Способ сейсмической разведки

(71) Киевское геофизическое отделени раинского научно-исследовательского логораэведочного института(54) СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ (57) Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использованодля поиска и разведки нефтяных, газовых и рудных месторождений при полевых. исследованиях вибросейсмическим способом. Цель изобретения - повышение соотношения сигнал/помеха. В способе возбуждают вибрационные колебания серией, состоящей из периодической последовательности с М периодами, каждый период которой образован из единичных импульсов синусоидальных колебаний изменяющейся е Укгео-. ная сейИзобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для поиска и разведки нефтяных, газовых и руд-. ных месторождений при полевых исследованиях вибросейсмическим способом.Известен способ сейсмической разведки, при котором излучают в среду сейсмоисточником следующие друг за другом через разные или одинаковые промежутки времении импульсы и выделяют результирующие импульсные сейсмограммы, коррелиГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗ АВТОРСКОМУ СВИДЕ частоты с начальными фазами 0 и тг пропусков возбуждения в соответствии с видом кодирующей периодической последовательности. Закон следования единичных импульсов синусоидальных колебаний изменяющейся частоты й пропусков возбуждения в периоде последовательности рассчитывают и устанавливают таким образом, что периодическая автокорреляционмая функциякодирующей последовательности не содержит ненулевых боковых лепестков на протяжении период.а выполняют с одним иериодом возбуждаемой последовательности; выделяя сигналы на (М+2) временйых интервалах, каждый из которых по длительности равен периоду последовательйости, и синх- ронно их накапливают на временном интер-. вале, равном длительности исследуемого отклика среды. Длительность периода последовательности устанавливают не менее времени регистрации исследуемого отклика среды, 1 з,п.ф-лы. 1 ил. руя возбужденные и зарегистрированные сигналы.Недостатком известного способа является отсутствие возможности управления частотным спектром излучаемых сейсмоисточником сейсмических колебаний и, как следствие этого, усложняется процесс повышения разрешающей способности сейсморазведкиНаиболее близким к предлагаемому является способ сейсмической разведки, основанный на возбуждении сериивоздействий вибрационных колебаний линейно изменяющейся частоты, регистрации, накоплении и корреляционной обработке виброграмм сигналов, в котором возбуждают вибрационные колебания серией, состоящей из периодических последовательностей, каждый период которых образован четным числом непрерывно следующих инвертированных по начальной фазе линейно-частотно-модулированных воздействий, причем длительности и час. тотные диапазоны одинаковых по номеру в каждом периоде воздействий устанавливают равными, а длительность периода последовательности - не меньшей времени . регистрации, коррелируют накопленные виброграммы с одной иэ последовательностей и, разбивая номерные коррелограммы на участки длительностью в период последовательности, совмещают и суммируют их,Однако известный способ сейсмической разведки имеет следующие недостатки. Во-первых, эффективное подавление корреляционных шумов на результирующих сейсмограммах достигается только при определенной длительности периода, а именно, состоящего из четырех кодированных линейно-частотно-модулированных воздействий, во-вторых, при выделении полезных сигналов не используется энергия крайних периодов серии, поскольку они предназначены для подавления корреляционных шумов.Целью изобретения является повышение отношения сигнал/помеха.Указанная цель достигается тем, что согласно способу сейсмической разведки, включающему возбуждение вибрационных колебаний серией, состоящей иэ периодической последовательности, содержащей М периодов, каждый период которой включает единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты, кодированные по начальной фазе, причем их амплитуды, длительности и частотные диапазоны в серии задают постоянными, а начальные фазы единичных сигналов принимают значения 0 и л в соответствии с законом кодирующей периодической последовательности, регистрацию сейсмических колебаний и корреляцию зарегистрированных сейсмических колебаний с одним периодом возбуждаемой последовательности, в которой длительность периода устанавливают не менее времени регистрации исследуемого отклика среды, формируют последовательность по крайней мере иэ одного периода, в котором дополнительно введены пропуски возбуждения, равные по времени длительности единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты, при этом порядок следования единичных синусоидальных сигналовизменяющейся частоты с разной начальнойфазой и пропусков возбуждения в периоде5 последовательности формируют на основегенерирования и преобразования рекуррентной линейной псевдослучайной последовательности чисел, в которойквадратичными вычетами являются единич 10 ные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты с начальйой фазой О,квадратичными невычетами являются единичные синусоидальные сигналы с начальной фазой л, а нулями являются пропуски15 возбуждения, причем при выполнении корреляции выделяют сигналы на М+2 временных интервалах, каждый из которых подлительности равен периоду последовательности, и синхронно их накапливают на20 временном интервале, равном длительности исследуемого отклика среды.Кроме того, в способе сейсмическойразведки длительность единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты25 устанавливают не более времени регистрации исследуемого отклика среды,На чертеже представлены диаграммы,поясняющие способ.На чертеже представлены: временная30 диаграмма одного периода кодирующей последовательности 1; временная диаграммасерии 2 вибрационных колебаний, состоящей из одного периода; пропуск 3 возбуждения, соответствующий символу 0;35 единичный импульс 4 кодирующей последовательности, соответствующий символу +1;единичный импульс 5 кодирующей последовательности, соответствующий символу -1;единичный синусоидальный сигнал 6 изме 40 няющейся частоты с начальной фазой О;единичный синусоидальный сигнал 7 изменяющейся частоты с начальной фазой к;временной интервал 8. на котором возбуждают один период серии вибрационных ко 45 лебаний; временной интервал 9, на которомвозбуждают единичный синусоидальныйсигнал изменяющейся частоты или делаютпропуск возбуждения.Способ сейсмической разведки осуще 50 ствляется следующим образом.Возбуждают вибрационные колебаниясерией, состоящей из периодической последовательности, содержащей М периодов,где М - . натуральное число, Каждый пери 55 од последовательности образован из К ==(рф" ") - 1)/(ц) единичных синусоидальных сигналов и пропусков возбуждения, гдео = р, р - простое число, щ и и - натуральные числа, При этом число единичных сину10 длительности регистрируемых сейсмограмм в полевых условиях длиною 32-99 с, а поэтому исходя из этого ограничения и эа 15 20 25 30 35 сти исследуемого отклика среды. Полученные результирующие сейсмограммы будут 40 незначительно осложнены корреляционны 50 соидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой О равно К+ = (ц" ф. ц")/2, число единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой 7 г-.К- = (ц " - ц")/2, а число пропусков возбуждения - К, = К - К+ - К-. Порядок следования единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с разной начальной фазой и пропусков возбуждения. в периоде последовательности формируют на основе генерирования и преобразования рекуррентной линейной псевдослучайной последовательности чисел, в которойквадратичными вычетами являются единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты с начальной фазой О, квадратичными невычетами являются единичные синусоидальные сигналы с начальной фазой л, а нулями являются пропуски возбуждения. Для генерирования линейной псевдослучайной последовательности чисел в конечном поле Галуа 6 Г(ц) находят неприводимый полином вида х - ах - Ьх - с:з 2= О, на основании которого для заданного ц строят соответствующее ему рекуррентное уравнение Я 1 = а Я 1-1+ Ь Я 1.2+ с Я 1-э, где Я 1, Я 1- - вычисляемый и предшествующие во времени элементы, Для вычисления элементов последовательности задают значения ее начальных условий, например Я-э = Я= Я=- 1. На основании данного рекуррентного уравнения генерируют линейную псевдослучайную последовател ьность чисел,В серии амплитуды и длительности синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальными фазами 0 и у устанавливают постоянными, при этом также задают длительность пропуска возбуждения равной длительности единичного синусоидального сигнала изменяющейся частоты. Диапазон изменения частоты в единичных синусоидальных сигналах изменяющейся частоты принимают постоянным, исходя из возможностей сейсмоисточника и необходимой разрешающей способности 4 сейсмических исследований. Вариация частоты в единичных синусоидальных сигналах изменяющейся частоты может производиться по линейному или нелинейному законам; В качестве нелинейных законов изменения частоты во времени можно применить, например, развертки синусоидальных колсбаний с логарифмическим, показательным и другими законами, Длительность отдельных единичных синусои дальных сигналов изменяющейся частоты и пропусков возбуждения, а также их число в периоде последовательности кроме того определяются длиною периода, которая должна быль не менее времени рпгис грации исс. ледуемого отклика среды, Увеличение длины периода последовательнос 1 й позволяет уменьшить число пропусков возбуждения в периоде последовательнос 1 и, а следовательно, создается возможность воэбудигь большую среднюю мощность сейсмоис 1 очником, Однако в современных корреляторах, как правило, сущес 1 вует ограничение данной длины исследуемого отклика среды необходимо выбрать число периодов в возбуждаемой последовательноси. П ри этом неЬбходимо учитывать, что увеличение числа периодов в возбуждаемой последовательности сейсмоисточником положительно влияет на уменьшение влияния нестабильности возбуждения единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты в последовательности на уровень корреляционных шумов результирующих сейсмограмм,Зарегистрированные сейсмические колебания на временном интервале, равном сумме длительности возбуждаемой последовательности в серии и длительности исследуемого отклика среды, подвергают корреляции с опорным сигналом, в качестве которого используют один период возбуждаемой последовательности. При выполнении корреляции выделяют сигналы на У+2 временных интервалах, каждый из которых по длительности равен периоду последовательности, и синхронно их накапливают на временном интервале, равном длительноми шумами, так как каждое отражение среды порождает корреляционные шумы на временном интервале, равном двойной длительности единичного синусоидального сигнала изменяющейся частоты в соответствии с его автокорреляционной функцией, Но поскольку при малой длине единичного сигна-ла на таком временном интервале полезные сигналы не различаются сильно по амплитуде, а также учитывая, что диапазон развертки частоты в единичных синусоидальных сигналах изменяющейся частоты может быть задан достаточно большим, то полученные результирующие сейсмограммы по данному способу будут иметь небольшой уровень корреляционных шумов, значительно меньший уровня полезных сигналов.. В способе сейсмической разведки для увеличения глубинности исследований длительности временных интервалов, на которых возбуждают единичные синусоидальные сигналы изменяющейся. частоты, устанавливают не более времени регистрации исследуемого отклика среды. Это позволяет возбуждать большую среднюю мощность и эффективно выделять результирующие сейсмограммы,П р и м е р. Для сейсмической разведки применена серия 2 вибрационных колебаний, состоящая из одного периода возоуждаемой последовательности нэ временном интервале 8, Единичные синсоидэльные сигналы изменяющейся частоты возбуждают на временных интервалах 9, равных по длительности пропускам 3 возбуждения.Временной интервал 9 устанавливают равным 1 с, а диапазон изменения частоты единичных сигналов 6 и 7 задают равным 10-50 Гц, Тогда длительность времени регистрации исследуемого отклика среды может быть не более 13 с, что удовлетворяет требованиям сейсмических исследований на нефть и гэз, когда необходимо прослеживать отражения сейсмических сигналов на временных интервалах длиною в 6 - 10 с,Серия, состоящая из одного периода возбуждаемой последовательности, содержит 13 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты и пропусков возбуждения, включая 9 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты (6 единичных синусоидальных сигналов из,меняющейся частоты с начальной фазой 0 и 3 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой к) и 4 пропуска возбуждения, что достаточно для посылки необходимого количества энергии в среду, чтобы получить высокое отношение сгнал/шум на результирующих сейсмограммах,Для кодирования серии 2 вибрационных колебаний формируют кодирующую по. следовательность 1 путем генерирования псевдослучайной последовательности чисел на основании рекуррентного уравнения Б = Я+ Я-з, где Я, Я;-2, Я;-з - вычисляемый и предшествующие во времени элементы последовательности, ц = 3, Тогда, используя начальные условия Я.з = 3-1 = 1, 5-2 = 2, получаем период следующей псевдослучайной последовательности чисел 0 0 1 0 1 1 1 2 2 0 1 2 1, Поскольку число 1 в данной последовательности является квадратичным вычетом, а число 2 - квадратичным не- вычетом, то преобразовывают псевдослучайную последовательность чисел в псевдослучайную последовательность символов, заменяя числа, являющиеся квадратичными вычетами, на символы+1, а числа. являюгциеся квадратичными10 20 30 35 40 моисточника в момент смены фазы путемуменьшения амплитуды сигналов вблизи точки смены фазы, Возбуждение серии 2 производят, как правило, группой вибрационных источников, работающих синфазно 45 50 55 невычетами, на символы -1. В результате будет получен следующий период псевдослучайной последовательности символов 0 0 +1 0 +1 +1 +1 -1 -1 0 +1 -1 +1, который отображен на диаграмме 1. При этом символам +1 соответствуют положительные еди ничные импульсы 4, а символам -1отрицательные единичные импульсы 5. Вычислив периодическую автокорреляцион. ную функцию данной последовательности, получим9 О 0 0 0 0 0 0 0 0 0 О О 9 , что подтверждает ее идеальность, поскольку в ней боковые лепестки равны нулю на протяжении периода. Идеальность периодической автокорреляционной функции является необходимым требованием для устранения корреляционных шумов на результирующих импульсных сейсмограммах.Сформированная кодирующая импульсная последовательность 1 поступает на блок управления сейсмоисточника и генератор опорных сигналов на сейсмостанции для выполнения соответствующей фазовой манипуляции единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты, В результате будет сформирован управляющий сигнал сейсмоисточника и опорный сигнал сейсмостанции (временная диаграмма 2), единичные синусоидальные сигналы в которых изменяют частоту по линейному закону от 10 до 50 Гц в течение времени равного 1 с с начальной фазой, соответствующей кодирующей последовательности 1. Управляющие и опорные сигналы в узловых точках, где происходит смена фазы на противоположную, сглаживаются, обеспечивая плавное нарастание сигнала в момент смены ими фазы, Возможно применение и другого метода уменьшения скорости колебания сейсна физточке. Число сейсмоисточников в группе определяется необходимой возбуждаемой энергией сейсмических колебаний нэ временном интервале 8.Возбужденные сейсмические сигналы проходят через геологическую среду и регистрируются системой регистрации на временном интервале, равном сумме длительности возбуждаемой серии и времени исследуемого отклика среды, Зарегистрированные сейсмические сигналы на . таком временном интервале коррелируют с опорным сигналом, соответствующим уп. равляющему сигналу 2 сейсмоисточника. В результате корреляции будет получен сигнал на временном интервале. равном трем10 15 20 25 30 35 45 отклика среды. 50 периодам, Разбивая этот интервал на ри участка, каждый из которых равен периоду последовательности (возбуждаемому сигна. лу), получают на них сигналы, которые синхронно накапливают на временном интервале, равном длительности исследуемого отклика среды, Таким образом, будет просуммировано три сигнала, два из которых на первом и третьем периоде при суммировании не повышают отношение сигнал/случайный шум, но подавляют корреляционный шум на результирующей сейсмограмме, получаемый из-за отсутствия периодичности в возбуждаемом сигнале 2(возбуждался один период).Описанный процесс обработки сейсмограмм можно осуществлять как в полевых условиях, так и на вычислительном центре. Это определяется возможностями применяемого в системе регистрации коррелятора/накопителя. Во втором случае в поле достаточно использовать накопитель. Для достижения необходимого отношения сигнал/случайный шум возможно возбуждать серию 2 несколько раз. а регистрируемые сигналы обычным образом синхронно накапливать в корреляторе/накопителе как до корреляции, так и после корреляции, При этом сеансы возбуждения серий 2 разносят во времени не менее длительности исследуемого отклика среды.В способе сейсмической разведки целесообразно корреляцию выполнять в два этапа. На первом этапе зарегистрированные сигналы коррелируют с опорным сигналом в виде одного периода единичных дельтаобразных импульсов (временная диаграмма 1),а на втором этапе коррелируют с единичным синусоидальным сигналом изменяющейся частоты. Это позволяет при выполнении корреляции на первом этапе производить только операции суммирования и на втором этапе операции умножения и суммирования. При этом ввиду малой длины единичных сигналов будет значительно сокращено число операций умножения по сравнению с обычной корреляцией и может быть существенно повышена скорость обработки сейсмограмм,Формула из о бр ете н и я 1. Способ сейсмической разведки, основанный на возбуждении вибрационных колебаний серией, сосчоящеи из периодиче ской последовательноеи, содержащей М периодов, каждый период которой вкл ючает единичные синусоидальные си налы изменяющейся частоты, кодированные по начальной фазе, причем их амплитуды, длительности и частотные диапазоны в серии задают постоянными, а начальные фазы единичных сигналов принимают значения 0 и л в соответствии с законом кодирующей периодической последовательности, регистрации сейсмических колебаний и корреляции зарегистрированных сейсмических колебаний с одним периодом возбуждаемой последовательности, в которой длительность периода устанавливают не менее времени регистрации исследуемоо отклика среды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения отношения сигнал/помеха. последовательность формируют по крайней мере из одного периода, в котором дополнительно введены пропуски возбуждения, равные по времени длительности единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты, при этом порядок следования единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с разной начальной фазой и пропусков возбуждения в периоде последовательности формируют на основе генерирования и преобразования рекуррентной линейной псевдослучайной последовательности чисел, в которой квадратичными вычетами являются единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты с начальной фазой О, квадратичными невычетами являются единичные синусоидальные сигналы с начальной фазой л, а нулями являются пропуски возбуждения, причем при выполнении корреляциивыделяют сигналы на М+2 временных интервалах, каждый из которых по длительности равен периоду последовательности, и синхранна их накапливают на временном интервале, равном длительности исследуемого 2. Способ по п. 1, отл ич а ю щи йс я тем, что длительность единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты устанавливают не более времени регистрации исследуемого отклика среды,. ехред М.Моргентал орректор Н.Ревска эктор В,Бугренко Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужго агарина, 1 аз 2595 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН СС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5