Способ сейсмической разведки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 Ч 1 51) поых еВбо разведки ва состо СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ(71) Научно-исследовательский институтморской геофизики Производственногообъединения "Союзморгео"(57) Изобретение относится к сейсмичес разведке, может быть использовано в методах, где применяются линейные при ные устройства, и предназначено для исков и разведки месторождений полезн ископаемых. Цель изобретения - повыш Изобретение 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. льшинстве способов сеисмической применяются приемные устройстящие 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 экспеЫ, ) 1712919 А 1 ние 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 5 чмин 1/4 Емаккл и базой груп пы 1-Чмин 22 Емакс, Кроме того, предлагается верхнюю частоту диапазона возбуждаемых колебаний Емакц и максимальную частоту тракта записи сейсмостанции Емак выбирать по соотношению, Емакс 1 - Емакс 2 - чмин 1/4 йса.ш, где. чмин 1,(а у 3 чмин 2 - минимальная кажущаяся скоростьЗ соответственно принимаемых и полезныхсейсмических волн, Вса.ш - радиус случайых 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 тре 1 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 сейсмоприем10 ф иин 14 Емакс 2 45 50 55 ников, базы которых Ь . позволя ют и 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 1, 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 Емакс 1 в спектре источника, прием сейсмических волн линейной группой сейсмоприемников с базой группирования 1. и расстоянием между сейсмоприемниками Ь Х, регистрацию волн сейсмостанцией с верхней граничной.частотой тракта записи Емакс 2, согласно изобретению расстояние между сеймоприемниками выбирается в соответствии с условием а база группирования - из соотношениячмин 22 Емакс 2где чмин - минимальная кажущаяся скорость принимаемых сейсмических волн;чмин 2 - 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 Ь Х макс 11, радиус корреляции случайных шумов Все,ш, 12, элементарная база группирования 1 13 и максимальная база группирования 14. 15 20 25 30 35 40 Сущность способа заключается в том, что интерференционные системы рассмжриваются не как средство подавления нюкоскоростных волн-помех (эквивален 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 антиаляйсингфильтра).Возбужденное источником волновое поле с максимальной частотой Емакс 1 принимают многоканальным приемным устройством и регистрируют сейсмостанцией, максимальная частота тракта записи которой Емакс 2 должна быть не меньше Емакс 1, а в.оптимальном случае Емакс 2 = Емакс 1 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 Ь Х, спектральная характеристика направленности канала является периодическОЙ функцией . с периодом в области пространственных частот.Ьи - , Соответственно, в частотной области каждая волна скажущейся скоростью ч приобретает период ЬРк =ч Ьи - , являк чющийся периодом зеркальных пространственных частот, которые, могут значительно ухудшить отношение сигнал/помеха на частотах Е ( -- Ео), где Ео - частотачминЬХволн 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 чэс1712919 Чминтот Ьг".Мин = мн был неменьшепеРиЬ Хмаксода зеркальных частот сейсмостанции .ЬР = . Это условие можно выразить 51Ьтформулами: аЬЧмин 12 ЬХтумин 1Емакс 24 ЬХ(2) ГАЕ ЕМ " 2 Емакс 2 - ЧаСтста НайКВИСта дЛя15 заданного диапазона частот сейсмостанции;Чмин 1 - НаИМЕНЬШая КажущаяСя СКОРО- сть регистрируемых волн (как полезных, так и волн-помех), 20Откуда следует, что расстояние между сейсмоприемниками в канале осы, удовлетворяющее условию отсутствия зеркальных пространственных частот на сейсмических трассах, должно выбираться 25 по формуле дт йкЧмин 2 1 умин 2 2 Емакс 2 Чмин 1 30, - минимальная кажущаясясть полезных волн.Зная базу группированияи расстоя 35 ние между сейсмоприемниками ЬХ, можноопределить количество сейсмоприемникови в канале косы 40 По своему физическому смыслу формула (8) не накладывает ограничений на. уменьше ние количества сейсмоприемников в каналекосы вплоть до пмин = 3, однако для увеличения статистического эффекта и нужно выбирать максимальным при наименьшем расстоянии между сейсмоприемниками 50 ЬХмин тумин 155 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 мин 1(3)4 Емакс 2При этом известно, что для ослабления случайных шумов в заданное число раз требуется выполнение условия ЬХминЙсл.ш.(4) где Всл.щ. - 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 да Ч мин Чмин 1 Емаксз = Ь , (5)При наличии в регистрируемом волновом поле интенсивных низкоскоростных волн и при больших значениях Всл,ш. частота Емаксэ СтаНЕт МЕНЬШЕ Емакс 2 СтаидартНЫХ 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 Емакс 1, большей ЕмаксзФормулу (3) можно представить в видечмин 1 1 аАХмккк = -- умнк 1. Откуда попа.4 Емакс 2 4вестному для интерференционных систем, правилу видно, что для приема всех волн в полном частотном диапазоне нужно применять базу группы а= =2ЬХмакс (6) 2 Емакс 2( 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 мин 2 + 1 (8)2 Емакс 2ЬХпри 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,10П р и м е р 1. При морских сейсморазведочных работах с плавающей пьезосейсмографной косой можно принять средние сейсмогеологические параметры среды чмин 1 = 1500 м/с и йсл.ш,2 м, По формуле15 (5) определим максимально возможную частоту приема сейсмических волн при отсутствии зеркальных пространственных частот и с сохранением статистического эффекта канала косы: Ема м - 4 дх 4 2 1875 гцЧмин 1 1500 М 44 ДХмин 42 м25По формуле (3) определим максимальное расстояние между пьезоприемниками в канале косы для стандартного частотного диапазона сейсмостанции с Емакс" 125 Гц к х(Ь 2 мс) 30 фмин 1 150 ОСс Зм 4 Емакс 4125 ГЦ чмин 2 1 Ь - , 2 ЬХмакс = Чмин 1 с 1500 м П 1 чмин 2 1 2 Ь Хмакс50 1600 м 4 23 м1500 м 4 2 м55Если же по геологическому заданию в полном частотном диапазоне необходимо рЕГИСтрИрОВатЬ ПОЛЕЗНЫЕ ВОЛНЫ С Чйин 2(2)- ЗООО м/с (т.е. начиная с некоторой глубинЕсли полезные волны в верхней части разреза (индекса (1 имеют наименьшую кажущуЮСя СКОрОСтЬ Чмин 2(1)= 1600 М/С И ИХ необходимо регистрировать в полном частотном диапазоне, то по формулам Р) и (9) 40 рассчитаем базу канала и количество пьезоприемников в нем при ЬХмин" 2 м: ной границы(индекс (2, то по формулам (7) и (9) получим другие параметры канала косы, 1 но при этом разрешенность записи для верхЧмин 2 2 ней границы уменьшится в раз:Чмин 2(1)3000 м 41500 4 2 Зм =12 м;3000 юс 2 Зм1500 Г 2 иП р и м е р 2, При сейсморазведочных работах на суше в регистрируемом волновом поле имеются интенсивные низкоскоростные поверхностные волны с кажущимися скоростями ч100 м/с. По формуле (3) рассчитаем максимальное расстояние между сейсмоприемниками в канале косы для стандартного диапазона сейсмостайции с Емакс 2=125 Гц(ЬСмс)Чмин 1 100 Мс 4 Емакс 2 4 125 Гц 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 Егр - = 10 - 15 Гц для подавления низкочастотных поверхностных волн, то получим очень низкое отношение сигнал/помеха на частотах Е (Д Ек - Ео)- ( мин 1 Е) ( 100 мс 101 ) ЬХмин .5 м= 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 Ь 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 Ь Хо " 0,5 м. тогда по формуле (5)10 1712919 колебаний в частотном диапазоне с верхней частотой Емакс 1, их прием линейными группами сейсмоприемников с базойи расстоянием между сейсмоприемниками ЬХ, регистрацию с помощью сейсмоствнции с максимальной частотой тракта записи Емакс 2, О т Л И Ч а Ю щ И й С я тЕМ, ЧтО, 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 соотношения15 Ь Х (. .Чмин 14 Емакс 2 чмин 2 1600 м 42 Емакс 3 250 Гц ав Чмин 22 Емакс 2 ГдЕ Чйин 2- МИНИМаЛЬНая КажущаяСя СКОРО- сть полезных волн.2. Способ по п,1, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения эффективности при сохранении статистического эффекта группы, верхнюю частоту диапазона возбуждаемых колебаний.Емакс 1 и максимальЗ 5 ную частоту тракта записи сейсмостанцииЕмакс 2 ВЫбИраЮт ИЗ СООтНОШЕНИя 16 ОО м 4 2 50 Гц 0,5 ммммн 1Рмакаа м ммак (4 йаки 40Формула изобретения1. Способ сейсмической разведки,включающий возбуждение сейсмических . найдем максимально возможную частотуприема сейсмических волн; 3 чмин 1 100 м 4Емакс 3 4 Х 4,05 0 Гц Следовательно, при проведении работ нужно испольэовать источник с Емакс 1 .- 50 Гц и частотный диапазон сейсмостанции с Емакс 2 - 62,5 Гц ( А 1 - 4 мс ), з при обработке на ВЦ сейсмические записи должны фильтроваться ФНЧ с граничной частотой ЕмаксзЗатем по формулам Р) и (8) определим базу канала и количество сейсмоприемни- КОВ В НЕМ дЛя ЧаСтОтЫ Емаксз И дЛя ВСЕХ ПОЛЕЗНЫХ ВОЛН С Чмин 2 2. 1600 М/С. а и - +1= Чмин 2 2 Емакс 3 Ь ХоИспользование 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 нз сейсмических трассах снимает задачу борьбы с ними при обработке. а где чмин 1 - минимальная кажущаяся скорость принимаемых сейсмических волн; а базу. группирования выбирают из соотношениягде йслла. - радиус корреляции случайных шумов.1712919оставитель А.Алешедактор А.Маковская Техред М,Моргентал Корректор А.Осэуленко Заказ 535 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5ельский комбинат "Патент.", г. Ужгород, ул.Гагар зводственн01