Расчет параметров системы наблюдений в методе ОГТ

41

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ И НЕФТЕГАЗОВОГО ДЕЛА

КАФЕДРА Геофизики

Курсовая работа по сейсморазведке:

” Расчет параметров системы наблюдений в методе ОГТ ”

Выполнил: ст. гр.

Проверил:

Содержание

Введение

1. Теоретические основы метода общей глубинной точки

1.1) теория метода ОГТ

1.2) особенности годографа ОГТ

1.3) интерференционная система ОГТ

2. Расчет оптимальной системы наблюдений метода МОГТ.

2.1) сейсмологическая модель разреза и ее параметры

2.2) Определение требуемой степени подавления кратной волны-помехи

2.3) Построение остаточного годографа кратной волны

2.4) Построение функции запаздывания

2.5) Расчет параметров системы наблюдений МОГТ

3. Технология полевых сейсморазведочных работ.

3.1) требования к сети наблюдений в сейсморазведке

3.2) условия возбуждения упругих волн

3.3) условия приема упругих волн

3.4) выбор аппаратурных средств и спецоборудования

3.5) организация полевых сейсморазведочных работ

4.Заключение

5.Список литературы

Введение.

Этот метод модификация МОВ. Принципиальными достоинствами МОГТ яляются:

- индивидуальность каждой сейсмограммы ОГТ, сформированной из трасс сейсмограмм общего пункта возбуждения (ОПВ), не повторяющихся ни в одной другой сейсмограмме ОГТ;

- симметричность годографа ОГТ отраженной волны относительно данной средней точки и допустимость его гиперболической аппроксимации;

- избыточность системы многократных перекрытий.

В сейсморазведке полезные сигналы регистрируются, как правило, на фоне разнообразных помех. Выделяют группу волновых помех, которая объединяет кратные волны, возникающие на глубинных границах раздела. Кратные волны приходят по направлениям, близким к направлению прихода однократных отражений, одинаков и спектральный состав этих волн. Кратные отражения зачастую обладают меньшей эффективной скоростью, и соответственно большей крутизной годографа, чем полезные волны. При этом рассматривают годографы, которые всегда симметричны относительно начала координат независимо от угла наклона отражающей границы и типа волны - годографы ОГТ. Минимум годографа ОГТ всегда совмещен с началом координат.

1. Теоретические основы метода общей глубинной точки.

1.1 Теория метода ОГТ

Метод (способ) общей глубинной точки (МОГТ) -- модификация МОВ, основанная на системе многократных перекрытий и отличающаяся суммированием (накапливанием) отражений от общих участков границы при различных расположениях источников и приемников. Метод ОГТ базируется на допуще-нии о коррелируемости волн, возбужденных удаленными на разное расстояние источниками, но отразившимися от общего участка границы. Неминуемые различия спектров разных источников и погрешности во временах при суммировании требуют понижения спектров полезных сигналов. Основное преимущество метода ОГТ состоит в возможности усиления однократно отраженных волн на фоне многократных и обменных отраженных волн путем уравнивания времен отраженных от общих глубинных точек и их суммирования. Специфические особенности метода ОГТ определяются свойствами направленности при суммировании, избыточностью данных и статистическим эффектом. Они наиболее успешно реализуются при цифровой регистрации и обработке первичных данных.

Рис. 1. Схематическое изображение элемента системы наблюдений и сейсмограммы, полученной методом ОГТ. А и А' -- оси синфазности отраженной однократ-ной волны соответственно до и после введения кинематической поправки; В и В' -- ось синфаз-ности многократной отраженной волны соответ-ственно до и после введения кинематической по-правки.	Рис. 1. иллюстрирует принцип суммирования по ОГТ на примере системы пятикрат-ного перекрытия. Источники упругих волн и приемники располагаются на профиле симметрично проекции на нее общей глубин-ной точки R горизонтальной границы. Сейсмограмма, составленная из пяти записей, полу-ченных в пунктах приема 1, 3, 5, 7, 9 (счет пунктов приема начинается от своего пункта возбуждения) при возбуждении в пунктах V, IV, III, II, I, показана над линией CD. Она образует сейсмограмму ОГТ, а годографы прокоррелированных на ней отраженных волн -- годографы ОГТ. На обычно приме-няемых в методе ОГТ базах наблюдения, не превышающих 3 км, годограф ОГТ одно-кратно отраженной волны с

достаточной точностью аппроксимируется гиперболой. При этом минимум гиперболы близок к проекции на линию наблюдения общей глубинной точки. Это свойство годографа ОГТ во многом определяет относительную простоту и эффективность обработки данных.

Для преобразования совокупности сейсми-ческих записей во временной разрез в каж-дую сейсмограмму ОГТ вводят кинематиче-ские поправки, величины которых определя-ются скоростями сред, покрывающих отражающие границы, т. е. они рассчитываются для однократных отражений. В результате ввода поправок оси синфазностей однократ-ных отражений трансформируются в линии t₀ = const. При этом оси синфазностей регулярных волн-помех (многократных, обменных волн), кинематика которых отличается от введенных кинематических поправок, трансформируются в плавные кривые. После введения кинематических поправок трассы исправленной сейсмограммы одновременно суммируют. При этом однократно отраженные волны складываются в фазе и таким образом подчеркиваются, а регулярные помехи, и среди них в первую очередь многократно отраженные волны, складываемые с фазо-выми сдвигами, ослабляются. Зная кинема-тические особенности волны-помехи, можно заранее рассчитать параметры системы наблю-дений методом ОГТ (длину годографа ОГТ, число каналов на сейсмограмме ОГТ, равное кратности прослеживания) при которых обеспечивается требуемое ослабление помехи.

Сейсмограммы ОГТ формируют путем вы-борки каналов с сейсмограммы от каждого пункта возбуждения (называемых сейсмо-граммами общего пункта возбуждения - ОПВ) в соответствии с требованиями эле-мента системы, приведенного на рис. 1., где показаны: первая запись пятого пункта возбуждения, третья запись четвертого и т. д. до девятой записи первого пункта воз-буждения.

Указанная процедура непрерывных выбо-рок вдоль профиля возможна лишь при много-кратном перекрытии. Она соответствует нало-жению временных разрезов, получаемых неза-висимо от каждого пункта возбуждения, и свидетельствует об избыточности информации, реализуемой в методе ОГТ. Эта избыточность является важной особенностью метода и лежит в основе уточнения (коррекции) стати-ческих и кинематических поправок.

Скорости, требуемые для уточнения вводимых кинематических поправок, определяют по годографам ОГТ. Для этого сейсмограммы ОГТ с рассчитанными приблизительно кине-матическими поправками подвергаются разно-временному суммированию с дополнитель-ными нелинейными операциями. По суммолентам ОГТ, помимо определения эффективных скоростей однократно отраженных волн, находят кинематические особен-ности волн-помех для расчета параметров приемной системы. Наблюдения методом ОГТ проводят вдоль продольных профилей.

Для возбуждения волн применяют взрыв-ные и ударные источники, которые требуют наблюдений с большой (48--96) кратностью перекрытий.

Обработка данных МОГТ на ЭВМ делится на ряд этапов, каждый из которых заканчи-вается выводом результатов для принятия решения интерпретатором 1) предваритель-ная обработка; 2) определение оптимальных параметров и построение окончательного временного разреза; З) определение скорост-ной модели среды; 4) построение глубинного разреза.

Системы многократных перекрытий состав-ляют в настоящее время основу полевых наблюдений (сбора данных) в МОВ и опреде-ляют развитие метода. Суммирование по ОГТ является одной из главных и эффективных процедур обработки, которые можно реализовать на базе этих систем. Метод ОГТ является основной модификацией МОВ при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений практически во всех сейсмогеологических условиях. Однако результатам суммирования по ОГТ свойственны некоторые ограничения. К ним относятся: а) существен-ное снижение частоты регистрации; б) ослаб-ление свойства локальности МОВ за счет увеличения объема неоднородного простран-ства при больших удалениях от источника, характерных для метода ОГТ и необходимых для подавления многократных волн; в) нало-жение однократных отражений от близких границ вследствие свойственного им сближе-ния осей синфазности при больших удале-ниях от источника; г) чувствительность к бо-ковым волнам, мешающим прослеживанию целевых субгоризонтальных границ вслед-ствие расположения основного максимума пространственной характеристики направлен-ности суммирования в плоскости, перпендикулярной к базе суммирования (профилю).

Указанные ограничения в целом обуслов-ливают тенденцию снижения разрешающей способности МОВ. Учитывая распространенность метода ОГТ, их следует учитывать в конкретных сейсмогеологических условиях.

1.2 Особенности годографа ОГТ.

Пусть плоская отражающая граница залегает под углом ц, а покрывающая толща характеризуется скоростью v = const (рис. 2). Обозначим глубину по нормали от центра систему наблюдений до границы раздела (расстояние OO') через h₀. Тогда глубина по нормали, проведенной к границе раздела из пункта взрыва, сдвинутого от центра О системы на расстояние -х/2,

Рис. 2. Схема способа ОГТ для наклонного залегания отражающей границы.	h1=h0 - x•sinц/2 Подставив h1 в выражение годографа ОПВ отраженной волны, получим t(x)= или t(x)= Введем обозначение vОГТ=v/cosц. Тогда уравнение запишется в следующем виде: t(x)= Из рассмотрения уравнения следует, что:

1) годограф ОГТ однократно-отраженной волны для однородной покрывающей среды представляет собой гиперболу с минимумом в точке симметрии (точке ОГТ);

2) с увеличением угла наклона границы раздела крутизна годографа ОГТ и соответственно приращение времени уменьшаются;

3) форма годографа ОГТ не зависит от знака угла наклона границы раздела (эта особенность вытекает из принципа взаимности и является одним из главных свойств симметричной системы взрыв - прибор;

4) для данного t₀ годограф ОГТ является функцией только одного параметра - v_ОГТ, который называется фиктивной скоростью.

Указанные особенности означают, что для аппроксимации наблюденного годографа ОГТ гиперболой необходимо подобрать удовлетворяющее данному t₀ значение v_ОГТ, определяемое по формуле (v_ОГТ=v/cosц). Это важное следствие позволяет легко реализовать поиск оси синфазности отраженной волны путем анализа сейсмограммы ОГТ по вееру гипербол, имеющих общее значение t₀ и различные v_ОГТ.

1.3 Интерференционная система ОГТ

В интерференционных системах процедура фильтрации со-стоит в суммировании сейсмических трасс вдоль заданных ли-ний ф(х) с весами, постоянными для каждой трассы. Обычно линии суммирования соответствуют форме годографов полез-ных волн. Взвешенное суммирование колебаний разных трасс y_n(t) является частным случаем многоканальной фильтрации, когда операторы индивидуальных фильтров h_n(t) пред-ставляют собой д-функции с амплитудами, равными весовым коэффициентам d_n:

(1)

где ф_m-n - разность времен суммирования колебаний на трассе m, к которой относят получаемый результат, и на трассе n.

Соотношению (1) придадим более простую форму, учиты-вая, что результат не зависит от положения точки т и опре-деляется временными сдвигами трасс ф_n относительно произ-вольного начала отсчета. Получим несложную формулу, описы-вающую общий алгоритм интерференционных систем,

(2)

Их разновидности отличаются характером изменения весо-вых коэффициентов d_n и временных сдвигов ф_n: те и другие могут быть постоянными или переменными в пространстве, а последние, кроме того, могут изменяться и во времени.

Пусть на сейсмических трассах регистрируется идеально ре-гулярная волна g(t,x) с годографом вступления t(x)=t_n:

Подставляя это в (2), получаем выражение, описывающее колебания на выходе интерференционных системы,

где и_n=t_n- ф_n.

Величины и_n определяют отклонение годографа волны от заданной линии суммирования. Найдем спектр профильтрованных колебаний:

Если годограф регулярной волны совпадает с линией сумми-рования (и_n?0), то происходит синфазное сложение колебаний. Для этого случая, обозначаемого и=0, имеем

Интерференционные системы строят с целью усиления син-фазно суммируемых волн. Для достижения такого результата необходимо, чтобы H₀(щ) было максимальным значением мо-дуля функции H_и(щ). Чаще всего применяют одинарные интерференционные системы, имеющие для всех каналов равные веса, которые можно считать единичными: d_n?1. В таком случае

В заключение отметим, что суммирование неплоских волн можно осуществлять с помощью сейсмических источников путем введения соответствующих задержек в моменты возбуждения колебаний. На практике эти виды интерференционных систем реализуют в лабораторном варианте, вводя необходимые сдвиги в записи колебаний от отдельных источников. Сдвиги можно подбирать таким образом, чтобы фронт падающей волны имел форму, оптимальную с точки зрения повышения интенсив-ности волн, отраженных или дифрагированных от локальных участков сейсмогеологического разреза, представляющих осо-бый интерес. Такая методика известна как фокусирование падающей волны.

2. Расчет оптимальной системы наблюдений метода МОГТ.

а) сейсмологическая модель разреза и ее параметры.

Пласт	1	2	3	4	5
Н ,м	296	296	1090	495	395
V ,м/с	1585	2081	2477	3468	3667
G ,кг/м	2081	2160	2230	2388	2477

б) Определение требуемой степени подавления кратной волны-помехи.

A	B	K	?t
-0,154	1,154	0,98	0,19
-0,103	1,103	0,99	0,14
-0,199	1,199	0,96	0,44
-0,046	1,046	0,99	0,14
			0,11

tокр	tосиг	бкр	бсиг	Vкр	Vсиг
1,8	1,82	1,24547E-07	-9,84015E-06	1644,444	2392,308
1,8		1,24547E-07		1644,444
1,78		-1,79896E-12		1995,506
1,8		1,24547E-07		1644,444
1,8		-1,91803E-08		1644,444
1,82		-7,74134E-07		2173,626
1,82		-7,74134E-07		2173,626

в) Построение остаточного годографа кратной волны.

X	tкр(X)	tпол(X)	tпол1(X)	tпол2(X)	tпол3(X)	tпол4(X)	tпол5(X)
0	1,82	1,82	1,845	1,87	1,895	1,92	1,945
500	1,834479	1,831961	1,8568	1,881644	1,906491	1,931342	1,956197
1000	1,877247	1,867386	1,89176	1,91615	1,940555	1,964976	1,989411
1500	1,946439	1,924978	1,948632	1,972319	1,996038	2,019787	2,043567
2000	2,039368	2,002827	2,025572	2,048369	2,071218	2,094115	2,11706
2500	2,152963	2,09868	2,120397	2,142185	2,164043	2,185969	2,207959
3000	2,284142	2,210195	2,230827	2,251547	2,272353	2,293243	2,314215
3500	2,430059	2,33513	2,354668	2,374307	2,394047	2,413884	2,433816
4000	2,588222	2,471451	2,489919	2,508499	2,527191	2,545991	2,564897

xi	toi
0	1,82
1575,207	1,845
2235,264	1,87
2746,886	1,895
3182,485	1,92
3569,999	1,945

д) Расчет параметров системы наблюдений МОГТ

xi	ф
0	0
1575,207	0,025
2235,264	0,05
2746,886	0,075
3182,485	0,1
3569,999	0,125

3. Технология полевых сейсморазведочных работ.

3.1 требования к сети наблюдений в сейсморазведке.

Системы наблюдений.

В настоящее время в основном применяют системы многократных перекрытий (СМП), обеспечивающей суммирование по общей глубинной точке (ОГТ) , и тем самым резкое повышение соотношения сигнал/помеха. Применение не продольных профилей сокращает затраты на полевые работы и резко повышает технологичность полевых работ.

В настоящее время практически используются только полные корреляционные системы наблюдений , позволяющие проводить непрерывную корреляцию полезных волн.

При рекогносцировочной съемке и на стадии опытных работ с целью предварительного изучения волнового поля в районе исследований применяют сейсмозондирования. Система наблюдений при этом должна обеспечивать получение информации о глубинах и углах наклона исследуемых отражающих границ, а также определение эффективных скоростей. Различают линейные , представляющие собой короткие отрезки продольных профилей , и площадные (крестовые, радиальные, круговые) сейсмозондирования , когда наблюдения производят на нескольких (от двух и более) пересекающихся продольных или не продольных профилях.

Из линейных сейсмозондирований наибольшее применение получили зондирования общей глубинной точки (ОГТ) , представляющие собой элементы системы многократного профилирования. Взаимное расположение пунктов возбуждения и участков наблюдений выбирают таким образом , чтобы записывались отражения от одного итого же участка изучаемой границы. Получаемые при этом сейсмограммы монтируют.

На системах многократного профилирования (перекрытия) основан метод общей глубинной точки , при котором используют центральные системы , системы с изменяющимся пунктом взрыва в пределах базы приема , фланговые односторонние без выноса и с выносом пункта взрыва , а также фланговые двухсторонние (встречные) системы без выноса и с выносом пункта взрыва .

Наиболее удобны для производственных работ и обеспечивают максимальную производительность системы , при реализации которых база наблюдений и пункт возбуждения смещаются после каждого взрыва в одном направлении на равные расстояния.

Для прослеживания и определения элементов пространственного залегания крутопадающих границ , а также трассирования тектонических нарушений целесообразно применить сопряженные профили . которые почти параллельны , а расстояние между ними выбирают из расчета обеспечения непрерывной корреляции волн , они составляют 100-1000 м.

При наблюдении на одном профиле ПВ располагают на другом , и наоборот. Такая система наблюдений обеспечивает непрерывную корреляцию волн по сопряженным профилям.

Многократное профилирование по нескольким (от 3 до 9) сопряженным профилям составляет основу способа широкого профиля. Пункт наблюдения при этом располагают на центральном профиле , а возбуждения производят последовательно с пунктов , находящихся на параллельных сопряженных профилях. Кратность прослеживания отражающих границ по каждому из параллельных профилей может быть различной. Общая кратность наблюдений определяется произведением кратности по каждому из сопряженных профилей на их общее число. Увеличение затрат на проведение наблюдений по столь сложным системам оправдывается возможностью получения информации о пространственных особенностях отражающих границ.

Площадные системы наблюдений , построенные на основе крестовой расстановки , обеспечивают площадную выборку трасс по ОГТ за счет последовательного перекрытия крестообразных расстановок, источников и приемников, Если шаг источников дy и сейсмоприемников дx одинаков , а сигналы , возбуждаемые в каждом источнике , принимаются всеми сейсмоприемниками , то в результате такой обработки формируется поле из 576 средних точек. Если последовательно смещать расстановку сейсмоприемников и пересекающую ее линию возбуждения вдоль оси x на шаг дx и повторить регистрацию , то в результате будет достигнуто 12-кратное перекрытие , ширина которой равна половине базы возбуждения и приема вдоль оси y на шаг дy достигается дополнительное 12-кратное перекрытие , а общее перекрытие составит 144.

На практике применяют более экономичные и технологичные системы , например 16-кратную. Для ее реализации используют 240 каналов записи и 32 пункта возбуждения, Показанное на рис.6 фиксированное распределение источников и приемников называют блоком, После приема колебаний от всех 32 источников блок смещают на шаг дx , вновь повторяют прием от всех 32 источников и т.д. Таким образом , отрабатывают всю полосу вдоль оси x от начала идо конца площади исследований. Следующую полосу из пяти линий приема размещают параллельно предыдущей таким образом , чтобы расстояние между соседними (ближайшими) линиями приема первой и второй полос равнялось расстоянию между линиями приема в блоке. В этом случае линии источников первой и второй полос перекрываются на половину базы возбуждения и т.д. Таким образом , в данном варианте системы линии приема не дублируются , а в каждой точке источника сигналы возбуждаются дважды.

Сети профилирования.

Для каждой разведочной площади существует предел числа наблюдений , ниже которого невозможно построение структурных карт и схем , а также верхний предел , выше которого точность построений не увеличивается. На выбор рациональной сети наблюдений влияют следующие факторы : форма границ , диапазон изменения глубин залегания , погрешности измерения в точках наблюдения , сечения сейсморазведочных карт и другие. Точные математические зависимости пока не найдены в связи с чем пользуются приближенными выражениями.

Различают три стадии сейсморазведочных работ : региональную , поисковую и детальную. На стадии региональных работ профили стремятся направлять в крест простирания структур через 10-20 км. От этого правила отступают при проведении связующих профилей и увязке со скважинами.

При поисковых работах расстояние между соседними профилями не должно превышать половины предполагаемой длины большой оси исследуемой структуры , обычно оно составляет не более 4 км. При детальных исследованиях густота сети профилей в разных частях структуры различна и не превышает обычно 4 км. При детальных исследованиях густота сети профилей в разных частях профилей различна и не превышает обычно 2 км. Сеть профилей сгущают в наиболее интересных местах структуры (свод , линии нарушения , зоны выклинивания и т.д.). Максимальное расстояние между связующими профилями не превышает удвоенного расстояния между разведочными профилями. При наличии разрывных нарушений на площади исследования в каждом из крупных блоков усложняют сеть профилей для создания замкнутых полигонов. Если размеры блоков небольшие , то проводят только связующие профили, Соляные купола разведывают по радиальной сети профилей с их пересечением над сводом купола , связующие профили проходят по периферии купола., связующие профили проходят по периферии купола.

При проведении сейсмических на площади , где ранее выполнялись сейсмические исследования, сеть новых профилей должна частично повторять старые профили для сопоставления качества старого и нового материалов, При наличии на изучаемой площади скважин глубокого бурения они должны быть увязаны в общей сети сейсмических наблюдений , и пункты взрыва и приема должны располагаться вблизи скважин.

Профили должны быть по возможности прямолинейными с учетом минимальных сельскохозяйственных потрав. При работах по МОГТ на угол излома профиля должны быть изложены ограничения , поскольку угол наклона и направление падения границ могут быть оценены до начала полевых работ лишь приблизительно , а учет и корреляция этих величин в процессе суммирования представляют значительные трудности . Если принимать во внимание только искажение кинематики волн , то допустимый угол излома можно оценить по соотношению

б=2arcsin(vср?t0/xmaxtgf) ,

где ?t=2?H/vср - приращение времени по нормали к границе ; xmax - максимальная длина годографа ; f - угол падения границы. Зависимость величины б как функции обобщенного аргумента vсрt0/tgf для различных xmax (от 0,5 до 5 км) показана на (рис.4) , который можно использовать как палетку для оценки допустимых значений угла излома профиля при конкретных предположениях о строении среды. Задавшись допустимой величиной расфазирования слагаемых импульсов ( например , ј периода T) , можно рассчитать значение аргумента для максимально возможного угла падения границы и минимально возможной средней скорости распространения волн. Ордината прямой с xmax при этом значении аргумента укажет величину максимально допустимого угла излома профиля.

Для установления точного расположения профилей еще во время проектирования работ проводят первую рекогносцировку. Детальную рекогносцировку осуществляют в период полевых работ.

3.2 условия возбуждения упругих волн.

При проведении сейсморазведочных работ наиболее широко используется возбуждение упругих волн с помощью взрывов зарядов твердых взрывчатых веществ (ВВ). Заряды взрываются специальными сейсмическими электрическими детонаторами (ЭДС). Они устроены так , что электрическая цепь мостика накаливания разрывается не за счет посылки в него тока и перегорания нити накаливания , а за счет взрыва заряда взрывчатого вещества. Момент разрыва электрической цепи в детонаторе передается по проводам или по радио на сейсмическую станцию , регистрируется на ней и принимается за момент возбуждения упругой волны. Отметка момента взрыва осуществляется и считывается с записи с погрешностью 0,001с.

Наиболее широкое распространение при проведении работ методом отраженных волн на суше получил способ возбуждения упругих волн с помощью взрыва заряда ВВ , погруженного в специально пробуренную взрывную скважину. Глубина погружения зарядов в скважину изменяется от первых десятков до 100 метров и больше. Глубина погружения заряда зависит от характера строения верхней части разреза. Экспериментально установлено , что заряд желательно помещать ниже подошвы ЗМС и уровня грунтовых вод в слои , сложенные влажными пластичными глинами. Чем меньше мощность ЗМС и чем ближе к земной поверхности залегают грунтовые воды , тем меньше глубина погружения заряда.

Когда мощность ЗМС большая и грунтовые воды залегают глубоко , взрывные сква-жины приходится бурить на глубину в несколько десятков , а иногда и глубже 100 м. Наиболее глубокие скважины прихо-дится бурить при производстве работ в межгорных и предгор-ных впадинах, в пределах которых бывают часто развиты сухие песчано-галечниковые отложения с большой глубиной залега-ния грунтовых вод.

Для повышения доли энергии взрыва , идущей на образо-вание упругой волны, ствол взрывной скважины после погру-жения в него заряда ВВ заливают водой или глинистым рас-твором , осуществляя тем самым водную его закупорку. При размещении заряда в оптимальных условиях после взрыва не образуется мощной поверхностной волны и создаются более благоприятные условия для выделения и прослеживания отра-женных волн на земной поверхности. После выброса газооб-разными продуктами взрыва столба жидкости у устья взрыв-ной скважины возникает не особенно интенсивная звуковая волна. Но одновременно создается фон помех после падения на земную поверхность выброшенной из скважины жидкости и мелких раздробленных взрывом кусков горной породы.

Частотный состав колебаний , возбуждаемых при взрыве , зависит от литологического состава и физического состояния пород в очаге взрыва. Преобладающая частота возбуждаемых в очаге колебаний зависит от массы заряда ВВ , убывая с его увеличением обратно пропорционально кубическому корню из массы заряда. Но при наблюдениях вдали от источника эта зависимость почти незаметна.

Амплитуда регистрируемых колебаний также связана с мас-сой заряда. При малых зарядах эта зависимость проявляется резче , а при больших - слабее. При больших зарядах увеличе-ние их массы становится малоэффективным. В этих случаях для повышения интенсивности записи используют группиро-вание взрывов. При групповом взрыве нескольких мелких зарядов удается получить более интенсивную запись упругих волн , чем при взрыве одиночного заряда с такой же массой. Но для этого нужно обеспечить строго одновременный подрыв группы зарядов.

При однородном группировании , когда все одиночные за-ряды , входящие в группу , имеют одинаковую массу , относи-тельный уровень случайных помех , возбуждаемых групповым взрывом , уменьшается в vn большая раз (n -- число зарядов в группе) по сравнению с их уровнем (по отношению к регулярным вол-нам) при взрыве одиночного заряда с массой, равной суммар-ной массе зарядов в группе. Это действие группы называют статистическим эффектом. При групповом взрыве наблюдается также значительное повышение уровня полезного сигнала по отношению к случайным помехам , не зависящим от взрыва.

Группирование взрывов при соответствующем выборе рас-стояний между источниками в группе и их размещения может быть использовано для ослабления (подавления) регулярных помех типа прямых и поверхностных волн. Для получения ука-занных эффектов заряды в группах необходимо размещать на расстоянии нескольких метров друг от друга , чтобы образую-щиеся при взрывах зоны разрушений и остаточных деформации не соприкасались одна с другой.

Необходимо заметить , что увеличение числа зарядов в группе приводит к увеличению объема буровых работ и замедлению процесса производства сейсмических исследований. Иногда при группировании взрывов для уменьшения объема буровых работ уменьшают глубину скважин. Тем не менее , группирование взрывов всегда вызывает удорожание работ. Поэтому его следует применять лишь тогда , когда другие спо-собы и приемы улучшения качества записей прихода упругих волн оказываются неэффективными.

Возбуждение импульсными источниками.

Многочисленный опыт работ с поверхностными импульсными излучателями показывает , что необходимый сейсмический эффект и приемлемые соотношения сигнал/помеха достигаются при накоплении 16-32 воздействий. Это число накоплений эквивалентно взрывам зарядов тротила массой всего 150-300 г. Высокая сейсмическая эффективность излучателей объясняется большим коэффициентом полезного действия слабых источников , что делает перспективным их применение в сейсморазведке , особенно в способе ОГТ , когда на этапе обработки происходит N-кратное суммирование , обеспечивающее дополнительное повышение соотношения сигнал/помеха.

Под действием многократных импульсных нагрузок при оптимальном числе воздействий в одной точке упругие свойства грунта стабилизируются и амплитуды возбуждаемых колебаний остаются практически неизменными. Однако при дальнейшем приложении нагрузок разрушается структура грунта и амплитуды уменьшаются. Чем больше давление на грунт д , тем при большем числе воздействий Nк амплитуда колебаний достигает максимума и тем меньше пологий участок кривой А=ѓ(n). Число воздействий Nк , при котором начинает уменьшаться амплитуда возбуждаемых колебаний , зависит от структуры, вещественного состава и влажности пород и для большинства реальных грунтов не превышает 5-8. При импульсных нагрузках, развиваемых газодинамическими источниками, особенно велика разница амплитуд колебаний , возбуждаемых первым (А1) и вторым (А2) ударами , величина отношения которых А2/А1 может достигать значений 1,4-1,6. Отличия между величинами А2 и А3 , А3 и А4 и т.д. значительно меньше. Поэтому при использовании наземных источников первое воздействие в заданной точке не суммируется с остальными и служит лишь для предварительного уплотнения грунта.

Перед производственными работами с использованием невзрывных источников на каждой новой площади проводят цикл работ по выбору оптимальных условий возбуждения и регистрации сейсмических волновых полей.

3.3 Условия приема упругих волн.

При импульсном возбуждении всегда стремятся создать в источнике резкий и короткий по времени импульс , достаточ-ный для образования интенсивных волн, отраженных от иссле-дуемых горизонтов. Сильными средствами воздействия на форму и длительность этих импульсов во взрывных и ударных источниках мы не располагаем. Не располагаем мы также вы-сокоэффективными средствами воздействия на отражающие , преломляющие и поглощающие свойства горных пород. Однако сейсморазведка располагает целым арсеналом методических приемов и технических средств , позволяющих в процессе воз-буждения и особенно регистрации упругих волн , а также в про-цессе обработки полученных записей наиболее ярко выделить полезные волны и подавить мешающие их выделению волны-помехи. С этой целью используются различия в направлении прихода волн разного типа к земном поверхности , в напра-влении смещения частиц среды за фронтами приходящих волн , в частотных спектрах упругих волн, в формах их годо-графов и т. п.

Упругие волны регистрируются комплектом достаточно слож-ной аппаратуры, монтируемой в специальных кузовах , устанав-ливаемых на высоко проходимых транспортных средствах - сей-смических станциях.

Комплект приборов , регистрирующих колебания почвы , вы-званные приходом упругих волн в той пли иной точке земной поверхности , называют сейсморегистрирующим (сейс-мическим) каналом. В зависимости от числа точек земной поверхности, в которых одновременно регистрируется приход упругих волн, различают 24-, 48-канальные и более сейсмостанции.

Начальным звеном сейсморегистрирующего канала является сейсмоприемник , воспринимающий колебания почвы , обус-ловленные приходом упругих волн и преобразующий их в элек-трические напряжения. Так как колебания почвы очень малы , электрические напряжения , возникающие на выходе сейсмоприемника , перед регистрацией усиливаются. С помощью пар про-водов напряжения с выхода сейсмоприемников подаются на вход усилителей , смонтированных в сейсмостанции. Для соединения сейсмоприемников с усилителями используется спе-циальный многожильный сейсмический кабель , который обычно называют сейсмической косой.

Сейсмический усилитель представляет собой электронную схему , усиливающую подаваемые на его вход напряжения в десятки тысяч раз. Он может с помощью специальных схем полуавтоматических либо автоматических ре-гуляторов усиления или амплитуд (ПРУ , ПРА , АРУ , АРА) усиливать сигналы. Усилители включают специальные схемы (фильтры) , позволяющие необходимые частотные состав-ляющие сигналов усиливать максимально , а другие -- мини-мально , т. е. осуществлять их частотную фильтрацию.

Напряжения с выхода усилителя поступают на регистратор. Используется несколько способов регистрации сейсмических волн. Ранее наиболее широко использовался оптический спо-соб регистрации волн на фотобумаге. В настоящее время упру-гие волны регистрируются на магнитной пленке. В том и дру-гом способе перед началом регистрации фотобумага либо магнитная пленка приводятся в движение с помощью лентопро-тяжных механизмов. При оптическом способе регистрации на-пряжение с выхода усилителя подается на зеркальный гальва-нометр , а при магнитном способе - на магнитную головку. Когда на фотобумаге или на магнитной пленке производится непрерывная запись, волнового процесса способ записи назы-вают аналоговым. В настоящее время наибольшее примене-ние получает дискретный (прерывистый) способ записи , который обычно называют цифровым. В этом способе в двоич-ном цифровом коде регистрируются мгновенные значения ампли-туд напряжений на выходе усилителя , через равные интер-валы времени ?t изменяющиеся от 0,001 до 0,004с. Такая операция носит название квантования по времени , а принятую при этом величину ?t называют шагом кванто-вания. Дискретная цифровая регистрация в двоичном коде дает возможность использовать для обработки сейсмических материалов универсальные ЭВМ. Аналоговые записи могут быть обработаны на ЭВМ после их преобразования в дискрет-ную цифровую форму.

Запись колебаний почвы в одной точке земной поверхности обычно называют сейсмической трассой или дорож-кой. Совокупность сейсмических трасс , полученных в ряде смежных точек земной поверхности (либо скважины) на фото-бумаге , в наглядной аналоговой форме составляет сейсмо-грамму , а на магнитной пленке - магнитограмму. В процессе записи на сейсмограммах и магнитограммах наносятся марки времени через 0,01с , и отмечается момент возбуждения упругих волн.

Любая сейсморегистрирующая аппаратура вносит некоторые искажения в записываемый колебательный процесс. Для выде-ления и отождествления однотипных волн на соседних трассах необходимо , чтобы вносимые в них искажения на всех трассах были одинаковыми. Для этого все элементы регистрирующих каналов должны быть идентичны друг другу , а вносимые ими искажения в колебательный процесс - минимальными.

Магнитные сейсмические станции снабжаются аппаратурой , позволяющей воспроизвести запись в форме , пригодной для ее визуального рассмотрения. Это необходимо для визуального контроля за качеством записи. Воспроизведение магнитограмм производится на фото , обычную либо электростатическую бу-магу с помощью осциллографа , перописца либо матричного регистратора.

Кроме описанных узлов сейсмостанции снабжаются источ-никами питания , проводной или радиосвязью с пунктами возбу-ждения , различными контрольными панелями. В цифровых станциях имеются преобразователи аналог-код и код-аналог для преобразования аналоговой записи в цифровую и наоборот и управляющие их работой схемы (логика). Для работы с вибраторами станция имеет коррелятор. Кузова цифровых станций делаются пыленепроницаемыми и снабжаются обору-дованием для кондиционирования воздуха , что особенно важно для качественной работы магнитных станций.

3.4 выбор аппаратурных средств и спецоборудования.

Общие сведения.

Анализ алгоритмов обработки данных метода ОГТ определяет основные требования к аппаратуре. Обработка , предусматриваю-щая выборку каналов (формирование сейсмограмм ОГТ) , АРУ , введение статических и кинематических поправок, может выпол-няться на специализированных аналоговых машинах. При обра-ботке , включающей операции определения оптимальных статиче-ских и кинематических поправок , нормирование записи (ли-нейное АРУ) , различные модификации фильтрации с вычислением параметров фильтров по исходной записи , построение скоростной модели среды и преобразование временного разреза в глубинный , аппаратура должна обладать широкими возможностями , обеспечи-вающими систематическую перенастройку алгоритмов. Сложность перечисленных алгоритмов и , что особенно важно , их непрерыв-ное видоизменение в зависимости от сейсмогеологической характе-ристики исследуемого объекта обусловили выбор универсальных электронно-вычислительных машин в качестве наиболее эффектив-ного инструмента для обработки данных метода ОГТ.

Обработка данных метода ОГТ на ЭВМ позволяет оперативно реализовать полный комплекс алгоритмов , оптимизирующих про-цесс выделения полезных волн и их преобразование в разрез. Широкие возможности ЭВМ в значительной степени определили применение цифровой регистрации сейсмических данных непо-средственно в процессе проведения полевых работ.

Вместе с тем в настоящее время значительная часть сейсмиче-ской информации регистрируется аналоговыми сейсмическими станциями. Сложность сейсмогеологических условий и связанный с ними характер записи, а также тип аппаратуры , используемый для регистрации данных в поле , определяют процесс обработки и тип обрабатывающей аппаратуры. В случае аналоговой регистрации обработка может выполняться на аналоговых и цифровых машинах , при цифровой регистрации - на цифровых машинах.

Система для цифровой обработки включает универсальную ЭВМ и ряд специализированных внешних устройств. Последние предназначены для ввода - вывода сейсмической информации , выполнения отдельных непрерывно повторяющихся вычислитель-ных операций (свертка , интеграл Фурье) со скоростью , сущест-венно превышающей скорость основного вычислителя , специали-зированных графопостроителей и просмотровых устройств. В ряде случаев весь процесс обработки реализуется двумя системами , использующими в качестве основных вычислителей ЭВМ сред-него класса (препроцессор) и ЭВМ высокого класса (основной процессор). Система , базирующаяся на ЭВМ среднего класса , применяется для ввода полевой информации , преобразования форматов, записи и ее размещения в стандартной форме на накопи-теле магнитной ленты (НМЛ) ЭВМ , воспроизведения всей инфор-мации с целью контроля полевой записи и качества ввода и ряда стандартных алгоритмических операций , обязательных для обра-ботки в любых сейсмогеологических условиях. В результате обра-ботки данных на выходе препроцессора в двоичном коде в формате основного процессора могут быть записаны исходные сейсмические колебания в последовательности каналов сейсмограммы ОПВ и сейсмограммы ОГТ , сейсмические колебания , исправленные за величину априорных статических и кинематических поправок. Воспроизведение трансформированной записи помимо анализа результатов ввода позволяют выбрать алгоритмы последующей обработки , реализуемой на основном процессоре , а также определить некоторые параметры обработки (полосу пропускания фильтров , режим АРУ и т. д.). Основной процессор , при наличии препроцессора , предназначен для выполнения главных алгорит-мических операций (определение скорректированных статических и кинематических поправок , вычисление эффективных и пластовых скоростей , фильтрация в различных модификациях , преобразо-вание временного разреза в глубинный). Поэтому в качестве основного процессора используются ЭВМ с большим быстродей-ствием (10⁶ операций в 1 с), оперативной (32--64 тыс. слов) и промежуточной (диски емкостью 10⁷ - 10⁸ слов) памятью. Исполь-зование препроцессора позволяет повысить рентабельность обра-ботки за счет выполнения ряда стандартных операций на ЭВМ , стоимость эксплуатации которой существенно ниже.

При обработке на ЭВМ аналоговой сейсмической информации обрабатывающая система оснащается специализированной аппа-ратурой ввода , главным элементом которой является блок преобра-зования непрерывной записи в двоичный код. Дальнейшая обра-ботка полученной таким образом цифровой записи полностью эквивалентна обработке данных цифровой регистрации в поле. Использование для регистрации цифровых станций, формат запи-си которых совпадает с форматом НМЛ ЭВМ, исключает необходимость в специализированном вводном устройстве. Фактически процесс ввода данных сводится к установке полевой магнитофон-ной ленты на НМЛ ЭВМ. В противном случае ЭВМ оснащается буферным магнитофоном с форматом , эквивалентным формату цифровой сейсмостанции.

Специализированные устройства цифрового обрабатывающего комплекса.

Прежде чем переходить к непосредственному описанию внеш-них устройств , рассмотрим вопросы размещения сейсмической информации на лепте ЭВМ (магнитофона цифровой станции). В процессе преобразования непрерывного сигнала амплитудам отсчетных значений , взятых через постоянный интервал дt , при-писывается двоичный код , определяющий ее численную величину и знак. Очевидно , что число отсчетных значений c на данной t трассе с длительностью полезной записи t равно с = t/дt+1 , а общее число с' отсчетных значений на m-каналыюй сейсмограм-ме с' = сm. В частности , при t = 5 с , дt = 0,002 с и m == 24 , с = 2501, а с' = 60024 чисел , записанных в двоичном коде.

В практике цифровой обработки каждое числовое значение , являющееся эквивалентом данной амплитуды , принято именовать сейсмическим словом. Число двоичных разрядов сейсмического слова , называемое его длиной , определяется числом разрядов преобразователя аналог - код цифровой сейсмостанции (устрой-ства ввода при кодировании аналоговой магнитной записи). Фиксированное число двоичных разрядов , которым оперирует цифровая машина , выполняя арифметические действия , принято именовать машинным словом. Длина машинного слова опреде-ляется конструкцией ЭВМ и может совпадать с длиной сейсмиче-ского слова либо превышать его. В последнем случае при вводе в ЭВМ сейсмической информации в каждую ячейку памяти , емкостью в одно машинное слово , заносится несколько сейсмиче-ских слов. Такая операция именуется упаковкой. Порядок размещения информации (сейсмических слов) на магнит-ной ленте накопителя ЭВМ либо магнитной ленте цифровой стан-ции определяется их конструкцией и требованиями алгоритмов обработки.

Непосредственно процессу записи цифровой информации на ленту магнитофона ЭВМ предшествует этап ее разметки на зоны. Под зоной понимается определенный участок ленты , рассчитанный на последующую запись k слов, где k = 2 , а степень n = О, 1, 2, 3. . ., причем 2 не должно превышать емкость оперативной памяти . При разметке на дорожках магнитной ленты записы-вается код , обозначающий номер зоны , а последовательность тактовых импульсов отделяет каждое слово.

В процессе записи полезно информации каждое сейсмическое слово (двоичный код отсчетного значения) регистрируется на отде-ляемый серией тактовых импульсов участок магнитной ленты в пределах данной зоны. В зависимости от конструкции магнито-фонов применяется запись параллельным кодом, параллельно-последовательным и последовательным кодом. При параллельном коде число , являющееся эквивалентом данной отсчетной ампли-туды , записывается в строке , поперек магнитной ленты. Для этого используется многодорожечный блок магнитных головок , число которых равно числу разрядов в слове. Запись параллельно-последовательным кодом предусматривает размещение всей инфор-мации о данном слове в пределах нескольких строк , располагае-мых последовательно одна за другой. Наконец , при последова-тельном коде информация о данном слове записывается одной магнитной головкой вдоль магнитной ленты.

Количество машинных слов K₀ в пределах зоны магнитофона ЭВМ , предназначенной для размещения сейсмической информации , определяется временем t полезной записи на данной трассе, шагом квантования дt и количеством сейсмических слов r , пакуемых в одно машинное слово.

Таким образом, первый этап обработки на ЭВМ сейсмической информации, зарегистрированной цифровой станцией к мульти-плексной форме , предусматривает ее демультиплексирование , т. е. выборку отсчетных значений , соответствующую их последо-вательному размещению на данной трассе сейсмограммы вдоль оси t и их запись в зону НМЛ , номер которой программно при-писан данному каналу. Ввод аналоговой сейсмической информа-ции в ЭВМ в зависимости от конструкции специализированного вводного устройства может выполняться как поканально , так и в мультиплексном режиме. В последнем случае машина по задан-ной программе выполняет демультиплексирование и запись ин-формации в последовательности отсчетных значений на данной трассе в соответствующую зону НМЛ.

Устройство ввода аналоговой информации в ЭВМ.

Главным элементом устройства ввода аналоговой сейсмической записи в ЭВМ является аналого-цифровой преобразователь (АЦП) , вы-полняющий операции преобразования непрерывного сигнала в цифровой код. В настоящее время известно несколько систем АЦП . Для кодирования сейсмических сигналов в боль-шинстве случаев используются преобразователи поразрядного взвешивания с обратной связью . Принцип действия такого преобразователя основан на сравнении входного напряжения (отсчетной амплитуды) с ком-пенсирующим. Компенсирующее напряжение Uk изменяется пораз-рядно в соответствии с тем, превышает ли сумма напряжений вход-ную величину U_x. Одним из основных узлов АЦП являются циф-ро-аналоговый преобразователь (ЦАП) , управляемый но опреде-ленной программе нуль-органом , сравнивающим преобразуемое напряжение с выходным напряжением ЦАП. При первом тактовом импульсе на выходе ЦАП возникает напряжение U_K , равное 1/2Uэ. Если оно превышает суммарное напряжение U_x , тогда в положении «нуль» окажется триггер старшего разряда . В противном случае (U_x > U_Kl) триггер старшего разряда окажется в положении единица. Пусть в первом такте выполнялось неравенство U_x < 1/2Uэ и в первом разряде выходного регистра записан нуль. Тогда во втором такте U_x сравнивается с эталонным напряжением 1/4Uэ , соответствующим единице следующего разряда. Если U_x > Uэ , то во втором разряде выходного регистра запишется единица , а в третьем такте сравнения U_x будет сопоста-вляться с эталонным напряжением 1/4Uэ + 1/8Uэ , соответствую-щим единице в следующем разряде. В каждом очередном i-том такте сравнения , если в предыдущем была записана единица , напряжение Uki-1 увеличивается на величину Uэ /2 до тех пор , пока U_x не окажется меньше Uki. В этом случае выходное напря-жение U_x сравнивается с Uki+1 = Uэ/2 • Uэ/2 и т. д. В результате сравнения U_x с поразрядно изменяемым U_K в положении «нуль» окажутся триггеры тех разрядов, включение которых вызвало перекомпенсацию , а в положении «единица» -триггеры разрядов , обеспечивших наилучшее приближение к изме-ряемому напряжению. При этом в выходном регистре запишется число , эквивалентное входному напряжению ,

Ux = ?aiUэ/2

где n -- число разрядов выходного кода АЦП ; аi = {

С выходного регистра через блок сопряжения вводного устрой-ства по команде ЭВМ цифровой код пересылается в ЭВМ для дальнейшей программной обработки. Зная принцип работы ана-лого-цифрового преобразователя , нетрудно понять назначение и принцип работы основных блоков устройства ввода аналоговой информации в ЭВМ.

Основными элементами устройства ввода являются: 1) элек-тронно-механическая система барабанного типа для протяжки и считывания стандартной магнитной пленки , эквивалентная применяемым па аналоговых сейсмических станциях и обрабаты-вающих машинах ; 2) блок воспроизведения , включающий усилители воспроизведе-ния , частотные фильтры , АРУ ; 3) блок выработки импульсов квантования , включающий усилитель , формирователь марок вре-мени и схему , компенсирующую нелинейность протяжки магнит-ной пленки в процессе записи (воспроизведения) , и обеспечиваю-щий постоянный шаг дt между отсчетными значениями ; 4) блок преобразования (аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобра-зователи) ; 5) блок сопряжения устройства ввода с ЭВМ.

Устройство вывода для построения сейсмических разрезов.

Результатом обработки сейсмической информации на ЭВМ является временной либо глубинный разрез , представленный в виде последовательности трасс х = const , эквивалентных трас-сам сейсмограммы. При длительности полезной записи в 5с и шаге квантования в 0,002с каждая трасса временного разреза содержит 2500 отсчетных значений. Число отсчетных значений на трассе глубинного разреза , сохраняющего динамику записи , опре-деляется максимальным временем t0max временного разреза, v(t0max) и шагом квантования ?z по оси z. Так , например , при t_0max = 5с , v(t0max =5 с) =4 км/с и ?z = 2,5м число отсчетных значений на трассе глубинного разреза равно 4000. Совокуп-ность отсчетных амплитуд , программно приписанных времени k дt либо глубине l ?z , потрасcно хранится в соответствующих зонах НМЛ ЭВМ (либо на дисках). При такой форме размещения резуль-татов обработки процесс вывода разреза на построитель практи-чески близок процессу вывода на фотоблок временного разреза, полученного на аналоговых машинах. Отличие заключается в необходимости преобразования последо-вательности отсчетных значений в непрерывный сигнал.