2. Различные методики пространственных систем наблюдений

В настоящее время системы наблюдений существенно усложнились и «вручную» практически никто не считает, а применяют специальное программное обеспечение для проектирования 3-мерной сейсморазведки. В России наибо­лее распространен пакет проектирования MESA компании GMG. Основными критериями при оценке оптимальности системы наблюдений остается равномерность распределения поля кратности по площади, удалений и азимутов в бине и в ряду бинов, соответствие шага сети точек исследования и удалений изучаемым объектам и некоторые другие. [4]

Основными из используемых форм визуализации для анализа системы наблюдения пространственной расстанов­ки являются:

• распределение удалений и азимутов в сейсмограммах ОСТ по площади;

• распределение кратности по удалениям в сейсмограм­мах ОСТ по площади;

• распределение количества трасс по удалениям;

• распределение кратности по количеству бинов;

• график распределения азимутов по количеству трасс;

• диаграмма распределения количества трасс по азиму­там и удалениям;

• распределение ближних и дальних удалений;

• распределение удалений в параллельных рядах бинов.

С развитием методов интерпретации выявились и недо­статки наиболее широко используемых сегодня ортогональ­ных систем в 3D сейсморазведке. Это, в первую очередь, касается существенного изменения спектров удалений по площади. В бинах, расположенных рядом с линиями при­ема, и в бинах, находящихся между линиями ПП, они разные, поэтому при любых видах динамического анализа (особенно – до суммирования) на картах параметра появ­ляются так называемые «футпринты», т.е. следы системы наблюдения. Поэтому для применения современных видов анализа при интерпретации целесообразно либо сгущать сеть линий приема-возбуждения, либо «уходить» от ортого­нальных систем наблюдений. Второе более предпочтитель­но по экономическим и экологическим соображениям.

На сегодня известно большое количество различных систем более оптимальных по сравнению с используемыми. Далее будут рассмотрены наиболее основные из них.

Полная 3D (FULL-FOLD 3D). Полная 3D съемка заключается в том, что пункты воз­буждения и приема располагаются на поверхности равно­мерно по двумерной сетке. Интервал между позициями ПП и ПВ равен шагу между линиями ПП и ПВ. Размер ячей­ки сети совпадает с размером бина (рис. 17, а, b). Получаемые при этом распределения удалений и азимутов показаны на рис. 17, e-f. Эта система приемлема при наличии большого количества каналов. Все следующие варианты систем полевого сбора данных являются частны­ми случаями полной 3D и выбираются на основе анализа соотношения цена-качество.

Рис. 17. Система наблюдений «полная» 3D: схема расположения ПВ и ПП (a), увеличенный фрагмент расположения ПВ и ПП (b), распределение ближних удалений X_min (c), распределение удалений в бинах (d), распределение удалений в параллельных рядах бинов (e), распределение азимутов в бинах (f)

Система «Прокос» (SWATH). Система наблюдений типа «Прокос» использовалась на начальных этапах применения 3D сейсморазведки (рис. 18, а, b). В Советском Союзе эта система называлась «продольно-непродольное профилирование». В этом случае линии источников и приемников располагались параллель­но и обычно совпадали. Регистрация ведется не только на линии приема, совпадающей с линией возбуждения, но и на соседних параллельных линиях приема с получением линий точек отражения (ОСТ) между парами линий ПП и ПВ. При этом Х_min имеет значение, близкое к нулю на линии, где проходит возбуждение сигналов, и меняется с интервалом, равным шагу между линиями приемников (рис. 18, с). Получаемое распределение удалений в ОСТ (в бине) достаточно оптимально (рис. 18, d,e). Однако большой шаг выборки по линии кросслайнов приво­дит к большому количеству «пустых» бинов. Распределение азимутов очень «узкое» (при малом количестве линий при­ема) и зависит от числа линий приемников в расстановке и интервала между ними (рис. 18, а). В основном применяют позиционирование пунктов возбуждения меж­ду пунктами приема. Систему «Прокос» используют, обыч­но, в тех случаях, когда имеются сложные поверхностные условия или когда необходимо минимизировать затраты на проведение работ.

Технологичность такой системы очевидна, но она до­стигается за счет неоптимального распределения азимутов и большого шага по оси кросслайн. В случае морской сей­сморазведки из-за особенностей буксировки источников и приемников требование сохранения правильной геометрии не соблюдается. Для получения относительно равномерного «ковра» кратности делают увеличенные перекрытия между «прокосами». Описанные выше системы имеют, так назы­ваемую, параллельную геометрию.

Технологичность такой системы очевидна, но она до­стигается за счет неоптимального распределения азимутов и большого шага по оси кросслайн. В случае морской сей­сморазведки из-за особенностей буксировки источников и приемников требование сохранения правильной геометрии не соблюдается. Для получения относительно равномерного «ковра» кратности делают увеличенные перекрытия между «прокосами». Описанные выше системы имеют, так назы­ваемую, параллельную геометрию.

Рис. 18. Система наблюдений «Прокос» : схема расположения ПВ и ПП (а), увеличенный фрагмент расположения ПВ и ПП (b), распреде­ление ближних удалений X_min (с), распределение удалений в бинах (d), распределение удалений в параллельных рядах бинов (е), распределение азимутов в бинах (f)

Ортогональная система. В основе лежит ортогональное расположение линий приемников и источников (рис. 19, а-c). Такая система сбора данных удобна для раскладки и регистрации. Активные линии приемников обеспечивают прямоугольное поле точек отражения вокруг каждого пикета возбуждения, которое накладывается на поле от соседних ПВ с формиро­ванием «ковра» кратности. Поле точек отражения от одного ПВ часто имеет более длинную ось в направлении приема. При этом необходимо соблюдать требования по максималь­ному удалению пункт взрыва – пункт приема. Если уда­ление в направлении инлайн близко к оптимальному, то на дальних от ПВ линиях оно будет завышено и трассы не будут использованы в обработке. В зависимости от интер­вала между линиями приема отношение осей поля точек отражения от одного ПВ обычно составляет от 0,6 до 1,0. Очень распространен вариант соотношения осей – 0,85.

Система, как правило, центральная, хотя это не обяза­тельное условие. При работе в районах с большими углами падения отражающих границ могут быть использованы и асимметричные расстановки. Переход с симметричных на несимметричные может быть также полезен в случае недо­статка оборудования. Эта технология позволяет получить кондиционный материал с меньшим количеством каналов. Ортогональные системы удобны также тем, что линии при­ема могут быть разложены с опережением с достижением высокой производительности «отстрела». Параметр X имеет самое малое значение на пересечениях линий ПВ и ПП и увеличивается к центру полигонов, образуемых этими линиями. Распределе­ние удалений в бине достаточно оптимально (в зависимости от числа каналов в расстановке), но ухудшается к центру полигонов, где малые удаления отсутствуют. Удаление ПВ-ПП в параллельных рядах бинов также имеет тенденцию к изменению от периферии к центру полигонов. Это приводит к появлению в окончательных материалах сейсморазведки 3D эффектов, связанных с системой наблюдения при получении данных «в поле» (так называемые «футпринты»).

Распределение азимутов в ортогональных системах наблюдения достаточно однородно, если используются широкоапертурные расстановки приемников. [4]

Рис. 19. Ортогональная система наблюдений: схема расположения ПВ и ПП (а), увеличенный фрагмент расположения ПВ и ПП (b), распределение ближних удалений X_min (с), распределение удалений в бинах (d), распределение удалений в параллельных рядах бинов (е), распределение азимутов в бинах (f)

Система «кирпич» (brick). Система наблюдений типа «кирпич» (рис. 20, а, b) была разработана с целью улучшения распределе­ния удалений по сравнению с ортогональными системами. Перемещая группы источников, лежащих в соседних интервалах между линиями приема, на половину расстояния между линиями возбуждения, получается более равномер­ное распределение удалений в бинах по площади. Необхо­димо отметить, что квадратная апертура (соотношение осей 1:1) «дает» примерно то же самое распределение удалений для ортогональной и кирпичной систем. Для более «узких» апертур распределение удалений кирпичной схемы пре­восходит соответствующие характеристики ортогональной схемы. Если рассматривать одинаковые полигоны линий ПВ, ПП, то можно показать, что максимальное минималь­ное удаление X значительно меньше, чем в ортогональ­ном проекте (рис. 20, c). X_min в кирпичной схеме зависит от интервала между линиями приема. Эта система позволяет увеличить интервал между линиями приема без такого увеличения параметра X , как в ортогональных системах.

Удаления в параллельных рядах бинов более оптимальны по сравнению с ортогональной съемкой, что дает умень­шение эффекта «футпринт» (рис. 20, е). Система «кирпич» предполагает лучшее распределение азимутов для прямоугольных апертур сбора данных. Эти системы реко­мендуется использовать в районах, где возможно свободное перемещение по поверхности (степи, пустыни, тундра).

Коррекция статических поправок остается проблемой для любой регулярной 3-мерной системы, если только это не полная 3D-(FULL-FOLD 3D), так как пункты возбужде­ния и приема не совмещены.

Система «кирпич» дает прерываемость в сейсмограмме общего пункта приема, так как линии возбуждения рас­положены по ломаной линии. Это приводит к небольшому эффекту «футпринт» от линии возбуждения.

Существует система «двойной кирпич», когда реализуют «прокос» с использованием че­тырех линий приема. Тройной кир­пич используется с шестью линиями приема и четвертной кирпич – восемь линий приема. Во всех этих системах наблюдения регист­рация ведется только с центральной линией возбуждения. При этом получают улучшение распределения удалений по сравнению с ортогональным вариантом.

Традиционно методику «кирпич» применяют для ли­ний возбуждения, хотя по такому принципу могут расстав­ляться и приемники. В районах со сложными поверхностными условиями линии возбуждения могут размещаться на дорогах, а линии приемников – по «кирпичной» схеме. Методика может быть использована и в варианте «кирпич-кирпич», когда и линии ПВ и линии ПП располагаются по «кирпичной» схеме.

Рис. 20. Система наблюдений «кирпич»: схема расположения ПВ и ПП (а), увеличенный фрггмент расположения ПВ и ПП (b), распреде­ление ближних удалений Xmin (с), распределение удалений в бинах (d), распределение удалений в параллельных рядах бинов (е), распределение азимутов в бинах (f)

Неортогональные системы. Неортогональное расположение линий возбуждения и приема используется с целью получения распределения удалений, подобных системе «кирпич», но без таких недо­статков как поворот на 90⁰, прерывистые линии возбуж­дения. Особенностью неортогональных систем является расчет расстояния между пикетами возбуждения с тем, чтобы интервал проекций ПВ на линии приема был крат­ным размеру бина по оси X. Так, для угла наклона ли­нии ПВ в 45⁰ и шаге ПП 60 м. интервал ПВ считается как 60 м./cos45° = 85 м.

В этом случае получаемый размер бина будет сохра­няться 30x30 м с положением точек ОСТ в центре бина.

На рис. 21, а дан пример неортогональной сис­темы с углом между линиями ПВ и ПП, равным 45⁰. Линия возбуждения располагается на «полке» между центральны­ми линиями приема (рис. 21, b). На рис. 21,с по­казано распределение параметра X для данной неортого­нальной системы. Минимальные удаления связаны с рас­стоянием между линиями приема и углом наклона линии ПВ. Распределение удалений для 45⁰ варианта достаточно оптимально (рис. 21, d, е). Распределение ази­мутов также хорошее и зависит от числа линий приема в активной расстановке (рис. 21, f).

Отдельный вариант неортогональной системы заключа­ется в повторении проекции линии ПВ на каждую вторую линию приема. Для этого случая угол между линиями возбуждения и приема составляет 26,56⁰ (arctg 0,5). Расстояние между пунктами возбуждения в этом случае рассчитывается как 60 м./cos 26,56⁰ = 72,1 м.

Распределение параметра X получается несколько хуже по сравнению с вариантом 45⁰ , поскольку большой интервал между линиями, но зато распределение удалений и азимутов улучшено. Это позволяет уменьшить влияние футпринтов.

Рис. 21. Неортогональная система наблюдений, угол между линиями ПП и ПВ 45⁰: схема расположения ПВ и ПП (а), увеличен­ный фрагмент расположения ПВ и ПП (b), распределение ближних удалений X_min (с), распределение удалений в бинах (d), распределе­ние удалений в параллельных рядах бинов (е), распределение азимутов в бинах (f)

«Гибкий» или дробный бин (FLEXI-BIN). В случае использования этой методики линии возбуждения и при­ема могут располагаться самыми разными способами. Ос­новное требование, которое должно соблюдаться, это что­бы интервал между линиями возбуждения и приема были не кратными интервалу ПВ, ПП. Для примера, на рис. 22 интервал между линиями взрыва (SLI) равен 320 м, интервал между приемными линиями (RLI) – 260 м, шаг точек ПВ, ПП – 60 м. Это приводит к тому, что сред­ние точки отражения образуют правильную сетку внутри каждого бина. В других методах стараются, чтобы все точки попадали в центр бина. В приве­денном примере размер бина составляет 30x30 м, интервал средних точек внутри бина – 10 м. При обработке трассы могут быть просуммированы произвольным образом, либо в бине, либо в микробине (10x10 м). Если соотношение сиг­нал/шум недостаточное, то может быть увеличен размер бина. Распределение параметра X в данной системе по­добно тому, как это было в ортогональной системе сбора данных. Каждый бин содержит такое же количество трасс, но с несколько улучшенными распределения­ми удалений (рис. 22, d, е) и азимутов (рис. 22, f). Главное преимущество этого метода – хорошая коррекция статики из-за неповторяющейся геометрии на соседних пересечениях линий ПВ, ПП. Меньшая база сум­мирования на этапе обработки также дает возможность выделить детали волнового поля, которые могут быть про­пущены при больших базах суммирования. К преимуществам метода относятся более легкое полевое исполнение, хорошая коррекция статических поправок, большие возможности на этапе обработки.

Метод дробного бина предусматривает расположение линий источников и приемников со сдвигом пикетов ПB относительно интервала ПП. Например, сдвиг источника на половину интервала между ПП. В этом случае формируются микробины размером в четверть от стан­дартного в ортогональной съемке. Реальные примеры использования системы «FLEXI-BIN» показывают улучшение результатов съемки.

Рис. 22. Система наблюдений «гибкий бин»: схема расположения ПВ и ПП (а), увеличенный фрагмент расположения ПВ и ПП (b), распределение ближних удалений X_min (с), распределение удалений в бинах (d), распределение удалений в параллельных рядах бинов (е), распределение азимутов в бинах (f)

Система «кнопка» (BUTTON PATCH) . Метод был разработан и запатентован компанией ARCO и активно использовался этой компанией. В этой системе каждая «кнопка» включает в себя фиксиро­ванную расстановку приемников, обычно 6x6, 6x8 или 8x8 (рис. 23). Конкретная геометрия «кнопки» в значительной степени определяется возможностями поле­вого оборудования. Квадратная форма расстановки прием­ников не является обязательным требованием.

Несколько «кнопок» объединяются в виде шахматной доски для формирования поля точек отражения. После возбуждения на линиях ПВ набор «кнопок» перемещают с перекрытием по отношению к предыдущему положению и снова проводят возбуждение волн. Дублирование точек возбуждения для различных позиций приемной расстанов­ки обеспечивает хорошую коррекцию статических попра­вок. При этом достигается хорошее распределение точек отражения по площади. Зачастую из-за сложных условий получают неравномерное распределение приемной расстановки и пунктов возбуждения.

Большая канальность регистрирующей аппаратуры необходима здесь для минимизации количества перестано­вок расстановки приемников. Взрывпункты или вибраторы должны двигаться вместе с каждой новой позицией прием­ных каналов. Очень важно оптимизировать «в поле» пере­движение источников возбуждения. Обычно, если необхо­димо получение бинов малого размера и невысокой крат­ности, используют методику «button patch». Эта геометрия системы сбора позволяет получить уменьшенную площадь поля набора кратности и достичь больших удалений ПВ-ПП без необходимости размещения дополнительного обо­рудования вне запланированной скаттерграммы. Также имеется возможность улучшить работу программ миграции и ДМО за счет увеличения количества трасс с большими удалениями. К недостаткам системы следует отнести значительные эффекты «футпринт» из-за неоднородности по­зиций пунктов возбуждения.

Наиболее эффективна рассматриваемая система при ис­пользовании современных многоканальных регистрирую­щих комплексов. Высокая латеральная разрешенность достигается при использовании малого шага сети сейсмопри­емников. Распределения параметра X (рис. 23, с) весьма хорошее в пределах «кнопки», однако существенно ухудшается вне ее. Для уверенного решения проблемы кор­рекции статических поправок необходимо тщательно про­водить этап планирования. Распределение малых удалений не всегда хорошее, в то же время по дальним удалениям все достаточно оптимально, поскольку точки возбуждения на­ходятся вне расстановок сейсмоприемников (кнопок). Распределение удалений в ряду соседних бинов хорошее и показано на рис. 23, е. Отличие в азимутальных распределениях в бинах по площади связано с «шахматным» расположением рас­становок приемников.

Рис. 23. Система наблюдений кнопка : схема расположения ПВ и ПП (а), увеличенный фрагмент расположения ПВ и ПП (b), распределение ближних удалений X_min (с), распределение удалений в бинах (d), распределение удалений в параллельных рядах бинов (е), распределение азимутов в бинах (f)

Система «зигзаг» (ZIG-ZAG). Система «зигзаг» (рис. 24) весьма популярна для районов, где нет проблем с труднодоступными участка­ми (степи, пустыни, тундра). Единственная линия возбуж­дения располагается между смежными парами линий приема в виде зигзага (рис. 24, b). Пункты возбужде­ния располагаются в расстановке по центру. Для шага ПП, равном 60 м и угле в 45⁰ между линией ПВ и линиями ПП, шаг по линии ПВ составит 85 м (как в неортогональных системах). В случае зеркального зигзага (mirrored zig-zag) каждая вторая линия возбуждения располагается зеркально к предыдущей. Распределение уда­лений с использованием этой системы получают достаточ­но хорошее, и оно может быть еще улучшено, если приме­нять расстановку «двойной зигзаг» с привлечением двух групп вибраторов. Для систем «зигзаг», «зеркальный зигзаг», «двойной зигзаг» самое большое X получают в полигонах между линиями ПВ и ПП. Для оценки параметра X_min следует всегда де­лать модельные просчеты на этапе проектирования работ. Система рассматриваемого типа часто используется для по­лучения узкоазимутальных данных, когда требуется полу­чить очень хорошее распределение удалений.

Спектры удалений для системы «зигзаг» и «зеркаль­ный зигзаг» характеризуются как хоро­шие, для «двойного зигзага» – очень хорошие. Соответственно, эффект «футпринт» у «двойного зигзага» значительно меньше, однако для его реализации требуется вдвое больше точек возбуждения.

Одним из основных преимуществ этих систем явля­ется высокая технологичность при движении вибраторов по длинным линиям возбуждения без пересечения линий приема. Это резко проявляется, если сравнивать техноло­гичность отработок системы «двойной зигзаг» с использо­ванием двух групп вибраторов и одной из самых оптимальных по характеристикам систем – «двойной кирпич».

Рис. 24. Система «зиг-заг»: схема расположения ПВ и ПП (а), увеличенный фрагмент расположения ПВ и ПП (b), распределение ближних удалений X_min (с), распределение удалений в бинах (d), распределение удалений в параллельных рядах бинов (е), распределе­ние азимутов в бинах (f)

Система «мегабин» (MEGA-BIN). Данная система основана на нескольких концепциях:

• любая асимметрия между источниками и приемными расстановками;

• перераспределение положения источника в расста­новке приемников (рис. 25 а, b) уменьшает эту асимметрию.

Эффект «футпринт», типичный для систем с большим шагом между линиями приема, существенно уменьшен.

Соотношение сигнал/шум значительно выше за счет вы­сокой кратности наблюдений, в то время как бины в сосед­них рядах имеют нулевую кратность (рис. 25, с). «Пустые» бины заполняются путем применения миграции до суммирования в частотно-временной области. Этот блок отличает рассматриваемую методику от более ранних систем типа «Прокос». По геометрии эти мето­дики очень похожи. Интервал между линиями приема в системе «Прокос» не регламентируется, в то же время в «мегабине» интервал линии ПП равен четырем бинам. Рас­пределение Х_min определяется только на линиях «Прокосов» (рис. 25, с). Зато распределение удалений на всех линиях бинов прекрасное (рис. 25, f). Никакой другой метод не дает такое распределение удалений в бине как «мегабин» (рис. 25, е), однако есть и «пустые» бины. Распределение азимутов также хорошее (рис. 25, f). Одним из преимуществ методики является совмещение пунктов возбуждения и приема на одной линии, однако расстояние между линиями значительно меньше, чем в ор­тогональных системах.

Рис. 25. Система «мегабин»: схема расположения ПВ и ПП (а), увеличенный фрагмент расположения ПВ и ПП (Ь), распределение ближних удалений X_min (с), распределение удалений в бинах (d), распределение удалений в параллельных рядах бинов (е), распределе­ние азимутов в бинах (f)

«Случайная» система (RANDOM). Требование регулярности системы наблюдений в 3D сейсморазведке часто приводит к ухудшению распределе­ний удалений и азимутов в бинах и определяет наличие эффекта «футпринт». Уменьшение соотно­шения между интервалами линий ПВ, ПП и шагом ∆ПП, ∆ПВ уменьшает эти эффекты. Однако далеко не всегда это рентабельно. Если осуществление плотной съемки невоз­можно, то применение системы «random» можно рассматривать как путь уменьшения «следа» от системы наблюде­ния.

Тенденция к получению случайных распределений уда­лений и азимутов в трехмерной сейсморазведке известна давно, но сдерживалась технологией полевых работ (стрем­ление идти по прямым линиям, использование кратчайших расстояний и т.д.). При снятии ограничений на строгое соб­людение позиционирования пунктов ПВ и ПП мы получим систему «random». При этом источники и приемники рас­полагаются достаточно произвольно вдоль базовых линий. Это позволяет несколько увеличить производительность работ за счет экономии времени на расположении пикетов в труднодоступных местах. Главное же преимущество «слу­чайной» системы – это улучшение распределений азимутов и удалений в бинах. Минимальные и максимальные удале­ния также изменяются больше, чем в других системах. На рис. 26, а, b показан один из вариантов системы «random». Фактор случайности применяется к каждому пункту возбуждения и приема неортогональной системы с допустимым смещением, равным размеру бина от края проектного бина. Реализация такой системы наиболее при­емлема, очевидно, для районов со свободной поверхностью (степь, пустыня, тундра) и с применением современного оборудования.

Рис. 26. «Случайная» система (RANDOM): схема расположения ПВ и ПП (а), увеличенный фрагмент расположения ПВ и ПП (b), распределение ближних удалений X_min (с), распределение удалений в бинах (d), распределение удалений в параллельных рядах бинов (е), распределение азимутов в бинах (f)