Способ сейсмической разведки
Иллюстрации
Показать всеРеферат
Изобретение относится к сейсмической разведке, может быть использовано в тех методах, где применяются линейные приемные устройства, и предназначено для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Цель изобретения - повыше-Xние эффективности сейсмических исследований путем увеличения отношения сигнал - помеха и повышения разрешенности сейсмической записи. Для этого прием сейсмических колебаний осуществляется приемными устройствами с расстоянием между сейсмоприемникамиАХ <Умин1/4Рмакс2 и базой группыL ^ Умин2/2Рмакс2 • Кроме ТОГО, предлагается верхнюю частоту диапазона возбуждаемых колебаний Рнакс) и мак* симальную частоту тракта записи сейсмостанции Рмакс2 выбирать по соотношению,Рмакс! ^ Рмаке2 ^ VMMHi/4Rcfl.m, ГДе.Умин1,VMviH2 ~ минимальная кажущаяся скорость соответственно принимаемь1х и полезных сейсмических волн, Вся.ш - радиус случайных шумов. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 Ч 1/00
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4701447/25 (22) 06.06.89 (46) 15.02,92. Бюл.б (71) Научно-исследовательский институт морской геофизики Производственного объединения "Союзморгео" (72) А.Ю.Елшин (53) 550.834 (088.8) (56) Напалков В.B., Сердобольский Л.А.
Основы теории волновой фильтрации. — М.: Изд-во МИНГ, 1981, с. 7 — 43.
Авторское свидетельство СССР
М 1296971, кл. 6 01 У1/00,,1984. (54) СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ (57) Изобретение относится к сейсмической разведке, может быть использовано в тех методах, где применяются линейные приемные устройства, и предназначено для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых. Цель изобретения — повышеИзобретение относится к сейсмической разведке, может быть использовано в тех ее
Методах, где применяются линейные приемные устройства, и предназначено для поисков и разведки месторождений полезных ископаемых.
В большинстве способов сейсмической разведки применяются приемные устройства, состоящие из линейных групп сейсмоп.риемников. Из теории интерференционных систем известно применение линейных групп сейсмоприемников с целью подавления низкоскоростных волн-помех и ослабления случайных шумов. при этом параметры линейных групп рассчитываются по извест- . ным формулам исходя из полученных экспение эффективности сейсмических исследований путем увеличения отношения сигнал — помеха и повышения разрешенности сейсмической записи. Для этого прием сейсмических колебаний осуществляется приемными устройствами с расстоянием между сейсмоприемниками
Л Х чмин1/4Рмакфл и базой груп пы
1- « Чмин /2Рмакс . Кроме того, предлагается верхнюю частоту диапазона возбуждаемых колебаний FMaiq и максимальную частоту тракта записи сейсмостанции F
vM» — минимальная кажущаяся скорость З соответственно принимаемых и полезных сейсмических волн, Rcn.aj — радиус случайных шумов. 1 з.п.ф-лы, 1 ил. риментально значений максимальной и минимальной длин волн-помех;
Недостатками таких способов является то, что при расчетах параметров групп не предусматривается защита от зеркальных пространственных частот, а также то. что для подавления низкоскоростных волн тре1 буются большие базы групп сейсмоприемников, приводящие к снижению верхней граничной частоты полезных сигналов, т.е. ухудшению разрешенности сейсмической записи, особенно в верхней части разреза.
Наиболее близким к предлагаемому является способ сейсмической разведки.. включающий возбуждение сейсмических колебаний и их регистрацию с использова- . нием таких линейных групп сейсмоприем1712919 l0
Зф
ЛХ мин1
4FMaxc2
55 ников, базы которых Л L позволя ют п ринимать волны, отраженные. от наиболее мелкой целевой границы при заданной верхней граничной частоте полезного сигнала, Недостатками указанного способа являются: отсутствие защиты от зеркальных . пространственных частот; не раскрыта методика выбора базы группы Ь L, удовлетворяющей условию регистрации заданной частоты; ошибоЧно утверждение о возможности применения двух сейсмоприемников в группе, так как из теоремы Котельникова следует, что число сейсмоприемников в группе не может быть меньшим трех.
Цель изобретения — повышение эффективности сейсмических исследований путем увеличения отношения сигнал/помеха и повышения разрешенности сейсмической записи.
Поставленная цель достигается тем, что в способе сейсмической разведки, включающем возбуждение колебаний с верхней граничной частотой FMaxc1 в спектре источника, прием сейсмических волн линейной группой сейсмоприемников с базой группирования L и расстоянием между сейсмоприемниками Ь Х, регистрацию волн сейсмостанцией с верхней граничНОй.ЧаСтОтай тРаКта ЭаПИСИ Емакс2, СОгласно изобретению расстояние между сеймоприемниками выбирается в соответствии с условием а база группирования — из соотношения
Чмнн2
2Емакс2
ГДЕ Чйнн — МИНИМаЛЬНаЯ КажУЩаЯСЯ СКОРОсть принимаемых сейсмических волн;
Чмнн2 — МИНИМаЛЬНаЯ КажУЩаЯСЯ СКОРОсть полезных волн.
На чертеже представлена схема иллюстрирующая способ. На схеме показаны линия профиля 1, пункт 2 возбуждения колебаний, наиболее мелкая целевая граница 3, лучи 4, 5 отраженных от нее волн, лучи
6, 7 преломленных волн, лучи 8, 9 поверхностных волн; сейсмрприемники 10, расположенные на расстоянии b Х макс 11, радиус корреляции случайных шумов Rcn.tg. 12, элементарная база группирования l 13 и максимальная база группирования.L l4.
Сущность способа заключается в том, что интерференционные системы рассматриваются не как средство подавления низ-коскоростных волн-помех (эквивалент фильтра обнаружения), а как средство приема полезных сейсмических волн без ослабления во всем диапазоне частот (эквивалент фильтра воспроизведения) и средство защиты от зеркальных пространственных частот, возникающих при дискретизации сигнало» в пространстве (эквивалент антиаляйсингфил ьтра).
Возбужденное источником волновое поле с максимальной частотой Емакс1 принимают многоканальным приемным устройством и регистрируют сейсмостанцией, максимальная частота тракта записи котоРОй Емакс2 ДОЛжНа бЫтЬ НЕ МЕНЬШЕ Емакс1, а
В.ОПтИМаЛЬНОМ СЛуЧаЕ Емакс2 = Емакс1. Каждый канал приемного устройства является линейной интерференционной системой, форма спектральной характеристики направленности которой зависит как от параметров самой системы, так и от кажущихся скоростей принимаемых сейсмических сигналов. Вследствие того, что при приеме всегда происходит дискретизация сейсмических сигналов в пространстве с шагом дискретизации Л Х, спек тральная характеристика направленности канала является периодическОЙ функцией . с периодом в области пространственных частот.Ли —, Соответственно, в частотной области каждая волна с
* кажущейся скоростью v приобретает период h, F> =ч Лм — „, являк ч ющийся периодом зеркальных пространственных частот, которые, могут значительно ухудшить отношение сигнал/помеха на частотах
F (— — Fo} где Fo — частота
VMW
Ах волн с минимальной кажущейся скороСТЬЮ Чмин*; ПРИ ЦИфРОВОй РЕГИСтРаЦИИ сигналов для защиты от зеркальных частот применяют антиаляйсинг-фильтр, причем обязательно до дискретизации с интервалом дискретизации.
В пространственной области такого фильтра не существует, но предлагается подбирать расстояние Ь Х между сейсмоприемниками в группе так, чтобы вывести. пространственные зеркальные частоты за пределы частотного диапазона тракта записи сейсмостанции, т.е. чтобы минимальный период пространственных зеркальных чэс 1712919
Чмин тот Л FMw = " " был не меньше пери- . Хмакс ода зеркальных частот сейсмостанцииh,F = . Это условие можно выразить
Ьт формулами: а
Fg <
Чмин1
2ЛХ
Чмин1 макс2
4ЛХ (2) где FN - 2Емакщ — частота Найквиста для
15 заданного диапазона частот сейсмостанции;
Чмин1 — НаИМЕНЬШая КажущаяСя СКОРОсть регистрируемых волн (как полезных, так и волн-помех). 20
Откуда следует, что расстояние между сейсмоприемниками в канале косы. удовлетворяющее условию отсутствия зеркальных пространственных частот на сейсмических трассах, должно выбираться 25 по формуле а Зф
Чмин2 Чмин2
VMW
30 где vM*„„2 — минимальная кажущаяся скорость полезных волн.
Зная базу группирования и расстоя35 ние между сейсмоприемниками ЬХ, можно определить количество сейсмоприемников и в канале косы
По своему физическому смыслу формула (8) не накладывает ограничений на.уменьше45 ние количества сейсмоприемников в канале косы вплоть до nM« = 3, однако для увеличения статистического эффекта и нужно выбирать максимальным при наименьшем расстоянии между сейсмоприемниками
50 Ь Хмин
Чмин1
Таким образом, по формулам (3), (7) и (8) или (9).определяют параметры канала приемного устройства, позволяющего принимать все полезные волны с максимально . возможной разрешающей способностью
ЛХ < Чмин1 (3)
4FMaxcZ
При этом известно, что для ослабления случайных шумов в заданное число раз требуется выполнение условия
ЛХмин > Rcn.ш. (4) где Rca.m. — радиус корреляции случайных шумов в районе проведения сейсмических работ, Условие (4) является основным фактором, накладывающим ограничение на повы.шение разрешенности сейсмических записей при использовании высокочастотного источника колебаний и соответствующего диапазона сейсмостанции, так как из формулы (2) следует, что максимально возможной частотой приема сигналов без зеркальных частот является а а
VMw) VMw1
"максз = 4 дХ 4R (5) При наличии в регистрируемом волновом поле интенсивных низкоскоростных волн и при больших значениях Rca, . частота
Рмаксз станет меньше Рмакс стандартных диапазонов сейсмостанции, и тогда сейсмические записи должны фильтроваться при . обработке на ВЦ фильтром низких частот с граничной частотой Емаксз. Соответственно, -" . нет смысла использовать источник с верхней граничной частотой FMa c, большей максз °
Формулу (3) можно представить в виде чмин1 1 а
АХ„,к, = — — vM«q. Откуда по Иа4Емакср 4 вестному для интерференционных систем, правилу видно, что для приема всех волн в полном частотном диапазоне нужно применять базу группы а
I = =2 ЬХмакс (6)
2 макс2 (! является элементарной базой группы из трех сейсмоприемников, находящихся на расстоянии ЬХмакс). Полезные волны имеют, как правило, большие кажущиеся скорости, и для того чтобы они принимались без ослабления в полном частотном диапазоне (т.е. попали в главный максимум характеристики направленности группы), база группирования должна удовлетворять условию мин2 + 1 (8)
2FMaxcg AX
7 1712919
3000 Фс 2 3 м
1500 ыГ 2 и чмин1 100 м4
4 Рма с 4 125 Гц ф f чмин1 1500м4
4Рмакс 4 125Гц
1600а г Зм
1500 м4 2 м
Если же по геологическому заданию в полном частотном диапазоне необходимо регистрировать полезные волны с чминз()ЗООО м/с (т.е. начиная с некоторой глубинпри отсутствии на сейсмических трассах зеркальных пространственных частот.
Все расчеты проведены для равномерного распределения чувствительности элементов интерференционной системы, так 5 как для других распределений чувствительности острота направленностйинтерференционной системы снижается и условие (2) выполнения автоматически.
Пример 1. При морских сейсморазведочных работах с плавающей пьезосейсмографной косой можно принять средние сейсмогеологические параметры среды чмин1 = 1500 м/с и Rcn.ø. < 2 м, По формуле
15 (5) определим максимально возможную частоту приема сейсмических волн при отсутствии зеркальных пространственных частот и с сохранением статистического эффекта канала косы:
Рмаксз 4 ЛХ 4 2 1875l ц чмин1 . 1500 м4
4 ЛХмин 4 2м
По формуле (3) определим максимальное расстояние между пьезоприемниками в канале косы для стандартного частотного диапазона сейсмостанции с F xc- 125 Гц х
x(ht 2 мс) 30
Если полезные волны в верхней части разреза (индекса (1)) имеют наименьшую кажущуюся скорость чмин (1)= 1600 м/с и их необходимо регистрировать в полном частотном диапазоне, то по формулам P) и (9) 40 рассчитаем базу канала и количество пьезоприемников в нем при ЬХмин 2 м: чмин 1
Lt . 2 Лхмакс = чмин с
1500 м, П1— чмин2 1 2 Ь Хмакс
+1= чмин1 Хмин ной границы(индекс (2)). то по формулам P) и (9) получим другие параметры канала косы, 1 но при этом разрешенность записи для верхчмин2 2 ней границы уменьшится в раз: ч мин (1)
3000 м4
L2 — 1500 м4 2 3 м = 12 м
Пример 2, При сейсморазведочных работах на суше в регистрируемом волновом поле имеются интенсивные низкоскоростные поверхностные волны с кажущимися скоростями ч* > 100 м/с. По формуле (3) рассчитаем максимальное расстояние между сейсмоприемниками в канале косы для стандартного диапазона сейсмостанции с Е»а = 125 Гц(Лt-2 мс) С другой стороны, радиус корреляции случайных шумов на суше может меняться в широких пределах, но в среднем он больше, чем при морских работах, и составляет примерно 5 м. Следовательно, в данном случае невозможно совместить требование высокой разрешенности записей при отсутствии зеркальных пространственных частот с требованием сохранения статистического эффекта. Если сохранять статистическйй эффект, т,е. использовать ЬХмин = 5 м, и применять. фильтр высоких частот F<>
= 10 - 15 Гц для подавления низкочастотных поверхностных волн, то получим очень низкое отношение сигнал/помеха на частотах F (Ь Fх - Fо)(минt F ) (100Hc 10I- )
ЛХмин .5 M
= 10 Гц. Причем амплитуда волн-помех на зеркальных частотах будет такой же большой, как у поверхностных волн до фильтрации. 8 данном случае высокую разрешенность записи можно получить только при таких Л Х. при которых часть случайных шумов перейдет в разряд коррелируемых, что тоже приведет к уменьшению отношения сигнал/помеха. Видимо, уменьшать ЬХ можно до тех пор, пока будет сохраняться йриемлемая величина отношения сигнал/помеха, Пусть этой приемлемой величине отношения сигнал/помеха соот-. ветствует Л Х - 0,5 м. тогда по формуле (5) 10 к 1712919 колебаний в частотном диапазоне с верхней . частотой Рмакс1, их прием линейными группами сейсмоприемников с базой L и рассто.янием между сейсмоприемниками dX, регистрацию с помощью сейсмоствнции с максимальной частотой тракта записи
FMax, О т Л И Ч а Ю Щ И и С Я тЕМ, Чта, С ЦЕЛЬЮ повышения эффективности сейсмических исследований путем увеличения отношения, 10 сигнал/помеха и повышения разрешенности сейсмических записей, шаг ЬХ между сейсмоприемниками в группе выбирают из соотношения к
Ь Х 4 чмин1
4Рмакс2 чмин2 1600 <с
2Рмаксз 2 50 Гц ка ч 2
2 "максз
ГДЕ Vaa482- МИНИМаЛЬНаЯ КажУЩаЯСЯ СКОРОсть полезных волн.
2. Способ по и 1, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности при сохранении статистического эффекта группы, верхнюю частоту диапазона возбуждаемых колебаний.FMaxc q и максималь35 ную частоту тракта записи сейсмостанции
FMa<< выбирают из соотношения
16ОО м4
2 50Гц 05м мммн1
Рмккк1 < Емка <
4йкк,м
Формула изобретения
1. Способ сейсмической разведки, включающий возбуждение сейсмических . найдем максимально возможную частоту приема сейсмических волн;
Зф чмин1:100 м4 максз 4 4 05 м
Следовательно, при проведении работ нужно испольэовать источник с Рмакц .- 50 Гц и частотный диапазон сейсмостанцИИ С FMax - 62 5 Гц (dt - 4 МС ), З ПрИ обработке на ВЦ сейсмические записи должны фильтроваться ФНЧ с граничной частатай Рмаксз атем по формулам (7) и (8) определим базу канала и количество сейсмоприемниКОВ В НЕМ дЛя ЧаСтОтЫ FMaxc3 И дЛя ВСЕХ полезных волн с чмин 2. 1600 м/с. а
n — +1= чмин2
2FMaxcg A Xo
Использование предлагаемого способа сейсмической разведки обеспечивает повышение точности изучения разведываемых обьектов, а также позволяет снизить затраты машинного времени при обработке материалов на ЭВМ, так как отсутствие зеркальных частот на сейсмических трассах снимает задачу борьбы с ними при обработке . где чмин1 — минимальная кажущаяся скорость принимаемых сейсмических волн; а базу
L группирования выбирают из соотношения где йслла. — радиус корреляции случайных шумов.
1712919
Составитель А.Алешин
Редактор А.Маковская Техред М,Моргентал Корректор А«Осэуленко
Заказ 535 «Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/6
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101