СМ см СП ^ <л соX 5см осо to V см*1211—1<—L—*13о-Оо ОО—О — О—О—О — О Оо 24|14 15 16 17 18 19 20 21 22 23„1I Номера трассПункт взрыва।I1211—1<—L—*13о-Оо ОО—О — О—О—О — О Оо 24|14 15 16 17 18 19 20 21 22 23„1I Номера трассПункт взрыва।I• -12 х 1312X 132412X 13112х 13• -12 х 1312X 132412X 13112х 1324• • • -2424• • • -24II х Пункг взрываI о Пункт приема• Средняя точкаI (приближенно | точка отражения)II х Пункг взрываI о Пункт приема• Средняя точкаI (приближенно | точка отражения)
оОО оО О—ООО0 — 0
1 234 567 89 10 11
оОО оО О—ООО0 — 0
1 234 567 89 10 11
СМ см СП ^ <л со
X 5см о
со to V см*
СМ см СП ^ <л со
X 5см о
со to V см*
1211—1<—L—*13о-Оо ОО—О — О—О—О — О Оо 24
|14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
„1I Номера трасс
Пункт взрыва।
I
1211—1<—L—*13о-Оо ОО—О — О—О—О — О Оо 24
|14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
„1I Номера трасс
Пункт взрыва।
I
• -12 х 13
12X 1324
12X 13
112х 13
• -12 х 13
12X 1324
12X 13
112х 13
24
• • • -24
24
• • • -24
I
I х Пункг взрыва
I о Пункт приема
• Средняя точка
I (приближенно | точка отражения)
I
I х Пункг взрыва
I о Пункт приема
• Средняя точка
I (приближенно | точка отражения)
112х 1324
1111ЧЧ12 и 13• • • -12 * 13- • • •12и 1312 и 13• • • -12 * 13- • • •12и 13242424 I• • • • 2424 I• • • • 24оосоо8см (DВыборки ОСТУдаления (в интервалахгруппирования)XX1 5.9 и 16.20 246. 6 10. Ю. 14.14оСП2.6. 10 и 13.17. 213. 5. 7. 9. 11 13Ю*3. 7 11 и 14. 18. 224. 4. 8. 8, 12 12со*-4.8. 12 и 15. 19.233 5. 7. 9. 11 13соо8см (DВыборки ОСТУдаления (в интервалахгруппирования)XX1 5.9 и 16.20 246. 6 10. Ю. 14.14оСП2.6. 10 и 13.17. 213. 5. 7. 9. 11 13Ю*3. 7 11 и 14. 18. 224. 4. 8. 8, 12 12со*-4.8. 12 и 15. 19.233 5. 7. 9. 11 13Глубинные точки отраженияГлубинные точки отражениясмсмсмсмсососм смсм смX а 3X а 3
1
1
1
1
Ч
Ч
12 и 13
• • • -12 * 13- • • •
12и 13
12 и 13
• • • -12 * 13- • • •
12и 13
24
24
24 I
• • • • 24
24 I
• • • • 24
о
о
со
о
8
см (D
Выборки ОСТ
Удаления (в интервалах
группирования)
X
X
1 5.9 и 16.20 24
6. 6 10. Ю. 14.14
о
СП
2.6. 10 и 13.17. 21
3. 5. 7. 9. 11 13
Ю*
3. 7 11 и 14. 18. 22
4. 4. 8. 8, 12 12
со
*-
4.8. 12 и 15. 19.23
3 5. 7. 9. 11 13
со
о
8
см (D
Выборки ОСТ
Удаления (в интервалах
группирования)
X
X
1 5.9 и 16.20 24
6. 6 10. Ю. 14.14
о
СП
2.6. 10 и 13.17. 21
3. 5. 7. 9. 11 13
Ю*
3. 7 11 и 14. 18. 22
4. 4. 8. 8, 12 12
со
*-
4.8. 12 и 15. 19.23
3 5. 7. 9. 11 13
Глубинные точки отражения
Глубинные точки отражения
см
см
см
см
со
со
см см
см см
X а 3
X а 3
Рис. 9.1. Выборки ОСТ с выносом нечетной трассы, когда взрывной интервал равен удвоенному интервалу 1рупцирования приемников. Если нужно иметь только половину максимального числа перекрытий ОСТ (из-за тою, что взрывной интервал равен удвоенному интервалу группирования приемников), следует применять приемные группы с базой, равной учетверенному ишервалу группирования, и с выносом нечешой трассы для получения суммо> руппы.
Таблица 9.L Номера трасс и удаления в тех выборках трасс, где взрывной интервал равен двойному интервалу группирования. Вынос равен нечетному числу трасс
Выборка
ТрассыУдаления, выраженные в ин-
гервалах цианирования (с изменением последовательности)
Первая Вюрая Третья Четвертая Пятая
5,9 и 16, 20, 246,6,10, 10, 14, 14
6,10 и 13, 17, 213,5,7, 9, 11, 13
7,11 и 14, 18, 224,4,8, 8, 12, 12
8,12 и 15, 19, 233,5,7, 9, 11, 13
1,5,9 и 16, 20, 246,6,10, 10, 14, 14
(Пятая выборка повюряет первую, и т.д.)
Таблица 9.2. Номера трасс и удаления в тех выборках, где взрывной интервал равен удвоенному интервалу группирования. Вынос равен четному числу ipacc
Выборка
ТрассыУдаления, выраженные в ин
тервалах группирования (с изменением последовагслыю- сти)
Первая Вторая Тре I ья Че i верная Пятая
7,112,5;5,5;6,5
8.123,5;4,5;7,5
5,93,5;4,5;7,5
6,К)2,5;5,5;6,5
7,112,5;5,5;6,5
(Пятая выборка новюряет первую, и т.д.)
образом помеху из каждой измеренной нечетной трассы? Бы 1ь может, кому-нибудь это покажется попыткой поднять себя за шнурки собственных ботинок-зависит от тою, как на это посмотреть. Иногда удается достичь лучшею результата простой интерполяцией нечетных трасс, используя смежные четные трассы. В худшем случае приходится довольствоваться временным разрезом из выборок с четными номерами. В гаком представлении получится максимум перекрытий ОСТ ио имеющимся данным. Однако будут потеряны горизонтальная разре- шенность н избыючность данных, содержащихся в другой половине трасс.
Теперь рассмотрим запись с выносом, равным четному числу трасс, при взрывном интервале, равном удвоенному интервалу между центрами ipynn приемников. Обратимся к рис. 2.3 и представим себе, что пропущены пункты взрыва В, D, F, Н, J и т.д., а взрывы произведены в пунктах А, С, Е, G, I и т.д. В этом случае взрывной интервал оказывается равным двойному интервалу группирования. Первая выборка для накапливания по ОСТ будет состоять из трасс 3, 7 и 11. Номера трасс для нескольких первых выборок приведены в табл. 9.2.
Рассмотрим пары выборок: первую и вторую, третью и четвертую, пятую и шестую и т.д. Внутри каждой пары, как показано выше, удаления в передней и задней косах чередуются. Эти пары выборок включают все удаления, которые могли бы быть, если бы запись производилась с полным перекрытием и взрывной интервал был равен одному интервалу группирования. Поэтому для указанных выше пар выборок дискретность точек отражений однородна, если база группы равна целому числу интервалов группирования.
Однако важно отметить, что если опусти 1ь первую выборку и начинать брать пары со второй, т.с. вторую и третью, четвертую и пятую и т.д., то удаления в парах выборок будут повторяться, а не чередо-
ваться и дискретность окажется неоднородной. Поэтому, если в любых процедурах обработки вы используете нары смсжныхлыборок, следует особенно тщательно.-Подбирать эти пары. Одной из процедур .может быть первоначальное суммирование трасс. Требуемые суммы,включают в себя трассы в выборках юлько от одного пункта взрыва. Для выборки от каждого пункта взрыва можно просто суммировать трассы 1 и 2,
3 и 4, 5 и 6 и т.д. Это увеличивает эффективную длину групп
приемников, что иногда влечет за собой значительные потери высокочастотных компонент отражений от наклонных границ и отражений па больших удалениях. В другом крайнем случае можно довеет обработку
до окончательного накапливания и затем суммировать смежные выборки ОСТ, но при этом необходимо тщательно следить за тем, где именно мы начинаем суммирование пар накопленных трасс.
В качестве альтернативы можно суммировать пары выборок, произвести анализ скоростей и определить статические поправки, затем повторить анализ скоростей и после этого ввести кинематические поправки в индивидуальные трассы. Далее можно суммировать трассы и продолжать обработку. В эюм способе принимаются во внимание
указанные выше опасения относительно потерь высокочастотных компонент отражений. Дополнительно можно на каком-то этапе определить статические поправки по несуммированным данным, с тем чтобы ввести их до суммирования. Существует мпожссгво процедур обработки; выбор наилучшей зависит от характера данных и требований, налагаемых задачами разведки.
Итак, располагая данными, полученными указанным выше способом (с выносом, равггьгм четггому числу трасс), можно улучшить окончательный накопленный разрез. Можгго начинать с суммирования смежных трасс окончательно! о разреза. Если возникают сомнения в отношении выбора пар, опробуйте обе комбинации (т. е. 1 и 2, 3 гг 4 и т.д., гак же как 2 и 3, 4 и 5 гг т.д.) во избежание излишней коррелируемое г и разреза. Это позволит также оценить однородность представления помех в рассмотренном случае.
Единственным оггравдаггггсм для использования взрывного интервала, превышающего интервал группирования, является снижение стоггмостгг работ за счет уменьшения числа пунктов взрыва на километр профггля. Еслгг удвоить взрывной ггггтервал, то кратность перекрытий ОСТ можгго сохранить путем удвоения чггсла трасс на один взрыв. Это экономически выгодно, поскольку увеличение чггсла трасс обычно обходится дешевле, чем стоимость пропущенных взрывов. Но качество окончательных данных может оказаться ниже (если только нс применить группы с длиной, равной учетверенному ггггтервалу между центрами групп, гг вынос, равный нечетному чггслу трасс).
Глубокие взрывные скважины
Преимущества глубоких взрывных скважин состоят в ослаблении поверхностных волн и возможности применять большие заряды без ущерба для дневной поверхности. Кроме того, становится возможным измерять «вертикальное время» для определения статических поправок. Увеличение i дубины позволяет производить взрывы в связных и однородных породах, в которых возбуждается более устойчивый сейсмический импульс, мало меняющийся or одного пункта взрыва к другому. Одним из недостатков таких взрывов является их высокая стоимость, вторым-появление волн-спутников, возникающих вследствие отражения прямой волны, бегущей вверх, от подошвы зоны малых скорлст^й^ границы земля-воздух или от какой-либо другой границы, существующей выше источникад3ддёржка,вол^^ обычно меняется между пунктами взрыва из-за колебаний свойств ЗМС и глубины погружения заряда. При большом числе перекрытий ОСТ, когда накапливается множество выборок сигналов, влияние спутников становится слабее. Однако при сравнительно однородных поверхностных условиях и малых колебаниях глубины взрывов отражения, связанные со спутниками, накапливаются вместе с полезными отражениями волны, первоначально бегущей вниз.
В подобных условиях проблема спутников становится почти такой же, как при морских работах, только на суше спутники возбуждаются исключительно в области источника, но тте приемников. На суше глубина взрывов часто бывает значительно большей, чем погружение пушек н кос при нормальной работе на море. Поэтому временные задержки спутников на суше больше, чем па море. Так же, как и в случае морских работ, спутники па суше создают провалы в еггектрах глубинных отражений. После минимума па нулевой частоте возникает первый провал на частоте, для которой расстояние or источника до границы, гга 'которой образуется спутник, равно половипе^лшцддзрдиы (а время "пробега - половинепериод^ГДля этой частоты общий добавочный путь пробега равен полной длине волны (общее добавочное время равно полному периоду). Поскольку коэффициент отражения па упомянутой границе отрицателен, то спутниковое и первичное отражения оказываются не в фазе и могут погасить друг друга. Автор имел дело со случаями, когда па суше взаимное ослабление этих волн было почти полным. Это указывает па величину коэффициента отражения спутника, близкую к — 1, для частот первых провалов спектра. Было бы желательно, хотя бы частично, стараться поднимать эти глубокие провалы в спектрах, так чтобы соответствующие частоты отражений тте были потеряны. Это особенно важно для ст ратш рафических упражнений.
Одним из способов может быть такое целенаправленное систематическое варьирование глубины взрывов по мерс продвижения по профилю, при котором каждая выборка ОСТ будет содержать трассы,
Рис. 9.2. Годо1раф, полученный при сейсмокаротаже взрывной скважины в районе сильных волн-спутников. Разрез в интервале глубин 23-91 м почти однороден при скорости 1737 м/с.
записанные при разной глубине источника. (Можно было бы взрывать заряды па разной глубине в каждом пункте взрыва, но это дорого.) Можно использовать групповой источник с зарядами на разной глубине в расчете на подавление волн-спутников. При расчете следует учитывать двойной путь пробега спутника.
На рис. 9.2 показан реальный график зависимости «вертикального времени» от глубины взрывов, производившихся в интервале глубин 23-91 м. Он был получен на площади, где волны-спутники представляли серьезную проблему. Этот график удовлетворяет модели среды со скоростью 1737 м/с в указанном интервале глубин, выше которого в разрезе присутствуют один-два слоя с меньшими ско* ростями (что требуется для равенства пулю вертикального времени на нулевой глубине). Непосредственно на этой площади в спектрах отражений о г многих горизонтов отмечались глубокие и выдержанные провалы.
Импульс отражения на времени 1,1с отмечается отчетливым горбом, за которым следует впадина. Разность времен между этими двумя вступлениями возрастает с увеличением iлубины взрыва. Нет сомнения в том, что впадина это спутник указанною четкого юрба. На рис. 9.3 показана задержка фазы впадины относительно фазы горба в зависимости от глубины взрыва. Э1И данные уверенно подтверждают модель среды со скоростью 1737 м/с в интервале глубин взрывов. Они также указывают на то, что спутник образуется на глубине 7,6 м. На рис. 9.4 показана упрощенная модель строения среды для рассмотренного случая. Опираясь на эту модель, можно рассчитать частоты ожидаемых минимумов в спектрах отражений по формулам, приведенным для
Рис. 9.4. Упрощенная модель реальной среды для случая, когда влияние волн-спутников представляет серьезную проблему.Рис. 9.4. Упрощенная модель реальной среды для случая, когда влияние волн-спутников представляет серьезную проблему.
Рис. 9.4. Упрощенная модель реальной среды для случая, когда влияние волн-спутников представляет серьезную проблему.
Рис. 9.4. Упрощенная модель реальной среды для случая, когда влияние волн-спутников представляет серьезную проблему.
Рис. 9.3. Задержка волны-спутника как функция глубины взрыва. Задержка волны-спутника измеряется между горбом импульса первичного отражения на времени около 1,1 с и последующей впадиной, обусловленной спутником. При взрывах на глубинах менее 40 м впадина импульса спутника неуверенно отделялась от предшествующего горба первичного отражения. Скорость 1737 м/с хорошо совпадает с данными рис. 9.2.
условий моря (прил. В), заменив в них численное значение скорости 1524 на 1737 м/с. Приведем расчеты по этим модифицированным формулам:
1-й минимум J’mtn = (2///1737) = 869/А Гц,
где h расстояние от точки взрыва до траннцы, на которой образуема волна-спутник;
1-й максимум = 0,5(1/mln);
2-й минимум 2/mi„ = 2(
2-й максимум 2/m„ = 3(L/n,ax).
Если принят глубину границы образования сиу тика 7,5 м, то h в формулах будет меньше 7,5 м. Частоты ожидаемых провалов и пиков в спектрах при взрывах на разной глубине приведены в табл. 9.3.
Измеренные спектры в целом находятся в -сот ласин с данными табл. 9.3, особенно на низких частотах.
В рассматриваемом примере программа работ была ориен гиро- вана на стратшрафический анализ. Для этого требовались записи на частотах 80 Гц и выше. Длина волны-спутника (скорость, деленная на частоту) оценивалась величинами от 116 м на частоте 15 Гц до 22 м на частою 80 Гц. Необходимо было рассчитать конфигурацию источника для выборок ОСТ, при которой спутник в указанном диапазоне длин волн был бы подавлен. Если производить взрывы в шести точках с приращением глубины 7,5 м от 23 до 63 м, то произведение nd составит 6(2-7,5) = 90 м. (Не следует забыват, что приращение длины пробега спутника равно удвоенному приращению глубины.) В табл. 9.4 приведены частоты и сооюетствующие длины волн для провалов и пиков в спектре спутника. В этой же таблице указаны амплитуды ослабленного спутника в зависимости от длины волны спутника и суммарная амплитудная характеристика для первичного отражения со cnyi ником. (Принят наихудший случай равенства коэффициента отражения минус единице.)
На рис. 9.5 показаны кривые, иллюстрирующие подавление спутника таким т рушювым источником и суммарный отклик для первичного отражения с ослабленным спутником. Огибающая относительного суммарного отклика проведена до уровня 1 плюс-минус относительный отклик спутника. На очень больших длинах волн (низких частотах) отклик спутника отрицателен. Частоты, соответствующие различным длинам волн спутника, также указаны на рис. 9.5. Огибающая суммарною отклика изображена в растянутом масштабе, чтобы лучше проиллюстрировать, насколько хорошо поднимается уровень провалов спектра под влиянием группирования источника. В отбающей еще заметны провалы и пики, но они уже нс достигают прежних пределов около 0 или 2 соотвеютветшо. На рис. 9.5 отсутствуют значения длины волны менее 30,5 м, по самый коротковолновый провал перед первым
Таблица 9.3. Ожидаемые частот провалов и пиков (минимумов и максимумов) в спектрах
Глубина, м
Минимумы. ГцМаксимумы, Гц
Mmin2'milUmax2^mix
23
31
39
47
55
63
5711428,585,5
38761957
28,55714,342,8
22,54511,333,8
19389,528,5
16,332,68,224.5
Табшча 9.4. Подавление спутников повторными взрывами, произведенными на разной ।дубине (крайне неблагоприятный случай) и = 6 ючек взрыва;
d (двойное приращение глубины) = 2-7,5 м = 15 м; nd = 90,0 м
Провалы: длина волны, м, частота, Гц
Пики: длина волны, м, частота. Гц
Максимальная амплитуда спутника
Амплитуда от пбающей первичного отражения 4 сиутпик
91,4
0
1,00 (0 дБ)
19
61
0,25 (-12 дБ)
о г 0,75 до 1,25 (о г —2,5 до 1,94 дБ)
45,7
28,5
0
1,00 (0 дБ)
38
36,6
0,20 (-14 дБ)
от 0,80 до 1,20 (от -1,94 до 1,58 дБ)
30,5
47,5
0
1,00 (0 дБ)
57
26,1
0,20 (-14 дБ)
от 0,80 до 1,20 (oi — 1,94 до 1,58 дБ)
22,9
66,5
0
1,00 (0 дБ)
76
20,3
0,25 (-12 дБ)
от 0.75 до 1,25 (от —2.5 до 1,94 дБ)
18.3
85,5
0
1.00 (0 дБ)
95
15.2
1,00
от 0,00 до 2,00 (от —оо до 6,02 дБ)
114
Примечание/ Амшпп^лиая характеристика для первичного отражения плюс сну шик имеет свои провалы и пики в соответствии с расстоянием от точки взрыва до 1 ранииы образования спутника, и результирующая характеристика располагается внутри огибающей, определяемой данными этой таблицы. См. рис. 9.5.
нулевым пиком находится на длине волны 18 м, соответствующей частоте спутника 95 Гц. Подавление сиу тика вполне удовлетворительно на частотах oi 15 до 100 Гц и выше. Качество данных, полученных этим способом при 24-кратном перекрытии, оказалось превосход-
дБ
0
6
12 Г
18 -
24 -
30 U
6
2.0
О
-6
405
-12
5 ►• 5 о
0 255
х 1.25g 1 о £ о
0.75.x
30.54661769112218 3244
Длина волны, м
Рис. 9.5. Подавление волн-cnyi ников путем взрывания шссш зарядов на разных глубинах. Применение лого способа аналогично группированию источников для подавления помех, возбуждаемых источником. Для экономии времени и средств этот способ может применяться в разных пунктах взрыва до iex пор, пока в результирующем oiклике каждой выборки ОСТ еще заметен положительный эффект разных глубин взрывов. В этом примере суммарный отклик для первичного отражения с ослабленной волной-спутником меняется в диапазоне 75—125% для частотных компонент от 15 до 100 Гц. Приращение глубин равно 7,5 м, шпервальная скорость 1737 м/с.
иым. Каждая выборка ОСТ была представлена трассами, полученными от четырех взрывов, произведенных на каждой из указанных шести глубин.
Приведенный пример не служи! рекомендацией применяв столь сложную методику во всех случаях, koi да возникает проблема волн-cnyi ников. В зависимости от обстояшльств и необходимости можно ограничиться даже двумя хорошо выбранными глубинами взрывов. Кроме того, можно применить вертикальное группирование зарядов в одной и той же скважине, взрываемых либо отдельно (с перезарядкой?), либо с помощью детонирующего шнура и детонаторов замедленного действия, точно рассчитанных на определенные задержки взрывов. Каждый более глубокий заряд нужно взрывать в момент, когда волновой фронт от верхних зарядов достигав! нижних зарядов. Достичь такого счиласования задержек взрывов и интервалов между зарядами очень jрудно, и вся зга система расстраивается, koi да скорость в среде меняйся в пределах базы вертикальной i руппы. Эти трудности легко
преодолеть регулировкой задержек при обработке, используя рассмотренный выше способ взрывов на разных глубинах для каждой выборки ОСТ. При этом в качестве задержек служат данные вертикального времени, которые в дальнейшем улучшают, используя статистическую программу коррекции статических поправок. Для успешного применения алгоритма коррекции статических поправок качество данных должно быть достаточно высоким.
После того как мы убили и похоронили привидение-спутник, рассмотрим проблемы других помех, возникающих при взрывах в глубоких скважинах. Несмо1ря па высокую стоимость бурения, иногда приходная группироваю глубокие скважины для подавления помех источника. Расчет параметров в этих случаях производят так же, как и для труппирования поверхностных источников или взрывов в мелких скважинах.
Вспоминается разведка па очень сложной площади, где партия под моим руководством вначале провела опытное зондирование помех и па основе полученных данных выбрала продольную iруппу из трех 1лу- боких скважин и дополнительно группу приемников для наиболее эффективною подавления помех с измеренными параметрами. Это сочетание оказалось превосходным на участке опытов, но, когда мы переместились по профилю на несколько взрывных интервалов, что-то изменилось в верхней части разреза, и оно щало неэффективным. Сильные помехи отличались очень узкой полосой часто! и соответственно очень узким диапазоном длин волн. Изменением параметров группирования нам удалось создать провалы характеристики на этих длинах волн и достичь сильною подавления таких помех. Однако некоторое изменение их час ют, расширение час! отпой полосы или изменение скорости настолько сместили отдельные компоненты интенсивных помех в область других длин волн, чю подавление оказывалось уже довольно слабым. Необходимо было рассчитав параметры групп источников и приемников, обеспечивающие достаточно широкую полосу подавления, !ак чтобы сравнительно небольшие изменения свойств помех существенно не сказывались на эффективное!и их ослабления.
Одно из главных преимуществ взрывов в глубоких скважинах сосю- нт в возможности измерить вертикальное время и использовать э1у информацию для контроля статических поправок; эго позволяет не накапливав ошибки, которые могут повлиять на получаемые значения кажущихся региональных уиюв падения целевых горизонтов. Однако, чтобы воспользоваться этим преимуществом, скважины должны дощlira гь глубин, па коюрых 1 оологический разрез выдержан по профилю. Конечно, верхняя часть разреза вдоль сейсмическою профиля никогда
нс выдержана, а во многих случаях особенно изменчива ЗМС. Скорость продольных волн чувствшельна к изменениям сгепенн уплотнения и насыщенности поровою пространства флюидами. Эти свойспза особенно изменчивы в зоне выветривания. Если взрывные скважины не проникают глубже зоны выветривания (зоны резких изменений акустических свойств), ю иногда может возникнуть потребность в бурении более глубоких скважин и проведении сейсмокаро 1ажа для измерения градиентов скорости в верхней части разреза. В идеале такие скважины должны достигать вполне определенной границы раздела. Весьма полезными оказываются отражения oi эюй храницы, если их удается выделить на записях, которые получены при взрывах в более мелких скважинах, используемых при рядовых наблюдениях.
Легкие партии
В легких партиях обычно применяют взрывы па поверхности или вблизи границы земля-воздух. При этом использую!:
Малые заряды в 1 руинах мелких скважин.
Малые заряды, разложенные группами на поверхности.
Группы малых зарядов в воздухе, на небольшой высоте.
Линии детонирующего шнура (ЛДШ), уложенные плугом в землю и образующие групповой заряд.
Портативные пушки, щреляющпе болванками в землю.
Поверхностные пли приповерхностные источники обычно группируют для подавления поверхностных волн. Иногда возникает очень сильная воздушная волна и единственным выходом является достаточно большой вынос, при котором целевые отражения вступают раньше воздушной волны. Такие источники недопустимы в населенной местности. где они беспокоят население. Взрывы, производимые на поверхности или в воздухе, могут быть причиной пожаров, особенно если в упаковке зарядов применяется металлическая фольга. Однако многократные трупповые воздушные взрывы малых зарядов бывают вполне безопасными, почти не повреждают почву и даже небольшие деревья вблизи зарядов, если, как обычно, вес отдельною заряда нс превышает 0,5 кг. Как правило, поверхностные воздушные заряды соединяют детонирующим шнуром, который сам взрывается и детонирует заряды ВВ. Скорость детонации шнура около 7000 м/с, что можно использовать для задержки взрывов и создания веко юрой желаемой направленности излучения. При односторонней косе конечная скорость детонации благоприятна для направления излучения в сторону косы приблизительно под таким углом, при котором целевое отражение придет к середине косы. В большинстве случаев задержка нежелательна, и тогда достаточное количество деюнаторов размещают в необходимых местах большой группы зарядов так. чтобы задержка была минимальной и взрыв с достаточным приближением можно было считаю одновременным (т.е.
задержка должна быть мала по сравнению с периодом наиболее высокочастотного импульса целевого отражения).
Малые заряды (менее 0,5 кг) в мелких скважинах (1,5-3,0 м) во многих случаях дают превосходные результаты. Если скважины хорошо утрамбованы и укупорены, а заряд невелик, то воздушная волна бывает вполне умеренной и не причиняет особого беспокойства окружающему населению.
Обычно группы состоя-! из 4-12 скважин. Наиболее часто используют продольные линейные группы для ослабления помех, возбуждаемых нс!очником и распространяющихся вблизи поверхности вдоль профиля. В гл. 12 рассматривается применение площадных групп мелких скважин для решения некоторых задач.
Пушки, стреляющие болванками в грунт, могут быть подходящими источниками при малоглубинной сейсморазведке отраженными волнами (до 1 км) в условиях твердой почвы. Однако появление всего лишь деся!ка сантиметров рыхлою материала па поверхности резко снижает эффективность такого источника.
Легкгге партии, действующие в пересеченной и относительно труднодоступной местности, не должны слишком отягощать свою работу группированием большого числа приемников, которые приходится переносить, ставить и снова переносить. Даже если приемники переносит вертолет, их все равно приходится перетаскивать с места сброса в определенные точки профиля, устанавливать, снимать, собирать в местах зависания вертолета, складывать в мешок и прикреплять его к тросу. Но еще хуже ограничиваться малым т руппированием и получать неудовле г- ворителытые записи. Выполнение небольшого объема опытных работ обычно помотает разработать проект, который позволяет получать удовлетворительные данные при умеренных усилиях и приемлемых затратах.
Другой областью применения легких партий является заполнение данными таких участков профилей, которые недоступны для поверхностных источников или для бурения глубоких взрывных скважин. Мы постоянно содержали в рабочем состоянии портативное буровое и взрывное оборудование в вибросейсмических партиях. Записи взрывов в мелких скважинах делались посредством тех же приборов и сейсмических кос, что и при использовании вибрационного источника. Наши обработчики почти в каждом случае с большим успехом пользовались коррекцией фазовых и амплитудных спектров записей взрывов в скважинах, с тем чтобы достичь совпадения с данными, полученными способом Вибросейс. Таким образом мы получали два набора совместимых данных, которые можно было суммировать в выборках ОСТ. В результате локализовались участки сомнительных вибросейсмических данных (такие участки отмечались ыа разрезах как подозрительные). В гл. 17 эюг способ описывается подробнее (разд. 17.5).
10
Условия бездорожьяи трехмерные наблюдения
В эюй злаве рассмотрены наблюдения в условиях бездорожья, включая трехмерную съемку. Описываются способы одновременной записи от двух и более пунктов возбуждения.
Способы площадных перекрытий
Часто требуется получать отражения оз глубинных точек, которые расположены под дневной поверхпосзыо, недоступной для буровых агрегатов, вибраторов и т. п. В таких случаях иногда даже невозможно использовать легкие партии с портативным оборудованием для бурения мелких скважин и взрыва малых зарядов. В друз их случаях требуется получать данные по площади, а нс вдоль профилей, даже если расстояния между профилями всего лишь около сотни метров. На рис. 10.1 показана схема однократного площадного перекрытия, которые можно осуществить с помощью неподвижной косы, разложенной перпендикулярно линии источников. Для это1 о подходят участки пересечения дорог или же когда косу с приемниками возможно проложить через пастбище, посевы, лес, болото, а источники разместить вдоль дороги или тропы. Рис. 10.2 и 10.3 изображают близкую ситуацию, отличающуюся только прокладкой двух и более кос перпендикулярно линии источников, чем достигается многократное перекрытие части площади.
В некоторых случаях однократного или малократного перекрытия недостаточно для получения качест венных данных. Если средние точки близки, то возможно суммирование данных по скоплению этих точек для повышения качества данных путем ослабления помех, нерегулярным образом воздействующих в каждой зочке суммирования. Рис. 10.4 иллюстрирует возможные варианты суммирования. Конечно, попытки суммирования в слишком далеких друг оз друза точках могут оказаться безуспешными. Если есть основания полагать, что для данного вступления имеет место наклон границ в некотором направлении, то можно попытаться до суммирования вносить различные задержки, соответствующие различным наклонам. Мерой наклона можег служить вариант суммирования, при котором данное вступление выделяется наилучшим образом. Далее, можно проверить, совпадает ли определенный таким образом наклон с данными по соседним участкам суммирования.
о
о
о
Пункты взрыва
XXX
X
X
X
X
X
X
Пункты взрываххх
о
о
о
XXX о 111111
11111!
О 11111е
11!1|!
О 111111
А X
о
о
Центры трассо
о
о
Центры трассО
Рис. 10.1. Площадные наблюдения при сейсмокосе, перпендикулярной линии возбуждения. Однократная система. На э и последующих двух рисунках цифры указывают число перекрытий.
о
О
о
О
о
О
222222О222222222222О222222222222О222222XXX222222О222222222222О222222222222О1222222222222О222222222222О222222222222О222222XXX222222О222222222222О222222222222О1222222
222222
О
222222
222222
О
222222
222222
О
222222
XXX
222222
О
222222
222222
О
222222
222222
О
1222222
222222
О
222222
222222
О
222222
222222
О
222222
XXX
222222
О
222222
222222
О
222222
222222
О
1222222
1
1
1
1
t
1
X X X
1
1
1
1
1
2222’
О
22221
22221
О
22221
22221
О
22221
XXX
22221
О*
22221
22221
О
2222’
22221
О
22221
1
1
1
1
1
( Пункты взрыва XXX
1
1
1
1
1
1
О
О
О
О
Центры
О
О
Рис. 10.2. Многократная и однократная системы наблюдений с двумя косам^ перпендикулярными линии возбуждения. Перекрытия в основном двукратные, уменьшающиеся по краям до однократных.
10.2. Пример площадных наблюдений , с целью заложения глубокой скважины
Мы обнаружили небольшие аномалии на профиле, отработанной вдоль дорог методом Вибросейс. Было решено разбурить одну из этих аномалий, но прежде нужно было более надежно определить место заложения глубокой скважины. Аномалия была выделена вдоль дорогу ориентированной в широтном направлении, и находилась несколько западнее ограды, тянущейся с севера па юг. Мы получили разрешений устанавливать приемники вдоль ограды и перемещаться с вибраторов
ООО
ООО
ООО
XXXXXX23333333ООО 2333333323' 333333ООО 2333333323333333ООО 23333333X X X X23333333ООО 2333333323333333ООО 2333333323333333ООО 2333333323333333ООО 2333333323' 333333ООО 2333333323333333ООО 23333333X X X X23333333ООО 2333333323333333ООО 2333333323333333ООО 23333333333213332 13332 13332 13332 133321 Пункты взрываXXXXX3332133321333213332 13332 13332 1333213332 13332 13332 13332 133321 Пункты взрываXXXXX3332133321333213332 13332 13332 1
XXX
XXX
23333333
ООО 23333333
23' 333333
ООО 23333333
23333333
ООО 23333333
X X X X23333333
ООО 23333333
23333333
ООО 23333333
23333333
ООО 23333333
23333333
ООО 23333333
23' 333333
ООО 23333333
23333333
ООО 23333333
X X X X23333333
ООО 23333333
23333333
ООО 23333333
23333333
ООО 23333333
3
3
3
21
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
3
3
3
21 Пункты взрыва
X
X
XXX
3
3
3
21
3
3
3
21
3
3
3
21
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
3
3
3
21
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
3
3
3
21 Пункты взрыва
X
X
XXX
3
3
3
21
3
3
3
21
3
3
3
21
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
3
3
3
2 1
ООО
ООО
Центры трасс
г.ООО
Тис. 10.3. Многократная и однократная системы наблюдений с тремя косами, 'перпендикулярными линии возбуждения. Перекрытия по ОСТ преимущественно
трехкратные с уменьшением по краям до двукратных и однократных.&трехкратные с уменьшением по краям до двукратных и однократных.&
трехкратные с уменьшением по краям до двукратных и однократных.
&
трехкратные с уменьшением по краям до двукратных и однократных.
&
: н
Рис. 10.4. Возможное суммирование по близким глубинным точкам. Если Площадные записи зашумлены, то суммирование по близким глубинным точкам может улучшить качество данных. Цифры в кругах обозначают число суммируемых трасс п. Максимальные расстояния от центра кругов при п = 4, 5, 9, 12, 13, 21 соответственно равны: 0,707 s; 1,000s; 1,414s; 1,581s; 2,000 s; 2,236s (s-расстояние между глубинными точками).
Рис. 10.5. Девятиточечная сумма однократных данных. Однократные данные получены при размещении вибраторов вдоль дороги и косы перпендикулярно' дороге. Девятиточечное суммирование трасс для близких глубинных точег отражения обеспечило получение данных достаточно высокого качества ДЛ1 выбора места глубокой скважины. Марки времени через 10 мс.J
л
по дороге. Система наблюдений была аналогична изображенной справа] па рис. 10.1. Число точек приема составляло 60 при интервале груп^ пирования всего лишь 27 м. Коса длиной 791 м раскладывалась по, обе стороны дороги. Применялось 60 пунктов вибраций с интервала^ между ними также 27 м. Это позволило получить совокупноей; 60 х 60 = 3600 общих средних точек (для каждого отражающего горй зонта) с расстояниями между ними всего в 13,5 м. Представьте се^ группу из 60 х 60 элементов, состоящую из 60-канальных профилей в меридиональном направлении и 60 таких же профилей в широтном направлении. Однократное суммирование оказалось зашумленным. Мы
просуммировали соседние широтные профили группами по три и меридиональные профили группами по три. Это уменьшило совокупность L глубинных точек с 60 х 60 до 20 х 20. Суммирование по девять трасс, показанное на рис. 10.4, дало вполне удовлетворительный результат. На рис. 10.5 показаны три из двадцати меридиональных сечений после суммирования. Небольшое число точек вблизи середины все же несколь- ко зашумлено, так как записи были сделаны на очень малых удалениях. Составляя программу подобных работ, следует избегать расположения основной площади разведки вблизи пересечения линий приема и воз- буждения. Суммирование девяти трасс образует синтезированные глу- бинные точки через 40 м, а не через 13,5 м. Комбинации данных в любой сумме из девяти точек распределяются следующим образом:
Расстояние о г центра, м
Число трасс
Процент от обще! о
Процент по нарастанию
0
1
1М
И,1
13,5
4
44,5
55,5
19
4
44,5
100,0
0-19
9
100,0
Даже после суммирования девяти трасс плотность данных остается весьма высокой, тем более что площадь, занятая глубинными точками, представленными каждым суммированием, невелика. Если бы данные суммирования девяти трасс оказались неудовлетворительными, мы могли бы суммировать большее число смежных трасс. Например, можно применить 21-трассное суммирование. Тогда данные, образую- -щие любую из просуммированных трасс, будут распределяться следующим образом:
Расстояние от ценгра, м
Число трасс
Процент от общего
Процент но нарастанию
0
1
4,8
4,8
13,4
4
19,0
23,8
19
4
19,1
42,9
27
4
19,0
61,9
30
8
38,1
100,0
0-30
21
100,0
Суммирование 21 трассы может оказаться приемлемым, если это необходимо для достижения удовлетворительного результата.
В ходе записи данных группы приемников были ориентированы в направлении С-Ю (параллельно косе), а группы источников в па-
правлении В-3 (параллельно линии пунктов взрыва). Применялось продольное равномерное группирование 24-х приемников на базе 30,5 м. Группа источников была образована пятью неподвижными вибраторами, стоящими бампер к бамперу, что определяло базу 9 м. Такая комбинация азимутов групп приемников и источников обеспечивала некоторое ослабление поверхностных волн, приходящих под любым азимутом. Использовался логарифмический свип 20-120 Гц. Для подавления наводок от силовой линии электропередачи применялось специальное (нережекторное) устройство. Проводилось также полнократное зондирование с перемещающимся пунктом возбуждения (прил. Е) при вибраторах, перемещающихся рядом с косой вдоль ограды. Все записи были сделаны за один день. (Приемники и косы были установлены в предыдущей день после полудня.)
Многократное перекрытие по ОСТ вдоль профилей, проходящих в стороне от дорог и троп
Высокой степени перекрытия можно достичь на профилях, смещенных от линии источников, применяя в основном нормальный конвейерный способ. При этом косы могут быть разложены на значительном расстоянии от источников. Такой способ иллюстрирует рис. 10.6. Перекрытия по ОСТ образуются вдоль средней линии между линиями приема и возбуждения. При больших поперечных смещениях отпадает необходимость в центральном выносе. (В симметричной расстановке центры групп источников могут быть смещены на половину центров групп приемников, как это показано на схеме рис. 10.6, но это необязательно.)
Существенными недостатками больших поперечных удалений являются:
Эффективный диапазон удалений уменьшен, и различия в расстояниях весьма малы, если продольные удаления меньше, чем поперечное. Это влияет на эффективность подавления кратных отражений. Кроме того, труднее определять скорость суммирования. В тех районах, где кратные отражения не составляют проблемы и где скорости надежно определены по другим профилям (без больших поперечных смещении), эти недостатки несущественны.
Степень подавления помех группами приемников и источников существенно изменчива. Конечно, можно расставлять группы приекК ников под прямыми углами к косе и выдерживать ориентацию групп источников параллельно линии возбуждения. Или же можно делать площадное группирование приемников, например в форме звезды. Этот недостаток зависит от того, насколько серьезна проблема помех.
Пикеты приема ■■*
12345678оооооооо12345678оооооооо9101112131415161718192021
12345678
оооооооо
12345678
оооооооо
ООООООООООО ОО
сссссссссссс
аааааааааа а а b b b b b b b b b b b b
Средние точки (все на средней пинии)
хх ххххххххххххх ABCDEFGHI J К L М N О
Пункты взрыва **
Рис. 10.6. Схема способа ОСТ при большом поперечном смещении профиля. Иллюстрируется конвейерная методика 12-канальной записи при большом боковом выносе, в результате которого образуется перекрытие точек отражений вдоль линии, располагающейся на половине расстояния между линиями пунктов взрыва и точек приема (предполагается, что поперечного падения границы нет). При взрыве в точке А запись производят в точках 1-12 и получают отражения от точек, обозначенных буквой а. Аналогичным образом при взрыве в S-прием в точках 2-13, а при взрыве в С-прием в 3-14. Соответствующие точки отражений b и с лежат на той же линии, что и точки а, но для ясности они условно смещены в сторону. При больших поперечных смещениях нет необходимости в центральных выносах.
*—**1****—**1***0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0I Источник А Пункты взрыва -**-** '■* *И**№
*—**1***
*—**1***
0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0
Средние точки
Коса с группами приемников । оооооооооооооо
Средние точки
Источник В Пункты взрыва
Рис. 10.7. Конвейерная методика способа ОСТ с двумя комплектами источников: Оба комплекта источников перемещают вдоль параллельных дорог; косы Я приемники раскладывают вдоль средней линии между ними. В случае работы с вибраторами оба набора данных можно получать одновременно при соответ ствующем кодировании. В случае взрывных источников можно использовать две бригады взрывников для записи данных попеременно, в быстрой последователь* ности, из пунктов взрыва, расположенных на двух линиях. Затем коммутатор каналов переключают для записи следующих взрывов. '
Само по себе накапливание по ОСТ, по-видимому, менее эффективно для подавления помех.
Несмотря на указанные недостатки, эта методика находит успешное применение и во многих случаях оказывается экномически более выгодной, чем способы, применяемые при полном бездорожье. Ее преиму; щество состоит в том, что воздушная волна может приходить значительно позже целевых отражений. Рис. 10.7 иллюстрирует применений описанного способа в разделенной на участки местности. Приемная расстановка перемещается посередине участка, а источники-вдоль до* рог, по обе стороны от расстановки. В этом случае можно работай конвейерным способом и получать данные по двум профилям. Пр8 вибрационных источниках можно применить кодирование по прпзн^ полярности либо другое кодирование для одновременной записи одно| и той же приемной расстановкой волн от обеих лиши! возбуждена (рис. 10.8 и гл. 14). В простейшей системе свипы отличаются только полярностью, т. е. оба свипа с разверткой вверх (или вниз) представляй^ собой одинаковые функции частоты (линейные, логарифмические и т.д^ имеют одну и ту же полосу частот и одинаковые длительности. Ей^ одно требование состоит в приблизительном равенстве расстояний ОТ линии приема до линии возбуждения. Схема на рис. 10.7 удовлетворяя: этому требованию. Разумеется, необходимо большее число вибраторов чем при обычных наблюдениях вдоль одного профиля.§
Способ наблюдений, иллюстрируемый рис. 10.7, может быть лейО
Коса с группами приемниковооооооооооооооооооооо X
Средние точки
Вибраторы А ххххххххххххххххххххх А
Средние точки
2$
Средние точки
Вибраторы В ХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХХВ
Средние точки
2х
Средние точки
Вибраторы С ххххххххххххххххххххх С
Средние точки
ооооооооооооооооооооо Y
Коса с группами приемников Полярность свипов
Комплект
Комплект
Комплект
Номер
вибрато
вибрато
вибрато
свила
ров А
ров В
ров С
1
4
4
4*
2
4
—
4
3
4
4
4
4
4
—
4
,5
4
—
Г6
4
■*
v7
4
4
—
8
4
—
—
(Рис. 10.8. Геометрия и
кодирование при одновременной записи данных вдоль
шести линий средних точек с использованием трех комплектов вибраторов и двух
^ос. Вибраторы работают одновременно в соответствующих точках на линиях А, Я И С, а косы и приемники-на линиях X и Y. В результате получают шесть линий Данных, показанных рядами точек. Указанный способ кодирования обеспечивает лишь ограниченное разделение сигналов, что может оказаться недостаточным. Предлагаемая система приведена для обсуждения и, по-видимому, еще нуждается Я улучшении (см. текст), прежде чем дело дойдет до ее практического применения.
реализован при взрывном возбуждении в партиях, имеющих две брига- Й взрывников. В этом случае записи взрывов с обеих линий возбужде- шя производят попеременно в быстрой последовательности, но не Одновременно.
Трехмерная сейсморазведка
Трехмерной сейсморазведкой мы называем методику полевых работ' в пределах некоторой площади дневной поверхности, при которой обеспечивается трехмерная интерпретация данных (третьим измерением служит время или глубина). Трехмерная сейсморазведка значительной площади стоит очень дорого, но может быть предпринята по ряду причин, если только цель оправдывает стоимость. Во-первых, из-за сложности изучаемого геологического разреза бывает необходимо иметь высокую плотность данных на большой площади для надежной интерпретации. Во-вторых, могут встретиться обширные участки, ледоступ* ные для источников, так же как участки, где нет возможности установить’ и приемники. Проблема может осложняться наличием участков, покрЫ; тых водой, или же таких, па которых работа запрещена. Единственным решением в этих случаях бывают установка групп приемников там, где это возможно, и воздействие сейсмической энергией во всех достаточна близких местах, куда можно проникнуть с источниками. Часто затем приходится перемещать приемники на другой доступный участок в пределах площади разведки и снова возбуждать сейсмическую энергию в доступных, по возможности достаточно близких точках. .
Съемки такого рода бывают крайне специфичны и проектируются очень тщательно. Получить наглядную картину распределения ОСТ и кратности перекрытий помогает компьютер. В местах, где в пределах’ интересующей нас площади степень перекрытия недостаточна, следует посмотреть, можно ли увеличить кратность наблюдений. Необходимо также знать диапазон удалений для каждой глубинной точки и стре^ миться сделать его возможно большим для подавления многократных отражений. Использование одних только больших удалений не позво^ ляет записывать мелкие отражения. ,
При съемках больших площадей предпочтительны приемники, не. требующие подсоединения к косе. Существует несколько таких систем; в каждой их них применяется радиосвязь, по крайней мере для отметкй момента возбуждения. В некоторых системах данные записывают на кассетах и воспроизводят после извлечения кассет. В других системах, данные пересылают по радио в центральную систему. ,
Трехмерное картирование на больших площадях в условиях сложно' го геологического строения лучше всего проводить на море или на относительно открытой территории, где источники и приемники можно размещать практически в любой точке. В большинстве случаев целесообразно получать данные при относительно меньших интервалах между глубинными точками вдоль профилей, чем расстояния между профи' лями. Поэтому профили желательно прокладывать в направлении паде' ния или перпендикулярно линиям разломов, подлежащих картировав нию. Этим обеспечивается высокая плотность данных в том наиболее важном направлении, где изменения происходят наиболее резко. Проек'
10. Условия бездорожья и трехмерные наблюдения 195 тирование трехмерной сейсморазведки требует большого объема топографических работ для привязки пунктов приема и возбуждения. Те места, где были произведены вынужденные изменения первоначального плана полевых расстановок, следует тщательно документировать и точно привязывать к карте.
При морских работах часто бывает трудно определить точное относительное положение приемников и источников, что приводит к серьезному ухудшению качества трехмерных сейсмических сечений. Очень важно иметь эффективные средства контроля за положением буксируемой косы по всей ее длине. Одновременную запись па множестве профилей можно производить способом, аналогичным показанному на рис. 10.7, и результаты обычно бывают вполне удовлетворительными. На море или открытой территории суши расстояния между профилями -определяются требованиями разведки. Однако управлять согласованно Несколькими судами трудно, особенно при сильных течениях. На суше схема наблюдений, иллюстрируемая рис. 10.7, должна обеспечивать получение необходимых данных при достаточно густой сети подъездов й доступной местности между ними.
Не представляет труда предложить схему кодирования, позволяющую производить одновременную запись сигналов от трех комплектов вибраторов и последующее разделение трех наборов данных, записанных каждой группой приемников. Можно использовать также расста- йовку’с тремя источниками и двумя комплектами кос для одновременной записи на шести равноотстоящих профилях, как показано па рнс. 10.8. Однако трудности вызывает заметное различие уровней сигналов в косах из-за различия расстояний источник -приемник, и степень разделения сигналов может оказаться недостаточной для сортировки Записей. Однако при трех источниках такие различия в геометрии для глубоких горизонтов не столь существенны и сказываются главным образом на амплитудах помех и мелких отражений. Если путем обработки можно выделить сигнал глубокого отражения на фоне сильной помехи от ближнего источника, то примерно равное по амплитуде отражение от той же границы можно выделить и при другом, более удаленном источнике. Во всяком случае, стоит попробовать.
По схеме кодирования, иллюстрируемой рис. 10.8, записывается восемь свипов от каждого ПВ и каждый свин записывается о 1 дельно (т. е. суммирования не проводится). Затем меняется полярность выбранных свипов так, чтобы для сигнала, коюрый мы хотим декодировать, полярности всех свипов стали положительными. Например, для выделения сигналов от комплекта вибраторов В необходимо обратить полярность записей от свипов 2, 4, 6 и 8. Тогда после суммирования данных от этих восьми свипов получим желаемый сигнал. Заметим, что каждый из других сигналов представлен четырьмя свинами положительной полярности и четырьмя-отрицательной, так что сигналы от них взаимно ослабляются. Этот простой способ кодирования и декодирования не
всегда может оказаться удовлетворительным для записи на шести профилях от-трех вибраторов с двумя косами, но его можно уверенно применять для записи на двух профилях (рис. 10.7), а также в тех случаях, когда уровни полезных сигналов и помех от всех источников приблизительно одинаковы по амплитуде.
В гл. 14 описываются различные системы одновременной записи, включая более сложные кодирующие и декодирующие устройства, основанные на обращении полярности, фазовом сдвиге, свинах вверх и вниз, временном разделении частот свипов и т.п. Такие сложные системы обеспечивают более эффективное разделение одновременно записанных данных.
Если ни одна из кодирующих/декодирующих систем, приводимых в гл. 14, окажется неэффективной, то это послужит вызовом для будущих геофизиков, с тем чтобы они проявили изобретательность в поисках удовлетворительного решения. Возможным усовершенствованием простого кодирования полярности, иллюстрируемого рис. 10.8, является отдельное суммирование положительных свипов и отрицательных свипов данного кода. Затем до объединения положительных и отрицатель-- ных сумм находят веса воздействий, так чтобы для наибольших удалений энергия в области до первых вступлений (от ближайших источников) минимизировалась. Это должно улучшить разделение искомой записи от сигналов, возбуждаемых другими источниками. Другой способ состоит в том, что первоначально разделяют несколько сигналов и ищут минимум функции взаимной корреляции этих сигналов путем вычитания из нее различных небольших долей других сигналов. В настоящее время этот способ может показаться сомнительным или же практически неосуществимым. Если же он в принципе представляется возможным, хотя пока еще практически невозможным, то не исключено, что все же его удастся реализовать с помощью будущих компьютеров и способов обработки данных (включая искусственный интеллект?).
Проектирование и успешное проведение обширной трехмерной съемки-очень серьезная задача. Но главные проблемы заключены в обработке и интерпретации данных. Затрачены огромные усилия на разработку программных и аппаратурных средств для решения этих проблем. Со своей стороны полевики должны оказывать обработчикам и интерпретаторам всю возможную помощь, предоставляя нм данные^ наилучшим образом отвечающие их нуждам. Большую помощь оказьЙ вают наблюдения по выдержанной сети, при которой резко уменьшается необходимость в интерполящш. Создать по своему желанию сеть точе^ наблюдений часто бывает просто невозможно, но к этому нужн^ стремиться всеьш имеющимися средствами. ’
11
Крутые падения и сложноегеологическое строение
Главы 11-15 посвящены частным задачам разведки и практическим способам их решения. Рассмотрены условия крутопадающих границ и сложного геологического строения, а также возможные преимущества направленного излучения и больших удалений.
Лучи отраженных волн, углы излучения < и подхода сейсмической радиации
В этой главе затрагиваются вопросы методики картирования в условиях крутых границ и сложного геологического разреза. Рассматривается главным образом кажущееся падение в направлении, параллельном сейсмическому профилю. Волны, отраженные от крутопадающих гра- ниц, обычно подходят к дневной поверхности под значительными углами от вертикали. Однако на некотором удалении по восстанию влияния нормального приращения времени отражения и наклона границы взаимно компенсируются и лучи могут выходить почти по вертикали. Но в случае крутопадающих границ такая ситуация, как правило, Может иметь место за пределами обычно применяемых расстановок приемников. Даже при записи па очень больших удалениях могут возникнуть затруднения при корреляции данных в широком диапазоне расстояний от источника.
Обычно считают, что на участках ожидаемых крутых падений углы подхода отражений, измеряемые от вертикали, будут большими, а кажу- Нщеся длины волн-соответственно относительно невелики (гл 4). Поэтому во избежание наложения зеркальных частот приходится уменьшать интервалы пространственной дискретизации, т.е. уменьшать интервалы группирования и, следовательно, применять укороченные косы, если только вы не используете сейсмостапцию с очень большим числом каналов. В обычной системе наблюдений более короткие косы можно применять и при сравнительно большом числе каналов, так как отражения могут подходить под значительными углами от вертикали даже на .расстановку, расположенную по восстанию. Группы приемников должны быть короткими, иначе будут потеряны высокочастотные компоненты отражений.
з Крутопадающие границы обычно не прослеживаются на больших
расстояниях вдоль сейсмического профиля, поскольку они либо выходят па поверхность, либо погружаются на глубину за пределы времени записи. Если удается получить отражение от короткого участка круто-1 падающей границы, то соответствующая точка отражения находится где-то на глубине далеко в стороне от средней точки между источником; и приемником. Чтобы успешно закартировать крутопадающие границы/ нужно преодолеть множество трудностей.
На рис. 11.1-11.4 приведены схемы хода лучей для отражений от наклонных границ с различными углами падения. Для более наглядного' сравнения длин пробега показаны мнимые источники, мнимые и истинные лучи. Наклоны 15° (рис. 11.1 и 11.2) не создают больших трудностей, поскольку на удалениях, не превышающих глубину до границы в точке' отражения, лучи в направлении восстания близки к вертикальным. На рисунках показаны большие удаления, чем глубина отражающей границ цы. В таком случае еще можно применять довольно длинные группы приемников для подавления помех, распространяющихся вдоль расстановки в сторону восстания. Однако при длинных группах приемников* группы источников должны быть короткими, поскольку угол излучения I сейсмической радиации в сторону восстания может значительно отлп*. чаться от вертикали.
Рис. 11.2-11.4 выполнены в масштабе, уменьшенном вдвое по сравнению с масштабом рис. 11.1 (рис. 11.2 дан для сравнения со случаями, больших углов падения, показанными на рис. 11.3 и 11.4). Для больших углов падения границы и расстановок умеренной .щпшы углы подхода и излучения существенно отличаются от пулевых. Рис. 11.3 дан для угла падения границы 30°, а рис. 11.4-для угла 45°. На всех четырех рисунках показаны лучи от общих пунктов возбуждения. Заметим, что на рис. 11.3 (падение 30°) лучи на подходе (или при излучении) в точках А и В, расположенных по восстанию, для удалений Е и F почти вертикальны. Однако такие удаления, большие, чем глубины точек отражения, при стандартной методике наблюдений не применяются. При малых удалениях (точки С и D) лучи па подходе или излучении в точках А и В остаются близки к вертикальным. Поэтому при наклоне границы до 30° еще можно применять относительно длинные группы приемников в направлении восстания в сочетании с короткими группами источников. (На симметричной расстановке половина трасс окажется расположенной в сторону восстания с благоприятными углами подхода лучей, а другая половина трасс, ориентированных по падению, попадет в область неблагоприятных углов.)
Заметим, что при падении 45° (рис. 11.4) лучи на входе или выходе в сторону восстания значительно отличаются от вертикальных на обычно принятых удалениях и что они не очень круты даже на весьма больших удалениях. Рис. 11.5 аналогичен рис. 11.4, но отличается тем, что на нем показаны выборки ОСТ (а не ОПВ) для расстановки, длина которой сравнима с глубиной отражающей границы. Наклон границы
Рис. 11.1. Отражения от границы с наклоном 15°. Мнимые источники Л', В\ С\ D\ Е* и F' показаны для сравнения путей пробега. Из рисунка видно, что времена пробега отражений в направлении падения границы значительно больше, чем по восстанию, вследствие различия длин путей пробега. Например, путь АС значительно больше пути AD\ но путь С А' не сильно отличается от пути СВ*. Углы подхода и излучения для точек, расположенных по восстанию на сравнимых удалениях, меньше, чем по падению.
Рис. 11.2. Отражения от границы с наклоном 15° в уменьшенном вдвое масштабе.
Этот масштаб использован для удобства сравнения с рис. 11.3 и 11.4.
Рис. 11.3. Отражения от границы с наклоном 30°. На значительных удалениях, таких, как /Л, отражения по восстанию подходят к приемникам почти по вертикали. Это означает, что кажущаяся длина волны и кажущаяся скорость таких отражений весьма значительны.
Рис. 11.4. Лучи отражений от границы с наклоном 45° значительно отклоняются от вертикали даже для больших удалений по восстанию.
по-прежнему равен 45°. Для упрощения чертежа сделано допущение о том, что использован нечетный вынос, так что траектории лучей для передней и задней кос идентичны. (Каждый показанный луч относится как к передней, так и к задней косе в выборке ОСТ, и волна пробегает •в обоих направлениях.) Лучи, относящиеся к общей средней точке, не попадают в общую глубинную точку. Точки отражений при больших удалениях смещаются вверх по восстанию. Заметим, что углы подхода и излучения (измеряемые от вертикали) меняются от 31 до 59°, а значения соответствующих синусов-oi 0,51 до 0,86. Поэтому отражения от крутопадающей границы не обладают большой кажущейся длиной волны и потому сильно подавляются длинными группами приемников
Рис. 11.5. Выборки ОСТ отражений от границы с наклоном 45°. Лучи 1-1, 2-2,... ..., б-б соответствуют передней и задней косам (т.е. приемники установлены в направлении как восстания, так и падения относительно источника). Длина расстановки примерно равна глубине границы. Заметим, что трассы с общей средней точкой не имеют общей глубинной точки отражения. Вместо этого точки отражения лежат вдоль отрезка прямой. Точки отражения для наибольших удалений лежат выше по восстанию i раннцы, чем точки отражения для меньших удалений приемников.
или источников даже при наблюдении в и i ирону восстания. Заметим также, что для отражения от границы, падающей под углом 45°, средний угол отклонения лучей от вертикали составляет 45°.
Регулирование направленности излучения в поле и при обработке
Большие группы вибраторов или взрывов излучают энергию преимущественно вниз. Представим себе случай, когда необходимо направить излучение под некоторым углом к вертикали. Пусть на рис. 11.3 группе-
вой источник расположен в точке Е, а длинная группа приемников-в точке А. Требуется направить энергию не прямо вниз, а под углом 53° к вертикали в сторону восстания границы. Для иллюстрации способа регулируемой направленности рассмотрим пример в увеличенном масштабе. Представим себе источник протяженностью от Е до F. Луч ЕА* больше луча FA'. Чтобы волны, возбужденные в точках Е и Г, достигли точки А одновременно, взрыв в точке F должен быть несколько задержан относительно момента взрыва в точке Е. Запаздывание момента взрыва и регулируемая таким образом направленность излучения в поле могут обеспечивайся детонаторами с задержкой. Для этой же цели могут применять детонирующий шпур (ДШ), особенно удобный для регулирования направленности излучения обширных площадных групп. При работе с вибраторами начало свипа вибраторов, расположенных в сторону восстания, необходимо задерживать относительно вибратора, наиболее удаленного в сторону падения отражающих границ. Фирма Sercel недавно внедрила электронное устройство VE 416 для регулируемого вибрационного излучения.
Предположим, что в пашем распоряжении имеются детонаторы с задержкой 2 мс и мы намерены с их помощью направить излучение под некоторым углом. Какое расстояние выбрать между взрывными скважинами в группе? Пусть:
9-угол излучения относительно вертикали, направленной вниз, (/-расстояние между смежными скважинами,
И-эффективная скорость в разрезе до целевого горизонта.
Разность путей пробега от смежных скважин в направлении излучения равна JsinO, и соответствующая разность во времени составляет (t/sin9)/K (рис. 11.6). Если эту разность времен приравнять величине задержки отдельных детонаторов, т. е. 2 мс, то расстояние d будет определяться как
(/=0,002 7/sin 9.
Если принять скорость в среде равной 4572 м/с, расстояния для различных углов будут следующими:
Угол излучения, Расстояния при задержке
I рад.2 мс, м
10
53
20
27
30
18
40
14
50
12
60
11
Рис. 11.6. Регулирование направления излучения при задержке 2 мс между, взрывами в скважинах при скорости в среде 4572 м/с. Для данной задержки' и скорости угол излучения определяется расстояниями между взрывнымй скважинами.
Рис. 11.6 иллюстрирует параметры группы из пяти скважин при задерж* ках взрывов 2, 4, 6 и 8 мс.
Положим, что в случае, изображенном на рис. 11.3 (угол падения 306, скорость V = 4572 м/с), запись производят на большом удалении в пункте А при расположении большой группы источников в точке Е. С помощью детонаторов с задержкой и группового источника достаточной длины можно направить излучение под углом 53°, и тогда целевое отражение от отдельных зарядов придет в фазе по всей длине приемной группы. При этом будут ослаблены помехи источника с различными углами излучения и подхода. Промежутки между смежными скважинами в этом случае должны быть 11,5 м. Если использовать пять скважин, то произведение nd для подавления помех составит всего 57 м. Этого может оказаться недостаточно для полного подавления помех, возбуж* даемых источниками. Тогда можно либо увеличить число скважин, либо удвоить расстояния между шши до 23 м, удвоив при этом величину задержки взрывов соседних зарядов до 4 мс.
В пределах некоторого числа групп приемников, находящихся на профиле вблизи точки А, имеет место дифференциальный временной сдвиг за счет источника и в пределах групп приемников. Но этот сдвиг не
•столь велик, как разность времен, создаваемая групповым источником, возбуждаемым без необходимых временных задержек. Аналогично, если падение отражающей границы колеблется от 25 до 35°, то дифференциальный временной сдвиг в источнике и в пределах групп приемников растет, но остается достаточно малым, при котором еще можно избежать существенных потерь высокочастотных компонент отражений. Регулируемое направленное излучение в поле или направленное суммирование при обработке можно с успехом использова гь для специальных целей. Чем лучше мы представляем себе объект разведки, тем более эффективно сможем применить направленное излучение для решения поставленной задачи.
Концепция регулируемой направлешюсти может быть применена к обработке данных со стороны как излучения, так и приема. Ее можно использовать при обработке данных симметричных систем наблюдений, направляя излучение вначале в сторону обратного хода, а затем-прямого хода. Для реализации регулируемой направленности (направленного суммирования) желательно располагать данными, полученными при малых интервалах группирования и небольших расстояниях между точками возбуждения. Желательны также более короткие базы группирования источников и приемников, но приходится считаться с риском иметь высокий уровень помех, при котором динамический диапазон может оказаться недостаточным для извлечения слабых сигналов отражений. Кроме беспокойства о недостаточном динамическом диапазоне малые базы групп создают и другую проблему. Эта другая проблема состоит в том, что геофизик-обработчик может оказаться настолько обескуражен преобладанием помех, что не станет продолжать обработку в поисках оптимальных процедур и параметров для ее успешного завершения.
Обработчики любят массивы хороших данных, вытекающих из компьютеров на дисплейную периферию. Обработчиков ценят, если' они выдают достаточно большой объем высококачественных данных. Если первичные данные не обеспечивают получение в разумные сроки обнадеживающих результатов, то даже очень сильный специалист, испытывающий удовлетворение от решения трудных задач, может прекратить обработку и не тратить более свои мысли, время и силы, необходимые для достижения успеха. Многие обработчики не согласятся с этим утверждением, но другие геофизики будут его от всей души приветствовать. По этой причине и в связи с опасением недостаточности динамического диапазона требуется искать равновесие между степенью подавления помех в поле и при обработке. Нельзя допускать, чтобы полевая методика и параметры записи могли сильно исказить целевой сигнал отражения при всех наших усилиях подавить помехи. Но в равной степени необходимо получать такие первичные данные, которые не слишком отпугнут обработчика.
При регулируемой направленности, реализуемой путем обработки,
известен интервал дискретизации отсчетов на профиле первичных данных. Необходимо определить временные сдвиги между отсчетами для поворота излучения на желаемый угол. Таким образом, вместо решения пространственной задачи по известным временным параметрам мы - ищем временные параметры (задержки), зная пространственные интервалы между отсчетами. При обработке одинаково легко вводить опережения или задержки, что позволяет обычно, не касаясь центрального элемента, вносить их в остальные элементы для выравнивания волнового фронта под желаемым углом. Регулировать направленность удобнее при обработке. Можно поворачивать лучи па один угол в сторону расстановки приемников по восстанию и па другой угол по падению. Можно варьировать угол в зависимости от удаления приемников. ; Рассмотрим выборку ОСТ, показанную па рис. 11.5. Направление луча ' под углом 45° как для источника, так и для приемников окажется благоприятным для выделения отражений от границы, наклоненной под углом 45°. Однако если таким образом обработать* весь профиль, то при этом можно подавить отражения от менее наклонных границ и от - границ с обратным падением. Регулировка направленности является мощным средством, но оно требует осторожного обращения, что не всегда легко. Даже если удается выдать множество вариантов обработки для множества углов, то в каком виде представить их интерпретатору? Как же интерпретатор сможет скомпоновать эти данные, если сам обработчик не сможет представить их в каком-либо удобном виде?
Регулировка направленности как способ подавления зеркальных частот
Регулируемая направленность может применяться для подавления , зеркальных частот в сигналах, отраженных от крутопадающих границ или от горизонтальных границ при больших удалениях от источников. Из рис. 11.6 видно, что регулировка направленности аналогична вырав- - ниваншо источников или приемников вдоль наклонной линии, перпенди- • кулярной лучам, вместо реальной линии вдоль поверхности. Кажущаяся скорость и кажущаяся длина волны вдоль этой наклонной линии определяются углом излучения (или подхода) сейсмической радиации. Если с некоторым приближением удается осуществить регулировку направленности на приеме в сторону лучей отражений, то кажущийся угол подхода относительно наклонной линии становится малым и кажу- - щаяся длина волны большой. При этом можно не беспокоиться о возникновении пространственных зеркальных частот даже при больших интервалах группирования. Аналогичным образом можно создать направленность излучения, при которой кажущаяся длина волны отражения в области приема становится большой в точках приема. Это позволяет ослабить требование малых расстояний между источниками в пределах группы, необходимое во избежание появления пространствен-
ных зеркальных частот в целевых отражениях. Разумеется, должна быть соблюдена необходимо малая пространственная дискретизация сигнала, а отражающая площадка должна быть достаточно непрерывна в области пространства, «освещенной» синтезированным пучком лучей.
Для успешного регулирования направленности требуется принимать хорошо обоснованные решения. В такой же ситуации находились интерпретаторы в минувший период освоения цифровой обработки, когда они пытались добиться успеха, проводя миграцию данных недостаточной плотности. Но ведь обоснованные решения требуются на всех этапах разведки. Было бы неразумно геофизику настаивать на очень плотной пространственной дискретизации данных для картирования предположительно крутых отражающих границ, если задача разведки может успешно решаться со значительно меньшими затратами путем регулируемой направленности и принятия обоснованных решений. Очень плотная пространственная дискретизация ведет к получению огромного объема данных при больших затратах времени и средств. Она также влечет за собой высокую стоимость обработки. Стандартная обработка годится для ординарных разведочных задач. Картирование особо крутых границ в условиях сложного геологического строения является неординарной задачей и требует нестандартной обработки и особенно продуманных решений.
Рекомендации для наблюдений на площадях с хорошими отражениями
На площадях, где получаются хорошие отражения при очень крутых углах падения границ (более 35°), рекомендуется обычный подход, в котором используются короткие взрывные интервалы, короткие группы приемников, малые интервалы группирования и высокая кратность перекрытш! по ОСТ. Подавление помех возлагается в значительной мере на суммирование на ОСТ. При этом в процессе обработки можно использовать регулируемую направленность, если только интервалы группирования приемников и источников достаточно малы, чтобы считать приемлемыми потери горизонтальной разрешенности. (В этих условиях потерн горизонтальной разрешенности могут быть весьма незначительны, поскольку мы имеем дело с протяженными фронтами волн, отраженных от достаточно больших поверхностей, а пе с тонкими «карандашными» пучками лучей, отраженных от точечных объектов.) Если крутые падения ожидаются только в одном направлении (или если задача состоит в определении крутых углов в одном направлении), то можно применять односторонние расстановки с умеренно короткими группами приемников в сторону восстания и очень короткими группами источников (или точечные источники). В некоторых ситуациях целесообразно поступать наоборот: применять умеренно короткие группы источ-
ников по восстанию и короткие группы приемников (пли точечный прием).
Если ожидаются лишь относительно небольшие углы падения (2535°), следует подумать о применении трупп приемников умеренной длины и коротких групп источников, а также несколько увеличенных удалении. Поскольку остается необходимость малых интервалов группирования, то целесообразно использовать аппаратуру с увеличенной канальностыо, если только не ограничиться односторонними расстановками с большим центральным выносом. Автор не склонен рекомендовать односторонние расстановки, если нет уверенности в том, что крутые падения ожидаются только в одном направлении. Применение больших центральных выносов исключает возможность записи мелких отражений.
Если же ожидаемые наклоны меньше, чем примерно 25°, то нет' нужды особенно беспокоиться о влиянии крутых углов на методику работ. Следует, однако, сохранить тенденцию умеренной длины групп приемников и источников, но не слишком коротких по сравнению с принятыми при изучении горизонтальных целевых границ.
Рекомендации для наблюдений на площадях с плохими отражениями
Если качество записей плохое, то даже с учетом возможных крутых наклонов следует прежде всего убедиться, что причина этого не в наличии помех. Если же помехи таковы, что заставляют применять довольно длинные группы приемников и короткие или умеренно короткие группы источников, то все же остается возможность картировать пологие и даже некоторые умеренно крутые границы. Такая возможность иллюстрируется схемой на рис. 11.3, где для больших удалений от источника показаны почти вертикальные лучи в точках, расположенных по восстанию отражающей границы, наклон которой 30°. На больших удалениях можно использовать длинные группы приемников (по восстанию), с тем чтобы подавлять помехи и при этом все еще иметь возможность записывать отражения, применяя короткие группы источников.
На площадях с плохим качеством отражений целесообразно всемерно подавлять помехи и записывать то, что удается. Эго позволит точно локализовать участки профилей с крутыми падениями границ, которые представляют интерес для дальнейшей разведки. Для таких ограниченных участков можно проектировать последующие более интенсивные и целенаправленные работы по особой методике. Основу проекта могут с некоторой долей достоверности составить полученные предварительные оценки наклонов и глубин целевых границ. Это позволит построить модель среды и наметить программу получения данных (и план обработки) для выделения отражений от границ с ожидаемым крутым падением. Например, можно использовать очень большие удаления, при
Крутые падения и сложное геологическое строение 209 которых углы подхода лучей в сторону восстания становятся благоприятными для применения достаточно длинных групп приемников, способных подавлять некоторые виды помех. Можно выбрать особенно интересную для разведки часть профиля и спроектировать для нее особо плотную систему наблюдешш по ОСТ очень большой кратности. (Описание методики ОСТ высокой кратности дано в прил. Е.)
Рекомендации для площадей с удовлетворительными отражениями
На площадях, где качество отражений удовлетворительно и ожидаются крутые падения, методику наблюдений следует выбирать промежуточным образом в том смысле, что проблема подавления помех остается, но она не настолько серьезна, чтобы помешать направить больше усилий на получение отражений от крутопадающих границ. Можно укоротить группы приемников и существенно уменьшить размеры группы источников.
Если разведка данной площади особо актуальна, то может иметь смысл потратить больше усилий не только на картирование крутопадающих поверхностей, по и на поднятие качества отражений от удовлетворительного до хорошего. Тогда можно использовать значительно большее число каналов для увеличения кратности перекрытий и производить записи на больших удалениях.
Поперечные наклоны
На профилях, ориентированных по простиранию слоев, в основном получаются данные о наклонах слоев поперек профиля. Точки отражения на границах, имеющих поперечный наклон, смещены в сторону их восстания, и кажущаяся глубина этих границ (под горизонтальной поверхностью) будет меньше истинной непосредственно под профилем. Это не создает трудностей на этапе получения данных, но они возникают при обработке и интерпретации. Поперечные наклоны можно измерить, проводя наблюдения на одном или нескольких профилях в направлении падения. При наблюдениях по близко расположенным профилям получаются данные для определения обеих компонент наклона (т.е. кажущиеся углы падения по сейсмическим профилям и поперек профиля). Можно получить некоторые данные, смещая источники или приемники вбок на различные расстояния от сейсмического профиля, и по этим да!шым определить поперечный наклон. При наблюдениях вдоль извилистых дорог или на участках низкого качества отражений данные о поперечных наклонах можно извлечь из выборок ОСТ, на которых точки отражений образуют широкое поле поперечного рассеяния.
Моделирование крутопадающих границ и условий сложного геологического строения
Интерпретаторы используют изощренные компьютерные модели для получения изображений расчетных сейсмических разрезов в различных геологических условиях и сравнения их с реальными сейсмическими разрезами. Некоторые компьютерные модели служат для опробования различных идей, направленных па совершенствование методики картирования в условиях сложного геологического строения и крутопадающих границ раздела. Например, можно смоделировать предполагаемую крутопадающую границу и посмотреть, какие дополнительные сейсмические данные получаются при больших удалениях от источника. Можно проследить лучевые траектории для разных удалений и выборок ОСТ. Помимо этого иногда создают синтетические сейсмические данные для обработки, по которым судя г о пользе информации, получаемой за счет больших удалений, увеличения кратности, уменьшения интервалов группирования и т.п.
В некоторых сложных случаях строения среды особенно важными для разработки методики полевых работ могут быть результаты трассирования лучей. Эффекты фокусировки и дефокусировки, а также постепенного искривления лучей могут практически не позволить получить отражения от некоторых объектов, если следовать той методике полевых работ, которая была заложена в проекте. Если моделирование свидетельствует об этом, еще остается возможность путем изменения системы наблюдений улучшить шансы на успех. Любой обещающий способ может быть проверен на модели. Не следует полностью полагаться па модели, но они помогают нам направить свои усилия па то, чтобы время и деньги, затраченные в поле, окупились высоким качеством сейсмических данных.
12
Высокоскоростные покровы- проблемы и решения
В этой главе рассмотрены проблемы разведки в условиях, когда на поверхности обнажаются высокоскоростные породы-однородные и неоднородные, создающие сильное рассеяние. Описываются грухшы приемников и источников в форме звезд, а также приемные группы, распределенные по обширной площадке. Анализируется применение поперечных волн, включая способы обменных и целиком поперечных волн, в которых используются горизонтально поляризованные поперечные волны.
Углы излучения и подхода сейсмической радиации в условиях высокоскоростных покровов
На рис. 12.1 показан ход лучей в слоистой среде в случае увеличения скорости с глубиной, что обычно имеет место. Для простоты показано только одно отражение от границы на глубине 3048 м. На рис. 12.2 приведена аналогичная лучевая схема для случая, когда приноверхност-
Рис. 12.1. Ход лучей в обычном геологическом разрезе, где скорость увеличивается с глубиной.
Удаление, м
Рис. 12.2. Лучи в среде с высокоскоростным слоем у поверхности. Заметим, что углы излучения и подхода отражений на больших удалениях значительно сильнее отклоняются от вертикали, чем в случае типичной среды, приведенной на рис. 12.1.
ный высокоскоростной слон подстилается слоями пониженной скорости. Рис. 12.3 иллюстрирует сходную модель мощного слоя многолетней мерзлоты над обломочными породами пониженной скорости. В этом случае скорость в верхнем слое не очень велика, но больше скорости в подстилающих слоях. Заметим, что на рис. 12.2 и 12.3 углы излучения и подхода сейсмической радиации на данном удалении от источника отклоняются от вертикали больше, чем это имеет место в обычной
Удаление, м
Рис. 12.3. Лучи при наличии мощного слоя многолетней мерзлоты. Этот случай относится к условиям Северного склона Аляски, где разрез представлен преимущественно обломочными отложениями с низкой или умеренной скоростью и покрывающим их мощным слоем многолетней мерзлоты, отличающимся значительно большей скоростью. В этом случае углы подхода отражешш на больших удалениях также велики.
Рис. 12.4. У голы излучения и подхода для трех моделей разреза. Эти углы относительно невелики в случае обычного разреза, в котором скорость увеличивается с глубиной. Однако они значительно больше в том случае, когда скорость вблизи поверхности выше, чем в подстилающей среде.
ситуации, показанной на рис. 12.1. Рис. 12.4 представляет собой график зависимости углов излучения и подхода от удаления для моделей, соответствующих рис. 12.1-12.3. Для удаления 3048 м значения этих углов для трех моделей приведены в табл. 12.1.
Отражение с глубины 3048 м обладает кажущейся скоростью на удалении 3048 м, равной скорости в поверхностном слое, деленной на sin а. Это означает, что кажущаяся скорость отражения и кажущаяся длина волны каждой частотной составляющей в случае обычного скоро- .стного разреза увеличиваются в 5,54 раза, но только в 1,92 и 1,71 раза для обеих моделей высокоскоростного поверхностного слоя (табл. 12.1)% В условиях высокоскоростного поверхностного слоя кажущиеся скоро- -сти и кажущиеся длины волн отражения на больших удалениях от ^источника не могут заметно превышать соответствующие значения для Помех, создаваемых источником. Поэтому, возможно, не будет удавать-
Таблица 12.1. Углы излучения и подхода сейсмической радиации для трех моделей Да удалении 3048 м
Модель
Угол а, град.
sin а
1
sin а
cos а
Обычный разрез (рис. 12.1)
10,40
0,1805
5,54
0,984
Высокоскоростной покров (рис. 12.2)
31,25
0,5188
1,92
0,855
Многолетняя мерзлота ' (рис. 12.3)
35,7
0.5835
1,71
0,812
ся эффективно подавлять помехи посредством группирования приемников и источников без подавления полезных волн. Если необходимо . применять длинные группы приемшжов и источников для подавления J помех, то приходится ограничивать максимальное удаление гораздо сильнее, чем это имеет место при обычном скоростном разрезЬ, Для условий высокоскоросшого покрова минимальные интервалы группирования, требуемые во избежание пространственных зеркальных частот ' отражений, равны половине скорости в верхнем слое, деленной на - произведение частоты на синус угла подхода отражения к поверхности.
Обменные поперечные волны
на поверхности высокоскоростного слоя
Рисунок 12.5 иллюстрирует вступление продольной и обменной поперечной волн к поверхности высокоскоростного слоя па относительно больших удалениях от источника. На любом данном удалении обменная поперечная волна выходит под меньшим углом к вертикали, чем продольная волна, отраженная от той же границы. Однако если отраженные волны обоих типов вступают одновременно на одном и том же удалении, то поперечная волна относится к более мелкой границе. Поэтому угол подхода одновременно приходящей поперечной волны может быть довольно большим, как это показано на рисунке.
Обычно для обнаружения поперечной волны используют приемники, чувствительные к горизонтальным смещениям, поскольку частицы земли под воздействием поперечной волны смещаются перпендикулярно лучу. Но если обменная поперечная волна подходит под косым углом, то вследствие значительной вертикальной составляющей смещения она
Вертикальные и горизонтальные компоненты смещений
Рис. 12.5. Смещение частиц у поверхности земли при прохождении продольных и поперечных волн с большими углами подхода. Если угол подхода волны у приемника велик, то продольная волна вместе с хорошо известной вертикальной компонентой смещения порождает и горизонтальную радиальную. Обменная поперечная волна при больших углах подхода создаст вертикальную компоненту смещения наряду с хорошо известной радиальной.
12. Высокоскоростные покровы-проблемы и решения 215 отмечается и на обычной сейсмической записи. Поэтому на относительно больших удалениях в условиях высокоскоростного покрова отраженные обменные поперечные волны могут оказаться вполне различимыми на сейсмограммах. Они становятся помехами, которые следует подавлять при представлении обычных сейсмических разрезов.
С другой стороны, при соответствующей обработке данных можно суммировать обменные поперечные волны и получать дополнительную геологическую информацию. В записях обычного метода продольных волн, получаемых в условиях высокоскоростного поверхностного слоя, могут содержаться также и ценные данные обменных поперечных волн, которые можно извлекать и использовать (гл. 15). Проблемы часто таят в себе новые возможности; их можно обнаружить, если внимательно посмотреть па обратную сторону любой проблемы. Однако для наблюдений продольных волн обменные поперечные волны все же остаются • серьезной помехой.
Вертикальная составляющая смещения и скорость при вступлении продольных волн на поверхность наблюдения пропорциональны косину- * су угла подхода, тогда как для поперечных волн аналогичная зависимость выражается через синус этого угла. Значения синусов и косинусов угла подхода приведены в табл. 12.1. Одпако эти углы рассчитаны для продольных отраженных волн. В реальной ситуации соответствующие углы для одновременно приходящих обменных поперечных волн рассчитывают, используя скорости поперечных и продольных волн в каждом слое.
В обычных условиях, когда скорость имеет тенденцию возрастать с глубиной, вертикальные приемники, применяемые для записи продольных волн, мало пригодны для записи поперечных волн даже на относи- " телыю больших удалениях.
Карст и вулканические покровы
Приповерхностные толщи, сложенные закарстовапными известняками или вулканическими породами, создают исключительно неблагоприятные условия для записи отражений с глубины. Ко всем трудностям, характерным для высокоскоростного приповерхностного слоя, добавляются проблемы, связанные с неоднородностью пород. Пустоты и поровое пространство в подвергшихся выщелачиванию известняках или в вулканических породах могут быть заполнены воздухом, газом, водой или же материалом, лишь частично насыщенным водой. Почти в любом . случае это приводит к резкому уменьшению скорости и плотности, что - чрезвычайно затрудняет определение статических поправок. Но самая большая проблема возникает из-за рассеяния волн от источника и отра- жений, приходящих из глубины.
При изучении волн-помех в этих условиях на сейсмограммах почти не обнаруживаются регулярные помехи. Это нс означает, что регуляр-
ные помехи от источника отсутствуют-они просто рассеиваются. Проблема усложняется вдвойне. Становится невозможным систематически бороться с нерегулярными помехами. Если помехи рассеяны и потому нерегулярны, то можно ожидать, что рассеяны и тоже нерегулярны отражения. Остается лишь искать какой-нибудь способ осреднения вариаций статических условий и эффектов рассеяния.
Вначале рассмотрим, как можно в наибольшей степени осреднить условия приема отражений. При этом осреднение должно служить также и для подавления помех. Поэтому желательно осреднять в пределах некоторой площади определенных размеров; так чтобы:
отражение оставалось устойчивым, исключая влияние неоднородностей;
отклик па помеху менялся даже при отсутствии неоднородностей.
Очевидно, что степень осреднения, удовлетворяющего этим требованиям, будет больше, если осреднение будет охватывать круг, а не линию с центром в точке приема. (Вполне можно возразить, что лучше осреднять в пределах площади эллипса, но тогда эллиптичность должна меняться в зависимости от глубины отражающей границы и от удаления.) Таким образом, обосновывается группа приемников в форме звезды. Первое требование удовлетворяется ограничением радиуса звезды настолько, чтобы избежать подавления отражений. Но для удовлетворения второму требованию нужно иметь большие размеры звезды для подавления наиболее длинноволновых компонент помехи. Абсолютно необходимо удовлетворить первому требованию. Может оказаться возможным справиться с помехами путем накапливания по ОСТ. Итак, следует применять приемные группы в форме звезды возможно больших размеров, но при этом удовлетворять первому требованию.
Закарстованный рассеивающий слой у поверхности земли обусловливает большие трудности, но не столь серьезные, какие создает рассеивающий слой на глубине выше целевой границы. Причины более серьезного влияния рассеяния на больших глубинах по сравнению с рассеянием вблизи источника и приемников рассматриваются в гл. 21.
Исходя из теоретических представлений и полевого опыта сейсморазведки на площадях развития карста, автор рекомендует применять звездообразные группы как на стороне приема, так и па стороне возбуждения волн. Эта рекомендация относится и к районам выхода на поверхность вулканических пород, а также к другим поверхностным условиям, при которых рассеяние представляет серьезную проблему. Эту методику можно применять при обычном конвейерном способе ОСТ. Эффективная звездообразная группа источников состоит из зарядов весом около 0,25 кг, заложенных в мелкие скважины глубиной около 1,5 м. Звездообразные группы приемников и источников должны выбираться так, чтобы обеспечивать относительно хорошее подавление регулярных помех в широком диапазоне длин волн без подавления полезных отражений. На рис. 12.6 показаны раздельные характеристики
Рис. 12.6. Отдельные и общие характеристики групп источников и приемников в форме звезды. Такие группы менее эффективны, чем продольные, для подавления помех, распространяющихся параллельно сейсмическому профилю, но они обладают всесторонней направленностью, что позволяет лучше подавлять помехи с разных азимутов.
групп приема и возбуждения, а также общая характеристика всей системы. Группы излучения диаметром 61 м состояли из семи лучей с общим числом зарядов 15. Приемные группы имели пять лучей, общее число приемников 30 и диаметр 60 м. Конфигурации групп и пояснения даны на рис. D.10 и D.11 в прил. D.
Вполне можно возразить, что нет необходимости рассматривать результирующую характеристику, поскольку рассеяние от неоднородностей создает полностью случайный фон помех, в котором отсутствует регулярная составляющая. Однако фон не полностью случаен и присутствующая в нем доля регулярных помех все же несколько ослабляется. Вполне вероятно, что мы обнаружим регулярную составляющую на специальных расстановках для изучения помех и в рядовых данных. И действительно, на самом деле регулярных помех гораздо больше, но они замаскированы случайным фоном.
Если в условиях закарстованных и вулканических покровов используются вибраторы, то выбор звездообразных групп источников представляется неприемлемым. В этом случае можно применить звездообразную
5
<. СЭ фд'кЛ
116173233484964
215183134475663
.1• ”••* •
314193036465162
352 м 413202D36455261
|1*-I-...•—1-* -i— Сейсмический
♦■ ■~ ~профиль *
512212В37445360
6112227ЗВ435159
710232639425556М
,89242540415657
-*- ■"■‘--T,=a=rz=*=tzz=»zzz=rT,=-k——
Рис. 12.7. Пример площадки приема. Показанная здесь площадка состоит из 64 групп приемников, распределенных по матрице 8x8. Эти 64 отдельно записан* ные трассы суммируют и получают одну трассу. Перед суммированием вводят кинематические и по возможности статические поправки.
группу приемников и какую-нибудь подходящую группу источников,, создающую дополнительные провалы в нужных местах общей характер ристики системы.
Если в комбинации групп «звезда-звезда» конвейерный способ ОСТ в условиях карста или вулканических покровов не дает приемлемых результатов, то необходимо производить большую степень осреднения. В этих случаях следует опробовать большие площадки приема (рис. 12.7). В этом способе точки приема размещают на большой площадке, размерами 300 х 300 м и более. В точках приема можно устанавливать малые группы, линейные или площадные (например, звездообразные), которые подключают к отдельным каналам записи. При обработке все данные, полученные при одном положении источника, относят к центру приемной площадки. Индивидуальные записи отдельных групп в точках приема внутри площадки суммируют, и результат выводят на одну трассу. Предварительно необходимо ввести кинематические и по возможности статические поправки. Эти кинематические поправки невелики, поскольку размеры площадки малы по сравнению с удалениями в выборках ОСТ. Поэтому ошибки в скорости суммирования не играют особой роли, что очень удачно, поскольку
с
XXX XXX
XXXXXXD
Рис. 12.8. Взрывные работы при записи первых вступлений с целью определения статических поправок в пределах площадки приема. Группированные взрывы в пунктах А, В, С и D следует располагать на таких удалениях, при которых получаются четкие первые вступления. Желательно, чтобы удаления были больше, чем длина стороны «площадки» (для уменьшения необходимых кинема тиче. ских поправок). Размеры групп взрывов должны быть малыми, с тем чтобы ближе имитировать точечный источник. Еще лучшими могут быть одиночные г взрывы в глубоких скважинах. Относительные кинематические поправки вводят гпо рядам для каждого положения источника, используя измеренную скорость -первых вступлений. Затем определяют усредненные относительные статические -поправки для каждого приемника в пределах площадки приема.
можно вначале пользоваться оценочными данными, которые уточнять позднее.
В дополнение к кинематическим поправкам перед суммированием трасс желательно ввести статические поправки в пределах площадки. Данные до суммирования, которые можно было бы использовать для ^надежного определения статических поправок по отраженным волнам, }В данном случае ненадежны, однако можно попытаться использовать •для этой цели первые вступления при не слишком больших удалениях от источника. Рис. 12.8 иллюстрирует один из возможных способов записи первых вступлений и их использования для определения относительных ^статических поправок в пределах площадки. Удаление при этом лучше выбирать большим, чем длина стороны площадки. При таком удалении .пункты взрыва необходимо размещать как спереди, так и сзади по ходу профиля, а также по обе стороны под прямым углом к профилю (Л, В, С и D на рис. 12.8). В каждом из этих четырех пунктов взрыва бурят : одиночную глубокую скважину или небольшую группу скважин с расстояниями между скважинами не более 1,5 3 м.
По времени вступления па ближайших трассах рассчитывают скорость, используемую для ввода кинематической поправки только во времена первых‘вступлений. Это не та скорость, которая будет использована для отраженных волн. Рассмотрим запись, полученную при взрыве в пункте А. Длина пути пробега от А до точек (трасс) 1 и 8 больше, чем до 3 и 4. Необходимо скорректировать это различие в пути пробега до определения статических поправок. Тогда относительные статические поправки для таких столбцов трасс, как 1-8, могут быть определены по временам первых вступлений, в которые введены кинематические поправки от пунктов взрыва Л и В и затем осреднены. Статические поправки для всех столбцов трасс (таких, как 48-55) можно определить по временам первых вступлений от пунктов взрыва А и В. Относительные статические поправки для любых трасс, относящихся к строкам 8, 9, 24, 25, 40, 41, 56 и 57, определяются по временам вступлений от пунктов взрыва С и D, исправленным за кинематический сдвиг. Поправки в строках и столбцах трасс образуют комбинации относительных поправок, вносимых в каждую трассу в пределах площадки.
Рисунок 12.9 иллюстрирует расстановку площадок приема вдоль извилистой дороги и размещение соответствующих пунктов взрыва, которые могут быть одиночными в глубокой скважине либо групповыми в мелких скважинах. Если дорога не слишком извилиста, то в качестве источника можно применять вибраторы. Площадки следует выбирать по возможности на открытых ровных местах. Однако хорошие результаты иногда неожиданно получаются и на наклонных неровных площадках.
Располагая многоканальной аппаратурой, можно применить конвейерный способ, схематически иллюстрируемый рис. 12.10 для 192 каналов. После каждой записи источник продвигается вперед на один интервал группирования, а приемники переключаются на восемь трасс следующего столбца. Это приводит к значительному перекрытию последующих площадок приема. Могут оказаться предпочтительными двойные либо учетверенные интервалы переключения, хотя это и уменьшит кратность ОСТ. Но следует помнить, что основная цель состоит в попытке устрани гь влияние случайного фона рассеяния путем сильного осреднения.
Автор никогда не имел в своем распоряжении аппаратуру с достаточным числом каналов для опробования конвейерного способа осреднения площадок. Однако такие системы записи имеются. Получение удовлетворительных записей в особо трудных районах, где главную проблему создает рассеяние волн, является вопросом техники наблюдений, если только цели разведки оправдывают вложение средств.
В некоторых случаях можно получать хорошие записи отражений в условиях карстовых вулканических покровов, используя горизонталь-
Пункты взрыва1-147-3115-35 24-7Пункты взрыва1-147-3115-35 24-7Запись от площадок
Пункты взрыва
1-14
7-31
15-35 24-7
Пункты взрыва
1-14
7-31
15-35 24-7
А.ВиС
В.СиОС. О и Е
О, Е и F
Рис. 12.9. Схема расстановки площадок приема и получения записей по трем площадкам. Показанная степень перекрытия ОСТ приблизительно равна двум.
Обрабатывать как площадки 8x8 по столбцам:Обрабатывать как площадки 8x8 по столбцам:
Обрабатывать как площадки 8x8 по столбцам:
Обрабатывать как площадки 8x8 по столбцам:
1
4-27
4-11,5-12, 6-13,
... 20-27
2
5-28
5-12. 6-13, 7-14,
... 21-28
3
6-29
6-13, 7-14, 8-15,
... 22-29
и т д.
и т.д.
и т.д.
ПунктыСтолбцы записей
взрыва(8 трасс в столбце)
Рис. 12.10. Схема наблюдений конвейерным способом с использованием площадок приема. После обработки матриц трасс 8 х 8 в качестве площадок приема данные можно суммировать для получения 12-кратной системы ОСТ с максимальным перекрытием площадок приема или с меньшей крат костью и меньшим перекрытием.
но поляризованные поперечные волны. Для этого требуются эффективные ЛСТОЧШ1КН поперечных волн, например горизонтальные вибраторы. (В гл. 15 описывается применение наклонного ударного источника APIS.) На площадях, где значительный верхний слой подстилается мощным слоем пониженной скорости поперечных волн, волны Лява не возникают и в этих условиях получаются необычайно хорошие записи поперечных волн [1,2]. Поперечные волны имеют и другое преимущество. В условиях закарстованной поверхносги или вулканических покровов вариации статических поправок для поперечных волн могут быть значительно меньшими, чем для продольных волн. Обычно справедливо обратное: вариации статики гораздо сильнее проявляются в поперечных волнах, так как скорости поперечных волн подвержены сильному влиянию степени уплотнения почвенного слоя и присутствия рыхлых пород. Однако в районах развития карста и вулканического материала породы в высокой степени консолидированы. Верно, что скорость поперечных воли сильно зависит от наличия пустот и пор, но она не зависит от степени заполнения пустот и пор свободным газом или воздухом. В противоположность этому на скорость продольных волн сильно влияет даже небольшое содержание свободного газа или воздуха в порах и пустотах. Поэтому поперечные волны в условиях развития карстовых и вулканических покровов подвержены меньшему влиянию вариаций статики и эффектов рассеяния, чем продольные волны. .
12.4. Однородные высокоскоростные покровы
На территориях, покрытых относительно однородными высокоско- -ростными породами, особых затруднений в связи с рассеянием волн не возникает, хотя и другие из ранее упомянутых проблем остаются. В этих случаях удовлетворительные данные могут получаться при обычном подходе к проблеме. Можно рекомендовать делать удаления меньшими, чем глубина тшжнсй целевой границы. Однако для выбора наилучшей методики следует предварительно провести опытные работы по тщательно продуманной программе. Некоторые из низкоскоростных вступлений, наблюдаемых на больших удалениях, могут бьпь поперечными волнами (обменные поперечные волны от неглубоких границ могут появляться при сравш!тельно малых удалениях).
Литература
Fix J. Е., Robertson J. D. and Pritchett W. C. Shear-wave reflections in three West Texas basins with high-velocity surface rocks. Presented at the 53rd Annual International Meeting, 1983. (Also in Danbom 1987, Chapter 4.)
Danbom S. and Domenico S.N. (eds.) Shear-wave Exploration. SEG, 1987.
13
Другие трудные площадии способы их освоения
В этой главе рассматриваются общие причины, обусловливающие низкое качество записей отражений, из которых особо выделен случай низкоскоростного приповерхностного слоя, залегающего на высокоскоростных породах.
Общие причины низкого качества отражений
Множество причин может обусловливать низкое качество записей отражений. В предшествующих двух главах описаны трудности, обусловленные крутым падением пластов, сложным геологическим строением, закарстованными, вулканогенными и другими высокоскоростными покровами, при наличии рассеяния и без рассеяния волн. В этой главе мы остановимся на ситуации, когда приповерхностная толщ^ пониженной скорости залегает па отражающих и преломляющих высокоскоростных породах. Но сначала рассмотрим некоторые общие особенности строения районов, обусловливающие низкое качество отражений.
В некоторых разрезах нет хороших отражающих пластов. Хороший 01 ражающий пласт должен обладать достач очно гладкими поверхностями, быть акустически контрастным и достаточно мощным, так чтобы отражения от кровли и подошвы не гасили друг друга. Если задача состоит в изучении маломощных пластов, то ее решение ищут способами сейсморазведки высокого разрешения. Если акустическая контрастность недостаточна в отношении продольных волн, следует рассмотреть возможность использования поперечных волн, для которых перепад акустической жесткости может оказаться более резким.
В некоторых районах причиной плохих записей является высокий уровень фона помех. Можно ли ослабить или каким-то образом обойти этот фон? Если причина-ветер, то можно глубже закапывать приемники или работать ночью либо рано утром, когда ветер обычно слабее. Если помехи создаются качалками эксплуатационных скважин, то можно договориться временно останавливать их. Если помехи возникают от судна или кильватерной струи, то можно уменьшать скорость, использовать менее шумящие судно и косу.
Когда же фон помех не поддается контролю, то следует подумать об увеличении мощности источника. Некоторым увеличением мощности в сочетании с группированием источников и регулируемой направленностью излучения можно поднять уровень сигнала относительно фона помех. Бороться с помехой помогает и увеличение кратности наблюдений, так чтобы отражения складывались в фазе, а помехи оказывались не в фазе. Большее число приемников, больше каналов, больше кратность ОСТ, группирование па больших площадках приема-все это при правильном использовании способствует выделению отражений на фоне помех. Однако существует практический предел, после которого увеличение числа приемников, кратности перекрытий и т.п. уже не дает ожидаемого результата.
Часто трудности в районах плохих отражений создаются слишком сильными помехами источника. Повышать мощность источника в этом случае бесполезно. Заметного улучшения можно достичь правильным выбором параметров группирования. Этому посвящена гл. 7.
В некоторых случаях геологическая среда оказывается настолько неоднородной, что сейсмические волны рассеиваются в пространстве между дневной поверхностью и целевыми горизонтами. Такне трудности возникают при резком несогласии толщ. В этом случае иногда помогают большие приемные площадки, точно так же как они бывают эффективны при слагающих поверхность неоднородных толщах (гл. 12).
Подчас просто не находится ответа на вопрос-почему качество первичных данных столь низкое? Особенно удручает, когда качество резко меняется от хорошего на очень плохое без видимых разумных объяснений. В глубоком осадочном бассейне Блэк-Уорриор (шт. Миссисипи и Алабама) отражения из толщи палеозоя то внезапно появляются, то исчезают, хотя из толщи мела и от границы несогласия у подошвы меловых отложений отражения непрерывны. Эту территорию нельзя считать идеальной для сейсморазведки, поскольку она в определенной степени подвержена влиянию фак горов, изложенных в следующем разделе. Однако если все же удается добиться хороших записей, то почему же они внезапно становятся плохими без видимых изменений характера помех? Палеозойские отложения здесь мощные, углы падения невелики, напластования должны быть в основном непрерывны. Маловероятно, что происходит резкое изменение перепада акустической жешкисш.
Решения проблемы при низкоскоростной верхней части разреза
Серьезные трудности могу г быть связаны с многократными отражениями и преломлениями, возникающими на границе раздела между низкоскоростными породами верхней части разреза (ВЧР) и нижележащей высокоскоростной толщей. Рассмотрим случай из практики. ВЧР представлена кластическими отложениями мелового возраста со скоро-
стыо около 1800 м/с. На глубине около 600 м находится поверхность резкого несогласия, на которой скорость меняется скачком до 4900 м/с. Расчетный коэффициент отражения на этой границе (с учетом скачков плотности и скорости) R = 0,52, а критический уюл z = 22°. Величина R ~ 0,5 означает, что амплитуда отраженной волны составляет 50% от амплитуды падающей волны. Таким образом, можно полагать, что менее 75% энергии проникает вглубь через поверхность несогласия, а за пределами конуса с углом z = 22° доля проникающей энергии равна пулю. Основная часть энергии возвращается к поверхности в виде отраженных и преломленных воли, с тем чтобы вновь отразиться вниз и опять испытать отражение и преломление на несогласии. Можно ли удивляться тому, что на полевых записях четко видны первичные отраженная и преломленная волны, за которыми следуют три кратных отражения и преломления? По всей длине записи, на временах после вступления первичного отражения около 0,67 с, доминируют многократные отражения и многократные преломления.
Что можно предпринять в таком случае для обеспечения большей доли проникающей энергии и уменьшения помех в последующей части сейсмограммы? Одним из способов будет использование группового остронаправленного источника, излучающего энергию преимущественно в пределах угла менее 22° от вертикали. Можно также опробовать группирование приемников, рассчитанное на подавление волн с углами подхода более 22°. (Группы приемников могут и не подавлять самые низкие частоты, если этим свойством обладает группа источников.) Если используется полоса частот 14-56 Гц, то максимальная длина преломленной волны составит 4900/14 = 350 м. Если ограничиться нижней частотой 16 Гц, то длипа этой волны-помехи остается близкой к рассчитанной выше, т. с. около 300 м.
В рассматриваемом примере мы своевременно оценили суть проблемы, по ее решение опытным путем продвигалось медленно. Мы преодолели трудности, связанные с организацией работы восьми вибраторов, но опробовали группы только при расстояниях между вибраторами 25 м. Такая группа создает провалы характеристики при длинах волн около 210 м и менее (см. гл. 3 и прил. D), что недостаточно для заметного подавления первичной и кратных преломленных волн. Частотные компоненты преломлений менее 20 Гц почти не подавлялись. В то время мы не располагали генератором нелинейного свина, что позволило бы нам затрачивать меньше времени па возбуждение воли с частотами ниже 20 Гц. Наши огромные усилия с 8 вибраторами дали результаты, мало отличающиеся в лучшую ст орону от полученных ранее только при четырех вибраторах.
Нам следовало бы (поскольку не было возможности использовать нелинейный свип-генератор) расположить вибраторы через 40 м, что создало бы минимумы на длинах волн около 300, 150, 102, 76, 60, 51 и 44 м. Тогда появились бы пики низкого уровня подавления при длинах
волн 203, 122, 87 м и т.д. Целесообразно было бы применить группирование 36 приемников на базе 196 м для создания провалов характеристики при длинах волн 201, 101, 67, 50, 40, 34 м и т.д. Следовало бы использовать 8 свипов с перемещением вибраторов на 15 м между свипами, что создало бы дополнительные минимумы па длинах волн 122, 61, 41, 31 м и т.д. Свип в полосе 16-56 Гц позволил бы сильно подавить преломленную и кратно-преломленные волны, что было нашей главной проблемой.
Возникает вопрос-не погубят ли столь длинные группы источников и приемников полезные отражения? Предположим, что мы используем только 48 каналов, а интервал группирования приемников равен 50 м. Тогда группа приемников с указанной выше базой займет четыре интервала группирования. При столь длинных группах возбуждения и приема пришлось бы применить вынос 14 трасс с минимальными и максимальными удалениями соответственно 371 и 1534 м. Для целевого юризопта на глубине ~ 3000 м при эффективной скорост 4877 % « 4900 м/с длинная группа источников создала бы на максимальном удалении разность времен 0,0152 с. Граничные высокие частоты при этом составили бы 66, 49 и 33 Гц на уровнях соответственно 0, 30 и 64% от максимального отклика. Высокочастотный отклик явно слаб. Необходимо другое решение.
Предположим, что использован свип вверх длительностью 10 с в полосе 16—56 Гц при скорости изменения частоты 4 Гц/с. Предположим далее, что длительность свипов первого и последнего вибраторов равна 6 с, а второго и седьмого-8 с. Распределение времен воздействий приведено в табл. 13.1. Из этой таблицы видно, что произведение nd равно 304 м для полосы 16 40 Гц, 228 м для полосы 44-48 Гц и 152 м для 52-56 Гц. Эти расчеты могут быть несколько скорректированы, но главный смысл состоит в возможности подобрать систему записи для подавления преломленных волн, используя длинные группы источников на низких частотах, и при этом все же получать необходимые данные, формируя более короткие группы источников для промежуточных и более высоких частот.
Верно то, что ограничение максимального удаления ослабляет возможность подавления других многократных отражений. Многократное отражение от поверхности несогласия должно имегь значшельно меньшую скорость по сравнению с первичным отражением с глубины 3000 м, что облегчает решение задачи. Для такой короткой расстановки общее запаздывание многократного отражения на целевых временах составляет 255 мс, 101 да как нормальное приращение времени целевою отражения равно лишь 39 мс.
Если бы мы располагали нелинейным свип-генератором, что давало бы возможность затрачивать меньше времени па возбуждение низких частот, то, по-видимому, было бы возможным применять значительно более короткие группы источников и приемников. Применяя нелинейный
14Малоглубинная разведкаи одновременная запись
Эта глава посвящена вопросам малоглубиппой разведки и сокращения стоимости полевых работ путем одновременной записи о г двух или более комплектов источников.
Экономичная сейсморазведка мелких целевых границ
При изучении мелких границ максимальный вынос довольно ограничен. Если число трасс и перекрычий по ОСТ велико, то интервалы группирования приемников и источников становятся малыми. Это влечет за собой множество записей на километр профиля и обработку больших объемов данных, что стоит дорого. В 1984 г. мы столкнулись с этой проблемой на региональных профилях при работе методом Вибросейс. Для экономии времени и затрат было решено одновременно записывать воздействия от пар источников. Рис. 14.1 иллюстрирует такую методику, нашедшую успешное применение. Мы располагали 60-канальной станцией и записывали 60 трасс от каждого ПВ, т.е. 120 трасс одновременно. Использовались 2 вибратора в каждом пункте А и еще 2 вибратора в каждом пункте В (всего 4 вибратора). Код, позволяющий разделить данные от двух комплектов источников, был выбран совместимым с системой подавления наводок от линий электропередачи. Соответствующая аппаратура и способ измерений рассмотрены в гл. 16. Примененное кодирование показано в табл. 14.1.
Отработав эту последовательность свипов при неподвижном ПВ, оба комплекта вибраторов мы перемещали в два следующих положения и соответственно на два положения переключался коммутатор ОСТ.
Кодирование, показанное в табл. 14.1, легко осуществимо и без труда осваивается полевым отрядом. Вибраторы В выпускаются промышленностью и снабжены приспособлением для автоматического изменения полярности после каждого свипа*. Полярность вибраторов А не меня-
Смена полярности была первоначально предложена для ослабления волн- спутников на второй гармонике при свипе вниз. Эта интересная идея принадлежит С. Сорокину, работавшему в компании Tcledyne. В настоящее время есть лучшие способы борьбы со спутниками на второй гармонике (гл. 5).
90
92
94
96
98
100
102
104
106
108
110
112
114
116
118
120
Номера пикетов
Р
Р Р Р
Р Р
Р Р
Р Р
Р Р
Р Р
Р
Р Р Р
Р Р
Р
Р Р
Р Р
Р Р Р
Р
Р Р
Номера трасс для ПВ 100. 5 и 101,5
Номера трасс для ПВ 102.5 и 103,5
Номера трасс для ПВ 104,5 и 105.5
о
24
о
22
о
20
ООО 26
ООО 24
ООО
22
о о 28
о о 26
о о 24
о
30 о о
28 о о
26
XX XX А В
ОЛХ
30А
ООО
2830
Номера ПВ
100 и 101
102 и 103
104 и 105
О О о о 3133
XXОО
В31
XX XX
А В
Вибраторы
Номера трасс 1-30 и 31-60 1-30 и 31-60 1-30 и 31-60
о 35
о 33
о
31
ооооооо
373941
ооооооо
353739
ооооооо
333537
Пикеты приема 67-96 и 106 135 69 98 и 108 137 71-100 и 110-139
о 43
о 41
о 39
О о
45
о о
43
о о
41
Рис. 14.1. Иллюстрация способа одновременной записи колебаний от пар пунктов возбуждения (ПВ).
Установите два вибратора в положение А и еще два в положение В.
Не меняйте полярность вибраторов /1.
Поменяйте полярность вибраторов В (см. текст).
На рисунке показана работа 60-канальной станции с выносом 9 трасс. Коса не всегда симметрична относительно вибратора А или В, но может стать симметричной, если скомпоновать оба пункта возбуждения в процессе последующей обработки.
После каждой одновременной записи из ПВ А и ПВ В оператор переключает коммутатор на два канала вперед и оба комплекта вибраторов переезжают на два пикета вперед.
Оба ПВ помещают посередине между ближайшими точками приема.
Таблица 14.1. Кодирование для записи и разделения сигналов от двух комплектов вибраторов
№ свипа
Полярность вибраторовПолярность суммирования
при обработке
вибраторы Авибраюры Взапись о г Азапись от В
1
2
3
4
++++
+—4-—
4-4-4-4-
4--+-
После этого меняется полярность устройства подавления наводок от линий электропередач без возбуждения вибраторов до следующего свипа.
5
6
7
8
4-4-+4-
4--4--
4-4-4-4-
4--+. -
Для выделения записи от В меняют полярность сигналов, записанных при свипах 2,4, 6 и 8, что делает полярность всех записей от В положительной, в то время как полярность половины записей от А становится отрицательной. Таким образом подавляется запись от А и выделяется запись от В.
лась. У пас был необычайно хороший полевой отряд с великолепным оператором, что явилось важной составной частью успеха наших работ.
В этом способе нужно записывать отдельные свипы, с тем чтобы (при обработке) для проведения суммирования и получения записей от ПВ В мы могли менять полярность на противоположную. Но для контроля качества можно суммировать и коррелировать записи от ПВ А в поле. Обычно редакция и суммирование индивидуальных свипов проводятся в поле. В нашем случае мы это делали при обработке. Вначале мы были обеспокоены тем, что исключение редакцией внезапных помех (не вызванных источником) может помешать подавлению наводок от линий электропередач. Мы пришли к выводу, что в данном случае в редактировании нет необходимости, хотя оно и может понадобиться в определенных условиях в будущем. Идея состояла в том, чтобы вначале извлечь один из двух сигналов, затем суммировать отклики от свипов параш и редактировать эти просуммированные пары для подавления внезапных помех. Трассы в каждой паре должны иметь обратные полярности от таких помех.
Способ одновременной записи оказался успешным, что сократило расход времени и средств. Хотелось сэкономить и на обработке. Мы попробовали вводить приближенные кинематические поправки, затем суммировать записи от пунктов А и В и далее убирать приближенные
кинематические поправки. В этом случае объем обработки мог бы уменьшиться вдвое. Качество суммированных временных разрезов оказалось хорошим, но полная поэтапная обработка данных всегда давала лучшие результаты. Мы пытались определять статические поправки и вводить их до суммирования записей от пунктов А и В, но полная поэтапная обработка всегда оказывалась лучшей.
В рассматриваемом примере 1984 г. применялся логарифмический свип 20-120 Гц, интервалы группирования приемников и источников составляли 20 м, было отработано 3698 ПВ, 75 км профилей за 154 часа в течение 14 рабочих дней, включая переезды. На 1 км профиля приходилось 50 ПВ. Стоимость 1 км профиля составляла 1785* долл. Средняя производительность-264 ПВ в день. Качество данных, включая разре- шенность, непрерывность и отношение сигпал/помсха, было превосходным. Без одновременной записи пар ПВ стоимость получения данных составила бы около 3100 долл./км. Полевые работы выполнены прекрасной партией, работавшей постоянно с нами по контрактам в течение пяти предшествовавших лет. Достигнутое снижение стоимости не было следствием низких расценок отчаявшегося в поисках контрактов производителя работ.
В нескольких докладах, представленных на технических конференциях в 1984 г., выражалась неудовлетворенность результатами одновременной записи. Почему же мы достигли успеха? В поисках решения проблемы мы обеспечили себя двумя преимуществами. Во-первых, мы предусмотрели геометрию нашей системы наблюдений такой, при которой суммарная амплитуда сигнала плюс помеха источника была примерно одинаковой на всех приемниках от обоих источников. Это справедливо для малых времен записи, когда уровень энергии относительно высок, а также для более поздних времен, когда уровни энергии невысоки. Поэтому разделить два ряда трасс (сигналы плюс помехи) оказалось менее трудно, чем в случае, когда один сигнал плюс помеха значительно больше, чем другой сигнал плюс помеха, на некотором времени записи. Во-вторых, при нашей системе наблюдений два сигнала были весьма сходны, поскольку центры зон отражений находились близко друг к другу, всего в Юм. Вследствие этого имело место значительное перекрытие двух отражающих площадок на исследуемых границах. Поэтому разделение двух сигналов не обязательно должно было быть совершенным. Если бы сигнал от ПВ А был слегка искажен сигналом от В, это не привело бы к существенным различиям.
Действуй правильно с хорошим инсгрументом. Действуй осторожно, иначе можно пораниться.
Способ одновременной записи от шести источников
Применяя всего восемь управляющих сигналов, можно предложить кодирование, позволяющее вести запись данных о г шести различных групп вибраторов. Предполагается, что все вибраторы используют одинаковые свип-сигналы (однако некоторые из них могут прекратить воздействие раньше других, как эю показано в гл. 13). Метод кодирования и декодирования шести различных наборов данных иллюстрирует табл. 14.2. Возможно и большее число кодов, но шесть более чем достаточно. Разумеется, при увеличении числа свинов до 12 можно получ^ь больше наборов различных данных. Но следует помни 1ь, что сигналы нс должны слишком различаться по амплитуде на заданном времени, если задача состоит в выделении слабого сш нала или сигналов. Первые пять из шести кодов пригодны для системы подавления паводок от липин электропередач, если эта система включается один раз после четвертого свипа для изменения его полярности.
Чтобы использовать эти коды, необходимо располагать специальными электрическими схемами, облегающими работу полевого отряда. В худшем случае применение этих кодов открывает возможность для . ошибок, что следует тщательно учитывать. Любое усложнение должно быть оправданно, и оно повышает уровень требований к квалификации персонала и руководства партии (включая исполнителя и заказчика).
В гл. 10, рассматривая рис. 10.8, мы отмечали, что выделение сигнала подобными кодами может не подходить к некоторым видам измерений. Вкратце было сказано и о возможных путях совершенствования способов разделения сигналов. На международной конференции Общества геофизиков-разведчиков (SEG) в 1987 г. было представлено несколько докладов по проблеме одновременной записи в МОВ и ВСП. Имеется и соответствующая литература с описанием различных систем кодирования и декодирования. В одной из работ предлагается сочетать обращение полярности со свипами вверх и свипами вниз для лучшего разделения сигналов. В такой системе необходимо учитывать влияние гармонических помех от источника со свипом вверх при декодировании сигнала Ui источника со свипом вниз и наоборот. Эта проблема разрешена для системы из двух источников обращением полярности обоих комплектов источников при четверном коде [1].
Кодирование, использующее обращение полярности, является частным случаем более общего фазового кодирования (разность фаз 180°). Электронная система вибратора VE 416 фирмы Sercel позволяет менять фазу ступенями в 1 ° от 0 до 360°, что создает гибкость в развитии и применении систем фазовою кодирования и декодирования. Эта система также дает возможность чередовать свипы, например 10 30 Гц и 30-60 Гц у одной группы вибраторов и 30 60 Гц и 10 30 Гц у друюй. Дополни 1елыю система обладает возможностями возбуждать некого-
Записано и декодировано для кода 1
Декодировано для кода 4 Коды
Коды
12
3456
123456
++
4444
444444
44
4-4
4444-
4+
4-4
©©©©0 о
+4
••
00©©©
4
4-4-
© © © © © ©
4
4•-4
©©©©©0
4
4-4
4--4-4-
4-800000 Сумма
Декодировано для кода 2 Коды
"о™ о" о" +8 о" 0~
Декодировано для кода 5 Коды
12
3456
123456
+4-
4444
4-4-4-4-4-4-
+4-
44
-0©©©©
4-4-
44
4-4---4-+
4-4-
•--.
00©©©*
0©
©©0®
444
О ©
©©$0
0©©©©©
0©
© © © ®
4---4-4-
(*)(4)
(4)(•)(4)
0.©©01©01
04-80000 Сумма
Декодировано для кода 3 Коды
00004-80
Декодировано для кода 6 Коды
12
3456
123456
4- '4-
4-4-4-4-
♦♦♦4-4-4-
4-4-
4-4-
0^©©©
© ©
©©©0
4-4---4-4-
© ©
© © © ©
30♦©©©
4
4--4-
©©0©©©
4
4---4-
44-4
© ©
© © © ©
0©©©©©
4---4--4-
00
4-8000 Сумма
00000+8
Примечания
Знаки без кружков в таблице относятся к полярности свина.
Знаки в кружках означают, что при обработке полярность данных от этого свина должна быть изменена до суммирования, для того чтобы декодировать именно этот набор данных.
Все коды, за исключением кода № 6, совместимы с системой подавления наводок от линий электропередач, если эта система автоматически включается один раз после четвертого свина.
рые псевдослучайные свины. Все эти возможности создают новые пути совершенствования одновременной записи в МОВ и ВСП, использующие кодирование и декодирование. Некоторые способы можно сочетать с целью повысить степень разделения сигналов. Текущая информация об оборудовании фирмы Sercel ограниченна, но она будет, несомненно,
поступать. Имеются и другие фирмы, предоставляющие аналогичные возможности.
Я уверен, что существуют важные области применения одновременной записи, которую можно освоить с помощью как уже имеющейся аппаратуры, так и той, которая появится в ближайшем будущем.
Литература-
Deluchi L., Marschall R. and Werner H. 3-D, seismic survey of the Gaggiano Oil Feild with quaternary encoding dual-source Vibroseis technique. Expanded Abstracts with Biographies 1987 Technical Program, SEG, S8.2, 570-573, 1987.
Khan TA. and Olson E.L. Field productivity: a challenge to manufacturers of field systems. Expanded Abstracts with Biographies 1987 Technical Program, SEG, S8.3, 574-576, 1987.
15
Картирование зонповышенной пористостии скоплений свободногогаза
Часто важнейшим элементом разведки углеводородов является обнаружение зон развития пористости или присутствия свободного газа в целевых горизонтах. В этой главе рассмотрены способы нахождения и картирования областей повышенной пористости и присутствия углеводородов (доказательством чего является наличие свободного газа). В дополнение к методу продольных отраженных волн описываются комплексирование данных по продольным и поперечным волнам и метод продольных преломленных волн.
Данные продольных отраженных волн
Увеличение пористости уменьшает скорость распространения продольных воли в породах и в неконсолидированных слоях. Если поровое пространство заполнено относительно несжимаемым веществом, таким, как нефть или вода, то уменьшение скорости заметно, но не чрезмерно. Снижение скорости может значительно усилиться, если в порах породы присутствует даже небольшое количество свободного газа. Обнаружив эти более значительные изменения скорости в разрезе, мы тем самым можем установить наличие свободного газа более уверенно, чем развитие областей повышенной пористости. Но выявить изменение пористости можно и при отсутствии свободного газа по эффекту уменьшения скорости. Наши перспективы значительно возрастают, если удается обеспечить регистрацию высокочастотных составляющих отраженных волн от разведуемых горизонтов в зонах, представляющих интерес (для получения более детальной информации). Решите этой задачи облегчается и в тех случаях, когда амплитудно-частотные характеристики волн относительно равномерны повсюду, за исключением представляющих интерес зон. Полезно также использовать широкую полосу частот. В гл. 6 говорится о том, как обеспечить регистрацию данных высокого разрешения со взрывными источниками или с вибраторами, а в гл. 9 рассматривается ухудшение спектральных характеристик волн под влиянием волн-спутников и анализируются способы минимизации этих нежелательных эффектов. До составления программы выделения и картирования пористости часто бывает необходимо провести моделирование ожидаемого развития процесса и рассчитать для каждой модели
синтетические сейсмограммы при различных значениях пористости. Это поможет определить, какая требуется разрешенность, и даст дополнительные данные для интерпретации результатов разведки.
Для определения наличия свободного газа не всегда требуется иметь высокоразрешенные данные. Необходимы: записи с хорошим отношением сигнал/помеха и обработка с сохранением различшй относительных амплитуд. Амплитудные кривые позволяют с успехом обнаруживать свободный газ только там, где приповерхностные условия почти неизменны и контакты источников и ссйсмоприемников с поверхностью земли меняются в минимальной степени. Помимо этого пласты, содержащие газ, должны иметь высокую пористость и по возможности не быть сцементированными. В этих случаях большие изменения скорости в сочетают со снижением плотности пород из-за присутствия в них газа приводят к большим значениям коэффициента отражения выше и ниже зоны, содержащей газ. В результате происходит большее, чем обычно, увеличение амплитуд отраженных волн от этих двух границ, получившее. название «эффект яркого пятна». Наиболее заметный успех данной методики был достигнут первоначально при морских сейсморазведочных работах (где условия возбуждения и приема колебаний более стабильны, чем на суше). Изменения литологии, например присутствие зон лигнитов в разрезе, также могут приводить к значительному увеличению коэффициентов отражения и получению записей, которые могут быть ошибочно проинтерпретированы как яркие пятна, обусловленные газом.
Данные высокого разрешения обладают тем преимуществом, что интерпретатор может установить различия между зонами лигнитов и газоносными песками, определяя интервальные скорости и оценивая мощность аномальной зоны.
Сопоставление данных по продольным и поперечным волнам
Развитие пористости уменьшает скорости как продольных, так и поперечных ноли. Если поровое пространство заполнено относительно несжимаемым веществом, таким, как нефть или вода, то изменение скоростей продольных и поперечных волн незначительно. Но в общем процент уменьшения скорости будет несколько большим у поперечных волн. Если па некоторой площади мы можем получить хорошие записи поперечных волн, то тщательно сопоставив материалы по волнам обоего тапа, можно надеяться обнаружить зоны развития пористости. Но это очень дорогостоящий способ, и он не всегда дает удовлетворительные результаты даже при наличии качественных исходных данных поперечных волн.
Скорости поперечных волн нечувствительны к присутствию свобод-
ного газа. Поэтому яркому пятну, выявленному по записям продольных волн н обусловленному наличием свободного газа, не будут соответствовать аномально большие амплитуды на разрезах по поперечным волнам. Ложным ярким пятнам, обнаруженным па разрезах по продольным волнам п являющимся результатом литологических изменений пород, будут соответствовать высокоамплитудные области па соответствующих разрезах по поперечным волнам. Поэтому сопоставление разрезов, полученных по материалам продольных и поперечных волн, позволяет дифференцировать яркие пятна, вызванные наличием газа или литологическими изменениями [1].
Поперечные волны хорошо проходят через консолидированные породы, но быстро затухают в рыхлых отложениях. Они не распространяются в воде п воздухе. Скорости этих волн резко уменьшаются при изменении пород от плотных к разуплотненным и рыхлым. В поверхностных п приповерхностных слоях поперечные волны подчас сильно затухают и характеризуются значительными временными задержками при распространении в неблагоприятных слабо связанных породах. Но по мере по1ружения на глубину вес покрывающих пород обеспечивает дополнительное уплотнение пород, даже при отсутствии цементации. Наибольшие трудности работы па поперечных волнах связаны с поверхностными и приповерхностными условиями. Если они благоприятны, то реальна регистрация устойчивых поперечных волн, еелп нет, то их прослеживание маловероятно. Но возможны и такие два случая. В первом-устойчивые поперечные волны были получены в районах, где горизонтальные вибраторы с трудом передвигались через небольшие дюны в сыпучих песках. Вероятно, пески быстро уплотняются с глубиной. Во втором на участках с твердыми поверхностными отложениями результаты оказывались весьма разочаровывающими. Даже если и так, то все же на основании изучения поверхностных и приповерхностных условий можно во многих случаях правильно спрогнозировать, будут или не будут получены хорошие записи поперечных волн.
Обычно скорости поперечных волн примерно вдвое меньше, чем продольных. Если на разрезе продольные отраженные волны прослеживаются на времени 1,1 с, то неизвестно, на каких временах будут прослежены поперечные волны от того же горизонта. Мы можем предположить, что они будут на временах вблизи 2,2 с, но не исключено наличие нескольких отражений около 2,2 с, среди которых будет и то, которое является объектом изучения. Поэтому необходимо иметь возможность провести детальную корреляцию разрезов по продольным и поперечным волнам, прежде чем окажечея возможным сравнивать два отражения от целевого горизонта. Иногда это возможно, а иногда пет. Данная граница раздела может иметь весьма большой коэффициент отражения для одного типа волн и малый для друюго. Коэффициенты отражения MOiyi име1ь и разные полярности. Часто 01ражения образуются от пачек тонких слоев, и волны двух типов могут по-разному
отражаться от таких толщ. Там, где мы можем записать хорошие поперечные волны, их верхний эффективный предел частоты обычно равен приблизительно половине предела для продольных волн. Сочетание более низких скоростей и более низких верхних частот поперечных волн означает, что мы не можем достичь заметного увеличения вертикальной разрешенности, используя эти волны.
Если нам удастся получить хорошие, легко сравнимые и притом хорошо коррелируемые разрезы по продольным и поперечным волнам, то мы можем обнаружить изменения пористости и с большей достоверностью установить присутствие скоплений свободного газа. Ищутся имеющиеся различия разрезов, вычисляются отношения времен пробега прокоррелированпых волн и отмечаются изменения этих отношений. Чем меньше различие времен между двумя прокоррелированными отражениями, тем больше чувствительность к изменению пористости залегающих между ними слоев. По результатам обработки материалов с сохранением амплитуд вычисляют отношение амплитуд прокоррели- рованных волн. Этим способом мы можем не только идентифицировать ложные яркие пятна на записях продольных волн, по и выделить аномалии амплитуд, которые являются только наполовину яркими пятнами. Свободный газ в относительно низкопористых породах (особенно в тех, которые к тому же хорошо сцементированы) не проявится в виде интенсивных ярких пятен на записях продольных водн. Но отношение амплитуд отражений от одного и того же горизонта на разрезах по продольным и поперечным волнам позволяет как выделять «половинные» яркие пятна, так и различать, какие из них обусловлены свободным газом, а какие-другими принтами, вызывающими подобные амплитудные аномалии.
Получить записи поперечных волн возможно при использовании источников продольных волн путем регистрации обменных поперечных волн. Последние возникают, когда продольная волна подходит к отражающей границе под большим углом (относительно вертикали). Угол отражения обменной поперечной волны всегда меньше, чем угол падения продольной волны. При горизонтальных отражающих границах обменные поперечные волны подходят к дневной поверхности более круто, чем распространявшаяся вниз продольная волна, которая ее породила. Невозможно получить обменные поперечные волны от горизонтальных границ па небольших удалениях от источника из-за необходимости падения волн па границу под большим углом. На тех удалениях, где регистрируются обменные поперечные волны, точка отражения на глубинной границе не будет отвечать середине расстояния между источником и соответствующим приемником колебаний. Вместо этого проекция точки отражения на дневную поверхность располагается гораздо ближе к пункту приема из-за более крутой лучевой траектории обменной поперечной волны. Годограф этой волны является приблизительно гиперболой. Суммирование обменных поперечных волн не явля-
ется простой задачей, но ее все же можно успешно выполни гь. Обменные поперечные волны вертикально поляризованы в том смысле, что на фронте волны имеется по крайней мере малая вертикальная компонента колебаний земли. Горизонтальная компонента имеет радиальное направление смещения по направлению к источнику продольных воли и от пего.
Несмотря на то что иногда удастся получать хорошие записи поперечных волн, используя обменные волны, в общем лучше применять источники поперечных волн и системы, целиком ориентированные на работу с ними. При работах с источниками поперечных волн желательно использовать горизонтально поляризованные поперечные волны, которые возбуждаются путем приложения силы к поверхности земли под прямым углом к сейсмическому профилю. Источником колебаний может быть 1 оризонтальный вибратор, либо ударное устройство типа Marthor Hammer, или наклонный ударник ARIS (Marthor фирменный знак Французского института нефти, AR1S-фирменный знак компании Atlantic Richfield). Поскольку мы захотим сравнивать данные по поперечным и продольным волнам, очень важно применять сходные системы наблюдений. Правда, может возникнуть вопрос, не является ли слишком сложным делом сравнение разрезов по поперечным волнам, полученных с вибраторами, с разрезами по продольным волнам, полученными при взрывных источниках.
Преимущества имеют те системы, в которых оба типа данных получены одновременно от одного и того же источника. Ударник ARIS может быть наклонен к вертикали для возбуждения и поперечных, и продольных волн. Наклон производится в вертикальной плоскости, перпендикулярной линии сейсмического профиля. При изменении направления наклона горизонтально поляризованные поперечные волны меняют свою полярность, в то время как полярность продольных и вертикально поляризованных поперечных волн (и обменных поперечных волн) остается прежней. Сложение двух трасс дает записи преимущественно с продольными и вертикально поляризованными поперечными волнами, а горизонтально поляризованные поперечные волны будут значительно ослабляться. Вычитание трасс позволит получить записи с горизонтально поляризованными поперечными волнами при сильно ослабленных продольных и вертикально поляризованных поперечных волнах. Будем называть записи, полученные в результате вычитания трасс от наклонных противоположно направленных воздействий, «горизонтально поляризованные сейсмограммы поперечных волн». Горизонтально поляризованные поперечные волны регистрируются в основном горизонтальными, ориентированными перпендикулярно профилю ссйс- моприемниками, тогда как продольные волны принимаются обычными вертикальными приборами. Применение различных приемников важно для обеспечения дополнительного разделения горизонтально поляризованных поперечных волн от продольных.
Желательно использовать горизонтальные сейсмоприемники, оси которых ориентированы как перпендикулярно профилю (поперечные), так и параллельно ему (радиальные). Если бы среда была горизонтально-изотропной, то радиальная компонента горизонтально поляризованных поперечных волн была бы равна пулю. Но горизонтальная анизотропия пород (вызванная напряжениями, по-разному ориентированными вертикальными нарушениями или друтми причинами) может привести к появлению сигналов на радиальных приборах вследщвие вращения вектора горизонтальной поляризации волн [2]. При этом вращательная компонента бывает столь интенсивной, что основной отклик будет наблюдаться на радиальных сейсмоприсмниках, а не на поперечных.
Также можно регистрировать и поперечные, и продольные волны, используя в качестве общего источника 1 оризонтальные вибраторы. Для этого под плиту горизонтального вибратора устанавливается клинообразная прокладка, что позволяет создавать на поверхности земли вертикальные и горизонтальные нагрузки. Вертикально направленная сила возникает каждый раз, когда плита вибратора перемещается в ту или другую сторону. Частота генерируемых продольных волн оказывается в два раза выше, чем поперечных. Поэтому для корреляции и выделения продольных волн необходимо удвоить частоту управляющего сигнала. В некоторых случаях горизонтальные вибраторы являются удовлетворительными источниками продольных волн. Опять-таки для регистрации поперечных волн необходимо использовать горизонтальные сейсмоприемники, ориентированные параллельно и перпендикулярно профилю.
Обнаружение ориентированных нарушений с помощью поперечных волн
Открытые трещины являются своеобразной разновидностью пористости, и они особенно благоприятны для накопления углеводородов из-за своей высокой проницаемости. На значительных глубинах открытые трещины имеют тенденцию располагаться примерно по вертикали, поскольку горизонтальные трещины закрываются под тяжестью вышележащих отложений. Азимутально ориентированные вертикальные трещины можно выявить с помощью поперечных волн без использования продольных. В вертикально распространяющейся поперечной волне частицы колеблются в горизонтальной плоскости. Модуль сдвига и скорость поперечных волн должны уменьшаться независимо от азимутального угла между вертикальным нарушением и горизонтальным смещением частиц среды. Но влшпше на перемещение жидкости в открытых трещинах определяется их относительной ориентацией и направлением движения частиц. Если колебания часзиц в поперечной волне происходят перпендикулярно трещине, то они стремятся открызь и закрыть трещи-
ны, а следовательно, увеличить (и уменьшить) давление жидкости и заполнить их флюидами.
Эффекты трещин и заполняющих их флюидов значительны. Они обусловлены течением флюидов, зависят от их свойств (вязкость и сжимаемость) и относительной проницаемости системы трещин. Эффекты будут сложнее в присутствии нескольких различных флюидов, скажем воды, газа и нефти. Если же движение частиц в поперечной волне происходит параллельно трещине, то тенденция к их открытию и закрытию уменьшается и на!нетание поровых флюидов будет слабым. Поэтому влияние трещин, ориентированных параллельно смещению частиц, на поперечные волны будет меньшим. Наблюдения на поперечных волнах под разными азимутами дадут отличающиеся результаты при наличии зон ориентированных вертикальных трещин.
Сейсморазведка па поперечных волнах может давать прекрасные результаты, но техника ее проведения не такая падежная, как в методе продольных волн. Метод поперечных волн следует применять в тех случаях, когда имеются хорошие шансы на достижение успеха и когда данные, которые мы, возможно, получим, оправдают затраты и риск того, что результаты не будут удовлетворительными. В качестве источников поперечных волн лучше всего себя зарекомендовали горизонтальные вибраторы. Регистрация волн должна вестись горизонтальными сейсмоприемниками, ориентированными поперек и вдоль профиля. Источник ARIS может быть эффективным, по не всегда. Одним из основных недостатков ударника Marthor Hammer является то, что он не позволяет группировать источники в связи с трудностями их синхронизации.
Обнаружение пористости и свободного газа методом преломленных волн
Когда объект разведки является хорошим преломляющим горизонтом, то весьма чувствительными к изменению пористости и наличию свободного газа могут быть данные метода преломленных волн. Это особенно справедливо в тех случаях, когда зоны развития пористости и свободный газ располагаются вблизи кровли преломляющего слоя. Если кровля преломляющего горизонта является границей несогласия, то ожидаемая зона развития пористости может быть приурочена к области выветривания непосредственно под этой грашщей, которая лучше всего выявляется по данным метода преломленных волн.
Данные метода преломленных волн столь чувствительны к увеличению пористости и скоплениям свободного газа потому, что критический угол определяется отношением скоростей волн на границе раздела. Любые изменения скорости распространения волн в преломляющем горизонте, вызванные рассматриваемыми причинами, будут изменять угол преломления, что будет сильно влиять на характеристики волн,
Рис. 15.1. Ход лучей преломленных волн при наличии пористых зон в преломляющем горизонте. Эффекты увеличения пористости:
1. Зоны разрежения и пересечения лучей преломленных волн на поверхности. Протяженность зон при повышении пористости на 3 и 6% составляет соответственно 188 и 398 м.
2. Преломленные волны от зон с более высокой пористостью будут иметь запаздывающие времена прихода вследствие уменьшения скорости в преломляющем горизонте. В зонах пересечения лучей будет происходить интерференция волн, а различия времен прихода, очевидно, будут небольшими, в результате чего интерференция, вероятно, приведет к усилению колебаний. Вертикальный масштаб не увеличен.
Таблица 15.1. Пути преломленных волн от известняков Лисберн до поверхности для модели, представленной на рис. 15.1
Скорое! ь в преломляющем горизонте, м/с
Увеличение иорис I ости, О/ О
Критический уюл, 1 рад.
Угол подхода к дневной поверхно- снь град.
У халспис точки прихода волны от преломляющей границы, м
Длина восходяще! о луча (ВОЛНЫ О! границы вверх), с
Время пробега волны вверх, с
6706
0
23,29
34,62
1379
3163
1,1080
6084
3
25,84
38,77
1567
3254
1,1375
5569
6
28,44
43,17
1777
3366
1,1736
записанных на поверхности. Это приведет к разрежению и пересечению
лучей преломленных волн при подходе их к поверхности земли. Рис. 15.1 иллюстрирует эти эффекты на примере, основанном на простой модели известяков Лисберн, залетающих на Северном склоне Аляски. В этом примере для регистрации преломленных волн в первых вступлениях необходимо было использова ть удаления, превышающие 17,7 км. Прямые волны, распространяющиеся через зону вечной мерзлоты, не обязательно будут затруднять регистрацию преломленных волн па меньших удалениях. Но в любом диапазоне расстояний распределение вступлений преломленных волн па поверхности должно быт ь таким, как показано на рисунке.
В табл. 15.1 приведены результаты расчета углов, удалений, длины лучей и времен пробега для преломленных волн, соответствующих низко- и высоконористым участкам известняков Лисберн. Если нормальным известнякам Лисберн свойственна скорость 6706 м/с, то увеличение пористости на 3% уменьшает скорость до 6084 м/с. (Изменение скорости за счет пористости приводит к изменению времени распрос гранения волн и рассчитано на основе так называемого уравнения среднего времени, которое часто используется при анализе данных каротажа.) Увеличение пористости на 6% уменьшает скорость до значения 5569 м/с. Критический угол также изменяется от 23, 29 до 25,84 и 28,44° соотвект- венно. Угол подхода преломленной волны к дневной поверхности будет изменяться от 34,62 до 38,77 и 43,17°. На рис. 15.1 показаны поверхностные области разрежения и пересечения лучей, обусловленные изменениями пористости преломляющего слоя. Ширина этих поверхностных аномалий составляет около 188 и 398 м при увеличении пористости известняков на 3 и 6%.
В пределах поверхностных зон пересечения лучей должна происходи 1ь интерференция преломленных волн. Для двух преломленных волн можно рассчитать времена прихода к поверхности па равных удалениях в зоне пересечения. В табл. 15.1 приведены времена ттробета преломленных воли от трапицы до поверхности. Луч преломленной волны от дальнего конца первого пористого интервала достигает поверхности па
удалении 1567 м от него..Чтобы прийти в ту же точку поверхности, луч преломленной волны от низкопористой зоны должен пройти еще 188 м по этому участку границы. Это увеличивает время пробега волны вдоль границы на 0,0281 с. Поэтому общее время ее распространения будет равно 1,1080 + 0,0281 = 1,1361 с, тогда как время пробега от пористого интервала составит 1,1375 с. Следовательно, луч от пористой зоны достигает поверхности на 1,4 мс позже. Интерференция на сейсмических частотах будет усиливать колебания.
Теперь рассмотрим преломления от низкопористой зоны непосредственно за первым пористым участком. Луч преломленной волны достигнет поверхности па удалении 1380 м от границы этого участка. Для того чтобы луч от первого пористого интервала достиг поверхности на таком же удалении, он должен отойти от преломляющей поверхности в точке, расположенной на 188 м ближе. Вдоль границы он пройдет более длинный путь с меньшей скоростью. Дополнительное время будет 0,0301 с, и общее время распространения после пористой зоны будет 1,1390 с, т. е. на 1,5 мс больше, чем для преломленной волны, записанной на том же удалении от нормального участка границы, и интерференция опять будет конструктивной.
Аналогичные расчеты для второго пористого участка с приращением пористости 6% дают разности времен в 6,3 и 5,9 мс. И в этом случае интерференция будет усиливать колебания на низких частотах, которые будут регистрироваться при разведке преломленными волнами па больших удалениях.
Будем ли мы действительно иметь пустые зоны на поверхности, лишенные вступлений преломленных волн от известняков Лисберн? Нет, па контакте низко- и высокопористых зон будут возникать дифрагированные волны, заполняющие зоны разрежения на поверхности. Времена прихода и преломленных, и дифрагпрованпо-преломленных волн в зонах разрежения будут одинаковыми. Но эти волны с равными временами прихода в зонах разрежения будут запаздывать относительно вступлений волн в отсутствие пористых участков в преломляющем горизонте. Из табл. 15.1 следует, что задержки во времени при увеличении пористости на 3 и 6% будут равны соответственно 29,5 и 65,6 мс. Если бы временные задержки увеличивались пропорционально длине зон разрежения, то они составили бы 15,65 и 16,47 мс на 100 м при увеличении пористости на 3 и 6% соответственно. Кажущаяся скорость волны (вдоль дневной поверхности) перед каждой зоной разрежения будет 6706 м/с. Средние кажущиеся скорости па поверхности над зонами разрежения будут равны 6386 и 6068 м/с при росте пористости на 3 и 6% соответственно. Между каждой зоной разрежения и следующей областью пересечения лучей кажущиеся скорости волн будут равны скоростям распространения волн по преломляющему горизонту в пределах пористых участков 6084 и 5569 м/с при увеличении пористости соответ- гтппиип ТУП Д ТУ А°Д
Удаления от источника на поверхности f мУдаления от источника на поверхности f м^VL1‘C — ОЬА 17^VL1‘C — ОЬА 17
Удаления от источника на поверхности f м
Удаления от источника на поверхности f м
^VL1‘C — ОЬА 17
^VL1‘C — ОЬА 17
• Первое вступление на 1,5 мс раньше***Первое вступление на 5,8 мс раньше
*• Первое вступление на 1,4 мс раньше * * • • Первое вступление на 6,3 мс раньше
Пористые зоны
Увеличение пористости, %
Удаление зоны от источника Скорость в пре-
начало, м
конец, м
ломляющем слое, м/с
1
3
17671
18 585
6084
2
6
19195
19957
5569
Рис. 15.2. Ход лучей преломленных и дифрагированно-преломленных волн от смоделированных известняков Лисберн. На рисунке показан ход лучей около поверхности, следующих с интервалом 152 м вдоль преломляющей границы. Две зоны повышенной пористости приводят к появлению зон разрежения и пересечения лучей на поверхности.
Амплитуды дифрагированно-преломленных волн в зонах разрежения будут меньше по сравнению с амплитудами преломленных волн в областях, предшествующих этим зонам. В зонах пересечения (интерференции) амплитуды суммарных преломленных волн будут больше и увеличение кажущейся скорости будет происходить в соответствии с изменением скорости в преломляющем слое с повышенной и низкой пористостью.
Эги изменения времен прихода волн в первых вступлениях и кажущихся скоростей иллюстрируют табл. 15.2 и рис. 15.2. В рассмотренном примере предполагается, что низкопористые известняки Лисберн имеют скорость 6706 м/с и на удалении 17 671 м от пункта взрыва их пористость на участке длиной 914 м резко возросла па 3%. На удалении 18585 м пористость быстро уменьшается, а через 610 м скачкообразно увеличивается на 6% на протяжении 762 м и далее резко уменьшается.
ища 15.2. Прсломленно-дифрагированпыс волны от известняков Лисберн на участках с низкой и повышенной пористостью для ели, представленной на рис. 15.2
На преломляющей границе
На поверхностиПримечания
ение L. м пористость время t, с
удаление L, м время и с Д£, мД/, сД£/Д/, м/с
1909 ф3,420
18 2884,5320
7620,0113646688 иа = иг для низкопористых извест
няков Лисберн
7 671- ф3,5376
19 0504,6456Первая зона разрежения, заполнен
ная дифрагированно-преломлен- ными волнами от конца низкопористого интервала
7 671- ф3,5376
7 6714- ф 4-3%3,5376
19 238*4,6751Конец первой зоны разрежения
19 2384,5671Преломленная волна от начала 1-го
пористого участка
7260,119386068 va = vr для среднепористых извест
няков Лисберн
7 858 ф 4-3%3,6570
19 9644,7495Начало 1-й зоны пересечения, в 1-х
вступлениях волна от среднепористых известняков (разница времен прихода волн 1,5 м/с)
8 58 5- ф 4-3%3,6879
201534,886Конец 1-й зоны пересечения, во 2-х
вступлениях волна от среднспо- ристых известняков (разница времен прихода волн 1,4 м/с)
18 585 4- ф3,6879
19 9644,7945Начало 1-й зоны пересечения, во 2-х
вступлениях волна от низкопористых известняков (разница времен прихода волн 1,5 м/с)
18773 ф3,7106
201534,8240Конец 1-й зоны пересечения, в 1-х
вступлениях волна от низкопористых известняков (разница вре- мен прихода волн 1.4 м/с)
19195-
Ф
3,7788
20574
4,8868
19195—
19195 +
Ф
ф + 6%
3,7788
3,7788
20972*
20972
4,9524
4,9524
364
9 559
ф + 6%
3,8442
21336
5,0178
9957-
ф + 6%
3,9156
21 734
5,0892
9957 +
Ф
3,9156
21 336
5,0236
*0335
Ф
3,9749
21734
5,0829
212
20567
Ф
4,0065
21 946
5,1145 -
* Дифрагированно-преломленные волны, заполняющие зону разрежения.
0,06281
6688
va = vr для низкопористых извест
0,0654
5554
няков Лисберн
Начало 2-я зоны разрежения, заполненной дифрагированно-пре- ломленными волнами от конца низкопористого участка границы
Конец 2-й зоны разрежения
Преломленная волна от начала 2-го пористого участка
га = гг для высокопористых извест
0,03161
6688
няков Лисберн
Начало 2-й зоны пересечения, в 1-х вступлениях волна от высокопористых известняков (разница времен прихода волн 5,8 м/с)
Конец 2-й зоны пересечения, во 2-х вступлениях волна от высокопористых известняков (разница времен прихода волн 6,3 м/с)
Начало 2-й зоны пересечения, во 2-х вступлениях волна от низкопористых известняков (разница времен прихода волн 5,8 м/с)
Конец 2-й зоны пересечения, в 1-х вступлениях волна от низкопо- ристых известняков (разница времен прихода волн 6,3 м/с)
va = vr для низкопористых известня
ков Лисберн
Первая зона разрежения ,на рис. 15.2 не очень заметна, так как ее размеры, равные 188 м, ненамного больше интервала в 152 м между точками на преломляющей границе, от которых были рассчитаны и построены лучи на этом рисунке. На рис. 15.2 показан ход лучен преломленных волн только в верхней части (914 м) пути. Первая зона разрежения начинается за удалениями порядка 19238 м. Как видно из табл. 15.2, имеются два луча, которые приходят на удалении 19238 м. Первый из них принадлежит преломленной волне, соответствующей началу первого пористого участка, а второй-дифрагированно-прелом- ленной волне от конца низкопористой зоны преломляющей границы, примыкающей к первому пористому интервалу. Эги два луча имеют одинаковые пути и времена прихода (при условии резкого увеличения пористости).
Первая зона пересечения лучей начинается на удалении 19964 м, куда разными путями приходят два луча. Один принадлежит преломленной волне, образованной прямо за первым пористым интервалом, но приходящей на 1,5 мс позднее второй, связанной с первым низкопористым интервалом. Эта первая зона интерференции простирается до удаления 20153 м, где преломленные волны от первого пористою интервала приходят на 1,4 мс позже вступлений волп от низкопористого интервала, расположенного за первой пористой зоной.
Преломленные волны от низкопористого интервала, находящегося перед вторым пористым участком, достигают поверхности на удалении 20 574 м. Вторая зона разрежения начинается прямо за этим удалением, но дифрагированно-преломленные волны от конца низкопористого интервала достигают поверхности на расстоянии, большем 20 574 м. На удалении 20 972 м мы имеем одновременные вступления дифрагирован- но-преломленной волны от контакта низко- и высокопористого интервала и Преломленной волны от начала второго высокопористого участка границы.
Вторая зона пересечения лучей начинается на удалении 21 336 м, па котором преломленная волна* образовавшаяся сразу за вторым пористым интервалом, приходит па 5,8 мс позднее преломленной волны от второго пористого интервала. В горая зона интерференции оканчивается па поверхности на расстоянии 21 734 м, на котором преломленная волна от второго пористого участка вступает на 6,3 мс позднее преломленной волны от интервала с низкой пористостью, расположенного за вторым пористым участком.
В табл. 15.3 приведены эти времена прихода волп и их кажущиеся скорости распространения вдоль дневной поверхности. Уменьшение кажущихся скоростей (между зонами разрежения и пересечения лучей) может служшь мерой увеличения пористости. Конечно, и другие причины мо!ут вызывать изменение кажущейся скорости, включая вариации глубины преломляющей i рапицы, приповерхностных условий, скоростей .„n„„T,v „„„ пппплмпашшрй ПЛПРПХППСТ ЬЮ. И ДО. Но ДЛЯ
Таблица 153. Времена прихода и кажущиеся скорости преломленных волн от известняков Лисберн для модели рис. 15.2 и табл. 15.2
Удаление по преломляющей границе, м
Удаление по поверхности, м
Время прихо- Кажущаяся
Примечания
да, с
скорость, м/с
16909
18288
4,532
6708
уа = нг для пизкопористых известняков
17671 -
19050
4,6456
6385*
Зона разрежения с промежуточной скоростью
17671
19238
4,6751
6081
уа = иг для известняков с большей на 3% пористостью
18397
19964
4,7945
6385*
Зона пересечения с промежу- । очной скоростью
18774
20153
4,8240
6708
у, = vr для низкопорнстых известняков
19195-
20574
4,8868
6063
Зона разрежения с промежуточной скоростью
19195
20972
4,9524
5570
и, = vr для известняков с большей на 6% пористостью
19559
21336
5,0178
6110
Зона пересечения с промежуточной скоростью
20355
21734
5,0829
6708
va = vr для низкопористых известняков
20567
21946
5,1145
* По-видимому, это просто совпадение.
измерения многих из них мы можем использовать данные метода отраженных волн и соответствующим образом скорректировать материалы метода преломленных волн.
Получение встречных годографов преломленных волн позволяет более точно определять места развития пористое! и, кот орые были ранее выявлены. Если бы в пористых зонах известняков Лисберн присутствовал свободный газ, то уменьшение скорости было бы значительнее И 3(hdlPK*TKT VrrnUnnnPTJTTT ТО ТТН нллппглутт^п^тг ^/аттла Mw«»^^^-.«-
В тех случаях, когда области развития пористости располагаются значительно ниже кровли преломляющей поверхности, обусловленные ими эффекты будут отличаться от тех, которые показаны на рис. 15.1. Конечно, они будут меньше, если эти области будут располагаться на глубинах порядка длины волны от кровли. Но для известняков Лисберн длина волны составляет 671 м при частоте 10 Гц или 1341 м при частоте 5 Гц. Поскольку в методе преломленных волн используются низкочастотные колебания и большие удаления, то развитие пористости в этих известняках может быть выявлено па любых глубинах, где бы оно пи встретилось ниже кровли. Этот пример демонстрирует возможности метода для картирования зон развития пористости и присутствия свободного газа в преломляющих слоях. Окажется ли он эффективным па практике в том или ином случае-это другой вопрос, по этот метод следует принимать во внимание, когда перспективы достаточно хороши для оправдания работ.
Литература
Robertson J.D. and Pritchett IK С. Direct hydrocarbon detection using comparative P-wavc and S-wave seismic sections. Geophysics, 50, 383-393, 1985.
Willis H. A., Rethford G. L. and Beilanski E. Azimuthal anisotropy occurence and effect on shear-wave data quality. Expanded Abstracts with Biographies 1986 Technical Program, SEG, S9.7, 479-481, 1986.
16
Выбор и эксплуатацияоборудования
Следующие три главы посвящены технике и практике полевых работ. В этой главе мы рассмотрим вопросы, связанные с выбором и эксплуатацией оборудования, включающего источники сейсмических колебаний (буровые станки и вибраторы), сейсмоприсмники и гирлянды из них, сейсмокосы и радиолинии, регистрирующие станции, устройства для ослабления и подавления помех от линий электропередач, оборудование для связи и другие элементы сейсмического комплекса.
Мы должны выбирать оборудование, которое в наибольшей степени подходит к проводимым работам, условиям местности и погоды в районе разведки. Необходимо так подбирать оборудование и персонал, чтобы полевой отряд тратил минимальное время в ожидании размотки и установки сейсмоприемников, окончания бурения и подготовки скважин. Нежелательно также, чтобы буровики ждали топографа, а топограф - разрешения. Такне задержки встречаются, но они должны быть редкими, и затраты времени на них-минимальными.
Сейсмические источники
Если планируется в качестве источников использовать взрывы в глубоких скважинах, то нужно иметь буровые с ганки, которые были бы эффективны для разбуривания пород на ожидаемые глубины. Буровые станки должны быть в состоянии передвигаться на местности, и иногда необходимо иметь несколько типов установок, чтобы удовлетворить меняющимся требованиям. При бурении мелких, близко расположенных друг к другу скважин желательно иметь станок с короткой вышкой, для того чтобы он мог передвигаться с одной точки на другую без ее опускания. Но при использовании глубоких скважин нужны высокие вышки для выполнения необходимых операций с достаточной эффективностью. Могут понадобиться один или более станков, способных передвигаться по крутым склонам, узким и кривым дорогам, а также установки, которые можно легко демонтировать на две-три компоненты для переброски вертолетами. На болотистых площадях необходимо иметь бурстанки на специальных колесах. Для бурения мини-скважпп в условиях пересеченной местности могут понадобиться небольшие переносные станки и несколько более крупные установки, смонтирован-
ные па колесных шасси. Имеется много модификаций станков самых разных размеров. Там, где водоносные слои не препятствуют проходке скважин, можно эффективно бурить с продувкой воздухом, и это, как правило, более экономично. В густо населенных районах пыль от бурения с продувкой воздухом нежелательна.
В сейсмической партии должно быть известно, имеются ли подземные кабели, линии электропередач или дренажные трубы, в зоне которых можно вести бурение. Должны быть также известны нормы и правила бурения, а также местные требования, регулирующие условия хранения и применения взрывчатых веществ. У автора была сейсмопартия, использовавшая мшш-скважнны и работавшая в Виргинии, Мэриленде и Западной Виргинии. В ней применялось взрывчатое вещество, состоящее из двух жидких компонент, которые в поле смешивались и помещались в пластиковые пакеты непосредственно перед взрывом. Ни одна из жидкостей в отдельности не была взрывчатым веществом, и работы были безопасными. Но в Пенсильвании эта партия нс могла работать. Почему? Потому что, смешивая две жидкости, она получала взрывчатое вещество, а в Пенсильвании на это требуется иметь лицензию, получить которую сейсмопартия не смогла. Поэтому пришлось производить смешыше компонент вне штата и ввозить для проведения работ готовое взрывчатое вещество. Это уже не было безопасно, но удовлетворяло требованиям закона. Необходимо добиваться их изменения пли другого толкования, но па это нужны время и дополнительные усилия.
И для буровых станков, и для вибраторов необходимо знать допустимые веса и их распределение по осям для проезда по дорогам и мостам в пределах площади работ. Даже если эти пределы высоки, преимущество имеет применение небольших вибраторов. Для них легче получить разрешение па работы по дорогам или обочинам. Но малые вибраторы требуют такого же обслуживающего персонала и контроля, как и большие. Поэтому там, где можно использовать большие вибраторы и где желательно излучать больше энергии, эти установки более экономичны.
С мощными вибраторами и при их большем количестве требуется меньше времени для достижения требуемых отношений сигнал/помеха, поэтому можно сэкономить время записи и снизить гем самым стоимость единицы продукции. Необходимое время регистрации обратно пропорционально квадрату эффективной мощности, которая на практике все же лимитирована. Общая излучаемая мощность может быть ограничена из-за опасности возможных разрушений домов и других сооружений. При очень большом числе вибраторов на одном пункте возбуждения группа источников может оказаться слишком протяженной, и в этом случае можно рассмотреть вариант одновременной регистрации волн (гл. 14) для снижения стоимости единицы работы.
Возможно, мы захотим, чтобы вибраторы были смонтированы на автомобилях типа бапи, предназначенных в основном для работы вне qTn гтппет тт/ппосги п пепелпижении. потому ЧТО невозможно
передвигаться на багги со скоростью выше 80 км/ч по шоссе. Они слишком медлительны, и опасно ездить на них со скоростью, превышающей 25-30 км/ч. Другой риск имеется для машин в тех случаях, когда оператор выберет слишком интенсивный режим вибрации, работая на дорогах. У метода Внбросейс снижается эффективность, если вибраторы не могут работать в режиме непрерывного перемещения, и на многих площадях багги могут обеспечить различные варианты такой методики.
В гл. 6 кратко говорилось о противоречивых требованиях, которые необходимо удовлетворить для возбуждения низких и высоких частот. Если нам необходимо записывать высокие частоты, то мы выбираем вибраторы с большим отношением силы к реактивной массе (больше 6) и по возможности с коротким ходом поршня для уменьшения упругих потерь. Для высоких частот нам также нужна лучшая электроника, учитывая повышенные требования к точности определения времени (гл. 5 и прил. Н). Нам понадобятся также хорошие генераторы нелинейных свип-сигналов.
Если мы хотим получить хорошие результаты па очень низких частотах, то нам нужно иметь вибраторы с большой реактивной массой, достигающей по крайней мере 2000 кг, и насосы высокой производительности по отношению к объему цилиндра или цилиндров. На очень низких частотах необходим большой ход поршня, по крайней мере 10 см,-в противном случае реактивная масса не сможет передать в землю большое количество энергии. У каждого вибратора имеется частота, ниже которой развиваемое нм усилие должно быть уменьшено из-за того, что пиковая (максимальная) сила способна сместить реактивную массу за пределы допустимой длины хода. Эта частота называется пределом перемещения. Она определяется по формуле (вывод-в прил. Н)
/ 49,65 F /п.П. А /ТХ7 ’
V 5СМ W
где/п п -предел перемещения в герцах, F-пиковая сила, W-реактивная масса в той же системе единиц, что и пиковая сила, sCM-максимальное смещение в сантиметрах.
Производительность насоса, необходимая для достижения максимального смещения на пределе перемещения, равна
Q 0,12 v4SCM (J*un-) »vCM л/мин,
где Л-площадь поршня (в см2). Мы предпочитаем иметь вибратор, у которого предел перемещения несколько меньше, чем минимальная частота предполагаемого управляющего сигнала. Для очень низких частот мы выберем насос, производительность которого больше той, которая требуется для заполнения объема цилиндра па пределе псреме-
щения. Но если мы планируем использовать нелинейные управляющие сигналы, у которых время развертки на самых низких частотах невелико, то жидкость, запасенная в аккумуляторах под большим давлением, позволит существенно снизить требование в помпе большой производительности. Даже при низкочастотной разведке автор рекомендует применять нелинейные сигналы для более эффективного использования времени. затрачиваемого на производство работ, и вибрационной техники.
Целесообразно представлять в виде таблицы сравнительные параметры выпускаемых промышленностью вибраторов. Мы должны вычислить и включить в нее следующие два oi ношения:
пиковой силы к массе опорной илшы,
веса, действующего на опорную плиту, к пиковой силе.
Для получения высокоразрешенных данных первое отношение должно быть большим. Кроме того, гидравлические клапаны должны быстро открываться и закрываться, а электроника-способной контролировать работу вибраторов в соответствии с требованиями, изложенными па с. 419 422. Если второе отношение превышает 1,5, то, скорее всего, не будет происходить отрыва вибратора и контроль за амплитудой силы воздействия па грунт (прил. Н) не обязателен. Фазовая синхронизация по силе воздействия на грунт целесообразна для всех вибраторов. Если второе отношение меньше 1,1, то на высоком уровне излучения возможен отрыв плиты от поверхности земли; поэтому вибратор должен быть всегда оснащен системой контроля за уровнем вибрации и фазовой синхронизации по сигналам силы, воздействующей на землю. Можно подумать, что не будет отрыва вибратора, если второе отношение превышает 1,0. Но вблизи резонансной частоты может происходить резкое возрастание колебаний грунта, которое будет складываться с мгновенным ускорением, развиваемым вибратором.
Для классификации вибраторов полезно построить график, у которого по осн ординат отложить первое отношение, а по оси абсцисс-второе. Если нас интересует низкочастотная характеристика, то следует также построить для каждого типа вибратора график, где по одной оси отложить длину хода поршня, а по другой-предел перемещения. Эти графики помогут в выборе наиболее пригодных модификаций вибратора. Затем можно рассмотреть и другие параметры, такие, как реактивная масса, масса плиты и общий вес установки.
Если предполагается применить направленное излучение колебаний или одновременный прием от групп вибраторов па одну расстановку сейсмоприемников, то необходимо использовать систему управления вибраторами, обеспечивающую такие возможности (например, блок VE 416 фирмы Sercel).
При работе вибраторов па мощеных дорогах нужно иметь доски или неопреновые прокладки, укрепляемые под излучающими плитами каждого вибратора. Кромки досок, контактирующие с поверхностью доро-
^^ « п^^птлиплй мепе скошены. Неопрен предпочтителен,
поскольку он обеспечивает более равномерную передачу усилий полотну по всей площади рабочей плиты. Но хорошие результаты были получены как с неопреновыми прокладками, так и с досками.
Как нам убедить дорожного инспектора, что вибраторы не нанося! вреда дорожному покрытию? В первую очередь обратим ею внимание на то, что колеса большого, тяжелого грузовика оказывают на дорогу давление, равное давлению воздуха в его колесх, которое достигает 620 кПа, или в шесть раз превышает атмосферное. Затем возьмем вес плиты пли общий вес вибратора и, разделив его на площадь плиты, получим существенно меньшее давление. Хотя и верно то, что давление вибратора на дорогу переменно, но то же самое относится и к колесам тяжелою грузовика, особенно при торможении.
Проблема может возникнуть в том случае, если поверхность дороги неровная пли имеет выбоины, вследствие чего только небольшая часть плиты соприкасается с покрытием. По этой причине лучше размещать плиту по центру, чем у краев асфальта или поперек кромки.
Для работ на дорогах или на обочине необходимы соответствующие знаки или несколько регулировщиков, одетых в специальную одежду. Это довольно опасная работа.
Каждой вибросейсмической партии нужно высококачественное оборудование для проверки фазовой идентичности вибраторов. При высокоразрешающих работах эта аппаратура должна давать цифровые значения фазовой ошибки в зависимости от частоты. Каждая сейсмопар гия должна иметь аппаратуру, позволяющую оператору контролировать работу каждого вибратора по радио несколько раз в день в процессе работ.
Сейсмоприемники и гирлянды сейсмоприемников
В гл. 5 и 6 рассматривались резонансные час юзы сейсмоприемников, а также преимущества и недостатки применения приборов с высокими и низкими собственными частотами. Желательно, чюбы затухание сейсмоприемпиков составляло 60-70% oi критического. У современного регистрирующего оборудования входной импеданс обычно высок, поэтому он не оказывает заметного влияния на затухание сейсмоприемпиков.
Желательно иметь возможность связывать гирлянды сейсмоприемников вместе,, соединяя их последовательно для образования длинной косички пли параллельно для получения звезды. При этом лучше всего соединять сейсмоприемники в гирляндах последовательно, а гирлянды между собой-параллельно. У нас должна быть возможность подсоединять трлянду сейсмоприемников с обоих концов. Это требует наличия двух свободных проводов и провода для соединения сейсмоприемпиков в группы. Кроме того, на каждом конце должен быть установлен
двухконтактный штепсельный разъем (или отдельные разнополюсные контакты, исключающие неправильное по полярности подсоединение ссйсмоприемников). Обычно применяют гирлянды из шести сейсмоприемников, которые позволяют синтезировать группы с различными по числу элементов и протяженности параметрами. Если имеются гирлянды из 12 сейсмоприемников, то использование центральной схемы подключения расширяет наши возможности по реализации различных групп приборов. Удобно соединять центры гирлянд, что позволяет иметь симметричные группы с числом приборов 12, 36 или 60 (так же, как 24 или 48). Не следует пытаться смещать косу па половину дл1шы гирлянды от положения приема. Это не дает хороших результаюв даже у отличной сейсмопартин и может оказаться гибельным для партии, которая еще себя таковой не зарекомендовала.
Расстояние между сейсмоприемниками в каждой гирлянде должно быть достаточно большим, с тем чтобы можно было реализовать любую из желаемых групп, а также обеспечить некоторую слабину между приборами. Она необходима для минимизации ветровых помех. Для звездообразных групп и других площадных расстановок часто требуются большие интервалы между приборами.
Самое фантастическое оборудование и суперкомпьютер с лучшими программами обработки могут оказаться бесполезными, если сш налы, принятые сейсмопрйсмппками, окажутся плохими. Качество материалов начинается от контакта с землей. На мягком грунте у сейсмоприемников должны быть длинные штыри для достижения твердых пород. На каменистых грунтах длинные штыри неприемлемы и сейсмоприемшпси целесообразно устанавливать на свободных подставках или использовать короткие штыри. Сейсмоприемники должны иметь хороший контакт с грунтом. Перед установкой ссйсмоприемников нужно убирать сосновые иглы, листву или, возможно, рыхлую почву. Для этого требуется короткая лопата. На снегу или льду нужны плоские подставки, которые могут обеспечить хороший контакт сейсмоприемников с заснеженной поверхностью земли. В этом случае для получения хорошего контакта следует растапливать снег или лсд, а затем замораживав в них прибор.
Все сейсмоприемшпси должны быть исправны и иметь задаштую чувствительность. Несколько лег назад довольно часто клали сейсмоприемник па бок, если его было нелегко установить на коренных породах. Предполагалось, что под действием силы тяжести катушка окажется неподвижной и прибор не будет вырабатывать напряжение. Но если катушка ссйсмоприемника не свободна в своем движении, то это изменит его электрические характеристики. Однажды мы проводили опыт на твердых слоистых песчаниках. С помощью молотка и ручного долота мы сделали отверстия, куда смогли установить ссйсмоприемнпки со штырями. Нам нужен был только один сейсмоприемник на пикет, но
..„ „.„,._„ „«„^«лп Пттлми ММ ПОСТЯ ПИ ПИ два
сейсмоприемника из гирлянды, а остальные положили на бочок. Этот прием не сработал. Мы получали слабые сигналы до тех пор, пока нс установили все шесть приборов.
Ветрено? Если да, то можно укрыть сейсмоприемники землей или снегом. Это кажется тяжелой задачей, по па нее не потребуется много времени, если все будут участвовать в работе.
Расположение групп приемников и источников
Мы всегда должны следить за возможными изменениями местности в пределах групп сейсмоприемников или источников. Например, коса с приборами может располагаться в пределах долины, заполненной обломочным материалом, и идти затем вверх в сторону крутого холма. Но в этом случае разница в статических поправках (вертикальное распространение волны от мелкого общего уровня приведения) может быть не очень большой. Малая скорость волн в материале долины может почт полностью компенсироваться увеличением их пути до сейсмоприемников, расположенных па крутом склоне холма. Почти наверняка эти породы имеют высокие скорости. Ожидаемые различия статических поправок в пределах группы не должны быть больше полупериода самой высокочастотной составляющей регистрируемых колебаний. Если угол наклона местности вдоль профиля будет слишком большим и приращение статических поправок станет чрезмерно большим, то можно нх уменьшить, изменив ориентацию продольной группы, с тем чтобы уменьшить перепад высот до приемлемой величины. Но если крутой склон подстилается высокоскоростными породами, то наблюдаемый при этом эффект мы можем представить как изменение глубины до границы. Например, полупериод колебания с частотой 80 Гц имеет длительность 6,25 мс. При скорости в породах 4870 м/с мы можем допустить разность высот до 30 м.
Конечно, мы не захотим помещать сейсмоприемники в пределах одной группы и па вершине, и у подошвы крутого обрыва. Все аномалии в расположении приборов в пределах группы следует отмечать в журнале оператора. Все изменения местности в пределах групп приемников и источников в большей степени сказываются на качестве поперечных волн, чем на качестве продольных.
Коса и передача данных " на сейсмостанцию
Еще недавно многожильная сейсмическая коса, по которой аналоговые сигналы поступали па центральную регистрирующую сейсмостан- цню, была основным средством передачи данных. Сеюдня имеются и другие решения. Группы или одиночные сигналы могут быть переданы
по проводам на специальные устройства, где они оцифровываются, кодируются и посылаются на сейсмостанцию по одной парс проводов пли по радио. В других системах кодированные электрические сигналы модулируют луч света, который передается па сейсмостанцию по оптико-волоконному кабелю. Или данные записываются на машитную кассету на выносной приемной станции. Основные преимущества этих систем ио сравнению с многожильной косой следующие:
С увеличением числа каналов многожильная коса становится тяжелой и громоздкой, а другие способы уменьшают ее вес.
Случайные наводки силовых линий на косу представляют существенную проблему, и их можно исключить пли значительно снизить этими другими системами. Однако наводки силовых линий на сейсмоприемники и любые соединительные липни до оцифровки данных не могут быть снижены, и очень часто именно они представляют собой главный источник помех.
Атмосферные наводки (статические) иногда являются серьезной проблемой, и они могут быть исключены или снижены новыми способами передачи данных. Оцифровка и кодирование информации до ее передачи являются основным преимуществом ряда таких систем.
Некоторые препятствия легче преодолеть, используя новые способы передачи данных. Препятствия могут быть физическими, например реки, или другого свойства-скажем, трудности с получением разрешения на работы.
Способы и системы передачи данных на ссйсмостанцию должны быть рассмотрены исходя из программы работ еще до выбора оборудования. Более новые - способы также имеют своп ограничения. Для передачи больших объемов информации необходимы телеметрические сигналы очень высокой частоты, которые требуют пли отличных условий передачи, или установки усилителей через определенные расстояния вдоль профиля для подъема уровня передаваемых сигналов. Некоторые системы хорошо работают только при сухой погоде, и их эксплуатация во влажном климате и на льду представляет серьезную проблему. Одна сейсмопартия имеет возможность вести нормальную эксплуатацию системы, другая нет. Успех или неудача в использовании новых систем часто зависят от условий их содержания и создания оптимальных режимов их работы в поле. .
Многожильные косы все еще широко применяются. Отрезки тяжелого кабеля размещают на специальных транспортных средствах для перевозки кабеля, имеющих соответствующее силовое оборудование для размотки и смотки проводов. Эго оборудование должно эксплуатироваться с соблюдением определенных правил для исключения повреждений кабеля. В районах с перссечеппог! местностью для перевозки кос и сейсмоприемников по профилю целесообразно использовать вертолет. Преодолеть такие препятствия, как железные дороги или большие шоссе, помотаюг дополнительные провода (без выводов), позволяющие
отойти от профиля вбок для обхода труб и эстакад, а за1см вновь к нему вернуться. В качестве альтернативы для коротких электрических соединений пригодны отрезки кабеля. В этом случае необходимо использовать непротяженные секции со специальными проводами для исключения потерь информации от неиспользуемых выводов в косах, которые применяются как дополнительное соединение. Эти короткие секции соединяются проводами для отключения заданного числа выводов; поэтому необходимо иметь несколько отрезков кое с различным числом выводов, которые потребуется отключить.
Многие геофизики недооценивают сложности, применения многожильных кос для эффективной непрерывной регистрации данных. Отрезки кос должны быть идентичны друг другу и полностью обратимы. Сигналы от выводов с нескольких соединенных вместе отрезков должны достичь станции по многим парам проводов и в определенной последовательности. Необходима настоящая изобретательность в работе со смешанными соединениями на обоих концах и с проводами, имеющими штыревые и гнездовые соединения. Штыревой контакт, сопряженный и электрически соединенный с гнездовым, не одно и то же. Например, к штыревых контактов могут быть соединены с т гнездовыми соединениями другого отрезка кабеля. Затем, когда два куска кабеля соединяют вместе, то к штыревых контактов первого отрезка подключают через т гнездовых соединений к т штыревым контактам вюрого отрезка.
Когда косы должны пересечь дорогу, необходимо обеспечить их защиту с помощью, например, садового шланга, имеющего спиральный длинный разрез, с тем чтобы его можно было надеть на кабель. На мощеных дорогах используйте трубу и ленту для прикрепления помещенной в шланг косы к полотну шоссе.
Регистрирующая аппаратура
Имеется несколько предприятий, выпускающих прекрасную регистрирующую аппаратуру. Для записи волн от взрывных источников па пересеченной местности необходима портативная, экономичная по питанию аппаратура. Для работ методом Внбросейс автор усиленно рекомендует использовать системы, имеющие отличные корреляторы с широким динамическим диапазоном. Было бы очень полезно выпускать такие устройыва, которые позволяли бы проводить корреляцию зарегистрированных сигналов сначала с широкополосным управляющим сигналом, а затем с его частями. Это уменьшит затраш времени на полевые работы, необходимые для определения эффективного верхнего предела частот, который налагался средой. В случае проведения работ способом Внбросейс необходимо иметь очень хорошую систему для редакции шумов и суммирования записей от серий свип-снгналов. При выполнении всех этих рекомендаций вы будете уже иметь большую
часть аппаратуры, необходимой для эффективной обработки данных (по крайней мере-материалов опытных работ). Полевая обработка может быть в высшей степени полезна для получения лучших данных, а связанные с ней дополнительные расходы бывают относительно невелики. Стоимость получения данных возрастет ненамного, зато затраты на обработку в центре уменьшатся. Материалы, посылаемые па центральный вычислительный центр, будут уже демультиплексированы и прокор- релированы, а результаты полевой обработки могут включать как скоростной анализ, так и просуммированные данные.
Одна из проблем, возникающая при использовании больших систем, заключается в необходимости иметь источники энергии на станции. Мощный генератор переменного тока, вращаемый большим двигателем, возбуждает помехи, которые передаются земле и улавливаются сейсмо- приемниками. Турбинные двигатели, вращающие генераторы частотой 200 и 400 Гц для питания электрических цепей, будут весьма удобны в сейсморазведке.
Важнейшим элементом сейсмостанции, особенно при регистрации данных от взрывных источников, являются фильтры. В телеметрических системах фильтры размещаются в полевых модулях на профиле, где они испытывают воздействие больших перепадов температуры. Каждый капал требует своего набора фильтров, и трудно обеспечить их идентичность и неизменность параметров в широком диапазоне температур. В телеметрических системах мы не должны ожидать, что фильтры будут хорошо работать и сохранять постоянство от канала к каналу изо дня в день и с утра до вечера. Инструкция по обращению с ними может быть так же хороша, как и для фильтров, установленных па центральной станции, по поддержание их состояния в соответствии со строгой инструкцией вряд ли возможно па практике. В телеметрических системах фильтры нелегко заменять после установки полевых блоков на профиле.
В методе Вибросейс мы имеем свои низко- и высокочастотные фильтры, обусловленные выбором параметров управляющего сигнала и корреляции. С применением нелинейных свип-сигналов возможности фильтрации колебаний становятся еще большими. Поэтому в Вибросей- се мы меньше зависим от разброса параметров фильтров телеметрических систем. Если у нас 1акже имеется аппаратура для исключения импульсных помех от силовых линий (разд. 16.6), то режекторные фильтры для этого можно не применять, и, какие именно фильтры будут использоваться в каждом канале, становится сравнительно неважным.
При репки рации данных о г взрывных источников канальные фильтры часто необходимы для контроля за уровнем помех и полевой оценки качества материалов. Хорошо иметь набор фильтров верхних частот с разными границами среза. В телеметрических системах мы имеем небольшой выбор фильтров, смонтированных в напольных модулях, но у нас большие возможности по их замене. Однако на это требуется время.
Ослабление и подавление наводок от силовых линий
Электрические компании не любят терять мощность силовых линий из-за утечек в землю, но в некоторой степени это неизбежно. Обычно эти наводки во много раз превышают электрические сигналы сейсмоприемников, вызванные проходом глубинных отраженных волн. Поэтому сейсмоприемники, их гирлянды, косы, соединительные элементы, провода и т. д. должны быть очень хорошо изолированы от земли, иначе все будет перекрыто электрическими помехами от силовых линий. Даже во влажной среде сопротивление изоляции сейсмоприемников, кос и т.п. должно быть больше нескольких мегом. (Некоторые электрические помехи обусловлены индуктивными и емкое шымн наводками через воздушное пространство, по это более легкая часть проблемы.)
Раньше при 12-канальных станциях оператор мог ослабить наиболее сильные электрические наводки путем заземления через потенциометр средней точки вторичной обмотки входного трансформатора на каждом канале. Если он был опытен и работал бысгро, это оказывалось эффективным. Но когда число каналов возросло до 24, 30, 60, 96, 120 и более, это стало практически неосуществимо. Промышленность обратилась к режекторным фильтрам (фильтрам-пробкам), ориентированным на средний уровень сигналов в схеме усилителя каждого канала. Эти фильтры работают очень хорошо на одной частоте, но их нужно время от времени подстраивать для поддержания точной настройки на частоту силовой линии. (Если мы работаем на высоких частотах, то нужны еще фильтры-пробки для подавления второй гармоники.) Но режекторные фильтры исключают записи волн па частотах, близких к частоте среза фильтра, что сужает полосу регистрируемых частот на 8-10 Гц. Поэтому желательно использовать другое оборудование и другие способы подавления наводок от силовых линий, с тем чтобы не применять фильтры-пробки.
В нашем отряде однажды возникла острая необходимость регистрации высоких частот без исключения волн в полосе 55-65 Гц. Попытки получить необходимое оборудование, разработанное в нашей фирме, оказались безуспешными. Совместные работы с компанией Mountain Systems Service (Денвер, шт. Колорадо) привели к созданию ею Системы оптимального подавления COS (Cancellation Optimization System). Мы направили первый изготовленный образец в сейсмопар тю, которая нс имела больших трудностей в его использовании. Другие сейсмопартии, работавшие с другим таким оборудованием, ветре! ились с некоторыми проблемами, которые были в основном преодолены с помощью усовершенствований, сделанных Mountain Systems Service. С тех пор большое число этих систем нашло применение, и, судя по всему, это оборудование хорошо согласуется с требованиями производства.
Принцип дайной системы прост. Koi да весь полевой комплекс готов к подаче свина, он переводится в ждущий режим и запускается от сильной сетевой наводки. (Эю как судья соревнований по бегу сначала говорит: «На старт, внимание...», а затем уже выстрелом из пистолета подает команду: «Марш!».) Силовой сигнал усиливается, а затем преобразуется в прямоугольную волну. Потом он дифференцируется, превращаясь в последовательность положительных и отрицательных импульсов. Импульсы располагаются на временах пересечения наводкой нулевой линии. Отрицательные импульсы характеризуются сдвигом на 180° по отношению к их положительным аналогам. Затем запускается переменный по знаку управляющий сигнал, который имеет противоположную полярность но отношению к наводке от силовой линии. Используется четное число управляющих сигналов, что приводит к эффективному подавлению наводок от силовых линий после накапливания данных.
Нужно больше доверять этой системе, с тем чтобы ни у кого не возникало желания вернуться к режекторпым фильтрам. Жизненный опыт поможет, но следует учиться верить эксперименту. Надо учитывать следующее:
Сопротивление утечки должно поддерживаться высоким для контроля за амплитудой наводки. Если се значения слишком велики, то динамический диапазон окажется превышен и ничего не будет работать (включая фильтры-пробки). При наличии сомнений повторите возбуждение с включенными рсжекторными фильтрами и оцените результат. Если он удовлетворительный, то уровень амплитуд не слишком высок и вы можете работать без этих фильтров. Если записи с филы рами- пробками неудовлетворительны, необходимо уменьшить утечки.
Помехи от силовых линий могут быть не видны на непросуммиро- ванных полевых записях, по и тогда суммирование данных для подавления сетевых наводок следует проводить под соответствующим контролем. (Вы можете иметь или не иметь полевой накопитель. При его применении нолевые записи должны выглядеть значительно лучше.)
Суммирование по ОСТ также подавляет сетевые наводки.
При обрабо!кс материалов, если требуется, возможно дальнейшее подавление наводок. Когда амплитудный уровень сигналов не превышен, ю наводки могут быть лучше о 1 фильтрованы на этапе обработки данных, чем рсжекторными фильтрами в поле. В худшем случае обработчик может отфильтровать сигналы так же хорошо, как и с помощью этих фильтров, и без внесения каких-либо смещений в обрабатываемые данные. Он может менять параметры фильтров или вообще отказаться от них. В его распоряжении имеется специальная программа, которая измеряет остаточный фон помех и вычитает его. Эта про1рамма может быть применена к одиночным пли просуммированным трассам. Программа стоит денег, но при этом не происходит потерь информации или они минимальны при выборе соответствующего фильтра. Автор не призывает всегда применять эти программы при приеме данных с систе-
мой COS для исключения сетевых наводок, но следует знать, что такая защита существует, если в ней возникнет необходимость.
Внбросейсмнческие данные могут быть восстановлены и доведены до приемлемого уровня, даже если сетевые наводки превышают динамический диапазон цифрового регистратора. Для этого следует попытаться исключить биты усиления на непрокоррелированных и предпочтительно непросуммированных записях и повторить корреляцию. Этот способ воздейсгвует на интенсивные помехи, редактирующие полезные сигналы и влияющие на них как несовершенная АРУ и несовершенная программа выравнивания спектров. Это последняя надежда, но следует делать все возможное, чго позволит спасти данные, полученные с телеметрическими системами в условиях высокой влажности. Телеметрические системы не всегда позволяют решить эти проблемы, но они обладают относительным иммунитетом к таким помехам. Опи не могут помочь, если имеются утечки в сейсмоприемниках, соединительных проводах и других элементах приемного канала до входа полевых модулей. Телеметрические системы, использующие соединительные линии, в которых имеются сильные утечки, не позволяют решить проблему наводок. Мы должны быть уверены, что вибраторы запускаются интенсивной наводкой, а не сигналом от электрической системы транспортного средства.
Систему COS подавления наводок можно использовать и при взрывных источниках. Можно, например, производить два взрыва на каждом пункте возбуждения: один при положительной, а второй-при отрицательной полярности наводки. Но это дорого. Другой способ заключается в том, что взрыв производится от наводки с положительной полярностью, а при отрицательной регистрируются только помехи без сигналов. Затем эти две записи суммируются. Это ведет к подавлению сетевых наводок, но при этом происходит усиление других шумов из-за того, что записи делаются дважды без средств контроля за уровнем помех. Этот способ весьма эффективен, и его следует применять в подходящих условиях.
Средства связи
Получение данных в современной сейсморазведке обеспечивается комплексными действиями большой группы специалистов, имеющих различные задачи и работающих на удалении друг от друга. При этом необходимо координировать их действия, для чего требуется устойчивая система связи. С этой целью необходимо иметь хорошую радиоаппаратуру и эффективно ее использовать. Хорошая радиоаппаратура-это прочные переносные устройства, устойчиво работающие в полевых условиях. В связи с возможностью интерференции радиосигналов от нескольких станций (одновременно работающих нескольких сейсмических партий), радиостанции должны иметь кварцевые генераторы, настроенные па разные частотные каналы.
Вспомогательное оборудование
Топографу необходимо хорошее оборудование, которое должно включать небольшой компьютер и программы для обработки полевых данных. Мы должны располагать полученными нм результатами, записанными на магнитных лептах в цифровой форме. На вычислительном центре эти данные будут считаны, что исключит ошибки и повысит скорость обработки сейсмических данных. Цветные, ярко окрашенные указатели очень удобны для обозначения пикетов приемников и источников по краю дорожного покрытия. Флажки легко могут утащить злоумышленники. В некоторых случаях мы хотим иметь малозаметные металлические маркеры, которые можно разложить по профилю для обозначения па нем ключевых точек.
Отряду по смотке/размотке кос требуется оборудование для их проверки в поле. В простейшем случае это короткий штекер и омметр. Специалисту по ремонту кос и сейсмоприемников необходим тестер для проверки приборов, который измерял бы их характеристики, а также утечки и полярность. Ему нужен также прибор для проверки кос и определения мест повреждения кабеля.
17
Практические способыотработки профилейи преодоления препятствий
В этой главе рассмотрены способы отработки профилей, включающие 1) начала и концы профилей, 2) связующие профили, 3) продолжение профилей, 4) наблюдения на криволинейных профилях, 5) работы около препятствий, 6) преодоление рек, железных дорог и шоссе с интенсивным движением и 7) исключение и минимизацию пропусков данных.
Наблюдения в начале и конце профилей
В верхней части рис. 17.1 показана схема отработки начала профиля 12-канальной симметричной расстановкой с выносом относительно расположенного в центре пункта возбуждения. Профиль направлен слева направо. (На рисунке показано также окончание профиля при его направлении справа палево, но мы будем рассматривать начало профиля.) Как видно, выносной участок профиля расположен за первым пунктом возбуждения и имеет шесть пикетов, но только на четырех из них включены сейсмоприемники для получения первой сейсмограммы, так как принят пропуск четырех пикетов в центре расстановки. На следующей схеме показано расположение средних точек. На выносном участке профиля кратность наблюдений неполная, но она увеличивается до полной по мерс отработки профиля. В некоторых случаях дополнительные данные, получаемые на выносных участках профилей, увеличивают. стоимость и продолжительность работ, в других случаях этого не происходит. При возникновении сомнений сделайте схему отстрела профиля для вашего числа трасс, выноса и т.д. и рассмотрите, какие дополнительные данные в этой части профиля можно получить. После этого вам будет легче решить, имеет ли смысл отрабатывать выносные участки профиля, и если да, то какой протяженности они должны быть. Отметим, что при отсутствии выносного участка профиля полнократное прослеживание границы по глубинным точкам начнется на половине максимального удаления от первого пункта возбуждения.
Предположим, что первый пункт возбуждения расположен па местности как можно дальше влево (ограничения для вибраторов и буровых станков могут быть вызваны неблагоприятными поверхностными условиями, например наличием болот, густых лесов и др.). Тогда, располагав выносную часть поодиля слева за жирной линией (рис. 17. И мы оп™..-~
Пункты приема ■♦Пункты приема ■♦Положения косыПоложения косы1 23 45 67 6о 81 23 45 67 6о 8Перекрытие ОСТКратность ОСТПерекрытие ОСТКратность ОСТ1 2 34 5 в7 в 91 2 34 5 в7 в 9ВЫНОСНОЙ участок 1233333332211 профиля. —— " -| 1 £3 4 8 .Я в, и т.д.Сумма 12 33 333344 5566 в И т.д.ВЫНОСНОЙ участок 1233333332211 профиля. —— " -| 1 £3 4 8 .Я в, и т.д.Сумма 12 33 333344 5566 в И т.д.Регулярная часть профиляРегулярная часть профиляДополнительные * 1 пункты возбужденияДополнительные * 1 пункты возбужденияПерекрытие ОСТПерекрытие ОСТПерекрытие ОСТ после попарного суммирования трассПерекрытие ОСТ после попарного суммирования трасс1Е $ ЗЕ4Е5Е 6Е ТЕ 8Е1Е 2Е ЗЕ4Е5Е 6Е ТЕ ее1Е2Е ЗЕ4Е 5Е6Е ТЕ8Е1Е $ ЗЕ4Е5Е 6Е ТЕ 8Е1Е 2Е ЗЕ4Е5Е 6Е ТЕ ее1Е2Е ЗЕ4Е 5Е6Е ТЕ8Е
Пункты приема ■♦
Пункты приема ■♦
Положения косы
Положения косы
1 2
3 4
5 6
7 6
о 8
1 2
3 4
5 6
7 6
о 8
Перекрытие ОСТ
Кратность ОСТ
Перекрытие ОСТ
Кратность ОСТ
1 2 3
4 5 в
7 в 9
1 2 3
4 5 в
7 в 9
ВЫНОСНОЙ участок 1233333332211 профиля. —— " -| 1 £3 4 8 .Я в, и т.д.
Сумма 12 33 333344 5566 в И т.д.
ВЫНОСНОЙ участок 1233333332211 профиля. —— " -| 1 £3 4 8 .Я в, и т.д.
Сумма 12 33 333344 5566 в И т.д.
Регулярная часть профиля
Регулярная часть профиля
Дополнительные * 1 пункты возбуждения
Дополнительные * 1 пункты возбуждения
Перекрытие ОСТ
Перекрытие ОСТ
Перекрытие ОСТ после попарного суммирования трасс
Перекрытие ОСТ после попарного суммирования трасс
1Е $ ЗЕ
4Е
5Е 6Е ТЕ 8Е
1Е 2Е ЗЕ
4Е
5Е 6Е ТЕ ее
1Е
2Е ЗЕ
4Е 5Е
6Е ТЕ
8Е
1Е $ ЗЕ
4Е
5Е 6Е ТЕ 8Е
1Е 2Е ЗЕ
4Е
5Е 6Е ТЕ ее
1Е
2Е ЗЕ
4Е 5Е
6Е ТЕ
8Е
Кратность ОСТ
Дополнительные 12323 23 2 4 з $ <е 4 s з < г з :з 1 з i 2 1 1
Предыдущие 123Э33334455ввввввввввв6ввввв6вИ т.д.
Сумма 1356565668 8 ЮЮ12Ю11 3 Ю I t I » I М I 7 7 ( « 6 И Т.Д.
Обозначения
— Пропущенный пункт приема х Пункт возбуждения
• Средняя точкао Пункт приема
Рис. 17.1. Начало и окончание профилей. На рисунке показано начало и окончание профилей с использованием 12-канальной расстановки при отсутствии и наличии выносных участков профилей и дополнительных пунктов возбуждения для повышения кратности ОСТ на концах профилей.
Обозначения:Обозначения:Предыдущие пункты возбуждения на исходном профилеПредыдущие пункты возбуждения на исходном профилех Пункты возбуждения исходного профиля х' Пункты возбуждения последующего профиля о Пункты приема исходного профиля о* Пункты приема последующего профилях Пункты возбуждения исходного профиля х' Пункты возбуждения последующего профиля о Пункты приема исходного профиля о* Пункты приема последующего профиляРис. 17.2. Использование выносных участков косы для облегчения взаимной увязки профилен. Путем размотки выносного участка косы за пересечение с другим профилем можно увеличить кратность ОСТ на конце профиля и улучшить соответствие данных на пересечении профилей. Если используются полные выносные участки в начале и конце профилей, то профиль удается продолжить без потери кратности ОСТ и повторения каких-либо пунктов возбуждения.Рис. 17.2. Использование выносных участков косы для облегчения взаимной увязки профилен. Путем размотки выносного участка косы за пересечение с другим профилем можно увеличить кратность ОСТ на конце профиля и улучшить соответствие данных на пересечении профилей. Если используются полные выносные участки в начале и конце профилей, то профиль удается продолжить без потери кратности ОСТ и повторения каких-либо пунктов возбуждения.Первый пункт возбуждения на продолжении предыдущего профиля
Обозначения:
Обозначения:
Предыдущие пункты возбуждения на исходном профиле
Предыдущие пункты возбуждения на исходном профиле
х Пункты возбуждения исходного профиля х' Пункты возбуждения последующего профиля о Пункты приема исходного профиля о* Пункты приема последующего профиля
х Пункты возбуждения исходного профиля х' Пункты возбуждения последующего профиля о Пункты приема исходного профиля о* Пункты приема последующего профиля
Рис. 17.2. Использование выносных участков косы для облегчения взаимной увязки профилен. Путем размотки выносного участка косы за пересечение с другим профилем можно увеличить кратность ОСТ на конце профиля и улучшить соответствие данных на пересечении профилей. Если используются полные выносные участки в начале и конце профилей, то профиль удается продолжить без потери кратности ОСТ и повторения каких-либо пунктов возбуждения.
Рис. 17.2. Использование выносных участков косы для облегчения взаимной увязки профилен. Путем размотки выносного участка косы за пересечение с другим профилем можно увеличить кратность ОСТ на конце профиля и улучшить соответствие данных на пересечении профилей. Если используются полные выносные участки в начале и конце профилей, то профиль удается продолжить без потери кратности ОСТ и повторения каких-либо пунктов возбуждения.
Последующий профиль, имеющий точку пересечения с предыдущим
ем туда же и общие глубинные точки; при этом кратность перекрытия па первом пункте возбуждения будет неполной. В некоторых случаях бывает важно увеличить кратность для улучшения качества материалов в начале профиля. Например, раньше были получены сейсмические данные по дороге, ориентированной с севера на юг, которая имеет Т-образное пересечение с дорогой широтного направления. Возможно, мы захотим начать профиль по широтной дороге в точке ее пересечения с меридиональной дорогой (рис. 17.2). При желашш обеспечить хорошее соответствие данных по новому и старому профилям нужно получить качественные материалы непосредственно в начале профиля.
В середине рис. 17.1 мы добавили восемь пунктов возбуждения между предыдущими пунктами, что уменьшило взрывной интервал до половины интервала группирования. Но добавление общих средних точек не увеличивает кратность, полученную с первоначальными пунктами возбуждения. Предположим, что мы суммируем соседние трассы 1 и 2, 2 и 3, 3 и 4 и г.д. Теперь паши глубинные точки складываются с предыдущими точками. Внизу на рис. 17.1 показана суммарная крат-
ность ОСТ, которая может быть достигнута с помощью дополнительных восьми пунктов возбуждения. До того как соседние трассы будут суммироваться, в них нужно ввести исходные кинематические и по возможности статические поправки.
Приведет ли это к повышению качества материалов в точке пересечения профилей и если да, то стоит ли игра свеч? По этой методике в точке пересечения мы добавляем данные по отраженным волнам с несколько иными путями распространения колебаний и помехами. При значительном повышении кратности сумма будет значительно лучше и в точке пересечения материалы будут более высокого качества, чем раньше. Стоимость этой методики зависит от входящих слагаемых, необходимости хорошей увязки данных и улучшения их качества, которою можно ожидать. Наше решение по этому вопросу должно основываться на степени возможного улучшения, необходимости в нем и величин слагаемых. Если планируется кратность ОСТ меньше полной, то можно сократить интервал между пунктами возбуждения, сделав его равным расстоянию между центрами групп приемников в начале профиля, и увеличить кратность ОСТ без суммирования соседних трасс.
Если позднее мы захотим продлить профиль, то необходим его выносной участок (рис. 17.2). Если он отрабатывается на всю его протяженность, то отпадает необходимость повторять какие-либо пункты взрыва (или пункты возбуждения) и потерь кратности не будет. Но при выносном участке меньшей протяженности или несколько уменьшится кратность наблюдений, или будет необходимо повторить некоторые пункты возбуждения при продолжении профиля.
Все, что было сказано ранее, полностью относится к окончаниям профилей. На рис. 17.2 показаны выносные участки в начале и конце профилей, а также на их продолжении.
Наблюдения на криволинейных профилях и около препятствий
На рис. 17.3 показаны два способа отработки криволинейных профилей. В первом (верхняя часть рис. 17.3) пункты возбуждения и приема располагаются вдоль криволинейного пути, по которому также ведутся измерение расстояний и пикетаж. Эта методика сравнительно удобна для проведения работ, и сейсмическая партия может использовать дорогу для размотки кос п установки сейсмоприемников в тех местах, где они должны находиться. В результате мы получим множество глубинных точек, рассеянных по площади. На схеме проведения работ, изображенной в нижней части рис. 17.3, пункты возбуждения располагаются вне дороги и расстояние между ними, измеренное по дороге,. оказывается различным. Центры пунктов возбуждения располагаются примерно посередине между пунктами приема и проецируются на nnnnrv пл npnnpHHHR'vngnv к оспедняюшей линии профиля. Косу разма-
возбуждения о Пункты приема
Рис. 17.3. Два способа наблюдений вдоль криволинейных дорог. Вверху: коса и пункты возбуждения располагают по дороге, и измерения производят вдоль нее. Внизу: источники колебаний располагают вдоль дороги, а косу-по осредняющсй линии, по возможности ближе к пунктам возбуждения. Расстояния между приемниками измеряют вдоль осредняющей линии всего сейсмического профиля, тывают в стороне от дороги ближе к осредненной линии профиля, обходя изгибы дороги и избегая чрезмерных поперечных выносов от пунктов возбуждения. Такая техника измерений уменьшает поперечный разброс глубинных точек.
Мы можем спланировать расположение косы и пунктов возбуждения и передать эти данные обработчику для составления плана расположения точек ОСТ. Затем мы увидим, насколько велик будет разброс пикетов в поперечном и продольном направлениях. Это должно повысить качество приема с получением лучших сейсмических данных. Поперечное рассеяние точек более опасно по простирашпо слоев, чем по их падению (если только профиль не проходит вблизи вторичного разлома или других неоднородностей вдоль простирания). Мы можем получить дополнительную информацию из поперечного рассеяния точек для определения падения основного отражающего горизонта, проводя суммирование данных под различными углами и выбирая наплучший результат.
На рис. 17.4 показана схема отработки профиля, когда дорога, по которой он проходит, делает небольшой изгиб в обход препятствия. В верхней части рисунка пункты возбуждения расположены по одной линии, а сейсмоприемники-по другой. Преимущество такой схемы в том, что уменьшается поперечное рассеяние глубинных точек. Обычно применяемое расположение пунктов возбуждения и приема по криволинейному профилю показано на рис. 17.4 внизу.
На рис. 17.5 продемонстрированы три способа преодоления резкого излома дороги. Верхняя схема наиболее проста в отработке и размотке кос. Опа также имеет определенные преимущества в отношении исполь-
х Пункты возбуждения о Пункты приемах Пункты возбуждения о Пункты приемаРис. 17.4. Расположение косы для сохранения кратности ОСТ вдоль осредняющей линии криволинейного профиля и по профилю. Вверху*, смещение косы в противоположную сторону от источников для сохранения кратности ОСГ вдоль осредняющей линии. Внизу*, нормальная система с расположением и косы, и источников вдоль криволинейной дороги.Рис. 17.4. Расположение косы для сохранения кратности ОСТ вдоль осредняющей линии криволинейного профиля и по профилю. Вверху*, смещение косы в противоположную сторону от источников для сохранения кратности ОСГ вдоль осредняющей линии. Внизу*, нормальная система с расположением и косы, и источников вдоль криволинейной дороги.
х Пункты возбуждения о Пункты приема
х Пункты возбуждения о Пункты приема
Рис. 17.4. Расположение косы для сохранения кратности ОСТ вдоль осредняющей линии криволинейного профиля и по профилю. Вверху*, смещение косы в противоположную сторону от источников для сохранения кратности ОСГ вдоль осредняющей линии. Внизу*, нормальная система с расположением и косы, и источников вдоль криволинейной дороги.
Рис. 17.4. Расположение косы для сохранения кратности ОСТ вдоль осредняющей линии криволинейного профиля и по профилю. Вверху*, смещение косы в противоположную сторону от источников для сохранения кратности ОСГ вдоль осредняющей линии. Внизу*, нормальная система с расположением и косы, и источников вдоль криволинейной дороги.
зуемых программ коррекции статических поправок. Средняя схема применима в тех случаях, когда излом це слишком протяженный. Но в большинстве случаев на практике используется все же верхняя схема. На схеме, приведенной в середине рис. 17.5, имеется дополнительный пункт возбуждения хь, который находится не па дороге и расположен на определенном расстоянии от пикета ха. По многим причинам мы можем быть не в состоянии поместить источник в точку хь, по если сможем, то это позволит нам увидеть результаты поперечного выноса пункта возбуждения при одинаковых продольных удалениях.
А) Прямоугольныйизгиб дороги
оБ) Сглаживание угловсейсмокосойоБ) Сглаживание угловсейсмокосойх Центры групп вибраторов о Центры групп приемниковх Центры групп вибраторов о Центры групп приемников
о
Б) Сглаживание угловсейсмокосой
о
Б) Сглаживание угловсейсмокосой
х Центры групп вибраторов о Центры групп приемников
х Центры групп вибраторов о Центры групп приемников
хь -х—о—х—о*х—о*—х—о—
I
В) Использование выносных участков профиля
О О О О х—О —X—О-**Х"*О*»Х*—о*»х*—*о*—
Рис. 17.5. Расположение косы и точек вибрации при резком изломе дороги.
При протяженном изломе профиля бывает удобно представить его в виде окончания одною профиля и начала другого. Используя выносные пункты приема, как показано на нижней схеме, можно надеяться получить хорошее совпадение данных по двум перекрывающимся участкам профилей. Если оно очень хорошее, то можно объединять данные по этим двум профилям при обработке. При соединении профилей эго должно быть отмечено на конечном разрезе.
Пересечение железных дорог, шоссе и рек
В гл. 16 мы рассматривали необходимость коротких дополнительных проводов (и специальных вставок, если используются отрезки обычной косы для электрических соединений) с целью обхода в поперечном направлении дренажных труб, эстакады или друшх объектов, которые нужно пересечь пли обойти (и верну1ься затем на ту же линию профиля). (Если вы имеете одну из систем с передачей данных по радио на сейсмосганцию, то эти проблемы у вас снимаются. Таково основное преимущество указанных систем.) Если это выполнимо, то вы захотите сохранить непрерывным профиль через зону с препятствием. Иначе вам будут необходимы дополнительные работы с регистрацией волн от нескольких пунктов возбуждения при расположении косы и сейсмостап- щш по одну сторону от препятствия, а источников по другую. Затем нужно будет поменять их местами и повторить наблюдения.
Нежелательно, чтобы по дороге, через которую проложена коса, происходило интенсивное движение транспорта. Оно создает помехи при движении через косу, и можно ее повредить, даже если она защищена снаружи шлангом со спиральным разрезом и прикреплена лентой к полотну дороги. Если другие варианты расположения косы невозможны, то работы следует вести в тс моменты, когда транспорт находился па значительном расстоянии от косы. С вибраторами и при накоплении сигналов помехи будут ослабляться благодаря редактированию и корреляции.
При пересечении рек косы можно прокладывать по мостам-в тех местах, где они есть. Через узкие реки косы и гирляпды с ссйсмоприем- никами перебрасывают на другую сторону и прикрепляют к деревьям и другим предметам на обоих берегах. Для преодоления не очень глубоких рек с медленным течением можно использовать дополнительные короткие провода с переходными контактными соединениями, помещенными в пенопластовые поплавки, которые удерживают их па поверхности воды и предохраняют от попадания влаги, в то время как остальная коса может быть проложена по дну. Пенопластовые поплавки можно подсоединять к буям для закрепления их на месте и поддержания на поверхности в правильном положении. Ярко окрашенные поплавки помогут избежать трудностей, связанных с движением судов по реке.
Один из членов авторской группы написал компьютерную программу, облегчающую составление плана дополнительных наблюдений. Она обеспечивает распечатку следующих данных:
схемы суммирования,
значений удаления в каждой выборке ОСТ вдоль профиля,
кратности ОСТ по профилю.
Эта программа оказала большую помощь нашей группе, позволив быстро планировать работы по дополнительным наблюдениям в районе рек, городов, запрещенных районов и т.д.
17.5. Использование взрывов в мелких скважинах для заполнения пропусков Вибросейса
При работах с вибраторами в большинстве случаев можно вести наблюдения вдоль дорог, но не исключены и значительные пропуски в данных там, где дорог нет (а по тропинкам вибраторам не проехать) или где дорога петляет, отходя от профиля, а затем возвращаясь к нему. В этих случаях следует рассмотреть возможность и целесообразность заполнения потенциальных пропусков данными от взрывов в группах мелких скважин. Для этого потребуется некоторая дополнительная техника. Необходимо иметь взрывную машинку, детонаторы, подходя- . щие патроны для них и некоторое количество взрывчатки с охраной. Взрывчатое вещество может получаться из двух невзрывоопасных жидкостей, которые смешиваются в поле непосредственно перед зарядкой в скважины. Также нужно иметь несколько портативных буровых ' станков и долота. Часто большую часть этого оборудования можно взять напрокат, если оно требуется на непродолжительное время. Автор широко пользовался этим способом, в большинстве случаев получая хорошие дополнительные данные.
Совмещение данных, полученных при взрывах в мелких скважинах, с основными вибросейсмическими материалами и объединение их в общие выборки ОСТ представляют определенные трудности для обработчика. Это легче сделать с помощью минимально-фазовой корреляции вибросейсмическнх данных, но использование ее может быть неприемлемо для интерпретатора (гл. 5 и прил. G и Н).Помимо сопоставления фаз обработчик должен обеспечить получение как можно более близких друг к другу двух амплитудных спектров (гл. 19). Необходимы общие усилия для получения данных, которые обработчик мог бы с успехом преобразовать в разрезы, в наибольшей степени обеспечивающие решение интерпретатором задач разведки. Для достижения наибольшего успеха нужны налаженная сищема связи, сотрудничество, взаимопонимание и взаимное уважение.
18Некоторые обобщения
Эта глава охватывает разнообразные вопросы, включая управление сейсмическими партиями, отношения с населением и вопросы общего характера, а кроме того, подводит итог многих ранее рассмотренных вопросов.
Работа геофизика-полевика
Задача геофизика-полевика шире, чем простое получение сейсмических данных. Цель ею работы помочь геофизику-интерпретатору в том, чтобы он мог найти и продать объект под бурение, которое должно оказаться успешным и с лихвой окупить фирме затраты на разведку. И мы, и обработчик работаем в сфере обслуживания, и нашим общим клиентом и заказчиком является геофизик-интерпретатор. Каждый из нас должен искать способы помочь интерпретатору. Мы начинаем с бланка задания и должны быть уверены, что знаем о нуждах разведчика и о том, что будет ему наиболее полезно. Мы можем позаботиться и о том, чтобы и обработчик также знал, что необходимо интерпретатору и как ему лучше всего помочь. Нам, конечно, хотелось бы, чтобы обработчик и интерпретатор имели между собой прямую связь, но по многим причинам это желание нс всегда полностью выполняется. Поскольку мы работаем с обработчиком в непосредственном контакте, мы можем легко найти удобные пути для обмена информацией, предложениями и идеями между интерпретатором и обработчиком, что поможет им обоим. Более подробно об этом говорится в гл. 20.
Хотя интерпретатор-наш клиент и заказчик, он вовсе не указывает нам, что и как делать. Мы ответственны за обеспечение ею данными, которые больше всего ему нужны, с минимальными затратами. Если он настаивает на дискретизации данных через 2 мс, хотя евнп-сигнал разворачивается лишь до частоты 85 Гц, постарайтесь убедить его в том, что это пустая трата депе!, если нет какой-то серьезной причины. Например, по плану необходимо выполнить направленное суммирование (гл. 11 и 19) при обработке, и интервал дискретизации в 2 мс будет облегчать эту процедуру. Если же он упорствует в применении дискретизации с шагом 2 мс без какой-либо убедительной причины, вам следовало бы обратиться к более высокому начальству. Наверное, не надо идти так далеко, особенно если более высоким начальством
является сам интерпретатор. Мы все что-то выигрываем и чго-то теряем, но нам нужно иметь некоторую пишу для эффективной работы. Если она слишком мала, то паши возможности ограничены. Но, быть может, мы значительно увеличим свое поле деятельности терпеливым обсуждением и добьемся успеха, когда у нас появятся возможности улучшения и новаторства. Маловероятно, что вам обеспечат идеальные условия для pa6oibi, скорее, вам самому придется ее совершено 1вовать, чюбы как можно полнее удовлетворить 1ребования интерпрыаюров.
Планирование программ получения данных
Редко начало работ партии по новому проекту происходи г гладко и без задержек, и необходимы расходы на организацию новой сейсмопартии. И, что наиболее важно, требуется время на установление хороших взаимоотношений и рабочих связей с самой партией. По этим причинам целесообразно запланировать ряд npoipaMM получения данных на площади приемлемых размеров, которые могли бы быть эффективно проведены партией практически с теми же оборудованием и персоналом. Гибкость в переходе от одного проекта к другому понадобится, если обстоятельства потребуют изменения планов или послужат его оправдапием. Вначале целесообразно запланировать и получить пригодные для суммирования материалы на площади, затем провести работы по другому проекту и вернуться для продолжения начатой программы после завершения обрабохки начальных данных и анализа их совместно с интерпретатором. Гибкость нужна и при возникновении трудностей с получением разрешения на работы или в связи с ухудшением погоды; мы могли заранее оформить разрешение, но оно может быть аннулировано, и требуется время для его возобновления. Когда сейсмопартии работают уже в течение некоторого периода времени, они улучшают свою работу: если они не совершенствуются, мы не можем держать их долго. В старые добрые времена, когда компания имела много работ и соответствующий бюджет, хорошие партии рекомендовалось содержать неограниченное время, проводя работы в различных районах. Это требовало усилий, соответствующего планирования и координации, по вознаграждалось высоким качеством данных и высокой рентабельностью.
При составлении программы или большой группы программ необходимо учитывать время года, погоду, а также проведение в данном районе сельскохозяйственных и других работ. Фермер с большим удовольствием даст разрешение на работу, когда его земля свободна, чем перед самой жатвой. Даже если он мужественно соглашается на потерю части урожая, ему больно видеть испорченными плоды своего тяжелого труда. Периоды охоты, ягнения и гнездования не должны бьиь забыты при составлении наших планов.
На начальном этапе благоразумно проверить наличие или отсутствие хороших топокарт и постараться достать тс, которые необходимы. Топографические карты мо1ут оказаться устаревшими, по прежним дорогам, возможно, уже пет движения, но возникли новые, которые могут помочь в работе. При планировании профилей в относительно слаборазвитых странах возможны разные неожиданности. Поэтому нужно иметь самые последние карш местности и проверять расположение ориентиров или же иметь в партии сотрудника для контроля за ними. Необходимо уделить особое внимание землям, контролируемым многочисленными государственными агентствами. Разрешение иногда можно получить быстро и легко, но могут быть и затруднения. И если его дают, то порой может потребоваться много месяцев для его получения. А если его было быстро и легко получить в прошлом юду, это не значит, что дело будет обстоять так же и в этом.
Период после опытных работ
В гл. 7 мы говорили о некоторых программах опытных работ. Следующий этап заключается в том, чтобы сделать окончательный выбор техники и параметров регистрации. Решения должны быть переданы руководителю сейсмопартии. Убедитесь, что он их понимает. Лучше составить письменные инструкции, включающие необходимые графики и диаграммы, но, сверх того, передать их устно или лично, или по телефону. Письменные инструкции и данные могут быть переданы по телефону с относительно недорогим оборудованием. Если инструкции переданы устно (по телефону), начальник партии должен ответить, понял ли он то, что было сказано, а затем письменные инструкции и схемы должны быть ему посланы.
На новой площади особенно необходимо внимательно следить за материалами. Целесообразно, чтобы сейсмопартия ежедневно по почте или телефаксу передавала в центр обработ ки по две копни характерных полевых сейсмограмм. Это позволит нам быстро увидеть возникающие проблемы и должным образом отреагировать па них. Если мы видим способы улучшения качества материалов, они должны быть опробованы с получением двух или более сейсмограмм с нововведением и без пего. Ecjhi оно окажется полезным, то его следует немедленно принять, а нс дожидаться начала нового профиля. Конечно, все новшества должны быть как следует документированы, и эту информацию необходимо указывать па окончательных разрезах. Когда изучаются стратиграфические особенности разреза и ищутся тонкие изменения в характере волновой картины, то, возможно, изменения в методике работ лучше отложить до начала следующего профиля.
По опыту предыдущих работ, на площади можно ожидать ухудшения качества получаемых материалов при выходе на поверхность определенных типов пород. Рассмотрим последний пример, приведенный в гл. 7, где материалы предшествующих работ па обнажениях доломи-
тов были плохими. Опыты планировались так, чтобы оценить наилуч- шис параметры как на доломитах, так и вне их. Заранее было решено увеличить кратность ОСТ на части профиля, расположенного в зоне развития доломитов и вблизи нее. По результатам опытов следовало оценить необходимое гь дальнейших изменений в методике при выходе партии в зоны доломитов в отношении группирования источников и приемников. В эюм гипотетическом случае целью было картирование структуры. Программа, апалшичная этой, приносила успех, когда основные изменения методики планировались и проводились на основе результатов опытных исследований и предшествующих работ на изучаемой площади.
Если качество материалов неожиданно ухудшается по профилю, нужно подумать, не лучше ли будет прекрати!ь работы на этом профиле. Партии следует перейти па друюй профиль или начать другую программу, если это не очень далеко в стороне. В результате у пас появится некоторое количество времени для анализа возникающих проблем и выработки нескольких вариантов их решения.
Рассмотрим второй пример из гл. 7, в котором была предложена программа опытных pa6oi но профилю протяженностью 129 км па участке с плохим качеством отражений. Результаты опытов могут быть не очень убедительными, и все же мы должны немедленно принять какое-то решение и дать задание буровикам. Допустим, мы решим помещать заряды в скважины глубиной 30 м. Когда у нас будет больше времени на анализ опытных данных, то позднее, возможно, мы придем к выводу, что группа из шести скважин глубиной по 3 м подойдет лучше. Основной целью этой начальной программы было увидеть, имеются ли практические возможности разведать данную площадь. Допустим, мы решили испробовать группирование мелких взрывных скважин. В этом случае необходимо внести крупное изменение в про!рамму. Вопрос только в том, когда это следуег сделать. Конечно, те глубокие скважины, которые уже пробурены, нужно использовать. А при этом записать и просуммировать достаточное количество данных для оценки этой методики. (Возможно, этот способ окажется лучшим, когда материалы будут полностью обработаны и визуализированы.) Нам потребуются еще станки для мелкого бурения, а также обслуживающий персонал, который обеспечит их эффективную работу и задел скважин для сейсмического отряда. Мы вполне можем начать мелкое бурение на втором профиле, а первый профиль закончить с глубокими скваж1шами, если он не очень протяженный.
Следует ли часть профиля, отработанную из глубоких скважин, продублировать из групп мелких для проведения прямого сравнения? Это было бы прекрасно, но является ли это лучшим использованием времени? Вероятно, лучше отложить этот вопрос примерно до окончания данной стадшт программы, так как к тому времени может возникнуть какая-нибудь более рациональная идея о том, как получить нужные
резулыаты. Если мы все же не уверены в том, какой из источников лучше, то можно провести еще работы с глубокими скважинами там, где уже получены материалы из групп мелких скважин, а не повторять отрезок первого профиля с мелкими скважинами. Это особенно важно, если на рассматриваемом участке профиля получены интересные данные. Но мы можем быть полностью удовлетворены результатами группирования, и тогда шперпретатор будет участвовать в решении вопроса о юм, что важнее-повторить часть первого профиля с группами мелких скважин (для прямо! о сравнения) или провести работы на другом профиле по анало! ичиой методике.
Управление сейсмопартией
Начальник партии является руководителем полевых работ, и необходимо все! да работать с ним пли через него (с каким-либо сотрудником партии, назначенным ее начальником). В его отсутствие следус! детально обсудить вопросы с остальными работниками и перейти к соответствующим действиям, но мы должны быть уверены, что начальник информирован о том, что и почему сделано. Время от времени топограф может прямо звонить нам по возникшим у него проблемам разбивки профилей, при этом он может находиться в нескольких километрах от места расположения остальной части партии. Следует также информировать начальника партии о переговорах с топографом (или с сотрудником, ведающим разрешениями на работы и т.д.), о принятых решениях и данных ему инструкциях. Тогда при следующем разговоре с начальником партии вы сошлетесь на этот разговор и будете уверены в том, что он знает, что и почему было решено.
Важно поддерживать свободный обмен сведениями. Начальник партии должен иметь возможность связаться с нами, если у него есть какие-либо вопросы или возникает серьезная проблема. Официально он должен давать нам отчет по телефону раз в педелю. Для этого удобно иметь специальный бланк отчета партии (прил. А), который он заполняет до своего звонка, и вы можете внести полученную от пего информацию в пустые графы на копии такого же бланка. Конечно, связь не должна oi раничиваться той информацией, которая содержится в бланках.
Чтобы работа шла спокойно и гладко, необходимо ее хорошо организовать и иметь надежную связь между отрядами. В наибольшей степени это относится к работам легких партий, которые ведутся, как правило, па коротких профилях. Также может случиться, что отряды партии дислоцируются в разных местах, если отрабатываются последние профили на ряде ранее выявленных перспективных участков. В этом случае бывает, что сотрудник партии, отвечающий за получение разрешений, находится в одном месте, топограф-в другом, буровой отряд-в третьем, сейсмический в четвертом, и бедный начальник партии должен
все увязывать и к тому же информировать нас. К счастью, такие случаи редки.
Сотрудники партии должны знать, что безопасность при проведении работ особенно важна для пас и для компании. Они также должны понимать, что очень важно иметь и поддерживать хорошие отношения с населением и официальными властями.
Необходимо неустанно повторять сотрудникам партии, чтобы они были внимательны и не разглашали деталей работ партии. Если кто-то захочет что-либо узнать о параметрах регистрации или технических средствах, следует направить его в специальную службу фирмы или сказать ему, что мы, мол, нс имеем права разглашать эти данные. Естественно, любая информация или разговоры о результатах являются строго конфиденциальными. Эта проблема стоит особенно остро перед партией, у которой данные обрабатываются в поле. Мы должны постоянно говорить и напоминать обработчику о необходимости уничтожать отбракованные материалы, а также устанавливать строгий контроль за тем, кому разрешено, а кому запрещено показывать обработанные данные, и с какими целями. Во время войны болтовня пьяного матроса могла послужить причиной гибели корабля. В пашей работе небрежность сотрудника партии может нанести огромный ущерб иной хорошей партии, и это должны понимать все ее сотрудники* и руководство па всех уровнях.
Не стоит ожидать, что сотрудники партии являются ангелами - ангелы редко встречаются на Земле. Но мы можем потребовать от них, чтобы они были ответственны на работе и внимательны в своих контактах и действиях вне ее. 1
Один из вопросов, па который следует обращать внимание свое и других, заключается в выявлении тех узких мест, которые сдерживают развитие производства. Когда такой вопрос выявлен, он требует решения, но желательно без увеличения численности работников. Если увеличение состава партии является единственным возможным решением, то постарайтесь рассчитать, как и когда в дальнейшем его можно будет урезать. Сейсмопартии, как бюрократы, без тщательного контроля и периодического сокращения непрерывно растут и жиреют.
Топография-одна из тех c<]iep, на которые мы не всегда обращаем достаточно внимания до тех пор, пока с ней не возшжает проблем. Конечно, нам нужны точные результаты tohoi рафической съемки, аккуратные и полные журналы, и мы хотим быстро получить конечные результаты. Но топография-также ключ к наиболее эффективному выполнению нашей полевой программы с точки зрения как проведения работ, так и получения наилучших сейсмических данных для решения задач разведки. Мы можем помогать топографу в получении необходимого оборудования и-в кратчайшие сроки-лучших топокарт. Следует работать в контакте с ним. помогая ему попять паши требования к расположению профилей и принимая правильные решения в возни-
кающих у него конкретных ситуациях. Мы хотим, чтобы он изучал встречающиеся на местности естественные и искусственные препятствия и искал альтернативные решения, по мы не хотим, чтобы в результате его решений ухудшалось качество сейсмических данных, с которыми должен иметь дело интерпретатор.
Отношения с населением
Компания и вообще промышленные организации обязаны делать все возможное для развития и поддержания хороших отношений с населением и административными органами. Мы не хотим иметь репутацию простаков, которые будут с радостью платить за любое мошенничество, легкомыслие или мелкие придирки. Мы хотим заслужить хорошую репутацию добропорядочных граждан, занимающихся важным делом и проявляющих заботу о населении, его собственности и безопасности, а также состоянии окружающей среды. Если чья-то машина съехала в кювет, мы потратим немного времени, чтобы помочь ее вытащить. Если мы движемся по немощеной дороге, то это наверняка спокойнее, 'чем вступать за свои же деньги в контакт с местной службой дорожного движения. Мы в состоянии не сорить и поддерживать чистоту вдоль лиши! наших профилей в процессе работ. Если представится возможность, то следует использовать местное население и продавцов магазинов для обслуживания и поставок, с тем чтобы они относились к нам более доброжелательно. Больше всего мы должны остерегаться любой враждебной реакции и ущерба, который можем невольно нанести, .и должны стараться быстро решить проблему во избежание ухудшения положения. Мы* должны выказывать уважение каждому человеку и его собственности, а также использовать любые имеющиеся возможности, чтобы объяснять смысл наших работ и их важность без выдачи конфи- денцнальной информации.
Сводка рекомендаций по получению наземных данных
Эту сводку мы сделали краткой, с тем чтобы изложить лишь основные положешы. Поэтому рассмотрены только общие случаи, но не исключения.
t 1. Используйте симметричные расстановки и полнократные системы наблюдений с интервалами между центрами групп источников, равными 'половине расстояния между пунктами приема. Если возможна лишь половинная кратность, то пункты возбуждения можно располагать гв точках приема, при условии что мы предпочтем использовать группы приемников с базой в два интервала группирования.
Определяйте или оценивайте максимально эффективные удаления для отражешш от наиболее глубоких горизонтов, представляющих разведочный интерес. Чащ о эта величина приблизительно равна глубине
разведки. Если удаления слишком велики, отражения могут смениться преломленными волнами или отраженные сшналы станут слишком слабыми и не смогут быть выделены на фоне интенсивных помех от первых вступлений или связанных с ними многократных волн-реверберации. Но, чем больше максимальное удаление, тем большим может быть интервал группирования при заданном числе каналов станции. Чем больше этот интервал, тем меньше записей требуется на километр профиля, тем больше производительность и меньше стоимость. Если работы ведутся по очень искривленным дорогам, то нужно установить предельное удаление, чтобы уменьшить поперечный разброс глубинных точек отражения. Также можно уменьшать максимальное удаление для ограничения потерь высокочастотных компонент, особенно если требуются протяженные группы для ослабления помех.
Определяйте или оценивайте минимальный эффективный вынос, учитывая необходимость прослеживания неглубоких горизонтов для решения теологических задач и определения статических поправок. Минимальный эффективный вынос часто равен 150-250 м и определяется расстоянием от пункта возбуждения до ближайшего к нему «живого» сейсмоприемника. При возбуждении колебании взрывами в одиночных глубоких скважинах это расстояние может быть меньше.
Определяйте или оценивайте максимальные частоты волн, которые могут быть зарегистрированы с глубин, представляющих разведочный интерес. Когда для решения поставленной задачи важна вертикальная разрешснность, пытайтесь использовать максимально высокие частоты (но в пределах разумного). Испробуйте эффективную полосу частот по крайней мере в две октавы. При желании получить хорошую вертикальную разрешснность в случае применения вибраторов старайтесь расширить полосу до 2,5 3,0 октав. Необходимо использовать подходящие нелинейные свипы для достижения адекватных отношений сигнал/помеха в полосе частот свип-сигнала при минимальных затратах времени на регистрацию колебаний.
Выбирайте такое расстояние между центрами приемных групп, которое вместе с данным числом каналов станции обеспечивало бы максимальное удаление, равное максимальному эффективному удалению. Следите за тем, чтобы этот интервал группирования не превышал половину кажущейся длины волны самой высокочастотной составляющей целевых отражений. Если расстояние между группами слишком велико, то рассмотрите вопрос о его сокращении за счет добавления числа каналов, уменьшения длины косы или увеличения минимального выноса.
Используйте линейные, равноудаленные друг от друга, однородные руппы сейсмоприемников с эффективной длиной в два интервала группирования. Если такие группы будут значительно ограничивать отклик для необходимых высокочастотных компонент колебаний, используйте группы с базой, равной одному интервалу группирования.
В районах с хорошим качеством материалов, где помехи источника с умеренными длинами волн не составляют проблемы, оптимальными могут быть группы с базой в один интервал группирования. Если длинноволновые помехи представляют очень серьезную проблему, целесообразны группы утроенной или учетверенной протяженности. (Если выбрана база, равная учетверенному интервалу группирования, и отрабатывается половинная кратность, мы располагаем пункты возбуждения в центре приемных групп.)
При картировании крутонаклоненных горизонтов базы групп источников или приемников должны быгь короткими. Если наклоны, которые нужно картировать, велики только в одном направлении, можно рассмотреть применимость фланговых или несимметричных двусторонних систем наблюдений. В этом случае следует использовать протяженную 1 руину сейсмоприемников в направлении подьема картируемых горизонтов (или длинную группу источников по восстанию от коротких приемных групп).
Определяйте пли оценивайте длины волн регулярных помех, возбуждаемых источником, которые могут представлять наибольшую опасность на временах целевых отражений, и составляйте подробный план их подавления:
самые длинноволновые помехи, возможно, будут ослаблены суммированием по ОСТ, но нужно проанализировать и другие способы их подавления. Часто основную проблему представляют поверхностные и другие помехи с большими длинами волн, а они могут быть существенно снижены увеличегшем глубины взрыва при работах со взрывными источниками. Использование нелинейных свип-сигналов в методе Вибросенс часто помогает в ослаблении низкочастотных составляющих, которые имеют довольно большие длины волн. Нелинейные развертки позволяют выделить высокочастотные составляющие волн;
помехи со средними длинами волн (15-250 м) могут быгь ослаблены группированием ссйсмоприемников и источников колебаний;
для подавления коротковолновых помех следует применять небольшие расстояния между сейсмоприсмниками или источниками. В качестве альтернативы можно предусмотреть использование достаточно большого минимального выноса для регистращш целевых волн до прихода помех с малыми длинами волн.
Ориентируйте группирование ссйсмоприемников и источников на подавление длин воли, соответствующих наиболее интенсивным помехам на временах, близких к целевым волнам. Когда параметры группы приемников уже установлены, часто бывает необходимо уточнить относительно нес параметры группы источников для обеспечения глубокого подавления помех, недостаточно ослабляемых приемными группами. Это наиболее необходимо для длин волн интенсивных помех. Рассматривайте общее подавление помех группированием приемников, источников и суммированием по ОСТ.
Общефилософский взгляд на проблему
Программу работ, направленную на получение лучших сейсмических данных, можно сравнить с данным человеку заданием поехать в горы и сделать фотографии хорных вершин. Мы ограничены во времени и в средствах, но хотим получать отменные снимки. Вначале надо решить, на какую гору подниматься. С дороги, проходящей по долине, трудно увидеть, какая гора самая высокая, а в отношении наиболее высоких гор трудно сказать, на какую из них можно подняться с нашим оборудованием за необходимое время и уложившись в наш бюджет. Мы быстро решаем, что нет одной наилучшей юры. Скорее всего, это несколько гор, в пределах которых мы будем в состоянии сделать хорошие снимки. Поэтому мы быстро едем по существующим дорогам и выбираем пару подходящих объектов. Изучив топографическую каргу, мы выбираем вершину, путь и место, которого можно достичь. Вблизи нашей цели мы, возможно, найдем лучшее место, или же в действительности окажется, что мы не в состоянии попасть точно на запланированный участок. Мы находим хорошее местечко и фотографируем вершины. Из пашей очень высокой точки нам легче снять близлежащие горы, и у нас будет время, чтобы мысленно представить себе их на будущих снимках. Кроме тою, поднимаясь на другие вершины, мы лучше увидим трудности, с которыми можно столкнуться. Если мы когда-либо вернемся в этот район, то получим гораздо лучшие фотографии.
Точно так же и при получении сейсмических данных нс может существовать однозначного ответа на вопрос о том, как получить самые лучшие результаты. Но надо надеяться, что всех да существуют решения, позволяющие этого достичь. Ваше дело найти наиболее оптимальный ответ, а для этого надо просмотреть возможные способы достижения цели. Вы быстро откажетесь от некоторых предгорных участков и ряда высоких пиков, которые оказываются экономически невыгодными. Но вы найдете несколько гор, которые кажутся перспективными, и определите трудности и возможности для каждой из них. Вы можете проверить более чем одну идею в поле путем наблюдений в нескольких местах, для того чтобы увидеть всю картину в целом, все сложности и затруднения; затем вы делаете свой выбор и начинаете работать. После начального этапа вы можете несколько сместиться в другое место, но теперь вы слишком связаны, чтобы менять горы. Изучив же одну из них, вы сможете лучше попять, что именно надо сделать для получения лучших сейсмических данных, если придется вернуться в это место.
19Обработкасейсмических данных
В настоящей главе в обзорном порядке рассмотрены основные аспекты обработки сейсмических материалов, необходимые для геофизика-полевика, а также приведены те сведения, которые ему следует иметь, чтобы успешно работать.
Оптимальные соотношения между способами получения данных и их обработкой
Используемые в настоящее время в сейсморазведке компьютеры и программы обладают настолько большими возможностями, что, как иногда говорят обработчики, от полевиков требуется только получить записи с соответствующими дискретизацией и кратностью ОСТ и что с отражениями ничего не надо делать в поле. В этой их точке зрения есть определенная доля истины. Но дайте им полевые записи, где отраженные волны перекрыты множеством разнообразных помех, и посмотрите, сколько времени и усилий нм требуется для выделения полезных колебаний с помощью всех имеющихся у них замечательных средств. Перед ними несметное количество вариантов программ, а число их комбинаций просто ошеломляет. Если для выделения отраженных волн требуется выполнить несколько вариантов обработки с множеством параметров, то обработчик не всегда может быть достаточно удачлив и терпелив, чтобы найти столь сложный путь к успеху.
При очень интенсивных помехах может потребоваться применение более эффективных схем группирования источников и приемников для обеспечения регистрации и слабых отраженных сигналов с глубины, и шумов в пределах динамического диапазона pei истрирующсй аппаратуры. В этих ситуациях сильные помехи должны быть подавлены в поле, в противном случае проект обречен, каким бы искусным, удачливым и упорным пи был обработчик.
Автор считает, что при регистрации колебании необходимо делать все возможное для подавления помех и выделения отражений, до тех пор пока это не начнет приносить вред полезным сигналам о г зон, представляющих разведочный интерес. Некоторые могут подумать, что автор А
и с неохотой, но примет 30%-ные потери в амплитудах самых высоких частот при суммировании ОСТ, если это окажется необходимым для ограничения сильных помех. Но он чувствует себя юраздо более удовлетворенным, когда наконец отражения начинают пробиваться на временах целевых горизонтов и могут быть уверенно выделены на полевых записях. Но даже если этою нс происходит, результаты последующей обработки все равно могут оказаться вполне удовлетворительными.
Паша методика и параметры полевых наблюдений должны быть выбраны такими, чтобы требуемая обработка оказалась наиболее успешной. Рекомендуется использовать, например (с полнократным приемом, двусторонними расстановками и четными выносами), группы приемников с базой, равной удвоенному (или кратному числу) интервалу группирования. Эта рекомендация заключается в гом, чтобы суммирование ОСТ оптимальным образом подавляло помехи. Задача геофизика-полевика состоит в том, чтобы, консультируясь с оператором и обработчиком, выбрать такие методику и параметры работ, которые обеспечили бы получение наилучших сейсмических материалов после проведения полной обработки. Чтобы сделать это, он должен знать объект разведки, требования интерпретатора, какие процедуры, вероятнее всего, должны быть применены при обработке для получения лучших результатов и какие методика и параметры полевых наблюдений смогут оптимизировать такую обработку. Таково главное назначение и обоснование этой 1лавы и части следующей, посвященной обмену данных.
Обработка цифровых сейсмических данных на современных компьк терах можег показаться непостижимо сложной для тех, кто не специализируется в этой области, но в основном она включает в себя те же самые вычисления, которые всегда требовались при использовании сейсмических данных. С помощью компьютеров, используя их скорость, точность и память, стали практически осуществимы детальные вычисления и анализы, которые интерпретатор или группа интерпретаторов в домашинное время могли делать лишь весьма выборочно. Без компьютеров не было бы смысла регистрировать такие большие массивы данных. Метод общей срединной точки с высокой кратностью нереализуем без ЭВМ. Полевые данные регистрируются в мультиплексном формате, который не может быть визуализирован без компьютеров, демультиплексирующих эту информацию.
В процессе обработки па ЭВМ повышается точность определения статических и кинематических поправок, а также коррекции остаточных статических временных сдвигов. Также становится возможной миграция данных в районах со значительными углами наклона пластов и фокусирование дифрагированных волн, позволяющее выделять нарушения и лучше разрешать внутреннее строение разреза в пределах страти- r-~n,i,„„ft„r,„v м.ттр щ чтлго по появления ЭВМ делалось
рутинными средствами. Для повышения точности расчета статических поправок необходимо оцени 1ь корректирующую скорость и определить уровень приведения. Кинематические поправки находятся по приращениям времен, вычисленным по эффективным скоростям. В настоящее время имеются несущественные отличия в реализации этих процедур. Прежде мы отмечали наличие сильных помех с линейными приращениями времен на наших записях и оценивали необходимость смешения трасс для ослабления этих помех. В этом есть аналотия с реализацией многоканальной фильтрации на ЭВМ. Автоматическая регулировка усиления (АРУ) была существенна для аналотовых записей. При цифровой регистрации и наличии ЭВМ имеется много способов для контроля за усилением. Они позволяют исключить искажения данных при регистрации и обработке, если только мы нс хотим применять какие-либо системы АРУ.
Тот факт, что эти способы вычисления и коррекции проводились и раньше до использования ЭВМ, снимает некоторый налет тайнег- вепности с машинной обработки сейсмических данных. Но не следует забывать, что обработка на ЭВМ позволила во много раз улучшить сейсмические материалы и многие из этих достижений получаются относительно легко. Хорошими примерами сказанному выше могут служить программы коррекции остаточных ста гических поправок и анализа скоростей. С помощью ЭВМ огромные массивы статистических данных собираются, анализируются и используются для определения статических поправок по отраженным или преломленным волнам либо по тем и другим. Эти поправки необходимы для исключения длинно- периодных статических временных сдвигов. При анализах скоростей в одиночные тити просуммированные выборки ОСТ вводятся приращения времен, соответствующие множеству близких значений скорости, а затем вычисляется коэффициент когерентности данных и строится его график. Это делается с малым интервалом во времени. (Оценки когерентности данных являются составными частями многих программ обработки. Используемый способ сходен с корреляцией, которая описана в прил. С, и результат назван подобием.)
Несомненно, компьютеры внесли огромный вклад в частотную фильтрацию данных и в оценку формы сейсмических сшшалов по сравнению с аналоговыми фильтрами, которые прежде играли более важную роль. Раньше дополнительная фильтрация производилась сей- смоприемниками и гальванометрами в осциллографе. Специальные сейсмоприемники с различными резонансными частотами и затуханием играли основную роль в получении записей лучшего качества. Для изменения фильтрующего эффекта гальванометра по желанию пользователя даже меняли натяжение пружины гальванометра. Сегодня полевые фильтры уже не имеют особого значения. Фактически их главное назначение - обеспечить контроль за качеством полевых записей.
Деконволюция и спектральное отбеливание
Одним из главных достижений компьютерной техники является ее способность реализовать деконволюцию и другие способы формирования сейсмических импульсов (которое включает изменение формы спектров и регулирование фазы). Возможно, это наиболее таинственная область для тех, кто не соприкасайся тесным образом с обработкой сейсмических данных.
Для получения простейшей синтетической сейсмограммы необходимо рассчитать распределение коэффициентов отражения по разрезу в функции двойного времени пробега волн и выбрать форму импульса отраженной волны. На времени каждого коэффициента отражения создается импульс отраженной волны, амплитуда которого пропорциональна величине коэффициента отражения, а полярность соответствует его знаку. Обычно коэффициенты отражения расположены близко друг к другу во времени относительно протяженности сейсмического импульса, вследствие чего наблюдается массив интерферирующих между собой волн. Все эти волны можно получить с помощью ЭВМ, используя процедуру свертки (конволющш). Деконволюция представляв! собой обратную процедуру. При деконволюции полевых данных обработчик выбирает форму сейсмического импульса, какую бы он хотел, чтобы имели отраженные волны. С его помощью на ЭВМ рассчитывается цифровой оператор (действующий как фильтр), который свертывается с зарегистрированной в поле трассой, в результате чего на ней образуется последовательность импульсов отраженных волн желаемой формы.
Однако существуют пределы того, что может, а что не может быть сделано. Деконволюция позволяет изменять амплитудный и фазовый спектры исходной волны, приближая их к задаваемым параметрам сейсмического импульса. Однако если последний имеет частотные компоненты, которые отсутствуют в отраженном сигнале (или они ниже уровня помех), то эти компоненты нс могут быть получены. В тех случаях, когда обработчик захочет сформировать импульс с интенсивными частотными составляющими за пределами эффективной полосы частот целевых отраженных волн, то оператор деконволюции может или привнести эти составляющие из помех, или оставить эти компоненты па низком уровне. (Слабыми или отсутствующими компонентами могут быть и те, которые приходятся на минимумы, обусловленные волнами- спутниками. гл. 8 и 9.) Обработчик определяет тот уровень, до которого оператор деконволюции сможет усилить слабые компоненты в выбранном сейсмическом импульсе. Если обработчик установит его слишком высоким, то оператор привнесет шумы на этих частотах. В противном случае результирующие спектры будут излишне ограничены по частотам, что неоправданно.
гт—^пх.х,-. прк-липолюнии должна основываться на некоторых пред-
положениях относительно фазовых соотношений исходных данных. Сравнительно легко согласовать амплитудные спектры зарегистрированных отраженных волн со спектром выбранного сейсмического импульса. Гораздо труднее это сделать в отношении фаз. Обычно предполагают, что записи, получаемые от импульсных источников, являются минимально-фазовыми (гл. 5 и прил. G). Это условие, как правило, выполняется, если вся обработка минимально-фазовая и линейная. (Нелинейность источника может представлять определенные трудности, но импульс даже вблизи источника должет быть причинным.) Первоначально цифровые фильтры, используемые при обработке сейсмических данных, рассчитывались как минимально-фазовые. Однако на некоторых обрабатывающих центрах в последнее время наметилась тенденция использовать пуль-фазовые фильтры при обработке всех сейсмических данных. Это нежелательно для материалов, получаемых с импульсными источниками. Если бы только одну фазу следовало использовать для всех фильтров, то ею должна была бы быть минимальная фаза, потому что фильтрация менее всего необходима для вибросейсмических данных. Это следует из того, что корреляцию можно рассматривать как фильтрацию в полосе частот управляющего сигнала.
В Внброссйсс обычно предполагают, что исходные записи являются пуль-фазовыми. Но поступающие с выходов сейсмоприемников сигналы, которые сами по себе являются минимально-фазовыми, по моему мнению, редко корректируются с учетом фазовых погрешностей приборов. (Эги поправки будут небольшими на частотах существенно выше резонансных частот сейсмоприемников, но будут значительными вблизи этих частот.) Фильтрация, производимая землей, также является минимально-фазовой, поэтому вибросейсмические данные в действительности являются смешанно-фазовыми (гл. 5 и прил. G и Н).
Часто в морской сейсморазведке за счет многократного отражения энергии от дна и водной поверхности в толще воды могут возникать интенсивные реверберационные колебания, которые перекрывают глубинные отраженные волны (гл. 8). Минимально-фазовая (сжимающая) деконволгоцггя являсгся эффективным средством дереверберации получаемых данных. Звенящие данные более широко распространены в наземной сейсморазведке, чем принято считать. При нуль-фазовой корре- лящш вибросейсмических материалов возникает ряд проблем из-за того, что реверберация является мшшмалыю-фазовой. Это еще одно подтверждение целесообразности минимально-фазовой корреляции материалов метода Вибросейс, поскольку минимально-фазовая деконволюция способствует как дереверберации данных, так и выравниванию спектров отраженных сигналов. Но при использовании нелинейных управляющих сигналов и желании получить мшшмалыго-фазовые импульсы обработчик должен корректировать фазу из-за пуль-фазовог о фильтрующего эффекта нелинейного свина.
ПглТХ MHnri'flY ПябпТЛУ ПППР1ПЛ N49UrnuanLUH тлипл ППНППОПП'ГТ /h^^./v
сигнала ист очника и использовать ее при обработке, получившей название «обработка по форме сигнала». Относительно нетрудно определять форму сигнала в дальней зоне по глубоководным записям, но можно и по данным, полученным в ближней зоне, с их последующим приведением к форме сигналов на удалении. Обработка по форме импульса также целесообразна и в наземной сейсморазведке, по нахождение формы сигнала по сухопутным данным сопряжено с большими сложностями. Кроме того, при наземных работах волновая карпша очень часто меняется из-за изменения поверхностных условий и контакта источника с грунтом.
Рассмотрение программ деконволюции выходит за рамки этой книги. Больше информации содержится в работах [3, 4, б].
Программа отбеливания (или выравнивания) спектров, рассмот репная в гл. 7 (и в других местах) и хорошо себя зарекомендовавшая, была предложена компанией Western Geophysical. Другие программы могут отличаться в деталях, но позволяют получать сопоставимые результаты. Программа расчленяет спектр па несколько относительно узких частотных полос с помощью нуль-фазовых фильтров, которые перекрывают друг друга на уровне половинных амплитуд. Затем каждая сейсмическая трасса (обычно полученная в результате суммирования) подается на ряд фильтров и с их выходов поступает на входы автоматических регуляторов усиления. Эюй процедурой уравниваются спектральные амплитуды. Потом выровненные по амплитудам отдельные сш налы собирают и нормируют к амплитуде входного сигнала. Обычно для обеспечения некоторот о предела восстановления очень слабых сигналов добавляется примерно 1% белого шума. Американская фирма Western Geophysical может дать более полную информацию о своей программе.
Вначале мы использовали это выравнивание спектров главным образом к высокоразрсшенным вибросейсмичсским данным, получаемым с нелинейными свип-сигналамп. Программа оказалась столь эффективной, что позднее мы стали применять ее и к другим данным, получаемым в самых разных районах. Во мнотих случаях это значительно повышало разрешенность записей, что позволяло увидеть детали геологического строения, коюрыс ранее или не выделялись вообще, или были малозаметны. В ряде случаев отбеливание увеличивало отношение сш нал/помсха и подчеркивало отражения, имевшие более высокочастотный состав, чем большинство помех. Отбеливание с успехом использовалось при обработке материалов, полученных как с вибрационными, так и с импульсными источниками. На рис. 19.1 и 19.2 приведен пример ее реализации к данным, полученным при взрывах в группах мелких скважин. На рис. 19.1 показан разрез, полученный в результате первоначальной обработки с применением деконволюции; отметим наличие низкочастотных помех с большими наклонами, которые ухудшают качество отражении. На рис. 19.2 видно ослабление низкочастотных помех и повышение качества отражений-все это доспи нуто путем
Рис. 19.1. Пример записи колебаний от взрывов в мелких скважинах, обработанных первоначально с применением деконволюции. Отметим низкочастотные помехи с большими углами наклона и в общем низкое отношение сигнал/помеха. Этиматериалы предоставлены фирмой Grant-Norpac, Inc.Рис. 19.1. Пример записи колебаний от взрывов в мелких скважинах, обработанных первоначально с применением деконволюции. Отметим низкочастотные помехи с большими углами наклона и в общем низкое отношение сигнал/помеха. Этиматериалы предоставлены фирмой Grant-Norpac, Inc.
Рис. 19.1. Пример записи колебаний от взрывов в мелких скважинах, обработанных первоначально с применением деконволюции. Отметим низкочастотные помехи с большими углами наклона и в общем низкое отношение сигнал/помеха. Эти
материалы предоставлены фирмой Grant-Norpac, Inc.
Рис. 19.1. Пример записи колебаний от взрывов в мелких скважинах, обработанных первоначально с применением деконволюции. Отметим низкочастотные помехи с большими углами наклона и в общем низкое отношение сигнал/помеха. Эти
материалы предоставлены фирмой Grant-Norpac, Inc.
?ис. 19.2. Тот же пример, что на рис. 19. L но повторно обработанный по программе спектрального отбеливания. Отметим юдавление низкочастотных помех, обеспечившее повышение отношения сигнал/помеха. Кроме того, улучшилась разрсшен-юсть данных.?ис. 19.2. Тот же пример, что на рис. 19. L но повторно обработанный по программе спектрального отбеливания. Отметим юдавление низкочастотных помех, обеспечившее повышение отношения сигнал/помеха. Кроме того, улучшилась разрсшен-юсть данных.
?ис. 19.2. Тот же пример, что на рис. 19. L но повторно обработанный по программе спектрального отбеливания. Отметим юдавление низкочастотных помех, обеспечившее повышение отношения сигнал/помеха. Кроме того, улучшилась разрсшен-
юсть данных.
?ис. 19.2. Тот же пример, что на рис. 19. L но повторно обработанный по программе спектрального отбеливания. Отметим юдавление низкочастотных помех, обеспечившее повышение отношения сигнал/помеха. Кроме того, улучшилась разрсшен-
юсть данных.
повторной обработки материалов по программе отбеливания. На ВЦ фирмы стоимость и время обработки по программе 01беливаиия не больше, чем проведения деконволюции.
Используемое в данной программе АРУ меняет фазу сигналов, и се изменения нелегко выявить, но это не имеет особого значения при умеренном действии АРУ. Кроме юго, можно минимизировать эти неизвестные фазовые изменения, предварив данную программу про- I размой деконволюции, коюрая должна быть минимально-фазовой в отношении минимально-фазовых данных. Для виброссйсмических материалов, которые прокоррслировапы нуль-фазовым оператором, применяется нуль-фазовая деконволюция, если только реверберация не является серьезной проблемой, а в последнем случае лучше всего проводить минимально-фазовую деконволюцию, несмотря на несовместимость характера материалов и оператора фильтра. Идея здесь заключается в том, чтобы по возможности достичь баланса спектра программой, которая управляет фазой в известных пределах, согласующихся с нашими желаниями по ее регулированию.
Другой возможной процедурой, применяемой до или вместо спектрального отбеливания данных, является использование обратных 6-фильтров. В некоторых случаях, иллюстрируемых, например, рис. 19.1 и 19.2, применяется повторная обработка данных с включением программы отбеливания. Во многих случаях разрешенное гь и качество материалов были в результате улучшены. Однако предшествующая обработка включала деконволюцию, которая должна была осуществить выравнивание (или отбеливание) спектров. Иногда программа отбеливания приводила к улучшению результатов, однако можно было достичь таких же результатов программой деконволюции. Но без программы выравнивания спектра, показывающей, что может быть сделано с получаемыми материалами, мы не пришли бы к эквивалентным результатам, применяя нормальную деконволюцию. В практике автора не было случаев, когда деконволюция позволила бы получить лучшие материалы, чем процедура выравнивания спектров. По крайней мере эта программа или ей аналогичные должны быть использованы для того, чтобы дать обработчику возможность выбрать свои программы декон- волюции. Поскольку данная программа использует нелинейное АРУ, то ее не следует применять до деконволющш.
Вероятно, программа и техника применения спектрального выравнивания могут быть улучшены. Возможно также, что появятся еще лучшие программы. Даже если это и так, то все равно данная npoi рамма сослужила команде автора очень хорошую службу и для них опа была важной ступенью па пути получения лучших сейсмических данных.
Подавление кратных волн
С многократными отражениями возникало много проблем, для преодоления которых нс было хороших способов вплоть до появления метода ОСТ и машинной обработки данных. Обычно кратные волны имеют меньшие скорост, чем первичные отражения на равных временах записи (поскольку скорост, как правило, увеличиваю 1ся с глубиной). Если в пределах удалений годографа ОСТ кинема гические сдвиги у кратных и однократных волн заметно различаются, то суммирование приведет к ослаблению первых относительно вторых. Для хорошего подавления кратных отражений нужно использовать относительно большие удаления и достаточно большой диапазон удалений.
В ряде случаев кратные волны настолько интенсивны или их скорости настолько близки к скоростям однократных отражений, что суммирование по ОСТ нс позволяет в достаточной степени подавить эти помехи. Одна из трудностей состоит в том, что разница нормальных приращений времени относи гслыю невелика на малых удалениях и может быть недостаточно большой даже па самых больших удалениях. В этом случае будут складываться трассы, у которых разница приращений времени будет небольшой, чю приведет к незначительному ослаблению кратных волн. Одним из способов улучшения результатов является весовое суммирование, при котором трассы с малыми и большими удалениями складываются соответственно с меньшими и большими весовыми коэффициентами. Однако при этом снижается эффективность ОСТ в отношении подавления других помех.
Еще один способ заключается в том, что по данным скоростного анализа находят эффективные скорости кратных волн и по ним рассчитывают нормальные приращения времен. Тогда в пределах каждой выборки ОСТ кратные волны будут иметь одинаковые времена. Для улучшения выравнивания времен кратных волн можно также использовать статические поправки. После этого кажущаяся скорость кратных волн становится бесконечно большой, и скоростными фильтрами они могут эффективно подавляться. Зачем записи приводятся к первоначальному виду путем обратного введения кинематических поправок и обрабатываются заново с нормальными приращениями времен, рассчитанными по скоростям однократных волн. Но если различия в скоростях кратных и однократных волн невелики, то скоростным фильтром будут также ослабляться и целевые отражения.
Один из основных выводов для геофизика-полевика заключается в том, что при наличии кратных волн необходимо увеличение длины годографа до предельных возможных значений. В идеале желательно работать в широком диапазоне удалепий, который означает также стремление иметь и небольшие минимальные выносы. Но при постоянных интервалах между центрами групп небольшие выносы приведут к тому. что бу лет получено много тоасс с небольшими различиями
нормальных приращений времени между кратными и однократными волнами (при небольших различиях скоростей), а это плохо. Поэтому, если скорости кратных и однократных волн близки, мы должны использовать максимально возможный вынос. Для выбора этого выноса вначале следует оценить скорости кратных и однократных волн и рассчитать различия временных сдвигов в функции удаления на временах регистрации целевых отражений. Это поможет выбрать диапазон удалений, который обеспечит эффективное ослабление как кратных волн, хак и друхих помех.
Многоканальные фильтры
Видели вы когда-нибудь интенсивные, звенящие помехи на записях и замечали ли, что довольно близко расположенные максимумы if минимумы трасс, бывает, следуют рех улярно друх за другом? Причем помехи на смежных или несколько удаленных друх* от друга трассах могут быть практически в противофазе. При попарном суммировании таких трасс заметно уменьшатся помехи. Это простейший двухкапальный фильтр, который делает возможным ослабление помех, сдвинутых относительно друг друга на половину длины волны (или полпериода). Работая с компьютером, обработчики не бывают в достат очной мерс счастливы тем, чхо имеют правильное расстояние между трассами. Можно выбрать некоторое количество трасс хх произвести их взвешивание, с тем чтобы подавихь звон, которых! сохраняется на многих трассах.
Возможно, будет полезен такой пример. Вспомним преломляющую границу из гл. 13, залегающую несогласно с расположенной выше зоной малых скоростей. Кажущаяся скорость преломленной волны была около 4900 (точнее 4877) м/с. Предположим, что мы профильтровали наши данные 16-Гц фильтром верхних частот, после чего период инюнсивпой преломленной волны стал 0,062 с. При интервале между трассами 67 м вступления преломленной волны па соседних трассах, объединенных по общему пункту взрыва, будут различаться на 67/4877 = 0,01375 с. Разница времен в долях периода будет 0,01375/0,062 = 0,2218 периода. Фазовых! сдвиг между соседними трассами составит (0,2218) (360°) = = 79,84°. На рис. 19.3 показаны пяхь векторов с амплитудами А хх углами 79,84° между ними. Эти пять векторов соответствуют преломленным волнам-помехам на пяти соседних трассах. Для данных пяти векторов относительные фазовые углы равны 159,7; 79,8; 0; —79,8 и —159,7°. Простое суммирование этих векторов дает корохкий широкий вектор с амплитудой (0,52274) Л. Мы хотим найти такие весовые коэффициенты для этих векторов, чтобы сумма последних была равна нулю:
h^cos (159,7°) + m’2cos (79,9 ) + м’3 + ir2cos (-79,9°) + t^cos (- 159,7°) = 0, 2»^ cos (159,7°) + 2vv2 cos (79,9°) + и*3 = 0, 2^ (-0,93777) + 2и’2 (0,17640) + и*3 = 0.
Рис. 19.3. Подавление преломленных волн пятитрассовым многоканальным фильтром. Векторы соответствуют преломленным волнам-помехам, присутствующим на пяти соседних трассах. Без специального взвешивания преломленные волны-помехи будут складываться и в сумме дадут волну, обозначенную широкой светлой стрелкой. Подавление преломленных волн можно значительно улучшить путем снижения весов крайних трасс (с углами 159,68° и — 159,68°), как показано на рисунке более короткими стрелками. Взвешенная сумма групп из пяти трасс приведет к полному подавлению преломленных волн-помех.
В реальном случае мы можем уменьшить амплитуды всех векторов, кроме центрального (iv3), и мы будем считать, что и^ < w2 < и»3 = 1. Но для простоты предположим, что и>2 = и’3 = 1, и найдем и^. Тогда получим
”4”41,35281,87551,35281,8755= 0,72129.= 0,72129.
”4
”4
1,3528
1,8755
1,3528
1,8755
= 0,72129.
= 0,72129.
Более короткими стрелками на рис. 19.3 с углами ±159,7° показаны амплитуды внешних трасс после взвешивания. Сумма пяти векторов при этом равна нулю. Таким образом, сложение пяти трасс с весами 0,7213; 1; 1; 1 и 0,7213 приведет к подавлению этой преломленной волны. (Например, если бы мы начали обработку с пяти последовательных трасс, то следовало бы умножить па коэффициент 0,7213 амплитуды трасс 1 и 5 для первой суммы, трасс 2 и б для второй, трасс 3 и 7 для третьей и т.д.) Но мы тогда, вероятно, установили бы, что более высокочастотные составляющие преломленшюй волны с меньшими длинами волн и периодами памп нс ослабляются (если только с этим не n^mrv-r rnn'intiTLra i nvnm.i ппиемпиков И источников). ЭТОТ СПОСОб
применим к любым выборкам трасс, где регулярные помехи достаточно устойчивы и имеют линейные временные сдвиги.
В тех случаях, когда подобные способы позволяют значительно ослабить помехи, у обработчика появляется возможность повыешь точность определения скоростей для нахождения кинематических поправок, чю, в свою очередь, позволяет улучшить ввод и коррекцию статических поправок. В некоторых случаях окончательный разрез, полученный с применением многоканального фильтра, ненамного лучше, чем без него, но фильтр требуется для того, чтобы помочь обработчику рассчитать оптимальные поправки, необходимые для получения хорошего разреза. В других случаях для получения наилучшего разреза полезно применить фильтр скоростей и его следует- использовать при окончательной обработке для получения лучших результатов.
Пробовали ли мы использовать этот способ обработки данных при наличии низкоскоростною слоя у поверхности и интенсивных преломленных волн от несогласно залегающего с ним горизонта? Пам предлагали, но мы не пытались. По фильтры скоростей (рассматриваемые ниже) не принесли особого успеха при очень сильных преломленных волнах.
Вместо простого многоканального взвешивания, соответствующего фильтрации по длинам волн, обработчик может применить многоканальный скоростной фильтр, который будет воздействовать на все частотные компоненты преломленной волны, а также других помех. Для просуммированных данных обработчик устанавливает верхние пределы по наклону, которые, как он считает, могут иметь отражающие границы. Можно предположить, что наклон на временном разрезе представляет собой отношение приращения времени к приращению расстояния и величина наклона обратно пропорциональна скорости - поэтому и фильтр называется фильтром скоростей. Допустимый наклон горизонта может быть различным в зависимости от ориентации профиля. Обработчик должен быть уверен, что заданные нм пределы по наклону границы приемлемы для интерпретатора. (На этой стадии анализа обработчик должен иметь возможность видеть просуммированный разрез и оценить, какие максимальные наклоны на нем присутствуют.) Данный фильтр устраняет все наклоны, которые превышают заданные пределы. Это мощное и эффективное средство, но при неправильном использовании оно может принести больше вреда, чем пользы.
Ранее указывалось, что в многоканальных фильтрах каждая трасса до суммироватгия корректируется в соответствии со своим весом. При фильтрации по скорости каждое слагаемое фильтруется своим фильтром, а затем все они суммируются, в результате чего па выходе получается одна трасса. На рис. 3.2 (гл. 3) показаны области существования различных помех в координатах /, х (х-величина, обратная длине волны). Отраженные волны с вертикальными или почти вертикальными осями сишЬазностн располагаются вдоль поямых. пыхоляпют
из начала координа! и идущих параллельно или почти параллельно оси /(оси ординат). Высокоскоростные помехи 1руппируются вдоль прямых, образующих несколько больший угол с осью/ и поэтому их невозможно полностью отделить от отраженных волн с помощью пространственных или частотных фильтров. Скоростной фильтр проектируется так, чтобы волны со скоростями в пределах заданною конуса пропускались и подавлялись, если их величины выходят за его пределы. Полоса подавления показана пунктирными наклонными прямыми на рис. 3.2. Теория фильтров скоростей и другая информация но этим вопросам дана в работах [2, 3, 5, 7].
Суммирование с постоянными скоростями
Когда качество нспросуммированных записей очень плохое, скоростной анализ, как правило, не даст особых результатов. В этих случаях компьютеры позволяют просуммировать большое количество данных с набором нормальных кинематических поправок, рассчитанных для различных значений скоростей. Обработчик может гакже получить мною выборок ОСТ по участкам профиля с различными кинема- гическими поправками и увидеть, какие при этом выделяются регулярные колебания. После этого он может принять решение, какие из них, скорее всею, являются однократными отражениями, и по записям па различных временах выбрать наилучшие значения скоростей, а по ним сформировать кривую скорости.
Альтернативной процедурой является суммирование данных с некоторой последовательностью скоростных функций. В качестве примера можно использовать такую последовательность:
Скоростная функция
Время, с
Скорое! ь, м/с
Время, с
Скорое! ь, м/с
Время, с
Скорость, м/с
I
0
2000
0,8
2500
1,3
3000
2
0
2200
0,8
2700
1,3
3200
3
0
2400
0,8
2900
1,3
3400
4
0
2600
0,8
3100
1,3
3600
И т.д.
Далее оба способа идентичны. Преимущество второго заключается в том, что если имеются достаточно точные данные о форме скоростной кривой, то можно получить хорошие суммированные разрезы в широком интервале времен, что может облегчить окончательный выбор наиболее подходящей скоростной функции.
В практике обработки очень часты случаи, когда обработчик должен принять ответственные решения, подразумевающие его собственную шт»пппотопит тех ляппых. с которыми он работает. Если бы интер-
претатор присутствовал при формировании скоростное , ^рй, оц бы иметь отличное мнение о том, какие именно ^ к^н( ЯВЛд м°г однократными, и потому он, возможно, выбрал бы др^3 ;корост°ТСЯ функцию, которая затем подчеркивала бы другие ^Рс^диЯ. Поз И^Ю обработчику очень важно знать объекты разведки и ^^^совещ^0^ с интерпретатором. Это основной предмет Рассм°трепия следуй TbL- главы.ощеи
В гл. 8 и 11 мы рассматривали реализацию способа направлен • излучения и приема как в поле, так и при обработке Направлю01 ° суммирование при обработке является гибким и весьма сильнымВ гл. 8 и 11 мы рассматривали реализацию способа направлен • излучения и приема как в поле, так и при обработке Направлю01 ° суммирование при обработке является гибким и весьма сильныминоеиноеНаправленные излучение и приеМ (направленное суммирование)
В гл. 8 и 11 мы рассматривали реализацию способа направлен • излучения и приема как в поле, так и при обработке Направлю01 ° суммирование при обработке является гибким и весьма сильным
В гл. 8 и 11 мы рассматривали реализацию способа направлен • излучения и приема как в поле, так и при обработке Направлю01 ° суммирование при обработке является гибким и весьма сильным
иное
иное
ством, преимущеста которого не все! да используются в полной кР^’ Регулируемая направленность может использоваться для того, чт^ предотврати1ь появление зеркальных частот без установки прием°ЬЬ1 каналов близко друг к другу. Однако опа требует оценок и зщ w и в настоящее время не может применяться в повседневной практ 1 сейсморазведочных работ. Быть может, это благодатное поле использования искусственного интеллекта при обработке?ДЛя
Имеется одна проблема, которая заключайся в том, как с цаи большей для интерпретатора пользой изобразить просуммироващ * с различными наклонами данные. Надеемся, что теперь уже в эТой области есть большие достижения.
Трехмерная сейсморазведка
Трехмерная съемка на больших площадях стала возможной тодЬк после появления соответствующих компьютеров и протраммного о§ес печения, что и определило в дальнейшем их интенсивное cobmcctIio" развитие. Это было связано с тем, что огромные массивы данных да .С после обработки, визуализации и интерпретации также требовали ана чителыюго совершенствования вычислительной техники Для иц^ * претатора стало обычным делом использовать при интерпретаций данных ЭВМ типа рабочих станций [1].
Миграция
В районах со сложным геологическим строением и крутопакдо пенными отражающими горизонтами миграция является важным этапом обработки сейсмических данных. Хотя это дорогостоящая процедура, она часто применяется в районах даже с умеренными углами наклона слоев для подавления дифрагированных волц. в районах со сложным строением часто требуются трехмерные данное и применяется
трехмерная миграция. Имеется mhoi о способов реализации миграции на ЭВМ. Некоторые из них разработаны применительно к углам наклона вплоть до 60° и более. Другие непригодны при крутых падениях, но они более дешевые. Миграция особая процедура, и обычно она проводится уже после полной обработки данных, суммирования и получения первоначальных изображений. В идеале ее следовало бы применять до суммирования данных для достижения максимального выигрыша, но в этом случае нужно проводить мш рацию гораздо больших объемов данных и, следовательно, требуются дополнительные материальные затраты. По мере совершенствования компьютеров и программного обеспечения миграция до суммирования станет более приемлемой.
При миграции следус! уделить особое внимание предо!вращению возможной пространственной неоднозначности данных. Необходимо, чтобы трассы располагались близко друг к другу и для самых высокочастотных компонент имелось по крайней мере по два отсчета на длине волны. Чем больше наклон, тем ближе должны располагаться трассы. Одна из забот геофизика-полевика заключается еще и в том, чтобы профили были достаточно протяженными, для того чтобы при очень крутопадающих слоях миграция была возможна вдоль всего протяжения исследуемой границы. Не только следует удлинять концы профилей, по и сейсмограммы должны иметь необходимую длительность.
Литература
Brown A.R. Interpretation of three-dimensional seismic data. AAPG Memoir, 42, 1986.
Embree P., Burg J.P. and Backus M.M. Wide-band velocity filtering-the pic-slice process, Geophysics, 50, 1986, 948-974.
Galbraith J.N.Jr. and Wiggins R. A. Characteristics of optimum multichannel stacking filters. Geophysics, 33, 1968, 36 48.
Jurkevics A. and Wiggins R. A critique of seismic deconvolution methods, Geophysics, 49, 1984, 2100-2116.
Kanasewich E. R. Time Sequence Analysis in Geophysics, University of Alberta Press, 1973.
Robinson E. A.. Treitel S. Geophysical Signal Analysis. Englewood Cliffs, N.J., Prentice-Hall, 1980.
Sengbush R. L. and Foster M. R. Optimum multichannel velocity filter, Geophysics, 33, 1986, 11-35.
20Организация связив сейсморазведке
Предметом этой главы является описание полной трехсторонней системы связи между полевым сейсмическим отрядом, интерпретаторами и обработчиками данных. В некоторых случаях расстояние между ними может достигать сотен километров. Ни одна из этих групп не в состоянии успешно работать, без соответствующей и своевременной связи с остальными двумя. Все они могут значительно помочь друг другу, обмениваясь полной информацией по всем вопросам, относящимся к их работе, и ставя друг друга в известность о том, чго одним требуется от других, а также передавая друг другу соотвегствующие сведения. В тех случаях, когда вся обработка или часть ее выполняется другой фирмой, возникает вопрос, какая именно информация должна быть скрыта от обработчиков. В лучшем случае связь этим затрудняется, а в худшем она сводится к уступкам и некоторым соглашениям. Если материалы обрабатывают внутри компании, связь будет намного лучше, и в этом одна из причин того, что многие фирмы предпочитают иметь свой обрабатывающий центр. Но существуют веские основания и для внешней обработки, хотя бы части материалов. Исполнитель может разработать лучшую программу и способы решения конкретной задачи. Кроме того, собственные обработчики будут стремиться к проведению более тщательной обработки данных, если будут знать, что она ведется на конкурсной основе с последующим сопоставлением полученных результатов.
Обработка материалов в пределах компании начинается с посылки копий бланков заданий и параметров pei истрации одной из групп двум другим. Мы посылаем копии этих бланков также каждому полевому отряду нашей компании. Руководители работ, естественно, заботятся о соблюдении секретности, и каждый должен ясно понимать, что часть информации предназначена только для внутреннего пользования. Ни одной копии этих бланков не следует передавать никому из посторонних, если только их компания не является партнером по проведению работ и имеет право на эту информацию. Интерпретатору необходимо также знать, что это наша нормальная прак гика, так что если нам нужна какая-то очень важная информация, то он может дать ее нам без включения в бланк задания.
НяПШМ vnilPUTHM If
ПП КППТИГГ"" *
контакты с ним должны быть достаточно частыми; поэтому весьма желательно, чтобы мы находились в одном здании. В противном случае придется предпринимать дополнительные усилия для поддержания взаимосвязи, с тем чтобы знать все его нужды и наиболее важные для пего улучшения. Для обсуждения результатов и обмена мнениями мы должны встречаться. Если нам повезло и мы находимся рядом с нашим заказчиком, то основные проблемы связи для нас обоих сводятся к обмену данными с обработчиком. К сожалению, обработчик, вероятно, находится на центральном вычислительном центре, где есть мощные компьютеры, т.е. далеко от своего клиента и заказчика. Обработчик данных должен знать потребности как наши, так и интерпретатора. Каждый из нас должен сообщать ему о своих нуждах и обсуждать с ним, что мы можем сделать, чтобы ему помочь. Так или иначе мы должны наводить мосты и иметь взаимосвязь.
Что нужно геофизику-полевику от обработчика
Полевик и обработчик должны совместными усилиями обеспечить получение, обработку и представление данных в наиболее благоприятном для интерпретатора виде. Нужно найти ответы на следующие основные вопросы:
Используем ли мы наилучшие удаления при получении данных?
Каков наиболее эффективный предел по высоким частотам для наших целевых отражений, а также отраженных волн от других границ?
Имеются ли какие-либо интенсивные помехи, которые особенно затрудняют выделение отражений и которые лучше подавить при приеме колебаний?
Существует ли проблема кратных волн, особенно па временах, близких к временам целевых отражений?
Есть ли трудности в регистрации сейсмических колебаний, требующие особого внимания?
Связаны ли трудности с топографическими работами?
Является ли качество получаемых материалов нормальным, необычно хорошим или особенно плохим? Меняется ли оно по профилю или от профиля к профилю?
Указывают ли получаемые материалы на необычное или непредвиденное геологическое строение площади? Нужно ли увеличить или уменьшить длительность записей?
Есть ли у обработчика какие-либо предложения по улучшению качества первичных материалов и окончательных разрезов?
Имеются ли у обработчика предложения в отношении экономии средств или времени по приему колебаний либо их обработке?
Обработчик имеет определенные суждения, касающиеся относительной эффективности более длинных и более коротких удалений. Он может
рассматривать и другие предложения или следовать своим, если уверен, что они будут полезны. В тех случаях, когда небольшие удаления эффективны для прослеживания глубоких границ, они могут быть пригодны для коррекции статических поправок по временам прихода отраженных или преломленных волн от мелких границ раздела. Более длинные удаления бывают не очень эффективны для слабонаклонпых границ, но иногда помогают выделять отраженные волны от крутопадающих границ раздела (гл. 11). На вопрос об эффективности различных удалении бывает трудно ответить, по обработчик скорее найдет ответ, так как он имеет наибольшие возможности по извлечению необходимой информации из получаемых данных.
Точную оценку допустимой величины верхнего предела частот невозможно получить до полного завершения обработки. Однако нередко узкополосная фильтрация непросуммированных записей (по общим точкам возбуждетшя или ОСТ с введенными нормальными кинемати- . ческими поправками и без них) позволяет получить достаточные сведения. Конечно, коррекция статики и деконволюция дли спектральное отбеливание записей могут восстановить более высокие частоты, чем те, - которые были выявлены на ранней стадии работ (особенно когда качество материалов не очень хорошее). Даже после конечного суммирования может быть не получен полный ответ, если только обработчик не опробует узкополосную фильтрацию по одному или не- . скольким участкам окончательного временного разреза. Пропущенные через узкополосные фильтры записи часто имеют звенящий характер, но по ним можно обнаружить наличие в заданных полосах частот когерентной энергии, которая связана с отраженными волнами от целевых горизонтов.
Мы можем знать или не знать о наличии интенсивных помех, либо помехи могут меняться по профилю и не могут бьп ь уже в достаточной мере ослаблены. В любом случае, если это представляет заметную проблему для обработчика, следует знать о ней и изменить при необходимости параметры регистрации. Нам нужно знать периоды (или частоты), кажущиеся скорости и длины волн. Если существуют кратные волны, то мы иногда уже не можем предпринять каких-либо дополнительных по сравнению с первоначальными мер. Но все же это следует знать.
Погрешности в регистрации данных могут быть обусловлены ошибками четности, неправильной геометрией, неработающими или синфазными трассами и каналами в обратной полярности, взаимными влияниями каналов, сильными наводками силовых линий и др. Ошибки в геометрии выявляются по устойчивым нарушениям симметрии первых вступлений при симметричных системах наблюдений. Синфазные трассы указывают на замыкания проводов в косе или группах (обычно из-за наличия контактов между гирляндами ссйсмоприемников на соседних каналах). Взаимные влияшш наиболее отчетливо видны на больших
удалениях от пунктов возбуждения по записям до первых вступлений и после них на ближних выносах. Сильные наводки обычно указывают на большие утечки. Бывают и недостатки в работе операторов: неполные или ошибочные записи в журнале. Все эти вопросы требуют обсуждения с начальником партии и работниками сейсмического отряда с целью уменьшить или исключить отмеченные недостатки.
Топографические проблемы могут включать запоздалое получение' материалов съемки, ошибки, несовместимые или неполные данные. Они требуют обсуждения с топографом и начальником парпш для нахождения какого-то решения.
В начале выполнения работ, особенно на новых площадях, мы хотим как можно скорее иметь оценки качества получаемых материалов и знать о любых изменениях его по профилю. Если мы не получаем удовлетворяющие нас данные, то необходимо что-либо предпринять, и как можно скорее. Мы можем несколько изменить методику работ или их приостановить, а также внести в них значительные изменения, если правильно оценена проблема и найдены возможные решения.
На неожиданное геологическое строение могу г указывать появление отражении на очень больших временах, признаки значительных углов наклона там, где они не предполагались, а также другие аномальные явления. Они могут повысить интерес к площади и потребовать дополнения или изменения программы работ. Более поздние отражения приведут к необходимости получать записи большей протяженности, а крутые углы-к пересмотру методики записей.
К экономии средств или времени могут вести такие действия, как ■ демультиплексация данных в поле или приобретение оборудования для топографа, обеспечивающего обработку топографических данных и представления результатов на магнитных кассетах, информация с которых' может считываться прямо в компьютер.
Что нужно обработчику от геофизика-полевика
Не только геофизик-полевик спрашивае! обработчика, что ему надо от него, но и обработчику требуется помощь полевика для успешной работы. Например, в следующих вопросах:
Бланки заданий и параметров записи.
Любые изменения параметров записи или бланков заданий.
Программа опытных работ, быстрое представление и обработка данных.
Дальнейшие планы, особенно если они относятся к будущим работам, и соответственно нагрузка на обработчиков.
Трудности в работе полевого отряда, которые могут сказаться на обработчиках, или проблемы, которые обработчику придется решать п плигяпттлм плпяпке.
Любые обозначения помимо обычных, которые нужно вынести на окончательный разрез для указания используемой техники и точных параметров регистрации (или для каких-либо других целей).
Обработчику нужны бланки заданий и параметров регистрашш. В бланках заданий могут быть отмечены вопросы, которые обработчик будет решать непосредственно с интерпретатором. Параметры регистрации ему нужны для их отображения на сейсмических разрезах.
Планы опытных работ должны быть быстро возвращены обработчиком, так как их необходимо рассмотреть и решить, что может быть сделано для выполнения поставленных задач. Автор не любит быть ограничен жестким планом работ, так что и обработчик может использовать свой компьютер в режиме свободного времени. Но в отдельных случаях возникает необходимость в быстрой обработке материалов. Наибольший недостаток жесткого плана опытных работ связан с тем, что часто первые результаты опытов указывают па необходимость изменения программы для ускорения или получения лучшей информации. Обработчики, как и все остальные, должны иметь возможность планировать свое время. Наш прогноз по будущей программе и нагрузке на обработчика должен быть лучше, чем его предположения. Ему следует сказать, чего именно мы ожидаем от него, и часто обновлять эту информацию.
Если в партии работает новый оператор (или оператора кто-то временно заменяет), вы можете ожидать затруднений в организации связи. Проверьте, чтобы у обработчика были номера всех телефонов; иногда эти трудности устраняются прямо и быстро. Если в партии нет руководителя работ по профилю, вы можете ожидать больших трудностей с разбивкой профиля и должны предупредить об этом обработчика. Если партия обеспокоена состоянием оборудования, то это следует отметить в недельном отчете партии, и обработчик должен быть об этом предупрежден.
Что требуется интерпретатору от обработчика
Приведем примеры того, что требуется интерпретатору oi обработчика.
Состояние обработки и оценка того времени, когда будут получены окончательные разрезы.
Выводы (помеченные как «предварительные») результатов промежуточной обработки данных, включающие выборки анализов скоростей, несколько суммарных записей с постоянными скоростями, тесты деконволюции и др.
' 3. Результаты предварительной обработки и окончательные решения по анализу скоростных функций, типу деконволюции, ее параметрам, фильтрам и т.д.
Предварительные и обновленные оценки качества материалов, особенно на временах целевых отражений.
Все разрывы в прослеживании неглубоких отражений, которые могут быть вызваны не полностью введенными статическими поправками или неглубокими нарушениями.
Возможности специальной обработки и изображения результатов, которые могли бы особенно пригодиться.
Любые необычные или неожиданные геологические данные, вытекающие из полученных сейсмических материалов.
Объем промежуточных результатов, которые захочет иметь интерпретатор, различен и будет меняться в зависимости от проекта работ. Интерпретатор может иметь хорошую интуицию, которая помогает делать правильный выбор требуемых параметров и техники обработки. Какие бы способы ни использовались для определения скоростной функции, это ключевой момент, и интерпретатор должен в нем участвовать. Если обработчик использует инверсию скоростей (уменьшение скорости с глубиной), то интерпретатор должен знать об этом и высказать свою точку зрения на обоснованность этого предположения. Наряду с этим интерпретатору нужно оценить с геологической точки зрения возможность предполагаемой инверсии скорости. Естественно, что интерпретатор хочет идти в ногу с прогрессом и с оценками возможного качества окончательно получаемых данных.
Интерпретатору следует знать о возникающих трудностях коррекции статических поправок, с тем чтобы он мог оценить вероятность того, что они обусловлены не исходными данными или обработкой, а свидетельствуют о наличии разрывов или других геологических причин. При наличии проблем со статическими поправками интерпретатор, возможно, укажет на вероятные причины и предложит способы коррекции.
Если обработчик опробует какие-то специальные программы, которые представляются полезными, ему следует поговорить об этом с интерпретатором и узнать его мнение прежде, чем продолжать. Интерпретатор может иметь серьезные основания против применения специальных программ, или же он может располагать какими-то сведениями либо догадками, которые могут повлиять на выбор параметров специальной обработки.
На необычные или неожиданные детали геологического строения следует реагировать незамедлительно. Эффективными могут оказаться увеличение длины профилей, дополнительные профили, а также внесение изменений в последовательность их отработки и расположение в пределах площади работ.
Что нужно обработчику от интерпретатора
Приведем примеры того, что необходимо получить обработчику от интерпретатора:
Бланк с основной информацией, включающей цели разведки, желательные уровень приведения и скорость для приведения времен отражений к этому уровню.
Любые изменения или добавления объектов разведки по проекту или изменения требований интерпретатора.
Любые изменения в информации, касающейся работы, геологии и др.
Расположение точек по профилю, где изменения геологии могут повлиять па обработку данных и характер материалов.
Сведения о любых геологических условиях, которые могут повлиять на характер материалов.
Все сейсмические маркирующие горизонты, которые должны хорошо прослеживаться (и иметь только региональный наклон).
Расположение па профиле мест, где изменение геологических условий может повлиять на получаемые материалы, очень важно для обработчика. Приповерхностные нарушения могут быть причиной появления ошибок в определении статических поправок. Обработчик может потерять время и силы, пытаясь скорректировать статические сдвиги, которые в действительности несут с собой важную информацию о неглубоких горизонтах; или, хуже того, он может благополучно скорректировать нарушение, исказив разрез в процессе обработки.
В одном практическом случае наблюдались статические сдвиги на некотором участке профиля, в то время как по всему профилю проблем со статикой не было. Смещение горизонтов наблюдалось точно в том месте, где профиль пересекал небольшую долину, заполненную, как оказалось, ледниковыми отложениями. Этот вид информации иногда помогает в моделировании проблемы статических поправок, что пе обязательно подразумевает создание математической модели, но позволяет дать приемлемое геологическое объяснение наблюдаемых явлений, которое может оказаться полезным для решения вопросов статики.
Другие геологические факторы, которые должен учитывать обработчик,-это надвиги, вызывающие резкие изменения вида скоростной функции и даже ее инверсию. Знание этих возможных изменений позволяет обработчику ослабить ограничения, которые он в противном случае использовал бы в определении закона изменения скорости. Это может быть необходимо для правильной обработки материалов по данному профилю. Изменение поверхностных условий может изменить сейсмический импульс, а также повлиять на статику.
Геологические условия, о которых необходимо знать обработчику, включают участки пазпития авапопитов с возможным смешением слоев.
а также возможные зоны развития рифов. Оба этих фактора могут приводить к волнообразному характеру отражений, что будет важно для обработчика. Также должны быть указаны угловые несогласия. Сейсмические маркирующие горизонты, которые должны быть практически плоскими, могут оказать большую помощь обработчику данных в коррекции статических поправок и установлении изменений скоростей в перекрывающих слоях, влияющих па значения скоростей для расчета кинематических поправок.
Что нужно интерпретатору от геофизика-полевика
О взаимосвязях между интерпретатором и полевым геофизиком уже много говорилось. Требования интерпретатора включают:
Разрешение на работы, описание местности и наличие культурных зон вдоль планируемых профилей.
Возможные изменения в расположении профилей-вследствие либо трудностей их отработки, либо учета ранее неизвестных благоприятных факторов, которые позволяют получить лучшие результаты.
Оценку качества материалов и его изменения.
Стоимость и проектируемую стоимость.
Результаты полевой обработки (там, где она есть).
Бланки с уточненными параметрами регистрации для учета всех изменений.
Проблемы землевладельцев и благоприятные случаи, включающие возможность взятия земли в аренду.
Исходное расположение профилей может выглядеть вполне удачным на картах, но проверка их расположения на местности иногда выявляет крупные проблемы. Могут быть найдены даже лучшие направления профилей. Это, как правило, справедливо для региональных профилей, где их точное положение не столь важно, как в случае непрерывных и относительно прямолинейных профилей ОСТ высокой кратности.
Геофизик-полевик часто может оценить качество конечных материалов по первичным полевым записям и уточняет свои оценки по мере накопления данных. Это может побуждать интерпретатора расширять или сокращать свою программу. Не следует делать это слишком поспешно, но мы все-таки не хотим тратить много времени и средств на сбор неудовлетворительных по качеству данных. Если цены на производство работ либо растут, либо снижаются, то это может повлиять на пожелание шперпретатора в отношении того, что именно нужно регистрировать. Когда стоимость работ небольшая, он может захотеть дополнить программу. Однако, если цепы высокие, интерпретатор должен с учетом возможных результатов определить те работы, которые необходимо выполнить сейчас. Во всех случаях ему следует учитывать частые
Если проводится полевая обработка, мы, конечно, захотим направить интерпретатору полевые разрезы сразу после их получения. Фактически обработчик-полевик, видимо, пришлет нам по две копии каждого разреза, так что мы можем одну оставить себе, а другую направить интерпретатору.
Ни геофизик-полевик, пи работники сейсмической партии не занимаются сбором информации о деятельности, успехах или неудачах конкурирующих фирм. Но если интересные сведения могут быть полу- чены в открытую, то их следует передать тем в компании, кому они могут понадобиться. Но мы пн в коей мере не должны поощрять торговлю информацией; это основная функция специальных служб в нашей и других компаниях. Если землевладелец проявляет интерес к аренде его земли, эта информация должна быть немедленно направлена интерпретатору.
Что требуется геофизику-полевику от интерпретатора
Как было сказано ранее, геофизику-полевику нужно знать точку зрения интерпретатора. Он должен быть осведомлен о целях разведки и требованиях интерпретатора для обеспечения наилучшего решения поставленных задач. Его следует информировать обо всех изменениях в отношении объектов разведки или тех сведений, которые обычно отражены в бланке задания. Помимо этого геофизику-полевику необходимо знать:
Возможные дополнительные работы по всем программам, включая те, которые находятся всего лишь на самой начальной стадш! разработки.
Характер возможных дополнительных работ, включая объекты изучения, тип сейсмической партии и оборудование, которое наиболее приемлемо.
Возможный график выполнения будущих работ.
Для организации работ па профиле с помощью сейсмических партий, оснащенных необходимым оборудованием и полностью укомплектованных соответствующим персоналом, нужно время. Следует также тщательно спланировать работы и учесть многие факторы, включая время года, погоду и др. Упомянутая выше информация необходима для хорошего планирования и достижения успеха.
21
Разные теории
В этой главе рассматриваются основные положения принципов суперпозиции, взаимности, восстановления волновых фронтов и подавления случайных шумов.
Теорема суперпозиции
Теорема суперпозиции гласит, что в линейной системе отклик на несколько одновременно поступающих на вход сигналов равен сумме ее откликов на сигналы, приходящие по отдельности (по одному в каждый момент времени).
Применение этой теоремы наиболее важно для сигналов, возбуждаемых практически или теоретически контролируемыми источниками. В ограниченной степени теорема суперпозиции применима к статистически случайным шумам, которые обусловлены ветром, атмосфериками, транспортом и другими причинами и характеризуются нестационарными и относительно непредсказуемыми значениями. Наводки от силовых линий и периодически повторяющиеся помехи от нефтяных качалок могут быть или не быть случайными в зависимости от характера наших измерений. Если приемная система включается от периодической помехи (подобно тому, как мы поступаем с системой COS для подавления сетевых наводок), то эти помехи контролируются, так как они оказываются ограниченными по уровню, и применение теоремы суперпозиции может оказаться более эффективным.
В качестве примера предположим, что сейсмоприемник у нас помещен в точке А и два вибратора возбуждают колебания в пунктах В и С. Тогда сигнал от одновременно работающих вибраторов будет равен сумме двух сигналов при раздельной записи колебаний от этих вибраторов. Принцип суперпозиции является одним из основополагающих, и мы много раз пользовались им в этой книге. Примерами его использования являются развитие теории группирования источников и одновременная регистрация волн от двух виброисточников, изложенные соответственно в прил. D и гл. 14. Закон суперпозиции применим к линейным системам вообще, включая линейные электрические цепи и электромагнитные поля, а также сейсмические и другие волны.
Часто, применяя теорему суперпозиции и теорему взаимности (разд. 21.3), мы пренебрегаем влиянием помех от неконтролируемых источников. Во многих случаях воздействие этих помех можно рас- и„~„„„т „^ unnnnvwa ппшпшпм СТаТИСТИКИ.
Сигналы плюс случайный шум
В предыдущем примере, если мы хотели учесть влияние случайных фоновых помех па две отдельные записи, нам следовало предусмотреть два измерения фона вместо одного в случае одновременной регистрации. Поскольку случайные помехи изменчивы и во время опытов не поддаются точному определению, приходится их оценивать статистически. Если мы измерим эти помехи в течение нескольких периодов по 10 с каждый, то результаты любых двух измерений не будут идентичными. Но амплитудные спектры бывают сходными, и их осредненные значения могут служить оценкой спектра случайных помех для данных момента времени и места. На этом основании сигналы, зарегистрированные последовательно от десяти посылок вибратора, будут включать в себя десять значений помех. Но фазы этих помех можно определить только при условии, что управляющие сигналы будут запускаться от помех по методике, которая применяется для подавления сетевых наводок (гл. 16).
Мы можем представить любую частотную компоненту из десяти выборок помех как вектор (прил. D) со случайным фазовым углом. Статистическая сумма десяти векторов, имеющих равные амплитуды и случайные фазы, представляет собой вектор с амплитудой, равной произведению амплитуды одного из векторов па ^/10 (со случайным фазовым углом). Представим средний фоновый шум (совокупность всех частотных компонент) в заданный момент. времени вектором Nb(z). Тогда оценка суммы десяти записей шумов будет составлять ^/10- Nb(t). Если же отклик земли на единичный свип-сигнал равен 5(z), то сумма откликов от десяти посылок будет равна 105 (/). Оценка результирующего колебания равна сумме регулярной составляющей плюс помеха 10s(z) 4-V^O^bto- Суммарная амплитуда сигнала от одновременно работающих десяти вибраторов будет оцениваться величиной 10s(z) 4+ ^bW-
Случайные величины, примером которых являются нерегулярные помехи, складываются статистически как корень квадратный из суммы квадратов.
Теорема взаимности
Теорема взаимности также применяется в теориях электрических цепей, электромагнитных полей и сейсмических волн. Это простая теорема, но иногда она используется неправильно. Применительно " к электрическим цепям теорема взаимности гласит, что если вы в линей" ной системе приложите напряжение V в точке А цепи и измерите ток / в точке В, а затем подадите то же напряжение в точку В, то получите ' тот же ток в точке А. Отметим, что теорема говорит о приложении напряжения и измерении тока. В ней ничего прямо не говорится
о приложении и измерении одних и тех же величин-тока или напряжения. При желашш иметь дело только с напряжением или только с током, нужно брать в расчет отношение электрических импедансов в точках А и В.
Аналогами электрических величин применительно к сейсмике продольных волн являются: аналогом напряжения-давление, тока-скорость смещения частиц и электрического импеданса-волновое сопротивление. (Волновое сопротивление продольной волны равно отношению ее амплитуды давления к амплитуде скорости смещения частиц среды. В бесконечной однородной и изотропной среде акустическая жесткость равна произведению плотности пород па скорость звука в ней. Вблизи границы двух полубесконечпых однородных и изотропных сред волновое сопротивление принимает промежуточное значение между акустическими жесткостями этих сред.)
В сейсмике теорема взаимности гласит, что если в линейной системе приложить давление в точке А и измерить скорость в точке В, а затем приложить давление в точке В» то в точке А будет зарегистрирована та же скорость. Если в точке А приложить некоторый «скоростной» импульс, в точке В измерить скорость смещения частиц, а затем поменять местами точки возбуждения и приема колебаний, то отклики не будут идентичными, если в этих точках не равны волновые сопротивления. Чтобы установить соотношение этих двух откликов, необходимо найти отношение волновых сопротивлений.
Принцип взаимности позволяет менять местами положения источников и приемников колебашш без изменения результатов, если не считать некоторых нелинейных эффектов. Например, излучающая звезду источников в точке А и линейная группа сейсмоприемников в точке В будут характеризоваться таким же откликом, как линейная группа источников в точке В и звездообразная группа сейсмоприемников в точке А, за исключением нелинейных эффектов вблизи источников. Но важно то, что в неоднородных средах или при наличии латеральных* неоднородностей пункты возбуждения и приема должны быть взаимозаменяемы. Элементы звездообразной группы источников должны заменяться сейимонрнемниками, установленными в тех же точках, а элементы линейной группы приемников должны в соответствующих точках заменить источниками. Эти требования иногда упускаются из вида.
Применяя принцип взаимности в сейсморазведке, нужно понимать,^ что условия передачи нагрузок от источника среде в точках А и В должны быть идентичными. Аналогичным образом должны быть идентич-; ными и условия установки сейсмоприемников в пунктах А и В, что? выражается в равенстве скоростей смещения точек среды в этих пунктах. Например, точка А может быть расположена на поверхности с толстым слоем почв, в то время как точка В-на выходах ангидрита. Если вь^ посмотрите на виброграмму, полученную от вибратора, расположена пого в таком пункте возбуждения, где условия аналогичны условиям'
в пункте 5, т.е. где имеются выходы твердых пород (подобные записи или отклики будут на соседних сейсмоприемниках), то будете потрясены искажениями и изменениями амплитуд, особенно на низких частотах. Это вызвано особенностями взаимодействия вибратора с грунтом и резонансной по форме характеристикой системы вибратор-грунт. Правда, характеристика сейсмоприемннка, расположенного в точке В на выходах твердых пород, также будет зависеть от резонансной характеристики грунта, но искажения из-за неидеального контакта с грунтом будут различными. У сейсмоприемннка контакт с грунтом может быть очень хорошим или же плохим, если сейсмоприемник имеет длинный штырь, который едва проникает в тонкий слой почвы пли в трещину. В этом случае сейсмоприемник представляет собой перевернутый маятник с резонансом, определяемым его длиной. Условия контакта на выходах ангидрита для источников и приемников будут различными, и поэтому эта условия не будут идентичными.
Восстановление волновых фронтов
, Эта теория получила название «восстановление волновых фронтов». Принцип ее заключается в том, что волновые фронты, нарушенные неоднородностями вблизи источника, в дальнейшем имеют тенденцию к восстановлению (залечиванию) и. спрямлению за счет дифракции волн в процессе их распространения от источника. Поэтому рассеяние вблизи источника меньше сказывается на результатах измерении, чем такое же рассеяние приблизительно в середине пути между источником и приемником.
Чтобы удовлетворялась теорема взаимности, должны существовать ‘ какие-то причины, по которым рассеяние вблизи приемника тоже менее г серьезно, чем па середине расстояния между источником и приемником.
Рассеяние происходит преимущественно вперед, т.е. с малыми углами отклонения от вертикали. На небольших удалениях от приемников рассеяние приводит в основном к относительно малому поперечному ^смещению луча по сравнению с рассеянием приблизительно на середине пути между источником и приемником. По существу пет противоречия между теориями взаимности и восстановления волновых фронтов, . поскольку рассеяние оказывает меньшее влияние и вблизи источника, и вблизи приемника, чем в середине расстояния между ними.
В приповерхностной части разреза часто происходит наиболее сильное рассеяние сейсмических волн вследствие выветривания пород (вклю- ; чая выщелачивание и выпадение твердых частиц из водных растворов), 3различного уплотнения, заполнения пор разными флюидами (водой или ; воздухом) и изменений рельефа. К счастью, рассеяние в ЗМС вблизи источников и приемников является менее серьезной проблемой, чем ' рассеяние в глубоких слоях земли. Но при этом рассеяние в приповерхностной среде часто все же создает большие трудности.
22Распространение волн,их затухание и дисперсия
Введение
В этой главе рассматриваются особенности распространения сейсмических волн, изменение формы импульса при прохождении через толщи осадочных пород и влияние этих факторов па данные, получаемые в сейсморазведке.
Описывается дисперсия только объемных волн в противоположность дисперсии волн, связанных с границами раздела. Сейсморазведчики давно обнаружили и учитывают дисперсию поверхностных волн, но у них есть тенденция пренебрегать дисперсией объемных волн. Между тем дисперсия объемных волн конечна для любой геологической среды, характеризующейся конечной добротностью Q или содержащей неоднородности, рассеивающие сейсмические волны. Эффекты дисперсии объемных волн часто слабы, но по мере совершенствования сейсми- • ческих методов ими не следует пренебрегать.
При взрывной сейсморазведке времена измеряют от момента взрыва (времени возбуждения импульса) до момента вступления импульса отражения. Но в действительности время вступления импульсов не используется (за исключением сейсмокаротажа), так как его трудно выделить даже в случае отражений от границ мощной однородной толщи. Вместо него отсчитывают времена вступления горба или впадины отраженного импульса и принимают их за времена горба или впадины отражения от исследуемой границы, например от кровли девона. Поэтому время прихода отражения, которым мы обычно пользуемся, представляет собой время вступления импульса плюс время вступления горба или впадины выбранной фазы этого импульса.
Однако форма импульса постепенно меняется по мере распространения в среде, поскольку меняются его амплитудный и фазовый спектры. Вблизи очага взрыва время от детонации до возникновения фронта высокого давления измеряется долей миллисекунды. По мере распространения импульса на значительное расстояние через среду время между вступлением и основным горбом области высокого давления постепенно возрастает до нескольких миллисекунд и более. На сейсмических частотах взрыв ВВ должен возбуждать импульс, близкий к мини- мялыючЬазовому. Поскольку геологическая среда оказывает такое же
Распространение волн, их затухание и дисперсия 317 действие, как минимально-фазовый фильтр (как все физически реализуемые фильтры), и если обработка данных является минимальнофазовой, то и импульс отражения должен быть близок к минимальнофазовому (гл. 5 и прил. G).
На записях метода Вибросейс с нуль-фазовой корреляцией времена вступления отсутствуют, а вместо. них измеряют времена между центром автокорреляционной функции свила и серединой прокоррели- ровапных отраженных импульсов. Когда используют нуль-фазовые и нуль-градусные импульсы, то измеряют время непосредственно от горба до горба (или от горба до впадины для отражения от границ с отрицательным коэффициентом отражения). Есть ли какое-нибудь различие между временами, измеряемыми вибросейсмическим и взрывным методом, для отражений от одних и тех же границ? Да, различия есть. Для нуль-фазовых пуль-градуспых вибросейсмических импульсов отсутствует добавленное время между вступлением и горбом или впадиной импульса, идентифицируемого как отражение. Если это так, то значит ли это, что отражения в способе Вибросейс всегда вступают раньше, чем соответствующие импульсы при взрывах, и что эта разность времен неуклонно увеличивается с глубиной? В действительности этого вовсе нет. Отражения в случае способа Вибросейс могут вступать значительно позднее, чем соответствующие отражения при взрывах. Во многих реальных случаях полевых измерений времена бывают близки. Однако вдоль профилей, проходимых обоими способами, одно или более соответствующих отражений могут смещаться во времетш относительно друг друга. При слабых наклонах это может создавать впечатление о противоположных кажущихся углах падения слоев на сравниваемых разрезах.
Многие сейсморазведчики не согласятся с большей частью приведенных выше утверждений, и я сам, возможно, не согласился бы с ними, если бы пс довольно неожиданные результаты проведенного несколько лет назад сейсмокаротажа. В попытке понять эти странные результаты я обратился к основам волновой теории, что позволило найти рациональное объяснение, которое подтвердилось расчетами на моделях, основатшых па данных iBMcpeihnl свойств среды. Ключевую роль играет дисперсия. Опа является причиной различия между групповой и фазовой скоростями, что создает некоторые удивительные различия между результатами измерений нуль-фазовых и минимальнофазовых импульсов.
При упомянутом выше сейсмокаротаже скважинный приемник прижимался на разных глубинах к стенке скважины. На каждой из этих глубин производилась запись колебаний как от взрывов в неглубокой скважине, так и от вибраторов. Данные, полученные от вибраторов, .были прокоррелированы для получения нуль-фазового нуль-градусного импульса. Когда приемник находился на очень малых глубинах, время вступления сигналов от взрывов было почти оавно измепеппому
времени центрального горба прокоррелированной записи волн от вибратора (с учетом вертикального времени на записях от взрывов). Однако по мере погружения приемника в скважину время вступления импульсов от взрывов постепенно становилось все меньше времени центрального горба на вибрационных записях. На самой большой глубине разность указанных времен составила около 45 мс. Поскольку использовались две различные системы записи, вначале мы были уверены, что дело в различии отметчиков времени обеих систем. Но вблизи забоя скважины (где разность времен была максимальной и равной 45 мс) мы произвели записи посредством двух сейсмостанций. Анализ этих данных подтвердил реальность указанной разности времен и необходимую точность обоих отметчиков времени. Если бы максимальная разность времен составляла всего 5-10 мс, то ею можно было бы пренебречь, объяснив ее небольшим различием частотных спектров или путей пробега. Однако верхний слой был представлен высокоскоростными известняками и поправки за различие путей пробега составляли не более нескольких миллисекунд.
Различие амплитудных спектров импульсов на каждой из глубин было сравнительно небольшим. Мы применили цифровую фильтрацию (минимально-фазовую для импульсов от взрывов и нуль-фазовую в случае вибраторов) с целью выравнивания амплитудных спектров, но различия оказались малыми. Даже при максимальной глубине время от первого вступления до основного горба импульса от взрыва составляло всего лишь 15 мс, так что горб импульса от взрыва опережал основной горб от вибратора по меньшей мере на 30 мс!
Причины дисперсии объемных волн
Для многих исследователей дисперсия ассощшруется только с поверхностными волнами. К счастью, дисперсия объемных сейсмических волн обычно незначительна и в большинстве случаев ею можно пренебрегать (что сильно упрощает теорию). Однако опа конечна (не равна нулю) в любой геологической среде с конечной добротностью Q (где происходят потерн энергии). Дисперсия конечна также в любой среде, где есть неоднородности, рассеивающие сейсмические волны. По мере развития сейсмологий эффекты дисперсии становятся все более заметными. В работе Сакса и Пао [5] анализируется ряд причин дисперсии. Преобладающими причинами дисперсии объемных сейсмических волн при их распространении в осадочных породах являются поглощение и рассеяние.
Теория распространения сейсмических волн
При отсутствии дисперсии фазовые и групповые скорости равны, но если дисперсия конечна, то они не будут равны. Групповая скорость-это
скорость, с которой энергия переносится между двумя точками пространства. Под фазовой скоростью мы понимаем скорость перемещения горба (или другой фазы) волны в направлении ее распространения. Лайтхилл [3] разработал прекрасную физико-математическую теорию распространения волн всех видов (сейсмических, радио-, световых и т. п.) в любых средах. Следующие выдержки из этого труда имеют прямое отношение к нашей теме и для некоторых геофизиков могут оказаться неожиданными:
«У подавляющего большинства встречающихся в природе волновых движений фазовая скорость, с которой перемещаются горбы и впадины, и групповая скорость, с которой распространяется энергия, имеют существенно различную величину...»
«Величины фазовых и групповых скоростей не равны у любых волн, фазовые скорости которых принимают разные значения у волн разной длины».
«В этом процессе дисперсии энергия, связанная с волнами данной длины, распространяется с групповой скоростью U этих волн. Поэтому по истечении времени Г волны данной длины будут обнаружены па расстоянии Ut. Тот, кто представляет себе, что эти волны должны наблюдаться на существенно другом расстояшш vt вследствие перемещения горбов с фазовой скоростью v, пе обнаружит их на этом расстоянии».
«Таким образом, несмотря на то что различие фазовой и групповой скоростей вызывается вариациями фазовой скорости, причиной дисперсии являются именно вариации групповой скорости».
В сейсмологии проявления дисперсии объемных волн не столь драматичны, как в сейсморазведке; но это не означает, что они пе существенны. Мы пе ошибемся в месте обнаружения ожидаемых волн, но точное время прихода и точная форма волны могут оказаться другими.
Сакс и Пао [5] приводят следующие выражения с использованием групповой и фазовой скоростей:
(о = хи, (1)
do)du
U = Т"=р + х:Г’ dxdx
где co = 2л/-угловая частота, х = 2л/X—волновое число, и фазовая скорость, U-групповая скорость.
Поскольку dx = dm/ U, (2) можно переписать в виде
(3)(4)(3)(4)du
(3)
(4)
(3)
(4)
U = v + х U —, doo
/diA
U = и/ 1 - х — .
\dco/
Равенство (4) показывает, что групповая скорость больше фазовой, если фазовая скорость увеличивается с частотой [б]. И наоборот, групповая скорость может быть больше фазовой, если фазовая скорость уменьшается с ростом частоты. Обе скорости равны только при отсутствии дисперсии. На сейсморазведочных частотах в условиях, типичных для геологической среды (конечное Q и некоторое рассеяние), дисперсия конечна. Отсюда следует, что некоторое различие между фазовой и групповой скоростями - нормальное явление. В зависимости от целей и условий разведки это различие можно считать пренебрежимо малым, но на некоторых площадях оно может оказаться существенным, а для ряда приложений сейсморазведки - критическим. Последствия различий скоростей могут быть неприятными, но этот же эффект может открывать новые возможности, если мы сумеем связать измеренные разности скоростей с важными геологическими характеристиками разреза.
Лайтхилл [3] иллюстрирует понятия групповой и фазовой скоростей на простом примере двухчастотной плоской волны, взятом, по его словам, у Стокса [7]. Рассмотрим две синусоидальные волны. Первая записывается как
5! (/, х) = cos (2к/; Г - у^х) ;(5)
фазовая скорость этой волны равна
dx
fi ="77 = ^fd^v-
d/
Пусть вторая волна будет иметь вид
52 (/, х) = cos (2к/2 / - х2х),(6)
а ее фазовая скорость равна
«2 = ^flf^I-
При одновременном распространении этих волн имеем
51 + 52 = cos(2k/j — xtx) 4- cos(2k/2z — х2х).(7)
Можно показать, что величина (5Х 4- s2) в (7) равна произведению двух сомножителей:
51 + 52 = Ci (72,
где Gt = 2cos[2Tt(/; -/2)z/2 - (х2 - х2)х/2],
С2 = cos[2л+А)</2 - (Xj + х2)х/2];
тогда
»i +»2 = 2cos[2jr(/-t —/2)z/2 - (xt - x2)x/2]cos[2x(/] + /2)z/2 -
- (х, + х2)х/2]..(8)
Первый сомножитель имеет относительно низкую частоту (/j — /2)/2, в то время как второй-более высокую частоту (/j +/2)/2, представляющую собой среднее из двух частот. Скорость относительно низкочастотной волны (первый сомножитель) равна
17 = 2тг(/1-/2)/(х1-х2).(9)
Скорость более высокочастотной волны имеет промежуточное значение между и, и и2:
"1,2 = 2л(Л +/2)/(Ki + 2)-(Ю)
Эта скорость, определяемая вторым сомножителем, есть кажущаяся фазовая скорость волны с кажущейся частотой ^ + /2)/2.
Приведем выдержку из Лайтхилла [3]:
«Первый сомножитель справа есть медленно меняющаяся амплитуда быстро меняющегося второго сомножителя, так что формулу можно интерпретировать... как последовательность волновых пакетов, бегущих со скоростью U и неспособных к взаимному обмену энергией через нодальные точки, в которых амплитуда равна пулю».
Если две синусоидальные волны возбуждаются в линейной геологической среде, то результирующая волна имеет кажущуюся промежуточную частоту и кажущуюся промежуточную фазовую скорость, которая модулируется членом, разделяющим высокочастотные волны на пакеты. Эти пакеты перемещаются с разной скоростью, называемой групповой. Амплитудный спектр результирующей волны представлен только двумя первичными компонентами с частотами J\ и /2. Если убрать фильтрацией одну из этих двух компонент, то другая компонента останется в виде непрерывной синусоиды постоянной амплитуды*.
В теоретическом случае недиспергирующей среды фазовой сдвиг линейно возрастает с увеличишем частоты, т.е. v.Jfv ^^ilfi- Можно показать, что в такой среде v1 = v2 = v12 = U.
Дисперсия объемных волн в сланцах формации Пьер
Макдонал и др. [4] измерили скорости сейсмических волн па близких глубинах в сланцах Пьер. Вюншель [9] по этим данным рассчитал фазовые скорости в полосе частот 25 400 Гц. Он использовал теорию распространения волн, развитую в работе [1], чтобы показать значимость дисперсии продольных волн, распространяющихся в сланцах Пьер. С тех пор появились более совершенные теория и модели [2]. Но ниже использованы результаты Вюншеля, основанные на более ранней теории. Мы полагаем, что они вполне удовлетворительно обосновывают приемлемую модель диспергирующей геологической среды.
С учетом расхождения Вюншель [9] показал, что распространение продольных воли описывается выражением s(r, х) = s(r0, х0) е-ах sin (cor — хх).(11)
Здесь при /> 1 х = со/с — 2(61/к)(со)[1п(со/2л)]м"1,(12)
где а = 0,72047-10—5 (со) м"1, = 0,72047-10"5 м"1, с = 1988 м/с, /-частота в герцах, со = 2л/-круговая частота, /0-время2 в секундах, х0-положение волны (в м) в момент г0, х-волновое число (в м"1).
Фазовая скорость в сланцах Пьер равна v = со/х = 1987,9/[1 - 0,009118(1п/)] м/с(/> 1).(13)
Результаты этих расчетов можно использовать для нахождения групповой скорости:
и = —1987,9 [1 -0,009118(1 + 1п/)]м/с(Г> 1). ах
В табл. 22.1 приведены результаты расчета волновых чисел, а также
Таблица 22.1. Параметры распространения продольных волн в сланцах Пьер
Частота,'Гц
Волновое число Фазовая ско-Групповая ско-юо %
х, м-1рость V, м/срость U, м/сv
10
20 25
30
40 50
60
70
80
90 100 ПО 120 130 140
1 СП
0,0309452030,62049,60,940
0,0614862043,72063,10,946
0,0766992048,02067,40,948
0,0918802051,52071,00,951
0,1221752057,12076,70,953
0,1523982061,42081,10,955
0,1825622065,02084,70,956
0,2126802068,02087,80,958
0,2427552070,62090,50,960
0,2727952072,92092,90,960
0,3027982075,12095,00,961
0,3327782076,92096,90,963"
0,3627292078,62098,60,963
0,3926502080,22100,30,964
0,4225712081,72101,80,965
лл<пл<лплот 1ошт Оп 966
' Рис. 22.1. Фазовая и групповая скорости в сланцах Пьер. Фазовая скорость возрастает с частотой; групповая скорость больше фазовой, как это видно г из рисунка.
фазовых и групповых скоростей в зависимости от частоты для сланцев Пьер. Заметим, что фазовые скорости возрастают с частотой, а групповые скорости примерно на один процент больше фазовых на любой ? заданной частоте. Такое различие может вызвать затруднения при увязке вступлений на сейсмограммах. Например,. если полное время отражения 3 с, то невязка вступлений может составить 30 мс. На рис.
^22.1 приведен график зависимости фазовых и групповых скоростей от частоты для сланцев Пьер.
\ Понятия групповой и фазовой скоростей можно проиллюстрировать на простом примере двухчастотной волны, используя равенство (9) ' и волновые числа для сланцев Пьер. Пусть f{ = 140 Гц и /2 = Ю0 Гц; тогда xt = 0,422560 м-1 и х2 = 0,302798 м"1. Групповая скорость волнового пакета оказывается равной
U = [2тс (140 - 100)]/(0,422560 - 0,302798) = 2098,5 м/с
(что примерно равно среднему из групповых скоростей двух частотных компонент).
. В этом простом примере двух плоских синусоидальных волн, распространяющихся в сланцах Пьер, фазовые скорости компонент 140 и 100 Гц соответственно равны 2081,7 и 2075,1 м/с.
Однако скорость перемещения горбов синусоиды с кажущейся ^частотой 120 Гц составляет
^и = Г2тг(140 4- 100)]/(0,422560 4- 0,302798) = 2078,9 м/с.
Времена пробега на пути длиной 3048 м даны в табл. 22.2. Время распространения энергии (волнового пякетя^ ня 14 МГ МРШЛПП UAXX
Таблица 22.2. Особенности распространения двухчастотной синусоидальной волны в толще сланцев Пьер мощностью 3048 м Параметры волн: /, = 140 Гц, Uj = 2081 м/с, хх = 0,422562 м-1, /2 = 100 Гц, и2 = 2075 м/с, х2 = 0,302798 м"1
Наименование колебания Кажущееся времяСкорость, м/с
пробега на пути 3048 м, с
Компонента 140 Гц
1,4642
2081,7*
Компонента 100 Гц
1,4689
2075,0*
Результирующая волна с кажущейся частотой 120 Гц
1,4661
2078,9*
Волновой пакет (энергия)
1,4524
2098,6**
* Фазовая скорость.
** Групповая скорость.
кажущееся время пробега горбов и впадин синусоиды с кажущейся частотой 120 Гц.
На рис. 22.2 показаны результирующие импульсы для рассмотренного случая двух плоских синусоидальных волн с частотами 140 и 100 Гц, рассчитанные по уравнению (11) без учета затухания (или же в предположении, что влияние затухания снято поправкой за нуль-фазу). Импульсы развернуты во времени на интервалах глубин 0-210-420 м. Любой данный волновой пакет распространяется как вниз, так и вперед во времени с групповой скоростью 2099 м/с. Диагональными прямыми на рисунке показано перемещение пакета во времени и в пространстве с этой скоростью. Поскольку в диспергирующей среде фазовая скорость возрастает с частотой и фазовая скорость меньше групповой, то отдельные импульсы внутри огибающей пакета отстают друг от друга по фазе. Импульс возникает как нуль-фазовый нуль-градусный (косинусоидальная симметрия с одним главным центральным горбом). Но отставание, вызываемое дисперсией, превращает импульс в смешанно-фазовый по мере того, как главный горб перемещается в более позднее положение внутри движущегося пакета. На некотором расстоянии амплитуды горба и впадины выравниваются и импульс выглядит как 90°-ный с синусоидальной симметрией. Это заметно при внимательном рассмотрении рис. 22.2 для глубины 420 м. Однако импульс теперь превратился в смешанно-фазовый и не является более нуль-фазовым.
Влияние дисперсии в сланцах формации Пьер, быть может, легче оценить при сравнении с теоретической моделью среды, не обладающей дисперсией. В табл. 22.3 приведены данные для такой теоретической модели, в которой волновые числа хх и х2, характерные для сланцев Пьер, изменены, с тем чтобы в среде не происходило дисперсии,
Рис. 22.2. Распространение непрерывных синусоидальных волн двух разных частот через сланцы Пьер. Волновые пакеты перемещаются с групповой скоростью 2099 м/с, как показано диагональными прямыми. Первичный импульс обладает «косинусоидальной симметрией», но по мере распространения через сланцы его форма меняется, так как фазовая скорость меньше групповой, что вызывает запаздывание индивидуальных горбов и впадин относительно друг друга внутри каждого волнового пакета.
а групповая скорость была равна групповой скорости волновых пакетов из предыдущего примера сланцев Пьер. Для сравнения рассмотрим в качестве примера такую же двухчастотпую плоскую волну и также будем пренебрегать затуханием. На рис. 22.3 изображены волновые импульсы в функции времени на тех же глубинах, что и на предыдущем рисунке. При распространении вдоль диагонали отставания высокочастотного импульса в пределах огибающей не происходит и первоначальный пуль-фазовый нуль-градусный импульс остается таковым. Это объясняется отсутствием дисперсии в теоретической модели и, следовательно, равенством фазовой и групповой скоростей.
Таблица 22.3. Особенности распространения двухчастотной синусоидальной волны в теоретической недиспергирующей среде мощностью 3048 м
Параметры волн: /j = 140 Гц, vt = 2098,6 м/с, х = 0,419166 м”1, /*2 = 100 Гц, р2 = 2098,6 м/с, х2 = 0,299406 м-1
Наименование колебания
Кажущееся времяСкорость, м/с
пробега на пути 3048 м, с
Компонента 140 Гц
Компонента 100 Гц
Результирующая волна с кажущейся частотой 120 Гц
Волновой пакет (энергия)
1,45242098,6*
1,45242098,6*
1,45242098,6*
1,45242098,6** .
* Фазовая скорость.
** Групповая скорость.
Время пробега до приемника в скважине
Пусть приемник находится в скважине на значительной глубине, а сигналы возбуждаются на дневной поверхности вблизи устья скважины. Измеренное время пробега волны от импульсного источника должно быть равно глубине приемника, деленной на групповую скорость, что представляет собой время, необходимое для достижения приемника энергией от поверхности. Этот вывод подтверждается Лайтхиллом [3], в особешюсти выдержками 1 и 3 из его работы, приведенными в разд. 22.3. На практике могут возникнуть трудности, особенно когда сильное рассеяние и поглощение настолько ослабляют сигнал на глубине, что его трудно выделить па фоне помех. В этих случаях может появиться соблазн попытаться прослеживать горб или впадину регистрируемой волны вместо ее первого вступления. Если сравнивать сигнал, записанный на разных глубинах, то его вид может настолько измениться, что выбрать соответственные фазы импульса становится довольно трудно и вследствие этого разности времен пробега между соответствующими горбами или впадинами могут определяться неточно или неуверенно. Скорость, вычисляемая по приращению времен, равна групповой скорости только в том случае, если отсчет берется по первому вступлению. Использование отчетливо выраженных горбов или впадин импульса дает скорости, несколько меньшие, чем групповые.
Однако, применяя в качестве источника взрывы, время прихода сигналов можно определять достаточно уверенно с необходимой точностью (см. разд. 22.8). Предположим, что мы пытаемся измерить времена пробега, применяя непрерывные синусоидальные волны некоторой фиксированной частоты. Можно измерять задержки между прослеживаемыми горбами и соответствующими горбами волн, записанных при начальном положении приемника на очень малой глубине. Это даст время пробега, соответствующее глубине, деленной на фазовую скорость. По мере увеличения глубины могут возникнуть сомнения - соответствует ли прослеживаемый горб данному горбу у источника. Сомнения можно разрешить, проводя измерения при малых приращениях глубин и тщательно прослеживая каждую фазу или же используя много разных частот. Такими методами можно измерить кажущееся
Рис. 22.3. Распространение непрерывных синусоидальных волн двух разных частот через недиспергирующую модель сланцев Пьер. Волновые пакеты перемещаются с групповой скоростью 2099 м/с, как показано диагональными прямыми. Первичный импульс обладает «косинусоидальной симметрией», и эта симметрия сохраняется по мере распространения импульса через сланцы, так как в недиспергирующей среде фазовая скорость равна групповой. Отдельные горбы и впадины не запаздывают относительно друг друга внутри каждого волнового пакета.
время пробега, соответствующее глубине, деленной на фазовую скорость.
Вместо синусоидальных волн фиксированных частот будем медленно менять частоту так, как это делается в способе Вибросейс. Если использовать очень длинный свип с очень медленным изменением частоты, то получим примерно тот же результат, что и при одной или более фиксированных частотах. В Вибросейсе корреляция пришедшей на приемник волны с волной на входе среды (т.е. у источника) позволяет измерить временную задержку записанного горба относительно горба на входе. Корреляция является однозначным методом точного определения этой разности времен. Действительно, при нуль-фазовой корреляции скорость изменения частоты несущественна, а скорости, измеренные способом Вибросейс, являются фазовыми скоростями, и поэтому время пробега равно длине пути, деленному на фазовую скорость. Однако если бы в Вибросейсе использовалась минимально- фазовая корреляция и измерялись времена первых вступлений, то при этом определялись бы групповые скорости и время пробега было бы равно длине пути, деленной на групповую скорость.
Лабораторные измерения
Изучение распространения сейсмических волн осложняется неоднородностью строения Земли и ограниченным доступом к участкам измерений и наблюдений. Можно ли проводить измерения в условиях лаборатории па физических материалах, имитирующих влияние поглощения и дисперсии на фазовую и групповую скорости и форму импульса?
Сакс и Пао [5] изучали в лаборатории фазовые и групповые скорости, а также форму входных и выходных импульсов. Измерения скоростей продольных волн на алюминии нс обнаружили сколько- нибудь заметной дисперсии, и фазовая и групповая скорости были равными. Наблюдения же поперечных волн па слоистой модели из параллельных боровых волокон, скрепленных эпоксидной смолой, выявили сильную дисперсию и неравенство фазовой и групповой скоростей при одинаковых частотах. Их результаты воспроизведены на рис. 22.4. Поперечные волны распространялись в направлении волокон, а колебания частиц происходили перпендикулярно волокнам и параллельно слоистости. Данные были получены в частотном диапазоне 0,5-6,0 МГц. Волновое число не в точности пропорционально частоте, и фазовая скорость увеличивается с частотой. Ослабление амплитуд значительно, особенно для высокочастотных компонент. Групповая скорость существенно больше фазовой на всех частотах.
Принимаемые импульсы обогащены высокими частотами в области фронта. Автор отмстил горбы и впадины латинскими буквами на рисунке и измерил временные интервалы между последовательными
Рис. 22.4. Распространение поперечной волны в композитном материале по данным измерений [5]. Этот материал отличается сильной дисперсией, и ес эффект проявляется резче, чем в реальной геологической среде. Заметим, что фазовая скорость (д) возрастает с частотой и групповая скорость (с) больше фазовой. Принятый сигнал (б) обогащен в области фронта высокими частотами, поскольку высокочастотные компоненты обладают большей скоростью.
горбами и последовательными впадинами принятого импульса. Для оценки преобладающей частоты служили указанные периоды одного цикла. Например, разность времен между горбами а и b определена как 0,183 мкс, что дает преобладающую частоту 5,45 МГц при времени вступления промежуточной впадины I, равном 1,51 мкс. В табл. 22.4 в 1-м столбце указаны рассчитанные частотные компоненты, а в 4-м-соответствующие времена вступлений. Для каждой из этих частотных компонент из подходящих графиков рис. 22.4 найдены фазовые и групповые скорости и указаны в 5-м и б-м столбцах табл. 22.4. Как для групповой, так и для фазовой скорости были рассчитаны времена пробега пути длиной 0,546 см (2-й и 3-й столбцы табл. 22.4).
Таблица 22.4. Лабораторные данные [5, рис. 4] о распространении волн в сильно диспергирующей среде
Частота, МГц
Времена пробега в слоистой модели (бор и эпоксидная смола) длиной 0,546 см, мкс
Скорости из времен пробега, см/мкс
рис. 4, д по фазовой скорости
рис. 4, е по групповой скорости
рис. 4,6
рис. 4,д, фазовые
рис. 4,е, групповые
1,18*
2,91
2,48
2,42*
0,188
0,220
1,875*
2,70
2,14
2,06*
0,202
0,255
3,00*
2,41
1,83
1,88*
0,227
0,299
3,75*
2,29
1,74
1,72*
0,238
0,313
4,76*
2,15
1,60
1,61*
0,254
0,341
5,45* •
2,08
1,51
1,51*
0,263
0,362
* Рассчитало по измеренным периодам и временам с рис. 4, б [5] с целью показать, что импульс на приеме обогащен в области фронта высокочастотными компонентами.
На рис. 22.5 представлен график этих рассчитанных времен в сопоставлении с измеренными временами прихода. Для импульсного режима установлено, что различные частотные компоненты распространяются с групповой, а не с фазовой скоростью. Этот экспериментальный результат находится в согласии с приведенной выше третьей выдержкой из работы Лайтхилла [3] (разд. 22.3). Представим себе, что измерения на
Рис. 22.5. Лабораторные данные о распространении волн в сильно диспергирующей среде. Из рисунка видно, что времена прихода импульса, приведенного на рис. 4 (6), согласуются с расчетными для групповых скоростей, принятых по данным рис. 4 (е), и не совпадают с временами прихода, рассчитанными по (Ьязппым гкппостям с пис. 4 6Л.
этом материале были проведены с двумя синусоидальными волнами, частоты которых были 2,5 и 3,5 МГц. Фазовые скорости, определенные по рис. 22.4, составили бы соответственно 0,219 и 0,237 см/мкс. Рассчитанная по этим значениям фазовая скорость на центральной кажущейся частоте 3 МГц равна 0,229 см/мкс, что соответствует кажущемуся времени пробега 2,38 мкс. Если бы измерения проводились вибросейсми- ческим методом, то время прихода было бы также равно 2,38 мкс. Сравнительное время прихода в импульсном режиме на данной преобладающей частоте будет 1,85 мкс.
Эти лабораторные исследования па данной физической модели иллюстрируют эффекты дисперсш!, которые, конечно, сильно преувеличены по сравнению с условиями распространения сейсмических волн в реальных осадочных толщах. Но это преувеличенное представление может служить для иллюстрации и подтверждения существования более тонких явлений, которыми сейсмики слишком долго пренебрегали. По мере того как анализ, интерпретация и практическое использование сейсмических данных становятся более изощренными, необходимо учитывать влияние дисперсии там, где опа значительна. Ошибки прошлого необходимо исправлять.
Расчетные примеры распространения
■ широкополосных импульсов
Существует довольно распространенное мнение, что в линейной геологической среде времена отражений, измеряемых способом Вибро- сейс, должны быть идентичны временам отражений от импульсных источников. Сторонники этого мнения справедливо ссылаются на линейность самого процесса корреляции. Поэтому отклик лилейной среды на коррелированный импульс идентичен отклику на некоррелированный импульс, который коррелируется после того, как был принят (т.е. последовательность операций не играет роли). Все это верно. Далее в этих рассуждениях принимается, что частотные компоненты коррелированного вибросейсмического импульса и те же частотные компоненты импульсной волны в процессе распространения испытывают совершенно одинаковые фазовые сдвиги. Это тоже верно и не противоречит общей волновой теории. Однако все это еще не доказывает, что времена отражений в способе Вибросейс должны быть идентичны временам отражений, измеряемым при импульсных источниках. Расчетами для модели с параметрами толщи сланцев Пьер мы покажем, что времена распространения нуль-фазового нуль-градусного импульса больше, чем минимально-фазового импульса с идентичным амплитудным спектром. Поскольку первые вступления нуль-фазовых импульсов не существуют, то измеряемое время распространения должно оцениваться по центральным горбам возбуждаемого и соответствующего принимаемого импульса. Для минимально-фазовых импульсов
времена распространения измеряются между первым вступлением возбуждаемого импульса и первым вступлением принимаемого импульса.
Наша модель сланцев Пьер, подобранная по результатам Вюншеля, является линейной, поглощающей и диспергирующей. Примеры проведенных расчетов показывают, что времена пробега нуль-фазовых импульсов равны длине пути, деленной па величину фазовой скорости, тогда как времена пробега минимально-фазовых импульсов равны длине пути, деленной на групповую скорость. Распространение импульсов сопровождается одновременно фазовым сдвигом и ослаблением амплитуды. Рассмотрим эти явления отдельно, прежде чем выявить их совместный эффект,-быть может, это позволит глубже попять процесс распространения импульсов. Физический смысл имеют лишь результаты, полученные с учетом обоих явлений, поскольку они физически неотделимы.
Для Вибросейса в качестве возбуждаемого (входного) сигнала был выбран коррелированный свин-нуль-фазовый нуль-градусный импульс. Для случая импульсного источника нуль-фазовый сигнал был преобразован в минимально-фазовый. Это обеспечило идентичность амплитудных спектров обоих импульсов. Дополнительно рассмотрен в качестве входного также и единичный импульс. Единичный импульс является пуль-фазо’вым и в этом смысле сходен с пуль-фазовым вибросейсми- ческим импульсом. Он равен нормированной функции автокорреляции бесконечного свипа в диапазоне частот от пуля до бесконечности. Отклик па единичный импульс соответствует предельному случаю нуль-фазового измерения методом Вибросейс со скоростью изменения (градиентом) частоты, равной нулю, и, таким образом, эквивалентен результатам измерений с непрерывными синусоидальными волнами, при которых кажущееся время пробега равно длине пути, деленной па фазовую скорость. Для выражения вибросейсмичсских измерений при конечной ширине полосы частот и нулевом градиенте часзоты можно просто отклик на единичный импульс пропустить через нуль-фазовый полосовой фильтр. Тогда измеренные времена пробега по-прежнему будут равны длине нуги, деленной па фазовую скорость.
Однако единичный импульс также подобен минимально-фазовому в том смысле, что он обладает дискретным временем первого вступления. Поскольку энергия перемещается с групповой скоростью, то и первое вступление перемещается с групповой скоростью в случае как единичного, так и минимально-фазового импульса. Единичный импульс должен иметь отчетливо выраженное первое вступлегше, перемещающееся с групповой скоростью, и главный горб, перемещающийся с фазовой скоростью. Поскольку такая элементарная волна распростра- . няется в диспергирующей среде, ее фаза становится смешанной и горб постепенно смещается относительно времени первого вступления. Этот эффект иллюстрируют приведенные ниже примеры.
Только фазовый сдвигТолько фазовый сдвигТолько поглощениеТолько поглощениеФазовый сдвиг и поглощениеФазовый сдвиг и поглощениеНормированное время, сНормированное время, сРис. 22.6. Распространение широкополосного нуль-фазовот о импульса в модели, сланцев Пьер. Эффекты поглощения и фазового сдвига изучались отдельно, но физически оба этих эффекта неотделимы. Поэтому физически реализуется только совместный эффект, показанный справа. Время прихода нормировано задержкой, равной длине пути, деленной на групповую скорость компоненты с частотой 25 Гц.Рис. 22.6. Распространение широкополосного нуль-фазовот о импульса в модели, сланцев Пьер. Эффекты поглощения и фазового сдвига изучались отдельно, но физически оба этих эффекта неотделимы. Поэтому физически реализуется только совместный эффект, показанный справа. Время прихода нормировано задержкой, равной длине пути, деленной на групповую скорость компоненты с частотой 25 Гц.
Только фазовый сдвиг
Только фазовый сдвиг
Только поглощение
Только поглощение
Фазовый сдвиг и поглощение
Фазовый сдвиг и поглощение
Нормированное время, с
Нормированное время, с
Рис. 22.6. Распространение широкополосного нуль-фазовот о импульса в модели, сланцев Пьер. Эффекты поглощения и фазового сдвига изучались отдельно, но физически оба этих эффекта неотделимы. Поэтому физически реализуется только совместный эффект, показанный справа. Время прихода нормировано задержкой, равной длине пути, деленной на групповую скорость компоненты с частотой 25 Гц.
Рис. 22.6. Распространение широкополосного нуль-фазовот о импульса в модели, сланцев Пьер. Эффекты поглощения и фазового сдвига изучались отдельно, но физически оба этих эффекта неотделимы. Поэтому физически реализуется только совместный эффект, показанный справа. Время прихода нормировано задержкой, равной длине пути, деленной на групповую скорость компоненты с частотой 25 Гц.
равную пути, деленному на групповую скорость 25-Гц компоненты. Назовем эту величину «нормированным временем». Амплитуды тоже нормированы для исключения влияния затухания, чтобы импульсы были различимы. При расчете импульсов возникли некоторые трудности. Одна из трудностей была связана с тем, что единичный импульс имеет конечную компоненту па пулевой частоте. Полученные результаты позволяют продемонстрировать эффекты дисперсии, включая различия фазовой и групповой скоростей.
Рис. 22.6 иллюстрирует распространение нуль-фазового импульса с полосой 10-100 Гц, являющеюся автокорреляционной функцией 100-е свипа (практически идентичные результаты получены с использованием автокорреляции одпосекупдпого свипа). Возбуждаемый сигнал па расстоянии, равном нулю, показан вместе с сигналами на расстояниях 914 и 3048 м. При расчете только фазового сдвига видно, что горб импульса вступает раньше в области нормированного времени, так как импульс содержит высокочастотные компоненты не выше 100 Гц, для которых скорости превышают групповую скорость на частоте 25 Гц. Когда учитывается только поглощение, наблюдается расширение импульса без смещения его горба в области нормированного времени. Но при совместном учете фазового сдвига и поглощения можно видеть, как главный горб вступает позднее в области нормированного времени соответственно распространению с меньшей по величине фазовой скоростью, а не с групповой скоростью.
На рис. 22.7 показан совместный эффект фазового сдвига и погло-
Нормированное время, с
Рис. 22.7. Распространение широкополосного импульса в модели сланцев Пьер. Совместные эффекты фазового сдвига и поглощения показаны для единичного, а также широкополосных нуль-фазового и минимально-фазового импульсов, распространяющихся через модель при наличии дисперсии в сланцах Пьер. Времена вступления единичного и минимально-фазового импульсов равны пути пробега, деленному на групповую скорость наиболее высокочастотной из значимых компонент принятых сигналов. Времена прихода сравниваемых горбов нуль-фазового и единичного импульсов равны путям пробега, деленным на фазовые скорости. Задержка сравниваемых горбов постепенно возрастает, так как фазовая скорость меньше групповой.
О0,10,2
щения для случаев: единичного импульса, нуль-фазового нулъ-градус- ного импульса с полосой частот 10-100 Гц и минимально-фазового импульса с той же полосой и таким же амплитудным спектром. Несколько неожиданными оказались времена вступления минимально- фазового импульса на длине пути 914 и 3048 м, поскольку они явно опережали нуль нормированного времени. Этого можно было бы ожидать для частотных компонент выше 25 Гц, но форма волны сразу после первого вступления непохожа па результат наложения высоких частот. Однако внешний вид может быть обманчивым. Суммирование высокочастотных компонент с различными поглощением и фазовыми сдвигами приводит к такой форме начальной части импульса, какая показана па рисунке. Первые вступления сигнала от единичного и минимально-фазового импульсов па расстоянии 9144 м трудно выдели гь, и положение предок на рисунке приближенно. Тем не менее эти приближенные времена достаточно близки к предсказываемым теорией для случая распространения с групповыми скоростями.
ГТ—_ ~Г,,.ГТТ„,1ТАГ а VI YTVIFYV гклоАПЛГА Т7Х4ПХГ ттт_пгт ППРКСРПЯ ГЛпНлВ НЯХО-
Рис. 22.8. Форма импульсов после пробега волны через модель сланцев Пьер при наличии дисперсии в среде. Это увеличенное изображение наложенных импульсов иллюстрирует времена приблизительных вступлений единичного и минимальнофазового импульсов, а также сравниваемых горбов единичного и нуль-фазового импульсов. На пути пробега 3048 м времена вступлений меньше нулевого нормированного времени, так как оба импульса содержат компоненты выше частоты 25 Гц (принятой для нормирования), а эти более высокочастотные компоненты обладают большими групповыми скоростями. Разность времен сравниваемых горбов единичного и нуль-фазового импульсов постепенно возрастает, так как фазовые скорости меньше групповых. Задержка больше для ^циничного импульса, поскольку в нем преобладают компоненты на частотах менее 10 Гц, имеющие меньшие фазовые скорости. Это свойство отклика среды на единичный импульс особенно заметно на больших расстояниях, на которых поглощение среды существенно ослабляет высокочастотные компоненты. Импульсы на входе в среду: Z-нуль-фазовый нуль-градусный, М-минимальнофазовый, /-единичный.
дятся в согласии с волновой теорией, которая предусматривает их пробег с фазовой скоростью. На рис. 22.8 показаны в увеличенном виде наложенные сигналы на расстояниях 3048 и 9144 м от всех трех видов возбуждаемых импульсов.
Время «вступления» отражений на временных разрезах, получаемых взрывным способом, равно длине пути пробега, деленной на групповую скорость, плюс время задержки от первого вступления до выбранной фазы-горба или впадины. Время отражений на разрезах, получаемых нуль-фазовым методом Вибросейс, равно длине путей пробега, деленной на фазовые скорости (рис. 22.9). Соответствующие времена вступлений могут быть почти равны, если времена запаздывания па взрывных
<Ц = d / U
Взрывной источник
$2 а d У v >
Вибросейс, нуль-фазовый нулыградусный импульс
Рис. 22.9. Сравнительные времена прихода отражений. В диспергирующей среде (вверху) время прихода отражения от взрыва меньше, чем от вибратора, так как групповая скорость больше фазовой. Главные горбы или впадины импульса на записях взрыва могут отмечаться раньше, чем основные горбы или впадины на записях Вибросейса, несмотря на задержки между временами вступления и главными горбами или впадинами на записях взрыва.
В теоретической недиспергирующей среде (внизу) времена прихода на записях взрывов и Вибросейса должны быть одинаковыми, но соответствующие горбы и впадины на записях взрывов будут отставать от вибросейсмнчсскнх из-за задержек между временами вступлений и главными горбами или впадинами на записях взрывов. Реальная геологическая среда обладает дисперсией, но се влияние в некоторых случаях может быть незначительным.
разрезах несколько увеличиваются из-за того, что групповые скорости больше фазовых. Во многих случаях это бывает верно. Если бы не было дисперсии, то соответствующие времена на пуль-фазовых вибросейсми- ческих разрезах были бы всегда меньше, чем на минимально-фазовых взрывных разрезах. Однако в районах с относительно сильной дисперсией, где скорость увеличивается с частотой, вступления па минимально-фазовых взрывных разрезах прпходят раньше соответствующих вступлений на пуль-фазовых вибросейсмических разрезах вследствие того, что фазовая скорость меньше групповой.
В диспергирующей среде имеются аналогичные различия во временах вступлений между вибросейсмическими разрезами с нуль-фазовой н с мтшмя чкип-гЬячстой коппеляпией и обоаботкой. Использование
минимально-фазовой корреляции иногда может приводить к некоторым сдвигам во времени, что следует принимать во внимание.
Скорость волнового фронта
В сейсморазведочной литературе для скорости, вычисленной по первому вступлению волны от импульсного источника, применяется термин «скорость волнового фронта». Однако, как уже говорилось ранее, скорость распространения является групповой скоростью. Поэтому скорость волнового фронта есть групповая скорость частотной компоненты, которая обладает наибольшей групповой скоростью. Хорошая сейсмическая модель типичной геологической среды-это такая модель, в которой фазовая скорость и поглощение увеличиваются с увеличением частоты и вследствие этого групповая скорость больше фазовой. В такой модели наиболее высокочастотная измеримая компонента принятого сигнала обладает наиболее высокой групповой скоростью и эта скорость является скоростью волнового фронта. При сейсмокаротаже в условиях высокого отношения сигнал/помеха можно, подняв усиление канала, записать несколько более раннее вступление и по этим данным подсчитать несколько большую величину скорости волнового фронта. Таким образом, мы компенсируем влияние поглощения землей высокочастотных компонент волны. (В диспергирующей среде соотношение между временем и глубиной, получаемое по данным сейсмокаротажа средних скоростей, строго говоря, не совсем корректно для интерпретации низкочастотных сейсмических данных.) В целом предложенная выше модель среды линейна и имеет конечную дисперсию, так что фазовая скорость несколько возрастает с частотой и групповые скорости больше фазовых.
Вновь о загадках сейсмокаротажа
Мы не первые были озадачены неоднозначностью времен вступлений при изучении скоростей в скважинах. О сходных различиях между временами вступлений волн при взрывном и вибрационном возбуждении сообщалось в работе [8] по данным компании AMOCO. При максимальной глубине приемника в скважине всего лишь 760 м авторы отмечали расхождения примерно в 10 мс, что подтверждается и нашими данными для таких же глубин. Если бы они проводили измерения на глубинах более 3000 м, то, вероятно, увидели бы такие же различия, что и при наших исследованиях. Величину 10 мс можно было бы еще объяснить суммарной ошибкой за счет мелких погрешностей в корреляции, отсчетах, различий спектров, длин пробега и т. п. Но расхождением в 45 мс просто нельзя пренебречь.
По-видимому, среда в окрестностях нашей скважины обладает аномально большой дисперсией. Качество отражений продольных волн
здесь плохое, и в нижней части разреза имеется крупная газовая залежь. Возможно, в порах слабопроницаемых пород значительной части разреза содержится свободный газ. Этим можно объяснить увеличенное поглощение, усиленную дисперсию и пониженное качество отражений. Однако временные различия возрастают приблизительно линейно с глубиной, и это указывает па то, что дисперсией обладает большая часть разреза, а не какие-то отдельные интервалы.
Известно, что геологическая среда с конечной добротностью Q должна быть диспергирующей. Среда в окрестностях изучаемой нами скважины и сланцы Пьер создают сильную дисперсию. Похоже, что среда в окрестностях скважины AMOCO также обладает явной дисперсией. В тех районах, где отражения по коррелированным нуль-фазовым данным метода Вибросейс не увязываются с соответствующими отра- жениями, записанными от импульсных источников, породы, по всей вероятности, обладают дисперсионными свойствами и дисперсия переменна. Если бы мы обращали больше внимания на дисперсию, то увидели бы, что ее в большинстве случаев можно определить по обычным сейсмическим данным. Располагая данными метода Вибросейс, для этого можно применять как нуль-фазовую, так и минимально-фазовую корреляцию и соответствующую обработку. Измерения дисперсии могут дать полезную геологическую информацию.
Выводы
Дисперсия-это нормальное явление, наблюдаемое при распространении объемных сейсмических волн в осадочных толщах. Дисперсия является причиной различия между групповой и фазовой скоростями. Там, где дисперсия существенна, зависимости времени пробега волн от глубины по данным метода Вибросейс с присущей этому методу нуль-фазовой корреляцией пе идентичны зависимостям, получаемым в случае импульсных источников. В районах, где фазовая скорость увеличивается с частотой, времена вступления отражений при импульсных источниках меньше, чем времена соответствующих отражений по нуль-фазовым данным. Однако добавочное время от вступления до выбранной фазы (горба или впадины) «взрывного» отражения часто может приводить к приблизительному равенству времен прослеживаемой фазы па этих записях и времен соответствующих отражений на нуль-фазовых разрезах Вибросейса.
В геологической среде с существенной дисперсией фазовая скорость возрастает с частотой, групповая скорость больше фазовой, а скорость волнового фронта есть групповая скорость наиболее высокочастотной измеримой компоненты зарегистрированного сигнала. В этих условиях фронт волны, пришедшей от импульсного источника, оказывается несколько обогащен высокочастотными компонентами. Предполагается, что в пределах низкой энергии излучения среда линейна.
Литература
Futterman W.I. Dispersive body waves. J. Geophys. Research, 67, 5279-5292, 1962.
Kjartansson E. Constant Q-wave propagation and attenuation. J. Geophys. Research, 84, 4737-4848, 1979.
Lighthill M. J. Group velocity. J. Inst. Maths. Applies., 1, March, 1-28, 1965.
McDonal F.J. et al. Attenuation of shear and compressional waves in Pierre Shale. Geophysics, 23, 421-439, 1958.
Sachse И< and Pao Y.-H. On the determination of phase and group velocities of dispersive waves in solids. J. Appl. Phys., 49(8), August, 4320-4327, 1978.
Sheriff R.E. and Geldart L.P. Exploration Seismology, Volume 1: History, theory and data acquisition. Cambridge University Press, pp. 55—57, 1982.
Stokes G.G. Smith’s Prize examination question, no. 11, reprinted in Mathematics and Physics Papers (1905), 5, p. 362. Cambridge University Press, 1876.
Ward and Hewitt. Monofrequency borehole traveltime survey. Geophysics, 42, October, 1137-1145, 1977.
Wuenschel P.C. Dispersive body waves-an experimental study. Geophysics, 30, 539-551, 1965.’
23Экономика, тенденцииразвития и заключение
В этой заключительной главе рассматриваются вопросы экономики, производительности сейсмической партии, тенденции будущего развития сейсморазведки и делаются некоторые последние выводы.
Стоимость сейсмических данных и производительность сейсмической партии
Стоимость получения первичных сейсмических данных и их обработки по многим причинам колеблется в широких пределах. Часто ее выражают в долларах на километр профиля. Руководителям нужно иметь такие оценки для планирования крупных разведочных программ. Цифры, приведенные ниже, подвержены быстрым изменениям во времени в зависимости от условий, места и т.п. Однако приблизительные величины, сведенные в табл. 23.1, дают представление об общих соотношениях.
Стоимость 1 км профиля морских работ относительно невысока вследствие их высокой производительности при благоприятных условиях. Тем не менее отдельной строкой сметы расходов предусматривается ожидание подходящей погоды в порту, что заметно увеличивает среднюю стоимость. Поскольку стоимость получения первичных данных при морских работах в среднем относительно невысока, то стоимость обработки составляет большую часть общих расходов.
На суше работы методом Внбросейс вдоль прямых сельских дорог позволяют достичь довольно высокой производительности, особенно при больших интервалах между группами приемников и источников и низком уровне помех. И в этом случае, если производительность высока, стоимость обработки становится существенной частью общих расходов. В противоположность этому работы легкой партии с переносным оборудованием в пересеченной удаленной местности могут обусловливать очень высокую стоимость получения первичных данных.
Единица долл./км-плохое мерило работы партии и ее эффективности, особенно на суше. Мы судим об эффективности работы партии по числу записей, сделанных ею за день и за месяц. При этом принимаются во внимание число каналов, группирование приемников, рельеф местности, ее доступность, средняя длина профиля и т. д. Для вибросейсмиче- ~—~~ ^,™—,,.~. плп^тгтт'Т'ттппп'ГАЛ ППАТТОТГТ T> ГЧ П Ж < A TTTT ОЦТИП 1ШПЯРМПГП ПЯ H3JIV"
Таблица 23.1. Примерная стоимость данных сейсморазведки
Вид работ/условия Число пере-
Производительность, км/мес
Получение первичпых данных, долл./км
Обработка, долл./км
Всею, долл./км
крытин по
ОСТ
Вибросейс/хоро- Большое
80
2200
500
2700
шие
Переносная стан-»
60
3100
500
3600
ция, мелкие сква- жины/хорошис
Автотранспорт, Среднее
40
5000
500
5500
глубокие скважи- ны/хорошие
Переносная стан-»
30
6200
500
6700
ция/удовлство- рительные
Переносная стан-»
15
12400
500
12900
ция/тяжелые
Морская/хорошие Большое
1600
500
500
1000
Морская/срсднис»
800
900
500
1400
чение свип-сигналов и запись первичных данных. В понятое «время записи» включается время перемещения вибраторов между свипами, но не время переездов на следующий пункт возбуждения. Условия никогда не бывают одинаковыми, но с некоторым усилием все же можно получить правильное представление о работе партии и ощущение роста или спада ее эффективности. Мы всегда выдвигаем приоритет качества данных перед производительностью, не упуская при этом пз вида и возможные пути ее повышения.
В районах с относительно неглубоким залеганием целевых границ стоимость работ имеет тенденцию возрастать из-за увеличения числа записей па километр профиля. Тем не менее на одной из площадей нам удавалось поддерживать высокую дневную производительность, выражаемую в километрах профиля, несмотря на малые взрывные интервалы (около 35 м), что приводило к плотности наблюдений 30 ПВ/км. В этом случае стоимость полевых работ на 1 км была умеренной, но зато затраты на обработку выросли до 40% от общей стоимости из-за весьма большого объема полученных первичпых данных. Это было еще до того, как нам пришлось столкнуться с разведкой еще более мелких границ, которую мы провели способом одновременной записи от двух вибраторов. Многие из наших прежних проектов мало- или среднеглубинной разведки способом Вибросейс могли бы с успехом выполняться способом одновременной записи от двух вибраторов при значительном снижении стоимости полевых работ. При относительно неглубоком залегании целевых границ в вибросейсмических партиях стоит опробовать способ одновременной записи от двух вибраторов (гл. 14).
Тенденций развития
Будущее развитие полевых работ направлено в сторону использования телеметрических систем, особенно с применением радиосвязи. Регулируемая направленность излучения и приема должна получить все более широкое применение по мере развития аппаратуры. Все больше компьютеров будет внедряться для управления и контроля сейсмостанций, внешних линий, вибраторов и других источников. Такие управляемые компьютером устройства будут облегчать регулировку направленности и реализацию других модификаций записи. Регулировку направленности излучения осуществить относительно просто, но направленность приема тоже станет вполне возможно регулировать, когда устройства задержки и суммирования будут вынесены па внешние линии. Параметры группирования приемников и вибраторов можно будет менять в течение свила так, что более длинные группы будут формироваться для низкочастотной, а более короткие-для высокочастотной части свила. Это относительно просто реализовать для групп вибраторов, рекомендованных в гл. 13 при разной длительности свила с общей начальной частотой и общим градиентом частоты. Необходимо разработать электронную схему, позволяющую применять кодирование, описанное в гл. 10 и .14, для одновременной записи множества пакетов данных. Будут разработаны средства, позволяющие лучше разделять декодированные сигналы в пакетах одновременно записанных данных, с тем чтобы можно было уверенно различать сигналы высокого и низкого уровней.
Если прошлое чему-то пас учит, то можно сделать вывод, что число каналов будет постоянно расти. Но для чего? Если мы просто записываем за один раз данные на одном профиле, то мы всегда ограничены эффективными удалениями, и чем больше используется каналов, тем короче становится интервал группирования, что сильно увеличивает стоимость работ. Одновременная запись продольных и поперечных волн увеличивает втрое число используемых каналов. Применение множества положений источников и одновременная запись на множестве профилей позволяют использовать больше каналов. Если применять большие площадки приема с индивидуальным подключением приемников в группе, особенно при конвейерном способе (гл. 12), то использование большого числа каналов может оказаться эффективным. Но для одиночных профилей при записи только продольных волн, по всей вероятности, сохранится потребность в системах с числом каналов менее 100.
По-видимому, найдут широкое применение акселерометры (или приемники с витками обратной связи, имеющие такие же характеристики, как у акселерометров) для увеличения динамического диапазона и улуч-. шения фазовых характеристик приемников. Полевая обработка с подходящим дисплеем, конечно, станет нормой, по крайней мере для контроля
В морской сейсморазведке все большее применение найдут цифровые косы с волоконной оптикой и значительно большим числом каналов, что даст возможность производить суммирование по компьютерным программам и формировать различные группы приемников. Временные задержки до суммирования должны обеспечивать возможность регулируемого направленного приема с учетом расстояния от пушек и времени записи. Это Д0П0ЛШ1Т менее сложные способы регулировки направленности излучения посредством временных задержек между группами пушек, работающими на одинаковой глубине либо на различных глубинах.
Будут продолжать возникать способы «черного ящика», и их толкачи будут делать лживые заявки о их суперэффективности и низкой стоимости. Такие способы, основанные либо на изобретательском зуде, либо па чистом обмане, будут до тех пор вытягивать деньги у наивных, пока не окажутся преданы забвению. Однако сейсмика останется главным инструментом разведки до тех пор, пока люди не перестанут искать нефть и газ.
Получение данных, обработка и интерпретация
Проект сейсморазведочной партии подобен табурету на трех ногах. Три ноги-это получетше первичных данных, их обработка и интерпретация. Если все три ноги прочны, то табурет выдержит вес проекта. Все эти виды работ важны, и для их успешного выполнения требуются надежные люди, объединенные в сильной разведочной партии. К сожалению, иногда одна «нога» начинает воображать, что она главная и что именно она несет основную тяжесть. Споры о том, какая «нога» главнее, имеют такой же смысл, как и спор о том, что было раньше-яйцо или курица? В эффективно действующей разведочной организации каждая «нога» сознает важность и ценность других и укрепляет собственное положение своей отличной работой и своими результатами. Точно так же геофизики, геологи, топографы и механики должны работать в контакте и не только сотрудничать, но и реально оценивать вклад и важность труда каждого. Стоит потратить не так уж много времени, чтобы узнать, что же делают другие и какие трудности им приходится преодолевать.
Псевдоэксперты высокой технологии
Во время второй мировой войны военные специалисты выполнили отличную работу, набирая сельских парней со слабой подготовкой в разных науках, и в частности в математике, и за несколько недель или месяцев обучая их калибровать, обслуживать, ремонтировать и приводить в действие сложное оборудование и системы, включая радары. (Самые успевающие ученики были сообразительны.) Военные сумели
привлечь блестящих, высокообразованных людей для подготовки прекрасно построенных курсов и обильно иллюстрированных руководств, ориентированных на те работы, которые должны быть выполнены. Они не изучали теорию относительности Эйнштейна, но старательные ученики освоили все необходимое для правильного выполнения работы.
В наше время профессию геофизика осваивает множество блестяще образованных мужчин и женщин, имеющих прекрасную подготовку по фундаментальным наукам, включая математику. Даже те, кто не имеет ученых степеней, достаточно хорошо образованны для того, чтобы освоить все необходимое по их работе. Тем не менее в отдельных организациях бывает по нескольку псевдоэкспертов, которые стараются захватить определенные области высокой технологии и делать на них свои заявки. Эти люди и есть «псевдоэксперты высокой технологии» [1]. Они считают себя единственно способными правильно Применять пред- ложенную технологию. Чепуха! Настоящие эксперты, искренне болеющие за интересы организации, анализируют технологию и возможности ее эффективного применения. После этого они обучают других, с тем чтобы эту технологию можно было быстро и широко внедрить во всей организации. Тогда через короткое время их компания окажется впереди конкурентов. Если позволить псевдоэксперту, чтобы он засекретил технологию и, как врач, прописывал ее отдельными дозами по рецептам, ваша организация останется позади других.
Псевдоэксперты высокой технологии могут быть искренними в своих заблуждениях, по они бывают ослеплены переоценкой своих возможностей и недооценкой возможностей других. Как все же им удается достигать личного успеха за счет своих фирм? Они, насколько это возможно, усложняют технологию и ее применение, вместо того чтобы делать ее простой и ясной, даже когда простые решения очевидны. Чем больше они все усложняют, тем легче им доказывать, что только элита (т.е. они сами) может успешно применять высокую технологию.
О шмелях
Огвадить псевдоэкспсртов можно успешным применением избранной технологии и обучением персонала.
Прежде всего следует глубоко понять существо технологии и воз-, можно точнее оценить ее эффективность. Необходимо принимать во внимание возможные трудности и опасности, искать пути их преодоления и уменьшения степени риска. При этом важно соблюдать меру, избегая излишней боязни риска. В свое время очень умные эксперты доказывали, что, согласно законам аэродинамики, шмель не может летать. Но невежественный в теории шмель летает, и летает неплохо! Мы можем и не знать, как это у него получается, по шмель летает, и вовсе не потому, что он сосредоточился на преодолении всевозможных тпулностей и боится последствий падения.
Наше дело-приспособить и применить доступные нам технологию и оборудование для получения сейсмических данных возможно более высокого качества. Намечая конкретную технологию, оцените как можно точнее, что же она может вам дать. Если технология представляется соответствующей целям-ищите пути и возможности вначале опробовать ее при минимуме затрат и риска. Если первые результаты неудовлетворительны, определите причину и ищите способы сделать выбранную технологию эффективной, не концентрируя внимания на том, чего нельзя сделать, но настойчиво добиваясь обнадеживающих результатов. В случае достижения успеха особо тщательно задокументируйте последовательность и результаты опытов, определите оптимальные условия и область применения методики. Обучите персонал так, чтобы ваша организация смогла извлечь максимальную пользу в возможно более короткий срок. Будьте восприимчивы к успехам других, когда они делятся с вами своими достижениями. Если же какой-нибудь «эксперт» скажет, что вы не можете летать, -будьте шмелем и летайте вопреки его теории. Вы можете научить летать и самого «эксперта».
Разумеется, ни шмели, ни мы не можем нарушать известные законы физики. Но в рамках этих законов целеустремленные, творчески мыслящие геофизики, знающие проблемы из первых рук, часто могут находить практические решения там, где далекие от практики «эксперты» обычно оказываются бессильны. Предметом этой книги является реальная работа инженеров-геофизиков, и книга предназначена главным образом для них.
Литература
Feyerabend Р. Science in a Free Society: a book of essays. Schocken Books, 1983.
Приложения
Приложение А. Рекомендуемые формы бланков
Приведенные ниже примеры включают:
Бланки заданий на наземные и морские работы.
Бланки для записи параметров при работах с вибраторами и со взрывами.
Недельные отчеты сейсмопартий, работающих с вибраторами и со взрывами.
Отдельные бланки для построения характеристик групп приемников и источников в английских и метрических единицах. На практике любой из этих бланков может быть использован в зависимости от того, в каких единицах заданы длины волн-помех. Приведенные бланки построены на специальной бумаге К и Е № 464770 в полулогарифмическом масштабе с шестью, малыми делениями на одно большое по линейной шкале. Для изображения бланков в метрической системе эта бумага была заново расчерчена.
Приводимые формы бланков должны адаптироваться к конкретным условиям проведения работ и требованиям, а потому могут быть при необходимости изменены.
Бланки следует составлять таким образом, чтобы в mix были отражены применяемая в каждой партии аппаратура и все непрерывно меняющиеся параметры приема волн. Эти данные в определенной степени будут перекрывать сведения, имеющиеся в журналах регистра- щш, но они будут способствовать документированию всех изменений параметров записи, которые имели место в процессе выполнения работ. Они также призваны подтвердить, что используемые сейсмопартией параметры приема всегда правильно установлены.
Все формы, за исключением бланков заданий, должны находиться в полевой партии и сохраняться ею до завершения работ на площади. Затем полевая партия должна сделать себе копии.
Необходимо иметь архив копий этих бланков, лучше всего в виде подшивок. Они должны быть доступны для всех сотрудников компании, которым они могут понадобиться, в том числе для интерпретаторов, обработчиков материала и персонала, который контролирует качество матеоиалов.
Форма 1. Бланк задания на наземные сейсморазведочные работы
Проект Индекс профиля Регистрационный номер _
Объем работ Дата Составитель
Страна Штат или провинция Район
Координаты
Основные задачи
Рельеф Растительность Культурная зона
Сейсмический уровень приведения Скорость для коррекции
Объекты разведки
Приоритет/
Время ре- Глубина Скорость Литология Наклон
Разрешенность
горизонт
гнетра-суммиро-
вертик. гори
1
циивания
зонт.
2
3
Фундамент
Геология
Поверхность
Под Поверхностью
На глубине
Основные скважины
Результаты предшествующих сейсмических работ
Профиль Название Интервал Точки пе- Качество Трудности Требуемые проекта между ПВ ресеченияулучшения
Дополнительные замечания или предложения
Есть ли предложения по порядку отработки профилей? Да/Нет. Если «да», то дайте обоснование в отдельном приложении.
Пожалуйста, заполните этот бланк как можно полнее. При необходимости сделайте дополнительные приложения.
Рассылка: Менеджеру провинции. Интерпретатору. Обработчику.
Форма 2. Бланк задания на морские сейсморазведочные работы
Проект Индекс профиля Регистрационный номер „
Объем работ Дата Составитель
Страна Ближайшие штат и район или название площади •
Координаты
Основные задачи
Диапазон глубин моря Дно моряМягкоеСреднееТвердое
Объекты разведки
Приоритет/
Время ре- Глубина Скорость Литология Наклон
Разрешенность
горизонт
гистра-суммиро-
всртик. гори
1
щшвания
зонт.
2,
3
Фундамент
Геология
Вблизи морского дна
На глубине
Основные скважины
Сейсмические трудностиКратные (скорости кратных волн)Изре- занность дна Узкая полоса частот (звон)Глубина исследования (или случайный шум)Вертикальная разрешенность Помехи источника Мелкие газовые карманы
Трудности проведения работ Поверхностные препятствия (какие?) Препятствия на морском дне или рифы (какие?)
Мелководье Течения ВолнениеПолитические (какие?)
Результаты предшествующих сейсмических работ
Профиль Название Интервал Точки пе- Качество Трудности Требуемые проекта между ПВ рессченияулучшения
Дополнительные замечания или предложения
Есть ли предложения по порядку отработки профилей? Да/Нет. Если «да», то дайте обоснование в отдельном приложении.
Пожалуйста, заполните этот бланк как можно полнее. При необходимости сделайте дополнительные приложения.
Рассылка: Менеджеру провинции. Интерпретатору. Обработчику.
Форма 3. Разведочная фирма AJAX. Параметры записи при работах с вибраторами
Проект Индекс профиля НО--
Сейсмопартия Штат Дата-Составитель
Шаг между трассами м. Шаг между ПВ м. Число трасс
(ПВ располагаются посередине между центрами групп)
Определение расстановки
Описание расстановки
ОТСОЕДИНЕННЫЕ каналы в выносе. Число трасс в выносе
ГРУППА СП: Число па трассу Тип Шаг м.
Источники:
Число вибраторов Конфигурация Шаг между вибрм.
Число вибраторов х шаг =м + Перемещение на м =м.
Число вибраторов Конфигурация Шаг между вибрм.
Число вибраторов х шаг =м 4- Перемещение на м =м.
Число вибраторов Конфигурация Шаг между вибрм.
Число вибраторов х шаг =м + Перемещение на м =м.
Число свипов/ПВ с вибраторамиПеремещение м/свип.
с вибраторами Перемещение м/свип.
с вибраторами Перемещение м/свип.
ЗАПРЕЩАЕТСЯ РАБОТАТЬ при числе вибраторов меньше
Уровень вибрации%
Уменьшайте частоту вибрации при работе в культурных зонах.
Частота свип-сигнала- Гц
Длительность свип-сигнала с. Начальн. скос с. Конечн. скосс.
Время прослушивания с.
Общее время с.
Интервал дискретизации с.
ФВЧ Гц дБ/октава. ФНЧ Гц дБ/октава
Режект. фильтрРежект. фильтрвкл.вкл.выкл. Статичес.фильтрвыкл. Статичес.фильтрвкл.вкл.выкл. COSвыкл. COSвкл.вкл.выкл.выкл.КорреляцияКорреляцияМинимально-фазоваяМинимально-фазоваяНуль-фазоваяНуль-фазовая
Режект. фильтр
Режект. фильтр
вкл.
вкл.
выкл. Статичес.фильтр
выкл. Статичес.фильтр
вкл.
вкл.
выкл. COS
выкл. COS
вкл.
вкл.
выкл.
выкл.
Корреляция
Корреляция
Минимально-фазовая
Минимально-фазовая
Нуль-фазовая
Нуль-фазовая
Суммирование: Делайте накапливаний на ПВ. Суммир. в группы из свипов с свипов/ПВ или в группы из свипов с свипов/ПВ. Редакция помех:
Регистрируйте, если возможно, ОТФИЛЬТРОВАННЫЕ и НЕОТФИЛЬТРОВАН- НЫЕ свип-сигналы на вспомогательных каналах каждой магнитограммы. Если это невозможно из-за ограничений аппаратуры, записывайте ОТФИЛЬТРОВАННЫЕ и НЕОТФИЛЬТРОВАННЫЕ свип-сигналы на рабочих каналах в начале каждого рабочего дня.
Дополнительные инструкции
СейсмопартияСейсмопартияМенеджер провинцииМенеджер провинцииИнтерпретаторИнтерпретатор
Сейсмопартия
Сейсмопартия
Менеджер провинции
Менеджер провинции
Интерпретатор
Интерпретатор
Форма 4. Разведочная фирма AJAX. Параметры записи при работах со взрывами
Проект Индекс профиля
Сейсмопартия Штат НО--
Шаг между трассами м. Шаг между ПВ м. Число трасс
(ПВ располагаются посередине между центрами групп)
(ПВ совпадают с положением центров групп)
Дата- ,Составитель
Определение расстановки
Описание расстановки
ОТСОЕДИНЕННЫЕ каналы в выносе. Число трасс в выносе ГРУППА СП: Число на трассу Шаг м.
Тип
Группа СП
ПАРАМЕТРЫВОЗБУЖДЕНИЯ:ПАРАМЕТРЫВОЗБУЖДЕНИЯ:Глубина скважины Тип группирования Число скважГлубина скважины Тип группирования Число скважм. Величина зарядакг.м. Величина зарядакг.Расстояние между скважм.Расстояние между скважм.
ПАРАМЕТРЫ
ВОЗБУЖДЕНИЯ:
ПАРАМЕТРЫ
ВОЗБУЖДЕНИЯ:
Глубина скважины Тип группирования Число скваж
Глубина скважины Тип группирования Число скваж
м. Величина зарядакг.
м. Величина зарядакг.
Расстояние между скважм.
Расстояние между скважм.
Группа взрывов
Длина записи .с. Интервал дискретизации с.
ФВЧ Гц дБ/октава
ФНЧ Гц дБ/октава
Рсжект. фильтр Q вкл. □ выкл. Статичес. фильтр □ вкл. □ выкл.
Дополнительные инструкции
Сейсмопартия
От
До
Дата
cd Н cd
е: ни
о Q. К
к
к к о
о
С
си о
S о
3 Q.
S 3 о
§
и & о о.
CQ О X и
м С
3 & Q. е
& 3 5 2
S в
3 о cd ст
3 о ю
ев О. А il У «
3
О д ко о я ^ СХ Q ОС t cd
о ко m 5
ее S
о S я о К
•
ПРОГРАММА
Отправленные ленты и даты
Заметки топографа? Да Нет
Фамилии посетителей и даты
Примечания
Планы на эту неделю
Простои?
Интервал между группами м
Число трасс
Число СП на группу
Длина группы
м
Длительн. свипа
с
Время прослушивания с
Число свипов
Частоты свила
Гц- Гц
Тип свип-сиг- нала
ГРУППА ВИБРАТОРОВ
Расстояние от плиты до плиты м
Общее перемещение м
Форма 6. Разведочная фирма AJAX. Отчет за неделю сенсмопартин, работающей со взрывами*•
Сейсмопартия
От
До
Дата
св cd
с с Г
3
X
5 X
о н О
С
Си V 5 о Я
3
&
о
§
S и и
К О Си С
о X и
ни
м § 3 &
р о
UQ О Св У
В
ко св D.
3 и св У
ё
сз
к cd У V 5
си С
ПРОГРАММА
БУРЕНИЕ
Профиль
Километры
Дата
Профиль
Число скважин
Число групп
Часы
Примечания
Отправленные ленты и даты
Заметки топографа? Да Нет
Фамилии посетителей и даты
•
Примечания
Планы на эту неделю
Простои?
Интервал между группами м
Интервал между СП м
Число трасс
Длина записи с
Число СП на группу
Длина группы м
ГРУППА
Тип |
Числе
>
| Шаг
| Длин;
а
1 ЗАРЯД |
Вес
| Глубина
Форма 7. Бланк для расчета характеристик групп
•
•
1001502003004005006007008009001000
Длина волны, футы
п-число элементов, d-расстояние между соседними элементами. Минимумы: при nd, nd/2, nd/3,..., nd^n — 1). Максимумы: на бесконечности и при 2nd/3, 2ndV5, 2nd!l, ..., d. Величина максимума при 1 = d не уменьшена.
орма 8. Бланк для расчета характеристик групп
30405060708090100150200 300
Длина волны, м
/:-число элементов, ^-расстояние между соседними элементами. Минимумы: при nd, nd/2, nd/3,.... nd/(n — 1). Максимумы: на бесконечности и при 2nd(3, 2nd/5, 2nd/!, .... d. Величина максимума при X = d не уменьшена.
Приложение В. Ограничения полосы частот при работах на море
В этом приложении показано, как волны-спутники, возникающие при погруженных источниках и погруженных приемниках, ограничивают эффективную полосу частот получаемых данных в морской сейсморазведке.
Для волн, бегущих вверх, коэффициент отражения от спокойной границы вода-воздух практически равен — 1 (гл. 8). Рассмотрим воздушную пушку па глубине dg от поверхности воды. При возбуждении пушки сейсмическая энергия распространяется от нее во всех направлениях. Волна, бегущая вверх, отражается от границы вода-воздух, меняя полярность. После этого она распространяется вертикально вниз. Какова ее фаза относительно прямой волны, бегущей вертикально вниз от источника? Путь волны, отраженной от поверхности воды, больше пути прямой волны па величину 2dg. Фазовый сдвиг па этом дополнительном отрезке равен 2n(2t/g/X) рад. Обращение полярности при отражении добавляет еще тс рад, что делает общий фазовый сдвиг (задержку) равным
9g = - [тс + 2я (2dg/Xn = — (л + tndjlv), где cpg-фазовый сдвиг (задержка) волны-спупшка относительно первичной волны вследствие погружения источника па глубину dg, v- скорость в воде.
Прямую и отраженную от поверхности волны можно представить двумя векторами (прил. D, рис. D.5, справа), разделенными углом ф8. На большом расстоянии по вертикали вниз различие в сферическом расхождении прямой и отраженной волн незначительно. Поэтому можно положить, что обе волны имеют приблизительно равные амплитуды А, а сумму двух векторов записать в виде
2А соз(фв/2) = 2А соз(л/2 + 2H<7g//v)
при фазовом угле
^!2=-№-v2KdJlny
Положим амплитуду прямой волны равной единице. Тогда суммарная амплитуда прямой волны вместе со спутником будет равна
2 cos (фв/2) = 2 cos (тс/2 + 2udJ/и).
Иногда геофизики упускают то обстоятельство, что при пулевой частоте угол ф8/2 = — тс/2 и суммарная амплитуда двух падающих волн равна пулю. Такой эффект волны-спутника равносилен высокочастотной фильтрации, ограничивающей эффективную энергию на низких частотах, и полосовой режекторпой фильтрации, которая ограничивает эффективную энергию на некоторых более высоких частотах. Суммарная
амплитуда двух падающих волн равна нулю, когда TdJIv-usno^ число. Величина суммы максимальна и равна 2Л, когда IdJIv представляет собой нечетное число, деленное па 2.
Выше рассмотрен случай гладкой границы раздела вода-воздух. Если же море неспокойно и высота морских волн становится сравнимой с длиной сейсмических волн в воде, то энергия волн, распространяющихся от источников вверх, частично рассеивается, а величина коэффициента отражения становится меньше единицы. (Рассеяние более сильно для высокочастотных компонент.) Обозначим в этом случае коэффициент отражения как — Rwa. Суммарная амплитуда двух волн, бегущих вниз, будет
А + ^LRwa(cos(pg +ysinvg) при фазовом угле
arctg [Awa sin <pg/( 1 + Rwa cos фв)],
где у = — 1. Относительная амплитуда первичной волны плюс спутник будет равна
1 + /?wa(cos<pg +ysin(pg).
Морское- волнение не меняет частоты, на которых две сейсмические волны имеют тенденцию гасить либо усиливать друг друга, но ослаб- ление в области минимумов и усиление в области максимумов характеристики наложения всегда менее 100%, особенно на высоких частотах. На частоте 10 Гц длина сейсмической волны в воде примерно 150 м, так что рассеяние на неспокойной поверхности моря незначительно.
К морской косе вначале приходят первичные отражения от глубинных слоев, за которыми следуют вторичные волны, отраженные от поверхности вода-воздух и бегущие вниз к косе. Соответствующие уравнения идентичны приведенным выше для источника, только в них обозначения dB и ф8 заменены соответственно па dc и фс, где ^-глубина косы и фс- фазовый сдвиг вследствие погружения косы.
Для случая гладкой границы вода-воздух уравнение относительной амплитуды суммарной волны, выражающее фильтрующш! эффект волны-спутника в области приемников, будет иметь вид
2со8(фс/2) = 2cos[n/2 + (2к</с//г)]
при фазовом угле
Фс/2 = - (л/2 + IndJIv).
Совместный фильтрующий эффект волн-спутников в области приема и возбуждения при отсутствии морского волнения оценивается перемножением относительных амплитуд и сложением фазовых сдвигов. Таким образом, относительная амплитуда будет равна
Яотп = [2cos(q>g/2)] [2соз(фс/2)] = 4[cos(n/2 + iVldJI^ [cos(k/2 +
а фазовый сдвиг
Ф8/2 + Фс/2 = - [л + 2л (//и) Ц 4- Jc)].
Если пушки и косу буксируют на относительно небольшой глубине, то улучшается запись на относительно высоких частотах, но несколько ослабляются нижние частоты (гл. 8). И наоборот, при большей глубине погружения пушек и косы улучшается запись на низких частотах за счет высоких частот.
Для условий морского волнения относительная амплитуда с учетом глубины пушек и косы выражается формулой
Л™ = 2 + ^а(с°8фк + узтф8) 4- /^а(созфс +у8тфс), а фазовый сдвиг
Фх = - arctg [(sin ф8 + sin Фс)/(соз ф8 4- cos фс + 2/^wa)] .
Скорость звука в воде зависит от ее солености и температуры и приблизительно равна 1520 м/с.
Приложение С. Помехи от наклонной преломляющей границы
В этом приложении рассматриваются являющиеся помехами преломленные волны от наклонной границы. Показано, как такие помехи можно подавить накапливанием по ОСТ, если использовать группы приемников с базой, равной одному или дв^м интервалам группирования (гл. 2).
Кажущаяся скорость преломленной волны по восстанию равна vrau = v/[sin (z 4- 0) — sin 0/sin z],
где v-скорость в покрывающем слое, z-критический угол падения луча па границу раздела, 0-угол падения.
Кажущаяся скорость преломленной волны по падению равнаvrad = v/[sin(z — 0) + sin 0/sin z].
Рассмотрим пример: и = 1830 м/с; i = 45°; 0 = 20°. Скорость в нижнем преломляющем слое иг = 2600 м/с, что соответствует закону Снеллиуса. Пользуясь приведенными выше уравнениями, находим
Vrau = 4330 м/с, vrad = 2020 м/с.
Кажущиеся скорости по восстанию и по падению соответственно па 67 и 22% больше и меньше истинной скорости в нижнем слое. Соответственно и кажущиеся длины волн больше по восстанию, чем по падению (для любой частотной компоненты).
Отсюда следует, что степень подавления преломленной волны-помехи группами приемников будет различной для расстановок в сторону падения и в сторону восстания.
Многие годы я предпочитал группы с базой, равной удвоенному интервалу группирования, группам одинарной длины вследствие ряда сомнений, изложенных в гл. 2. Интуитивно возникали сомнения в случае неодинаковой длины групп приемников и источников в условиях, когда возникает сильная преломленная волна от наклонной плоской границы. (Преломляющая граница может быть горизонтальной, а дневная поверхность наклонной, и наоборот.)
Предположим, что в рассматриваемом примере возбуждение создается взрывом одиночного заряда. Пусть частоты преломленных волн заключены в узкой полосе вблизи 30 Гц. Кажущаяся длина волны по восстанию составляет 4330/30 = 144 м, а по падению 2020/30 = 67 м. Если принять эффективную длину групп приемников равной 60 м, то в сторону падения преломленная волна-помеха будет ослаблена до уровня 10% от максимума. Однако в направлешш восстания подавление се будет слабым: отклик составит 73% от максимального. Отклик по восстанию
Ru = Esin (60л:/144)]/(60л:/144) = 0,73, а отклик по падению •
Rd = [sin (60тг/67)]/<60л:/67) ^ 0,10
(гл. 4). Таким образом, преломленная волна будет записана как сильная помеха па приемниках, установленных по восстанию, и как слабая помеха-по падению. Выборки трасс с помехой па чередующихся удалениях в каждом суммарном разрезе ОСТ будут резко различаться, и величина подавления помехи как совместный результат суммирования и группирования окажется несимметричной при базах, равных одному интервалу группирования. Этот случай сложнее, чем это может показаться на первый взгляд (рис. С.1). Очевидно, что длина пути пробега остается одинаковой при перемене местами источника и приемника. Очевидно также, что и времена пробега, и, следовательно, фазовые углы остаются в этом случае одинаковыми. Но углы подхода волны, кажущиеся скорости в пределах базы группы и кажущиеся длипы воли на поверхности наблюдений будут разными.
Положим в рассмотренном выше примере интервалы группирования и взрывные интервалы одинаковыми и равными 60 м. Тогда при возрастании удаления (от источника до середины группы) на 60 м п пт-1Агл^тго С1СТ 1/ппттптттгА тэ ттпппапПРППП ППГГТПППЯ ГПЯТППТМ \теЛИЧИВаСТ-
Положения трасс ■*Положения трасс ■*<9 5 3 а гэО5 X<9 5 3 а гэО5 Xостост
Положения трасс ■*
Положения трасс ■*
<9 5 3 а гэ
О
5 X
<9 5 3 а гэ
О
5 X
ост
ост
Рис. С.1. Влияние преломленной волны-помехи от наклонной границы на выборку ОСТ. Углы подхода лучей по восстанию больше, чем по падению преломляющей границы. Поэтому кажущаяся длина волны в направлении восстания больше, чем в направлении падения. Траектории преломленных волн: А12, В10, С8, G4 и Н2.
ся на 30 м и в направлении падения-на 30 м. Тогда соответствующее увеличение времени пробега составит: 30/4330 + 30/2020 = 0,022 с. Кажущаяся скорость при увеличенном удалении в выборке ОСТ составит 60/0,022 = 2750 м/с, что значительно выше скорости в преломляющем слое, равной 2600 м/с.
В рассматриваемом примере группы приемников с базой, равной двойному интервалу группирования, вероятно, будут лучше подавлять преломление-помеху, хотя и не так сильно, как можно было бы ожидать. В каждой выборке по ОСТ удаления в расстановке, расположенной в направлении восстания, не обеспечивают требуемые однородные и непрерывные выборки синусоидальной компоненты помехи. Проблема состоит в том, что изменение фазы помехи между трассами в выборке ОСТ при увеличении удаления определяется кажущейся скоростью 2750 м/с, а база групп по отношению к длинам волн помехи-кажущимися скоростями по восстанию и по падению, т. е. 4330 и 2020 м/с. Рассмотрим вначале только трассы в выборке ОСТ, относящиеся к приемникам, расположенным по восстанию. Более высокая кажущаяся скорость па базе группы влечет за собой возрасташю кажущейся длины волны помехи. Поэтому фаза помехи, принимаемой каждой такой группой, меняется мало и таким путем образуются пропуски в представлении помехи ня сосепних. бппьтппх или меньших vnn пениях
Такая неоднородность воздействия волны-помехи может приводить к увеличению суммарной амплитуды трасс, соответствующих приемникам по восстанию. Каждая из трасс по падению в пределах выборки ОСТ может иметь слабый отклик, но сумма этих слабых откликов может оказаться довольно большой, так что помеху нельзя будет считать в достаточной мере подавленной. Малая кажущаяся скорость в группах по падению означает малую кажущуюся длину волны, а, значит, данная группа охватывает больший диапазон изменения фазовых углов. Это влечет за собой перекрытие проб помехи между смежными удалениями в выборке ОСТ. Такие перекрытия могут приводить к увеличению суммы в трассах по падению, если представление помехи группами однородно.
Влияние преломленной волны-помехи от наклонной границы на эффективность группирования приемников и суммирования по ОСТ сложно, но в целом группы с базой в два интервала группирования должны обеспечивать лучшее подавление, чем группы с базой в один интервал.
Литература
1. Anstey Nigel A. Whatever happened to ground roll? The Leading Edge, 5, no. 3, 40-45, 1986 (March).
Приложение D. Группирование приемников, источников и накапливание по ОСТ
В этом приложении рассматривается задача подавления помехи с целью повышения отношения С/П. Действие групп приемников и источников показано па примере подавления преломленной волны. Далее говорится о представлении волн в пространстве и времени и в векторной форме. Затем описывается очень простой способ расчета групп приемников и источников и их эффективного сочетания для лучшего подавления помех в целом. При анализе линейных групп рассмотрены как однородные равномерные, так и неоднородные группы и их комбинации, применяемые для более сильного подавления помех в целом. Рассмотрены площадные группы в форме параллелограммов и звезд и их практическое применение. Кроме того, описывается подавление помех накапливанием по ОСТ, которое рассматривается и само по себе, и в сочетании с группированием приемников, а также в связи с концепцией суммогрупп.
Как действует группирование
Каким образом группы приемников и источников ослабляют некоторые виды помех и в то же время позволяют записывать отраженное
сигналы? Мы продемонстрируем свойства групп на примере, в котором в качестве помехи выступает преломленная волна, а в качестве полезного сигнала-отражение от более глубокой границы. Рассмотрим среду, сложенную из трех однородных и изотропных слоев:
Слой
Скорость
Мощность
1
Z1
2
V2 = U1
ч
3
00
Волны от источника на поверхности, падающие на первую границу, будут частично отражаться и частично проходить вглубь (рис. D.1). Угол падения принят между нормалью к границе и падающим лучом. Для отраженных лучей угол отражения равен углу падения. При малых углах падения луч волны, проходящей в нижний слой, где скорость больше, отклоняется дальше от нормали и угол прохождения оказывается больше угла падения. Отношение между этими двумя углами определяется законом Снеллиуса:
sin 0(2/sin 0ц = и2/У1 •
В пашем примере sinOt2 = 5/2 sin 9П.
Рис. D.L Первичные отражения и преломления в трехслойной среде. Существует определенное расстояние от источника, начиная с которого преломленные (головные) волны могут возвращаться к поверхности*. Угол подхода лучей (измеряемый от вертикали) для преломленных волн больше, чем для отраженных, особенно на небольших удалениях от источника.
Рис. D.2. Волны, преломленные на границе, и волны, возвращающиеся на поверхность. В любых точках на волновом фронте, например ЕС или BF, времена прихода волны одинаковы. Волна в точке D запаздывает относительно точки В на величину FD/vx, где их - скорость в верхнем слое. Кажущаяся скорость для распространения волны вдоль поверхности определяется как расстояние BD, деленное на время запаздывания, и потому равно v^BD/PD), или скорости ии деленной на синус угла подхода волны. Кажущаяся скорость головной волны на поверхности равна скорости в преломляющем слое и2.
При некотором угле падения, называемом критическим, проходящая волна отклоняется от нормали настолько, что ее луч становится горизонтальным и образуется преломленная волна, скользящая во второй среде вдоль границы раздела. Критический угол падения г можно определить из закона Снеллиуса, если положить 6|2 = 90°; тогда
sin f = (Н1/р2) sin 90° = и,/^ •
В нашем примере sin / = >/(^5 = 0,707 и / = 45°.
Поскольку преломленная волна распространяется во втором слое с большей скоростью, ее волновой фронт опережает фронт волны в первом слое. Энергия преломленной волны, скользящей вдоль границы, возвращается в первый слой. Образовавшаяся волна идет к дневной поверхности в направлении от источника . По закону Снеллиуса, угол между лучом головной волны, бегущей вверх, и нормалью к границе равен критическому углу z = агезт^/рз). Существует минимальное удаление от источника, на котором головная волна выходит на поверх- посты Ближе этого удаления она не может быть обнаружена.
Рисунок D.2 иллюстрирует приход головной волны к дневной поверхности. Заметим, что время пробега от Л до С со скоростью v2 равно времени пробега от А до Е в среде с меньшей скоростью рх. Волны находятся в фазе па волновом фронте ЕС и далее-на волновом фронте BF. (В изотропной среде фронт волны перпендикулярен лучам. Во всех точках волнового фронта фазы волны одинаковы.) Лучи головных волн в верхнем слое со скоростью v2, как показано на рисунке, наклонны.
Заметим, что скользящей преломленной волны на дневной поверхности не существует. Однако по дашшхм измерешш на дневной поверхности может сложиться противоположное впечатление . Разность измеряемых времен прихода волны в точки В и D равна расстоянию FD, деленному на скорость Vp Но кажущаяся скорости волны, бегущей вдоль поверхности, равна расстоянию BD, деленному на время пробега от F до D. Поэтому кажущаяся скорость на поверхности равна BDKFD/vy) = = v, (BD/FD) = п2.
Предположим, что период (время между горбами) преломленной волны в точке В равен 0,0333 с. Тогда преобладающая частота будет равна 30 Гц, а преобладающая кажущаяся длина волны-кажущейся скорости, деленной на 30 Гц. Пусть скорость в первом слое иг = 1830 м/с и во втором v2 = 2590 м/с. Скорость в третьем слое и3 = 3660 м/с. Кажущаяся длина волны нашей преломленной волны с частотой 30 Гц будет 2590/30 » 86 м. Далее, если расстояние BD равно половине кажущейся длины волны, т. е. 43 м, то преломленная волна, измеренная в точке В, отличается от волны, измеренной в точке D, на половину длины волны. Это означает, что волны в В и D различаются по фазе на 180°. При сложении колебания в точках Ви D будут взаимно ослабляться. (При одинаковых амплитудах и точном равенстве расстояния BD половине длины волны колебания компоненты 30 Гц будут полностью погашены.)
Измерив кажущуюся длину преломленной волны, рассматриваемой как помеха, и разместив два приемника на расстоянии друг от друга, равном половине длины волны, мы создаем простую группу для подавления такой помехи. Для этого нам не нужно знать истинную скорость в первом слое и критический угол. Тем не менее оказывается возможным рассчитать группу, ослабляющую волны с частотой 30 Гц и углом подхода к приемнику, равным критическому.
Заметим, что группа является фильтром по такому параметру, как длина волны. Реальный импульс преломленной волны состоит из множества компонент в некоторой полосе частот, а не только из компоненты с частотой 30 Гц. Рассмотрим составляющую с частотой 35 Гц. Соответствующая длина волны составит 2590/35 = 74 м. Для этой компоненты расстояние BD = 43 м не обеспечивает разности фаз колебаний в точках В и D величиной в 180°. Вместо нее появится разность фаз Дф = (43/74) 360° = 210°, или Аф = (43/74) 2л = 3,65 рад.
Относительной амплитудой мы будем называть отношение суммарной амплитуды сигналов (или помех), измеренных в некотором числе "точек, к произведению амплитуды сигналаДили помехи) в одной точке
на число точек измерений. Если амплитуды компоненты 35 Гц преломленной волны в точках В и D равны (Ав = АД то относительная суммарная амплитуда двух колебаний будет равна
[ЛуСоз (210°/2) + Лрсо8(-21072)]/2ЛВ = | cos (210°/2) | = 0,26
(см. рис. D.5, справа^ для двух векторов).
Предположим, что задача состоит в картировании границы между слоями 2 и 3. Отражение от этой границы приходит в некоторую точку поверхности (рис. D.1) под углом 15° к вертикали. Кажущаяся скорость этого отражения равна v1/sin 15° ~ 7000 м/с (см. рис. 4.3). Длина волны частотной компоненты 40 Гц равна 7000/40 ~ 177 м. Разность фаз для двух приемников, разнесенных на расстояние 43 м, составит (43/177) 360° ~ 88°. Относительная суммарная амплитуда для компоненты отражения с частотой 40 Гц будет равна
| cos (8872) | = 0,72.
Относительные амплитуды компонент отражения на более низких частотах будут больше" приближаясь в пределе к 1,0*(поскольку длинГ волны возрастает и соответственно фазовые углы, определяемые длиной группы, становятся меньше). Относительная амплитуда всех частотных, Тсомпбйент отражений стремится к 1,0 на малых удалениях, так как при этом углы подхода становятся малыми, а длины волн большими. С увеличением числа приемников подавление преломленной волны будет эффективным в более широком диапазоне частот импульса помехи.
Описанный пример иллюстрирует, каким образом можно рассчитать очень простую группу приемников, способную подавлять помеху и в то же время выделять отражение. А как действует группа источников для подавления преломленной волны на поверхности? Обратимся снова к рис. D.2 и предположим, что вместо приемников в точках В и D помещены источники. Источники излучают цолны во всех направлениях. Луч ВА, выходящий из источника В, образует преломлышую волну, бегущую вдоль границы со скоростью v2 во второй среде. Аналогичным образом луч DC от источника в точке D также образует преломленную волну, бегущую вдоль границы. Но для компоненты с частотой 30 Гц обе преломленные волны различаются по фазе на 180° и, следовательно, ослабляют друг друга. Поэтому два источника на,поверхности, разпет сенные на половину длшн>1 волны, Ьораз}Тот на границе, раздела сред_ Преломленные волны, ослабляющие друг друга. 1 аким образом подавляется преломленная волна-помеха, распространяющаяся по поверхно- сти земли вдоль лрофиля, проходящего через оба источника. (Под прямыми углами к линии, соединяющей источники, волны складываются в фазе, что приводит к образованию сильных преломленных волн в-эхих направлениях.)
В нашем примере показан расчет группы источников, характеристика
излучения которой при угле, равном критическому, равна нулю (вдоль профиля) па частоте 30 Гц. Это было сделано без знания истинной скорости в первом слое или самого критического угла. Таким образом, группа источников, которая не излучает энергию на частоте 30 Гц под критическим углом, идентична группе приемников, не чувствительной к энергии волны на частоте 30 Гц, подходящей к поверхности под углом, равным критическому.
Волны во времени и в пространстве
Рисунки D.3 и D.4 могут быть полезны читателю, незнакомому с представлением гармонических волн во времени и в пространстве. На рис. D.3 вверху показана косинусоидальная волна как функция времени в фиксированной точке. С течением времени частицы среды смещаются от горба к впадине, от впадины к горбу и т.д. Период Т волны есть разность времен между последовательными горбами или впадинами пли между любой точкой волны и следующей идентичной ей точкой косинусоиды («идентичной» по амплитуде и фазе). Уравнение такой волны
А(х) - Ао [cos(2n х/Х)]
Рис. D.3. Гармоническая волна как функция времени и положения в пространстве Вверху косинусоидальная волна как функция времени в фиксированной точке. Внизу косинусоидальная волна как функция координат точек в фиксированный момент времени.
х --А/2 х --АДх -АМ х -А/2
Рис. D.4. Косинусоидальная волна в фиксированный момент времени, представленная отсчетами, сделанными в фиксированных точках пространства. Вверху-косинусоидальная волна как функция координат дискретных точек с амплитудами, измеряемыми относительно прямой А А. Внизу -векторная диаграмма, где измеренные амплитуды представлены векторами относительно прямой А А.
имеет вид
A (z) = Ао cos [(2я/Т) d = Л 0 cos (2л/О = А0 cos (сот),
где /-частота в Гц и со-угловая частота в рад/с.
На рис. D.3 внизу изображена эта же волна, но как функция положения точки в пространстве в фиксированный момент времени. В разных точках среды частицы смещаются от горба к впадине и т.д. Длина волны X есть расстояние между последовательными горбами или впадинами или между любой точкой волны и следующей идентичной ей точкой косинусоиды. Уравнение такой волны запишется в виде
А (х) = Ао cos [(2я/Х) х] = Л 0 cos (2лхх) = А0 cos (сох),
Максимальный оТклик одного сейсмоприемника, установленного в некоторой точке на поверхности, происходит в момент прохождения горба волны и равен К(/)Я0, где К(/)-чувствительность приемника в зависимости от частоты. Представим себе четыре приемника, соединенных последовательно и установленных па поверхности в одной точке. При прохождении горба волны максимальный отклик такой группы будет 4К(/)Л0. Определим относительный отклик группы из последовательно соединенных равночувствительпых элементов как суммарный отклик, деленный на произведение отклика одного элемента на число элементов. Относительный отклик четырех элементов, расположенных в одной точке, равен 1,0.
Линейные группы приемников и источников с равномерным расположением элементов
На рис. D.4 изображена косинусоидальная волна как функция расстояния па поверхности земли в фиксированный момент времени. В верхней части рисунка показаны точки поверхности, в которых стоят приемники, и полученные в них отсчеты. Допустим, у нас есть группа из четырех последовательных элементов, расположенных в точках И, I, 1 и 2. Относительный отклик при прохождении горба волны будет меньше 1,0, так как в момент его прохождения через один из обозначенных приемников остальные три приемника находятся вне воздействия этого горба. Реальный относительный отклик будет суммой ординат в точках II, I, 1 и 2, деленной на 4J0.
В нижней части рис. D.4 приведена векторная диаграмма, характеризующая ту же волну, принятую в тех же точках поверхности. Все векторы этой диаграммы имеют начало в центре окружности, радиус которой равен Ао. Сумма векторов, обозначенных II, I, 1 и 2, равна сумме смещений каждого вектора от прямой А А. Компоненты, параллельные А А, взаимно уничтожаются. Этот рисунок иллюстрирует использование векторной диаграммы для изображения откликов приемных групп па воздействие гармонической волны. Показанные на рис. D.4 отсчеты в точках установки приемников можно свести в следующую таблицу:
Точки
Фазовый угол, традусы
Ордината•
1
15
Лосоз 15° = 0,966 Ао
I
-15
Ло cos (—15°) = 0,966 Ао
2
45
40cos45° - 0,707 Ао
II
-45
Ао cos (-45°) = 0,707 Ао
3
75
H0cos 75° = 0,259 Ао
III
-75
Л cos (-75°) = 0.259 А.
Точки
Фазовый угол,Ордината
градусы
4 IV
5 V
6 VI
105Л0со8 105° = -0,259 Ло
- Ю5Лосо5 (-105°) = -0,259 Ло
135Ло cos 135° = -0,707 Ло
-135Лоcos(-135°)= -0,707 А0
165Ло cos 165° = -0,966 Ло
-165Лосо8(—165°) = -0,966 Ло
Будем считать, что отсчет в каждой точке соответствует приращению фазы волны на 30°. Например, отсчет 1 отвечает приращению фазы от 0 до 30°, а отсчет V-приращению фазы от —120° до —150°. Шесть отсчетов III, II, I, 1, 2 и 3 охватывают только 150°, но соответствуют 180°, т.е. половине длины волны. Относительная амплитуда отклика на выходе группы равна 0,644. Если бы приемники были установлены па равных расстояниях очень близко друг к другу в пределах половины длины волны, то относительный отклик приближался бы к интегралу от функции косинуса в пределах от —л/2 до л/2, деленному па л и равному 2/л, или 0,637. Заметим, насколько близка сумма шести дискретных отсчетов к относительному отклику в случае непрерывной функции.
Интеграл от cos фб/ф в пределах от — ф до + ф равен 2 sin ср. Средняя ордината определяется величиной этого интеграла, деленной на .2ф._ и равна (sin ф)/ф. Эту функцию можно использовать для оценки относит тельного отклика любой равномерной линейной группы с близко распо-. ложепИыми элементами. Заметим, что сумма всех двенадцати отсчетов в приведенной выше таблице представляет собой отклик на полную длину волны и равна нулю-значению функщш (sin ф)/ф при ф = л.
Например, представим себе группу из множества приемников с эффективной длиной (базой) 38 м. Каким будет ее отклик на сигнал или помеху с кажущейся длиной волпы 66 м? База группы, выраженная в длинах волн, составит 38/66 = 0,576 длины волны. Поскольку одна длина волны соответствует 2л рад, база группы составит 0,576 *2я рад. Таким образом, отсчеты берутся в пределах от —0,576л до + 0,576л. Для многоэлементной группы можно использовать интегральное приближение: [sin (0,576л)]/0,576л = 0,537. Относительный отклик будет равен 0,537.
„Важно помнить, что эффективная длина линейной равномерной группы приемников или источников равна ее истинной длине плюс еще один промежуток между элементами. Это ооъясняется тем, что каждый" отсчет ОеретсядепёТППТ^пвал дискретизации, равный расстоянию между приемниками. При большом числе элементов и малых промежутках между jwmh различие между истинной и/эффектна длиной группы может быть несущественным^ Но при малом количестве приемников^
Рис. D.5. Векторы, представляющие нечетное и четное число отсчетов косинусоидальной волны. Слева-для группы приемников или источников с нечетным числом элементов, справа-для группы с четным числом элементов.
^в группе это различие становится весьма заметным. У группы из двух элементов, размещенных друг от друга на. расстоянии в половину длщгы волны, истинная длина равна половине длины волны, а эффективная (база)-полной длине волны. Различие в относительном отклике тогда такое же, как между числами 0,637 и 0!
Действие групп источников такое же, как и групп приемников. Предположим, что используется один вибратор, перемещающийся через 2-3 м на базе 38 м (или, точнее, на расстоянии 38 м минус одно перемещение). Если сигнал или помеха имеют кажущуюся длину волны 66 м, то относительный отклик на такой источник будет 0,537. Если_ ерчетать групповой источник с базой 38 м и приемную группу с базой.38, _то относительный отклик составит (0,537)z = 0,288. Нужно не забывать, что эффективная длина любой равномерной линейной группы приемников или источников больше истинной на один промежуток между элементами.
На рис. D.5 равномерные группы приемников или источников представлены с помощью векторных диаграмм: слева-случай с нечетным, справа-с четным числом элементов. Фазовый угол ф соответствует расстояшпо между элементами, деленному на длину волны и умноженному на 2тг (при ф-в радианах) или на 360° (при ф-в градусах). Пользуясь рис. D.5, можно наглядно представить, что относительная суммарная амплитуда откликов любого числа элементов п есть /” \12
(JXрп = ’ + ~ {cos ф 4- cos 2ф 4-... cos [0,5 ^п — 1) ф]}
при нечетном п и
/" \2
I E^i \!п = — {cos(q>/2) + cos(3tp/2) + ...cos[(n — 1)q>/2]} \ 1 /и
при четном п. Для нечетного либо четного числа (и) отсчетов эти нормированные суммы равны
(Е^3/и = I Esin(лф/2Д/Е/1 sin(ф/2)] |.
Если л < 4 или фазовые углы между отсчетами больше 60°, следует производить суммирование, а не интегрирование. В остальных случаях интегрирование дает удовлетворительный результат для большинства целен.
Приближенный расчет групп приемников и источников
Рассчитать степень подавления помехи чп потерь сигнала^можно с помощью компьютераГОднако компьютер не всегда оказывается под рукой или же не всегда есть желание перелистывать толстые альбомы характеристик групп, чтобы выбрать желаемые параметры. К счастью, для расчета линейных параметров равномерных групп приемников (и для некоторых более сложных случаев) существует легкий способ, достаточно точный в величинах длин волн, но только приближенный в величинах степени подавления. Однако в поле реальные характеристики групп оказываются искажены влияниями неоднородности ЗМС, условий установки, неточного размещения приемников и т. п. Поэтому приближенные оценки степени подавления вполне отвечают условиям полевых работ. Кроме того, для проведения приближенного расчета достаточно иметь карандаш и обратную сторону конверта, хотя может быть полезен и ручной калькулятор.
Основой приближенного способа расчета являются простые выражения для длин волн, на которых подавление теоретически бесконечно, т. е. на них имеют место так называемые провалы (минимумы) характеристик. Существуют также и простые выражения для длин волн, на которых подавление слабое,-им соответствуют пики (максимумы) характеристик. На некоторых пиках подавления вообщеце-лшписходит. Такой пик_имеет~место на бесконечной длине волны. Назовем пик па бесконечной длине волны нулевым, следующий за ним пик па наибольшей конечной длине волны -первым пиком, а предшествующий ему провал -первым провалом. Для равномерной группы подавление на первом пике составляет около 12 дБ. (Точнее, подавление на первом пике равно 9,5; 11,4 и 13,4 дБ соответственно для 3-, 4- и 24-элемептной группы и при числе элементов больше четырех превышает 12 дБ.) На.
ягельный пик (посколькугорб-волны одновременно воздействует на все элементы)?. HaadifcTT^ пик первым нулевым пиком. (Аналогичным путем на длине волны, равной половине расстояния между элементами, образуется второй нулевой пик.) ^
Наилучшее подавление обеспечивает область малого Дика, расположенная посередине между нулевым и первым нулевым пиками. При четном числе промежуточных пиков наиболее высокую (лучшую) степень подавления дают два средних пика. Согласно осторожным оценкам, подавление увеличивается примерно на 2 дБ на октаву в сторону среднего пика (или пиков), а далее аналогичным образом уменьшается. Примем не очень большой предел максимального подавления-около 24 дБ. Пик перед следующим нулевым пиком обеспечивает то же подавление, что и первый пик (около 12 дБ). В прил. А приведены удобные бланки, облегчающие расчет параметров групп приемников и источников для достижения желаемой результирующей характеристики. Рекомендуется размножить эти формы или изготовить их самим. Как пользоваться этими бланками, показано ниже в этом приложении.
Пусть и-число элементов в группе приемников или источников при равных промежутках d между смежными элементами. Число провалов между нулевым и первым нулевым пиками равно (п — 1). Соотношения между длинами волн и распределением минимумов характеристики сведены в табл. D.L
Число максимумов между нулевым и первым нулевым пиками равно (л — 2). Следует помнить, что величина подавления па пулевом и первом нулевом пиках равна пулю. Длины волн максимумов и приблизительные оценки степени подавления сведены в табл. D.2.
Иногда возникает необходимость расчета по точной формуле отклика линейной равномерной однородной группы приемников и источников:
R = 201gR = 201gsin tund/X)п sin (ud/X)sin tund/X)п sin (ud/X)дБ.дБ.(D.l)(D.l)
R = 201g
R = 201g
sin tund/X)п sin (ud/X)
sin tund/X)п sin (ud/X)
дБ.
дБ.
(D.l)
(D.l)
Таблица D.L Провалы между нулевым пиком и первым нулевым пиком
Число элементов п
Число Длины волн провалов X провалов
1 2
3 4
5 п
0-
1nd
2nd,nd/2
3nd,nd^ nd/3
4nd,nd/2, nd/3, nd/4
n— 1nd, nd/2,ndp, nd/4,... ndRn — 1)
Таблица D.2. Пики между нулевым и первым нулевым пиками
пЧисло
пиков
Длины волн пиков X и приближенная степень подавления на каждом пике (дБ) (предел максимального подавления 24 дБ)
10
20
31
2nd/3 (9,5 дБ)
42
2nd/3, 2nd/5
(ИЛ) (11,4)
53
2nd/3, 2nd/5, 2nd/!
(12)(14)(12)
б4
2nd/3, 2nd/5, 2nd/!, 2nd/9
(12)(14)(14)(12)
7^
2nd/3, 2nd/5, 2nd/!, 2nd/9, 2nd/\ 1
(12)(14) * (16)(14)(12)
пп — 2
2nd/3, 2nd/5, 2nd/!, ..., 2nd/V.2(n - 1) - 1]
Неоднородные группы приемников и источников
Автор не выступает за применение сложных групп с тщательно рассчитанными весами элементов. Хотя теоретически такие группы позволяют достигать очень высокой степени подавления в выбранном диапазоне длин волн, в поле они просто не работают. Однако можно без особых трудностей использовать неоднородные группы главным образом для создания дополнительных провалов характеристики на длинах волн, недостаточно подавленных группированием. Работая способом Вибросейс, нетрудно создать группу с разными весами элементов, размещая вибраторы на небольших расстояниях друг от друга по обе стороны от профиля, и производить записи и суммирование в нескольких местах по мере продвижения группы вибраторов вперед с определенным шагом. Таким образом создается трапецеидальное распределение весов элементов группы. Рис. D.6 иллюстрирует такое распределение весов, которого можно достичь двумя способами. Указанные боковые смещения могут быть равны нулю для продольных групп источников и приемников, или же они могут быть значительными в случае площадных групп (в форме параллелограмма). Характеристика в отношении волн, бегущих параллельно сейсмическому профилю, будет такой же, как для продольной группы. Но элементы, образующие параллелограммы, помогают подавлять помехи, распространяющиеся приблизительно перпендикулярно профилю. В последующем изложении предполагается, что боковые смещения равны нулю или что помеха распространяется только параллельно профилю.
Попппи rmmno nKnmvPTrn пяткШ ПибпатоПИМИ. ТРИ раза ПСреМС-
X X X X X X X X X
X X X X X = X X X X
X X X X X X X X X
X X X X X X X X X
X X X X
12344321 Весовой 12344321множитель
Рис. D.6. Анализ одного вида неоднородных (с разными весами элементов) групп источников или приемников. Приведенные составные группы эквивалентны продольным группам. Группа источников слева состоит из пяти вибраторов, размещенных на расстоянии d друг от друга и три раза перемещающихся после каждого свипа по профилю на расстояние d. Всего образуется четыре положения каждого из пяти вибраторов.
Группа источников справа состоит из четырех вибраторов с расстоянием d между ними, которые четыре раза перемещаются после каждого свипа на расстояние d. Всего образуется пять положении каждого из четырех вибраторов.
Группа слева должна иметь минимумы характеристики, свойственные пятиэлементной группе и обеспечивающие достаточно сильное подавление помех на длинах волн 5d, 5d/2, 5d/3 и 5d/4. Группа справа должна иметь минимумы, свойственные четырехэлсментной группе, на длинах волн 4d, 4d/2 и 4d/3. Обе составные группы должны иметь оба набора минимумов, поскольку они эквивалентны.
Можно сделать общий вывод о возможности рассчитать серию провалов характеристики путем умножения числа элементов на расстояние между ними и вторую серию провалов-путем умножения числа положений элементов на величину их перемещения.
щающимися в направлении профиля на расстояния, равные интервалу между вибраторами. Эквивалентную группу можно образовать всего из четырех вибраторов, но перемещающихся четыре раза на расстояния, равные интервалу между вибраторами. Суммарная характеристика должна содержать все провалы, которые образуются при числе вибраторов 5 и расстояниях между ними d плюс все провалы для числа вибраторов 4 и расстояний между ними d. Это приводит к расширению полосы длин волн, на которых достигается достаточно хорошее подавление помех.
Из рис. D.6 можно сделать общин вывод, что возможно образовать серию провалов характеристик на основе числа элементов и расстояний между ними, а также вторую серию провалов на основе числа положений элементов и увеличения числа их перемещешш.
В то время как неоднородные трапецеидальные группы возбуждения легко реализуются при подвижных источниках, аналогичное группиро- ватше приемников всегда трудноосуществимо. Однако иногда оно себя оправдывает. Для подавления помех, распространяющихся вдоль профиля, группы в форме параллелограмма совместимы с концепцией суммогрупп, если любое произведение nd равно целому числу интервалов группирования. Конечно, объединяя трапецеидальные группы при-
емников с аналогичными группами источников, можно получить четыре серии провалов в результирующей характеристике и достичь очень широкой полосы эффективного подавления длин волн. Но следует внимательно следить за тем, чтобы не подавлялись одновременно и полезные сигналы отражений, когда базы групп становятся слишком длинными.
Численный пример расчета группы источников с трапецеидальным распределением весов элементов
Проиллюстрируем характеристику группы источников с трапецеидальным распределением весов элементов на численном примере. Используем группу, показанную на рис. D.6, при числе вибраторов 4, расстояниях между ними d = 18 м и пяти положениях вибраторов (число перемещений 4). В табл. D.3 перечислены провалы и пики как для пяти положений (четырех перемещений), так и для четырех вибраторов. Можно сложить величины подавлений (в дБ) для получения суммарного подавления помехи группой. (Интуитивно это может быть неочевидно, но действие групп независимо.) Известно, что минимумы образуются на каждой длине волны, где имеется провал либо для четырех источников при d = 18 м, либо для пяти положений каждого вибратора, отделенного от соседнего расстоянием 18 м.
Таблица D.3. Провалы и пики (min и шах) характеристики группового источника (в величинах длины волны, м) с разными весами элементов и дополнительной группы приемников. Пример для случая четырех элементов в источнике с интервалом 18 м при пяти положениях и четырех перемещениях на 18 м каждое
Пять положений, интервалы 18 м, nd = 90 м
Четыре вибратора, интервалы 36 приемников на базе 56 м.
18 м, nd = 72 м
nd = 58 м
min
шах
minmax
min
max
90
67
72
58
49
45
36
36
39
30
26 '
29
29
24
23
18
18
19
23
(первый нулевой
(первый нулевой
пик)
пик)*
Рис. D.7. Пример приближенного расчета группы приемников или источников.
На рис. D.7 показано, каким образом можно применить форму бланка, приведенную в прил. А, для приближенного определения результирующей характеристики источника. Можно быть уверештым, что волны короче 98 м и длиннее 21 м будут в достаточной мере подавлены, за исключением длин волн в полосе примерно от 52 до 62 м, где подавление умеренно. Однако можно легко рассчитать группу приемников с провалом характеристики вблизи длины волны 58 м для получения результирующей характеристики источников и приемников, достаточно эффективной в широкой полосе длин волн (табл. D.3). На рис. D.7 на длинах волн провалов и пиков проведены вертикальные 01 резки. Отрезки впиз обозначают провалы, а вверх-пики. Подавление группой источников и группой приемников происходит независимо, и величину результирующего подавления, выраженную в децибелах, можно получить сложением степени подавления (в дБ) каждой из групп. Это свойство иллюстрирует рис. D.7. Заметим также, что можно добавить еще один провал па длине волны 18 м к числу провалов характеристики источника, показанных в табл. D.3, если использовать 10 положений с перемещениями по 9 м вместо 5 положений с перемещениями по 18 м.
Численный пример расчета группы приемников в форме параллелограмма
На рис. D.8 показана группа приемников, имеющая форму параллелограмма. Она состоит из двух параллельных линий по 24 сейсмоприемника в каждой при расстояниях между смежными приемниками 7,6 м и между линиями около 30 м. Продольный сдвиг одной липин относительно другой равен 53 м. Поперечное смещение линий на 30 м не влияет на реакцию группы в отношении помехи, распространяющейся вдоль профиля, что позволяет рассматривать такую группу как продольную. В результате образуется параллелограмм, эквивалентный трапецеидальной группе, также показанной на рис. D.8. Рассмотрим приближенную характеристику такой группы в отношении помехи, распространяющейся вдоль профиля. После этого рассчитаем отклик группы на высокочастотные компоненты отражения от глубокой целевой границы. Для расчетов используем трапецеидальный эквивалент группы.
Из проведенного выше анализа неоднородных групп источников (рис. D.6) известно, что группа в форме параллелограмма должна иметь одну серию минимумов характеристики при nd = 183 м (24-7,6 = 175 44- 7,6 м) и вторую при nd = 106 м (2 • 53 = 53 + 53 м). Поскольку п равно всего лишь двум, первый нулевой пик окажется на длине волны 53 м провал на этой длине волны отсутствует. Однако провалы будут приходиться на различные длины волн, более короткие, чем длина волны первого нулевого пика. Составная группа будет иметь минимумы на длинах волн 183; 106; 61; 46; 30,5 м и т.д. Располагая этой информа-
Рис. D.8. Группа в форме параллелограмма и эквивалентная ей группа в форме трапеции. В отношении помехи, распространяющейся вдоль профиля, трапецеидальная группа эквивалентна параллелограммной; эквивалентность имеет место и в отношении глубинных отраженных волн (за исключением отражений от vnvrwx гоаниц. падающих перпендикулярно профилю).
D = 3050 м 2500 м п d = 7,6 мУ= 4800 м/с л = 31 л = 17 nd — 7,6-31 = 236 м /7^7 =7,6-17 = 130 мL = 2500 — п d/2 м 2500 - 236/2 = 2382 м 2500 - 130/2 = 2435 мL + AL = 2500 + nd}2 м 2618 м 2565 м= 2D!u « 1.25 сD = 3050 м 2500 м п d = 7,6 мУ= 4800 м/с л = 31 л = 17 nd — 7,6-31 = 236 м /7^7 =7,6-17 = 130 мL = 2500 — п d/2 м 2500 - 236/2 = 2382 м 2500 - 130/2 = 2435 мL + AL = 2500 + nd}2 м 2618 м 2565 м= 2D!u « 1.25 с
D = 3050 м 2500 м п d = 7,6 м
У= 4800 м/с л = 31 л = 17 nd — 7,6-31 = 236 м /7^7 =7,6-17 = 130 м
L = 2500 — п d/2 м 2500 - 236/2 = 2382 м 2500 - 130/2 = 2435 м
L + AL = 2500 + nd}2 м 2618 м 2565 м
= 2D!u « 1.25 с
D = 3050 м 2500 м п d = 7,6 м
У= 4800 м/с л = 31 л = 17 nd — 7,6-31 = 236 м /7^7 =7,6-17 = 130 м
L = 2500 — п d/2 м 2500 - 236/2 = 2382 м 2500 - 130/2 = 2435 м
L + AL = 2500 + nd}2 м 2618 м 2565 м
= 2D!u « 1.25 с
цией, можно набросать приблизительную характеристику составной группы, имеющей форму параллелограмма (см. рис. 7.5).
Отражения от горизонтальных границ подходят под большими углами к вертикали на всех удалениях, кроме нулевого. Кажущаяся скорость отражения на поверхности равна эффективной скорости, деленной на синус угла подхода (см. рис. 4.3). Поэтому при малых углах подхода кажущаяся длина отраженных волн весьма велика. По мере увеличения угла подхода длины волн высокочастотных компонент отражений становятся настолько малыми, что отклик длинных групп приемников заметно уменьшается.
Как рассчитать отклик группы в форме параллелограмма (рис. D.8) на высокочастотные компоненты отражения? Вначале рассчитаем величину кажущейся скорости отражения на поверхности в области приема. Далее для любой частотной компоненты вычислим кажущуюся длину волны. Возьмем трапецеидальный эквивалент группы и рассчитаем отклик отдельно для ее малой и большой базы. Это делается делением эффективной длины каждой базы на величину кажущейся длины волны данной частотной компоненты отражешгя и умножением на 2л для получения полного фазового угла (в радианах) той компоненты, которая пропускается группой. Если обозначить половину этого угла ф, то относительный отклик на базе группы будет (sin ф)/ф. При этом предполагается, что расстояния между точками взятия отсчета (между элементами группы) малы по сравнению с кажущейся длиной волны данной компоненты. Необходимо найти веса откликов на обеих базах путем деления на число приемников в пределах каждой базы. После этого просуммируем взвешенные отклики на обеих базах и, разделив полученную сумму на общее число приемников, получим относительный отклик составной группы. Приведем пример расчета группы, показанной на рис. D.8, для следующих условий:
Глубина до отражающей границы Удаление
Число сейсмоприемников в группе
Расстояние между приемниками в пределах базы
Эффективная скорость
Число приемников на большой базе Число приемников на малой базе Эффективная длина большой базы Эффективная длина малой базы Удаление ближнего конца группы для большой базы для малой базы
Удаление дальнею конца группы для большой базы для малой базы
Время отражения пои нулевом улалении
Рассчитаем разность времен прихода отражения Д/ на концах большой и малой баз, используя точное равенство:
для большой базы
Далее, рассчитаем угол ф для каждой базы (половину фазового угла частотной компоненты, принимаемой данной базой группы):
ф = Дг/л (рад).
В результате расчета величин ф и (зшф)/ф для большой и малой баз и частот 50 и 40 Гц получим
Частота, Гц
(sin ф)/ф для nd = 236 м
(sin ф)/ф для nd = 130 м
50
0,0921
0,6344
40
0,3246
0,7553
Умножив найденные отклики на число приемников по каждой базе и разделив сумму этих произведений на общее число приемников, получим величину относительного отклика составной группы в форме параллелограмма (и ее трапецеидального эквивалента):
_ ^31 (0,0921) + 17(0,6344) п пол
отклик на частоте 50 Гц =—= 0,284,
г. 31 (0,3246) + 17 (0,7553)
отклик на частоте 40 Гц =—= 0,477.
Возможно, не сразу становится ясно, каким образом трапецеидальный эквивалент группы cnd = 236 м и nd = 130 м может обеспечить провалы характеристики на таких длинах волн, как 183 и 107 м. Дело в том, что при этих длинах волн отклики на обеих базах имеют противоположные полярности и их сумма, взвешенная по числу приемников, должна быть равна нулю. В качестве примера подсчитаем отклик на волны длиной 183 и 107 м.
Для X = 183 м ф = те (лс0/183; для X = 107 м ф = e(zz^/107. Отклики на каждой из баз будут равны
Длина волны X, м
Большая база (sin ф)/ф
Малая база (sin ф)/ф
183
-0,19551
0,35652
107
0,08963
-0,16344
Отклик составной группы па длине волны 183 м равен
31(- 0,19951) + 17(0,35652) -6,0608 + 6,0608
48+48’
2,7785 - 2,7785482,7785 - 2,778548а отклик составной группы на длине волны 107 м
2,7785 - 2,7785
48
2,7785 - 2,7785
48
31(0,08963)4- 17 (-0,16344) 48
Расчет подтверждает, а приведенный пример иллюстрирует, как образуется отклик составной группы.
Группы приемников и источников в форме звезды
На рис. D.9 и D.10 показаны группы источников и приемников в форме звезды, упоминаемые в гл. 12. Группа источников диаметром 61 м состоит из 15 взрывных скважин, распределенных по семи лучам.
Рис. D.9. Группа источников в форме семилучевой звезды с 15 взрывными скважинами.
Рис. D.10. Группа из 30 приемшпсов в форме пятилучевой звезды.
Приемная группа диаметром 60 м состоит из 30 приемников, распределенных по пяти лучам. На рис. D.9 видно, что один луч группового источника перпендикулярен сейсмическому профилю. В группе приемников один луч совпадает с линией профиля. Рис. 12.6 иллюстрирует подавление помехи, распространяющейся вдоль профиля, для показанных выше групп источников и приемников. Характеристику группы источников можно было бы несколько улучшить в отношении помехи, распространяющейся вдоль сейсмического профиля, если всю группу слегка повернуть так, чтобы один луч совпал с перпендикуляром к профилю, но тогда ухудшилась бы характеристика по отношению к помехе, приходящей под большими углами к сейсмическому профилю. Показанная группа приемников весьма эффективна для подавления помех с длинами волн короче 30 м.
Наилучшая ориентация лучей в звездообразных группах приемников и источников зависит от их параметров и свойств помех. Можно надеяться на появление компьютерных программ, которые позволят оценивать возможные параметры групп и ориентации лучей. (Расчеты откликов звездообразных групп можно производить с помощью ручного калькулятора, но это занимает очень много времени.) Обобщения делать рискованно, но, не располагая лучшей информацией, автор рекомендует применять звездообразные группы с нечетным числом лучей при одном луче, параллельном ожидаемому направлению распространения главной помехи. Если же помехи ожидаются со всех направлений, то желательно гтппгттпплпптг rnvnnv тгг>тлшпи-пп thv чтобы опии ПУЧ был ПвОПеПЛИКУ-
Длина волны, м
Рис. D.11. Подавление помехи группами разных размеров, имеющими форму пятилучевой звезды. Форма характеристик не меняется, но они смещаются в соответствии с изменениями диаметра группы.
лярен сейсмическому профилю, а группу приемников так, чтобы один луч был параллелен профилю или наоборот.
На рис. D. 11 приведены сравнительные характеристики приемных групп, конфигурация которых совпадает с показанной на рис. D.10, но размеры отличаются от ее размеров в два раза. Диаметр самой большой группы около 120 м, самой малой-около 30 м. Заметим, что изменение диаметра просто смещает характеристику по длине волны. Отклик средней группы на длине волны 61 м тот же, что и самой большой группы на длине волны 122 м и самой малой группы на длине волны 30,5 м. Можно подбирать размеры звездообразных групп приемников (как и других сложных групп приемников и источников), и при этом вовсе не нужно пересчитывать характеристики. Это облегчает выбор параметров групп в поле, где нет доступа к компьютеру. Для этого необходимо просто иметь набор характеристик для различных типов групп приемников и источников с фиксированными размерами. Можно подбирать размеры, перемещая положения провалов в характеристиках для подавления выбранных длин волн. Можно также подбирать группы источников, дополняя действие группы приемников, и наоборот. Заметим, что на рис. 12.6 первый минимум характеристики группы приемников совпадает с первым максимумом группы источников. Такое распределение было сделано нами преднамеренно.
Подавление помехи накапливанием по ОСТ
Свойство подавления помех накапливанием (суммированием) по ОСТ можно рассматривать аналогично группированию приемников, но в большем масштабе. Согласно концепции суммогрупп [1], суммирование по ОСТ лучше всего рассматривать в комбинации с группированием приемников как результат действия одной гигантской приемной группы (гл. 2). Однако в случаях, когда эта концепция неприменима или применима ограниченно, подавление помех путем накапливания по ОСТ нужно рассматривать отдельно.
Некоторые геофизики ошибочно полагают, что суммирование по ОСТ неэффективно для подавления помех с длинами волн, не превышающими величину приращения удалений в выборке ОСТ. Для очень коротких волн распределение фаз отсчетов, относящихся к далеко отстоящим друг от друга точкам поверхности, следует рассматривать как случайное. Тогда можно принять, что для очень коротких волн относительный отклик равен корню квадратному из числа отсчетов, деленному па число отсчетов, т. е. обратной величине корня квадратного из числа отсчетов (гл. 21). Например, если кратность перекрытий ОСТ равна 48, относительный отклик для очень коротковолновой помехи составит 1Д/48 = 0,144, что соответствует подавлению в 16,8 дБ. Этой величиной, конечно, нельзя пренебрегать. /
В диапазоне умеренных и длинных волн выборка ОСТ содержит сигналы и помехи, принятые в различных точках поверхности земли и, следовательно, в смысле подавления помех аналогична действию группы приемников. Таким образом, накапливание по ОСТ можно рассматривать в отношении подавления помех как группирование приемников. Различие в том, что до накапливания в каждую выборку стараются вводить кинематические и статические поправки. Кинематические поправки абсолютно необходимы, иначе полезный сигнал окажется не в фазе и будет подавлен вместе с помехой.
_Для оценки подавления_помехи_ можно воспользоваться приближенным способом, применявшимся выше для случая группирования приемников, или же использовать равенство (D.1) для точного расчета откли^ ка:
*sin(n»J/X)
Л = 20 lg. , ■ дБ,
п sin (я J/X)
или просто (не в децибелах)
R = I [sin (л/^/Х)] / [77 sin(nd/X)J,(D.2)
лде для ^последовательных выборок по ОСТ и-кратность перекрытия^ ^-приращение_удалений между последовательными выборками*.
Справедливо мнение, что накапливание по ОСТИеэффективно при nAr,„'r,r^<ov nntihmnuTpnknn пяиимх величине приращеННЯСмеж--
ных удалений. Это просто объясняется действием первого нулевого пика характеристики, за которым в области все более коротких волн следуют дополнительные провалы и малые пики (большинство их создает значительное подавление). В теории предполагается, что дискретные отсчеты помехи близки по амплитуде и амплитудному спектру и что фаза этих помех меняется пропорционально расстоянию от источника до точки взятия отсчета. Когда выборки ОСТ составляются из чередующихся удалений трасс прямых и обратных наблюдений (двусторонняя система), то в реальных условиях последовательные выборки формируются при относительно больших расстояниях между источниками и между приемниками па поверхности. В этом случае предположение о близости амплитуд и амплитудных спектров неприемлемо из-за изменений упругих свойств па поверхности и в верхней части разреза.
Принцип взаимности источников и приемников не полностью соблюдается по двум причинам. Во-первых, группы источников и группы приемников не идентичны (особенно когда используются взрывы в скважинах). Во-вторых, при передаче энергии мощного источника в среду имеют место нелинейные явления. Вследствие этого лучше рассма- _ тривать выборку только от прямого наблюдения плюс отдельную выборку только от обратного наблюдения, в результате чего приращение удаления-удваивается и, следовательно, удваивается длина волны.. первого нулевого пика. В этом случае еще можно пользоваться равенством (D.2), но в_дем число п следует положить равным ^половине кратности перекрытия, а величину d считать равной двойному прираще- шло удаления в выборке ОСТ. Следует также суммировать два относительных отклика для прямой 4i обратпойрасстановок. Отклики на сигналы -отражений аддитивны, в то время как отклики па помеху являются векторнойсуммой с некоторым фазовым сдвигом, что обеспе-_ чит дополпительнос-подавление помехи?^ ~
Вблизи нулевых пиков характеристики накапливания по ОСТ желательно обеспечить подавлепие помехи группами приемников или источников или же теми и другими вместе. В тех случаях, когда можно использовать концепцию суммогрупп, приемные группы действительно обеспечивают подавлепие помехи в области нулевых пиков характеристики ОСТ. Ниже показано, что произведение степени подавления за счет накапливания по ОСТ на степень подавления приемнымихпуппам^ "равно величине подавления^рассчитаинойлисоатветстрии^с концепцией суммогрушп(это может показаться очевидным, но доказательство мо-
ЗкетПЗйть все же полезным).
Расчет величины подавления согласно концепции суммогрупп для групп с базой, равной интервалу группирования, можно проводить по формуле (D.2), в которой л и d следует соответственно заменить на п^ = ,Чп% 11 ^$а> гДе п* кратность OCT, /zg-число приемников в группе и dsa-расстояние между приемниками в каждой группе.
ППИЛППРТПТР ТАПЕГА 9П rt!PT ип^рппипрппп ГГГ> О(^Т К^ПМГТТП ППРРТГТТПГ^ЗТТ^
по формуле (D.2) с заменой п на ns и dна ds1 где d3-приращение удалений в выборках ОСТ. Таким образом,
d3 — dsanR и Hsadsa n$d3.
Подавление только группой приемников рассчитывают по формуле (D.2) при п = ng и d= dy где dg-расстояние между приемниками. Тогда произведение относительных откликов, обусловленных группой приемников и накапливанием по ОСТ, равно
sin ^kh^JX^ sin (nn3djty ng sin (яdg/X) n3 sin (тиЦХ)
Однако d3 = ngdy следовательно,
sin(7nv4/A)
7zgsin(^Zg/X)
Учитывая, что ngn3 = nsa, nsadsa = n3d3 и dg = dsai запишем окончательно
sinOtHsAA) nsasm^KdsJX)
Полученное равенство выражает результирующую характеристику накапливания по ОСТ и группирования приемников при использовании концепции суммогрупп. Показано, что произведение относительной характеристики группы с базой, равной интервалу группирования, на относительную характеристику накапливания по ОСТ равно относительной характеристике суммогрупп в случае, когда эта концепция применима.
Для волн, длина которых больше расстояния между приемниками, фазовый угол в знаменателе мал и синус этого угла примерно равен величине самого угла в радианах. Это позволяет для волн умеренной и большой длины приведенную выше формулу записать приближенно:
= sinOu^aA)
sa ™sad$afX •
Эта формула относительной характеристики суммогрупп является при; ближенным выражением отношения (sin<p)/q>, широко используемого в этой книге.
Если выборки по ОСТ от чередующихся удалений последовательны и эффективное приращение удалений равно интервалу группирования, то длина волны первого нулевого пика равна интервалу группирования. Группы с базами, равными одному, двум, трем и т.д. интервалам группирования (разд. 2.2),-все они имеют провалы на длине волны первого нулевого пика характеристики накапливания по ОСТ. Однако если выборки на чередующихся удалениях прямых и обратных наблюдении неоднородны, тогда эффективное приращение удаления только
прямого или обратного наблюдений равно удвоенному интервалу группирования. В этом случае группы с базами в два интервала группирования в отличие от групп с базой в один интервал группирования еще смогут обеспечить провал на длине волны первого нулевого пика характеристики накапливания по ОСТ.
Подведем итог: накапливание по ОСТ эффективно для подавления помех, за исключением области длин волн вблизи нулевых пиков. Желательно рассчитывать группы приемников или источников (или тех и других) так, чтобы создавались провалы на длинах волн нулевых пиков харакасристики накапливания по ОСТ. Методика суммогрупп, в тех случаях когда эта концепция применима (т.е. когда база группы кратна приращению удаления между последовательными выборками ОСТ), обеспечивает указанные желательные провалы. Для очень коротких волн накапливание по ОСТ еще достаточно эффективно (даже вблизи теоретических нулевых пиков) благодаря нормальным изменениям свойств приповерхностного слоя и небольшим неизбежным неточностям расстановки приемников на профиле (так как эти причины вызывают нерегулярные изменения фазы помехи).
Литература
Anstey N. A. Whatever happened to ground roll? The Leading Edge, 5, no. 3 (March), 40-45, 1986.
Приложение E. Примеры систем наблюдений
В этом приложении приведены примеры специальных схем наблюдений и видов работ. Сейсмозондирования, проводимые для изучения помех, возбуждаемых источниками, используются с целью определения способов их наибольшего подавления. На профилях очень небольшой протяженности высокая кратность ОСТ для экспериментальных целей или для получения конечных результатов достигается применением систем наблюдений, у которых пункты возбуждения движутся относительно или неподвижной, или соответствующим образом смещающейся расстановки сейсмоприемников (сужающаяся и расширяющаяся системы наблюдений).
Сейсмозондирования для изучения помех
На рис. ЕЛ показан пример сейсмозондирования для изучения помех. В этом случае коса остается на месте, а пункты возбуждения располагаются с одного или с обоих концов расстановки. На рисунке показано только шесть точек приема, в то время как при проведении полевых работ обычно используется намного большее число трасс. В каждой точке приема устанавливается либо один сейсмоприемник,
ШПТ 1 2 3 4 5 8 АвС
X—36,6 Мх—36,6 м—х-о—о-о-о-о-о—X 36,6 мX36,6мX
О а
0х Пункты возбуждения
Ьо Пункты приема
Пункты возбужденияI и Л II и В III и СПункты возбужденияI и Л II и В III и СУдаления, м
Пункты возбуждения
I и Л II и В III и С
Пункты возбуждения
I и Л II и В III и С
6,1; 12,2; 18,3; 24,4; 30,5 и 36,6
42,7; 48,8; 54,9; 61; 67,1 и 73,2
79,2; 85,3; 91,4; 97,5; 103,6 и 109,7
Рис. ЕЛ. Пример сейсмозондирования для изучения помех.
Схема наблюдений, состоящая из шести расположенных по профилю (1-6) и трех поперечных (1, а и Ь) пунктов приема, а также шести пунктов возбуждения (I, 11, III, А, В, С).
Пункты приема располагаются через 6,1 м, а пункты возбуждения А и 1-на удалении 6,1 м от каждого конца расстановки.
Помехи регистрируются с пунктов возбуждешж, расположенных по профилю па удалениях 6,1-110 м от каждого конца расстановки с постоянными интервалами, равными 6,1 м.
При проведении полевых работ обычно используется значительно большее число трасс и помехи изучаются в пределах максимальных удалений, которые планируются при регистрации отраженных волн.
Поперечные линии приемников применяются для изучения помех в перпендикулярном профилю направлении. Выносные приемники могут располагаться на таких же расстояниях друг от друга, как и приборы, стоящие по профилю, или на больших расстояниях. .При изучении помех поперечные выносы приемников применять не обязательно.
либо гирлянда приборов, размещенных очень близко друг к другу. На каждом пункте возбуждения волны генерируются одним или группой рядом стоящих источников. Целью изучения помех является определение их параметров в диапазоне расстояний почти от пункта возбуждения до тех удалений, которые обычно используются при регистрации отраженных волн. Предпочитают равные и достаточно небольшие интервалы между пунктами приема колебаний во избежание пространственной неоднозначности представления всех значимых составляющих помех. Это требует как минимум двух значений помех на длину волны.
Часто сейсмическую косу раскладывают на поверхности в форме буквы L, с тем чтобы иметь возможность определять азимут прихода помех, их длину волны и скорость в перпендикулярном профилю направлении. В направлении, перпендикулярном профилю, приемники в общем можно располагать дальше друг от друга.
Система наблюдений с пунктом возбуждения, перемещающимся относительно неподвижной расстановки
На рис. Е.2 приведена схема получения данных ОСТ высокой кратности с перемещающимся пунктом возбуждения относительно неподвижной расстановки на профиле ограниченной длины. В этом случае коса остается неподвижной, а волны принимаются последовательно от серии пунктов возбуждения, как показано. Наибольшая достигаемая кратность ОСТ равна используемому числу трасс. Кратность уменьшается до единицы к каждому концу профиля ОСТ. Рассматриваемая система наблюдений часто применяется на конечном этапе опытных работ, когда необходимо получить ограниченные по объему данные ОСТ высокой кратности, с тем чтобы, обработав их и просуммировав, оценить качество тех материалов, которые можно
О Р о ММ иО Р о ММ иABCDEFOH I J К L М N и и и и *О*О*О*О*ОиОмОиОи и
О Р о ММ и
О Р о ММ и
Рис. Е.2. Система наблюдений со смещающимися пунктами возбуждения относительно неподвижной расстановки сейсмоприемников.
Коса остается на месте. Пример приведен для 8 пунктов приема и 17 пунктов возбуждения.
Максимальная кратность ОСТ равна числу записанных трасс на каждой сейсмограмме. В данном примере наибольшая кратность, равная восьми, достигается для глубинных точек 8 17. К концам расстановки кратность уменьшается до единицы.
В реальных полевых наблюдениях используется значительно большее число трасс и регистрируются данные от гораздо большего числа пунктов возбуждения. Некоторые удаления пунктов возбуждения за расстановку приборов могут оказаться слишком большими и поэтому быть неэффективными.
будет получить на окончательных разрезах по площади. (Эта система наблюдений обычно не применяется при опытных работах, разве что на площадях с плохим качеством материалов или на начальном этапе очень важной и большой программы.) Часто, когда системы наблюдений со смещающимся пунктом возбуждения используются в опытных работах, косу раскладывают назад, так что получается две или более выносных точек приема на каждой приемной расстановке. Это позволяет иметь пригодные для суммирования данные с двух или большего числа расстановок сейсмоприемников. Затем можно сопоставить просуммированные данные и решить, какие приемные расстановки лучше использовать при отработке основной программы на площади работ.
На практике отсоединяют (или не регистрируют) каналы, расположенные слишком близко к отрабатываемому пункту возбуждения. Поэтому число рабочих трасс будет уменьшаться по мере того, как пункты возбуждения будут приближаться к расстановке приемников или располагаться в ее пределах. Это несколько уменьшает максимальную кратность ОСТ.
Таблица ЕЛ. Удаления в каждой выборке ОСТ для примера, приведенного на рис. Е.2
Средняя точка
Диапазон удалений в интервалах группирования
1
4,5
2
5,5
3,5
3
6,5
4,5
2,5
4
7,5
5,5
3,5
1,5
5
8,5
6,5
4,5
2,5
0,5
6
9,5*
7,5
5,5
3,5
1,5
0,5
7
10,5
8,5
6,5
4,5
2,5
0,5
1,5
811,5
9,5
7,5
5,5
3,5
1,5
0,5
2,5
910,5
8,5
6,5
4,5
2,5
0,5
1,5
3,5
109,5
7,5
5,5
3,5
1,5
0,5
2,5
4,5
Н8,5
6,5
4,5
2,5
0,5
1,5
3,5
5,5
127,5
5,5
3,5
1,5
0,5
2,5
4,5
6,5
136,5
4,5
2,5
0,5
0,5
3,5
5,5
7,5
145,5
3,5
1,5
0,5
1,5
4,5
6,5
8,5
154,5
2,5
0,5
1,5
2,5
5,5
7,5
9,5
163,5
1,5
0,5
2,5
3,5
6,5
8,5
10,5
172,5
0,5
1,5
3,5
4,5
7,5
9,5
11,5
181,5
0,5
2,5
4,5
5,5
8,5
10,5
190,5
1,5
3,5
5,5
6,5
9,5
200,5
2,5
4,5
6,5
7,5
211,5
3,5
5,5
7,5
222,5
4,5
6,5
239,5
5,5
244,5
Как показано на рис. Е.2, диапазон удалений меняется для каждой записи и выборки ОСТ. Значения удалений (в интервалах между центрами групп приборов) для каждой выборки ОСТ приведены в табл. ЕЛ начиная со средней точки, расположенной около пункта возбуждения С, которой присвоен индекс «средняя точка 1».
Из таблицы следует, что в каждой выборке ОСТ (горизонтальные строки) удаления при переднем и заднем расположении косы чередуются между собой. Это происходит потому, что пункты возбуждения выбраны посередине между точками приема. Но число их при расположениях косы спереди и сзади различно, и, следовательно, число слагаемых будет различным. (В небольшом числе случаев возможно, что все выносы располагаются или спереди, или сзади.) С группами приемников двойной протяженности (гл. 2) число слагаемых в выборке ОСТ будет постоянным. Но с группами, базы которых равны одному интервалу группирования, недостаток последовательных чередований удалений при переднем и заднем расположении косы не обеспечит желаемого постоянного числа слагаемых в большинстве выборок. Но и в этом случае опыты по системе наблюдений с перемещающимися пунктами возбуждения относительно неподвижной расстановки приемников группами с базой в один интервал группирования обычно позволяют определить достижимое качество данных и оцепить возможности таких групп.
Система наблюдений с взаимно перемещающимися пунктами возбуждения и приема (сужающаяся и расширяющаяся системы наблюдений)
На рис. Е.З показан способ достижения высокой кратности ОСТ на профиле очень ограниченной длины. Мы называем эту систему наблюдений сужающейся и расширяющейся расстановкой, которая сходна с предыдущей системой наблюдений, только в ней и источники, и коса после получения каждой записи сдвигаются на один интервал, равный расстоянию между центрами групп. Пункты приема и возбуждения располагаются на одном профиле. (Их пространственное смещение на рис. Е.З сделано для того, чтобы показать разделение следующих друг за другом положений косы и производимых записей.) Первая запись производится при расположении источника далеко от одного конца косы. После получения каждой записи и пункт возбуждения, и целиком коса перемещаются на один интервал между центрами групп приборов. Эти перемещения делаются в противоположных направлениях, так чтобы первоначально расстояние между источником и косой уменьшалось. При следующих записях и перемещениях пункт возбуждения движется вначале по косе, а затем и за ней.
В эгой методике точки ОСТ остаются фиксированными, а кратность ОСТ равна обшему числу записей. На практике не регистрируются
х Пункты возбуждения о Пункты приема • Средние точки
-н
* I
И J
* К *L
Удаления (в интервалах
группирования) в выборках ОСТ
11Д9Л. 7.5. 5,5. 3^ 1,5. 0,5. 2,5 4Д6,5И8.$
10.5 8,5 6,5. 4Д 25 0,5. 1> 3,5. 5Д 7,5 И 9,5
9,5 7,5 5,5 3,5. 1,5.0,5. 2,5 4,5. 6,5. 8,5 И 10 $ , ,—
8Д6Д4 5 2ДОД 1Д 3,5 5Д 7,5. 9,5 И 1|,$
7,5 5Д 3,5. 1,5 0,5 2Д *5 6.5 8.5 10,5 И 18 л —
6,5, 4,5. 2,5. ОД 1,5 3,5. 5,5. 7,5 9,5 ИДИ 13^
Рис. Е.З. Сужающаяся и расширяющаяся система наблюдений.
Пример приведен для 12 пунктов возбуждения с шестью пунктами приема на запись.
Кратность ОСТ равна числу пунктов возбуждения.
В реальных полевых наблюдениях используется значительно большее число трасс и регистрируются данные от гораздо большего числа пунктов возбуждения. Некоторые удаления могут оказаться слишком большими и поэтому быть неэффективными.
данные в точках, расположенных слишком близко к пунктам возбуждения, и за счет этого кратность ОСТ несколько снижается. Протяженность профиля ОСТ равна половина длине косы. Нами выбрано такое расположение пунктов возбуждения, при котором они располагаются в середине между точками приема; поэтому записи, полученные при переднем и заднем расположении косы, чередуются в пределах выборок ОСТ. Но число их оказывается в общем различным. Группы приемников двойной протяженности позволяют получить желаемое однородное представление данных, но группы с базами в один интервал группирования не будут хорошими в этом отношении.
Приложение F. Короткие программы для программируемых калькуляторов
В этом приложении приведено семь программ для вычислений:
кажущейся (горизонтальной) скорости по нормальным приращениям времен;
разности нормальных приращений времени в пределах базы группы и частот /0б4, /0<3 и /0;
половины радиуса зоны Френеля;‘
поправок скорости за глубину скважины;
эффективной скорости по парным значениям времен прихода отраженной волны и соответствующих удалений;
параметров свипа для генератора нелинейных сигналов фирмы Pelton;
параметров свипа для генератора нелинейных сигналов фирмы Texas Instruments (TI).
Приведенные программы могут применяться отдельно или вместе па программируемом калькуляторе TI-66 (получившем распространение в Европе) при условии занесения их в его память. Если в калькуляторе задействовано несколько программ, то каждой из них приписывается своя метка, по которой она вызывается в случае необходимости. Распечатки этих программ приведены в конце приложения. Программы могут быть также адаптированы к другим программируемым калькуляторам. Для расчетов по аналогичным программам может быть использован калькулятор TI-65, по из-за ограниченного объема памяти в нем возможно хранить только одну программу.
Поскольку наиболее полная программа содержит 323 команды, то память TI-66 следует разделить, для того чтобы учесть это число команд до ввода объединенной команды. Это может быть сделано следующим образом:
Нажимаемая клавишаНа экране
2nd
Part
23327,22
Это позволяет иметь в программе до 328 команд (от ООО до 327), занимающих до 23 ячеек памяти (от 00 до 22).
Кажущаяся скорость по нормальным приращениям времен
Мы можем вычислить кажущиеся длины отраженных волн, поделив их кажущиеся скорости на частоту. После этого можно будет увидеть,
насколько некоторые группы приемников или источников могут подавлять отраженные волны.
Первая программа рассчитывает кажущиеся горизонтальные скорости отраженных волн от горизонтальных границ раздела.
МеткаА
На входеУдаление, эффективная скорость и двойноевремя пробега
отраженной волны
На выходеКажущаяся горизонтальная скорость
Операции и нажимаемые клавиши
Нажимаемые . Операции клавиши
2nd CMs
Ввод эффективной скорости STO 00
Ввод двойного времени отраженной волны
STO 01
Ввод удаления
А
Запуск программы. Считывание горизонтальной скорости
Пример в метрической системе единиц
Эффективная скорость4000 м/с
Двойное время отраженной волны2 с
Удаление3000 м
Кажущаяся горизонтальная скорость11 392 м/с
Разность нормальных приращений времени в пределах базы группы и частоты f064, f03 и f0
Эта программа рассчитывает разности нормальных приращений времени вдоль базы группы приемников или источников для волны, отраженной от горизонтальной границы раздела. Эти данные затем используются для определения частот, на которых отклик на эту волну уменьшается соответственно до 64, 30 и 0% от его максимального значения.
МеткаА'
На входе Удаление, эффективная скорость, двойное время пробега отраженной волны и база группы приемников или источников
На выходе Разность нормальных приращений времени вдоль базы группы и частоты, на которых отклик уменьшается до 64, 30 и 0% от его максимального значения
Операции и нажимаемые клавиши
Нажимаемые клавиши
Операции
2nd CMs
Ввод эффективной скорости
STO
00
Ввод двойного времени отраженной вол-
ны
STO
01
Ввод базы группы приемников или ис
точников
х~т
Ввод удаления
2nd, А'
Запуск программы. Считывание разности
времен распространения волны
R/S
Запуск программы. Считывание /о.б4
R/S
Запуск программы. Считывание /о.зо
R/S
Запуск программы. Считывание /0
Пример в метрической системе единиц
4000 м/с2с 150 м 3000 м0,00878 с57,0; 85,4 и 113,9 Гц4000 м/с2с 150 м 3000 м0,00878 с57,0; 85,4 и 113,9 ГцЭффективная скорость
4000 м/с
2с 150 м 3000 м
0,00878 с
57,0; 85,4 и 113,9 Гц
4000 м/с
2с 150 м 3000 м
0,00878 с
57,0; 85,4 и 113,9 Гц
Двойное время отраженной волны
База группы Удаление Разность времен Л>,64'Л>,зо.и-/о
Половина радиуса зоны Френеля
Половина радиуса зоны Френеля является мерой достижимой горизонтальной разрешенности отраженных волн от разведуемой границы раздела
Метка
На входе
В
Частота, двойное время пробега отраженной волны, средняя скорость до целевого горизонта и скорость в перекрывающем его слое. (Мощность рассматриваемого слоя должна быть такой, которая определяла бы длину волны, отраженной от границы
На выходе
раздела, расположенной над объектом разведки.) Половина радиуса зоны Френеля
Операции и нажимаемые клавиши
Нажимаемые Операции клавиши
2nd CMs
Ввод средней скорости до целевого горизонта STO 00
Ввод значения скорости в слое, залегающем на целевом горизонте
STO 01
Ввод двойного времени волны, отраженной от целевого горизонта
Х^Т
Ввод частоты
В
Запуск программы. Считывание величины половины радиуса зоны Френеля
Пример в метрической системе единиц
Средняя скорость4000 м/с
Скорость в покрывающем слое 4500 м/с
Двойное время отраженной волны 2 с
Частота30 Гц
Половина радиуса зоны Френеля 274 м
Поправки скорости за глубину скважин
Эта программа предназначена для внесения поправок в значения скоростей волн, найденных по данным скважинных наблюдений, с тем чтобы получить исправленные значения глубин, вертикальных времен и средних скоростей.
МеткаВ'
Па входе Глубина взрыва, поправка за отметку момента взрыва, удаление пункта взрыва, глубина приемника и наблюденное вертикальное время
На выходе Исправленные глубина и вертикальное время волны, средняя скорость по вертикали
Операции и нажимаемые клавиши
Нажимаемые Операции клавиши
2nd CMs
Ввод глубины взрыва
Операции и нажимаемые клавиши
Нажимаемые Операции клавший
STO 01
Ввод величины удаления STO 02
Ввод глубины расположения сейсмоприемника Х<->Т
Ввод наблюденного вертикального времени 2nd В'
Запуск программы. Считывание исправленной глубины R/S
Запуск программы. Считывание исправленного верти- R/Sкального времени
Запуск программы. Считывание средней скорости
Пример в метрической системе единиц
Глубина взрыва10 м
Поправка за отметку момента взрыва 0,002 с
Удаление15 м
Глубина расположения приемника103 м
Вертикальное время0,029 с
Исправленная глубина93 м
Исправленное вертикальное время0,027 с
Средняя скорость3489 м/с
Эффективная скорость по парным значениям времен прихода отраженной волны и соответствующих удалений
Для одной отраженной волны выбирают времена ее прихода и соответствующие расстояния от пункта возбуждения. Эти данные статистически обрабатывают и в результате получают наилучшие оценки эффективной скорости и времени на нулевом удалении. Полученные данные позволяют определить времена прихода отраженной волны для любого числа удалений.
По этим двум программам относительно легко рассчитать годографы отраженных волп, если заданы время прихода отраженной волны на пункте возбуждения (/0) и эффективная скорость (и). (Целесообразно делать перекрытие приращений, как описано в гл. 4.) Последовательность операций такова, что в качестве первой пары значений берутся время t0 и пулевое удаление. Затем выбирается любое удобное значение 'удаления (L), и для пего вычисляется точное время прихода отраженной волны V'» + (L/у)2, и эти величины принимаются в качестве второй пары значений. В результате счета программа выдает с коэффициентом „^^^Апптт 1 П nnpt<a пя wvnennM пынпсе /~ и Э(Ь(ЬектИВНУЮ CKODOCTb V.
Затем вы можете вычислить времена прихода отраженной волны для любого желаемого числа удалений.
Метка
На входе
На выходе
С и С
Любое число пар времен и удалений
Ряд пар данных, коэффициент корреляции, эффективная скорость и время на нулевом удалении
Последующие на входе Последующие на выходе
Удаления
Соответствующие времена отраженных волн для заданных удалений
Операции и нажимаемые клавиши
Нажимаемые клавиши
Операции
2nd CSR
(Отметьте изменение программы. Оно очищает статистические регистры.)
Х~Т
С
Ввод времени отраженной волны
Ввод соответствующего удаления
Данные введены. Показано число введенных пар. Ввод следующего времени отражения
Х*->Т •
Ввод соответствующего удаления С
Данные введены. На экране-число введешщтх пар Продолжайте до тех пор, пока не будут введены все пары данных.
2nd С''
Запуск программы. Коэффициент корреляции выведен на экране
R/S
На экране-время отраженной волны на нулевом удалении
R/S
На экране-значение эффективной скорости
Ввод любого желаемого удаления R/S
На экране-соответствующее время отраженной волны Можно продолжать счет до любого желаемого числа удалений.
Пример в метрической системе единиц:
Пары данных
(2,500 с, 300 м), (2,505 с, 700 м), (2,515 с, 1000 м), (2,530 с, 1500 м), (2,550 с, 2000 м)
Коэффициент корреляции
0,997
Время на нулевом удалении 2,500 с
Эффективная скорость Удаление 2500 м
V ПЛ ПРИТТА ЗППП Х4
3937 м/с
Время отраженной волны 2,579 с
Пипка гчттлалхгАттттотт ппппи 7 613 Г
Пример для заданных /0 и v:
Время отраженной волны на нулевом удалении
Эффективная скорость Первая пара данных время удаление
Принятое второе удаление Вычисленное второе время
2,0 с
6000 м/с
2,0 с
0,0 м
3000 м
[22 + (3000/6000)2]0-5 = 4,250,5 =
= 2,061552813 с
Коэффициент корреляции
Вычисленное время на нулевом удалении
Вычисленная эффективная скорость
Введем удаление, равное 2000 м время отраженной волны
Введем удаление, равное 4000 м время отраженной волны
1
2 с
6000 м/с
2,0276 с
2,1082 с
Программа расчета нелинейного свила фирмы Pelton
Программа вычисляет частоту и скорость ее изменения для любого момента времени в пределах длительности свина, вырабатываемого генератором нелинейных сигналов фирмы Pelton.
МеткаD
На входеНачальная и конечная частоты, коэффициент изменения частоты,
длительность свипа и промежуточные значения времени
На выходе Частота и скорость ее изменения для заданного момента времени
Операции и нажимаемые клавиши
Нажимаемые Операшш клавиши
2nd CMS
Ввод начальной частоты
STO 00
Ввод конечной частоты
STO 01
Ввод коэффициента изменения частоты
STO 02
Ввод длительности свипа
STO 03
Ввод времени
D
Запуск программы. Считывание частоты
Х~Т
Первый пример
Начальная частота
10 Гц
10 Гц
Конечная частота
100 Гц
100 Гц
Коэффициент изменения
частоты
6 дБ
бдБ
Длительность свипа
10 с
10 с
Время /
1 с
9 с
Частота на времени t
33,015 Гц
96,423 Гц
Скорость изменения
частоты
14,993 Гц/с
5,214 Гц/с
Второй пример
Начальная частота
12 Гц
12 Гц
Конечная частота
90 Гц
90 Гц
Коэффициент изменения
частоты
8 дБ
8 дБ
Длительность свипа
12 с
12 с
Время t
1 с
9 с
Частота на времени t
32,319 Гц
79,664 Гц
Скорость изменения частоты
12,479 Гц/с
3,748 Гц/с
Программа расчета нелинейного свила фирмы Texas Instruments
Программа вычисляет частоту и скорость ее изменения для любого момента времени в пределах длительности свипа, вырабатываемого генератором логарифмических нелинейных сигналов фирмы Texas Instruments.'
МеткаD'
На. входеНачальная и конечная частоты свила, длительность свипа
и промежуточные значения времени
На выходе Частота и скорость ее изменения для заданного момента времени
Операции и нажимаемые клавиши
2nd CMS
Ввод начальной частоты
STO 00
Ввод конечной частоты
STO 01
Ввод длительности свипа
STO 03
Ввод времени
2nd D'
Запуск программы. Считывание частоты
Нажимаемые клавший
Операции
Первый примерВторой пример
Начальная частота ’ Конечная частота Длительность свина Время t
Частота на времени z Скорость изменения частоты
10 Гц10Гц12Гц12Гц
100 Гц100Гц90Гц90Гц
10 с10с12с12 с
1с9с1с9с
3 6,016 Гц 94,423 Гц 32,079 Гц 82,022 Гц
18,766 Гц/с 3,753 Гц/с 15,205 Гц/с 3,041 Гц/с
Распечатка программ
№ команды
КлавишаКомментарии
000
LBLПрограмма для вычисления кажущейся (го
ризонтальной) скорости отраженных волн
001 002 003 004 005 006 007 008 009 010 ОН 012 013 014 015 016 017 018 019 020 021
022 023 024
А 1/Х STO 021/удаление
RCL 011
PRD 02//удаление
RCL 00 PRD 02vz/удаление
RCL 02 X2[о//удаление] 2
1
X0,5{1 + [vz/удаление]2}0,5
X RCL 00 =v{l + [vz/удаление]2}0,5
R/S
025
LBLПрограмма для вычисления разности нор
мальных приращений времени на базе груп-
026
027
А'пы и частот, на которых отклик группы
—приборов уменьшается до 64, 30 и 0% от
наибольшего значения
028 029
030
Х«->ТУдаление-длина базы в регистре Т
STO 02Длина базы группы
№ команды
КлавишаКомментарии
031
032 033
034
035
036
037
038 039
040
/ 2
STO
03Удаление-[длина базы]/2
/*
RCL 00
X ♦-* ТУдаление — база группы на дисплее
{удаление-[длина базы]/2)/у в регистре Т
041
042 043 044
045
046
047
RCL 011
INV P=>R Х*-»Т{г2 + [(удаление-длина базы/2)/и]2}0,5
ЕХС 03р2 + (1/и)2 [удаление-(длина базы/2)]2}0,5 =
= (Г.) в 03
048
049
050
051•
052
053
054
055
056
057
058
059
060
061
062
063
+
RCL 02 =Удаление + (длина базы)/2
' / RCL 00 =[удаление +(длинабазы)/2]/и
Х<-*Т[удаление +(длинабазы)/2]/у в регистреТ
RCL 01t
INV P=>R RCL 02удаление + (длина базы)/2
Х*-*Т{г2 + (1/и)2 [удаление + (длина базы)/
/212}0-5 =
064
065
066
067
068
069
070
071
072
073
074
075
076
RCL
03
=tb-/ta = M
R/S Приращение времени вдоль базы группы =Дг
X
2
=2Дг
1/Х1/2ДГ
R/S Частота,накоторойоткликравен64%=/064
X
1
№ команды
Клавиша
Комментарии
078
3/4ДГ
079
- R/S
Частота, на которой отклик равен 30% = /о.зо
080
X
081
4
082
/
083
3
084
1/Аг
085
- R/S
Частота, на которой отклик падает до ну- ля =/0
086
LBL
Программа для вычисления половины радиуса зоны Френеля (горизонтальная разре- шенность)
087
В
088
STO
089
03
у*
090
Х~Т
/ в регистре Т
091
STO
092
02
t
093
X
094
RCL
095
00
tv
096
X
097
RCL
098
01
tvv.
099
/
100
4
101
/
102
RCL
103
03
104
105
STO
106
04
lvvxIAf
107
RCL
108
00
V
109
/
ПО
4
111
/
112
RCL
113
03
114
—
115
х2
№Лг
116
SUM
117
04
Wf)1 + troJAf
118
RCL
119
02
120
Х — Т
t в регистре T
121
RCL
№ команды
Клавиша .
Комментарии
124
/
125
2
126
—
(l/2)[(i>/4/)2 + 1ТОх14ПйЛ
\/2 радиуса зоны Френеля
12?
R/S
128
LBL
Программа для вычисления поправок ско-
рости за глубину скважины
129
В'
130
STO
131
03
uht (вертикальное время)
132 -
CLR
133
134-
Х<->Т
Глубина расположения сейсмоприемника
135
RCL
136
00
Глубина взрыва
137
138
STO
139
05
Глубина приемника-глубина взрыва
140
R/S
141
RCL
142
02
Удаление
143
X2
144
4-
145
RCL
146
05
147
X2
148
• (Глубина сейсмоприемннка — глубина взры
X0*5
ва)2 4- (удаление)2
149
Наклонная траектория
150
1/Х
1/наклонная траектория•
151
X
152
RCL
153
05
(Глубина сейсмоприемннка — глубина взры
ва)
154
X
155
(
156
RCL
157
03
uht
158
—
159
RCL
160
01
Отметка момента взрыва = tb
161
)
162
(Глубина сейсмоприемннка — глубина взры
ва) (uht — 1Ь)/иаклонная траектория
163
STO
164
06 '
165
1 сс
R/S
РГЧ
Скорректированное вертикальное время
№ команды
Клавиша
Комментарии
169
RCL
170
06 .
171
(Глубина сейсмоприсмника — глубина взры- ва)/(О1тсорректированное значение uht)
172
R/S
Средняя скорость
173
LBL
Ввод данных по парам времен отраженных
174
С
волн и удалений для вычисления эффсктив-
175
X2
ной скорости, времени отраженной волны
176
х*->т
на нулевом удалении и времен отраженных волн для других удалений
177
X2
178
S +
Ввод времени отраженной волны и удаления
179
R/S
180
LBL
Вычислештя эффективной скорости, времен отраженной волны на нулевом и других удалениях
181
С
182
ОР
183
13
184
R/S
Коэффициент корреляции серии данных
185
ОР
186
12
187
X0*5
188
R/S
Время отраженной волны на нулевом удалении
189
Х~Т
190
Х°.5
191
I/X
192
R/S
Эффективная скорость Ввод удаления в дисплей
193
LBL
194
NOP
Точка возврата в программе
195
X2
196
ОР
197
14
198
X0*5
199
R/S
Время отраженной волны для введенного ранее удаления
200
СТО
201
NOP
Возврат к точке NOP программы
202
LBL
Программа вычисления частоты и скорости
203
D
ее изменения для нелинейного свипа фирмы
204
STO
Pelton
205
07
Время
9ПА
пгт
№ команды
КлавишаКомментарии
209
210
211
212
213
214
215
216'
217
218
219
220
.221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231‘
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
0^7
6 + 1
STO 061 + коэффициент изменения частоты/6 = С
RCL 00Начальная частота = fx
Vх RCL 06
STO.
05П = В
+/— STO 04-fci ‘
RCL 01Конечная частота = /2
ух RCL.
06 =/5
SUM 04Й -Jcx
RCL 03.Длительность свипа = SL
INV PRD 04(/5 -/O/(SL) = A
RCL 07t
X RCL 04
RCL 05 =At + В
yx ( RCL 06 1/X
11/C-l
)<At + Byic"x
X
№ команды
КлавишаКомментарии
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276 тп
278
279
RCL 06 =[^/C](^Z + 5)1/с"1 = dF/dZ
PAUdF/dZ = скорость изменения частоты, Гц/с
Х~Т RCL 07t
X RCL 04At
+ RCL 05 =At + В
Vх RCL 06 1/X =(At + ВУ1с
R/S Частота
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
LBLПрограмма вычисления частоты и скорости
Dее изменения для нелинейного свипа фирмы
STOTexas Instruments ч
05Время t в регистре 0,5
RCL 01Конечная частота /2
RCL 00Начальная частота j\
—/2 —/i
/ ( RCL 03Длительность свипа = SL
+ 1 ) LNx
STO 04^-/O/LnU + SL)
1 SUM 051 + Z в 05
RCL 051 + z
1/X X
Распечатка программ
Продолжение
№ командыКлавиша
Комментарии
30904
310
Уг ~toK\ + 0Ln(1 + SL) = dF/dz
311Х~Т
(/2 — Л)/(1 + 0Ln(l + SL) в регистре Т
312RCL
31305
1 + /
314LNx
315х
316RCL
31704
318+
319RCL
32000
321
Л + Ln(l + z){(/2 —/,)/[Ln(I + SL)]}
322 R/S
Частота
*
Приложение G. Сейсмические импульсы, фаза и угловой сдвиг
В этом приложении мы рассмотрим сейсмические импульсы, которые могут быть минимально-, нуль- и смешанно-фазовыми. Нуль-фазовые импульсы мы подразделяем на импульсы с пулевым и 90 °-ным угловым сдвигом фаз или с некоторым промежуточным углом между этими пределами.
Минимально-фазовые импульсы
До внедрения вибросейсмического метода геофизики были убеждены в том, что имеют дело только с минимально-фазовыми сигналами. При импульсных сейсмических источниках, таких, как взрывы динамита, до детонации сигнал не возбуждается. Результирующий импульс в земле, как говорят, является причинным (каузальным), потому что его значения равны пулю до возбуждения источника и остаются нулевыми до тех пор, пока волна не дойдет до точки наблюдения. Время распространения волны равно расстоянию от пункта возбуждения до точки приема, деленному на групповую скорость (гл. 22) самой быстрой компоненты волны с достаточно большой, значимой амплитудой. Говорят, что импульсы являются причинными в том смысле, что без входного сигнала нет выходного. Для минимально-Фазового импульса сдвиг фаз каждой частотной компоненты выходного сигнала минимален, что позволяет синтезировать волну с нулевыми значениями амплитуд для. всех значении времен, меньших времени прихода, волны в точку 1таблтодения (последнее равно времени возбуждения плюс время рас- простр^ненИя волны). В этом смысл термина «минимально-фазовый. WWW .— . —. л^ Vr^^wwww^ww^wzw тттт^ w ^wwwwwww <z> wv VVZX ЛлПЛПАГЛ ТХХ<ТТХ7ПТ_Г*а ППРПГТПП ППРТ
собой ряд Фурье вида
И^И = A^osy^t + yj + A2cosynf2t + у2) +
+ J3cos(2n/3/ + ф3) + + Л„со5(2л/лг + ф„),
где /, принимает все значения от нуля до бесконечности, включая и нецелые числа. Константы Аь Л2, А3,..., Ап и фр ф2, ... , Фп определяют форму и амплитуду минимально-фазового импульса, причем константы фр ф2, ..., ф„ имеют минимальные значения в результирующем причинном сигнале. (Определение значений этих фазовых углов не входит в задачи этой книги.)
Земля действует как фильтр низких частот, который ослабляет все частоты, и, чем выше частота, тем больше их поглощение. Земля, как все физически реализуемые фильтры, является минимально-фазовым фильтром. Следовательно, минимально-фазовый сигнал, распространяясь в толще земли, остается таким же. Сейсмоприемники и гидрофоны, будучи полосовыми и физически реализуемыми фильтрами, также являются минимально-фазовыми устройствами. Усилители и гальванометры являются минимально-фазовыми, если они не перегружены. Выходные сигналы на старых аналоговых записях должны быть минимально-фазовыми, кроме тех, которые были получены с автоматическим регулятором усиления (АРУ). При получении аналоговых записей АРУ было необходимо, а поскольку эта процедура нелинейная, она воздействовала на фазы сигналов неопределенным образом. Несмотря на это, сигнал остается каузальным. Можно говорить о том, что раз взрывной источник является нелинейным, то и входной сигнал не является обязательно минимально-фазовым. Но нелинейные эффекты имеют место в непосредственной близости от заряда и протекают в течение небольшого промежутка времени, измеряемого миллисекундами. Отклик на детонацию имеет причинный характер, и предположение о минимальной фазе выполняется за пределами нелинейной зоны.
С возникновением цифровой обработки сейсмических данных появился удобный случай для изменения фазы сигналов. Но вначале цифровые фильтры для обработки сейсмических данных были разработаны как минимально-фазовые и цифровые АРУ, используемые при обработке, были не хуже АРУ, применяемого в поле. В современных цифровых регистрирующих системах нет полевого АРУ (кредит), но, к сожалению, цифровые фильтры, используемые для обработки минимально-фазовых сигналов, часто являются нуль-фазовыми (дебет). При обработке изменение усиления может осуществляться различными способами (кредит), оптимизируя применение АРУ.
Сейсмологи часто предполагают, что дисперсия равна пулю и разночастотные компоненты волн распространяются с равными скоростями. Дисперсия может быть достаточно небольшой, но она не может быть нулевой. Если бы дисперсия была равна нулю, то Q земли
было бесконечным, но никто об этом не говорит. Поэтому время распространения волны равно времени пробега ее частотной компоненты с наибольшей групповой скоростью (гл. 22), которая присутствует в измеренном волновом пакете и имеет значимый уровень. В сейсмологии наиболее быстрая компонента объемных волн (в противоположность поверхностным волнам, волнам Лява, Стоунли и др.) является самой высокочастотной составляющей, которая заметна в зарегистрированном колебании.
Что значит «заметна»? Рассмотрим случай сейсмокаротажа, когда взрывы производятся в мелкой скважине, а первые вступления принимаются на различных отметках в глубокой, каротируемой скважине. Что мы пытаемся делать для измерения начальных времен минимально-фазовых сигналов? В идеальных условиях при очень низком уровне помех можно на небольшом усилении измерить начальное время. Но если увеличить усиление в 10 или 100 раз и вновь измерить начальное время, то мы, скорее всего, получим несколько меньшее его значение. Увеличивая усиление, мы делаем заметными более высокочастотные компоненты регистрируемой волны. Другими словами, в некоторой степени термин «заметный», как и, скажем, «красота», определяется взглядом наблюдателя. Это не очень научно, но верно. (Увеличение заряда не обязательно приводит к уменьшению времени прихода волны, поскольку при больших зарядах уменьшаются относительные амплитуды высокочастотных компонент вследствие конечного времени взрыва и нелинейных явлений в очаге.) На зашумленных записях еще труднее выделить первые вступления волн, и маловероятно, что можно будет заметить какие-либо- изменения начальных времен при изменении усиления, так как помехи окажутся усиленными вместе с сигналом. Обычно «на сейсмических частотах дисперсия невелика и вследствие этого различия измеренных времен прихода волн относительно небольшие.
На рис. G.1 показаны импульсы, которые являются приблизительно минимально-фазовыми (приведенные сигналы выполнены для иллюстрации и не являются точно вычисленными минимально-фазовыми импульсами). На этих схемах огибающие импульсов проведены только для наглядности. Огибающие минимально-фазовых сигналов не являются симметричными во времени -они сначала быстро возрастают от момента прихода, а затем убывают более медленно со временем (рис. 22.4,6).
Рис. G.l. Минимально-фазовые импульсы (в противоположность нуль-фазовым) являются «причинными». Они являются результатом возмущения и поэтому не могут предшесч вовать ему во времени. Время начала импульса сдвинуто относительно времени возбуждения на величину, равную отношению расстояния от точки приема до пункта возбуждения колебания к групповой скорости распространения самой быстрой и имеющей значительную амплитуду компоненты зарегистрированной волны. В типичных реальных условиях скорость возрастает с частотой, вследствие чего в передней части распространяющегося импульса доминируют высокочастотные составляющие, (а) Импульс можно спутать с нуль- фазовым, имеющим угловой сдвиг 0°; (6) импульс можно спутать с нуль- фазовым, имеющим угловой сдвиг 90°.
Нуль-фазовые импульсы
С внедрением метода Вибросейс появилась практическая возможность получения сейсмических записей с нуль-фазовыми импульсами. Некоторые расчеты и точное изображение нуль-фазовых сигналов приведены на рис. Н.З в прил. Н. На рис. G.2 показаны три импульса. Единичный импульс является удивительной волной, которая одновре- меипо может быть и минимально-, и пуль-фазовой (с нулевым угловым сдвигом). Единичный импульс имеет компоненты на всех частотах от нуля до бесконечности и может быть представлен рядом Фурье (см. предыдущий раздел) в форме косинусов с нулевым фазовым углом
Единичныйминимально-фазовыйЕдиничныйминимально-фазовыйПрямоугольный нуль-фазовый конечной длительности с нулевым угловым сдвигомПрямоугольный нуль-фазовый конечной длительности с нулевым угловым сдвигомДвойной нуль-фазовый конечной длительности с угловым сдвигом 90°Двойной нуль-фазовый конечной длительности с угловым сдвигом 90°Прямоугольный минимально-фазовый конечной длительностиПрямоугольный минимально-фазовый конечной длительностиИмпульс нуль-фазовый с нулевым угловым сдвигом И конечной шириной полосыИмпульс нуль-фазовый с нулевым угловым сдвигом И конечной шириной полосыИмпульс нуль-фазовый с угловым сдвигом 90° и конечнойИмпульс нуль-фазовый с угловым сдвигом 90° и конечнойшириной полосышириной полосы
Единичныйминимально-фазовый
Единичныйминимально-фазовый
Прямоугольный нуль-фазовый конечной длительности с нулевым угловым сдвигом
Прямоугольный нуль-фазовый конечной длительности с нулевым угловым сдвигом
Двойной нуль-фазовый конечной длительности с угловым сдвигом 90°
Двойной нуль-фазовый конечной длительности с угловым сдвигом 90°
Прямоугольный минимально-фазовый конечной длительности
Прямоугольный минимально-фазовый конечной длительности
Импульс нуль-фазовый с нулевым угловым сдвигом И конечной шириной полосы
Импульс нуль-фазовый с нулевым угловым сдвигом И конечной шириной полосы
Импульс нуль-фазовый с угловым сдвигом 90° и конечной
Импульс нуль-фазовый с угловым сдвигом 90° и конечной
шириной полосы
шириной полосы
Единичный нуль-фазовыйс нулевым угловым сдвигом
Рис. G.2. Примеры, иллюстрирующие минимально- и нуль-фазовые импульсы. Единичный импульс является одновременно и минимально-фазовым, и нуль- фазовым сигналом (с нулевым угловым сдвигом). И единичный, и прямоугольный конечной ширины импульсы имеют бесконечные полосы частот. Если после фильтрации они становятся ограниченными по частоте, то преобразуются в импульсы с теоретически бесконечной или полубесконечной полосой.
в каждом слагаемом. Это делает его нуль-фазовым импульсом с нулевым угловым сдвигом, но он в то же время является причинным, так как имеет определенное начало. Если пропустить единичный импульс через минимально-фазовый фильтр, то он станет минимально-фазовым с определенным временем прихода; однако он уже пе будет нуль-фазовым. Это показано в нижней части первой колонки па рис. G.2. Если вы используете компьютер и фильтруете единичный импульс нуль-фа- зовым фильтром, то это означает, чго он преобразуется в нуль-фазовый сигнал с пулевым сдвигом фаз, но больше пе является причинным в том смысле, что наблюдаются колебания, предшествующие начальному времени. Следовательно, он больше пе минимально-фазовый импульс и показан па нижнем рисунке второй колошей на рис. G.2. Нуль-фазовый импульс со сдвигом фаз 90° показан в 1рстьей колонке рис. G.2.
Нуль-фазовый импульс теоретически имеет начало па минус бесконечности. Но здесь опять появляется слово «заметный». По мере
будет пренебречь. Но при этом трудно даже приблизительно установить то время, начиная с которого можно говорить о появлении сигнала, даже если шумы невелики и пет других сигналов, перекрывающих его во времени. На любом времени мы можем выделить начало нуль-фазового импульса, которое будет зависеть от уровня помех; поэтому нет смысла искать точку, которую можно было бы считать вступлением (начальным временем) для нуль-фазово! о импульса.
Нуль-фазовые сигналы с пулевым угловым сдвигом можно представить косинусоидальными членами ряда Фурье (см. предшествующий раздел), аналогичного разложению единичного импульса, у которого все фазы равны нулю, т. е. с нулевыми сдвшами фаз. Значения постоянных Лъ Л2, Л3,..., Лп и т.д. будут в этом случае уже иными. Для очень высокочастотных компонент константы будут близки к нудно и составляющая нулевой частоты будет равна пулю. А если ряд Фурье, представляющий нуль-фазовый импульс с нулевым сдвигом фаз, имеет только косинусоидальные слагаемые с нулевыми угловыми сдвигами, нет ничего удивительного в том, что он симметричен относительно нулевого времени волны.
Все нуль-фазовые импульсы со сдвигом фаз 90° можно представить рядом или интегралом Фурье, но все фазовые углы уже равны 90°, и потому для них используется обозначение 90°. Так как косинус 90° равен синусу 0°, не удивительно, что нуль-фазовый импульс со сдвигом 90°, как и синусоидальная волна, симметричен относительно центрального времени. Нуль-фазовые импульсы могут иметь сдвиги фаз, отличные от нуля и 90°. Но фазовые углы должны быть одинаковыми. Например, нуль-фазовый импульс может иметь сдвиг 45°-это значит, что все константы фь ф2, ф3,..., ф„ равны 45°.
Смешанно-фазовые импульсы
Импульсы могут быть и не минимально-, и нс нуль-фазовыми, и в этом случае их называют смешанно-фазовыми, а константы Ф1, Фз» • • • , Фп пе равны между собой. Поэтому смешанно-фазовые импульсы-это пе то же самое, что нуль-фазовые с углами, имеющими промежуточные значения между 0° и 90°. Смешанно-фазовые импульсы могут иметь почти любую форму (если наблюдаются их различные и непрерывные значения на каком-либо одном времени).
Если пропустить нуль-фазовый импульс через минимально-фазовый фильтр (например, через землю), то он становится смешанно-фазовым. Он может остаться преимущественно нуль-фазовым для тех частотных компонент, для которых характеристика фильтра горизонтальна (фазовая характеристика фильтра для этих частот будет практически линейной), по у тех частот, для которых характеристика фильтра не горизонтальна, фаза выходного импульса будет смешанной. Точно так же если поопустить минимально-Фазовый сигнал через нуль-фазовый
фильтр, то выходной импульс будет смешанным. Он может быть преимущественно минимально-фазовым для тех частотных компонент, для которых характеристика фильтра горизонтальна.
Определение фазы волны по сейсмическим данным
Заметим, что минимально-фазовый импульс, показанный на рис. G.l,a, выглядит весьма похожим на нуль-фазовый с нулевым сдвигом фаз, тогда как минимально-фазовый импульс, показанный па рис. G.1,6, больше похож на нуль-фазовый с фазовым углом "90°. В присутствии помех или других волн, не разрешенных во времени, бывает трудно на глаз определить, является ли данный сигнал пуль- или минимально-фазовым. Даже при наличии ЭВМ нелегко отвез ить на этот вопрос при Ш1терферешщи волн (например, при сложении отражении от тонких слоев) или при низком отношении сигнал/помеха. Обычно трудно установить, являются ли импульсы минимально- или нуль-фазовыми, и если последними, то с каким углом. Имеются npoi раммы для получения этих данных, но они не всегда дают однозначные результаты. В некоторых программах предполагается, что волновые импульсы нуль-фазовые, и просто пытаются определить угол. Но земля является минимально-фазовым фильтром, в связи с чем это не очень хорошее предположение и часто оно неприемлемо.
Однажды наш отряд отрабатывал профиль, проходивший прямо через скважину, по которой акустический каротаж указывал на наличие границы раздела со значительным увеличением скорости-на 60%. Из данных акустического каротажа следовало также то, что в 180-м толще выше и ниже этой границы имеются небольшие изменения скоростей. Двойное время пробега от этой границы до ближайшего места значительного изменения скорости было более 0,1 с. На этом профиле мы зарегистрировали хорошие отраженные волны с высоким отношением сигнал/помеха, широкополосные и с прекрасным разрешением (благодаря применению нелинейных управляющих сигналов, которые посылали больше энергии на высоких частотах, и коррекции спектра при обработке). Эффективная полоса частот составляла 20-120 Гц; следовательно, периоды низких, средних и высоких по частоте сои являющих отраженных волн равнялись 0,05; 0,0143 и 0,00833 с соответственно. Мы использовали минимально-фазовую корреляцшо. Отражения от упомянутой границы на наших сейсмических разрезах представляли собой хороший пример классической минимально-фазовой волны нс только около скважины, но и на значительных расстояниях от нее. Также была правильной полярность. (Часто мы сильно беспокоимся о фазе, в то время как полярность остается неопределенной или мы только думаем, что знаем полярность.)
До тех пор пока мы не были уверены в том, какие импульсы получены из земли и изображены на наших разрезах, мы предпола! али,
что они есть и должны быть минимально-фазовыми, но наш интерпретатор был убежден, что они нуль-фазовыс с нулевым угловым сдвигом. Главное здесь то, что трудно, а часто и невозможно определить по полевым данным фазу волны, а для нуль-фазовых сигналов угловой сдвиг. Для обнаружения стратиграфических ловушек нужно иметь модель среды и искомых ее изменений, но для моделирования мы должны использовать такие же импульсы, ко горые получаем в процессе полевых работ (после обработки).
Если мы используем для моделирования другие волны, то близость результатов полевых и модельных работ укажет на то, что модель не отражает действительного строения среды. Но различия могут быть или не быть значительными в зависимости от различия фаз. Сдвиг фаз на 45° на частоте 150 Гц соответствует несовпадению во времени всего па 0,833 мс, а на частоте 15 Гц-уже на 8,33 мс. Небольшие фазовые отклонения на высоких частотах не играют особой роли.
Полезно иметь известный, идеальный, изолированный импульс, чтобы получить ответ, соответствующий нашим ожиданиям. Следует искать такие благоприятные возможности и извлекать из них пользу.
Приложение Н. Вибросейс
Рассматриваются вопросы корреляции вибросейсмических данных для получения нуль-фазовых или минимально-фазовых сигналов. Для прокоррелированных нуль-фазовых колебаний проанализированы импульсы с угловыми сдвигами 0 и 90° и их форма. Также описываются смешанно-фазовые сигналы. Затрагиваются и другие вопросы: гармонические помехи, приемлемый стандарт для фазы вибратора и расчет работы вибратора на низких частотах.
Корреляция
Корреляция является математической операцией, при которой оценивается степень сходства двух или более сигналов. В методе Вибросейс протяженный во времени опорный, или управляющий, сигнал (свил) коррелируется с волнами, зарегистрированными сейсмостанцисй, с тем чтобы получить читаемые записи с относительно компактными импульсами, соответствующими волнам, отраженным от границ раздела в земле. В сейсмике мы имеем дело с протяженными во времени волнами, имеющими непрерывные производные, но корреляцию легче проиллюстрировать на примере прямоугольных колебаний с единичной амплитудой. .
На рис. Н.1 показана процедура корреляции единичной прямоугольной волны переменного периода самой с собой. Этот процесс называется автокорреляцией. Для корреляции двух волн необходимо перемножить их амплитуды, взязые через определенные промежутки времени-интер-
Стационарная волна
Рис. Н.1. Пример вычисления автокорреляционной функции прямоугольной волны с единичной амплитудой. Точки-оцифрованные отсчеты. Полная авто- коррсляциоцная функция начинается и кончается при нулевых значениях сигналов. Смещение сигнала одинаково и происходит без сбоев. Перерывы на рисунке сделаны длч упрощения иллюстрации процесса.
валы ДискретнзацИП1 и сложить эти произведения, получив одно значение корреляционной функции. Затем следует сдвинуть на один интервал один из СигНалов и повторить вычисления. Эта процедура перемножения, суммирования и сдвига продолжается до тех пор, пока один из сигналов це окажется полностью за другим. Если две волны различны, то результатом является взаимная корреляция.
На рис, и J приведены последовательные положения волны в процессе ее сдВ11Га и соответствующие им значения корреляционной функции. Принцип вычисления автокорреляционной функции показан па примере д^уХ волн: изображенной в верхней части рисунка стационарной волны и смещенной относи! ельно нее в юрой волны. Вер шкальными прерывистыми линиями показаны общие участки этих волн в пределах сдвигаемо^ последовательности. В табл. Н.1 приведены суммы произведении амплитуд этих единичных прямоугольных волн, а на рис. Н.2 эти суммц представлены в виде графика их зависимости от величины сдвига двух сигналов. Результатом является корреляционный импульс с относительно компактным интенсивным центральным максимумом и широкими боковыми лепестками с весьма малыми амплитудами. Эют нР°корреЛцрОваннЫц импульс является нуль-фазовым с нулевым угловым сдвигом (црил. G и гл. 3). Импульс имеет косинусоидальную симметРЦ1о-Иными словами, он может быть представлен суммой коси-
Таблица H.L Значения автокорреляционной функции для рис. Н.1
Время
Значения
t- 17 и /+ 17
0
t — 16 и z 4- 16
0
t — 15 и z 4- 15
0
t — 14 и z 4- 14
4-1
Z — 13 и t 4- 13
0
Z — 12 и Z 4- 12
-1
t- 11 И Z+ 11
0
Z — 10 и z 4- 10
4-1
Z - 9 и Z 4- 9
0
z — 8 и z 4- 8
4-1
Z - 7 и Z 4- 7
4-2
Z — 6 и Z 4- 6
-1
Z — 5 и Z 4- 5
-2
Z — 4 и Z 4- 4
-5
Z — 3 и Z 4- 3
-4-
Z — 2 и Z 4- 2
-1
Z — I и Z 4- 1
4-6
Z
4-15
нусоидальных волн с нулевыми сдвигами фаз. Такую симметрию имеет объект с его отражением от зеркала.
После того как протяженный вибросейсмический сигнал отразится от существующей на глубине границы раздела, он достигает сейсмоприемников, установленных на поверхности. Корреляция посылаемого и огра- женных сигналов позволяет получить корреляционные импульсы, временные сдвиги которых будут соответствовать временам прихода отра- ^женных волн.~
Рис. Н.2. Пример автокорреляционной функции единичной прямоугольной волны. Точками показаны оцифрованные отсчеты.
Нуль-фазовые сигналы Вибросейса
На рис. Н.З приведено несколько вибрационных импульсов, полученных в результате автокорреляции ряда управляющих сигналов. Временная шкала на рисунке выбрана в зависимости от полосы частот каждого из импульсов. Другие полосы частот можно получить, используя другие шкалы времен. Низкочастотному пределу в 4 Гц соответст-
90°90°.о.о4А4А90°90°0,1 с 4-48 Гц 0,1с 10-120 Гц0,1 с 4-48 Гц 0,1с 10-120 Гц0,1 с 4-24 Гц0,1 с Ю-бО Гц 0,1 с 16-96 Гц 90°0,1 с 4-24 Гц0,1 с Ю-бО Гц 0,1 с 16-96 Гц 90°0,1 с 4-20 Гц0,1 с 4-20 Гц0,1 с 4-36 Гц0,1 с 10-90 Гц0,1 с 4-36 Гц0,1 с 10-90 Гц0,1 С 4 44 Гц0,1 С 4 44 Гц0,1 с 4-32 Гц0,1 с 4-32 Гц0,1 с 10-70 Гц оТс 16-112 Гц0,1 с 10-70 Гц оТс 16-112 Гц0,1 с 10-40 Гц0,1 с 16-64 Гц0,1 с 10-40 Гц0,1 с 16-64 Гц0,1с Ю-110 Гц 0,1 с 16-160 Гц0,1с Ю-110 Гц 0,1 с 16-160 Гц
90°
90°
.о
.о
4А
4А
90°
90°
0,1 с 4-48 Гц 0,1с 10-120 Гц
0,1 с 4-48 Гц 0,1с 10-120 Гц
0,1 с 4-24 Гц
0,1 с Ю-бО Гц 0,1 с 16-96 Гц 90°
0,1 с 4-24 Гц
0,1 с Ю-бО Гц 0,1 с 16-96 Гц 90°
0,1 с 4-20 Гц
0,1 с 4-20 Гц
0,1 с 4-36 Гц
0,1 с 10-90 Гц
0,1 с 4-36 Гц
0,1 с 10-90 Гц
0,1 С 4 44 Гц
0,1 С 4 44 Гц
0,1 с 4-32 Гц
0,1 с 4-32 Гц
0,1 с 10-70 Гц оТс 16-112 Гц
0,1 с 10-70 Гц оТс 16-112 Гц
0,1 с 10-40 Гц
0,1 с 16-64 Гц
0,1 с 10-40 Гц
0,1 с 16-64 Гц
0,1с Ю-110 Гц 0,1 с 16-160 Гц
0,1с Ю-110 Гц 0,1 с 16-160 Гц
Рис. Н.З. Вибрационные прокоррслированные импульсы для различных свипов. Частотные полосы сигналов определяются используемыми временными шкалами. Чем больше отношение верхних и нижних предельных частот, тем лучше форма сигнала, выраженная в величине отношений амплитуд основного максимума (или основных максимумов) к боковым.
вует временная шкала, состоящая из двух больших частей с временем 100 мс каждая, для б Гц-из трех больших частей с временем 100 мс, для 8 Гц-из четырех с временем 100 мс и т.д. Все импульсы, приведенные на рис. Н.З, являются нуль-фазовыми в противоположность минимально- и смешанно-фазовым сигналам. Для точного определения нуль-фазовых сигналов необходимо установить угол. Здесь приведены нуль-фазовые сигналы с угловыми сдвигами 0 и 90°. Относительная полоса частот (максимальная частота, деленная на минимальную) для приведенных импульсов меняется от 4 (2 октавы) до 12 (3,585 октавы). Чем больше относительная полоса, тем лучше импульс в смысле отношения амплитуды основного максимума (0°-ный сигнал) или максимумов (90°-ный сигнал) к амплитудам корреляционных боковых лепестков.
Среднее значение из минимальной и максимальной частот управляющего сигнала есть его средняя частота, а соответствующий ей период очень близок к периоду главных экстремумов 90 -ного импульса, измеренному между его нулевыми значениями. Период главного максимума нуль-градусного импульса можно определить удвоением времени первого перехода через нуль корреляционной функции по обе стороны от этого главного максимума. В этом случае период очень близок к значению, соответствующему средней частоте управляющего сигнала. Пересечения нулевой линии не очень легко определить визуально по полевым записям (но легко с помощью ЭВМ), а также на конечных суммарных разрезах, что зависит от устройства визуализации. Для^1удь-градуспых импульсов период можно определить по разности времен между максимальными амплитудами первых боковых лепестков. по обестороны от центрального максимума. Это будет минимальный период, и, следовательно, он характеризует самую высокую частоту. Точнее, он будет составлять 88% от периода составляющей средней частоты, а обратная ему величина будет приблизительно на 14% выше средней частоты. Для 90°-ных импульсов, если период определен удвоением времени между основными максимумом и минимумом, он будет несколько меньше, чем период, соответствующий средней частоте, а его обратная величина будет несколько больше средней частоты.
90°-ные импульсы имеют такую же симметрию, как синусоидальная волна. Эти импульсы могут быть представлены рядом Фурье (прил. G), содержащим только косинусоидальные члены с фазовыми углами 90° соответственно их названию.
Для нуль-фазовых сейсмических сигналов автор отдает предпочтение импульсам с нулевой фазой и такой полярностыр^ри котрройютра- жения^от изолированной границы раздела с положительным коэффи- цпентом отражения имеют положительный цен i рал ьнь1Й—максимум? И преломленная волна от изолированного преломляющею горизонта будет представлена положительным центральным максимумом.
Минимально-фазовая корреляция минимально-фазовых сигналов
Как отмечалось в гл. 5 и прил. G (а также в гл. 17), есть возможность применять минимально-фазовую корреляцию вибросейсмических сигналов и иметь минимально-фазовые отраженные импульсы вместо нуль-фазовых, показанных на рис. Н.З. Это особенно целесообразно, если планируется получать записи с импульсными и вибрационными источниками. Поскольку земля, сейсмоприемник и аналоговые фильтры в сейсмостанциях являются минимально-фазовыми, следует применять минимально-фазовую корреляцию и обработку для получения минимально-фазовых отраженных волн. В стратиграфических целях очень полезно знать фазу сигналов, поэтому применение минимально-фазовой корреляции и соответствующей обработки имеет преимущества перед другими методами, где фаза менее хорошо известна. Для минимальнофазовой корреляции профильтрованный управляющий сшнал применять не следует (следующий раздел).
Смешанно-фазовые сигналы
Предположим, что мы вводим в среду вибрационный сигнал, выполняем нуль-фазовые корреляцию и обработку данных. В этом случае отраженные волны в большинстве случаев будут смешанно-фазовыми, а не нуль-фазовыми в связи с минимально-фазовым фильтрационным действием среды. Они могут приближаться к нуль-фазовым сигналам, если мы ограничим верхнюю частоту значениями, намного меньшими, чем эффективная граничная частота, пропускаемая землей как фильтром. Но обычно мы хотим поднимать частоты (по возможности ближе) до эффективной граничной частоты, пропускаемой землей, для достижения максимально возможной вертикальной разрешенности. При работах с высоким разрешением, особенно когда используются нелинейные свипы для некоторой компенсащш поглощения высоких частот, минимально-фазовая фильтрация колебаний землей приведет к получению данных смешанно-фазового характера. Фактически для высоких частот фаза может более приближайся к минимальной, чем к нулевой, за исключением очень неглубоких отражений.
Однако если бы проблема заключалась только в поддержании высоких частот, то это могло бы не быть очень существенно для разведки месторождений. Например, смещение по фазе на 45° для компоненты частотой 100 Гц во времени составляет всего 1,25 мс. Разве это очень важно? Это изменит форму волны, но ненамного. Но смеще- нис по фазе нс ограничивается только высокими частотами. Необходимо определить важность этой проблемы с практической точки зрения. Результаты изучения смешанно-фазовых сигналов помохут геофизикам- полевикам правильно выбирать фильтры и сейсмоприемники.
Для получения приблизительно нуль-фазовых сигналов обработчику нужен управляющий сигнал, который был бы профильтрован почти так же, как и полевые данные. Фазовые искажения будут скомпенсированы при фильтрации тогда, когда корреляция данных будет выполнена с профильтрованным свипом. * Но если для получения минимально- фазовых сигналов должна быть применена минимально-фазовая корреляция, то для корреляции следует использовать нефильтрованный свип-сигнал (тогда минимально-фазовые эффекты от физически реализуемых фильтров не будут уничтожены при корреляции). Самое лучшее для геофизиков-полевиков-иметь и отфильтрованный, и нсотфильт- рованный управляющие сигналы. Тогда если что-нибудь изменится позднее, то дверь будет открыта для обработки данных с учетом пожеланий интерпретатора. В прошлом автор часто пренебрегал этим и сейчас обращает ваше внимание на этот вопрос, с тем чтобы оградить вас от возможных ошибок.
По поводу сейсмоприемников отмечу, что если нужно получить нуль-фазовые сигналы, то волны должны регистрироваться приемниками, резонансные частоты которых намного меньше нижней частоты управляющего сигнала. В качестве альтернативы или в дополнение фазовые эффекты сейсмоприемников можно приблизительно скорректировать при обработке. При минимально-фазовой корреляции и обработке фазовую коррекцию проводить не нужно.
Гармонические помехи
В первом приближении гармонические искажения были описаны в гл. 5. Вибраторы нс посылают в землю чисто синусоидальных колебаний, и гармоники возникают при каждом сеансе излучения. При работах с продольными волнами основная проблема связана со вторыми гармониками. (При работах на поперечных волнах-обычно с третьей. Причина заключается в том, что воздействия горизонтальных вибраторов при возбуждении поперечных волн оказываются приблизительно одинаковыми в обе стороны, и если возникают искажения, то они воздействуют на экстремумы волн идентично. Искаженные волны, обладающие симметрией относительно нулевых значений амплитуд, не содержат четных гармоник, поэтому у горизонтальных вибраторов первой значимой гармоникой, как правило, является третья.)
В табл. Н.2 приведены частоты второй гармоники на примере управляющего сигнала с разверткой вниз от 52 до 12 Гц длительностью 10 с. Согласно формуле, минимальная задержка помех во времени для линейного свипа с убыванием частоты равна минимальной частоте, деленной на скорость ее изменения во времени. В данном случае нижняя частота равна 12 Гц, а скорость (52 — 12)/10 = 4 Гц/с. Следовательно, минимальная задержка во времени составляет 12/4 = 3 с. Заметим, что это согласуется с табл. Н.2. Действительно, разница во времени между компонентой управляющего сигнала в 24 Гц и второй гармоникой
Таблица Н.2. Пример гармонических помех
Управляющий сигнал: линейный с разверткой вниз от 52 до 12 Гц длительностью 10 с
Время, с
Частота сигнала, Гц*
Вторая гармоника, Гц
-10
52
104
-9
48
96
-8
44
88
-7
40задержка
5 с
80
-6
36
72
-5
'321
64
-4
28—задержка
4 с
56
-3
24,
48
-2
20—задержка
3 с
-40
-1
16
- 32
0
12
—
- 24
с частотой 24 Гц составляет 3 с. Значит, каждая компонента на записи, имеющая частоту 24 Гц, будет сопровождаться гармоникой, приходящей на 3 с позднее. Аналогичным образом задержка во времени между вступлениями компоненты с частотой 32 Гц и второй гармоники, имеющей такую же частоту, будет 4 с. Таким образом, за каждой основной составляющей сигнала, имеющей частоту 32 Гц, через 4 с будет следовать гармоническая помеха с частотой 32 Гц.
Если использовать протяженные управляющие сигналы, то минимальные временные задержки гармоник можно сделать достаточно большими и этим исключить возможные трудности. В приведенном примере если удлинить сигнал до 20 с, то минимальная задержка составит 6 с, т. е. будет достаточно большой во многих случаях. Обойти проблему гармонических помех можно, если использовать свип-сигналы с нарастающей частотой. Тогда гармоники будут предшествовать основным сигналам. Гармонические помехи от глубоких отражений будут конкурировать с первичными отражениями от более мелких горизонтов, имеющими существенно большие амплитуды, и поэтому гармоники окажутся перекрыты. В этом случае также можно применить длинные управляющие сигналы, и тогда гармоники от наиболее глубоких горизонтов на сейсмограмме попадут на отрицательные времена, где у них уже не будет ни малейшей возможности конкурировать с первичными отраженными волнами.
Приемлемые стандарты для фазы вибратора
В табл. П.З приведены ошибки во времени (в миллисекундах) при различных погрешностях фазы вибраторов (в градусах) для диапазона частот от 8 до 150 Гц. Ранее было установлено, что на всех частотах
Таблица НЗ. Ошибки во времени для различных фазовых ошибок
Частота, Гц
Ошибки во времени (мс) для фазовых ошибок (град.)
10°15°20°25°30°
8
10
12
20
30
40
60
80
100
120
130
140
150
3,475,216,948,6810,42
2,784,175,556,948,33
2,313,474,635,796,94
1,392,082,783,474,17
0,931,391,852,312,78
0,691,041,391,742,08
0,460,690,931,161,39
0,350,520,690,871,04
0,280,420,560,690,83
0,230,350,460,580,70
0,210,320,430,530,64
0,200,300,400,500,60
0,190,280,370,460,56
в пределах управляющего сигнала ошибка по фазе не должна превышать ±10°. Это требование, легко реализуемое на самых низких частотах, очень трудно удовлетворить на высоких частотах, используемых сегодня при работах с высоким разрешением. Поэтому мы решили установить: фазовая ошибка на всех частотах не должна приводить к погрешности во времени более чем ±0,35 мс. В табл. Н.4 указаны фазовые погрешности
Таблица Н.4. Фазовые погрешности для ошибки во времени 0,35 мс
Частота, Гц
Ошибка по фазе, градусы
8
10
12
20
30
40
60
80
100 ПО
120
130
140
150
1,01
1,26
1,51
2,52
3,78
5,04
7,56'
10,08
12,6
13,9
15,1
16,4
17,6
18,9
(в градусах), которым соответствует временная ошибка в ±0,35 мс. В этом случае для частоты 150 Гц получается большая фазовая ошибка, равная ±18,9°. Новое требование совпадает с предыдущим, равным ±10°, на частоте 80 Гц. На меньших частотах новый стандарт оказывается более жестким, чем старый, и по существу на очень низких частотах он слишком высок и не является необходимым. Вместо этого па частотах ниже 20 Гц мы допускаем возможную ошибку в ± 1 мс, что соответствует частоте приблизительно 28 Гц по предыдущему стандарту. Ниже 28 Гц значение ошибки ± 1 мс по новому стандарту жестче, чем погрешность по старому, равная ± 10°, но оно должно быть таким. Наши хорошие сейсмопартии успешно справляются с удовлетворением этих требований.
Способствует ли новый стандарт получению лучших сейсмических материалов? Насколько плох он будет в том наихудшем случае, когда па каждом пункте возбуждения половина управляющих сигналов имеет ошибки, близкие к положительному пределу, а вторая-к отрицательному? На максимальной требуемой частоте 150 Гц относительная амплитуда будет вместо единицы равна cos (18,9°) = 0,946, и это выглядит не так уж плохо. Наихудший случай будет тогда, когда все управляющие сигналы от всех вибраторов будут иметь временные ошибки, превышающие установленный предел, равный 0,35 мс. Трудно увидеть, как сильно может повредить ошибка в 0,35 мс в наихудшем случае.
Нижний предел допустимых отклонений, несомненно, встречается на самых низких излучаемых частотах. Рассмотрим частоту 8 Гц. Период тогда равен 125 мс и ошибка во времени допускается до ± 1 мс, что даст угол ±3,86°. Это намного меньше, чем ±10° по старому стандарту. Возможные уменьшения амплитуды незначительны. Наихудший возможный эффект-небольшое нарушение симметрии отраженного импульса, что не представляет особой проблемы.
Наш опыт по применению нового стандарта оказался успешным, и последний рекомендуется нами как более приемлемый для полосы частот 8-150 Гц.
Работа вибратора на низких частотах
В перечне характеристик вибратора есть параметр, названный пределом перемещения. Он имеет размерность с-1 и характеризует самую низкую частоту, на которой перемещение реактивной массы не должно превышать «хода поршня». Предположим, что смещение реактивной массы носит синусоидальный характер, включая незначительные задержки в работе контрольных клапанов. Пусть:
Ап -предел перемещения, в Гц (выражается в с-1);
$ —допустимый ход поршня (фут);
5 -£ОПУстнмое смешение поршня (дюйм), равное 12S; следовательно,
F —гидравлическая сила (фунт), способная перемещать и ускорять реактивную массу (включая поршень);
t -время (с);
W -реактивная масса (фунт);
д -ускорение силы тяжести, равное 32,2 фут/с2 (980 см/с2);
X (/)-синусоидальное перемещение:
^(r) = (S/2)sin(2K/r).(1)
Перемещение меняется по закону синуса в пределах от —S/2 до + 5/2. Сила равна произведению массы на ускорение, или
Fg=Wa0,
откуда а0 = Fg/W,(2)
где aQ- амплитуда ускорения реактивной массы (фут/с2). Для синусоидального движения ускорение является функцией времени:
а^ = -а0 sin (2 яр)(3)
(отрицательный знак был выбран произвольно). Тогда двойной интеграл от ускорения даст перемещение и можно записать
У(/) = [а0/(2лЛ2]5т(2лЛ).(4)
Соединяя уравнения (1) и (4), получаем
S/2 = а0/(2л/„п)2.
Решая это соотношение относительно/пП) будем иметь
= уао/[(5/2)(2л)2].
Подставляя выражение а0 из (2), получим
, / Fg
JnnN и-ДО) (2 тг)2'
Упрощая, имеем
_ / Fg
= V 2 И^я2 ’
Это соотношение справедливо для любого вибратора. Если мы хотим использовать ход поршня в дюймах, а не в футах, го используем формулу
f - / ^Fg
Jnn " V 1Т5я2 ’
Подставляя значение д = 32,2 фут/с2, получим
г _ / 19,56F ” ~ V sW *
где 5 выражено в дюймах, F и W- в фунтах (или в любых других совместимых единицах, например тоннах), а д-в фут/с2-смешанная система, которая иногда используется в США. В метрических единицах имеем
_ / 49,65F
где 5-в см, WhF-b любых совместимых единицах, д-в см/с2.
При этом также предполагается, что плита сдерживается землей, вследствие чего перемещения плиты незначительны по сравнению со смещениями реактивной массы. На низких частотах длина волны в земле велика, поэтому присоединенная масса земли велика по сравнению с реактивной массой, что делает приемлемым это предположение. Оно нарушается, если грунт слишком мягкий, вследствие чего плита плохо им сдерживается.
Приложение I. Фазовая синхронизация по силе воздействия на землю и контроль за уровнем вибрации
Фазовая синхронизация работы вибратора по силе воздействия на землю и контроль за уровнем вибрации являются наиболее совершенными способами контроля за работой вибраторов. Передача нагрузок от вибратора к глубоким слоям земли происходит через зону малых скоростей, которая может быть представлена в виде модели, состоящей из упругих и инерционных элементов, имеющих различные упругие свойства и частоты резонанса. Наша задача состоит в такой передаче вибрационных сигналов глубоким слоям земли, чтобы колебания от как бы установленного на глубине идеального сейсмоприемника после корреляции с опорным управляющим сигналом имели желаемую форму. Ей соответствуют или минимально-фазовые, или нуль-фазовые колебания с нулевым сдвигом, или нуль-фазовые сигналы с 90°-ным сдвигом по выбору геофизика. (В данном описании мы будем рассматривать идеальную среду, в которой отсутствует дисперсия и Q бесконечно, т. е. не происходит затухания сейсмических волн.) Будем также считать, что уровень энергии колебаний на глубине в течение всего свила постоянен. Но это уже вторично, потому что амплитуды спектра могут быть восстановлены в процессе обработки при удовлетворительных отношениях сигнал/помеха в необходимой полосе частот.
В течение многих лет фазу вибратора контролировали по сигналам
акселерометра, установленного на плите вибратора и включенного в цепь обратной связи. Обратный сигнал использовался для достижения синфазного движения плиты с управляющим сигналом. Тогда, если плита жестко прижата к поверхности грунта, колебания верхнего слоя земли являются нужными нам движениями слоев на глубине. Но колебания верхнего слоя не являются хорошим приближением для смещений точек среды на глубине (даже если не учитывать время распространения волн). Различие в характере движения между мелкими и глубокими слоями земли можно проиллюстрировать, соединив 18 резиновых полосок в пять групп и присоединив к ним магнит (подобно тому, как мы делаем, размещая сейсмические разрезы на магнитной стене) на одном конце. Магнит-это только подходящая масса, которая у геофизика скорее всего есть под рукой; это может быть и не магнит. Оберните другой конец резиновых полос вокруг пальца, и пусть магнит качается на них до тех пор, пока не остановится.
Ваша рука представляет собой плиту вибратора, магнит-массу глубокой части земли, а резиновая полоска-пружину между мелкими и глубокими слоями. Если вы будете медленно двигать рукой вверх-вниз, то магнит будет совершать такие же движения без сдвига фаз. Пока все в порядке. Теперь постепенно увеличивайте частоту движения руки, как это происходит при вибрационном излучении в случае использования свипа вверх (апсвипа). С некоторой частоты начнутся отклонения по фазе между движениями руки и магнита, и по мере ее увеличения вы приближаетесь к частоте резонанса между «резиновой пружиной» и массой магнита. Действительно, на какой-то частоте сдвиг фаз составит 180° и магнит будет двигаться вверх, когда рука-вниз. Аналогичные явления происходят и когда частота свипа вибратора проходит через частоту резонанса верхних слоев земли. При этом происходит сдвиг фаз между колебаниями плиты вибратора и земли.
Экспериментальные измерения подтвердили теорию, дающую нам такой способ контроля за вибратором, при котором сигнал передается глубоким слоям земли с желаемой фазой [1]. Согласной этой теории, сила, действующая со стороны плиты вибратора на грунт, находится в фазе со смещениями глубоких слоев, если учесть запаздывание во времени, обусловленное распространением волны. Эту силу нельзя непосредственно измерить, но ее можно найти, объединив сигналы двух акселерометров, один из которых установлен на опорной плите, а другой-на реактивной массе вибратора. Сила, действующая на грунт, представляет собой сумму сил, развиваемых плитой и реактивной массой. Уравнение для этой силы будет иметь вид
= (^rm ) (^rm ) (^bp ) (^Ьр ),
где Fg-сила воздействия на грунт, ягт ускорение реактивной массы, /Пгт-масса реактивной массы, дЬр-ускорение плиты, шЬр-масса плиты.
Электрические сигналы с этих двух акселерометров сначала умно-
жаются на коэффициенты, отношение которых равно отношению соответствующих масс, а затем складываются для получения силы воздействия на землю для контроля за работой вибратора. Предложенный принцип контроля и получил название фазовой синхронизации (коррекции) по силе воздействия на землю. Использование этого принципа для контроля фаз вибратора явилось важным шагом вперед в долгой истории совершенствования оборудования и методики Вибросейса. Теперь, когда это оказалось достижимо, следует всегда применять данный способ фазовой синхронизации. Проходит долгий период времени до реализации положения, сформулированного в первом абзаце и обеспечивающего желаемую фазу глубинного сигнала.
Вторичной задачей является постоянный энергетический уровень глубинных отраженных волн в течение всего времени излучения свина. Контроль за амплитудой воздействия на грунт или за уровнем вибрации может помочь достижению этой цели. Особые преимущества дает такой контроль для вибраторов, у которых пиковая сила значительно больше величины пригруза, прижимающего его рабочую плиту к поверхности земли. На грунтах с высокой добротностью Q эти вибраторы на частоте резонанса могут буквально отрываться от земли, и это будет происходить до тех пор, пока уровень вибрации нс будет значительно снижен. При контроле за амплитудой силы воздействия на землю уровень вибрации автоматически меняется таким образом, чтобы поддерживать постоянной амплитуду этой силы, которая, в свою очередь, несколько меньше силы прижима плиты вибратора.
Предположим, что вибратор развивает большую пиковую силу при развертке вверх начиная с частоты, которая значительно ниже резонансной частоты мелких слоев. Амплитуда максимального значения силы воздействия на землю установлена несколько меньшей, чем величина пригруза, прижимающего плиту вибратора. На низких частотах, близких к началу управляющего сигнала, уровень вибрации может быть максимальным, а амплитуда силы воздействия на землю будет меньше установленного наибольшего значения. В этом случае уровень вибрации остается максимальным вплоть до некоторой более высокой частоты, на которой величина силы воздействия на землю достигнет установленного значения. Амплитуда вибрации дальше будет уменьшена, с тем чтобы нс превысить допустимые значения силы воздействия на землю по мере увеличения частоты управляющего сигнала. По достижении резонансной частоты грунта сигнал силы воздействия на землю будет стремиться увеличиваться, но уровень вибрации будет автоматически понижаться цепью обратной связи, поддерживая амплитуду этого сигнала на установленном максимальном уровне.
На частоте резонанса уровень вибрации может быть намного меньше максимального при том условии, что сила воздействия на землю близка к установленной величине, которая несколько меньше пригруза плиты, что обеспечивает ее надежный прижим к грунту. При прохождении
частоты резонанса сила воздействия на землю начнет уменьшаться, но цепь обратной связи будет поднимать уровень вибрации, поддерживая максимальное значение этой силы. На высоких частотах может быть достигнут максимальный уровень вибрации, и тогда всю пиковую силу вибратора следует использовать для поддержания наибольшего значения силы воздействия на землю. Однако ее может не хватить и уровень сигналов понизится. Тем не менее контроль по силе воздействия на землю предотвращает отрыв плиты вибратора от поверхности земли на частоте резонанса земли и позволяет полностью использовать возможности вибратора по передаче максимально возможной энергии на самых высоких и некоторых низких частотах. В большинстве случаев контроль вибратора по силе воздействия на землю желателен и оправдывает дополнительные расходы на его применение. Его всегда следует применять при работах с вибраторами, имеющими высокие отношения пиковой силы к величине пригруза.
Бывает целесообразно регистрировать сигнал силы воздействия на землю (или уровень вибрации) в течение каждого управляющего сигнала. Без амплитудного контроля сигнал силы воздействия на землю может быть таким, каким мы хотим. С амплитудным* контролем этот сигнал будет постоянным, а уровень вибрации будет меняться так, как мы считаем нужным. Эти сигналы находятся в определенных соотношениях с частотами резонанса верхних слоев земли, несущими определенную информацию об их строении и об изменениях среды от одного пункта возбуждения до другого по профилю. Изменения приповерхностных условий ведут к ошибкам в статике и необходимости коррекции статических поправок. Теперь у нас есть сигнал, который может быть зарегистрирован и, возможно, поможет в определении статических поправок. Например, предположим, что ведутся наблюдения по профилю, где верхняя часть разреза представлена тонким слоем почвы, подстилаемым горизонтом с весьма высокими скоростью и добротностью Q. Если профиль пересекает погребенное русло (ныне заполненное почвой и другим слабоуплотне!шым материалом), то это повлияет на резонанс. Добротность Q уменьшится, и амплитуда силы воздействия на землю (или уровень вибрации) вблизи резонансной частоты измеНИТСЯ. •
Соответственно должны быть скорректированы и статические поправки. Могут ли изменения частоты резонанса, верхних слоев земли, отражающиеся в записях принятых сигналов, использоваться для более точного определения статических поправок? (Это может быть сделано с помощью моделирования изменений поверхностных условий, затрудняющих расчет статических поправок.) Моделирование целесообразно опробовать на площадях, где определение статических поправок представляет большую проблему, не очень хорошо решаемую существующими в настоящее время методами работ. Но записи этих экстремальных сигналов не будут использоваться до тех пор, пока кто-нибудь не
проявит к ним интереса и действительно не попробует с пользой употребить эти данные. Для достижения прогресса в этом направлешш требуются коллективные усилия.
Литература
Sallas J.J. Seismic vibrator control and the downgoing P-wave. Geophysics, 49, 732-740, 1984.
Приложение J. Теория нелинейных свип-сигналов
В данном приложении рассматриваются нелинейные управляющие сигналы и выбор закона изменения частоты для некоторой компенсации поглощения волн в земле и снижения эффективности вибрационных источников в зависимости от частоты.
Нелинейные свип-сигналы для частичной компенсации поглощения волн в земле
Одной из причин применения нелинейных управляющих сигналов является стремление повысить уровень высоких частот по отношению к низким, так как фильтрующее действие земли в большей степени снижает интенсивность высоких частот. Наш подход к задаче синтезирования хороших свип-сигналов для этих целей заключается в стремлении обеспечить выравнивание в процессе полевых работ спектров отраженных волн от разведуемых горизонтов. В действительности наши желания в подъеме высоких частот не заходят так уж далеко, но мы хотим знать, какой тип нелинейного сигнала способен сгладить спектры волн. Затем мы можем использовать полученное уравнение, но стремиться поднимать высокие частоты следует умеренно и в той мере, в какой это необходимо и практически реализуемо. Подъем высоких частот можно оценивать по времени излучения 1 Гц на высоких и низких частотах.
Поглощение волн в земле (гл. 22) определяется следующим уравнением (без учета расхождения):
A^-A^S
где Л (г/)-амплитуда некоторой частотной составляющей в функции расстояния волны от источника; Ао-начальная амплитуда частотной компоненты в источнике; с-константа в выражении фильтрующего действия земли;/-частота; <7-путь волны в земле.
Приведенное выше уравнение основывается на том, что коэффициент поглощения земли пропорционален частоте.
Энергия, сосредоточенная в узкой полосе частот свип-сигнала, пропорциональна времени ее излучения и обратно пропорциональна ско-
dldfdldfе cf = Ci,е cf = Ci,рости изменения частоты. Для компенсации поглощения, которое увеличивается с частотой, необходимо выполнение следующего равенства:
dldf
dldf
е cf = Ci,
е cf = Ci,
где dt/df- величина, обратная скорости изменения частоты, С = (cd),
a ct-постоянная. Тогда
e^df— dt/c^,
и после интегрирования в пределах от t = 0 до t = t получим
ОС1ОС1
О
С1
О
С1
где /(0)-начальная частота при t = 0,/(z)-частота при t = t; при этом
/(')=5lп(^+eczl0,)•
Положим:
(fs) = начальная частота =f(t — 0),
(Jc) = конечная частота =/(z = L$),
где Ls-длительность управляющего сигнала. Тогда
^+ ес^
Cl.
gC^e^^s^. eCUs^ Cl
с - s 1^С(/е) _ eC(/s)>с - s 1^С(/е) _ eC(/s)>
с - s
1^С(/е) _ eC(/s)>
с - s
1^С(/е) _ eC(/s)>
Уравнение (1) можно записать в более ежа гоп форме, введя дополнительные константы. Тогда будем иметь
/(z) = (l/C)ln(zC2 + C3),.
f^ = WQ In [0(1 + O/OXL
М = (1/0 In [О] + (1/C) in U + 0/0),
/(/) = O + Oln(( + O),' (2)
где
o = ^ln([ec<^>- ec^/LA
С5 = 1/С,
Ls
^6 — ^C(Je)-C(/s) _ | *
Степень подъема высоких частот определяется в основном константой С6. Графики, построенные по этому уравнению, для управляющих сигналов с приемлемыми длительностями и частотами показывают, что константа С6 должна принимать значения между 0,5 и 2 соответственно для сигналов с большим и умеренным подъемом высоких частот. Выбрав значение С6 = 1, можно определить другие константы следующим образом:
/(z) = С4 + С5 In (z + 1),(3)
с4 = №,
с
5 ln(l+LJ'
Этот сигнал получил название логарифмического [“log от (z 4- 1)”], и он может быть построен для различных значений времени излучения свипа и частот, представляющих интерес. Имеются также свип-сигналы “log от (Z + 2)”, “log от (Z + 0,5)” и др.
Существуют программируемые чипы, рассчитанные только на считывание, имеющие память со стиранием (EPROM) и кодируемые для получения определенных логарифмических свип-сигналов. Они в целом успешно применяются, правда, время от времени возникают трудности с использованием EPROMS. Мы приобрели множество таких чипов для того, чтобы иметь возможность использовать в наших опытных работах относительно небольшое число свип-сигналов. Когда стали доступными хорошие генераторы нелинейных сигналов, то отпала необходимость в применении и кодировании большого числа EPROMS и мы смо!ли увидеть, какие нелинейные сигналы возможны с этими новыми устройствами. Генератор свип-сигналов фирмы Texas Instruments имеет одну, и только одну реализацию логарифмического свипа “log от (z + 1)”, который был ранее определен как основной для применения. Теперь же появилась возможность варьировать длительность сигнала, его начальную и конечную частоты, что раньше требовало отдельных наборов EPROMS для каждого изменения. Многократно необходимо было устанавливать наборы EPROMS на каждый вибратор и на сейсмо- станцию. Поэтому теперь можно оценить преимущества регулируемых нелинейных свип-генераторов без EPROMS.
Однако при использовании сигнала “log от (z + 1)” фирмы Texas Instruments у нас имелись ограничения в увеличении и уменьшении степени подъема высоких частот. Раньше мы говорили, что подъем уровня частот контролирует в основном константа Сб и в генераторе сигналов фирмы Texas Instruments он закреплен величиной, равной
единице. Однако длительность управляющего сигнала также оказывает влияние на подъем высоких частот, и с ее увеличением он также возрастает. Причиной является то, что в действительности подъем высоких частот определяется отношением максимального значения Г (т.е. длительности управляющего сигнала L^ к константе С6. Таким образом, мы можем увеличить подъем, пли уменьшая С6, или удлиняя Ls. Уравнение логарифмического свипа фирмы Texas Instruments имеет вид
F^ = FYA-F^ = FYA-.(Fp-FJlnG+l).(Fp-FJlnG+l)In (SL + 1)In (SL + 1)
F^ = FYA-
F^ = FYA-
.(Fp-FJlnG+l)
.(Fp-FJlnG+l)
In (SL + 1)
In (SL + 1)
где Fj-начальная частота, Fp-конечная частота, SL-длительность свипа, t- время.
В табл. J.1 показано влияние длительности свип-сшнала на подъем высоких частот. Для сравнения различных сигналов они нормированы к свипу длительностью 16 с. Каждое приращение времени в этой таблице составляет 6,25% от длительности сигнала. В таблице приведены значения частот в функции времени. Но больше всего в этой таблице нас интересует время излучения каждого частотного интервала. Поэтому для каждого временного интервала даны средние частоты и время (в мс) па 1 Гц изменения частоты. (Полное время в миллисекундах, за которое частота меняется на 1 Гц, нужно разделить на два и умножить на полтора для свипов длительностью соответственно 8 и 24 с.) Согласно табл. J.1, высокие частоты возрастают в 7,1; 11,4 и 14,8 раза для свип-сигналов длительностью 8, 16 и 24 с соответственно. (Эти значения были получены как отношения времен нарас гания частот на 1 Гц в начале и конце каждого свипа в пределах временных интервалов, равных 6,25% от общей длительности сигналов.) Такой подъем высоких частот достаточен для наших целей. (Мы могли бы еще больше увеличить величину подъема, используя более короткие или более длинные управляющие сигналы, если бы захотели. Генераторы фирмы Texas Instruments допускают формирование управляющих сигналов, которые являются промежуточными между линейными и логарифмическими, но мы никогда их не применяем.)
На рис. J.1 по данным табл. J.1 построены для сравнения нормированные, с подъемом высоких частот логарифмические свип-сигналы фирмы Texas Instruments с полосой частот 20-120 Гц и длительностью 8, 16 и 24 с. Можно предполагать, что и любой другой изготовитель генераторов нелинейных сигналов, используя сходные или по возможности идентичные уравнения управляющих сигналов для подъема высоких частот, тоже получит вполне удовлетворительные устройства.
аблица J.L Примеры влияния длительности логарифмического управляющего сигнала фирмы Texas Instruments на подъем высоких 1CTOT. Полоса частот 20 120 Гц
Длительность сигнала 8 сДлительность сигнала 16 сДлительность сигнала 24 с
ре- я, с
Г(0, Гц
АГ, Гц (на 0,5 с)
Средняя частота /, Гц
Относительное время нарастания частоты, 2 мс/Гц
Время, с
Г(0, Гц
АГ, Гц (на 1 с)
Средняя Огноси-
Время, с
Г(0. Гц
АГ, Гц (на 1,5 с)
Средняя частота /, Гц
Относительное время нарастания частоты, (мс/Гц)/1,5
частота
/, Гц
тельное время нарастания частоты, мс/Гц
20
18,454
29,22
54,19
0
20
24,465
32,2
40,88
0
20
28,466
34,23
35,1
,5
38,454
13,092
45,00
76,38
1
44,465
14,311
51,6
69,88
1,5
48,466
14,602
55,77
68,1
51,546
9,844
56,62
101,58
2
58,786
9,856
63,7
101,46
3
63,068
9,893
68,01
101,1
.5
61,702
8,298
65,85
120,51
3
68,930
7,876
72,9
127,0
4,5
72,961
7,492
76,71
133,5
70,000
7,016
73,51
142,53
4
78,806
6,435
80,0
155,4
6
80,453
6,032
83,47
165,8
.5
77,016
6,077
80,05
164,55
5
83,241
5,441
86,0
183,8
7,5
86,485
5,049
89,01
198,1
83,093
5,361
85,77
186,53
6
88,682
4,713
91,0
212,2
9
91,534
4,342
93,71
230,3
.5
88,454
7
93,395
10,5
95,876
4,795
90,85
208,55
4,157
95,5
240,6
3,809
97,78
262,5
93,249
4,337
95,42
230,57
8
97,552
3,719
99,4
268,9
12
99,685
3,392
101,4
294,8
5
97,586
3,960
99,57
252,5
9
101,271
3,364
103,0
297,3
13,5
103,077
3,058
104,6
327,0
101,546
3,643
103,37
274,5
10
104,635
3,071
106,0
325,6
15
106,135
2,784
107,5
359,2
105,189
П
107,706
16,5
108,919
3,373
106,88
296,5
2,825
109,0
354,0
2,555
110,2
391,4
108,562
12
110,531
18
111,474
3,140
110,13
318,5
2,616
111,8
382
2,361
112,7
423,5
111,702
13
113,147
19,5
113,835
2,937
113,17
340,5
2,435
114,4
411,0
2,194
114,9
455,8
114,639
14
115,582
21
116,209
2,760
116,02
362,3
2,278
116,7
439
2,049
117,1
488,0
117,399
15
117,860
22,5
118,078
2,601
118,70
384,5
2,140
118,9
467,3
1,992
119,0
520,3
120
16
120
24
120
дъсм высоких частот = 384,5/54,19 = 7,1. Подъем высоких частот = 467,3/40,88 = Подъем высоких частот = 520,3/35,1 == 11,4.=14,8.
Рис. 11. Нормированный относительный подъем высоких частот логарифмическим свип-сигналом фирмы Texas Instruments. Относительный подъем нормирован к свипу длительностью 16 с. Чем длиннее свип, тем больше подъем уровня высоких частот по отношению к низким.
Другие нелинейные сигналы для подъема высоких частот
Генераторы фирмы Pelton реализуют другие модификации нелинейных свип-сигналов для подъема высоких частот. Их функция подъема ранжируется в полосе 1-15 дБ/октава с шагом 1 дБ/октава. Уравнение изменения частоты во времени отличается от предыдущего, и его можно получить при желании компенсировать потери эффективности вибраторов на высоких частотах вследствие ограниченной величины пиковой силы. Если бы это было единственным соображением, то подъема частот в 6 дБ/октава было бы достаточно. Но в конструкции вибратора имеются упругие элементы, включая сжимаемость жидкости, которые также приводят к снижению эффективности его работы на высоких частотах. В табл. J.2 приведены результаты расчетов по сравнению свип-сигналов длительностью 16 с фирмы Pelton, имеющих подъем частот в 9, 12 и 15 дБ/октава, с таким же по длительности логарифмическим свип-сигналом фирмы Texas Instruments. Сопоставлетше этих управляющих сигналов Pelton с сигналом Texas Instruments в координатах частота-время приведено на рис. J.2. На рис. 13 показан относительный подъем высоких частот в функции частоты для сигналов 12 и 15 дБ/октава Pelton и логарифмического сигнала Texas Instruments. (Все свип-сигналы на этом рисунке имеют длительность 16 с.)
Были достигнуты хорошие результаты с обеими модификациями генераторов управляющих сигналов, так как мы использовали подъем высоких частот просто для повышения отношения сигнал/помеха, с тем чтобы получить при обработке выровненные спектры и приемлемый относительный уровень полезных волн во всем диапазоне нашего управляющего сигнала.
Уравнение нелинейного свип-сигнала, используемое фирмой Pelton, есть
/= (Л/ + В)1/с,
где /-частота в функции времени, А = (Г 2 — FC^/SL, В = F^, с = 1 + + (D/6), D-коэффициент изменения частоты в дБ/октава (—15 ^ D ^ ^ 15), SL-длительность сигнала в секундах, Fx-начальная частота, F2-конечная частота.
Имеется ряд других фирм, которые предлагают генераторы нелинейных управляющих сигналов, оцениваемые как отличные и обеспечивающие хорошие сигналы для подъема высоких частот. Некоторые из mix предлагают свипы с изменением частоты Г2, которые не рекомендуется использовать из-за того, что они приводят к очень большому росту частоты в конце излучения. Они могут быть полезны, если нам необходимо дойти, например, до 80 Гц, а до частоты 79 Гц требуется умеренный подъем частот. В этом случае для достижения 80 Гц необходимо затратить уж очень много времени на излучение сигнала. Это не рациональный путь для компенсации фильтрующего действия земли и других факторов, влияющих на высокочастотные отражения.
Нелинейные свип-сигналы для специальных целей
В методе поперечных волн на очень низких частотах необходимы высокие уровни излучения энергии, однако усилия, развиваемые вибраторами в этой полосе частот, ограничены мощностью насоса и пределом перемещения реактивной массы. В этом случае необходимо поднимать энергшо низких частот, а не высоких. Это можно сделать с помощью генераторов фирм Texas Instruments и Pelton, а также других производителей электронного оборудования. Но очевидно, что нам нужно применять подъем энергии на низких частотах только в пределах тех частот, где вибратор работает достаточно эффективно. Вне этой полосы будет использован или линейный управляющий сигнал, или свип с подъемом уровня высоких частот. С другой стороны, очевидно, что интенсивность глубоких отражетшых волн на высоких частотах будет небольшой. В таком случае чипы EPROMS могут обеспечить достижение наилучших результатов. Можно закодировать их таким образом, чтобы обеспечить подъем сигналов на какой-либо одной или на всех частотах. Например, можно применить один логарифмический свип-сиг- нал для подъема низких частот, другой логарифмический сигнал для подъема высоких и линейный для средних частот.
Таблица J.2. Пример сопоставления логарифмического свипа фирмы Texas Instruments и сигналов фирмы Pelton с коэффициентами изменения частоты 9, 12 и 15 дБ/октава. Длительность свипов 16 с. Полоса частот 20 120 Гц (2,585 октавы)
Логарифмический сигнал Texas Instruments
Нелинейные сигналы Pelton
Время, с
Частота, Гц
ДЛ Гц (на 1 с)
9 дБ/октава
12 дБ/октава
15 дБ/октава
Частота, Гц
Д/, Гц (на ! с)
Частота, Гц
Д/, Гц (на 1 с)
Частота, Гц
Д/, Гц (на 1 с)
0
20,000
20,000
20,000
20,000
24,47
22,15
28,70
34,78
1
44,47
14,31
42,15
11,70
48,70
11,94
54,78
11,72
2
58,79
9,86
53,85
8,77
60,64
8,50
66,50
8,06
3
68,93
7,88
62,62
7,23
69,14
6,81
74,56
6,33
4
76,81
6,44
69,75
6,25
75,94
5,76
80,89
5,29
5
83,24
5,44
76,10
5,56
81,71
5,05
86,17
4,58
6
88,68
4,71
81,67
5,05
86,76
4,52
90,75
4,07
7
93,40
4,16
86,71
4,64
91,28
4,11
94,82
3,67
8
97,55
3,72
91,34
4,32
95,39
3,79
98,49
3,36
9
101,27
3,36
95,67
4,03
99,18
3,52
101,85
3,10
10
104,64
99,70
102,69
104,96
3,073,813,292,89
11107,71
103,51105,99107,84
2,833,613,102,71
12110,53
107,12109,08110,55
2,623,432,932,55
13113,15
110,55112,02113,10
2,443,282,792,42
14115,58
113,83114,80115,52
2,283,152,662,30
15117,86
116,98117,46117,81
2,143,022,542,19
16120,00
120,00120,00\120,00
Рис. J.2. Зависимость частоты от времени для нелинейных сигналов Texas Instruments и Pelton. Видно, что все сигналы обеспечивают большую скорость нарастания частоты на низких частотах и меньшую на высоких.
Рис. J.3. Относительное повышение уровня высоких частот для свип-сигналов Texas Instruments и Pelton. Логарифмический сигнал длительностью 16 с фирмы Texas Instruments обозначен TI. Сш налы длшельностью 16 с фирмы Pelton обозначены числами 12 и 15, указывающими подъем уровня высоких частот в дБ/октава.
Наши эксперименты с EPROMS были выполнены при использовании генераторов сигналов Pelton. Мы получили хорошие материалы с EPROMS, закодированными для нас фирмой Pelton в соответствии с установленными нами уравнениями. Мы и сами кодировали EPROMS. В продаже имелись вполне пригодные оборудование и программа для кодирования EPROMS, которые вместе дали весьма несуразные результаты, особенно на самых низких частотах. Одна из систем позволяет получить особые зависимости скорости изменения частоты во времени, которые могут быть вращательными и даже отрицательными. В инструкциях по применению этого оборудования указывается на необходимость выполнения определенных ограничений по скорости изменения частоты, но рекомендованные пределы не всегда достаточны для того, чтобы предотвратить вращение частоты во времени. Несмотря на это, результаты, которые мы получили с системами EPROMS, закодированными таким странным способом, были нс слишком плохими. Но после их анализа мы решили больше эти системы не использовать.
Некоторые замечания по нелинейным свип-сигналам
У разработчиков методики и оборудования Вибросейса имелся определенный скепсис в отношении применения нелинейных управляющих сигналов. Он основывался на твердом убеждении в том, что в Вибро- сейсе требуется иметь лишь горизонтальный спектр волны, посылаемой в среду, и, следовательно, горизонтальный спектр корреляционной функции сигналов. Но сигнал, посылаемый в землю, вовсе не важен. Важны сейсмические импульсы отраженных волн, приходящих с глубины. Мы хотим, чтобы после обработки именно они имели горизонтальные спектры. Для достижения этой цели необходимо иметь адекватные отношения сигпал/помеха для всех частотных составляющих в пределах полосы управляющего сигнала (или по крайней мере сделать все, что можно, без чрезмерного увеличения длительности свипа). Это требует значительных затрат времени на излучение колебаний на высоких частотах для частичного преодоления поглощения волн в земле. При выборе линейного свипа много времени будет напрасно уходить на возбуждение низких частот, вместо того чтобы обеспечить достаточное время для генерирования высоких. Поэтому мы выбираем нелинейный сигнал для подъема высокочастотных составляющих волн. Это будет практически подходящее и выгодное решение, несмотря на возражения некоторых известных специалистов, которые много сделали для развития методики и оборудования Вибросейса. Мы все должны быть очень внимательны, поддерживая одни идеи и осуждая противоположные, в которых мы пока не видим практической ценности. Точно так же могут быть спорными идеи и убеждения, высказанные в этой книге. Возьмите то, что может вам помочь и что имеет для вас смысл, но затем идите дальше вперед и старайтесь получать еще лучшие сейсмические данные.
Предметный указатель
Автокорреляция 14, 83, 413-415
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) 10, 84, 104, 154, 283, 295, 407
Акселерометры 53, 342, 425
Акустическая жесткость 10, 314
Амплитуды
относительные 363, 364 регулировка 114, 256, 426, 427
База группы 10, 39-41, 59, 67, 284-285 в половину интервала группирования 39
в один интервал группирования 39, 42, 120, 122, 154, 285, 357
в два интервала группирования 39-45, 59, 120, 121, 171, 283, 357
в три интервала группирования 39, 40, 134, 285
в четыре интервала группирования 45, 132, 171, 285
Буровые станки 253
Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП) 78, 234
Взаимности принцип 42, 314, 383
- теорема 313-315
Взрывы
в глубоких скважинах 96-98, 132, 137, 175-182
в мелких скважинах 85, 98, 108, 132,
141, 144, 183, 276, 408
на поверхности 98, 182, 183
с варьированием глубины 175-181
Вибраторы 77-79, 88, 254, 314
генератор нелинейного свипа 100
гидравлическая сила 99, 103, 423
давление насоса 99, 100, 255
мощность 85, 93, 99, 106, 114, 254
на высоких частотах 99, 102
на низких частотах 100, 422-424
опорная плита 83, 99, 256
отрыв плиты 86, 100, 114, 256, 426
ошибки во времени 88, 99, 100, 421, 422
перемещения 49, 60, 79, 255, 341
пиковая сила 255, 256, 426
полярность 78, 88, 230-232
предел перемещения 255, 256, 422
работа 92, 255-257, 422
расстояние (между вибраторами) 47, 60 реактивная масса 99, 256, 422-425 уровень вибрации 86, 92, 114,426,427 фаза 420, 424
число 85, 86, 93, 106, 254
Вибросейс 10, 413-424
достоинства 76-79, 100
недостатки 79
полевые работы 85-95, 225, 341
Водяные пушки 155
Воздушные волны 31-34, 46, 129, 182,
183
Воздушные пушки 10, 147, 355
глубина погружения 146 150, 161, 167, 357
длинные группы 153, 156, 164
интервалы между батареями 159—
164
настроенные группы 155
поперечные группы 156-159
точечная группа источников 156
Волновое сопротивление И, 314
- число 11, 61
Волновой фронт восстановление 315 скорость 337, 338
Волны в водном слое 150
во времени и пространстве 365-367
Волны-помехи 305. См. также Подавление помех
анализ 31, 118, 119, 215
атмосферные наводки 260
ветровые 99, 102, 137
гармонические 11, 80, 419
длинноволновые 38, 40, 45, 59, 143-145, 285, 292-294
источника 17, 31, 37, 49, 63, 106, 171, 183, 204, 225, 285
коротковолновые 46, 285
наводки от силовых линий 234, 260, 263-265, 312
от генератора 31, 48
параметры 33, 40, 58, 73, 130
рассеянные 49, 151, 152, 157, 215, 225
регулярные 31-45, 131, 151-153, 217
случайные 217, 312, 313
Волны-спутники II, 98, 146-150, 355
задержки 98, 175, 177
ослабление 98, 149, 167, 175-181
фильтрующий эффект 147-149, 356
Времени пробега приращение 41, 65
в пределах базы группы 67, 69
Время вертикальное 175, 176, 181, 318
Время отражения 72, 335-337
на нулевом удалении 72, 143
нормированное 333
прихода 316, 317, 327, 341, 408, 415
различия 85, 317, 318
Время пробега 11, 66, 323, 327
прослушивания 11, 76
Выборка трасс II
Вынос
минимальный эффективный 284, 285
нечетный 135, 171, 172
четный 36-38, 41, 171, 173
Высокие частоты 284
потери 46, 55, 67-70, 83, 156, 174
усиление 75, 77, 84, 87, 97, 102, 103, 106, 418, 428-439
Высокое разрешение 96-113, 224 в Вибросейсе 99, 103-113, 256, 257,
418
необходимость 96
при взрывных источниках 96
при спектральном отбеливании 292-294
Газ 338
влияние на статические поправки 150, 215
данные продольных волн 238-242
обнаружение 169, 243-252
реакция поперечных волн 222, 238242
Гидрофоны 146, 147
Графики /, х 61
Группирование 12, 35, 342
источников 35, 180-183, 312, 360-365
комбинации 59
приемников 35-49, 360-365
Группы источников 12, 98, 108
в форме параллелограмма 63, 372, 373
длинные 153, 162, 214, 227
звездообразные 49, 63, 64, 217, 314, 379-381
короткие 46, 47, 54, 228
линейные (продольные) 367
расположение 259
расчет параметров 56-61, 159, 370
трапецеидальные 60, 373-375
характеристики 121, 122, 142, 143
Группы приемников 12, 35, 284
в форме параллелограмма 133-136, 373, 376-379
длинные 45, 55, 153, 214
звездообразные 49, 63, 64, 216, 257, 379-381
короткие 54, 228, 263
линейные (продольные) 41, 63, 134, 314, 367
отклик 68
площадные 49, 63, 183
расположение 259, 274
расчет параметров 41, 46, 56-64, 370
.трапецеидальные 133, 373
Деконволюция 12, 104, 108, 290-295
и выравнивание спектров 104, 108— 114, 291
минимально-фазовая 79, 151, 291, 295
нуль-фазовая 295
по форме сигнала 168
предсказывающая 17, 153
сжимающая 104, 291
Дереверберация 79, 151, 291
Динамический диапазон 13, 52, 90, 205 использование акселерометров 53, 342
коррелятора 90 сейсмоприемников 53
Диносейс 47
Дискретизация сигналов 50-52, 277
интервал 40, 52, 117, 130, 206, 277
Дисперсия волн 13, 316-338, 407
Дифракция 246-250, 315
Добротность Q 13, 86, 114, 316, 338, 426, 427
Дно мягкое 150
твердое 151
Затухание 13/77. Cal также Поглощение волн
Звон 13, 73, 291, 297, 305
Звуковая волна см. Воздушная волна
Зеркальные частоты 13, 50, 62.
временные 50 пространственные 34, 51, 206, 214, 302
фильтрация 51, 52
Зона малых скоростей (ЗМС) 35, 98, 146, 175, 182, 315
Импульс
единичный 97, 332-337, 409, 410 минимально-фазовый 15, 81, 84, 316, 317, 334-337, 406-413, 418
нуль-фазовый 16, 19, 81, 317, 333— 337, 409-419
причинный 17, 406
смешанно-фазовый 19, 81, 324, 411, 418
Интервал группирования 14, 39-41
Кажущаяся длина волны 14, 33-35, 56, 70, 158, 213, 358
скорость 14, 34, 56, 70, 158, 213, 246, 357, 391
Кажущийся угол наклона 14
Качество данных 26-29, 156, 208, 224, 233, 270, 271, 289, 341 ухудшение 224, 279, 280
Кинематический сдвиг 41, 46, 50, 67
Когерентность 14
Кодирование (для одновременной записи)
и декодирование 192-196, 231, 232, 234
обращение полярности 192-196, 230-234
псевдослучайные свипы 235
фазовое 234
чередование свипов 234
Конвейерный способ записи 190-192,
342
Коррелятор 90, 91
Корреляция 14, 76, 89, 328, 331, 413
взаимная 76, 84, 196, 414
минимально-фазовая 84, 104, 276,
418
нуль-фазовая 82-85, 104, 317, 328
фильтрующий эффект 91, 103
Кратность (ОСТ) 15, 134, 267-270, 387
высокая 45, 209, 387
полная 41, 269, 270, 283
половинная 45, 283
Крутопадающие границы 45, • 126, 197-210, 285
Легкие партии 139 145, 182
Лучевые траектории 37, 38, 197-202, 210-212, 244, 247
при повторении удалений 37, 171, 173
при чередовании удалений 37-42, 171, 173
Малократные перекрытия 170-174
Маркирующая граница 15
Мелкие целевые границы 230 233
Миграция 289, 301
Многократные отражения 15, 18, 50
от дна 150
подавление 50, 153, 226, 296
скорости 227, 296, 297
Модели
границ при сложном геологическом строении 210
для коррекции статических поправок 309, 427
поля рассеяния от неоднородностей 152
среды 176, 177, 208, 324-326, 331, 413
Наблюдения
в начале и конце профилей 267-270
двусторонние 12
на криволинейных профилях 94, 270
односторонние 16
около препятствий 271-275
площадные 184-190
сейсмозондирования для изучения помех 385
с перемещающимися и неподвижными пунктами возбуждения и приема 387-390
Навигация 168
Надвиги 309
Найквиста частота 15, 50
Наложения эффект см. Зеркальные частоты
Направленность излучения и приема 18; 202, 342
влияние на подавление кратных волн 164-166
в морской сейсморазведке 149, 156, 160-167
для 'подавления зеркальных частот 206, 301
к середине косы 161, 165, 182
при наклонной границе 161
при обработке (направленное суммирование) 205, 301
Неоднозначность данных см. Зеркальные частоты
Непрерывность профилей 29
Нормальное приращение времени 15, 296, 391, 392
Обработка данных 183, 257-302
анализ скоростей 151, 152, 174, 289
в поле 26, 91, 133, 262
коррекция статических поправок 288, 289
миграция 289, 301
обратные Q-фильтры 295
подавление многократных отражений 50, 153, 296
по форме сигнала 292
Общая глубинная точка (ОРТ) 16
. Общая средняя точка (ОСТ) 16, 36 выборка (годограф) 36, 39, 43, 172, 198, 202, 359, 384 кратность 41, 45, 47, 132, 190 при повторении удалений 37, 171, 173 при чередующихся удалениях 37-42, 171, 173
суммирование (накапливание) 15, 36, 38, 40, 47, 192, 264
Одновременная запись 78, 192-196, 231, 254, 312 кодирование и декодирование 192196, 231, 232
от шести источников 234, 235 при малоглубинной сейсморазведке 230-234
Опытные работы 26, 57, 115-145, 307, 388
взрывной сейсмопартии 99, 127-139 вибросейсмической партии 115-127 в морской сейсмике 159 легкой партии 139-145
Осреднение 216
Относительная амплитуда 169, 238, 369 - ширина полосы частот 73, 74 Относительный отклик 68, 163-166, 367, 368 '
Отношение сигнал/помеха 17, 75, 77, 85, 101, 294, 360
Отражения коэффициент 82, 89, 146, 238, 239, 290, 356.
от наклонной границы 46, 198-202 точки 36, 37, 240'
Память EPROM 229, 430, 435, 439 Параваны 156
Первые вступления 31, 32, 43, 131 Пики 17, 35, 58-60, 98, 121, 142, 143 второй нулевой 371 на длинах волн 59, 60, 121-124, 135, 370 на частотах 159, 179 ' нулевой 370, 383, 385 ' первый 370•
- нулевой 371, 3841
Площадки приема 17, 218-222, 225, 342
Поверхностные волны 57, 106, 182
Повреждения 29-е
Поглощение волн в земле 75, 83, 150-152, 428, 429 и дисперсия 318-337
Подавление помех группированием источников 35, 58, 79, 156-159, 178, 180, 226 - приемников 35, 58, 159 корреляцией и редактированием 78, 89 при обработке 153, 292 с нелинейными свипами 61, 125 с помощью суммогрупп 40-45 суммированием по ОСТ 35, 38, 43, 207, 216, 382-385
Подобие 17, 289
Полоса частот 58, 61, 73-75, 99, 106, 416
при морской сейсморазведке 147150, 355-357
Полярность 78, 88, 230-232, 355, 412
Помехи см. Волны-помехи, Подавление помех •
Поперечные волны 214, 224, 239-243, 328, 329, 419, 435 вертикально-поляризованные 241 горизонтально-поляризованные 220, 241 затухание 239 источники 241-243 обменные 12, 16, 214, 223, 240 обнаружение ориентированных нарушений 242 приемники 241-243 реакция на присутствие газа 222, 238 связь с поверхностными условиями 239 скорость 222, 238, 239, 242 статические поправки 222
Поперечные наклоны границ 95, 209 Поправки кинематические 15, 36, 218, 296, 299 статические 19, 44, 150, 181, 219, 296, 299, 308, 427
Пористости обнаружение 237-252 высокоразрешенные данные продольных волн 237 данные поперечных и продольных волн 238-243
метод преломленных волн 243-252
Преломленные волны 44 дифрагированные 246-250 многократные 151, 225, 226 от наклонной границы 44-46, 357360
подавление 57, 297-300, 361-363
реакция на пористость и газ 243-252 Приемники см. Сейсмоприемники Провалы 18, 36, 58-60, 98, 142, 143, 373 на длинах волн 59, 60, 121-124, 132-135, 143, 370 на частотах 147, 159, 179 первый 370
Пропуски данных 30, 39, 40, 274-276
Разрсшснность 96
вертикальная 41, 104, 107, 284 высокая см. Высокое разрешение горизонтальная 45, 207, 393
Распространения волн теория 318-321
Рассеяние волн 215, 315, 318, 356 в условиях карста и вулканических покровов 215-220 от дна 151
Расстановка 18
односторонняя 154, 207
симметричная (центральная) 36-41, 141, 267, 283
сужающаяся и расширяющаяся 389 Реверберация 18, 129, 131, 151, 284, 292 Редактирование помех 78, 89, 232, 261 Резонансы 86, 114, 315, 425, 426 Рифы 310
Свертка 18, 290
Свип (-сигнал) 18, 419
вверх (апсвип) 19, 58, 80, 227, 425
вниз (даунсвип) 19, 80, 419
диапазон частот 58, 61
. длительность 76, 102, 106, 228, 431-434
конусность 91, 107
линейный 15, 106, 124, 419, 439
логарифмический 61, 102, 233, 430
нелинейный 61, 78, 80, 100-114, 124, 256, 262, 285, 397, 428-439
узкополосный 75, 78
фильтрация число 60
Свип-генераторы 101, 255
Pelton 82, 103, 228, 397, 434-438
Texas Instruments 82, 102, 105, 398, 430-438
других фирм 103
Связь в сейсморазведке 265, 303
Сейсмическая коса 266. См. также Расстановка
глубина погружения (при морских работах) 146-150, 357
длинная 153
задняя 36-45, 390
многожильная 142, 259-261
односторонняя 17
параллельные отрезки 118, 119, 138 передняя 36-45, 390 перпендикулярная линии возбуждения 94, 184-190
•цифровая 154, 343
Сейсмические лучи
дублирование 37, 38
чередование 37-42
Сейсмокаротаж 316, 317, 337, 408
Сейсмоприемники 17
гирлянды 130, 257, 274 динамический диапазон 52 затухание 74, 257 отключение 54
пучок 18, 120
размещение 53
с высокой собственной частотой 87, 97, 257
с обратной связью 53
Сила воздействия на грунт 114, 256, 425-427
и контроль за амплитудой 114, 256, 426, 427
и фазовая коррекция 114,256,424-426 сигнал 425-427
Синтетические сейсмограммы 290 Скорость
волнового фронта 337, 338 групповая 12, 20, 317-338 кажущаяся см. Кажущаяся скорость нормального приращения времени см. Скорость эффективная
продольных волн 237 суммирования 19, 65
фазовая 20, 317-338
эффективная 19, 65, 72, 154, 296, 395
Снедлиуса закон 357, 361, 362
Спаркер 150
Спектральное отбеливание 104, 108— 114, 292-295
Спектры
амплитуд 101, 238, 276, 313, 321
выравнивание 104, 107
фаз 81, 276, 291
Статические наводки 129, 131
Суммирование трасс 15, 45, 174, 184— 189, 297
весовое 296
направленное 205, 301
с постоянными скоростями 300 Суммогруппы 42, 43, 154, 155, 172, 382-385
Суперпозиции теорема 312
Телеметрические системы 131, 260, 262, 342
Трехмерная сейсморазведка 159, 168, 301
Угловой сдвиг 19, 81-85, 87, 417 * Угол
азимутальный 49
излучения 161, 162, 198, 203, 204, 206, 211-213
критический 15, 243, 362
наклона границы 45
отражения 20
падения 20, 198, 361
подхода 35, 44, 46, 70, 206, 211-214 преломления (прохождения) 20, 243, 361
Удаления 20
большие 47. 50, 284
максимальные эффективные 160, 283, 284
минимальные 50, 284, 296
оптимальные 50
повторяющиеся 37, 171, 173
чередующиеся 37-42, 171, 173
Управляющий сигнал см. Свип-сигнал
Фаза сигнала 81-84, 104, 313, 407, 412 Фазовая синхронизация по силе воз
действия на грунт 83, 114, 256, 424-426
Фильтры 262
веерные см. Фильтры скоростей верхних частот (ФВЧ) 40, 58, 74, 98, 262
земли 83, 407, 418
зеркальных частот 51
минимально-фазовые 15, 83, 291, 317 многоканальные 297-300
нижних частот (ФНЧ) 83, 262
нуль-фазовые 16, 291
по длине волны 56, 61, 158, 299 режекторные 18, 57, 61, 263, 264 скоростей 151, 153, 296, 299 цифровые 84, 291, 407
частотные 97
Фокусировка и дефокусировка лучей 210
Фон помех 52, 78, 217, 224, 313 Френеля зона 393
Характеристика групп 59, 134 в форме звезды 217 двойной группы приемников 121, 124, 139, 142-145
одинарной группы приемников 120-122
пики (максимумы) см. Пики провалы (минимумы) см. Провалы результирующая 36, 39, 139, 217 трапецеидальная 39, 372 •
тройной группы приемников 134, 142 учетверенной группы приемников
142-145
Эвапориты и оползание слоев 309
Яркое пятно 238-240
Содержание
От переводчиков 5
Предисловие 8
Словарь терминов 10
Буквенные обозначения, 21
Введение 23
Основные понятия, выводы и наблюдения 31
Практические конфигурации групп приема и возбуждения 56
Подручные средства и расчеты в полевых условиях 65
Виброссйсмичсские партии 76
Высокое разрешение и практическое использование нелинейных свинов 96
Опытные полевые работы 115
Морская сейсморазведка, 146
Сейсмопартия со взрывными источниками170
Условия бездорожья и трехмерные наблюдения 184
Крутые падения и сложное геологическое строение . ... *197
Высокоскоростные покровы проблемы и решения- .211
Другие трудные площади и способыихосвоения224
Малоглубинная разведка и одновременнаязапись230
Картирование зон повышенной пористости и скоплений свободного газа237
Выбор и эксплуатация оборудования253
Практические способы отработки профилей и преодоления препятствий •267
Некоторые обобщенияТ11
Обработка сейсмических данных287
Организация связи в сейсморазведке303
Разные теории312
Распространение волн, их затуханиеидисперсия316
Экономика, тенденции развития и заключение340
Приложения346
Приложение А. Рекомендуемые формы бланков346
Приложение В. Ограничения полосы частот при работах на море 355
Приложение С. Помехи от наклонной преломляющей границы . . .357
Приложение D. Группирование приемников, источников и накапливание по ОСТ360
Приложение Е. Примеры системнаблюдений . '385
Приложение F. Короткие программы для программируемых калькуляторов 391
Приложение G. Сейсмические импульсы, фаза и угловой сдвиг . . ?406
Приложение Н. Вибросейс .413
Приложение I. Фазовая синхронизация по силе воздействия на землю и контроль за уровнем вибрации . , •.424
Приложение J. Теория нелинейных свип-сигналов 428
Предметный указатель*440
*ШМй5Й№$******'**1^^
•jW»»*>i»»Hi^hfca»mhl»WW^
№у®й^ш|уйадяяй^т;5а1#ййТУйдабЯ83вя#выади8!2****й^|**1йа*^**еде«и*»***<е»***<и*>****<*|**^»е****у**"5**
B^HH^HFWH^^^^MWb^nH^HHMirwwiHwM^^^JlMf^^feM^/^^^^L^^y^^.^ *4^1?***?!*^?^^ tiu^wNiNTifwW^wmMnwttun^i^v:^^^^
.X ... ... tA_ . .. .ь м L WM >*4 »!»*>> Ww^X
'• r**•-ЧУ»»/
Рис. 6.4. Пример D-сравнение данных высокого разрешения (справа), полученных при нелинейном свипе, с данными, полученными ранее при взрывах динамита в мелких скважинах. Профили полностью совпадают. На этой территории были пройдены сотни миль при неизменно хорошем качестве и высокой разрешенности данных.
Acquiring Better Seismic Data
William Carr Pritchett
London New York Chapman and Hall
У. Притчетт
Получениенадежных данныхсейсморазведки
Перевод с английскогоканд. техн, наук В. П. Номоконоваи д-ра техн, наук М. Б. Шнеерсона
Москва «Мир* 1999
УДК 550.834
ББК 26.21
П75
Притчетт У.
П75 Получение надежных данных сейсморазведки: Пер. с англ. — М.: Мир, 1999. — 448 с., ил.
ISBN 5-03-002818-8
Книга известного американского геофизика имеет отчетливую практическую направленность и отражает высокий уровень методики, технологии и организации наземной и морской сейсморазведки методом отраженных волн в США. Приводятся множество численных примеров (включая готовые программы) и конкретные рекомендации для расчета параметров группирования приемников и источников, систем наблюдений, опытных зондирований. Описываются способы преодоления различных препятствий в ходе работ в особо сложных поверхностных условиях, улучшения качества данных при различном строении геологического разреза, трехмерная сейсморазведка и технология виб- росейсмического метода.
Для специалистов по разведочной геофизике, занимающихся практическим применением методов сейсморазведки.
ББК 26.21
Федеральная целевая программа книгоиздания России
Издание осуществлено при финансовом участии ассоциации«Нефтегазгеофизика» и НПГП «Нефтегеофизика»
Редакционная группа по выпуску литературы по геологии
© 1990 W.C. Pritchett© 1990 W.C. PritchettISBN 5-03-002818-8 (русск.)
© 1990 W.C. Pritchett
© 1990 W.C. Pritchett
ISBN 0-412-35-000-9 (англ.)
© перевод на русский язык, Номоконов В.П., Шнеерсон М.Б., 1999