Проект на проведение сейсморазведочных работ МОВ ОГТ 3D-3C масштаба 1:25000 на Южно-Волошенской площади на Волошенском месторождении республики Коми

(2.3)

Не смотря на недостатки при расчете СН в BSMOS, кратность по оси Х желательно сохранить неизменной (в данном случае 8). Учитывая это, перейдем к расчету взрывного интервала по оси Х:

(2.4)

(2.5)

Определяем шаг между линиями ПП равным шагу между линиям ПВ, тогда число линий приёма в активной расстановке:

(2.6)

Кратность в направлении взрывного профиля можно определить как половину количества действующих приемных линий в регистрирующей расстановке:

(2.7)

Кратность перекрытия по площади:

n_xy=n_x*n_y=8*8=64 (2.8)

Таблица 2.2.4. Параметры системы наблюдения.

дх	Расстояние между центрами групп приема, м	50
дy	Расстояние между пунктами возбуждения (проекция на ось Y), м	50
б	Сеть ОСТ	25x25
mx	Количество каналов на одной линии приема	124
my*	Количество пунктов возбуждения между линиями приема	8
W	Количество линий приема	16
Д Y	Расстояние между линиями приема, м	400
Д X	Величина взрывного интервала по оси Х, м	400
nx	Кратность перекрытия по оси Х	8
ny	Кратность перекрытия по оси Y	8
nxy	Общая кратность перекрытия	64
Xmax	Максимальное расстояние взрыв-прибор по оси Х, м	3100
Ymax	Максимальное расстояние взрыв-прибор по оси Y, м	3075

Рис.2.1.2.Схема активной расстановки.

При проведении работ будет использоваться система наблюдений типа «крест», которая удобна для раскладки и регистрации с учетом полевых условий[8]. На рис.2.1.2. представлена схема активной расстановки. Активные линии приемников обеспечивают прямоугольное поле точек отражения вокруг каждого пикета возбуждения, которое накладывается на поле от соседних ПВ с формированием «ковра» кратности. Данная технология позволяет получить кондиционный материал, для которого необходимо соблюдение технологического процесса при производстве полевых работ. Недостатки данной системы, планируется устранить на этапе обработки. Результаты анализа на оптимальность распределения азимутов, удалений и кратность приведены на рис.2.1.3. - 2.1.9.

Рис. 2.1.3 Поле кратности

Рис. 2.1.4. График распределения удалений от количества трасс



Рис. 2.1.5. График распределения азимутов от количества трасс

Рис. 2.1.6. Распределения удалений в бине

Рис. 2.1.7. Распределение азимутов в бине



Рисунок 2.1.8. Зависимость числа бинов от кратности

Рис. 2.1.9. Диаграмма распределения количества трасс по азимутам и удалениям

2.2 Расчет характеристики направленности системы ОГТ

Характеристика направленности системы ОГТ служит для оценки подавления регулярных глубинных волн-помех.

В данном проекте использовалась программа AVAMOS ПЛЭКС, которая предназначена для расчета и построения графиков (коэффициент направленного действия) для четырех общих средних точек, обуславливающих предельное значение потенциальной помехоустойчивости в двух взаимно-ортогональных направлениях [12].

В результате расчетов в программе AVAMOS были получены графики для каждой из четырех анализируемых точек (рис. 2.2.).

Оценка эффективности системы осуществлялась с использованием программы AVAMOS п.п.п. «ПЛЭКС», которая предназначена для оценки помехоустойчивости системы наблюдений.

Рис. 2.2. Характеристика направленности системы ОГТ

Таблица 2.1

vKND	P
0,08	12,50
0,11	9,09
0,11	9,09
0,09	11,11

Р-коэффициент потенциальной помехоустойчивости. Р=1/vKND

Из таблицы видно, что система наблюдений обеспечивает в достаточной степени подавление регулярных глубинных волн-помех. В среднем, волна помеха будет подавляться в 10 раз.

2.3 Синтез группы источников возбуждения

Для улучшения качества регистрируемой волновой картины применяют группирование источников, т.е. одновременный взрыв нескольких зарядов, размещенных вдоль одной или на некоторой площади.

При группировании источников упругие колебания одновременно возбуждают в ряде точек профиля. Возникающие волны, распространяясь различными путями, приходят в одну и ту же точку наблюдения, где установлен сейсмоприемник. Для полезной волны, отраженной от глубокой границы, различия во временах пробега незначительны и она складывается практически синфазно. Волна-помеха, имеющая относительно невысокую кажущуюся скорость, приходит от разных источников в точку приема со значительным фазовыми сдвигами колебаний, которые при суммировании гасят друг друга.

При производстве сейсморазведочных работ планируется применять площадную группу источников возбуждения.

Параметры группы:

N -- количество элементов в группе;

ДL -- расстояние между элементами группы ;

L -- база группы.

Параметры группы выбирались из следующих соображений:

лпов<L<(0,75ч1) лов, где

лпов - длина волны-помехи с максимальной кажущейся скоростью;

лов - длина полезной волны для верхнего горизонта;

Таким образом, 21 м<L<56 м, т.е. база группы не может быть больше 56м. При использовании групп с большой базой возникает опасность ослабления амплитуд полезного сигнала от верхних горизонтов.

Для расчета наиболее эффективной группы источников сейсмических колебаний применялась программа COMIS ПЛЕКС, которая помогает осуществить выбор наиболее эффективной группы, с использованием критерия потенциальной помехоустойчивости. Расчеты производились для 5 различных групп (рис.2.3). Результаты представлены в таблице 2.3.

Группа должна обеспечивать достаточное подавление помех, но также степень подавления полезных волн не должна превышать 1,4. Исходя из этого, была выбрана группа из 7 приемников на базе 30м, расположенных под углом 45?.

Рисунок 2.3. Конфигурации групп сейсмоприёмников

Таблица 2.3 Потенциальная помехоустойчивость площадных групп приема

	Кол-во элементов в группе, расстояние между ними (м)	Степень подавления волны-помехи с параметрами Vк=150, Т=0,96	Степень подавления ,волны-помехи с параметрами Vк=340, Т=0,06	Степень подавления волны от целевого горизонты с параметр с параметрами Vк=3500, Т=0,04
Угол подхода		0?	30?	45?	60?	90?	0?	30?	45?	60?	90?	0?	30?	45?	60?	90?
Линия (30?)	7 5	5,0	5,6	5,5	5,0	2,9	3,5	4,2	4,1	3,6	1,8	1,9	2,0	2,0	1,9	1,5
Линия (45?)	7 5	2,7	4,1	4,2	4,1	2,7	1,7	2,7	2,8	2,7	1,8	1,3	1,5	1,5	1,5	1,3
Крест	9 5	1,6	1,5	2,5	1,4	1,8	1,5	1,4	1,8	1,3	1,4	1,3	1,2	1,4	1,2	1,2
Х	9 5	2	4,8	1,8	4,8	2	2,8	4,1	1,9	4,1	2,8	3,3	3	1,8	3	3,3
Квадрат	25 5	4,2	2,0	5,1	2,0	4,2	2,7	1,4	2,7	1,4	2,7	1,6	1,2	1,6	1,2	1,6

2.4 Сейсморазведочная аппаратура

При выполнении полевых работ будет использоваться телеметрическая компьютеризированная станция 428 ХL (SERSEL, Франция), позволяющая работать с большим количеством каналов (возможность передавать по кабелю межлинейных соединений с реальном времени с дискретизацией 2 мсек), а также возможна работа с трёхкомпонентными датчиками (DSU3).

Особенности и преимущества:

· Испытанный на прочность дизайн 400 серии

· Большее число каналов для получения данных с максимально возможным разрешением

· Большая эффективность электрооборудования - батарея работает дольше с меньшим простоем

· Больше возможностей расстановки для обхода препятствий в поле

· Более широкий диапазон совместимых платформ программного обеспечения и компьютерного оборудования.

· Наибольшая в отрасли отдача для владельца оборудования

· Значительное снижение веса

· Расширяемая архитектура

· Удобное для пользователя и мощное программное обеспечение

· Расширенная система контроля качества и инструментов поддержки

DSU3 (Digital Sensor Unit):

Модуль DSU3 представляет собой интегрированный пакет, состоящий из электроники и трёх цифровых акселерометров, основанных на технологии MEMS с низким потреблением электроэнергии и полным сохранением функций при любом угле наклона. Благодаря новой электронике, модули DSU3 могут быть установлены под любым углом.

Полное тестирование производится системой автоматически в течение всего дня для обеспечения высокого качества сигнала на каждом пункте взрыва.

Преимущества использования DSU3:

1. Операционные

· Нечувствительность к наклону

· Низкое потребление электроэнергии

· Полностью интегрирован с полевым оборудованием 428XL

· Встроенная возможность тестирования

2. Геофизические

· Улучшенное качество описания характеристик резервуаров

· Изображение более высокого разрешения

· Регистрация в широком диапазоне частот

· Прекрасная векторная точность

3. Вспомогательные работы

3.1 Опытно-методические работы

Изучение верхней части разреза.

Для выбора оптимальных условий возбуждения упругих колебаний и расчета статических поправок за неоднородность ВЧР на Южно-Волошенской площади предполагается проведение исследований МПВ.

Наблюдения будут проводиться с использованием 24-х канальной сейсмостанцией ИСН-01-24 №69 с комплектом сейсмоприемников СВ-10Ц при группировании 2-х приборов на канал. Длина расстановки сейсмоприемников - 180м.

Схема косы: ПВ возле с/ст 2,5м4инт.+5м4инт.+10м15инт.

ПВ с дальнего конца 10м15инт.+5м4инт.+2,5м4инт.

Для реализации этой схемы предполагается использование двух спаренных 29-канальные косы.

Источник возбуждения - удары кувалдой (6-20 накоплений).

Исходя из результатов изучения ВЧР будет определена глубина заложения заряда и его масса.

3.2 Буровзрывные работы

Бурение взрывных скважин будет проводиться буровыми установками УШ-2Т в количестве - 5 шт, смонтированными на базе трактора Т-170 (шнековый способ бурения с последующей заливкой водой и укупоркой устья скважины шламом) и буровыми установками УРБ-4Т - 4 шт, на базе трактора ТТ-4, с применением промывочной жидкости.

В качестве источника упругих колебаний будут применяться взрывы литых тротиловых зарядов как в одиночных скважинах, так и в группах мелких скважин.

3.3 Топогеодезические работы

Топогеодезические работы проводятся с целью создания планового и высотного обоснования сейсморазведочных работ МОГТ-3D.

Работы будут выполняться в соответствии с проектом работ и требованиями «Инструкции по топографо-геодезическому и навигационному обеспечению геологоразведочных работ». Разбивка, плановая и высотная привязка сейсмических профилей планируется через 50м электронным тахеометром Geodimetr-500 с привязкой к пунктам государственной сети и опорным пунктам, установленные ОАО «Севергеофизика» с использованием GPS «Trimble 4700».

Закрепление пикетов предполагается деревянными кольями. На пересечениях профилей геодиметрические ходы будут закрепляться парными реперами из пней свежесрубленных деревьев.

3.4 Рубка просек

Площадь работ расположена в лесной местности. Дорожная сеть отсутствует. Рубка просек (линий) определена по крупномасштабным картам и будет проводиться в летний период.

Объем рубки просек шириной 4 м по линиям возбуждения:

- укатка профилей по снегу вездеходной техникой для прохождения технологического оборудования;

- устройство переездов и переправ через ручьи и речки для прохождения вездеходной техники с последующей разработкой.

Объем технологического строительства соответствует объемам проектных отрабатываемых профилей-визиров, включая дорогу к площади работ в км.

3.5 Организация радиосвязи в партии

Для обеспечения нормальной деятельности партии в целом, включая отряды, предусматривается на весь период организационных, полевых и ликвидационных работ наличие широкой и разветвленной системы радиосвязи отряда с базой партии и бригад с отрядами и внутри между всеми подразделениями. Будут использоваться в нужном количестве стационарные коротковолновые радиостанции "Ангара" и «FТ-600» с гарантированной устойчивой связью до 300 км, а также мобильные и портативные радиостанции «VERТЕХ», «Мotorola».

Предусматривается содержание радиостанций на базе и подбазе сейсморазведочной партии, сейсморазведочного отряда и топографо-геодезического отряда.

Порядок пользования всеми видами радиосвязи согласовывается с местной радиоинспекцией и устанавливается распоряжением начальника партии, обязательным для всеобщего исполнения.

сейсмический нефтеносность волновой интерференционный

4. Камеральные работы. Обработка и интерпретация геофизических материалов

Извлечение полезной информации из полевых сейсмических записей происходит в процессе их обработки и интерпретации. От качества выполнения этой работы зависят полнота, надежность и точность получаемых геологических результатов.

По видам камеральные работы разделяются на: обработку на ЭВМ, интерпретацию, включая составление отчета, составление паспортов.

Обработка состоит в преобразовании данных с целью извлечения полезной информации. Интерпретацией называется физико-геологическое истолкование результатов обработки[1].

4.1 Обработка сейсмических материалов

В зависимости от места и времени преобразования полевых записей, полноты и глубины их анализа различают два вида обработки - оперативную и основную. Первая является экспресс-обработкой, вторую обычно выполняют по заверш ении полевого сезона на базе стационарного вычислительного центра с участием его специалистов. Получаемые результаты представляют в итоговом отчете о сейсморазведочных работах[5].

Процесс обработки будет реализован посредством обрабатывающего комплекса GoeVision фирмы «CGGVeritas».

4.1.1 Полевая обработка геофизической информации (оперативная)

Задачей оперативной сейсморазведки является оценка эффективности методики полевых работ и предварительный анализ их геологических результатов и подготовка к передаче материалов на последующую обработку. Состоит из предварительной обработки и контроля качества полевых сейсмограмм, контроля качества сопровождающей документации и материалов: абрисов, таблиц высот, координат, наличия аппаратурных тестов.

Граф экспресс-обработки включает в себя следующие виды работ:

1. По окончании каждой рабочей смены:

· ввод полевых записей, преобразование формата полевых записей в формат полевой обрабатывающей системы;

· подготовка SPS - файлов;

· присвоение геометрии исходным трассам;

· визуальный контроль правильности присвоения геометрии по первым вступлениям;

· бинирование;

· ввод априорной кинематики;

· оценка средневзвешенных амплитуд и спектра микросейсм в окне до первых вступлений в диапазоне выносов (сейсмограммы ОТВ, ОТП);

· оценка средней амплитуды поверхностных волн (сейсмограммы ОТВ);

· оценка средней амплитуды сигнала в интервале времен прихода целевых отражений (сейсмограммы ОТВ);

· оценка отношения (амплитуды сигнала)/(амплитуды микросейсм);

· оценка спектров ОТВ в интервале целевых отражений (видимая частота);

· оценка качества сейсмических данных на сейсмограммах без редакции по функции авто- и взаимной корреляции.

По результатам предварительной обработки принимается решение об отбраковке ф.н., их переотработке, смещении или дополнительных ПВ. Возможна корректировка параметров возбуждения и приема, в пределах предусмотренных проектом (изменение глубины погружения и веса заряда, применение группирования взрывных скважин, смещение апертуры приема).

2. По окончании отстрела очередного блока или полосы производится:

· формирование окончательных SPS - файлов отработанного блока для камеральной обработки;

· редактирование отбракованных сейсмограмм, шумящих и пустых трасс, трасс с обратной полярностью, трасс с запредельными удалениями взрыв прибор. Отбракованные трассы должны быть помечены флагом, позволяющим исключить их из дальнейшей обработки;

· расчет статики за рельеф, анализ полученных поправок совместно с абрисами и атрибутами базы данных: глубины взрывных скважин, вертикальные времена, превышении ПНГ; ввод априорных статических поправок;

· предварительный анализ скоростей по отработанному блоку;

· предварительная обработка набора данных для коррекции статики и кинематики и получения контрольного суммарного разреза вдоль центрального In_Line (для каждых 3-4 полос обзора):

а) полосовая фильтрация;

б) деконволюция;

в) автоматическая регулировка усиления.

получение предварительного временного разреза по центральному In_Line (для блока из 3-4 полос обзора) с вводом предварительных статических и кинематических поправок -- априорного скоростного закона и статики за рельеф;

· расчет корректирующих статических поправок для ПВ и ПП и скоростей суммирования в автоматическом режиме;

· получение суммарного временного разреза, с введением скорректированньтх статических и кинематических поправок;

· оценка качества сейсмических данных после редакции и суммирования по функции авто - и взаимной корреляции в оптимальной полосе частот;

· анализ результатов обработки, оценка качества полевых материалов, принятие оперативных решений.

4.1.2 Обработка вертикальной и горизонтальной компонент 3D/3С сейсмических данных

В рамках проекта предполагается обработать вертикальную и горизонтальные компоненты волнового поля с целью анализа динамических особенностей продольных и обменных поперечных волн по целевым горизонтам, интервалам, а также в интервалах продуктивных пластов, обусловленных геологическим строением. На рис.4.1 представлен обобщенный граф, для обработки всех типов волн.

Рис. 4.1 Обобщённый граф обработки

Преобразование компонент

C помощью модуля ROTMC полевые сейсмограммы X и Y компонент обменных поперечных волн прямоугольной системы координат пересчитаны в радиальную и поперечную компоненты радиально-поперечной системы координат, как наиболее информативную и обеспечивающую увеличение отношения сигнал/шум после преобразования.

4.2 Интерпретация геофизических материалов. Кинематическая интерпретация сейсмических наблюдений

Этап интерпретации будет реализован в программном продукте фирмы Shlumberger (Petrel).

Комплексная интерпретация сейсмических материалов и ГИС будет проводиться по следующему графу:

· сбор геолого-геофизических материалов по району работ и создание локальной базы данных; (включая исходные материалы и результаты интерпретации сейсморазведочных работ прошлых лет, скважинных данных и т.д.).

При создании базы используются материалы, подготовленные в международных стандартизованных форматах (SEG-Y, UKOOA, LAS и др.). Кроме того имеется возможность использовать материалы записанные в форматах широко используемых в Западной Сибири отечественных программных продуктов (СЦС-3, Интерсейс-К, RAPID и др.) , а так же оцифровывать материалы хранящиеся на бумажных носителях. Используется система координат 1942 г.геологическая интерпретация скважинных данных;

Определение или уточнение положения в разрезе реперных и целевых геологических границ производится на основании анализа каротажных материалов, построения схем межскважинной корреляции и сопоставления с сейсмическими материалами.

· анализ и увязка имеющихся на площади сейсмических материалов;

На основе функции взаимной корреляции сейсмических трасс на пересечениях профилей определяются значения трех составляющих невязки (временной, фазовой и амплитудной), затем по системе профилей методом наименьших квадратов рассчитываются постоянные поправки по каждой составляющей для каждого профиля , которые после интерактивного контроля и анализа применяются к сейсмическим данным, минимизируя тем самым различия между материалами различных съемок.

· привязка отраженных волн к геологическим границам, геоакустическое моделирование;

Для создания геоакустической модели среды используются данные акустического и плотностного каротажа, материалы ВСП, проведенного в скважине. Детальность исходной модели приводится в соответствие с сейсмическими данными и определяется шагом дискретизации. Расчет синтетических сейсмотрасс производится, как с использованием модельных импульсов, так и импульсов, рассчитанных из реальных сейсмических трасс методом Винера-Ливенсона. Соответствие между реальными и синтетическими сейсмотрассами определяется на основе ФВК и характеризуется значением коэффициента корреляции . Синтетическая сейсмотрасса может быть разложена на элементарные составляющие с целью качественной оценки влияния отдельно взятой границы на реальное волновое поле.

При отсутствии данных акустики стратиграфическая привязка производится на основе визуального сопоставления временных разрезов и материалов ГИС трансформированных во временной масштаб на основании данных ВСП вблизи расположенных скважин. В некоторых случаях возможно получение акустической модели разреза, используя другие каротажные данные.

· детальный анализ волнового поля, прослеживание отражающих горизонтов и тектонических нарушений;

Пикирование отраженных волн производится с автоматическим определением положения экстремума с одновременной оценкой значения амплитуды. Слабо выраженные волны могут быть пропикированы “вручную”.

Прослеженные горизонты увязываются по площади посредством постоянных, рассчитанных методом наименьших квадратов, и, по необходимости, переменных поправок с целью минимизации остаточных невязок на пересечениях профилей. Использование корректирующих поправок протоколируется и храниться в базе данных.

· расчёт карт и схем;

При картопостроении используется современное программное обеспечение позволяющее использовать множество алгоритмов расчета равномерных сеток, от простейших, до основанных на сложном статистическом анализе исходных материалов. Параметры расчетов выбираются исходя из плотности и качества исходных данных и решаемых конкретных геологических задач.

· динамический анализ сейсмических данных, расчёт атрибутов;

Могут быть рассчитаны погоризонтные и интервальные атрибуты сейсмической записи. Кроме того могут изучаться мгновенные характеристики, основанные на Гильберт-преобразованиях временных разрезов.

В результате совместного анализа схем распределения динамических атрибутов и скважинной информации и выявления корреляционной зависимости между ними на основе статистического анализа выполняется прогноз литологических, коллекторских, фильтрационно-емкостных и др. свойств интересующих объектов.

· прогноз геолого-промысловых и фильтрационно-ёмкостных параметров в продуктивных интервалах на основе изучения условий осадконакоп-ления с использованием методик палеогеоморфологического и сейсмостратиграфического анализов, а также, на основе районирования динамических полей. Задача прогноза наиболее перспективных участков с точки зрения добычи нефти и газа является наиболее сложной и актуальной на этапе детализационных работ. При этом опробуется и применяется множество методик, разработанных в различных научных и производственных организациях, и богатый опыт геологов интерпретаторов.

· прогноз характеристик целевых геологических объектов.

При интерпретации данных пространственной сейсморазведки используются различные подходы. Один из самых распространенных - восстановление акустической характеристики среды по динамическим параметрам отраженных волн, что позволяет перейти к определению и картированию непосредственно скоростей распространения волн. Определение строения и свойств среды по отраженным волнам представляет собой одну из обратных задач рассеяния волн. Решение этой задачи рассматривается во многих прикладных областях.

Одни из первых примеров алгоритмов решения одномерной обратной задачи привел Кюнетц, который использовал двухэтапную методику решения обратной задачи, заключающуюся, во-первых, в преобразовании сейсмической записи в импульсную переходную функцию среды и, во-вторых, в преобразовании импульсной трассы в последовательность коэффициентов отражения с последующим восстановлением распределения акустической жесткости. В случае одномерной обратной задачи рассматриваются преобразования, основанные на простой модели сейсмической записи, описывающей идеальный результат динамической обработки сейсмограмм МОГТ как входную информацию в виде отклика от границ раздела при нормальном падении плоских волн.

В конце 70-х годов появились комплексы технологических программ, реализующих методику решения обратной задачи. К настоящему времени данные псевдоакустики используются при интерпретации сейсмических данных в благоприятных условиях. В большинстве западных интерпретационных систем используются эмпирические подходы для поиска зависимостей между сейсмическими атрибутами (различного рода динамические оценки, акустические жесткости, псевдоскорости, Т₀ и т.д.) и фильтрационно-емкостными параметрами целевых объектов. Для этого строятся многомерные “кросс-плоты” между различными параметрами. По выявленным зависимостям карты сейсмических параметров перестраиваются в прогнозные карты фильтрационно-емкостных свойств геологических объектов. Новым направлением в интерпретации пространственной сейсморазведки является использование сейсмостратиграфии. При этом руководствуются следующими соображениями:

1. Отражающий горизонт соответствует некоторому хроностратиграфическому интервалу разреза и, следовательно, в разных участках площади этот горизонт может соответствовать различным литолого-фациальным условиям его формирования.

2. Динамика отражения зависит как от коэффициента отражения, так и от степени изменчивости физических и геометрических свойств тонкослоистой среды внутри ЭОДФ (элементарный отражающий диск Френеля). Большие значения амплитуд, вероятнее всего, связаны с гомогенными по латерали участками тонкослоистого интервала разреза, тогда как малые значения амплитуд - с существенно гетерогенными по латерали участками тонкослоистого интервала. В случае толстослоистых интервалов и гладких границ отражения изменения амплитуд обычно связывают с изменением акустического коэффициента отражения.

3. Степень латеральной изменчивости физических и макротекстурных свойств отражающего интервала разреза обусловлена как условиями осадконакопления, так и степенью метаморфизма и динамоморфизма отдельных областей.

Таким образом, используя карты динамических параметров, можно провести детальный сейсмостратиграфический анализ по каждому горизонту.

5. Применение группирования сейсмоприемников с целью улучшения качества сейсмического сигнала

Из пространственно-временных фильтров в сейсморазведочной практике наиболее широко применяют различные интерференционные системы. Это объясняется, с одной стороны, их относительной простотой, что позволяет осуществить фильтрацию путем несложных технических, методических и вычислительных приемов. С другой стороны, интерференционные системы обладают достаточно высокой эффективностью и нередко позволяют получать удовлетворительные результаты без обобщения к более сложным видам фильтрации волнового поля.

Интерференционные системы - это простейшие пространственно-временные фильтры, в которых процедура фильтрации состоит в суммировании многоканальных записей сейсмических колебаний.

Рис.5 Принципиальная схема работы интерференционной системы. Линии суммирования: 1-вертикальная, 2-наклонная прямолинейная, 3-криволинейная(параболическая), 4-сейсмический сигнал, 5-входные каналы, 6-усилители, 7-сумматор, 8-сейсмический сигнал на входе интерференционной системы.

Наибольшее распространение среди видов интерференционных систем в сейсморазведке получили группы сейсмоприемников.

5.1 Обобщенный теоретический анализ интерференционных систем

Теория интерференционного возбуждения и приема колебаний давно была предметом особого внимания. Обобщенный теоретический анализ интерференционного приема колебаний был сделан Ф.М. Гольцманом[4], который в дальнейшем послужил основой для работ Б.И.Беспятова, В.И.Бондарева, А.В.Череповского и др.

Согласно Гольцману[4], задача приема, обработки сейсмической информации состоит в том, чтобы выделить полезный сигнал f из общей совокупности y принятых колебаний и измерить искомые параметры.

Обычно при выделении полезного сигнала из общей совокупности принятых колебаний, сигнал у подвергается некоторому преобразованию, которое может осуществляться при помощи либо соответствующих приемных устройств, либо вычислительных машин. Среди различных приемных систем большое распространение получили линейные преобразующие системы. К их числу относится большинство интерференционных систем, осуществляющих направленный прием полезных волн.

Широкое применение на практике нашли такие интерференционные системы, как различные направленные устройства, используемые в радиофизике и акустике и состоящие из дискретных приемных или излучающих элементов. К числу интерференционных систем принадлежат многочисленные схемы группирования приемников и источников сейсмических колебаний, смесители и скоростные фильтры, регулируемый направленный прием, корреляционный прием, различные методы накопления сигналов и т.д.

Основная особенность интерференционного приема сейсмических волн состоит в том, что в эксперименте либо одновременно, либо последовательно используется несколько идентичных приемных систем.

В классической теории направленного приема помеху представляют в виде наложения конечного числа неслучайных волн, которые обычно считаются регулярными в области наблюдений. Для обоснованного выбора интерференционных систем необходимо знать характеристики отдельных волн-помех. Для этой цели проводятся специальные эксперименты, при которых свойства отдельных волн выступают наиболее рельефно. При анализе волн в зонах интерференции ставятся эксперименты по изучению свойств интерферирующих волн в смежных областях, где волны разделены. Изучаются частотный состав, динамические особенности и другие свойства волн-помех. Исследование волновой структуры помех производится каждый раз сообразно имеющимся техническим средствам и в значительной мере зависит от искусства и опытности экспериментатора. В этом смысле показательны эксперименты по изучению волновой природы помехи методами расчленения при выделении полезных сейсмических волн в районах, характеризующихся сложной волновой картиной.

Представление помех в виде наложения неслучайных регулярных компонент является далеко не полным. Это, прежде всего, связано с тем, что отдельные волны-помехи даже в ограниченной области наблюдений, в которой выполняются условия регулярности полезной волны, не являются плоскими и затухают по мере распространения. При этом действительные свойства волн известны лишь приближенно. Кроме того, всякая реальная помеха обязательно содержит отдельные случайные составляющие, конкретные реализации которых остаются неизвестными.

Источники случайных составляющих помехи могут быть весьма различными. Одним из основных источников являются несовершенство техники измерений, из-за которой эксперимент сопровождается случайными ошибками наблюдений. Эти ошибки можно рассматривать как некоторый дополнительный случайный сигнал, входящий в состав помехи. Распространенным видом случайных помех являются также различные флуктуационные шумы, генерируемые источниками, не связанными непосредственно с источником полезного сигнала; они существуют независимо от того, возбужден полезный сигнал или нет.

Еще одна существенная разновидность помех может возникать как результат возбуждения полезного сигнала. Такие помехи являются доминирующими в исследованиях, связанных с распространением волн в сложных средах. В этом случае источник, возбуждающий полезную волну, вызывает появление огромного числа других волн (отраженных, преломленных, дифрагированных, поверхностных и т.д.), образующих сложное наложение, расчленение которого на отдельные регулярные компоненты практически не выполняется.

Нарушение регулярности отдельных волн-помех, а также наличие случайных составляющих приводит к тому, что реальные свойства помех отличаются от свойств, найденных путем приближенного и неполного расчленения помехи на регулярные составляющие. Это отличие можно рассматривать как своеобразную «остаточную» помеху, выпадающую из общего анализа. Поэтому наложение помех в виде наложения неслучайных регулярных компонент оправдано лишь постольку, поскольку интенсивность «остаточной» помехи достаточно мала, чтобы обеспечить возможность эффективного приема полезной волны.

Представление помехи в виде случайной функции более полно и точно отражает реальную картину, чем представление её в виде набора неслучайных идеализированных сигналов. Следует иметь в виду, что если неопределенность в знании помехи мала, то приемные системы, выбранные в предположении неслучайных идеализированных помех, будут практически столь же эффективными, как и системы, выбранные на основе статистических представлений.

Итак, для волн-помех используются представления как в виде неслучайных регулярных функций, а также в виде случайных функций.

На практике, на этапе зарождения сейсморазведки сейсмические волны регистрировались несколькими каналами и одиночными сейсмоприемниками.

Регистраторы и сейсмические датчики изготавливались полукустарно; специальной промышленности еще не было, а сам метод находился в начале развития -- в истоке. Конечно, прослеживанию отражений сильно мешали различные помехи и, в первую очередь, -- поверхностные волны, имеющие основную энергию в области низких (до 10 -15 Гц) частот, лишь частично перекрывающих спектры импульсов полезных волн.

Со временем в процессе развития метода число каналов у регистраторов выросло, а сейсмоприемники стали доступнее, для ослабления поверхностных помех стали применять интерференционные системы, позволяющие проводить селекцию регистрируемых колебаний по длинам волн. Эти интерференционные системы приема получили название «группы сейсмоприемников».

Выбор параметров оптимальных интерференционных систем стал важнейшей творческой задачей при оптимизации методики полевых работ. В отечественной сейсморазведке исторически сложились два разных подхода к решению задачи по определению параметров группы приемников. Они различаются между собой приоритетами, положенными в основу методологии расчета параметров групп.

В первом подходе, сформировавшемся на ранних этапах использования сейсмической разведки, предпочтение отдавалось созданию условий для максимально неискаженного приема полезных колебаний. Это было связано с необходимостью обеспечения процедуры устойчивой визуальной фазовой корреляции полезных волн. Поскольку это всегда приводило к необходимости использования относительно небольших расстояний между каналами, то проблема определения максимально допустимой величины базы группирования становилась особенно актуальной. При этом база группы приема в любом случае не должна превышать расстояние между центрами групп. Количество сейсмоприемников на этой базе можно выбирать произвольно.

Во втором подходе при выборе размера базы и числа сейсмоприемников на ней решающее значение придается проблеме гашения волн-помех. Для этой цели необходимо достаточно детальное знание некоторых характеристик волн-помех; диапазона изменения их кажущихся скоростей и видимых периодов. Однако такой подход в конце расчетов требует сравнения полученного размера базы группирования с предельно допустимым значением, найденным с использованием первого подхода.

Согласно первому подходу, в качестве предельной величины базы группирования, при которой еще осуществляется неискаженный прием полезных волн, принимается величина, равная половине кажущейся длины полезной волны. На частотной характеристике группы это значение размера базы группы соответствует середине интервала, на котором функция направленности Н меняется от 1 до первого нулевого значения.

Соответствующее значение коэффициента направленности в этой точке, будет равно:

, (5.1)

где N - количество элементов в группе.

Это значение слабо зависит от величины N, меняясь в пределах от 0,71 (при N=2) до 2/р = 0,64 (при весьма большом N). Поэтому считают, что середина вышеназванного интервала приблизительно соответствует значению коэффициента направленности, равного 0,7. Принятие этого факта позволяет утверждать, что неравномерность чувствительности группы к полезным волнам не превысит 70 % от максимальной величины (неравномерность характеристики не выше -6 Дб), если максимальный размер группы не превысит величины

(5.2)

где L_max - максимально допустимая база группы;

?х - расстояние между приемными элементами в группе;

N - количество элементов в группе;

V_max- максимальная скорость полезной волны;

Т_max - максимальный период полезной волны.

Конкретное число приемников в группе N на выбранной базе можно выбирать произвольно, исходя из учета других обстоятельств.

Согласно второму подходу, развитому в работах И.И. Гурвича [4], параметры группы сейсмоприемников выбирают таким образом, чтобы параметры волн-помех попадали в полосу гашения частотной характеристики данной группы. При этом положение полосы гашения на частотной характеристике определяется интервалом между нулями частотной характеристики, расположенными справа от основного и слева от первого побочного максимума (рис.5.1.). Координаты этих точек для равномерных и однородных групп соответственно равны:

(5.3)

и

(5.4)

Приравнивая минимальное значение волнового числа волн помех К_min значению К₁ на левой границе интервала гашения, а максимальное значение волнового числа К_max - значению на правой границе К₂, легко получить расчетные формулы для определения параметров искомой группы сейсмоприемников.

Количество сейсмоприемников N в группе определяется по формуле

(5.5)

где К_max =2рf_max / V*_min - максимальное значение волнового числа волны-помехи;

К_min=2рf_min / V*_max - минимальное значение волнового числа волны-помехи.

Рис.5.1. Полоса гашения частотной характеристики интерференционной системы для 11- канальной группы

Расстояние между приемниками в группе ?х рассчитывается следующим образом:

(5.6)

База группы L при этом может быть вычислена следующим образом:

(5.7)

где ?х - расстояние между приемниками в группе;

N - количество приемников в группе.

5.2 Коэффициент разрушения сейсмической записи

Подход к теоретическому анализу смешения колебаний в интерференционных системах основан на использовании понятия амплитудно-частотной характеристики применяемой системы приема колебаний. При этом в основу расчета параметров применяемых интерференционных систем приема принимались во внимание лишь пространственные частоты волн-помех. Позднее в работах Б.И.Беспятова[1] был поставлен вопрос об использовании при расчетах параметров интерференционных систем приема наряду с пространственными частотами и энергетических (амплитудных) характеристик волн-помех. Введенный им в рассмотрение коэффициент направленного действия (КНД) интерференционной системы оказался достаточно информативным. КНД характеризует разрешающую способность интерференционной системы по отношению к регулярной волне заданной формы. Это позволило по-новому взглянуть на проблему расчета параметров ИС приема колебаний. Впоследствии В.И.Бондарев подытожил работы Б.И.Беспалова, и предложил в развитие этого направления и при оценке эффективности работы той или иной интерференционной системы приема колебаний использовать новую интегральную характеристику - коэффициент разрушения сейсмической записи (КРЗ). Он позволяет более объективно и всесторонне оценивать работу конкретной ИС. Изложенные ранее оценки эффективности работы ИС касались лишь их степени влияния на трансформацию частотного спектра сигнала на выходе этих систем. Такой подход не позволял объективно решать главную задачу такой оценки, поскольку он не дает всестороннюю характеристику эффекта разрушения волн-помех конкретной ИС. Наоборот, главным критерием оценки эффективности работы ИС, по мнению В.И.Бондарева[3], может быть лишь критерий, учитывающий интегральное зрительное восприятие интерпретатором эффекта разрушения волны-помехи на временном разрезе или суммотрассе.

Анализируя характер восприятия человеческим глазом формы импульса сейсмической волны на совокупности суммотрасс, можно прийти к выводу, что наличие сформированной сейсмической волны на временном разрезе (группе трасс) воспринимается на основании следующих основных эмоционально-зрительных критериев:

· энергетическое доминирование в локальной области;

· амплитудная выразительность записи;

· типичность видимого частотного спектра записи для конкретных условий наблюдения;

· разрешенность сейсмической записи;

· отсутствие интенсивных случайных искажений записи.

Если эффект воздействия каждого, из вышеуказанных факторов оценить некоторым коэффициентом, который увеличивался бы по мере усиления разрушающего действия этого фактора на сейсмическую запись, то предлагаемый коэффициент разрушения сейсмической записи (КРЗ) можно было бы представить в виде произведения пяти коэффициентов:

КРЗ = К1*К2*КЗ* К4*К5 (5.8)

Критерием энергетического доминирования или отсутствия доминирования в локальной области временного разреза (сейсмической записи) после работы конкретной ИС является введенный Б.И.Беспятовым[1] коэффициент направленного действия (КНД) системы. Поэтому в качестве первого коэффициента К1 в составе КРЗ выбирается один параметров ИС - параметр КНД:

(5.9)

Чем меньше КНД, тем менее выразительна сейсмическая запись, а следовательно, тем сильнее разрушение исходной записи на выходной суммотрассе.

В качестве второго параметра КРЗ, характеризующего амплитудную разрушаемость сигнала на выходе ИС, используется отношение модулей суммы разностей амплитуд входного и выходного сигналов к сумме амплитуд входного сигнала в заданном временном окне:

, (5.10)

где S(t)-амплитуда входного сигнала, S'(t)-амплитуда выходного сигнала.

Приведенная структура этого коэффициента однозначно свидетельствует о том, что данный коэффициент, меняясь в пределах от О до 1, тем больше, чем сильнее разрушение сигнала на выходе ИС.

Этот коэффициент в чем-то аналогичен ранее относительному коэффициенту направленности (КН) для гармоничных колебаний и связан с ним следующим приближенным равенством:

 (5.11)

Разрушение частотного состава колебания на выходе ИС приводит к ухудшению восприятия сейсмического импульса на временной трассе как регулярного колебания. Мерой оценки такого разрушения выбрана величина:

(5.12)

Этот параметр отражает влияние амплитудной частотной характеристики ИС на структуру сейсмического сигнала на выходе системы. Простота его конструкции открывает широкие возможности при моделировании.

Для того, чтобы конкретный фрагмент сейсмической записи можно было отождествить с регулярной волной, необходимо, чтобы эта волна обладала определенной достаточно высокой разрешенностью. Согласно Воюцкому, под разрешенностью сейсмической запаси понимают некоторую величину л, характеризующую возможность разделения сигналов от близко расположенных границ и зависящую от длительности сигнала, его структуры и от величины отношения сигнал/помеха:

, (5.13)

где а_max - максимальная амплитуда сигнала,

S(t) - сейсмический сигнал,

- энергетическое соотношение сигнал/помеха,

Т - интервал прослеживания волны.

Для практических задач имеет смысл не абсолютная величина л, а величина, относящаяся к некоторому эталону записи. Полому, в нашем случае, в качестве компоненты КРЗ удобно впять отношение коэффициентов л на выходе и входе ИС:

(5.14)

Ухудшение разрешенности записи рассматривается как фактор, усиливающий разрушение сейсмического сигнала и, следовательно, приводящий к увеличению общего значения КРЗ.

Ослабление интенсивных случайных помех на выходе ИС, как известно, пропорционально величине меры статистического эффекта интерференционной системы:

(5.15)

Следовательно, для того, чтобы учесть разрушающий эффект этого фактора для данной ИС, необходимо в состав конструируемого коэффициента КРЗ ввести данный множитель.

Предложенная конструкция коэффициента разрушения сейсмической записи учитывает в той или иной мере все факторы, влияющие на ослабление сигнала на выходе ИС. Поэтому данный коэффициент можно принимать за некоторую количественную (эвристическую) меру оценки степени разрушения сейсмического сигнала с точки зрения эмоционально-зрительного восприятия сейсмической записи.

Введенный новый покатазатель оценки эффективности работы интерференционных систем - коэффициент разрушения сейсмической записи - позволяет максимально всесторонне охарактеризовать работу системы по ослаблению волн-помех. На основе анализа величины КРЗ можно объективно оценивать влияние любого из параметров ИС на конечный результат работы системы. Это позволяет более объективно и всесторонне понять характер работы ИС и на основе этого осуществлять на стадии проектирования работ разумный выбор параметров конкретной системы.

Исходя из этого, проблема расчета параметров группы сейсмоприемников (числа приемников и расстояния между ними) решается достаточно просто. В сущности, весь расчет сводится к тому, чтобы параметры группы сейсмоприемников были таковыми, при которых низкоскоростные поверхностные волны-помехи с заданными свойствами (кажущимися скоростями и видимыми частотами) попадали в полосу гашения АЧХ. Такой подход, являясь в целом вполне физически обоснованным, однако, страдает некоторой односторонностью. Это касается прежде всего того факта, что остается совершенно не рассмотренным вопрос об уровне ослабления поверхностных волн-помех данной (расчетной) группой. Поскольку и различных сейсмогеологических условиях интенсивность волн помех с одинаковыми свойствами может быть очень различной, то ответ на этот вопрос представляется достаточно важным. Очевидно, что для успешного подавления поверхностных волн-помех параметры группы сейсмоприемников должны не только обеспечивать попадания помех в полосу гашения, но и обеспечивать нужный уровень их подавления. Поэтому, существовавшая до этого методика параметров группирования сейсмоприемников должна быть дополнена в части касающейся оценки достигнутого уровня подавления помех выбранной группой. Впрочем, вопрос может быть поставлен и в иной последовательности. Можно в самом начале процесса расчета параметров группы задаваться необходимым уровнем подавления помех и параметры группы сразу находить с учетом этого требования. Выбор того или иного подхода может быть найден в процессе использования предлагаемой методики.

Увеличение числа приемников в группе (при фиксированных остальных параметрах группы) ведет к значительному росту величины КРЗ. Примерно аналогичный вывод можно сделать (при фиксированном числе элементов в группе) и о влиянии задержки на величину КРЗ: чем больше задержка (ниже кажущаяся скорость), тем выше степень разрушения записи (рис.5.2.). Несколько сложнее эти зависимости выглядят в диапазоне малых значений числа элементов в группе (N<12). Но и в этом случае принципиальный характер зависимости КРЗ от рассматриваемых параметров сохраняется.

Рис.5.2. Зависимость коэффициента разрушения от числа элементов в группе при фиксированном значении задержки И_L/T, где Т период сейсмического сигнала, для сигнала видимой частоты 8Гц. Параметр графиков - величина относительной задержки И_L/T показан справа от графиков.

Предложенные дополнения к существующей методике расчета параметров группирования позволили более полно и объективно привлекать для борьбы с волнами-помехами не только кинематические, но их динамические критерии. Очевидно, что сделанные дополнения пригодны и при оценке параметров группирования источников.

5.3 Применение группирования при проведении 3D работ

При появлении сверхмногоканальных цифровых телеметрических систем регистрации, позволяющих в реальном времени регистрировать уже несколько сотен и тысяч сейсмических каналов в широком частотном и динамическом диапазонах, стало возможным существенно уменьшить расстояние между пунктами приема (до 25 -- 30 м), что позволило повысить детальность изучения сейсмических разрезов, при этом уменьшаются базы групп как приемников, так и источников. Но короткие базы в свою очередь не обеспечивает подавления поверхностных волн-помех, и их ослабление все чаще стали переносить на этап обработки материалов. Применение для приема колебаний интерференционных систем содержит в себе несколько негативных факторов.

* Группа сейсмоприемников выступает как полосовой фильтр, ослабляя высокие и низкие частоты в спектрах полезных волн, тем самым снижая разрешающую способность метода. Часто кривизной фронта регистрируемой полезной волны пренебречь нельзя, не внося фильтрующего действия при суммировании сигналов от различных сейсмоприемников в группе.

* В пределах каждого пункта приема действует внутренняя топография и таким образом каждый сейсмоприемник имеет свою статику, которая, накапливаясь в группе, приводит к искажениям регистрируемых волн. Эту статику невозможно учесть, она же может сильно искажать регистрируемые сигналы. Влияние внутренней топографии на характеристики интерференционного приема тем больше, чем ниже скорости регистрируемых волн (это особенно важно при 3С работах).

* Через большое количество соединений происходят утечки напряжения, а соединительные провода, как антенны, улавливают различные наводки, приводящие к дополнительному ухудшению соотношения сигнал/помеха.

При 2D работах применение групп сейсмоприемников даже при ограниченной базе оправдано. При этом для изготовления групп сейсмоприемники необходимо тщательно отбирать по идентичности АЧХ, следить за их состоянием в процессе работ, правильно (вертикально/горизонтально и азимутально) устанавливать, обеспечивая их хороший контакт с грунтом. Обобщенные сведения о регистрации волн различными видами приведены в таблице 5.3.

Многие современные сейсмические съемки характеризуются «точечной» регистрацией сейсмических данных, когда стандартные группы из 6-12 сейсмоприемников ставятся «в точку» (на площадке не более одного кв. м), а во многих случаях применяются одиночные геофоны или одиночные трехкомпонентные цифровые датчики. На рис.5.3.1 представлен разрез полученный при регистрации данных «в точке» 3мя сейсмоприемниками.

Таблица 5.3 Плюсы и минусы регистрации сейсмических волн группами геофонов и одиночными приемниками.

Группы геофонов	Одиночные приемники
+ Подавление волн-помех	-- Нет подавления волн-помех
+ Ослабление случайных помех	-- Нет подавления случайных помех
+ Усреднение условий установки	-- Обязательна аккуратная установка
+ Высокая чувствительность / ПП	-- Низкая чувствительность / ПП
-- Ослабление ВЧ (статика внутри группы)	+ Сохранение высоких частот
-- Аляйсинг волн-помех	+ Отсутствие аляйсинга
-- Азимутальная анизотропия (3Д)	+ Азимутальная изотропность (3Д)

Из-за того, что 3D наблюдения проводятся в различных лучевых плоскостях -- их азимут может меняться в пределах 3600, для подавления помех, связанных с источником колебаний, правомерно применение симметричных относительно пункта приема площадных групп сейсмоприемников. Например, в форме звезды, которая одинаково эффективна при смене лучевых плоскостей, т.е. при различных не продольных выносах пункта возбуждения. Но практическая реализация такого типа группирования очень трудоемкий процесс и поэтому не имеет широкого применения.