n1

ГЛАВА III. МЕТОДИКА СЕЙСМИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ.

§ 8. Факторы, определяющие выбор методики работ.

Методика - это те общие правила, согласно которым должны быть проведены работы для решения поставленных задач. В сейсморазведке это означает получение таких записей, на которых наиболее четко могут быть выделены полезные волны и извлечена необходимая информация о разрезе. Методика включает в себя вопросы возбуждения, приема и регистрации сейсмических колебаний.

Полезные волны и помехи.

В сейсмическом волновом поле одновременно с полезными волнами присутствуют и помехи. Полезные волны - это те волны, которые несут информацию об исследуемых данным методом свойствах разреза. В методе отраженных волн - это отраженные от исследуемых границ волны, в методе преломленных волн -

преломленные (головные или рефрагированные) волны и т.д. Так как все волны несут какую-то информацию, то часто те волны, которые должны быть зарегистрированы с целью извлечения по ним информации о строении разреза, называют целевыми

волнами.

Помехи бывают двух видов: случайные, не связанные с источником возбуждения колебаний - шумы (микросейсмы) и регулярные помехи - колебания, возбуждаемые этим же источником, которые не несут необходимую в данный момент информацию,

но мешают прослеживанию полезных волн (например: поверхностные,

дифрагированные и преломленные волны в MOB).

Отношение сигнал/помеха - это отношение амплитуды полезного сигнала к амплитуде помехи. Амплитуду шумов обычно измеряют среднеквадратическим значе-

нием. Для сопоставления сигнал также приближенно можно привести к среднеквадратическому значению.

Визуально удается прослеживать волны на сейсмограммах даже при отношении сигнал/помеха равном 1. Погрешность определения амплитуды сигнала при этом приближается к 100%. Конечно, при таком отношении сигнал/помеха нельзя определять количественные параметры сигнала: амплитуду, частотный состав и т.д.

Для методов обработки, использующих количественные параметры сигнала необходимо превышение амплитуды сигнала над амплитудой помех 10 и более раз.

51

На отношение сигнал/помеха сейсмической записи влияют самые разные факторы. Вот некоторые из них: сейсмогеологические условия исследуемого района

(геологическое строение и физические свойства пород - независимые от исследователя условия), погодные условия (например: при ветре и дожде уровень микросейсм резко повышается), тип и качество аппаратуры (мощность источника, чувствительность приемной системы), методика работ (система наблюдений, число накоплений и т.д.).

Правильный выбор методики работ может обеспечить многократное повышение отношения сигнал/помеха. Дальнейшее увеличение этого отношения может достигаться при цифровой обработке полученных данных, однако многие современные способы обработки требуют и проведения наблюдений по специальной методике

(метод общей глубинной точки, площадные системы наблюдений или 3D

сейсморазведка). Поэтому именно в этом разделе вкратце рассмотрены основные

физические принципы борьбы с помехами в сейсморазведке.

Способы увеличения отношения сигнал/помеха при возбуждении колебаний.

Один из наиболее эффективных способов повышения отношения сигнал/помеха -

помещение источника в скважину (см. § 4).

Для поверхностных источников наиболее эффективны следующие способы:

1. Накопление сигналов путем многократных возбуждений колебаний при фиксированном положении источника и приемника. Согласно теории информации ([5],

N -количество циклов возбуждений). Рис.17 на практическом примере иллюстрирует,

как при накоплении возрастает отношение сигнал/помеха (амплитуды сигнала на всех трассах приведены к начальному уровню путем деления трассы на N. 1 и 2 –

регулярные сигналы разной амплитуды). Регулярные помехи (например: по-

верхностные волны) при таком накоплении не подавляются.

2. Группирование источников. На профиле располагаются несколько источников таким образом, чтобы полезный сигнал, возбуждаемый ими, принимался синфазно (или примерно синфазно), а регулярные помехи - в противофазе (или примерно в противофазе). При наиболее благоприятном расположении источников и приемников полезный сигнал возрастает в N раз, помеха существенно подавляется. Расстояние между источниками выбирается исходя из частотного состава колебаний и кажущейся скорости полезных волн и помех. На рис.18 показано, как при группировании

52

источников подавляется поверхностная волна ([1], стр. 104). Так как поверхностная волна (2 на рис.18) распространяется по поверхности, ее кажущаяся скорость по линии профиля (вдоль группы) равна истинной скорости и достаточно мала (VR 0.9 VS VP ).

Если расстояние между источниками в группе ( x ), которое определяет разность

времен вступлений поверхностных волн от соседних источников ( t x ), выбрать

VR

таким, чтобы выполнялось условие t T2 (T - видимый период колебаний частиц

поверхностной волны), то поверхностные волны от этих источников суммируются противофазно, и суммарное колебание в точке приема оказывается минимальным. В то же время кажущаяся скорость отраженных волн (1 на рис.18) вдоль профиля многократно превышает их истинную скорость, так как они подходят снизу к поверхности почти перпендикулярно. Поэтому разность времен прихода для отраженных волн очень мала. Они суммируются в фазе, их амплитуда возрастает в N

раз.

53

а волны с большой кажущейся скоростью (отраженные волны вблизи пункта

возбуждения) суммируются почти в фазе и усиливаются (рис.18).

Низкочастотная помеха

b

Рис.19. Увеличение отношения сигнал/помеха частотной фильтрацией: a) сейсмограмма МПВ и частотный спектр полевой сейсмограммы - на дальних пикетах преломленная волна не может быть прослежена из-за сильной низкочастотной помехи; b) та же сейсмограмма после полосовой (45, 80, 100, 200 Гц) частотной фильтрации - преломленная волна четко прослеживается на всех пикетах.

55

Веерный, фильтр (рис.20) является наиболее оптимальным пространственным фильтром, так как позволяет усиливать или подавлять на сейсмических записях волны не только в заданном диапазоне частот, но и кажущихся скоростей. Работу веерного фильтра можно представить как суммирование некоторого количества сейсмических трасс с определенными сдвигами относительно друг друга, когда суммируемые трассы пропускаются через специально рассчитанные для каждой трассы частотные фильтры

([7] , стр. 274).

Фильтрация волн по эффективной скорости (метод общей глубинной точки – МОГТ, общей средней точки – ОСТ или метод многократных перекрытий).

При исследованиях MOB одновременно с волнами, отраженными от сравнительно глубоких границ, к поверхности наблюдений могут подходить волны, дважды, трижды и большее число раз пробегающие между поверхностью и сравнительно неглубокими границами. Времена вступлений, частотный состав и направление подхода этих волн могут существенно не различаться, поэтому и разделить их указанными выше средствами невозможно. Однако может быть разница в кривизне годографов, и

соответственно, кривизне осей синфазности сейсмограмм, если пластовые,

следовательно, и эффективные скорости возрастают с глубиной, как это часто встречается в природе (рис.21). В таком случае для усиления однократной волны от глубокой границы можно поступить следующим образом: будем сдвигать трассы на сейсмограмме вдоль оси времен так, чтобы оси синфазности (годограф) этой волны превратились в горизонтальные прямые линии ( t21 на рис.21, a и b). Оси синфазности

(годограф) двухкратной волны от первой границы ( t12 ) при этом сохранят некоторую остаточную кривизну. Если просуммировать теперь эти трассы, то волна t21 усилится, а

волна t12 будет подавлена, т.е. на суммарной трассе (рис.21, e) останется практически только одна волна - однократная.

Указанные поправки называются кинематическими ( tk ) и их достаточно легко рассчитать в случае горизонтальных границ. Но на практике мы не можем ожидать этого по всему профилю. Для практической реализации указанного способа можно поступить так: источник и приемник шаг за шагом отодвигаются от центральной точки в обе стороны по профилю (рис.21, f). Тогда каждый раз отражение происходит примерно от одной общей отражающей точки (площадки), даже если граница имеет небольшой наклон.

57

h h

1 t 

1.0

f

O5 O4 O3 O2 O1

Рис.21. К объяснению принципов МОГТ: a) годографы однократных и многократных отраженных волн при возрастании скорости с глубиной; b) те же годографы после ввода кинематических поправок ; фрагмент сейсмограммы до (c) и после (d) ввода кинематических поправок; e) суммотрасса; f) многократное получение отражений от общей глубинной точки.

58

Сводные годографы ОГТ однократной и двухкратной волн симметричны относительно центральной точки (см. вывод уравнения годографа ОГТ, § 2). Производя суммирование этих трасс с соответствующими временными поправками, можно получить запись, где будет усилена однократная волна. Эту запись относят к центральной точке O1. Затем переходят к следующей точке, и все повторяют сначала. В

этом и заключается идея метода ОГТ (ОСТ).

На практике наблюдения проводятся многоканальной установкой, после каждого возбуждения перемещая источник и приемники на небольшой шаг по профилю (см.

система наблюдений в МОГТ). Сейсмограмма ОГТ формируется путем подборки соответствующих трасс с многих пунктов возбуждений.

Необходимо заметить, что при суммировании по методу ОГТ подавляются также случайные помехи в виде шумов, нерегулярные отражения от объемных неоднородностей в среде, а также поверхностные и преломленные волны. Конечно, при этом снижается производительность и возрастает стоимость работ. Есть и принципиальный недостаток у метода ОГТ – суммирование трасс производится в предположении, что отражающие площадки близки к горизонтальным, а покрывающая толща в пределах расстановки - практически однородная. В результате существующие неоднородности среды в определенной степени сглаживаются, т.е. разрешающая способность по горизонтали ухудшается.

3_х мерная (3D) сейсморазведка.

До 80-х годов 20 века в сейсморазведке в основном применялись только наблюдения по профилям, обработка данных и интерпретация осуществлялись в плоскости профиля, т.е. приходилось считать изучаемые объекты двумерными (2_х

мерная (2D) сейсморазведка). Конечно, не всегда такие предположения оказываются оправданными. Как следствие этого, неоднородности среды (куполообразные поднятия,

разрывные нарушения и т.п.), находящиеся влизи профиля, но непосредственно не пересекаемые линией профиля, проявляются на сейсмических записях в виде боковых или дифрагированных волн. Кроме того, при профильных наблюдениях трудно определить правильную конфигурацию трехмерных объектов. Эти недостатки позволяет преодолеть 3_х мерная (3D) сейсморазведка, которая включает в себя проведение наблюдений по площадным системам и соответствующую обработку данных, позволяющую получать объемные изображения сейсмических объектов

(сейсмические кубы).

59

§ 9. Системы наблюдений.

Система наблюдений - это расположение источников и приемников относительно друг друга и относительно исследуемого объекта.

В 2-D сейсморазведке практически всегда применяют продольное профилирование, т.е. источники и приемники располагают в плане вдоль прямой линии. Очень часто применяется непрерывное профилирование, т.е. объект непрерывно прослеживается вдоль длинных профилей при пошаговом перемещении источников и приемников. Иногда проводятся и сейсмические зондирования, когда на заданных участках располагаются короткие профили, непосредственно не связанные друг с другом. В некоторых случаях могут проводиться также и наблюдения по

непродольным профилям, когда линия наблюдений не проходит через источник. В

настоящее время при сейсмических исследованиях на нефть и газ широкое распространение получили площадные наблюдения (3 dimensional - 3D –

сейсморазведка), дающие объемную картину месторождения.

Пунктом возбуждения называется точка на профиле, где производится взрыв или удар. Пунктом приема называется точка, в которой находится сейсмоприемник,

принимающий колебания (или центр группы сейсмоприемников). Шагом наблюдений

называется расстояние между пунктами приема на профиле. В сейсморазведке шаг наблюдений обычно выбирается постоянным для определенных работ. Стоянкой сейсмоприемников (расстановкой) называется интервал профиля, на котором расставлены сейсмоприемники, принимающие в данный момент колебания.

Интервалом наблюдений (взрывным интервалом) называется интервал профиля, на котором проводятся наблюдения с одного пункта возбуждения. Если интервал наб-

людений небольшой, его можно отработать одной стоянкой сейсмоприемников. Если интервал наблюдений длинный, то можно поставить несколько стоянок сейсмоприемников со своими регистрирующими системами, или несколько раз повторить возбуждение на этой же точке, последовательно перемещая стоянку сейсмоприемников по всему интервалу.

Изображать систему наблюдений с помощью лучей и годографов волн (рис.22, б, г)

бывает недостаточно удобно, в особенности, когда наблюдения производятся с многократным перекрытием. Принято изображать системы наблюдений на

обобщенной плоскости, где положения пунктов возбуждения (ПВ) и пунктов приема

60