Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование и развитие технико-методических приемов сейсморазведки на предельном мелководье акваторий

ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование и развитие технико-методических приемов сейсморазведки на предельном мелководье акваторий"

На правах рукописи

СЮ3464В57

ЖГЕНТИ СЕРГЕИ АНАТОЛЬЕВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ ТЕХНИКО-МЕТОДИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ НА ПРЕДЕЛЬНОМ МЕЛКОВОДЬЕ АКВАТОРИЙ

Специальность: 25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

. . Г-Ч

2 о ЕЛ ДР

Краснодар - 2009

003464857

Работа выполнена в ГФУП «ВНИИГеофизика» и в ООО «СИ Технолоджи Инструменте»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Шехтман Григорий Аронович

доктор технических наук Кострыгин Юрий Петрович

Ведущая организация:

кандидат геол.-мин. наук, с.н.с. Земцова Джемма Павловна

Российский Государственный Геологоразведочный Университет

Защита диссертации состоится «28» апреля 2009 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.101.09 по геофизике, геофизическим методам поисков полезных ископаемых Кубанского государственного университета по адресу: 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, ауд. 105.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Кубанского государственного университета.

Факс (861) 219-96-34 Е-таП: geophysic@fpm.kubsu.ru

Автореферат разослан «Х^» марта 2009 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета д.т.н., доцент

В.И. Гуленко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы диссертации

Мелководные районы, расположенные вблизи морских берегов, принято называть транзитными, или переходными зонами, а также предельным мелководьем акваторий. Предельно мелководные участки акваторий наиболее доступны для поисково-разведочного бурения и эксплуатации, но они мало изучены сейсморазведкой из-за невозможности эффективного применения ни морской, ни сухопутной традиционных технологий сейсморазведки.

В условиях предельного мелководья невозможно применение морской буксируемой косы, использование пневматических и поверхностных источников возбуждения колебаний не эффективно, а позиционирование оборудования затруднено. Кроме того, не существует промышленно выпускаемых транспортных средств, пригодных для беспрепятственного перемещения громоздкого и тяжелого сейсморазведочного оборудования, предназначенного для приема и возбуждения сейсмических колебаний по таким территориям. По этим причинам в условиях предельного мелководья качество получаемых материалов и производительность работ, как правило, остаются на неприемлемо низком уровне. В связи с этим актуальность разработки эффективных технико-методических приемов изучения зон предельного мелководья акваторий методами сейсморазведки вполне очевидна.

Цель работы: разработка эффективных технико-методических приемов проведения 2Б и ЗО сейсморазведочных работ в условиях предельного мелководья в интервале глубин 0,5 -5,0 м.

Основные задачи исследований:

1. Изучение особенностей возбуждения и приема сейсмических колебаний в условиях предельного мелководья акваторий с целью разработки эффективных технико-методических приемов проведения сейсморазведочных работ МОГТ.

2. Создание специальных транспортных средств, рациональная компоновка группового источника на транспортном средстве и разработка способа позиционирования приемной донной телеметрической косы при работах в предельном мелководье акваторий.

3. Разработка способа комбинирования сигналов, синхронно принимаемых на дне акватории системой датчиков гидрофон + геофон для ослабления искажающего влияния на спектры регистрируемых волн эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника.

4. Опробование и производственное применение разработанных технико-методических приемов проведения 2D и 3D сейсморазведочных работ в условиях предельного мелководья акваторий.

Методы и объекты исследований. При разработке теоретических основ технологии применялись методы математического моделирования и экспериментальное полевое исследование явлений интерференции волн при возбуждении и приеме колебаний. Объектом исследований служила теоретическая и натурная модель предельного мелководья акваторий.

При разработке мобильного аппаратурно-технического комплекса использовался расчетно-конструкторский метод, а также лабораторные, полигонные и морские функциональные испытания разработанных технических средств и их взаимодействие.

Фактической основой работы явились результаты, полученные автором в ходе опытно-методических и производственных работ компаний «СИ Технолоджи Инструменте», «ПГС-Хазар» и «Донгеофизика» в период 2003 - 2008 г.г.

Научная новизна выполненной работы заключается в следующем:

1. Впервые, на основе изучения интерференционных явлений в ближней зоне источника и приемника в условиях предельного мелководья в интервале глубин 0,5 - 5,0 м, обоснована возможность проведения сейсмических работ с неизменной глубиной погружения источника.

2. Разработан, изготовлен и прошел широкое производственное опробование эффективный мобильный комплекс технических средств, впервые обеспечивший получение материалов высокого качества при высокой производительности работ в условиях предельного мелководья акваторий.

3. Разработан оригинальный алгоритм ослабления эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника путем комбинирования сигналов, регистрируемых в каждом пункте приема системой датчиков гидрофон + геофон приемной телеметрической косы системы XZone® Marsh Line.

4. Впервые в отечественной практике сейсморазведки получен куб 3D данных по неширокой реке (на примере р. Вятка) с использованием раскладки донной косы «змейкой».

Практическая значимость и реализация результатов. Разработанная технология успешно применяется при проведении 2D и 3D сейсморазведочных работ компанией ООО «ДОНГЕОФИЗИКА». Объем выполненных ею работ с использованием разработанной технологии в 2007 г. составил около 600 км 2D профилей на территории Нижне-Камского водохранилища, реке Вятка и Северном Каспии. В 2008 г. компанией ООО «ДОНГЕОФИЗИКА» с применением разработанной технологии работ отработано

более 1800 км профилей на реках Кама, Вятка и в предельном мелководье Азовского моря.

Компания «ПГС-Хазар» использует систему XZone® Marsh Line с 2003 г. Разработанные в процессе подготовки диссертации транспортные средства, система позиционирования приемных модулей и суммирование синхронно зарегистрированных (PZ) записей для ослабления интерференции волн в ближней зоне приемника с 2007 г. приняты компанией на вооружение и введены в производственную практику. В 2007-2008 гг. с применением разработанной технологии работ и использованием системы XZone® Marsh Line компанией «ПГС-Хазар» отработано 2200 пог. км 2D профилей и выполнено 1000 кв. км 3D работ.

В диссертационной работе приведены соответствующие справки о внедрении разработанных автором приемов проведения работ.

Разработанная технология передается компанией «СИ Технолоджи» новым пользователям системы XZone® Marsh Line.

Основные защищаемые положения.

1. Технология проведения сейсмических работ с донной телеметрической косой системы XZone® Marsh Line, обеспечивающая эффективное изучение геологических объектов на акваториях в диапазоне глубин водного слоя, равном 0,5 - 5,0 м.

2. Мобильный комплекс технических средств, включающий самоходный понтон-катамаран, оптико-электронный датчик укладки приемных модулей, а также рациональные способы компоновки и перемещения группового источника сейсмических колебаний обеспечивающие в условиях предельного мелководья высокую производительность работ и необходимую точность позиционирования оборудования.

3. Алгоритм суммирования синхронных записей системы датчиков геофон + гидрофон для приемной косы системы XZone® Marsh Line, позволяющий эффективно ослаблять влияние эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника на спектры регистрируемых волн.

Личный вклад автора.

1. Обоснована возможность проведения сейсморазведочных работ с неизменной глубиной погружения источника в предельном мелководье в диапазоне глубин водного слоя 0,5 -5 м.

2. При проведении сейсмических исследований в предельном мелководье показана необходимость синхронного приема колебаний акселерометрами и гидрофонами для ослабления искажений динамических характеристик регистрируемых волн из-за эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника.

3. Разработан оригинальный алгоритм комбинирования синхронных записей системы датчиков геофон + гидрофон для системы XZone® Marsh Line.

4 . При непосредственном участии автора разработаны новые специальные технические средства, в виде самоходного понтона-катамарана с гребными колесами и оптико-электронного датчика фиксации координат приемных модулей, составляющие основу разработанной современной технологии проведения сейсморазведочных 2D и 3D работ в условиях предельного мелководья с использованием донной телеметрической косы.

5. Обоснована и опробована эффективность замены вертикального накапливания воздействий неподвижного группового грязевого пневматического источника сейсмических колебаний на возбуждение колебаний в процессе его движения с последующим «лабораторным» группированием записей, осуществляемым в процедуре бинирования при обработке данных МОГТ.

6. Автор диссертационной работы осуществлял непосредственное методическое руководство проведением сейсморазведочных работ при полевом опробовании разработанных технико-методических приемов, а также при обработке полученных материалов.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований, изложенных в работе, докладывались: на конференции «Волжские встречи - 2005» (г. Саратов); на выставках и конференциях SEG «Санк-Петербург-2006» и «Санк-Петербург-2008»; конференции ЕАГО «Геотех-2008» (сентябрь 2008 г., Саратов); юбилейной научной конференции «Геомо-дель-2008» (сентябрь 2008 г., Геленджик); заседании ученого совета ГФУП «ВНИИГЕОФИЗИКА» (октябрь 2008 г., Москва); заседании ученого совета ГНЦ ФГУГП «ЮЖМОРГЕОЛОГИЯ» (октябрь 2008 г., Геленджик) и на заседании кафедры геофизических методов поиска и разведки полезных ископаемых КубГУ (ноябрь 2008 г., Краснодар); конференции «Тюмень-2009. К эффективности через сотрудничество» (март 2009 г).

Публикации. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований изложены в 12 опубликованных статьях и 8 авторских свидетельствах на изобретение.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения и содержит 148 страниц текста и 69 иллюстраций. В списке литературы 64 наименования.

Автор приносит искреннюю благодарность своему научному руководителю д.т.н. Г.А. Шехтману за внимание и творческую помощь на всех этапах работы. Автор выражает признательность своему неизменному со-

автору директору компании «СИ Технолоджи» Б.В. Запорожцу за понимание и поддержку. Автор благодарит С.А. Лапина и весь коллектив ООО «Донгеофизика», проделавших большую работу по полевому опробованию и доводке всех элементов разработанной технологии при её полевом опробовании. Автор выражает свою признательность генеральному директору «ПГС-Хазар» В.В. Долгову и генеральному директору ООО «Пульс» Н.В. Бадикову за предоставление материалов для подготовки настоящей диссертации и за ценные идеи, использованные при разработке технологии работ. Автор приносит свою искреннюю благодарность профессору кафедры геофизики КубГУ В.И. Гуленко за ценные советы и поддержку на этапе завершения работы над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы актуальность, цель и основные задачи диссертационной работы, ее научная новизна, практическая значимость и основные защищаемые положения.

Глава 1. Предпосылки для создания современной технологии сейсморазведки в условиях предельного мелководья

В разделе 1.1 описаны особенности формирования сейсмических сигналов в ближней зоне источника и приемника в условиях неоднородных сред, рассмотренные в монографии, представленной группой авторов под общей редакцией (А.Н. Телегина 2004) и в ряде работ автором (Жгенти, 1981, 1982, 1985, 2005, 2007). Здесь, в частности, показано, что в случае, когда мощность водного слоя достаточно велика и отражение от дна не оказывает существенного влияния на формирование зондирующего сигнала, его спектральными характеристиками можно управлять, изменяя глубину погружения источника.

В разделе 1.2 описаны особенности возбуждения и приема колебаний при сейсморазведке в транзитных зонах. В наиболее полном виде они рассмотрены в работах В.И. Гуленко и др. (1989, 2007) и автора (Жгенти, 1981, 1982, 1985, 2005, 2007). В этих работах показано, что в условиях предельного мелководья акваторий управлять формированием спектра зондирующего сигнала путем изменения глубины погружения источника становится невозможным.

Подавляющее большинство исследований в транзитных зонах в России выполняется с применением пневматических источников, использующих пульсацию воздушной полости при выхлопе в воду ограниченного объема сжатого воздуха. В работах В.И. Гуленко (1983; 2003; 2007) и группы

авторов под общей редакцией А.Н. Телегина (2004) показано, что возбуждаемый при этом акустический сигнал состоит из соответствующего числа импульсов избыточного давления и разрежения. При этом период и амплитуда пульсации зависят от объема излучателя и глубины его погружения. Наиболее распространенным способом подавления пульсации является группирование излучателей (пневмокамер) разного объема.

При рассмотрении влияния на спектральные характеристики суммарного регистрируемого сигнала интерференции волн в ближней зоне приемника, расположенного на подошве водного слоя, в работах В.И. Гуленко (1983; 2003; 2007) и автора (Жгенти, 2005) убедительно показано, что имеет место существенная разница при применении приемников различных типов. С целью компенсации влияния интерференции волн в ближней зоне приемника на спектральные характеристики полезных сигналов обосновывается необходимость применения синхронного приема колебаний в каждом пункте приема при помощи пары датчиков - геофона (г) и гидрофона (Р) (МогщешЛ, 2005; Жгенти, 2005). В этих работах показано, что еще больший интерес представляет использование в донных косах геофонов-акселерометров, имеющих такую же фазовую характеристику, как и у гидрофонов. Суммирование данных, зарегистрированных гидрофоном и геофоном-акселерометром, позволяет компенсировать интерференцию в ближней зоне приемника, искажающую регистрируемые волны.

В разделе 1.3 описываются существующие технологии сейсморазве-дочных исследований в транзитных зонах, их достоинства и недостатки. В России первые исследования в транзитной зоне были проведены в 1940 г. в прибрежной зоне Апшеронского полуострова (Цветаев, Шапировский, 1945). В последние десятилетия технологии работ в транзитных зонах развиваются наиболее быстро. Однако универсальной технологии проведения сейсморазведочных работ в предельном мелководье акваторий и в транзитных зонах нет. Причиной тому служит чрезвычайное разнообразие типов их строения.

Недостатками всех существующих технологий являются низкая производительность работ, обусловленная отсутствием специальных транспортных средств для перемещения оборудования по территориям транзитных зон с интенсивным развитием растительности, а также отсутствие систем его позиционирования при проведении работ и пренебрежение учетом интерференционных явлений, происходящих в ближней зоне источника и приемника.

Наиболее эффективна для проведения сейсморазведочных 2Э и ЗБ работ в условиях предельного мелководья акваторий, по мнению автора,

система XZone® Marsh Line производства компании «SI Technology Instruments», описанная в работах Б.В. Запорожца и др. (2002) и автора (Жгенти, 2005).

В разделе 1.4 приводится подробное описание системы XZone® Marsh Line, для применения которой автором разработаны эффективные технико-методические приемы проведения сейсморазведочных 2D и 3D работ для условий предельного мелководья акваторий.

Глава 2. Исследование интерференционных явлений в ближних зонах источника и приемника для условий предельного мелководья

Предельное мелководье акваторий в интервале глубин 0,5 -5,0 м характеризуется очень малыми значениями отношения мощности водного слоя к длинам волн в сейсмическом диапазоне частот. Поскольку малые глубины акваторий не позволяют управлять формированием спектральных характеристик волн при возбуждении колебаний, а их прием всегда происходит на дне водного слоя, автор исследовал искажения, привносимые интерференцией волн в ближней зоне источника и приемника в спектры регистрируемых волн при изменении мощности водного слоя и величины коэффициента отражения от его подошвы для применяемого в сейсморазведке диапазона частот. Далее в главе приводится описание результатов модельных расчетов, выполненных автором.

Для случая нормального падения волн и мощности водного слоя 0,5 -5,0 м при глубине погружения источника 1 м рассчитана зависимость амплитуды величины коэффициента отражения от дна водного слоя. Показано, что при изменении величины коэффициента отражения от дна в диапазоне значений 0,33 - 0,67 («мягкое» и «звонкое» дно по А.Н. Телегину (2004)) изменение амплитуд различных частотных составляющих в спектре зондирующего сигнала не превышает 17 - 18%.

На основе рассчитанной зависимости амплитуды гармоники на частоте 50 Гц в спектре зондирующего сигнала (нормальное падение) от мощности водного слоя показано, что ее изменение для случаев «мягкого дна» и «звонкого дна» при изменении мощности водного слоя в диапазоне значений 1,5 - 5,0 м не превышает 10 - 12%.

В реальных сейсмогеологических условиях «звонкое дно» в предельном мелководье практически не встречается. В случае «мягкого дна», как правило, отсутствуют быстрые течения, интенсивно развита подводная и надводная растительность, что способствует накоплению рыхлых отложений в водном слое и приводит к малым значениям коэффициента отражения от его подошвы.

Путем исследования полярных характеристик направленности излучения и амплитудно-частотных характеристик интерференции волн при возбуждении колебаний в водном слое в зависимости от его мощности и величины коэффициента отражения от дна автору удалось показать, что в диапазоне глубин 0,5 - 5,0 м искажения спектров в сейсмическом диапазоне частот, обусловленные естественным изменением характеристик водного слоя, практически несущественны и ими можно пренебречь.

Результаты этих исследований позволили автору обосновать возможность использования неизменной глубины погружения источника (составляющей 1 - 1,5м), при сейсморазведке в предельном мелководье в диапазоне глубин 0,5 - 5,0 м и тем самым обеспечить приемлемую производительность полевых работ. При глубинах воды меньших 1м - 1.5м излучатели перемещаются по дну волоком.

Расчет характеристик направленности сложения волн в ближней зоне приемника, проведенный для случаев применения геофона и гидрофона, показал, что применение гидрофона обеспечивает большую чувствительность приема высокочастотных составляющих, а применение геофона - низкочастотных.

На модельных исследованиях показано (Жгенти, 2005, 2008), что суммирование данных, регистрируемых геофоном и гидрофоном, позволяет ослабить влияние интерференции волн в ближней зоне приемника на спектры регистрируемых волн. Для обеспечения идентичности амплитудно-частотных характеристик применяемых датчиков предложено при приеме колебаний в условиях предельного мелководья наряду с гидрофонами применять геофоны-акселерометры (Жгенти, 2005, 2007, 2008). Разработка электродинамических акселерометров инициирована автором и выполняется в ООО «СИ Тех-нолоджи Инструменте» совместно с лабораторией приемных устройств ГФУП «ВНИИГеофизика».

Глава 3. Технические средства и техника измерений в разработанной современной эффективной технологии 2D и 3D сейсморазведки в условиях предельного мелководья акваторий

В разделе 3.1 обосновываются и формулируются требования, которым должен соответствовать аппаратурно-технический комплекс для сейс-моразведочных работ в условиях предельного мелководья акваторий.

Разработка технологии сейсморазведочных работ в условиях предельного мелководья акваторий потребовала комплексного решения проблемы. Автором показано (Жгенти, 2008), что ключевыми моментами создания эффективных технико-методических приемов проведения сейсмораз-

ведочных работ в условиях предельного мелководья являются: создание специальных транспортных средств для перемещения громоздкого и тяжелого сейсморазведочного оборудования по территориям предельного мелководья акваторий, обоснованный выбор источника сейсмических колебаний и разработка способа позиционирования приемных модулей системы XZone® Marsh Line.

Основные требования, которым должен отвечать каждый из элементов аппаратурного комплекса современной технологии, состоят в следующем:

• Новое транспортное средство должно иметь грузоподъемность около 10 тонн при осадке не более 0,3 м. Вместо винтовых двигателей должны использоваться гребные колеса, что позволит ему перемещать тяжелое сейсмическое оборудование по акваториям с интенсивным развитием водорослей.

• Источник сейсмических колебаний должен возбуждать колебания сейсмического диапазона частот достаточной интенсивности, быть групповым, иметь малый объем, малую амплитуду пульсации воздушной полости и защиту рабочих камер от попадания абразивных частиц придонных отложений.

• Позиционирование приемных модулей не должно требовать использования специальных операций, должно быть легко осуществимым в процессе раскладки косы, соответствовать точности применяемой топографической привязки съемки и быть совместимыми с при-

меняемыми навигационными Рис]- Самоходный катамаран ТОРТУ ГА с

гребными колесами

системами.

В разделе 3.2 приводится описание разработанного в соответствии со сформулированными требованиями плоскодонного мелкосидящего катамарана «ТОРТУГА». Разработанные, изготовленные и прошедшие успешное полевое опробование (Жгенти, 2008) самоходные катамараны «ТОРТУГА» (рис.1) позволяют разместить на палубе площадью около 40 м2 оборудование весом до 12 тонн, имеют две каюты для размещения оборудования и экипажа. При этом осадка катамарана с полным грузом не превышает 0,3 м, а движители в виде гребных колес, имеющие привод от разных двигателей, позволяют с высокой маневренностью успешно перемещать по предельному мелководью акваторий тяжелое и громоздкое сейсморазведочное оборудование даже в условиях интенсивного развития подводной и надводной растительности. Разборная конструкция судна, предусмотренная автором, позволяет собрать или разобрать его в течение одного рабочего дня и перевести на новое место базирования. Разработанная конструкция судна оказалась успешной, а его применение - эффективным. Начато мелкосерийное производство таких катамаранов.

Раздел 3.3 посвящен описанию особенностей применения системы XZone® Marsh Line в предельном мелководье акваторий. Описываются способы реализации систем наблюдений МОГТ равномерной кратности прослеживания при 2D (Жгенти, 1986) и 3D работах в предельном мелководье с применением системы XZone® Marsh Line (Жгенти, 2008). 2D и 3D исследования выполняют путем отработки последовательно расположенных систем наблюдений для сейсмозондирований, соответственно линейных (2D) или пло-

TORTUGA-раскллдчик

TORTUGA-источник

TORTUGA-источник

С

/

£

■занСЦ» v х-

TORTUGA-раскладчик

ЧУ.ЧХ XVV

Рис.2. Системы наблюдений при 2D (a)/3D(6) работах в предельном мелководье.

щадных (3D) (рис.2 а, б). При этом используют минимум два судна - раскладчик и источник. При фиксированном положении косы проводят регистрацию колебаний от воздействий, проводимых перемещающимся вдоль косы судном-источником (рис. 2а). Равномерная кратность прослеживания обеспечивается тем, что начальный и конечный вынос источника составляет половину длины косы. После отработки такой расстановки коса смещается по профилю на всю свою длину плюс один интервал между пунктами приема (без перекрытия ПП), и проводится отработка следующей расстановки по такой же схеме. Далее описывается методика использования раскладки косы «змейкой» (рис.2б) для проведения 3D исследований в условиях предельного мелководья, имеющих ограничения по площади акватории, например, на реках или водохранилищах. Методика 3D работ с использованием раскладки косы «змейкой» предложена автором (Жгенти, 2008) и раннее при работах на акваториях в отечественной практике сейсморазведки не применялась.

Шаблон 3D наблюдений при этом обеспечивается путем раскладки всей косы по нескольким параллельным линиям приема (рис. 26). Один или несколько источников реализуют шаблон приемной расстановки, перемещаясь вдоль каждой линии приема. При этом начальный и конечный вынос источников за пределы расстановки равен половине длины приемных линий. После отработки шаблона приемная расстановка смещается по площади на длину приемных линий плюс один интервал между пунктами приема, и проводится отработка следующего положения шаблона. Требуемая длина приемных расстановок и их необходимое количество могут быть обеспечены в результате использования нескольких судов-раскладчиков, ЦСР которых связаны в единую компьютерную сеть.

Определение координат приемных модулей - важнейший момент в разработке технологии сейсморазведочных работ в предельном мелководье акваторий. Глубины предельного мелководья, составляющие 0,5 - 5,0 м, позволили автору предложить эффективный и недорогой способ позиционирования приемных модулей системы XZone® Marsh Line (Жгенти, 2008), основанный на фиксации координат приемных модулей в процессе раскладки косы в момент их схода с кормы судна-раскладчика (рис.3).

Для реализации этого способа позиционирования приемных модулей в компании «СИ Технолоджи Инструменте» был разработан и изготовлен специальный оптико-электронный датчик, устанавливаемый на корме судна-раскладчика и подающий сигнал о фиксации координат на сервер системы навигации в момент прохода через оптическую рамку каждого приемного модуля.

Допустимые отклонение или коридор раскладки ~ 3 м

Рис. 3. К позиционированию приемных модулей системы XZone® Marsh Line.

В настоящее время разработанный оптико-электронный датчик, совместимый с большинством навигационных систем, выпускается ООО «СИ Техно-лоджи Инструменте» как опциональное расширение системы XZone® Marsh Line.

Далее в разделе описывается компоновка элементов системы регистрации XZone® Marsh Line на судне-раскладчике «ТОРТУГА».

Раздел 3.4 посвящен описанию источника сейсмических колебаний «МАЛЫШ», используемого в разработанной технологии. Этот источник, разработанный в ООО «ПУЛЬС» специально для исследований на предельном мелководье и в транзитных зонах, ко времени опробования разработанной технологии сейсморазведочных работ не имел опыта производственного применения. На основании проведенных стендовых испытаний автором совместно со специалистами ООО «ПУЛЬС» были исследованы и выбраны оптимальные параметры группирования излучателей, позволившие обеспечить приемлемое подавление пульсаций при минимально достаточной интенсивности возбуждаемых колебаний. В качестве оптимального было выбрано группирование двух одинаковых линейных групп излучателей. Особое внимание было уделено выбору способа перемещения группы излучателей в предельном мелководье транзитных зон при интенсивном развитии растительности.

По рекомендации автора (Жгенти, 2008) излучатели подвешивались на специальной выносной площадке за кормой судна «ТОРТУГА». Высоту подвеса выбирали неизменной, равной 1 - 1,5 м от поверхности воды. В точке подвеса излучатели скрепляли специальной штангой, что позволяло считать несущественным изменение расстояния между ними при инерцион-

ном отклонении их от вертикали в процессе движения. При глубинах, меньших 1 - 1,5 м, излучатели перемещали по дну волоком.

При компоновке системы питания источника сжатым воздухом использовали ресиверную емкость объемом не менее 1000 литров, что позволило избавиться от регистрации помех, связанных с работой компрессора.

Вертикальное накапливание воздействий с остановкой судна-источника не вписывалось в технологическую схему проведения работ при глубинах воды менее 1 м, поскольку сильно снижало бы их производительность. На основе имеющегося опыта (Жгенти, 1986) было предложено излучать колебания в процессе движения судна-источника с минимально возможными задержками (но не менее длины записи) между воздействиями. При этом определяются и записываются в SPS-файлы координаты каждого воздействия, что на этапе обработки позволяет вместо вертикального накапливания в точке в процессе проведения работ осуществлять «лабораторное» линейное группирование пунктов взрыва и более эффективное накапливание воздействий в соответствии с системой наблюдений МОГТ. Предложенный методический прием обеспечивает максимально высокую производительность работ и получение материалов высокого качества.

В разделе 3.5 описываются порядок проведения сейсморазведочных работ на площади исследований (Жгенти, 2008). Гидрографическое обеспечение работ осуществляется с применением стандартных навигационных программ. Ведение судов по профилю осуществляется в заданном коридоре с допустимым отклонением от линии профиля ±3 м, ±5 м (рис.3). Программным путем подаются команды (целеуказания) на возбуждения колебаний и проводится фиксация координат каждого ПВ.

При раскладке косы фиксация координат укладки каждого модуля определяется в момент его прохождения через оптическую рамку оптико-электронного датчика схода модуля («ДМ» на рис.3). Позднее на основании навигационных массивов данных рассчитывают SPS-файлы, которые пересчитывают в истинную систему координат (например, СК-1942 г.).

Выход судов на начальную точку работ осуществляется заранее, обычно после завершения маневра циркуляции^ так, чтобы судно к началу проведения работ приобрело устойчивый курс и скорость движения. За 30 м до начала раскладки подается команда на сброс якоря косы системы XZone® Marsh Line таким образом, чтобы координаты первого модуля совпали с проектными. Далее проводится раскладка косы, закрепленной якорем, с фиксацией координат схода каждого модуля. Судно-источник, набрав стабильную скорость движения и устойчивый курс, перемещается вдоль разложенной косы и без остановки осуществляет возбуждение колебаний с выбранным интервалом по дистанции шш

по времени. Во время сбора и раскладки косы в новое положение на судне-источнике включается компрессор, и происходит зарядка ресиверной емкости сжатым воздухом. При готовности косы, разложенной в следующем положении по профилю, цикл отработки повторяется.

Таким образом, производительность работ ограничивается только лишь допустимой скоростью движения судна-источника и временными затратами на перекладку косы. В среднем производительность работ составляет 12-20 пог. км при 120-кратном профилировании МОГТ за 12-ти часовой рабочий день.

Применение совокупности разработанных технико-методические приемов и технических средств, по мнению автора, и представляет собой эффективную технологию 2Б и ЗЭ сейсморазведочных работ с применением донной телеметрической косы в диапазоне глубин предельного мелководья 0,5 - 5м.

Глава 4. Обработка материалов и примеры применения разработанной технологии 2Ь и ЗБ сейсморазведки в условиях предельного

мелководья

В разделе 4.1 исследуются особенности полевых материалов, получаемых с применением разработанной технологии. Опыт показал, что во всех регионах исследований (Северный Каспий, мелководье Азовского моря, Нижнекамское водохранилище, река Вятка и др.) большей информативностью и более широким спектром регистрируемых частот отличаются данные, зарегистрированные с применением гидрофонов. Однако на основании выполненных исследований (Жгенти, 2007, 2008) показано, что применение для приема колебаний в каждом ПП системы датчиков (геофон + гидрофон) позволяет ослабления интерференцию волн в ближней зоне приема, осложняющую геологическую интерпретацию результатов исследований.

Разработанная при непосредственном участии автора, технология работ практически исключает возникновение собственных технологических помех. Это обеспечивается рядом использованных технических решений. Например, возбуждение колебаний проводится при неработающем компрессоре, а прием и регистрация колебаний - при неработающем двигателе судна-раскладчика косы.

Описывается влияние типа придонных отложений на характеристики регистрируемых волновых полей, требующие проведения дополнительной амлитудно-частотной коррекции записей при обработке материалов.

Важным этапом проведения полевых работ является контроль корректности описания геометрии системы наблюдений при вводе данных, поскольку определение координат приемных модулей не может быть прокон-

тролировано визуально, и при возбуждении колебаний используется не строго постоянная величина «взрывного интервала», обусловленная влиянием течения воды и величины скорости ветра. В большинстве пакетов контроля качества эта процедура выполняется путем оценки соответствия наблюденного и расчетного годографов прямой волны. Как правило, в результате такой проверки удается найти случайные ошибки в описании геометрии и пересчете навигационных файлов в SPS файлы и оперативно их исправить.

Одним из важных вопросов является необходимость проведения специальных работ для изучения строения ВЧР. Как известно, в настоящее время такие специальные работы не проводят. В транзитных зонах и в предельном мелководье акваторий действительно не существует ВЧР в традиционном понимании этого термина. При рассмотрении этого вопроса автором анализируются типичные формы рельефа дна в районах проведения работ. Показано, что в большинстве случаев в используемом обычно частотном диапазоне волновых полей достаточным является применение процедур автоматической и полуавтоматической коррекции статических поправок. В том случае, когда ввод априорных статических поправок все же необходим, они могут быть рассчитаны по МПВ.

В разделе 4.2 приводятся временные разрезы, полученные в результате обработки материалов работ, выполненных с применением разработанной технологии в различных регионах страны. Обработка материалов выполнена в рамках стандартных обрабатывающих пакетов, а полученные временные разрезы приводятся в качестве иллюстрации подтверждения высокой эффективности разработанной технологии.

Приведены типичные временные разрезы по площадям исследований: на реке Вятка (объем 130 км криволинейных 2D профилей по руслу реки); на Нижне-Камском водохранилище (объем около 100 погонных км); в Северном Каспии (объем около 100 погонных км). Разрезы отличаются высоким разрешением, что подтверждает эффективность разработанной технологии.

Раздел 4.3 посвящен описанию результатов применения технологии 3D сейсморазведки МОГТ в зоне предельного мелководья неширокой реки Вятка. Впервые в отечественной практике сейсморазведки с использованием раскладки косы «змейкой» автором получен куб 3D сейсмических данных по руслу реки Вятка.

Необходимость такой раскладки косы для выполнения 3D работ вызвана ограниченностью водного пространства в таком типе акваторий, препятствующей размещению на ней большого числа судов, участвующих в произ-

то

11

а б

Рис.4. Куб сейсмических данных (а) и временной разрез по центральной линии (б), полученный по руслу реки Вятка.

водственном процессе, и обеспечению их технологического взаимодействия и маневрирования.

Приведенные результаты 3D обработки материалов работ отличаются высоким качеством отображения геологического разреза и полностью подтверждают эффективность разработанной технологии (рис.4).

Существенно, что все материалы, приведенные в данной главе, получены по результатам работ одного короткого 3-х месячного полевого сезона в трех различных регионах страны, что является не только лучшим подтверждением эффективности разработанной технологии, но и мобильности комплекса оборудования, созданного при его разработке.

В разделе 4.4 приводится описание разработанного автором алгоритма суммирования синхронных PZ записей колебаний (на примере системы XZone® Marsh Line) при их приеме гидрофоном и геофоном на дне транзитной зоны с целью подавления интерференции волн в ближней зоне приемника.

В основе разработанного алгоритма лежат математические и модельные исследования интерференции волн в ближней зоне приемника, рассмотренные в главе 2. В соответствии с этим, сигнал (CO,t), получаемый в результате суммирования сигналов, зарегистрированных геофоном и гидрофоном, помещенными в одну и ту же точку на подошве водного слоя, может быть записан следующим образом:

{со, t) = S] {со, t) + S2 {со, t),

где: (¿У, - сигнал, зарегистрированный гидрофоном; 52 (б), /) -сигнал, зарегистрированный геофоном; ^(гУ,^)- результат суммирования сигналов.

При этом, учитывая интерференцию волн в ближней зоне приемника (см. главу 2), интерференционный сигнал, регистрируемый гидрофоном, может быть записан в следующем виде:

= д^ае-^ -]|Г пкхк2аечш", 1

а геофоном - так:

= £)2Г2аеч°* + пкхк2аечш",

1

где: ^ - АЧХ гидрофона, а Р2 - АЧХ геофона; СЬ и (32 - характеристики качества измерения датчиков в реальных условиях, изменяющиеся в

диапазоне значений 0 - 1; ае~]Ш - волна, приходящая снизу в ближнюю зону приемника; Лг/ и — коэффициенты отражения от кровли и подошвы водного слоя; AtrJ - задержка п-ой волны-спутника, образующаяся на кровле и подошве водного слоя.

Подставив эти выражения в исходную формулу, имеем:

^(¿>,0 = ае**Ш + + X ае'"--«ВД^)]

1

В идеальном случае, когда /г/=/\2=/г (датчики имеют идентичные АЧХ), а 0.1=0,2=1 (100% контакт датчиков со средой) в результате суммирования получим:

Таким образом, в этом идеальном случае результат суммирования представляет собой не что иное, как сигнал волны, приходящей снизу в ближнюю зону приемника, удвоенный по амплитуде (сложение данных 2-х идентичных датчиков), а волны-спутники взаимно уничтожаются благодаря их регистрации разными датчиками в обратной полярности.

Анализируются конструкторский и программный подходы к реализации комбинирования записей гидрофона и геофона. Для реализации конструкторского подхода автором инициирована разработка электродинамических акселерометров, имеющих АЧХ, близкую к АЧХ гидрофона, которая

выполняется в компании «СИ Технолоджи» совместно с ГФУП «ВНИИГе-офизика». Программный путь реализован автором для системы XZone® Marsh Line (Жгенти, 2008). Далее в разделе приводится его описание. На основе разработанного автором алгоритма суммирования данных геофона и гидрофона в компании «СИ Технолоджи» создан опциональный вариант регистрации данных для ЦСР системы XZone® Marsh Line, в котором, наряду с раздельной записью колебаний, регистрируемых геофонами (Z) и гидрофонами (Р), предусмотрена возможность записи и их суммарных данных (PZ). В соответствии с разработанным алгоритмом, это позволяет ослабить искажающий эффект интерференции волн в ближней зоне приемника. Такая возможность особенно важна при проведении исследований в транзитных зонах и на предельном мелководье со «звонким дном», когда в водном слое происходит реверберация колебаний, осложняющая выделение и прослеживание целевых отраженных волн.

Геофон Гидрофон Гсофои+гидрофон

Рис. 5. Фрагменты временных разрезов, иллюстрирующие эффективность работы алгоритма сложения данных, зарегистрированных геофоном (2) и

гидрофоном (Р). 20

Приводятся впервые полученные автором в различных районах проведения работ временные разрезы, построенные по записям суммарных PZ наблюдений. В качестве примера на рис.5 приведены временные разрезы и амплитудно-частотные спектры колебаний, иллюстрирующие эффективность работы алгоритма в результате ослабления интерференции волн.

На приведенном рисунке отчетливо заметно упрощение формы отраженных волн и амплитудное выравнивание спектра регистрируемых колебаний. Применение суммарных PZ наблюдений позволяет повысить надежность и достоверность геологической интерпретации результатов исследований.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования, проведенные в процессе разработки эффективной технологии 2D и 3D сейсморазведки МОГТ для условий предельного мелководья акваторий, позволили получить следующие результаты:

1) На основе исследования условий возбуждения колебаний в условиях предельного мелководья автором показано, что в диапазоне глубин акваторий 0,5 - 5,0 м проведение сейсморазведочных работ возможно с неизменной глубиной погружения источника возбуждения колебаний, что позволило обеспечить производительность работ, сравнимую с аналогичными исследованиями на суше.

2) Разработанный при непосредственном участии автора, мобильный комплекс специальных технических средств, включающий самоходные понтоны-катамараны, оптико-электронный датчик укладки приемных модулей позволяют успешно позиционировать и перемещать сейсморазведочное оборудование по площадям предельного мелководья акваторий.

3) Совокупность технико-методических приемов и технических средств, разработанная лично автором и при его непосредственном участии, позволила создать эффективную технологию проведения 2D/3D сейсморазведочных работ в диапазоне глубин предельного мелководья 0,5-5 м с использованием донной телеметрической косы системы XZone® Marsh Line.

4). Алгоритм комбинирования записей системы датчиков гео-фон+гидрофон, разработанный автором для системы XZone® Marsh Line, позволил обеспечить ослабление искажающего эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника и тем самым повысить надежность интерпретации получаемых данных.

Дальнейшее развитие технико-методических приемов сейсморазведочных работ планируется осуществлять в направлении разработки необходимых технических средств и методических приемов для создания эффективной техно-

вышения качества данных сейсморазведки на этапе регистрации// Региональная, разведочная и промысловая геофизика. ВИЭМС. №1. 1980. С 22-31.

2. ЧернявскийВ.Е., Жгенти С.А. Изучение верхней части разреза и выбор условий взрывного возбуждения для сейсморазведки высокого разрешения // Разведочная геофизика. 1985. № 100. С. 16-20.

3. Жгенти С.А., Запорожец Б.В. Технология и опыт применения системы XZone® Marsh Line при 2D и 3D сейсмических исследованиях на предельном мелководье транзитных зон //Технологии сейсморазведки - Ежекварт. официальное издание ЕАГЕ, 02/2008. С. 81-86.

4. Жгенти С.А., Запорожец Б.В., Лещенко Д.П. Использование синхронного PZ приема колебаний при сейсморазведке в транзитных зонах для подавления интерференции волн в ближней зоне приемника II Технологии сейсморазведки - Ежекварт. официальное издание ЕАГЕ, 03/2008. С. 46-57.

Авторские свидетельства

5. А.с. СССР, М. К.л.3 G 01 V 1/00. Способ сейсмической разведки / В.Е. Чернявский, С.А Жгенти. - SU (ц) 972425; заявлено 02.04.81; опубл. 07.11.82. Бюл.№41-8с.

6. А.с. СССР, G 01 V 1/00. Способ сейсмической разведки / В.Е. Чернявский, С.А Жгенти. -SU (11) 1104449 А; заявлено 13.07.82; опубл. 23.07.84. Бюл. №27. - 8 е., 2 ил.

7. А.с. СССР, G 01 V 1/00. Способ сейсмической разведки / В.Е. Чернявский, С.А Жгенти., А.А. Свешников - SU (П) 1350631 А1; заявлено 25.12.85; опубл. 07.11.87, Бюл. №41. -6 с.,3 ил.

8. А.с. СССР, G 01 V 1/00. Способ сейсмической разведки / В.Е. Чернявский, С.А Жгенти, А.А. Свешников - SU(u) 1350632 А1; заявлено 25.12.85; опубл. 07.11.87. Бюл. №41.-6 е., 3 ил.

9. А.с.СССР, G 01 V 1/00. Способ сейсмической разведки / В.Е. Чернявский, С.А. Жгенти, А.А. Свешников - SUqd 1350633 А1; заявлено 25.12.85; опубл. 07.11.87, Бюл. №41.-6 е., ил.

10. А.с. СССР, G 01 V 1/00. Способ сейсмической разведки / В.Е. Чернявский, С.А Жгенти, А.А. Свешников - SU(n) 1350634 А1; заявлено 25.12.85; опубл. 07.11.87, Бюл. №41.-6 е., ил.

11. А.с. СССР, G 01 V 1/00. Способ сейсмической разведки / В.Е. Чернявский, С.А Жгенти, А.А. Свешников - Styn) 1365004 А1; заявлено 25.12.85; опубл. 07.01.88, Бюл. №1. - 6 е., ил.

12. А.с. СССР, G 01 V 1/00. Способ сейсмической разведки / В.Е. Чернявский, С.А Жгенти, А.А. Свешников - SU(u) 1365005 А1; заявлено 25.12.85; опубл. 07.01.88, Бюл. №1. - 6 е., 4ил.

Статьи в научно-технических сборниках

13. Жгенти С.А., Перегудов Ю.П., Кузнецов В.М. Многоволновая сейсморазведка (МВС) // Приборы и системы разведочной геофизики - Ежекварт. официальное издание Саратовского отделения ЕАГО, 03/2003. С. 5-9.

14. Жгенти СЛ., Перегудов Ю.П Новейшее оборудование компании INPUT/OUTPUT, INC делает наземную 3-х компонентную сейсморазведку высокопроизводительной и надежной // Приборы и системы разведочной геофизики - Ежекварт. официальное издание Саратовского отделения ЕАГО, 04/2003. С. 13-20.

15. Жгенти С.А. Вперед в будущее или назад к истокам? Новейшее оборудование компании INPUT/OUTPUT, INC делает вопрос о применении группирования дискуссионным // Приборы и системы разведочной геофизики -Ежекварт. официальное издание Саратовского отделения ЕАГО, 04/2004. С 13-20.

16. Жгенти С.А., Запорожец Б.В. Сбор сейсмических данных и телеметрия переходных зон // Приборы и системы разведочной геофизики - Ежекварт. офиц. издание Саратовского отделения ЕАГО, 03/2005. С. 10-30.

17. Рыжов А.В., Хромин А.К., Жгенти С.А., Запорожец Б.В. Ог электрического сейсмоприемника скорости к электродинамическому сейсмоприемни-ку ускорений // Приборы и системы разведочной геофизики - Ежекварт. официальное издание Саратовского отделения ЕАГО, 03/2007. С. 40-42.

18. Жгенти С.А. Критерии оптимальности глубины погружения источника сейсмических колебаний // Приборы и системы разведочной геофизики -Ежекварт. официальное издание Саратовского отделения ЕАГО, 01/2007. С. 54-57.

19. Жгенти С.А., Запорожец Б.В. Прошло успешное производственное испытание технологии 2D и 3D сейсморазведки на предельном мелководье транзитных зон // Информационно-аналитическое издание «Нефтегаз INTERNATIONAL», 2008.

20. Жгенти С.А., Запорожец Б.В. Опыт применения системы XZone® Marsh Line при 2D и 3D технологиях сейсмических исследований на предельном мелководье транзитных зон // Приборы и системы разведочной геофизики - Ежекварт. официальное издание Саратовского отделения ЕАГО, 03/2008. С. 32-37.

Подписано в печать 16.03.2009 г. Печать цифровая. Тираж 120 экз. Тираж изготовлен в ООО «СИ Технолоджи Инструменте» 353477 Краснодарский край, г. Геленджик, ул. Ручейная, 8. Тел.: (86141)2-66-15; факс: (86141) 2-66-01.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Жгенти, Сергей Анатольевич

Введение.

Глава 1. Предпосылки для создания современной технологии сейсморазведки в условиях предельного мелководья.

1.1. Особенности формирования сейсмических сигналов в ближней зоне источника и приемника при сейсмических исследованиях на акваториях.

1.2.Особенности возбуждения и приема упругих колебаний при сейсморазведке в предельном мелководье акваторий.

1.3.Существующие технологии сейсморазведочных исследований в транзитных зонах, их достоинства и недостатки.

1.4.Система регистрации XZone® Marsh Line - основа современной технологии сейсморазведочных работ в предельном мелководье транзитных зон.

Глава 2. Исследование интерференционных явлений в ближних зонах источника и приемника в условиях предельного мелководья.

Глава 3. Технические средства и техника измерений в разработанной современной эффективной технологии 2D и 3D сейсморазведки в условиях предельного мелководья акваторий.

3.1.Требования к аппаратурно-техническому комплексу для сейсморазведочных работ в условиях предельного мелководья транзитных зон.

3.2.Транспортное средство для сейсмических исследований в условиях предельного мелководья транзитных зон.

3.3.Особенности конструкции системы XZone® Marsh Line, системы наблюдений 2D и 3D исследований, применяемые в предельном мелководье транзитных зон, способы раскладки и позиционирования косы.

3.4.Источник сейсмических колебаний «МАЛЫШ».

3.5.Порядок работы на профиле, технологическая схема проведения работ и гидрографическое обеспечение.

Глава 4. Обработка материалов и примеры применения разработанной технологии 2D и 3D сейсморазведки в условиях предельного мелководья

4.1.Особенности полевых материалов, получаемых при проведении сейсмических работ с применением разработанной технологии.

4.2.Примеры временных разрезов, полученных при применении разработанной технологии проведения 2D сейсмических исследований с системой XZone® Marsh Line на предельном мелководье транзитных зон в условиях рек, водохранилищ и морских заливов.

4.3.Описание результатов проведения 3D работ с системой XZone® Marsh Line на предельном мелководье транзитных зон.

4.4.0писание алгоритма сложения сигналов, зарегистрированных геофоном и гидрофоном в рамках системы XZone® Marsh Line.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование и развитие технико-методических приемов сейсморазведки на предельном мелководье акваторий"

Полоса мелководья, непосредственно примыкающая к береговой линии морских акваторий и получившая название "транзитной зоны", долгое время была недоступна как для морских, так и для наземных геофизических исследований. Однако известно [25,28], что многие нефтегазоперспективные провинции мира и отдельные месторождения нефти и газа имеют свои продолжения в пределах мелководных частей шельфа, морских заливах, реках, озерах, водохранилищах и т.п. Соответственно, серьезные перспективы в отношении потенциальной нефтегазоносности следует связывать и с относительно малоизученными, но самыми обширными в мире мелководными акваториями России.

По данным ВНИГРИ, зоны арктического мелководья (0-20 м) содержат до 25% общих прогнозных запасов углеводородов арктических морей [39]. При этом обширные, весьма перспективные акватории - Печорская и Хайпудырская губы в Баренцевом море, Обская, Тазовская и Гыданская губы, западное и северное мелководья полуострова Ямал в Карском море -характеризуются глубинами от 0 до 10 м. Эти акватории, площадью более 100 тыс. км2, непосредственно примыкают к известным на суше месторождениям Тимано-Печорской и Западно-Сибирской нефтегазовых провинций.

Высокие перспективы в открытии крупных залежей нефти и газа имеет Северный Каспий, простирающийся в субширотном направлении более чем на

500 км, и представляющий собой мелководную акваторию площадью около

2 2 92 тыс.км , в том числе 36 тыс.км при глубинах моря 0-2 м; при этом область глубин моря до 3 м протягивается на 10-50, а местами до 70 км от берега.

Практически вся акватория Северного Каспия отличается высокой нефтегазоперспективностью [34]. Открытия крупных нефтяных месторождений на полуострове Бузачи (Каламкас, Каражанбас) резко увеличили интерес к прилегающим районам. В первую очередь к зонам возможного западного и северного погружений этого выявленного поднятия, которые располагаются в области глубин моря 0-2 м. Полоса высокоперспективных объектов тяготеет к северо-восточной зоне Северного Каспия к широте месторождений Тенгиз, Королевское и Прорвинское, расположенным на сопредельной суше. Обнаружение в 1988 году морскими сейсморазведочными работами рифогенных структур, впоследствии приведшее к открытию крупнейшего нефтяного месторождения Каша-ган (юрисдикция Республики Казахстан), переводит акваторию Северного Каспия в разряд наиболее перспективных площадей СНГ. Значительный интерес в этом регионе могут также представлять структуры Северо-Кулалинского и Тюб-Караганского валов.

В связи с открытием ряда газовых месторождений на акваториях Черного и Азовского морей и перспективностью второго структурного этажа не только в Сивашской, но и в Каркинитской впадинах, их мелководье с площадями соответственно в 40 и 15 тыс.км также заслуживает серьезного внимания.

Общая площадь мелководных зон акваторий Арктики, Азово-Черноморского и Северо-Каспийского бассейнов составляет:

Глубины моря площадь

0- 5м 210,4 тыс.км2

5 - Юм 199,6 тыс.км2

10-20 м 361,2 тыс.км2

Итого: 771,2 тыс.км

Эта значительная цифра, определяет очень высокие перспективы сейсморазведочных работ на мелководье и в транзитных зонах "море-суша". Месторождения мелководных участков наиболее доступны для поисковоразведочного бурения и эксплуатации месторождений нефти и газа, не требуют протяженных морских трубопроводов и громоздких свайных оснований, что может сделать рентабельной разработку даже сравнительно мелких месторождений. В то же время они менее всего изучены методами сейсморазведки. Вследствие этого увязку геологических структур акватории и соседней суши, разделенных полосой мелководья, в большинстве регионов осуществляли почти исключительно по материалам дистанционных съемок. По этой же причине транзитная зона оставалась практически неизученной и выпадала из поля зрения геологов при проведении нефтегазопоисковых работ. С географической точки зрения переходные зоны включают береговые топи, заливные участки суши, отмели, дельты рек, мелководные рифы, широкие приливные зоны, глубина воды в которых менее 10-15м.

В НИИморгеофизике [39] принято разделение транзитных зон на полосу мелководья с глубиной Зм-10м, полосу предельного мелководья 3-м-0м и полосу суши, где сейсмические наблюдения проводятся согласованно с наблюдениями на суше и на море.

С позиций сейсморазведки предельное мелководье - это акватория, где применение буксируемой морской сейсмокосы невозможно из-за малых глубин; правильное согласование сейсмоприемников со средой существенно затруднено, использование взрывчатых веществ в качестве источника запрещено, применение пневмоисточника неэффективно, а обычный вибросейсмический источник не дает нужного эффекта из-за слабости грунта. Кроме того, в её пределах повышаются требования к экологической безопасности проведения работ, и возрастает сложность их организации. Французский исследователь Denis Mougenot (фирма Sersel) справедливо назвал развитие технологии проведения работ в переходных зонах последним рубежом сейсморазведки [48]. Это действительно так. Здесь, к сожалению, неприменимы десятилетиями до совершенства отработанные методические приемы проведения сейсморазведки на суше или на море.

Объединяющим признаком зон предельного мелководья акваторий различного типа является и то, что использование типовых плавсредств в качестве носителей сейсмической аппаратуры практически также невозможно, как и применение типовой методики морской сейсморазведки [31,37,39]. Предельное мелководье отличается различного рода опасностями для плавания судов, которые нехарактерны для районов открытого моря. Эти опасности и препятствия имеют как естественную природу, так и обусловлены деятельностью человека. К естественным препятствиям относятся неровности подводного рельефа, песчаные и илистые бары, рифовые образования, мели и зоны осушки, узкие проходы, непостоянство фарватеров, резкие и непредсказуемые ветры и течения, прибрежные топи, густая прибрежная растительность и др. Деятельность человека создает опасности в виде свалок, различных затопленных предметов, искусственных сооружений и др. Кроме того, зона мелководья часто используется для других видов деятельности человека (рыбная ловля, пассажирское и грузовое судоходство, отдых на воде), что создает дополнительные сложности для проведения геофизических работ.

Таким образом, актуальность разработки эффективных технико-методических приемов проведения сейсмических IV и ЗБ работ по исследованию предельно мелководной (0,5м - 5,0 м) части акваторий, представляется очевидной.

В настоящее время не существует универсальных технологий проведения сейсморазведки в предельном мелководье акваторий.

В отсутствии специальных технологий и оборудования исследования в зонах прельного мелководья проводятся, как правило, с применением, адаптированного к использованию в водной среде оборудования, предназначенного для проведения работ на суше [32]. Реже «выйти на берег» пытаются, продолжая использовать морское оборудование [3,12].

В обоих случаях это не эффективно из-за существующих ограничений применяемой регистрирующей аппаратуры, низкой производительности и низкого качества получаемого материала. Причины, по которым, качество материала и производительность работ, как правило, оставляют желать лучшего, кроются в вынужденной самодеятельности при адаптации существующего оборудования к решению несвойственных его назначению задач.

Требуется разработка новых технологий, основанная на комплексном подходе к решению задачи. Наряду с технологией проведения наблюдений необходимо разработать и создать, необходимые специальные технические средства, в том числе, транспортные средства, источники возбуждения колебаний и системы позиционирования оборудования, использование которых обеспечивает достижение высокой производительности работ.

Проведение сейсморазведочных исследований в предельном мелководье акваторий - это почти всегда «штучная работа», а каждая удачно разработанная технология эксклюзивна.

Цель работы

Разработка эффективных технико-методических приемов проведения 2Т> и ЗБ сейсморазведочных работ в условиях предельного мелководья в интервале глубин 0,5 -5,0 м.

Основные задачи исследований:

1. Изучение особенностей возбуждения и приема сейсмических колебаний в условиях предельного мелководья акваторий с целью разработки эффективных технико-методических приемов проведения сейсморазведочных работ МОГТ.

2. Создание специальных транспортных средств, рациональная компоновка группового источника на транспортном средстве и разработка способа позиционирования приемной донной телеметрической косы при работах в предельном мелководье акваторий.

3. Разработка способа комбинирования сигналов, синхронно принимаемых на дне акватории системой датчиков гидрофон + геофон для ослабления искажающего влияния на спектры регистрируемых волн эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника.

4. Опробование и производственное применение разработанных технико-методических приемов проведения 2Т> и ЗБ сейсморазведочных работ в условиях предельного мелководья акваторий.

Методы и объекты исследований

При разработке теоретических основ технологии применялись методы математического моделирования и экспериментальное полевое исследование явлений интерференции волн при возбуждении и приеме колебаний. Объектом исследований служила теоретическая и натурная модель предельного мелководья акваторий.

При разработке мобильного аппаратурно-технического комплекса использовался расчетно-конструкторский метод, а также лабораторные, полигонные и морские функциональные испытания разработанных технических средств и их взаимодействие.

Фактической основой работы явились результаты, полученные автором в ходе опытно-методических и производственных работ компаний «СИ Технолоджи», «ПГС-Хазар» и «Донгеофизика» в период 2003 - 2008 г.г.

Научная новизна

1. Впервые, на основе изучения интерференционных явлений в ближней зоне источника и приемника в условиях предельного мелководья в интервале глубин 0,5 - 5,0 м, обоснована возможность проведения сейсмических работ с неизменной глубиной погружения источника.

2. Разработан, изготовлен и прошел широкое производственное опробование эффективный мобильный комплекс технических средств, впервые обеспечивший получение материалов высокого качества при высокой производительности работ в условиях предельного мелководья акваторий.

3. Разработан оригинальный алгоритм ослабления эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника путем комбинирования сигналов, регистрируемых в каждом пункте приема системой датчиков гидрофон + геофон приемной телеметрической косы системы XZone® Marsh Line.

4. Впервые в отечественной практике сейсморазведки получен куб 3D данных по неширокой реке (на примере р. Вятка) с использованием раскладки донной косы «змейкой».

Практическая значимость и реализация результатов

Разработанная технология успешно применяется при проведении 2D и 3D сейсморазведочных работ компанией ООО «ДОНГЕОФИЗИКА». Объем выполненных ею работ с использованием разработанной технологии в 2007 г. составил около 600 км 2D профилей на территории Нижне-Камского водохранилища, реке Вятка и Северном Каспии и около 30 кв.км 3D работ по р. Вятка. В 2008 г. компанией ООО «ДОНГЕОФИЗИКА» с применением разработанной технологии работ отработано более 1400 км профилей на реках Кама, Вятка и в предельном мелководье Азовского морят (Приложение 1).

Компания «ПГС-Хазар» использует систему XZone® Marsh Line с 2003 г. Разработанные в процессе подготовки диссертации транспортные средства, система позиционирования приемных модулей и суммирование синхронно зарегистрированных (PZ) записей для подавления интерференции волн в ближней зоне приемника с 2007 г. приняты компанией на вооружение и введены в производственную практику. В 2007-2008 гг. с применением и разработанной технологии работ и использованием системы XZone® Marsh Line компанией «ПГС-Хазар» отработано 2200 пог. км 2D профилей и выполнено 1000 кв. км 3D работ (Приложение 2).

Разработанная технология передается компанией «СИ Технолоджи» новым пользователям системы XZone® Marsh Line.

Основные защищаемые положения

1. Технология проведения сейсмических работ с донной телеметрической косой системы XZone® Marsh Line, обеспечивающая эффективное изучение геологических объектов на акваториях в диапазоне глубин водного слоя, равном 0,5 - 5,0 м.

2. Мобильный комплекс технических средств, включающий самоходный понтон-катамаран, оптико-электронный датчик укладки приемных модулей, а также рациональные способы компоновки и перемещения группового источника сейсмических колебаний обеспечивающие в условиях предельного мелководья высокую производительность работ и необходимую точность позиционирования оборудования.

3. Алгоритм суммирования синхронных записей системы датчиков гидрофон + геофон для приемной косы системы XZone® Marsh Line, позволяющий эффективно ослаблять влияние эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника на спектры регистрируемых волн.

Личный вклад автора

1. Обоснована возможность проведения сейсморазведочных работ с неизменной глубиной погружения источника в предельном мелководье в диапазоне глубин водного слоя 0,5 — 5,0 м.

2. При проведении сейсмических исследований в предельном мелководье показана необходимость синхронного приема колебаний акселерометрами и гидрофонами для ослабления искажений динамических характеристик регистрируемых волн из-за эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника.

3. Разработан оригинальный алгоритм комбинирования синхронных записей системы датчиков гидрофон + геофон для системы XZone® Marsh Line.

4. При непосредственном участии автора разработаны новые специальные технические средства, в виде самоходного понтона-катамарана с гребными колесами и оптико-электронного датчика фиксации координат приемных модулей, составляющие основу разработанной современной технологии проведения сейсморазведочных 2D и 3D работ в условиях предельного мелководья с использованием донной телеметрической косы.

5. Обоснована и опробована эффективность замены вертикального накапливания воздействий неподвижного группового грязевого пневматического источника сейсмических колебаний на возбуждение колебаний в процессе его движения с последующим «лабораторным» группированием записей, осуществляемым в процедуре бинирования при обработке данных МОГТ.

6. Автор диссертационной работы осуществлял непосредственное методическое руководство проведением сейсморазведочных работ при полевом опробовании разработанных технико-методических приемов, а также при обработке полученных материалов.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Жгенти, Сергей Анатольевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследования, проведенные в процессе разработки эффективной технологии 2D и 3D сейсморазведки МОГТ для условий предельного мелководья акваторий, позволили получить следующие результаты:

1) На основе исследования условий возбуждения колебаний в условиях предельного мелководья автором показано, что в диапазоне глубин акваторий 0,5 — 5,0 м проведение сейсморазведочных работ возможно с неизменной глубиной погружения источника возбуждения колебаний, что позволило обеспечить производительность работ, сравнимую с аналогичными исследованиями на суше.

2) Разработанный при непосредственном участии автора, мобильный комплекс специальных технических средств, включающий самоходные понтоны-катамараны, оптико-электронный датчик укладки приемных модулей позволяют успешно позиционировать и перемещать сейсморазведочное оборудование по площадям предельного мелководья акваторий.

3) Совокупность технико-методических приемов и технических средств, разработанная лично автором и при его непосредственном участии, позволила создать эффективную технологию проведения 2D/3D сейсморазведочных работ в диапазоне глубин предельного мелководья 0,5-5,0 м с использованием донной телеметрической косы системы XZone® Marsh Line.

4) Алгоритм комбинирования записей системы датчиков гидрофон + геофон, разработанный автором для системы XZone® Marsh Line, позволил обеспечить ослабление эффекта интерференции волн в ближней зоне приемника и тем самым повысить надежность интерпретации получаемых данных.

Дальнейшее развитие технико-методических приемов сейсморазведочных работ планируется осуществлять в направлении разработки необходимых технических средств и методических приемов для создания эффективной технологии 2D и 3D сейсморазведки на участках сочленения транзитных зон с сушей и их продолжения на сушу.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Жгенти, Сергей Анатольевич, Краснодар

1. Акустика дна океана // М., Мир, 1984, с. 452.

2. Архипов A.A. Приемные системы для морской многоволновой сейсморазведки в России. К вопросу о приоритетах // Приборы и системы разведочной геофизики, 2002, № 2,с.16-17.

3. Архипов A.A. К методике сейсмической разведки мелководных и транзитных зон // Приборы и системы разведочной геофизики: Ежеквартальное официальное издание Саратовского отделения ЕАГО, № 1 — 2005 г. с.14-16.

4. Бадиков Н.В., Москаленко Ю.А., Бадиков А.Н., Гуленко В.И., № 3. Пневманический источник сейсмических сигналов «Малыш» // Приборы и системы разведочной геофизики, 2006, с.43-46

5. Бондарев В.И. Сейсморазведка: Учебник для вузов. В трех книгах. Книга 2, с. 105-322, Екатеринбург: Издательство УГГУ, 2006.

6. Боганик Г.Н., Гурвич И.И Сейсморазведка: Учеб. для вузов. — Тверь.: Издательство АИС, 2006, с. 743.

7. Бяков Ю.А., Гуленко В.И. Особенности возбуждения упругих волн в условиях мелководья и переходной зоны суша-море (Научно-методический обзор).-Геленджик, ГП НИПИокеангеофизика, 1999.-е. 60.

8. Гуленко В.И., Карпенко В.Д., Шлыков В.А. Влияние внешнего акустического поля и границ водного слоя на акустические характеристики пневматического излучателя // Разведочная геофизика. 1989. - Вып.110, М.: Недра, 1989, с. 98-105.

9. Гуленко В.И. Невзрывные источники упругих волн для морской сейсморазведки // Обзорная информ. Сер. Геология и разведка морских нефтяных и газовых месторождений. -М.: ВНИИГазпром, 1983. Вып. 4., с. 44.

10. Жгенти С. А. Вперед в будущее или назад к истокам? Новейшее оборудование компании INPUT/OUTPUT, INC делает вопрос о применении группирования дискуссионным // Приборы и системы разведочной геофизики, 2004, №4, с. 13-20.

11. Жгенти С. А, Запорожец Б.В., Лещенко Д.П. Использование синхронного PZ приема колебаний при сейсморазведке в транзитных зонах для подавления интерференции волн в ближней зоне приемника // Технологии сейсморазведки, 2008, № 3, с.46-57.

12. Жгенти С.А., Запорожец Б.В. Опыт применения системы XZone® Marsh Line при 2D и 3D технологиях сейсмических исследований на предельном мелководье транзитных зон // Приборы и системы разведочной геофизики, 2008, № 3, с.32-37.

13. Жгенти С. А, Запорожец Б.В. Технология и опыт применения системы XZone®Marsh Line при 2D и 3D сейсмических исследованиях на предельном мелководье транзитных зон // Технологии сейсморазведки, 2008, № 2, с.81-86.

14. Жгенти С.А. Критерии оптимальности глубины погружения источника сейсмических колебаний // Приборы и системы разведочной геофизики, 2007, № 1, с.54-57.

15. Жгенти С. А., Перегудов Ю.П., Кузнецов В.М. Многоволновая сейсморазведка (МВС) // Приборы и системы разведочной геофизики, 2003, № 3, с. 5-9.

16. Жгенти СЛ., Перегудов Ю.И Новейшее оборудование компании INPUT/OUTPUT, INC делает наземную 3-х компонентную сейсморазведку высокопроизводительной и надежной // Приборы и системы разведочной геофизики, 2003, № 4, с. 13-20.

17. Жгенти С.А. Сбор сейсмических данных и телеметрия переходных зон // Приборы и системы разведочной геофизики, 2005, № 3, с. 10-30.

18. Запорожец Б.В., Лисунов О.М. Особенности регистрации сейсмического волнового поля в мелководных и переходных зонах // Приборы и системы разведочной геофизики: Ежеквартальное официальное издание Саратовского отделения ЕАГО, № 3 2005 г. С. 42-43.

19. Запорожец B.B. Земноводные машины для переходных зон // Приборы и системы разведочной геофизики: Ежеквартальное официальное издание Саратовского отделения ЕАГО, № 1 2005 г. С.27-28.

20. Зверев С.М. Сейсмические исследования на море // Издательство МГУ, 1964, 187 с.

21. Калинин A.B., Калинин В.В., Пивоваров Б.Л. Сейсмоакустические исследования на акваториях // М., Недра, 1983, 204 с.

22. Козырев B.C., Жуков А.П., Короткое И.П., Жуков А.П., Шнеерсон М.Б. Учет неоднородностей верхней части разреза в сейсморазведке. Современные технологии // М.: ООО «Недра-Бизнесцентр», 2003, 227 с.

23. Кропп Э.Я. Морская геофизика на шельфе дальневосточных морей // Геофизика, 2008, № 2, с. 20-24.

24. Лепендин Л.Ф. Акустика: учебное пособие для втузов // Высш. школа, 1978, 448 с.

25. Мануков B.C., Москаленко Ю.А. Источники возбуждения сейсмических волн при морской сейсморазведке за рубежом (обзор зарубежной литературы) // ВНИИОЭНГ, М., 1973, 57 с.

26. Морская сейсморазведка / Под редакцией А.Н.Телегина. М.: ООО «Геоинформмарк», 2004.

27. Ъ2.Мосякин А.Ю. Особенности сейсморазведки в лиманно- плавневой зоне Краснодарского края // Приборы и системы разведочной геофизики, 1/2005, с.40-41.

28. Пузырев H.H. Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию // РАН, Сиб. Отделение, Объед. Ин-т геологии, геофизики и минералогии. Новосибирск, Изд. СО РАН, НИЦ ОИГГМ, 1997, 301 с.

29. Соловъянова И.П., Шабунин С.Н. Теория волновых процессов: Акустические волны: Учебной пособие. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2004,с. 287.

30. Толстой И., Клей КС. Акустика океана // М., Мир, 1969, 301 с.

31. Транзитные зоны акваторий России. Составители: Верба M.JI., Герман Е.В., Григоренко Ю.Н., Зинченко А.Г. // Спб., Недра, 2005, 140 с.

32. Уайт Дж. Э. Возбуждение и распространение сейсмических волн. Пер с англ. // М., Недра, 1986, 261 с.

33. Ходычкин Ю.И., Жгенти С.А., Иноземцев А.Н. Некоторые способы повышения качества данных сейсморазведки на этапе регистрации // ВИЭМС, 1980, № 1, с. 22-31.

34. Хофф Б.Д., Шмелик Ф.Б. Усовершенствованная система регистрации сейсмических данных на мелководье // Нефть, газ и нефтехимия за рубежом, 1982, №6, с. 58-60.

35. Чернявский В.Е., Жгенти С.А. Изучение верхней части разреза и выбор условий взрывного возбуждения для сейсморазведки высокого разрешения // Разведочная геофизика, 1985, № 100.

36. Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка: В 2-х т. Пер. с англ. // М., Мир, 1987, 448 с (т. 1), 400 с (т. 2).

37. Шнеерсон М.Б., Шехтман Г.А. Элементы технологии сейсморазведки в транзитных зонах//Приборы и системы разведочной геофизики, 2005, № 1, с. 5-9.

38. Barr F.J. and Sanders J.I., 1989, Attenuation of water-column reverberations using pressure and velocity detectors in water-bottom cable //Annual Meeting Expanded Abstracts, SEG, 653-656.

39. Carlson D., Long A., Sollner W., Tabti H., Tenghamn R. and Lunde N. Increased resolution and penetration from a towed dual-sensor streamer // December 2007, First Break, v. 25, pp. 71-77.

40. Denis Mougenot. Транзитная зона: последний рубеж сейсморазведки // Приборы и системы разведочной геофизики, 2005, № 1,с. 10-13.

41. Hoffe В.Н., Lines L.R., and Сагу P. W. Applications of OBC Recording // The Leading Edge, 2000, Vol. 19, No 4.

42. Mathias Johansson. The Hilbert transform: Vaxjo University, 1999.

43. Eric V. Gallant у Robert R. Stewart, Don C. Lawton, Malcolm B. Bertram, and Carlos Rodriguez. New technologies in marine seismic surveying: Overview and physical modelling experiments// GREWES Research Report, v.8 (1996).

44. Проспекты отечественных и зарубежных фирм

45. Проспект фирмы «СИ Технолоджи» «Телеметрические системы XZone®». Геленджик, 2006, с.42.

46. Проспект фирмы ФРГ «Prakla-Seismos» GmbH «Shallow Water Surveys», 1983, p.8.

47. Проспект фирмы ФРГ «Prakla-Seismos» GmbH «Bay Cable Equipment», 1986, p.2.

48. Проспект фирм GECO Prakla - Seismos AG «Transition Zone Surveys», 1994 r. p.8.1. Авторские свидетельства

49. Чернявский B.E., Жгенти С.А. Способ сейсмической разведки: А.с. СССР, М. К.л.3 G 01 V 1/00. SU (11) 972425; заявлено 02.04.81; опубл. 07.11.82. Бюл.№41-8с.

50. Чернявский В.Е., Жгенти С.А. Способ сейсмической разведки: А.с. СССР, G 01 V 1/00. SU(11)1104449 А; заявлено 13.07.82; опубл. 23.07.84. Бюл. №27. -8 е., 2 ил.

51. Чернявский В.Е., Жгенти С.А., Свешников А.А. Способ сейсмической разведки: А.с. СССР, G 01 V 1/00. SU(11) 1365004 А1; заявлено 25.12.85; опубл. 07.01.88, Бюл. №1. - 6 е., ил.

52. Чернявский В.Е., Жгенти С.А., Свешников А.А. Способ сейсмической разведки / А.с. СССР, G 01 V 1/00.- SU(n) 1365005 А1; заявлено 25.12.85;опубл. 07.01.88, Бюл. №1. 6 е., 4ил.

53. Чернявский В.Е., Жгенти С.А., Свешников A.A. Способ сейсмической разведки: А.с.СССР, G 01 V 1/00. SU(1I) 1350633 AI; заявлено 25.12.85; опубл. 07.11.87, Бюл. №41.-6 е., ил.

54. Чернявский В.Е., Жгенти С.А., Свешников A.A. Способ сейсмической разведки: A.c. СССР, G 01 V 1/00. SU(n) 1350634 AI; заявлено 25.12.85; опубл. 07.11.87, Бюл. №41.-6 с.,3 ил.

55. Чернявский В.Е., Жгенти С.А., Свешников A.A. Способ сейсмической разведки// A.c. СССР, G 01 V 1/00. SU(I1) 1350632 AI; заявлено 25.12.85; опубл. 07.11.87. Бюл. №41.-6 е., 3 ил.

56. Чернявский В.Е., Жгенти С.А., Свешников A.A. . Способ сейсмической разведки:А.с. СССР, G 01 V 1/00В.Е. SU (1.) 1350631 AI; заявлено 25.12.85; опубл. 07.11.87, Бюл. №41.-6 с.,3 ил.1. Отчеты