3. Пример расчета параметров проектируемой системы наблюдений съемки 3d

В современных сейсморазведочных организациях проектирование работ по технологии 3D ведется с помощью специального программного обеспечения. [4]

Проектирование съемки 3D базируется на знании ряда параметров типичного геосейсмического разреза участка работ. Эти параметры обычно могут быть приближенно известны по результатам ранее проведенных работ по технологии 2D. Если достоверные сведения об этих параметрах отсутствуют, то придется ограничиться заданием их некоторых интуитивных оценок рекомендательного характера. К числу таких оценочных параметров и сведений о геосейсмическом разрезе относятся:

• кратность съемки 2D хорошего качества;

• максимальные глубины залегания целевых геологических границ;

• минимальные глубины геологических границ, представляющих разведочный интерес;

• максимальные глубины залегания фундамента для изучаемого осадочного комплекса пород;

• минимальный горизонтальный размер локальных объектов поисков;

• средние и максимальные частоты сейсмических колебаний отраженных волн от основных целевых горизонтов;

• интервальная (пластовая) скорость в слое, лежащем на целевом горизонте;

• время регистрации отражений от целевого горизонта и от фундамента;

• размер площади исследований, подлежащей исследованию с полной проектной кратностью;

• рекомендуемая проектная схема расположения линий приемников и источников.

Предположим, что надо создать проект съемки 3D на площади 240 км². При этом размер участка работ LX вдоль оси ОХ равен 16км, вдоль оси OY – LY = 15 км. Из геологического задания может быть, например, получена следующая информация, известная по ранее выполненным работам. Ранее выполненные съемки по технологии 2D позволили получить хорошее качество полевого материала при использовании кратности 36. Основные целевые горизонты Z, залегают на глубине 2200-2300 м. и имеют наибольшие углы падения до 20⁰. Средняя скорость до целевого горизонта равна 2700 м/с. Ловушками являются небольшие рифы с размером по горизонтали 300 м., для уверенного картирования которых крайне важна хорошая итоговая разрешенность разреза. Пластовая скорость пород, залегающих непосредственно над рифами, равна 4200 м/с. Сейсмическая запись отраженных волн от целевых горизонтов характеризуется видимой частотой 50 Гц, а максимальные частоты спектра этих отраженных волн – 70 Гц. Ожидаемое время регистрации отражений от целевых горизонтов 1,5 с., от фундамента – 2,2-2,3 с. В процессе съемки необходимо предусмотреть возможность уверенного картирования маркирующего горизонта, залегающего на глубинах 450-550 м. Ориентировочные предельные глубины залегания отражающих и дифрагирующих объектов – глубина залегания кристаллического фундамента Z_фунд в районе исследований – 3000 м. Полезное время регистрации сейсмических колебаний – 4 с. Для выполнения таких работ имеется возможность использования телеметрической сейсморегистрирующей системы с числом активных каналов до 1200. Для выполнения работ следует использовать широкоугольную расстановку. Рекомендуемая система наблюдений – центральная. Работы выполняются с применением точечного группирования сейсмоприемников в количестве 3 штук на один канал. Полевые работы следует выполнять без выхода за пределы обозначенного контура участка. Проектирование сети съемки будем выполнять методом поэтапного подбора.

Первая оценка кратности проектируемых работ по изложенным выше правилам дает следующий диапазон значений: кратность проектируемой съемки может находиться в диапазоне 18 ≤ Fold_3D ≤ 36.

Оценка максимального размера бина дает следующие ограничения:

• по размеру объектов поисков:

max (В_х, В_у) ≤ (минимальный размер объекта поисков)/3 ≤ mах(B_х, В_у) ≤ 300/3 = 100м.;

• по углам наклонов отражающих границ:

max(В_х,В_у) ≤ V/(4*f_вид*sinθ) => max(В_х ,B_у) ≤ 4200/(4*70*sin20⁰ ) = 44м;

• по горизонтальной разрешающей способности:

V/(4*f_вид) ≤ max (B_x, B_y) ≤ V/(2*f_вид) => 4200/(4*50) < mах (B_x, B_y ) ≤ 4200/(2*50), или

21 м. ≤ mах (B_x, B_y) ≤ 42 м.

На основании полученных расчетов принимаем, что бин должен быть квадратным (азимуты падения границ произвольны) и иметь размер В = В_y = 25 м. Этот результат автоматически устанавливает нужные расстояния между пунктами приема и возбуждения: RI = SI = 50 м.

Возьмем в качестве начального приближения при определении параметров системы наблюдения кратность, равную 36 и число возможных для использования каналов 1200.

Следующий расчетный параметр съемки – плотность пунктов возбуждения при кратности 36.

SD = (Fold_3D * 10⁶) / (NC*В_x*В_y) = (36 * 10⁶)/(1200*25*25)= 48 ПВ/км².

Это означает, что для отработки всей площади следует проектировать использование 240*48 = 11520 ПВ. Зная плотность пунктов возбуждения, легко вычислить расстояние между линиями возбуждения:

SL1=(NC*В²)/(Fold_3D*SI) = (1200*25*25)/(36*50) = 417 м.

Округляем найденное значение до 400 м. Эта величина принимается за проектное расстояние между линиями возбуждения. Будем учитывать, что величина размера любой единичной клетки должна быть такой, чтобы сохранялась возможность изучения самого верхнего опорного отражающего горизонта. Оценим максимальное значение минимального выноса X_min, выполним такой расчет: X_min ≤ (1,0 – 1,2)*(450 – 550) = (450 – 605).

Выберем для X_min величину 500 м. из этого интервала и решим уравнение:

((SLI - 0.5*SI)² +(RLI – 0,5*RI)²)^1/2 = X_min относительно RLI: ((400+25)²+ (RLI+25)²)^1/2 = 500.

Из полученного уравнения следует, что величина RLI должно составлять 330 м. Округлим это значение до ближайшего числа, кратного шагу ПВ. В итоге примем, что в качестве расстояния между линиями приема RLI следует взять величину, равную 300 м.

Приведенные расчеты свидетельствуют, что использование полученных величин расстояний между линиями приемников и источников в расстановке действительно позволит при съемке вполне уверенно картировать маркирующий горизонт, залегающий на глубинах 450-550 м.

На основе полученных данных об интервалах расположения линий приемников и источников, варьируя число линий приема и общее количество активных каналов, можно предложить несколько вариантов построения приемной группы сейсмоприемников (рис. 27). При расчете параметров предполагалось, что расстояния между приемными и взрывными линиями определены и равны 300 и 400 м. соответственно. Пригодность варианта оценивается по значениям аспекта, максимального офсета (Х_max), который тесно связан с глубиной исследования и кратности в направлении линий приема, которая оценивается по формуле Fx=(Nx/2)*(RI/SLI) и должна быть целой величиной.

Рис. 27. Возможные варианты внутренней структуры приемной группы (блока) приемников (во всех вариантах предполагается размер клетки 400 м. на 300 м. и максимальное число активных каналов в приемной группе, равное 1200)

Для принятия окончательного решения о размере группы сейсмоприемников остается проверить выполнимость условия о недопустимости для каждого из оставшихся для рассмотрения вариантов заметного превышения величины максимального удаления X_max. В соответствии с расчетами по этой формуле величина X_max не должна выходить заметным образом за пределы:

(0,75-0,85)*3000 м. ≤ X_max ≤ (1,0-1,2)*3000 м.,

или 2250 м. ≤ X_max ≤ 3600 м.

Анализируемому условию по величине X_max удовлетворяют только варианты 1-6.

По величине кратности вдоль линий приема подходят варианты 2,3,6,7. По аспекту – варианты 1-5.

Таким образом, из предложенных 8 вариантов сейсмических расстановок некоторые (варианты 1,4-8) не удовлетворяют поставленным условиям задания либо по малости величины характеристического отношения А ≤ 0.5, либо по ожидаемой кратности по линиям приема. По этим причинам они должны быть исключены из рассмотрения. Таким образом, подходящими вариантами являются те, которые выделены на рисунке жирным шрифтом. Учитывая эти названные факторы, а также то, что наиболее разумным будет принять к исполнению тот вариант, в котором группа сейсмоприемников занимает наибольшую площадь, выберем в качестве основного вариант 3. Основные параметры этого варианта:

• двенадцать приемных линий, содержащих по 96 сейсмических каналов каждая;

• размеры группы сейсмоприемников будут при этом – L_x = 96*50 = 4800 м.,

L_y = 12*300=3600 м;

• общее число каналов – 1152; характеристическое отношение А = 3600/4800 = 0,75;

• площадь группы – 17,28 км².

Для окончательного принятия решения по проекту необходимо в полученном варианте выбрать способ набора кратности в направлении линий источников. Если принять, что кратность в этом направлении набирается путем перекрытия половины числа линий приема, то кратность Fold_y равна 6. При этом каждый шаблон будет отрабатываться с использованием числа пунктов возбуждения: m_y = (L_y/2)/SI = (3600/2)/50 = 36 ПВ. Эти ПВ в пределах профиля возбуждения должны располагаться равномерно с шагом SI = 50 м. и занимать отрезок 1800 м. Интервал размещения пунктов возбуждения удобнее выбрать в средней части шаблона. Это обеспечивает уменьшение максимальных удалений и выравнивает распределения азимутов.

Кратность в направлении линий приема Fold_x имеет такое значение (96/2)*(50/400)=6. Общая кратность на участке исследований Fold_3D=Fold_x*Fold_y = 36. При выбранной кратности 36 и количестве активных каналов 1152 плотность ПВ на квадратный километр: SD = (36*10⁶)/(1152*25*25) = 50 ПВ/км². Следовательно, общее число ПВ на площади исследований должно быть: N_ПВ = 240*50 = 12000 ПВ. Очевидно, что выбранные параметры методики работ достаточно хорошо согласуются с исходными требованиями задания. Поэтому эти параметры съемки следует принять как окончательные.

Остается уточнить размеры зоны миграции, участков набора кратности и порядок перемещения группы сейсмоприемников по площади изучаемого объекта.

Для расчета размер зон набора кратности в направлении in-line и cross-line необходимо применение фланговой системы наблюдений по каждому направлению. Поскольку ранее была выбрана центральная система наблюдений и исключалось использование профилей за пределами контура работ, то в целях уменьшения размеров зон набора кратности возникает необходимость размещения дополнительных пунктов возбуждения. Минимальные размеры зон набора кратности в этом случае могут быть вычислены по следующим формулам:

a_x = (((Fold_x)/2) – 0,5)*SLI=(((6/2) – 0,5))*400 = 1000 м;

а_у = (((Fold_y)/2) – 0,5)*RLI = (((6/2) – 0,5))*300 = 750 м.

Схема набора кратности по направлению линий приема колебаний при наличии дополнительных пунктов возбуждения в начале профиля не имеет отличий от аналогичных схем набора кратности для профильных работ по технологии 2D.

Схема набора кратности в направлении линий возбуждения из-за фиксированной канальности приемной расстановки в этом направлении имеет ряд особенностей. Вдоль оси OY набор полной кратности, равной шести, будет осуществляться (при наличии дополнительных пунктов возбуждения) на разных линиях периодически при использовании различных удалений «источник – приемник» (рис. 28).

Рис. 28. Схема, поясняющая возможный процесс набора кратности в пределах первой полосы наблюдений в направлении линий возбуждения

Для оценки размеров зоны миграции выполним расчеты по следующим формулам:

В соответствии с изложенным выше, размер зоны миграции по обоим направлениям следует принять равным наибольшему значению из трех найденных параметров: R_мигр = R_дифр = 1740 м. Округляя это значение до величин, кратных расстояниям между соответствующими линиями, получим окончательно: размер зоны миграции в направлении оси ОХ следует принять (R_мигр)_y = 1800 м., в направлении оси OY = (R_мигр)_y = 1750 м. Если найденные размеры дополнительной зоны миграции представляются неприемлемыми (значительными), то, при некотором снижении качества результатов миграции, вынужденно можно пойти на принятие минимального размера зоны миграции. Для такого выбора размера зоны миграции необходимо использовать ранее вычисленные размеры зон набора кратности в направлении in-line и cross-line: a_x = 1000 м., а_у = 750 м. По этой методике размер зоны миграции по обоим направлениям следует принять соответственно:

Округляя полученные значение до величин, кратных расстояниям между соответствующими линиями, получим окончательно: по данной методике минимальные размеры зон миграции в направлении оси ОХ следует принять: (R_мигр)_x = 1200 м, в направлении оси OY – (R_мигр )_y = 900 м. На указанные величины необходимо увеличить заданную площадь исследований путем окаймления ее коридором указанной ширины. После выполнения процедур миграции это гарантирует получение во всей заданной площади исследований надежной информации о сейсмическом разрезе среды. Если отсутствует возможность (по экономическим или другим причинам) увеличить площадь исследований на указанные выше величины, то следует быть готовым к тому, что размер области построения полноценного «куба сейсмических данных» после обработки будет сокращен на указанные размеры.

Рассмотрим изображение полученной расстановки (темплета) на графике, показанном на рис.29. При этом обращаем внимание, что каждая приемная линия «обслуживает» полосу площади работ шириной 300 м, которая располагается по обе стороны от нее. По этой причине размер установки от «южной» линии приема до «северной» линии приема на рисунке показан равным 3450 м.

Рис.29. Схематическое изображение одной расстановки (темплета) источников и приемников на площади работ по рассчитанной центральной системе наблюдений с 12 линиями приема. Прямоугольник серого цвета показывает область средних точек в пределах расстановки. Размерность осей координат – метры

Все существующие системы проектирования работ 3D позволяют рассчитывать еще целый ряд характеристик (атрибутов) выбранной системы наблюдений, которые здесь не приводятся.

Параметры системы наблюдения можно определить в окне статистики съемки системы Mesa (рис. 30)

Рис. 30. Вид панели системы планирования сейсмических работ Mesa, где показаны основные статистические параметры спроектированной нами системы наблюдений

Для оценки объемов предполагаемых сейсморазведочных работ приведем сводные показатели проекта:

• число шаблонов в съемке: 232;

• число профилей, подлежащих разбивке на участке: 92;

• число отрабатываемых сейсмических профилей: 51;

• общий объем сейсмических профилей, подлежащих отработке: 51*16 = 816 км;

• количество профилей возбуждения: 41;

• общая длина профилей возбуждения: 41*15 = 615 км;

• количество сейсмоприемников: 3*(1152 + 0.5*1152) = 5184 (округляем до 5200 штук);

• количество сейсмоприемников в случае группирования по 12:

12*(1152 + 0.5* 1152) = 20736 (округляем до 21000 штук);

• количество пунктов возбуждения: 12300;

• потребное количество линейного телеметрического кабеля: 1,5*(4800*12) = 86400 м=86,4 км:

• потребное количество одноканальных полевых модулей: 1,5*(12 * 96) = 1728 шт.;

• потребное количество линейного телеметрического кабеля при сохранении половины (шести) линий в полосе: 16*6 = 96 км.

• потребное количество одноканальных полевых модулей при сохранении шести линий в полосе: 6*16000/50=2180 шт.

• Зная общее количество пунктов возбуждения (12300), можно подсчитать общее число сейсмических трасс, подлежащих регистрации: 12300 * 1152=14169600. При длительности записи в 4 с и шаге квантования 2 мс легко определяется общее число сейсмических слов (отсчетов). В случае использования станции с 4 байтовым форматом слова это позволит оценить общий ожидаемый объем информации: 14169600 * (4 /0.002) * 4 =113356800000 байт= 112 Гб.

Для сравнения можно сказать, что для выполнения на этой же площади детальных профильных pa6oт 2D по сети профилей в масштабе 1:50000 с плотностью даже 2 км профилей на 1 км² площади потребует (при сопоставимой плотности 20 точек ОСТ на 1 км профиля) использования почти такого же (9600) общего количества ПВ. Это обстоятельство почти уравнивает стоимость этих двух видов работ. Геологическая эффективность же результатов работ по технологии 3D, как уже это общепризнанно во всем мире, несравненно выше эффективности результатов работ 2D. Вот почему в практике геологоразведочных работ сейсморазведка 3D используется во все возрастающих объемах на разных стадиях, в том числе и на поисковой стадии. Это особенно эффективно, если при этом используются бины достаточно крупных размеров: (50*100) м, (50*150) м и др.

Заключение

В ходе данного курсового проекта были получены навыки расчета оптимальных параметров систем наблюдений МОГТ-2Д, необходимых для подавления волн-помех. Таким образом, был изучен один из основных методов сейсморазведки – МОГТ, построены вертикальный сейсмический профиль и функция запаздывания. Оптимальной системой наблюдения является система с параметрами, приведенными в табл.

N	12
K	48
∆x*	80
xmin*	80
xmax*	3840
B	160
H*	3760

Также наиболее детально рассмотрены методики пространственных систем наблюдений в сейсморазведке 3D и методология определения их параметров. Хотелось бы отметить, что для выполнения на этой же площади (площади, рассмотренной в примере расчета параметров проектируемой системы наблюдений съемки 3D) детальных профильных pa6oт 2D по сети профилей в масштабе 1:50000 с плотностью даже 2 км профилей на 1 км² площади потребует (при сопоставимой плотности 20 точек ОСТ на 1 км профиля) использования почти такого же (9600) общего количества ПВ. Это обстоятельство почти уравнивает стоимость этих двух видов работ. Геологическая эффективность же результатов работ по технологии 3D, как уже это общепризнанно во всем мире, несравненно выше эффективности результатов работ 2D. Вот почему в практике геологоразведочных работ сейсморазведка 3D используется во все возрастающих объемах на разных стадиях, в том числе и на поисковой стадии. Это особенно эффективно, если при этом используются бины достаточно крупных размеров: (50*100) м, (50*150) м и др.

Cписок литературы

1. Резяпов Г.И. Сейсморазведка: учебное пособие. Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 309 с.

2. Гайнанов В.Г. Сейсморазведка: Учебное пособие. – М.: МГУ, 2006. – 149 с.

3. Гурвич И. И., Боганник Г.Н. Сейсморазведка, Тверь: издательство АИС, 2006. – 744с.

4. Урупов А.К. Основы трехмерной сейсморазведки: Учебное пособие для вузов. – М.: Нефть и Газ, 2004. – 504 с.

5. Кузнецов В.И. Элементы объемной (3D) сейсморазведки: Учебное пособие для студентов вузов. Тюмень: Издательство «Тюмень», 2004. – 272 с.