Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт природных ресурсов

Курсовой проект

по курсу "Сейсморазведка"

Методика и технология сейсморазведочных работ МОГТ

Выполнил: студент гр. 2А280

Севервальд А.В.

Проверил:

Резяпов Г.И.

Томск -2012



Оглавление

• 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 ОГТ
• 2.1 Сейсмологическая модель разреза и ее параметры
• 2.2 Расчет системы наблюдений метода ОГТ
• 2.3 Расчет годографов полезных волн и волн-помех
• 2.4 Расчет функции запаздывания волн-помех
• 2.5 Расчет параметров оптимальной системы наблюдений
• 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
• Заключение
• Список литературы


Введение

Сейсморазведка является одним из ведущих методов исследования структуры, строения и состава горных пород. Главной сферой применения является поиск месторождений нефти и газа.

Целью данной курсовой работы является закрепление знаний по курсу "сейсморазведка"

Задачами данной курсовой работы являются:

1) рассмотрение теоретических основ метода ОГТ;

2)составление сейсмогеологической модели, на основе которой рассчитываются параметры системы наблюдений ОГТ-2D;

3)рассмотрение технологии проведения сейсморазведочных работ;



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 допущении 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. 1.1 Схематическое изображение элемента системы наблюдений и сейсмограммы, полученной методом ОГТ.А иА' -- оси синфазности отраженной однократной волны соответственно до и после введения кинематической поправки; Ви В' -- ось синфазности многократной отраженной волны соответственно до и после введения кинематической поправки.

Рис. 1.1 иллюстрирует принцип суммирования по ОГТ на примере системы пятикратного перекрытия. Источники упругих волн и приемники располагаются на профиле симметрично проекции на нее общей глубинной точки R горизонтальной границы. Сейсмограмма, составленная из пяти записей, полученных 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 применяемых в методе ОГТ базах наблюдения, не превышающих 3 км, годограф ОГТ однократно отраженной волны сдостаточной 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 сейсмических записей во временной разрез в каждую сейсмограмму ОГТ вводят кинематические поправки, величины которых определяются скоростями сред, покрывающих отражающие границы, т. е. они рассчитываются для однократных отражений. В результате ввода поправок оси синфазностей однократных 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 фазовыми сдвигами, ослабляются. Зная кинематические особенности волны-помехи, можно заранее рассчитать параметры системы наблюдений методом ОГТ (длину годографа ОГТ, число каналов на сейсмограмме ОГТ, равное кратности прослеживания) при которых обеспечивается требуемое ослабление помехи.

Сейсмограммы ОГТ формируют путем выборки каналов с сейсмограммы от каждого пункта возбуждения (называемых сейсмограммами общего пункта возбуждения - ОПВ) в соответствии с требованиями элемента системы, приведенного на рис. 1., где показаны: первая запись пятого пункта возбуждения, третья запись четвертого и т. д. до девятой записи первого пункта возбуждения.

Указанная процедура непрерывных выборок вдоль профиля возможна лишь при многократном перекрытии. Она соответствует наложению временных разрезов, получаемых независимо 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) статических и кинематических поправок.

Скорости, требуемые для уточнения вводимых кинематических поправок, определяют по годографам ОГТ. Для этого сейсмограммы ОГТ с рассчитанными приблизительно кинематическими поправками подвергаются разновременному суммированию с дополнительными нелинейными операциями. По суммолентам ОГТ, помимо определения эффективных скоростей однократно отраженных волн, находят кинематические особенности волн-помех для расчета параметров приемной системы. Наблюдения методом ОГТ проводят вдоль продольных профилей.

Для возбуждения волн применяют взрывные и ударные источники, которые требуют наблюдений с большой (24--48) кратностью перекрытий.

Обработка данных МОГТ на ЭВМ делится на ряд этапов, каждый из которых заканчивается выводом результатов для принятия решения интерпретатором 1) предварительная обработка; 2) определение оптимальных параметров и построение окончательного временного разреза; З) определение скоростной модели среды; 4) построение глубинного разреза.

Системы многократных перекрытий составляют в настоящее время основу полевых наблюдений (сбора данных) в МОВ и определяют 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) существенное снижение частоты регистрации; б) ослабление свойства локальности МОВ за счет увеличения объема неоднородного пространства при больших удалениях от источника, характерных для метода ОГТ и необходимых для подавления многократных волн; в) наложение однократных отражений от близких границ вследствие свойственного им сближения осей синфазности при больших удалениях от источника; г) чувствительность к боковым волнам, мешающим прослеживанию целевых субгоризонтальных границ вследствие расположения основного максимума пространственной характеристики направленности суммирования в плоскости, перпендикулярной к базе суммирования (профилю).

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



1.2 Особенности годографа ОГТ

Рис. 1.2 Схема способа ОГТ для наклонного залегания отражающей границы.

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 данномуt₀ 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 состоит в суммировании сейсмических трасс вдоль заданных линий ф(х) с весами, постоянными для каждой трассы. Обычно линии суммирования соответствуют форме годографов полезных волн. Взвешенное суммирование колебаний разных трасс y_n(t) является частным случаем многоканальной фильтрации, когда операторы индивидуальных фильтров h_n(t) представляют собой д-функции с амплитудами, равными весовым коэффициентам d_n:

(1.1)

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

Соотношению (1.1) придадим более простую форму, учитывая, что результат не зависит от положения точки т и определяется временными сдвигами трасс ф_n относительно произвольного начала отсчета. Получим несложную формулу, описывающую общий алгоритм интерференционных систем,

(1.2)

Их разновидности отличаются характером изменения весовых коэффициентов d_nи 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 регулярная волна g(t,x) с годографом вступления t(x)=t_n:

годограф сейсмологический интерференционный волна

Подставляя это в (1.2), 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 суммирования (и_n?0), то происходит синфазное сложение колебаний. Для этого случая, обозначаемого и=0, имеем

Интерференционные системы строят с целью усиления синфазно суммируемых волн. Для достижения такого результата необходимо, чтобы H₀(щ) было максимальным значением модуля 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 интенсивности волн, отраженных или дифрагированных от локальных участков сейсмогеологического разреза, представляющих особый интерес. Такая методика известна как фокусирование падающей волны.



2. Расчет оптимальной системы наблюдений метода ОГТ

2.1 Сейсмологическая модель разреза и ее параметры

Сейсмогеологическая модель имеет следующие параметры:

H1,m	331
V1,m/s	1768
G1,kg/m3	2320
H2,m	331
V2,m/s	2320
G2,kg/m3	2408
H3,m	1215
V3,m/s	2762
G3,kg/m3	2486
H4,m	552
V4,m/s	3867
G4,kg/m3	2663
H5,m	442
V5,m/s	4088
G5,kg/m3	2762

Рассчитываем коэффициенты отражения и коэффициенты двойного прохождения по формулам:

(2.1)

(2.2)

Получаем:

№ границы	A	K
Воз.-зем.	-0,81388	0,337603
1	-0,15326	0,976512
2	-0,10277	0,989439
3	-0,19992	0,960031
4	-0,04601	0,997883

Рассчитываем времена пробега волны по пласту по формуле:

(2.3)

Получаем:

№ слоя	Время пробега, с
1	0,187217
2	0,142672
3	0,439899
4	0,142746

Задаем возможные варианты прохождения волн по данному разрезу:

1 волна		2 волна		3 волна		4 волна		5 волна
h	t	h	t	h	t	h	t	h	t
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
331	0,187217	331	0,187217	331	0,187217195	331	0,187217195	331	0,187217
662	0,32989	662	0,32989	0	0,374434389	662	0,329889608	662	0,32989
1877	0,769788	1877	0,769788	331	0,561651584	331	0,472562022	331	0,472562
2429	0,912535	662	1,209687	0	0,748868778	662	0,615234436	0	0,659779
1877	1,055281	331	1,352359	331	0,936085973	331	0,75790685	331	0,846996
662	1,495179	662	1,495032	0	1,123303167	662	0,900579264	662	0,989669
331	1,637852	331	1,637704	331	1,310520362	331	1,043251677	331	1,132341
0	1,825069	0	1,824921	0	1,497737557	662	1,185924091	0	1,319558
				331	1,684954751	331	1,328596505	331	1,506776
				0	1,872171946	662	1,471268919	662	1,649448
						331	1,613941333	331	1,79212
						0	1,801158527	0	1,979338

На основании этих расчетов строим теоретический вертикальный сейсмический профиль (рис. 2.1) на котором отражаются основные типы волн, возникающих в конкретных сейсмогеологических условиях.

Рис. 2.1. Теоретический вертикальный сейсмический профиль (1 - полезная волна, 2,3 - кратные волны - помехи, 4,5 - кратные волны, не являющиеся помехами).

Для целевой четвертой границы используем волну номер 1 - полезная волна. Волны со временем прихода -0,01-+0,05 от времени "целевой" волны являются интерференционными волнами помехами. В данном случаем, волны номер 2 и 3. Все остальные волнами помехами не будут.

Рассчитаем время двойного пробега и среднюю скорость по разрезу для каждого пласта по формуле (3.4) и строим скоростную модель.



Получаем:

TVT,c	V ср.
0,374434389	1768
0,659779217	2006,732
1,539576465	2438,333
1,825069095	2661,817
2,041311756	2812,897

Рис. 2.2. Скоростная модель

2.2 Расчет системы наблюдений метода ОГТ

Амплитуды полезных отраженных волн от целевой границы рассчитываются по формуле:

(2.5)

где А_п - коэффициент отражения целевой границы.

Амплитуды кратных волн рассчитываются по формуле:



.(2.6)

При отсутствии данных по коэффициенту поглощения принимаем =1.

Рассчитываем амплитуды кратных и полезной волн:

Наибольшей амплитудой обладает кратная волна 2. Полученные значения амплитуды целевой волны и помехи позволяют вычислить требуемую степень подавления кратной волны.

Поскольку

2.3 Расчет годографов полезных волн и волн-помех

Расчет годографов кратных волн ведется при упрощающих предположениях о горизонтально-слоистой модели среды и плоских границах. В этом случае многократные отражения от нескольких границ раздела можно заменить однократным отражением от некоторой фиктивной границы.

Средняя скорость фиктивной среды вычисляется по всему пути вертикального пробега кратной волны:

(2.7)



Время определяется по схеме образования кратной волны на теоретическом ВСП или суммированием времен пробега во всех пластах.

(2.8)

Получаем следующие значения:

Годограф кратной волны вычисляется по формуле:

(2.9)

Годограф полезной волны рассчитывается по формуле:

(2.10)



Рис 2.3 Годографы полезной волны и волны-помехи

2.4 Расчет функции запаздывания волн-помех

Введем кинематические поправки, рассчитанные по формуле:

?tк(х, to) = t(х) - to(2.11)

Функцию запаздывания кратной волны (х) определяют по формуле:

(х) = t_кр(хi) - t_окр(2.12)

где t_кр(хi) - исправленное за кинематику время и t_окр-время при нулевом удалении пункта приема от пункта возбуждения.

Рис 2.4 Функция запаздывания кратной волны



2.5 Расчет параметров оптимальной системы наблюдений

Оптимальная система наблюдений должна обеспечивать наибольший результат при низких материальных затратах. Необходимая степень подавления помех D=5, нижняя и верхняя частоты спектра волны помехи составляют 20 и 60 Гц соответственно.

Рис. 2.5 Характеристика направленности суммирования по ОГТ при N = 24.

По набору характеристик направленности минимальное число кратности N=24.

(2.13)

Зная P снимаем y_min=4и y_max=24,5

Зная минимальную и максимальную частоту, 20 и 60 Гц соответственно рассчитаем ф_max.

f_min*ф_max=4ф_max=0,2

f_max*ф_max=24,5ф_max=0,408



Величина функции запаздывания ф_max=0,2, что соответствует x_max=3400 (см. рис.2.4). После выноса первого канала от пункта возбуждения, x_min=300,cтрела прогиба Д=0,05, Д/ф_max=0,25 что удовлетворяет условию. Это говорит об удовлетворительности выбранной характеристики направленности, параметрами которой являются величины N=24, ф_max =0,2,x_min=300 м и максимальное удаление x_max=3400 м.

Теоретическая длина годографа H*= x_max- x_min=3100м.

Практическая длина годографа Н = K*?х, где K - число каналов, регистрирующей сейсмостанции и ?х- шаг между каналами.

Возьмем сейсмостанцию с 24 каналами (K=24=N*24), ?х =50.

Пересчитаем интервал наблюдения:

м.(2.14)

Рассчитаем интервал возбуждения:

м.(2.15)

В итоге, получаем:

H	K	ДX	B
1200	24	50	25

Система наблюдений на развернутом профиле представлена на рис.2.6



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

Возбуждение колебаний осуществляется с помощью взрывов (заряды ВВ или линии ДШ) или невзрывных источников.

Способы возбуждения колебаний выбираются в соответствии с условиями, задачами и методикой проведения полевых работ.

Оптимальный вариант возбуждения выбирается на основании практики предшествующих работ и уточняется путём изучения волнового поля в процессе опытных работ.

Возбуждение взрывными источниками

Взрывы производятся в скважинах, шурфах, в щелях, на поверхности земли, в воздухе. Применяется только электрический способ взрывания.

При взрывах в скважинах наибольший сейсмический эффект достигается при погружении заряда ниже зоны малых скоростей, при взрыве в пластичных и обводненных породах, при укупорке зарядов в скважинах водой, буровым раствором или грунтом.

Выбор оптимальных глубин взрыва осуществляется по наблюдениям МСК и результатам опытных работ

В процессе полевых наблюдений на профиле следует стремиться поддерживать постоянство (оптимальность) условий возбуждения.

С целью получения разрешенной записи масса одиночного заряда выбирается минимальной, но достаточной (с учетом возможного группирования взрывов) для обеспечения необходимой глубинности исследований. Группирование взрывов следует применять при недостаточной эффективности одиночных зарядов. Правильность выбора массы зарядов периодически контролируется.

Заряд ВВ должен опускаться на глубину, отличающуюся от заданной не более чем на 1 м.

Подготовка, погружение и взрывание заряда производятся после соответствующих распоряжений оператора. Об отказе или неполном взрыве взрывник обязан немедленно сообщить оператору.

По окончании взрывных работ оставшиеся после взрыва скважины, котлованы и ямы должны быть ликвидированы в соответствии с "Инструкцией по ликвидации последствий взрыва при сейсморазведочных работах"

При работах с линиями детонирующего шнура (ЛДШ) источник целесообразно размещать вдоль профиля. Параметры такого источника - длина и число линий - выбираются исходя из условий обеспечения достаточной интенсивности целевых волн и допустимых искажений формы их записей (длина источника не должна превышать половины минимальной кажущейся длины волны полезного сигнала). В ряде задач параметры ЛДШ выбираются с целью обеспечения нужной направленности источника.

Для ослабления звуковой волны рекомендуется линии детонирующего шнура заглублять; зимой - присыпать снегом.

При проведении взрывных работ должны соблюдаться требования, предусмотренные "Едиными правилами безопасности при взрывных работах".

Для возбуждения колебаний в водоемах применяются только невзрывные источники (установки газовой детонации, пневматические источники и др.).

При невзрывном возбуждении используются линейные или площадные группы синхронно работающих источников. Параметры групп - количество источников, база, шаг перемещения, число воздействий (на точке) - зависят от поверхностных условий, волнового поля помех, необходимой глубины исследований и выбираются в процессе опытных работ

При проведении работ с невзрывными источниками необходимо соблюдать идентичность основных параметров режима каждого из работающих в группе источников.

Точность синхронизации должна соответствовать шагу дискретизации при регистрации, но быть не хуже 0,002 с.

Возбуждение колебаний импульсными источниками производится по возможности на плотных утрамбованных грунтах с предварительным выполнением уплотнительного удара.

Глубина "штампа" от ударов плиты при рабочем возбуждении источников не должна превышать 20 см.

При проведении работ с невзрывными источниками должны неукоснительно соблюдаться правила техники безопасности и ведения работ, предусмотренные соответствующими инструкциями по безопасному ведению работ с невзрывными источниками и техническими инструкциями по эксплуатации.

Возбуждение поперечных волн осуществляется с помощью горизонтально либо наклонно направленных ударно-механических, взрывных или вибрационных воздействий

Для реализации селекции волн по поляризации в источнике на каждом пункте производят воздействия, различающиеся направлением на 180^о.

Отметка момента взрыва или удара, а также вертикального времени должна быть четкой и устойчивой, обеспечивающей определение момента с погрешностью не более шага дискретизации.

Если на одном объекте работы проводятся с различными источниками возбуждения (взрывы, вибраторы и пр.), должно быть обеспечено дублирование физических наблюдений с получением в местах смены источников записей от каждого из них.

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=?(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.[4]

3.3 Условия приема упругих волн

При импульсном возбуждении всегда стремятся создать в источнике резкий и короткий по времени импульс, достаточный для образования интенсивных волн, отраженных от исследуемых горизонтов. Сильными средствами воздействия на форму и длительность этих импульсов во взрывных и ударных источниках мы не располагаем. Не располагаем мы также высокоэффективными средствами воздействия на отражающие, преломляющие и поглощающие свойства горных пород. Однако сейсморазведка располагает целым арсеналом методических приемов и технических средств, позволяющих в процессе возбуждения и особенно регистрации упругих волн, а также в процессе 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 направлении смещения частиц среды за фронтами приходящих волн, в частотных спектрах упругих волн, в формах их годографов и т. п.

Упругие волны регистрируются комплектом достаточно сложной аппаратуры, монтируемой в специальных кузовах, устанавливаемых на высоко проходимых транспортных средствах - сейсмических станциях.

Комплект приборов, регистрирующих колебания почвы, вызванные приходом упругих волн в той пли иной точке земной поверхности, называют сейсморегистрирующим (сейсмическим) 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, обусловленные приходом упругих волн и преобразующий их в электрические напряжения. Так как колебания почвы очень малы, электрические напряжения, возникающие на выходе сейсмоприемника, перед регистрацией усиливаются. С помощью пар проводов напряжения с выхода сейсмоприемников подаются на вход усилителей, смонтированных в сейсмостанции. Для соединения сейсмоприемников с усилителями используется специальный 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 регуляторов усиления или амплитуд (ПРУ, ПРА, АРУ, АРА) усиливать сигналы. Усилители включают специальные схемы (фильтры), позволяющие необходимые частотные составляющие сигналов усиливать максимально, а другие - минимально, т. е. осуществлять их частотную фильтрацию.

Напряжения с выхода усилителя поступают на регистратор. Используется несколько способов регистрации сейсмических волн. Ранее наиболее широко использовался оптический способ регистрации волн на фотобумаге. В настоящее время упругие волны регистрируются на магнитной пленке. В том и другом способе перед началом регистрации фотобумага либо магнитная пленка приводятся в движение с помощью лентопротяжных механизмов. При оптическом способе регистрации напряжение с выхода усилителя подается на зеркальный гальванометр, а при магнитном способе - на магнитную головку. Когда на фотобумаге или на магнитной пленке производится непрерывная запись, волнового процесса способ записи называют аналоговым. В настоящее время наибольшее применение получает дискретный (прерывистый) способ записи, который обычно называют цифровым. В этом способе в двоичном цифровом коде регистрируются мгновенные значения амплитуд напряжений на выходе усилителя, через равные интервалы времени ?t изменяющиеся от 0,001 до 0,004с. Такая операция носит название квантования по времени, а принятую при этом величину ?t называют шагом квантования. 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 дискретную цифровую форму.

Запись колебаний почвы в одной точке земной поверхности обычно называют сейсмической трассой или дорожкой. Совокупность сейсмических трасс, полученных в ряде смежных точек земной поверхности (либо скважины) на фотобумаге, в наглядной аналоговой форме составляет сейсмограмму, 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 выделения 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 бумагу с помощью осциллографа, перописца либо матричного регистратора.

Кроме описанных узлов сейсмостанции снабжаются источниками питания, проводной или радиосвязью с пунктами возбуждения, 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 оборудованием для кондиционирования воздуха, что особенно важно для качественной работы магнитных станций.[2]

3.4 Выбор аппаратурных средств и спецоборудования

Анализ алгоритмов обработки данных метода ОГТ определяет основные требования к аппаратуре. Обработка, предусматривающая выборку каналов (формирование сейсмограмм ОГТ), АРУ, введение статических и кинематических поправок, может выполняться на специализированных аналоговых машинах. При обработке, включающей операции определения оптимальных статических и кинематических поправок, нормирование записи (линейное 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, обеспечивающими систематическую перенастройку алгоритмов. Сложность перечисленных алгоритмов и, что особенно важно, их непрерывное видоизменение в зависимости от сейсмогеологической характеристики исследуемого объекта обусловили выбор универсальных электронно-вычислительных машин в качестве наиболее эффективного инструмента для обработки данных метода ОГТ.

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

Вместе с тем в настоящее время значительная часть сейсмической 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 вычислительных операций (свертка, интеграл Фурье) со скоростью, существенно превышающей скорость основного вычислителя, специализированных графопостроителей и просмотровых устройств. В ряде случаев весь процесс обработки реализуется двумя системами, использующими в качестве основных вычислителей ЭВМ среднего 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 накопителе магнитной ленты (НМЛ) ЭВМ, воспроизведения всей информации с целью контроля полевой записи и качества ввода и ряда стандартных алгоритмических операций, обязательных для обработки в любых сейсмогеологических условиях. В результате обработки 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 алгоритмических операций (определение скорректированных статических и кинематических поправок, вычисление эффективных и пластовых скоростей, фильтрация в различных модификациях, преобразование временного разреза в глубинный). Поэтому в качестве основного процессора используются ЭВМ с большим быстродействием (10⁶ операций в 1 с), оперативной (32-64 тыс. слов) и промежуточной (диски емкостью 10⁷ - 10⁸ слов) памятью. Использование препроцессора позволяет повысить рентабельность обработки за счет выполнения ряда стандартных операций на ЭВМ, стоимость эксплуатации которой существенно ниже.

При обработке на ЭВМ аналоговой сейсмической информации обрабатывающая система оснащается специализированной аппаратурой ввода, главным элементом которой является блок преобразования непрерывной записи в двоичный код. Дальнейшая обработка полученной таким образом цифровой записи полностью эквивалентна обработке данных цифровой регистрации в поле. Использование для регистрации цифровых станций, формат записи которых совпадает с форматом НМЛ ЭВМ, исключает необходимость в специализированном вводном устройстве. Фактически процесс ввода данных сводится к установке полевой магнитофонной ленты на НМЛ ЭВМ. В противном случае ЭВМ оснащается буферным магнитофоном с форматом, эквивалентным формату цифровой сейсмостанции. [3]

Специализированные устройства цифрового обрабатывающего комплекса.

Прежде чем переходить к непосредственному описанию внешних 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, приписывается 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-канальной сейсмограмме с' = сm. В частности, при t = 5 с, дt = 0,002 с и m = 2, 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 (устройства ввода при кодировании аналоговой магнитной записи). Фиксированное число двоичных разрядов, которым оперирует цифровая машина, выполняя арифметические действия, принято именовать машинным словом. Длина машинного слова определяется конструкцией ЭВМ и может совпадать с длиной сейсмического слова либо превышать его. В последнем случае при вводе в ЭВМ сейсмической информации в каждую ячейку памяти, емкостью в одно машинное слово, заносится несколько сейсмических слов. Такая операция именуется упаковкой. Порядок размещения информации (сейсмических слов) на магнитной ленте накопителя ЭВМ либо магнитной ленте цифровой станции 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 записывается код, обозначающий номер зоны, а последовательность тактовых импульсов отделяет каждое слово.

В процессе записи полезной информации каждое сейсмическое слово (двоичный код отсчетного значения) регистрируется на отделяемый серией тактовых импульсов участок магнитной ленты в пределах данной зоны. В зависимости от конструкции магнитофонов применяется запись параллельным кодом, параллельно-последовательным и последовательным кодом. При параллельном коде число, являющееся эквивалентом данной отсчетной амплитуды, 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 информации о данном слове в пределах нескольких строк, располагаемых последовательно одна за другой. Наконец, при последовательном 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 мультиплексной форме, предусматривает ее демультиплексирование, т. е. выборку отсчетных значений, соответствующую их последовательному размещению на данной трассе сейсмограммы вдоль оси t и их запись в зону НМЛ, номер которой программно приписан данному каналу. Ввод аналоговой сейсмической информации в ЭВМ в зависимости от конструкции специализированного вводного устройства может выполняться как по канально, так и в мультиплексном режиме. В последнем случае машина по заданной программе выполняет демультиплексирование и запись информации в последовательности отсчетных значений на данной трассе в соответствующую зону НМЛ. [4]

Устройство ввода аналоговой информации в ЭВМ.

Главным элементом устройства ввода аналоговой сейсмической записи в ЭВМ является аналого-цифровой преобразователь (АЦП), выполняющий операции преобразования непрерывного сигнала в цифровой код. В настоящее время известно несколько систем АЦП. Для кодирования сейсмических сигналов в большинстве случаев используются преобразователи поразрядного взвешивания с обратной связью. Принцип действия такого преобразователя основан на сравнении входного напряжения (отсчетной амплитуды) с компенсирующим. Компенсирующее напряжение Uk изменяется поразрядно в соответствии с тем, превышает ли сумма напряжений входную величину U_x. Одним из основных узлов АЦП являются цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), управляемый но определенной 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 сопоставляться с эталонным напряжением 1/4Uэ + 1/8Uэ, соответствующим 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 напряжение U_x сравнивается с Uki+1 = Uэ/2•Uэ/2 и т. д. В результате сравнения U_x с поразрядно изменяемым U_Kв положении "нуль" окажутся триггеры тех разрядов, включение которых вызвало перекомпенсацию, а в положении "единица"-триггеры разрядов, обеспечивших наилучшее приближение к измеряемому напряжению. При этом в выходном регистре запишется число, эквивалентное входному напряжению,

Ux = ?aiUэ/2



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