Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов

Кострыгин, Юрий Петрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов"

На правах рукоп»

Кострыгин Юрий Петрович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗВИТИЕ ТЕХНОЛОГИИ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЛОЖНЫХ ЗОНДИРУЮЩИХ СИГНАЛОВ

25.00.10 - геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Краснодар - 2003г.

Работа выполнена в ФГУ ГНПП «Спецгеофизика»

Научный консультант: доктор технических наук,

профессор Дембицкий С.И.

Официальные оппоненты: - доктор физико-математических наук

Никитин А А; ■ '"' • ■ - доктор технических наук,'

Жуков А.П.;

- доктор технических наук Коноплёв Ю.В.

Ведущая организация - ОАО «Сибнефтегеофизика» (г. Новосибирск)

Защита диссертации состоится «14» ноября 2003г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.101.09 по геофизике, геофизическим методам поисков полезных ископаемых в Кубанском государственном университете по адресу: 350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, КубГУ, факультет прикладной математики, ауд.140.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Кубанского государственного университета, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149

Автореферат разослан « 10 » октября 2003 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат геолого-минералогических наук

В.И.Гуленко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Основные перспективы развития невзрывной сейсморазведки связываются с широким внедрением способов, предполагающих возбуждение и регистрацию сложных сейсмических сигналов, т.е. протяжённых и достаточно широкополосных сигналов. Использование таких сигналов в сочетании с оптимальной фильтрацией позволяет значительно повысить помехоустойчивость сейсмической разведки по отношению к некогерентным помехам. Наибольший интерес при этом представляют квазигармонические сигналы, обеспечивающие возможность гибкого варьирования спектром возбуждаемых колебаний.

Первые положительные результаты по практическому использованию квазигармонических сейсмических сигналов были получены в США в 1959 - 1960 г.г. (Д.Крауфорд, ВДоти, М.Ли). Фирма «Continental Oil Company» («Сопосо») разработала метод и аппаратуру с торговой маркой «Vibroseis». большой вклад в разработку теории, методики, математического обеспечения и технических средств вибросейсморазведки внесли российские учёные И.С.Чичинин, М.Б.Шнеерсон, А.Г.Асан-Джалалов, В.А.Бабешко, Т.М.Гродзянская, Г.П.Евчатов, Ю.П.Кострыгин, А.И.Лупшец, Ю.П.Лукалшн, А.М.Седин, А.С.Шагинян, В.И.Юшин и др.

В настоящее время вибросейсмический метод получил широкое применение. Этому обстоятельству способствует высокая геологическая эффективность метода, сопоставимая в большинстве случаев с эффективностью сейсмической разведки, использующей взрывные скважинные излучатели. Применение вибросейсморазведки улучшило условия труда, снизило уровень опасности работ и свело к минимуму вред, наносимый окружающей среде. Последнее обстоятельство во многих случаях является приоритетным при выборе способа возбуждения сейсмических колебаний, т.к. в настоящее время экологические службы запрещают проведение буро-взрывных работ в пределах большого числа площадей, перспективных для разведки на нефть и газ. Вместе с тем успехи, наметившиеся в области геологической интерпретации сейсмических материалов, выдвигают весьма жёсткие требования к качеству сейсмических записей. Поэтому исследования, направленные на развитие технологии и повышение геологической эффективности вибросейсмического метода, являются в настоящее время весьма актуальными.

Особое место в невзрывной сейсморазведке занимает способ, основанный на возбуждении кодоимпульсных последовательностей (Г. И. Молоканов, В. В. Ивашин, Ю. П. Кострыгин, И. А. Милорадов, В. И. Роман, Ю. А. и др.). По своему физическому содержанию способ занимает промежуточное место между импульсным и вибросейсмическим методами. Так же, как и вибросейсмический метод, кодоимпульсный метод отличается повышенной помехоустойчивостью по отношению к некогерентным помехам. Вместе с тем техническая реализация кодоимпульсного возбуждения является значительно более простой. Учитывая относительную простоту конструкции и в связи с этим более низкую себестоимость кодоимпульсных излучателей, есть все основания считать, что кодоимпульсный метод будет привлекать к себе всё большее внимание специалистов и найдёт широкое применение в сейсморазведке. Поэтому развитие технологчи кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний, также как и развитие технологии вибросейсмического метода, является, безу

Целью работы является повышение эффективности невзрывной сейсморазведки путём исследования и развития технологии вибросейсмической разведки и кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний.

Основные задачи исследований. 1. Исследование основных динамических характеристик колебательной системы вибратор-грунт в зависимости от условий возбуждения и параметров конструкции вибросейсмических излучателей.

2. Изучение основных особенностей волнового вибросейсмического поля и развитие методики вибросейсмических наблюдений с учётом современного уровня сейсмической разведки.

3. Изучение возможности улучшения динамики вибросейсмических записей, повышения глубинности вибросейсмических исследований и снижения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ путём использования комбинированных и нелинейных развёрток.

4. Разработка способа компенсации искажений волнового вибросейсмического поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта, не требующего резервирования энергии излучателя.

5. Выбор кодоимпульсных сигналов, пригодных для использования в сейсмической разведке, с учетом динамической неустойчивости излучателей.

6. Разработка и исследование фильтров, позволяющих уменьшить мешающее влияние помех корреляционного преобразования, как в ближней, так и в дальней зонах ФВК вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.

7. Оценка необходимой точности представления виброграмм при экспресс-контроле вибросейсмических записей.

Научная новизна работы. 1. Для наиболее полной 3-х массовой модели проведён анализ динамических характеристик гидравлического вибратора.

2. Выполнены исследования доминирующих помех, формируемых при поверхностном возбуждении сейсмических колебаний; большое внимание уделено изучению особенностей волновых полей, регистрируемых при вибросейсмических наблюдениях в условиях Крайнего Севера; сформулированы современные подходы к выбору методики вибросейсмических наблюдений (авт. св. СССР №940095, №1023267, №1539700).

3. Проведено изучение возможности повышения эффективности вибросейсмического метода путём применения комбинированных и нелинейных развёрток; исследована возможность реализации оптимальной фильтрации обнаружения на этапе возбуждения колебаний (авт. св. №1774301, СССР); предложен и исследован способ уменьшения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ путём применения фазового

кодирования для непрерывных последовательностей укороченных вибросейсмических сигналов (патент №2102776, Россия).

4. Исследованы принципиальные возможности использования вибросейсмического метода для решения задач, связанных с прогнозированием геологического разреза. Разработан способ компенсации искажений волнового поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта, не требующий резервирования энергии излучателя (авт. св. №1805411, СССР).

5. Проведён анализ корреляционных функций однополярных и двухполярных импульсных последовательностей с учётом динамической неустойчивости кодоимпульсных излучателей. ''

6. Исследована возможность подавления корреляционного фона в ближней' и дальней зонах ФВК при использовании вибросейсмических и однополярных кодоимпульсных сигналов путём применения фильтров с комплексными передаточными функциями (патенты №2014637, №2014638, Россия). ' '

7. Исследовано влияние разрядности кодирования вибросейсмическ'ой информации на уровень помех корреляционного преобразования при различных параметрах вибросейсмических сигналов, выполнены' исследования минимально допустимой разрядности кодирования виброграмм в зависимости от динамического диапазона записи и отношения сигнал/помеха на исходных виброграммах, а также возможности уменьшения частоты квантования виброграмм при использовании высокочастотных вибросейсмических разверток

Основные защищаемые положения

1. Динамические характеристики колебательной системы вибратор-грунт в зависимости от параметров конструкции излучателей и условий возбуждения колебаний.

2. Основные особенности волновых вибросейсмических полей и оптимизация методики наблюдений с использованием вибраторов.

3. Возможности улучшения динамики вибросейсмических записей путём использования нелинейных и комбинированных развёрток; снижение опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмически^ работ за счёт применения последовательностей кодированных по фазе укороченных частотно-модулированных сигналов.

4. Выбор кодоимпульсных последовательностей, пригодных1 для использования в сейсмической разведке, с учётом динамической нёустойчивости излучателей.

5. Фильтры с комплексными передаточными функциями для подавления помех корреляционного преобразования не только в ближней, но и в дальней зоне ФВК для вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.

6. Возможности достоверного выделения динамических аномалий волнового поля, связанных с залежами углеводородов, по материалам вибросейсмических исследований.

7. Минимальная разрядность кодирования виброграмм при экспресс-контроле первичных материалов и минимальная частота квантования вибросейсмических записей, необходимая для получения качественных коррелограмм.

Практическая ценность работы

1. Полученные динамические характеристики вибросейсмических излучателей позволяют прогнозировать возможные изменения волнового поля, связанные с изменением условий возбуждения колебаний или с переходом на другой тип вибратора, а также могут быть использованы при обосновании необходимых технических характеристик вибросейсмических излучателей.

2. Выполненные исследования волновых вибросейсмических полей и методики наблюдений дают более объективное представление о природе регистрируемых полей и позволяют оптимизировать методику вибросейсмических наблюдений.

з '

3. Проведённые исследования комбинированных и нелинейных разверюк позволяют улучшить динамику колебаний и при необходимости снизить опасность разрушения зданий и сооружений при вибросейсмических работах.

4. Разработанный способ компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний без резервирования энергии вибраторов позволяет более эффективно по сравнению с известными способами компенсации неидентичности использовать энергию излучателя в условиях повышенного мешающего влияния некогерентных помех.

5. Исследования, выполненные в области кодоимпульсного накапливания колебаний, позволяют выбрать кодоимпульсные сигналы с учётом параметров единичных импульсов и с учётом динамической неустойчивости излучателей, приемлемые для использования в сейсмической разведке, и сформулировать требования к кодоимпульсным излучателям

6. Предложенные и исследованные в работе фильтры с комплексными передаточными функциями позволяют уменьшить мешающее влияние корреляционного фона, как в ближней, так и в дальней зонах корреляционных функций вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов и тем самым получить первичные материалы, более пригодные для глубокой геологической интерпретации.

7. Исследования необходимой точности представления вибросейсмических сигналов позволяют более обоснованно определять точность задания вибросейсмических сигналов при создании специализированных вычислительных устройств, используемых для экспресс-контроля вибросейсмических записей, а также для цифровой передачи сигналов по радиоканалу.

Реализация работы в производстве

Основные теоретические и экспериментальные результаты исследований были использованы при разработке аппаратуры, оборудования и методики наблюдений для вибросейсмического и кодоимпульсного методов сейсмической разведки.

Результаты исследований динамических характеристик вибраторов использовались при обосновании характеристик источников СВ-5-150М и СВ-5-150М2. Выполненные исследования необходимой точности представления вибросейсмических сигналов были положены в основу системы контроля вибраторов, серийный выпуск которой был освоен в ПРО «Центргеофизика». Результаты исследований кусочно-линейных развёрток были использованы при создании генератора кусочно-линейных развёрток, серийный выпуск которого был также освоен в ПГО «Центргеофизика». Результаты исследований кодоимпульсного накапливания колебаний использовались при обосновании характеристик серийного кодоимпульсного источника одностороннего действия силы ИКИ-10/40.

Практические аспекты выполненных исследований изложены также в руководствах: «Методические рекомендации по работе с вибросейсмическим комплексом на базе вибратора СВ-5-150», 1981 (совместно с В.М.Косовым и Ф.П.Шепеленко); «Методические рекомендации по проведению работ вибросейсмическим методом с использованием источников СВ-5-150», 1983 (совместно с В.А.Гродзенским, М.Б.Шнеерсоном и др.); «Рекомендации по работам с вибраторами СВ-5-150, составленные на основании исследования основных динамических характеристик колебательной системы «вибратор-грунт», 1984 (совместно с Г.Г.Хачияном и А.Л.Школьницким); «Предварительные рекомендации по применению способа комбинированных сигналов с целью повышения разрегаённости вибросейсмических записей» 1986; «Альбом для выбора кодов при ударно-вибрационном возбуждении сейсмических сигналов», 1987; «Рекомендации

по применению вибросейсмического метода, составленные по результатам экспериментальных исследований, выполненных в 1994-96 г.г. в Губкинском нефтегазоносном районе», 1996.

В ПГО «Центргеофизика» и ПО «Узбекгеофизика» в 1986-1991 г.г. проведено внедрение кусочно-линейных и степенных вибросейсмичсских разверток, способа оптимальной фильтрации обнаружения, реализуемого на этапе возбуждения, способа компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний без резервирования энергии излучателей и ряда других методических приёмов. В ОАО «Краснодарнефтегеофизика» в 1992-1997г. г. внедрены широкополосные логарифмические развёртки и способ снижения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ В ООО «Новосибнефтегазгеофизика» в 2001-2003г.г. при проведении вибросейсмических работ, в Губкинском нефтегазоносном районе При реализации наиболее дорогих в России сейсмических проектов 3-0 внедрены комбинированные развёртки.

Апробация , работы. Основные результаты диссертации' докладывались на международных и республиканских научно-технических конференциях и школах семинарах: Цимлянск, 1980; Гомель, 1985; Коканд, 1985; Москва, 1987; Киев, 1987; Гомель, 1991; Ташкент, 1992, а также на многочисленных совещаниях в производственных организациях Министерства геологии СССР и Министерства нефтяной промышленности СССР, в 1980-1992г.г.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 монографии, 51 статья, получено 8 авторских свидетельств и 3 патента России на изобретение.

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения и списка литературы из 84 наименований. Материал диссертации изложен на 361 странице машинописного текста, включая 151 рисунок и 5 таблиц.

Выполнению работы способствовали творческие контакты с докторами наук М.Б.Шнеерсоном, С.И Дембицким, В.В Ивашиным, Г.П.Евчатовым, Т.Л.Бабаджановым, А.П.Жуковым, кандидатами наук В.А.Гродзенским, В.В.Михайловым, А.И.Лугинцом, В.Я.Лапидусом, И.Г Бинкиным, В И.Романом.

Особо признателен автор генеральному директору ЗАО «Геосвип» А.Г.Асан-Джалалову и генеральному директору ЗАО «Сибнефтегазгеофизика» Б.Ф.Адамовичу за внимание и содействие в работе, а также своим ближайшим коллегам за помощь во внедрении его разработок: В.С.Петрову, А.М.Нтматзянову, Д.Ф.Линчевскому, А.Д.Кравченко, В.Н.Лаптеву, В.И.Дёмину.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕОБХОДИМОЙ ТОЧНОСТИ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

При создании специализированных вычислительных устройств для экспресс-контроля вибросейсмических записей, или же при цифровой передаче вибросейсмических сигналов по радиоканалу, особую важность приобретает вопрос о минимальной разрядности кодирования виброграмм. К настоящему времени опубликовано большое количество работ, посвященных исследованиям взаимосвязи между разрядностью кодирования виброграмм и качеством корреляционных записей (Г.П.Евчатов, Лугинец А.И., М.Б.Рапопорт, А.Л.Малкин, Шнеерсон М.Б., и

др ). Однако в публикациях, как правило, рассматриваются крайне простые и частные модели, что затрудняет формулирование общих закономерностей.

В диссертации исследовано влияние разрядности кодирования виброграмм на особенности динамических характеристик корреляционных записей при различных значениях динамического диапазона импульсных сейсмограмм, при условии существования некогерентных помех, а также при условии существования искажений сигнала в среде и системе вибратор-грунт [1, 2, 38, 39, 53, 56]. Показано, что при малоразрядном кодировании отношение сигнал/помеха на коррелограмме уменьшается главным образом вследствие уменьшения динамического диапазона корреляционного преобразования D(x)

В работе также показано, что если при полноразрядной корреляции и максимальной частоте развёртки, не превышающей 50-60 Гц, изменение периода квантования At от 2 до 4 мс практически не влияет на уровень корреляционного фона, то уже при 3-х разрядном кодировании увеличение At от 2 до 4 мс обуславливает рост помех преобразования на 4-5 дБ при т>2 с. Зависимость D(t) от разрядности кодирования в значительной степени определяется протяжённостью скоса сигнала. При малой разрядности скосы практически не увеличивают D(x). Ослабить интенсивность помех преобразования при малоразрядиом кодировании можно путём увеличения длительности сигнала. Так, прй 'знаковом кодировании увеличение длительности сигналов от б до 20с позволяет уменьшить уровень корреляционного фона при т=2-3,5 с на 6-7 дБ. Интересна связь между D(x) и частотным диапазоном развёртки AF при малоразрядном кодировании информации. В работе показано, что только при большом числе разрядов наблюдается тенденция к уменьшению уровня корреляционного фона с расширением AF.

Достаточно интересен вопрос о возможностях знакового кодирования вибросейсмических записей. На основании исследований, выполненных M Б Шнеерсоном, установлено, что амплитудные соотношения на коррелограммах, полученных при знаковом кодировании, приближаются к истинным соотношениям по мере увеличения интенсивности случайных помех. В данной работе показано, что при динамическом диапазоне импульсных сейсмограмм D3 =38 дБ и отношении сигнал/помеха на виброграмме р-0,1 подмешивание случайных помех при знаковом кодировании позволяет восстанавливать амплитудные соотношения на коррелограммах с точностью не хуже 5-10% По мере уменьшения D, относительная интенсивность помех, необходимая для восстановления амплитудных соотношений, уменьшается. Если считать, что удовлетворительное выделение сигнала возможно при отношении сигнал/помеха на коррелограмме т>4, то в соответствии с выполненными исследованиями знаковое кодирование применимо при D, <20 дБ, если р~0,1 или D3 <14 дБ, если р*Ю,2. Четырёх разрядное кодирование применимо при D3 <35 дБ. Если же D3 >35 дБ, то 4-разрядного кодирования виброграмм может быть недостаточно для получения качественных коррелограмм. В этом случае для экспресс-контроля необходимо 5-6 разрядное кодирование исходной информации.

Одна из основных тенденций развития вибросейсморазведки заключав! ся в применении все более высокочастотных сигналов. Вместе с тем период квантования сейсмограмм At за последние 10-15 лет в основном не меняется и, как правило, составляет 2 мс. В ряде случаев это не соответствует сложившимся представлениям о необходимых соотношениях между максимальной частотой регистрируемых

колебаний и дискретностью At. С учетом случайных помех на входе преобразователя, а также с учётом помех квантования величину отношения сигнал/помеха на виброграмме можно оценить из выражения [2, 29]

AOM,ya=l/V<jn2+[At2(o2/(8-2)]2=l/7l/p2+6.05AtY, (1)

где а„2и р дисперсия случайной помехи и отношение сигнал/помеха на входе преобразователя соответственно

Пусть р=1, At=4 мс, тогда при изменении f от 10 Гц до 90 Гц АсигУа, рассчитанное с применением выражения (1), уменьшается на виброграмме, менее чем на 5%. Подобные рассуждения дают основание допускать возможность применения в вибросейсморазведке периода дискретизации виброграмм, несколько превышающего величину l/4f. Однако очевидно, что в таком случае следует к минимуму свести ошибки квантования коррелограмм. Для этого на стадии машинной обработки можно, например, искусственно удвоить частоту квантования виброграмм путём интерполяции соседних дискретов и расчёт коррелограмм производить уже с использованием частоты квантования в 2 раза большей, чем на исходных виброграммах. Для проверки такого предположения автором были проведены специальные модельные, а также оиьино-Mei одические исследования [2, 29]. При профильных работах применялись широкополосные кусочно-линейные развёртки, амплитудный спектр ФАК которых в диапазоне частот 15-90 Гц увеличивал свои значения в 4 раза. Виброграммы формировались с периодом квантования 2 мс и 4 мс. Кроме того, путём интерполяции соседних отсчётов, виброграммы, полученные с дискретностью 4 мс, были преобразованы в виброграммы с дискретностью 2 мс. Интерполяция осуществлялась ,цо формуле Лагранжа. На основании анализа полученных полевых и модельных материалов было показано, что искусственное удвоение частоты квантования виброграмм путём интерполяции отсчётов позволяет без ущерба дня качества работ увеличить период квантования исходных виброграмм в соответствие с условием At<l/(2,8fmax).

2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВИБРАТОР-ГРУНТ

К настоящему времени опубликован ряд работ, посвяшённых теоретическим исследованиям колебательной системы «вибратор-грунт» (М.Б.Шнеерсон, В.В.Майоров, А.Д.Кравченко и др.). Однако авторы, как правило, ограничиваются исследованием динамики движения опорной плиты и не рассматривают особенности движения инерционного груза. Более того, в основном, при расчётах используются упрощённые 2-х массовые модели, включающие инерционный груз и опорную Плиту и не учитывающие ' влияние на колебательный процерс транспортного средства вибратора. Следует также заметать, что в настоящее время в системах коррекции возбуждаемых колебаний современных вибросейсмических комплексов в качестве сигнала обратной связи используется, так называемый форс-сигнал (force-signal), т.е. разновесовая сумма ускорений опорной плиты и

инерционного груза. В связи с эти вопрос о динамике инерционного груза наряду с динамикой опорной плиты также представляется достаточно важным.

В диссертации теоретические исследования динамики гидравлического вибратора выполнены с использованием наиболее полной 3-х массовой модели. В качестве исходных уравнений были взяты уравнения движения опорной плшы, движения инерционной массы, а также транспортного средства [2, 43].

Уравнение движения опорной плиты вибратора соответствует уравнению:

шГ1 г„,+ {„ г,,,-* г„ (7,Н|+ гп1) + + к,( ^„-г,,) + ки( г.п+г«,) =( т„+

ши+тпТ)8 + Р08тсо1, (2)

где - коэффициент демпфирования для системы опорная плита-грунт, {и -коэффициент демпфирования цилиндропорш невой пары; к ки к, - коэффициенты упругости для грунта и систем инертная масса-опорная плита, транспортное средство-опорная плита соответственно; Ъ - смещение вдоль выбранной оси; т„, ти тТ -массы плиты, инерционного груза и транспортного средства.

Уравнение (2) для удобства записи и анализа преобразуется к следующему уравнению в операторной форме'

(Р2/а)о12+ а, Р/©„1+ 1) = Ъ ^шоМ -(А2+ а2 Р/ ю01 ) 2И+А, ^ (3)

где со012= =кпит / тп; а,=€ПЙ / Vк,Ш1тп ; Ъ\= Р0/ к„ИТ; сс2= V к,1ИТш„ ;

А, = кт / к,1И1; А2 = ки / кпит; ^ = + кшт= к + ки + кт; Р= (1/(11.

Операторные передаточные функции для рабочей плиты по соответствующим неременным имеют вид

\Угпг1(Р) = 1 / (Р2/юо12+ а, Р/со01+ 1),

^^(Р) = -(Аг+ а2 Р/ ю01 ) / (Р2/со012+ а, Р/юш+ 1), (4)

А, / (Р2/со012+ «1 Р/шо1+ 1).

Аналогичным образом определяются уравнения в операторной форме для инерционного груза и массы транспортного средства.

Система уравнений в операторной форме для опорной плиты, инерционного груза и массы транспортного средства определяет динамику силовой части вибратора. С учётом передаточных операторных функций указанные уравнения преобразуются в более компактную систему

г„ = ТУзд^г^Шо* + \Угпг„(Р)г„ + ЧУг^Р^,

г„ = \У:г„г2(Р)228т<1* + Wz„zп(P)Zп, (5)

:г1=\Уг12п(Р)2п,

Решив эту систему относительно смещения опорной плиты вибратора, найдём временную функциональную зависимость [2] г„= СЗадСР) г^то*, (6)

где Огпг,(Р)= Wznz,(P) / [ 1 - Шзд,(Р) WzигП(P) -

-ЛУгЛ(Р) + \У2пгй(Р) у / [ 1 - \У2„2И(Р), Ш2„2П(Р) ~

\\Ъ„21(Р)\\':гт2п(Р)] - операторная передаточная функция системы для параметра по переменной г^тсП; у= 22/ 2\-=кпт / к„ - безразмерный коэффициент. ,,, ,

Перейдя от операторной передаточной функции (6) к соответствующей,,,ей частотной передаточной функции и выделив модуль последней, получим амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) системы для параметра Ъп по переменной г^тсо! [23].

Аналитическое выражение АЧХ излучающей плиты вибратора Нп(га) определяется следующей функцией

Н„(ш) = V [Pj2 р22 та4- (Р,2+ сцс^Р.Рг- Ya204p2)ro2f + [(сс3р, -

- уа2) ш -(щр,2р2+ а,р,р22 - уа2р22) ®J2 / л/[( 1 - А, - А2) - p,2p2V' + ,

+(р22+ а,а,р,р22+ Р!2 р22 + а3 а,Р, р2+ аю4р,2р2+ р,2 - а2 а3р,р22)ш4-(3г2+

+а|,а4Р2+аз ct4Pi Р2 +aia^Pi + Pi2+А2р22-агОаРг - A2ai oupi р2-а2 аэР(- , ■

-А,р,2+1)ш2]2+[(а3 р,р22 + а,р,2 р224 a,Pi2p2) га5 -(а,р22 + а33,р22+а., р2 +

+aia!a4pi р2 + сцР^Рг + a3Pi + aiPi2 - а2р2' -A2<x3PiP22 - а2 а? OiP, р2) +

+ (щ р2+ ai + a3Pi - Агщ р2 - а2 - А2а3р, - A,a,Pi) ш]2, (7)

где Pi=woi / соо2; Р2=сош / со0< - константы, характеризующие соотношение собственных частот элементов системы; та=ш/соог относительная частота (безразмерная частота)

При практическом использовании выражения (7) дополнительно применялись известные из механики грунтов формулы для определения коэффициента упругости грунта к и коэффициента демпфирования f„ в контактной зоне между штампом и грунтом (Хархута Н.Я, 1973):

к =[ 1.13 Е / (1 - р2)] "VS-, (8)

(1 / 2 ) УркБл/гГ , (9)

где Е - модуль Юнга; д- коэффициент Пуассона; Б - площадь опорной плиты, контактирующая с грунтом; р- плотность грунта.

Аналогичным образом в работе были определены амплитудно-частотные характеристики для инерционного груза и массы транспортного средства.

Анализ полученных зависимостей свидетельствует о том, что с увеличением инертной массы в области низких частот наблюдается существенное повышение интенсивности колебаний плиты. Поэтому чрезмерное увеличение инертной массы является нежелательным. При увеличения тп АЧХ смещения плиты становятся более равномерными за счет относительного уменьшения резонанса в области низких частот, формируемого главным образом инерционной массой. Значительное влияние параметров тп и ти на форму АЧХ вибратора для смешения инерционного груза отмечается, в основном, на низких частотах, в области

резонанса. При этом резонанс системы для инерционного груза смещается влево по мере увеличения т„ и ти. В большой степени форма АЧХ зависит 01 параметров кн и !"„. При увеличении ки и уменьшении !:и значения АЧХ для инерционного груза возрастают, а сама характеристика системы становится более высокочастотной. Важно .отмстить, что АЧХ для инерционного груза существенно более низкочастотная по сравнению с АЧХ для опорной плиты. В работе показано, что низкочастотный резонанс смещения транспортного средства может • существенно возрастать при увеличении массы инерционного груза, а также при уменьшении массы и площади опорной плиты. Очевидно, чго чрезмерное усиление резонансных свойств колебательной системы для транспортного средства является крайне не желательным, т.к. приводит к снижению надёжности излучателей и ухудшению условий работы операторов.

Наряду с теоретическим анализом колебательной системы вибратор-грунт автор одним из первых в СССР приступил к проведению экспериментальных исследований динамических характеристик вибросейсмических излучателей [1, 2, 32, 34, 48, 54] В работе показано, что по мере увеличения жесткости грунта резонансная частота и полоса пропускания АЧХ системы вибратор-грунт для опорной плиты смещаются в сторону верхних частот Так, для вибратора СВ-5-150М в условиях пахоты полоса пропускания на уровне 0.7 соответствовала диапазону 17-27 Гц, для грунтов средней жёсткости 14-42 Гц и для грунтов повышенной жёсткости 18-81Гц.

Существенное влияние на качество материалов могут оказывать нелинейные искажения, возникающие в процессе возбуждения колебаний. В работе показано, что существует тенденция к увеличению коэффициентов нелинейных искажений у„ по мере возрастания жёсткости грунта. Так, в диапазоне частот от 12 до 30 Гц максимальные значения коэффициентов ун, для вибратора СВ-5-150М

достигали для пахоты 30%, для грунтов средней жёсткости 16-60 % и для жёстких грунтов 50-175 %. В условиях грунтов пониженной и средней жёсткости нелинейные искажения сравнительно устойчиво возрастают по мере уменьшения частоты основной гармоники от 30 до 6 Гц. При увеличении нелинейных искажений в системе вибратор - грунт, происходит уменьшение динамического диапазона преобразования сигналов. По этой причине при перемещении вибратора СВ-5-150М с грунта средней жёсткости на гравийную дорогу корреляционный фон в дальней зоне ФВК, при х = 3.0 - 3.5с, возрастал на 12 - 15 дБ.

Интересным представляется вопрос о том, в какой степени последние, наиболее значимые модернизации вибраторов повлияли на качество сейсмических материалов Для того чтобы ответить на этот вопрос автором в условиях Прикаспийской впадины были проведены сравнительные испытания одного из первых отечественных вибраторов СВ-10-180 и одного из лучших зарубежных вибраторов МЕЯТг-18Р/612А90 [34]. Вибратор СВ-10-180 был оснащён отечественной системой управления, обеспечивающей лишь фазовую коррекцию возбуждаемых колебаний. Вибратор МЕЮК-18Р/612А90 был оснащен системой управления Е4ШРО, разработанной фирмой БЕКСЕЬ и обеспечивающей не только фазовую, но и амплитудно-частотную коррекцию колебаний.

Испытания показали, что несмотря на то, что вибратор МЕЯТ2-18Р/612А90 является значительно более современным'и дорогим излучателем и обеспечивает возбуждение существенно более «чистых» и более высокоамплитудных сигналов,

результирующие сейсмические материалы, полученные с использованием' этого источника, практически не отличаются по качеству от материалов, полученных с применением вибратора СВ-10-180. Такая ситуация объясняется прежде всего особенностями постановки задачи по созданию сейсмических вибраторов!1 В настоящее время «заказчики», т.е. геофизики, указывают на необходимость разработки «широкополосных вибраторов», подразумевая под этим вибраторы, которые в широком диапазоне частот обеспечивают одинаковое усилие на грунт. Следует отметить, что разработанные вибраторы в основном соответствуют исходным требованиям, предъявляемым к понятий «широкополосный вибратор». Однако в сейсморазведке, в основном, применяются датчики скорости смещения, и уже поэтому, так называемый «широкополосный вибратор», при возбуждении ЛЧМ-сигналов, позволяет получать относительно низкочастотные колебания. В работе показано, что при использовании ЛЧМ-сигналов,. качество вибросейсмических записей можно довести до уровня взрывных сейсмограмм если резонанс системы вибратор-грунт соответствует области 50-60 Гц; при этом на частоте резонанса значения АЧХ системы вибратор-грунт должны приблизительно е 2 раза превышать значения характеристики на частоте 30 Гц [32].

3. ОСОБЕННОСТИ ВОЛНОВЫХ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

■л 1 1" ■

I * * 1

В Советском Союзе изучение волновых полей, возбуждаемых поверхностными излучателями, было проведено М.Б.Шнеерсоном, А.И.Лугинцом, Г.П Евчатовым и рядом других учёных. Многочисленные исследования автора, выполненные в различных регионах Советского Союза, позволили составить более полное представление о характере волновых полей, формируемых при поверхностном возбуждении колебаний [2, 14, 17, 21, 22, 26, 47, 60]. Повсеместно при поверхностном возбуждении колебаний наиболее интенсивными и многофазными помехами являются вторые и третьи гармоники волн Рэлея (Я). Эти ' волны характеризуются ■ кажущимися фазовыми скоростями - Ук=300-700 м/с, преобладающими частотами 11-20 Гц и коэффициентами поглощения а=(2-7)'10" V1. Указанные помехи в основном формируются в нижней водонасьпценной части ЗМС и- поэтому даже на участках барханного рельефа они уверенно прослеживаются на удалениях от источника до 3-4 км. Установлено, что амплитуды вторых и третьих гармоник волн Рэлея в значительной степени определяются мощностью ЗМС. Так, в условиях однородной зоны при уменьшении мощности ЗМС от 20 до 2 м интенсивность доминирующих волн рэлеевскогб' типа возрастает более чем в 10 раз. Поэтому при поверхностном возбуждении колебаний, видимо, не всегда уменьшение мощности ЗМС следует однозначно воспринимать как признак улучшения поверхностных сейсмогеологических условий. В отличие от рассмотренной помехи первая гармоника волны Рэлея в основном существует в области, примыкающей к границе земля-воздух. Указанная помеха характеризуется кажущимися фазовыми скоростями Ук = 100-250 м/с и повышенными значениями коэффициентов поглощения (а > 25-10"эм По этой причине такие волны уже при выносах 100-150 м практически не наблюдаются на записи.

Для многослойной мощной ЗМС веер низкоскоростных помех расширяется1'за счёт обогащения сейсмического поля дополнительными типами волн. Значительную роль при этом играют волны с поперечной псйтяризацией колебаний. Так, широкое

распространение имеют волны распространяющиеся в самой верхней части ЗМС и отождествляемые с волнами Лява, несущими только горизонтальное смещение и характеризующимися кажущимися фазовыми скоростями 240-300 м/с, преобладающими частотами 11-14 Гц и коэффициентами поглощения (12-24) -Ю'^м

Наряду с волнами Лява на записях, получаемых с невзрывными источниками, в ряде случаев можно наблюдать и другие типы волн с поперечной поляризацией колебаний. Так, в сейсмогеологических условиях с повышенными значениями вертикального градиента скоростей в верхней части разреза при поверхностном возбуждении колебаний формируются интенсивные рефрагированные волны с поперечной поляризацией. Такие волны прослеживаются на расстоянии до 3 км от излучателя и характеризуются преобладающими частотами 15-25 Гц

Выполненные автором исследования свидетельствуют о том, что кажущиеся фазовые скорости низкоскоростных поверхностных помех увеличиваются на 0,335,55% с понижением частоты на 1 Гц Наименьшей дисперсией характеризуются помехи, зарегистрированные в условиях однородной маломощной ЗМС, наибольшей - в условиях многослойной ЗМС.

Помимо существенного усиления мешающего влияния низкоскоростных волн при поверхностном возбуждении заметно возрастает амплитуда колебаний, преломлённых • от подошвы ЗМС. Встречая на своем пути резкие акустические границы, связанные с оврагами, плоскостями дизъюнктивных нарушений, долинами рек и т.д., указанные волны претерпевают отражения и возвращаются под разными углами к профилю, формируя интенсивные вторичные помехи. Такие помехи широко распространены, например, в предгорьях Северного Кавказа, в адырных зонах Таджикистана и Узбекистана и в ряде случаев являются доминирующими.

При сейсмических исследованиях с применением невзрывных излучателей значительное мешающее влияние на полезную запись могут оказывать микросейсмы. Микросейсмы, регистрируемые вдали от промышленных объектов в открытом поле, характеризуются слабой коррелируемостью колебаний и относительно равномерным распределением спектральной плотности. Радиусы корреляции микросейсм в этом случае не превышают 40-50 м, а закон распределения амплитуд можно аппроксимировать нормальным законом с вероятностью 0,7 - 0,98. Микросейсмы с повышенными радиусами корреляции, оказывающие наибольшее мешающее влияние, характерны для участков, прилегающих к лесным насаждениям, берегам рек, промышленным объектам. В работе показано, что по своей физической природе такие помехи в основном тождественны наиболее интенсивным поверхностным волнам Понимание природы некогерентных помех позволяет в тех или иных условиях прогнозировать относительный уровень и спектральный состав таких помех. Так, например, автором показано, что при маломощной ЗМС одновременно с увеличением амплитуды доминирующих волн Рэлея наблюдается значительное повышение интенсивности и микросейсмических колебаний.

В настоящее время наиболее крупные вибросейсмические проекты связаны с площадями, расположенными на Крайнем Севере. Однако до недавнего времени информация об особенностях волновых вибросейсмических полей, формируемых в условиях Крайнего Севера, была весьма ограничена. Существующий пробел был в значительной степени восполнен в результате исследований, проведённых автором [2, 14, 17, 22, 26]. Выполненные исследования свидетельствуют о том, что в

условиях Крайнего Севера доминирующие изменения вибросейсмического, поля в пространстве коррелируются с расположением гидрографической сети. 'Гак,, при переходе вибраторов с суши на лёд, при условии не полного промерзания водоема, происходит существенное ухудшение качества записей. Физически это объясняется тем обстоятельством, чю слой льда, расположенный на водной поверхности, мржно рассматривать, как эквивалент пружины относительно малой жесткости. В-связи с этим при установке вибраторов' На льду амплшудно -' частотная характеристика колебательной системы излучателя смещается в низкочастотную область, что обуславливает'значительное смещение спектра возбуждаемых колебаний в сторону низких частот и снижение информативности записи Интересно отметить,,,что,при полном промерзании водоёмов перемещение вибраторов с суши на лёд практически не приводит к изменению качества сейсмограмм. Последнее, обстоятельство подтверждает предположение о том, что аномальные изменения волновых полей, наблюдаемые при перестановке вибраторов с суши на лёд, связаны главным образом с особенностями частотных характеристик системы лед-вода и в меньшей степени зависят от акустических свойств придонных осадков.

Ухудшение качества записей происходит также в результате смещения с суши на лёд расстановки сейсмоприёмников. При этом эффект, связанный р переходом расстановки сейсмоприёмников на лёд, 'не ограничивается ухудшением динамики отражений. Весьма характерным для интервалов расстановки, совпадающих с водоёмами, является формирование вторичных помех преломлённых в верхней части разреза и характеризующихся знакопеременными кажущимися скоростями. Указанные помехи, как правило, доминируют на записи.

Весьма интересной с практической точки зрения является оценка взаимосвязи между мощностью снежного покрова и качеством вибросейсмических записей. Результаты выполненных исследований свидетельствуют об отсутствии устойчивой связи между мощностью снежно1 о покрова и качеством сейсмограмм при увеличении мощности снега от 5 до 105 см. Вместе с тем выполненные исследования показали, что интенсивность возбуждаемых колебаний существенно зависит от степени уплотнения снега под плитой вибратора. Так, при общем времени уплотняющих вибрационных воздействий, равном 96 с, интенсивность регистрируемых колебаний, а следовательно и помехоустойчивость сейсмического метода, повышалась в 2 - 3 раза. Выполненные исследования свидетельствуют также о том, что качественная накатка профилей необходима не только для того, чтобы повысить уровень сейсмических колебаний, но и для уменьшения искажений сигналов. В работе показано, что вследствие некачественного уплотнения снега фазовые искажения сигнала могут превышать 25°, неравномерность же силовой амплитудно-частотной характеристики в полосе частот развёртки может достигать 10 дБ. Столь значительные искажения, возникающие при установке вибраторов на рыхлом снегу, приводили к -2-х кратному увеличению корреляционного фона, как в ближней, так и дальней зонах ФВК.

Волновое поле помех, также как и поле полезных колебаний, в условиях Крайнего Севера отличается рядом специфических особенностей. Так, к помехам, характерным для районов Крайнего Севера, относятся помехи, возникающие' в результате растрескивания льда. Импульсы от растрескивания льда могут возбуждаться самопроизвольно с достаточно высокой частотой следования при температурах ниже -30° [22]. В некоторых случаях их интенсивность в 100-200 раз превышает амплитуду наиболее интенсивных колебаний, соответствующих преломленным от подошвы ЗМС волнам. В результате корреляционной' бвёртки

импульсов от растрескивания льда с опорным сигналом на коррелограммах формируются высоко-амплитудные обращенные вибросейсмические сигналы.

При виброссйсмических наблюдениях в условиях Крайнего Севера значительное мешающее влияние могут оказывать также помехи, имеющие вид высокочастотного нерегулярного фона. Указанные помехи формируются, в основном, на участках распространения геоморфологических форм типа песчаных грив. Проведённые автором исследования, свидетельствуют о том, что природа таких помех связана с волноводными явлениями в приповерхностной части разреза, ограниченной сверху слоем сезонной мерзлоты. Встречая на своём пути акустические неоднородности волноводные помехи претерпевают отражения и возвращаются под разными углами к линиям наблюдения, формируя, таким образом, вторичные колебания, регистрируемые в виде высокочастотного нерегулярного фона.

Достаточно интересным с практической точки зрения представляется вопрос о влиянии шероховатости грунта на параметры вибросейсмических сигналов. Особое значение этот вопрос приобретает при проведении наблюдений на площадях, расположенных в тундровой зоне. Так, на начальных стадиях зимнего периода тундра во многих случаях представляет из себя ландшафт, состоящий из бесчисленного числа кочек. При этом существующие на сегодня экологические требования запрещают в условиях тундры сглаживать поверхность профиля путём срезания приповерхностного слоя грунта. Поэтому значительный объём наблюдений в условиях Крайнего Севера проводится при установке вибраторов на кочках, т.е. на грунте, отличающемся повышенной шероховатостью.

Автором на основании решения уравнений динамики, составленных для 3-х массовой модели излучателя, был выполнен теоретический анализ АЧХ системы вибратор-грунт в зависимости от шероховатости грунта [17]. Вычисления выполнялись с использованием уравнений (7, 8, 9). Путём замены в выражении (7) коэффициентов к и выражениями приведенными в правых частях равенств (8) и (9), а также путём замены параметра Б параметром Б*, были рассчитаны АЧХ системы вибратор-грунт при различных значениях шероховатости Ь. Здесь

Ь= (Эп - 8КУ Бп,

где Б,,- площадь плиты; Б« - площадь плиты, контактирующая с грунтом

При расчётах параметры конструкции вибратора задавались с учётом особенностей арктического вибратора СВС24/РС27: ши=4000кг; тп=2500кг; тТ=25000кг; 5п=2.7м2. Физико-механические свойства грунта определялись параметрами: Е=5-107н/м2; р=1600кг/м3; |!=0.3. Остальные параметры модели задавались по аналогии с' работой [2]: {н =0.2 -105 н-с/м; 1у=1.2104н-с/м; Ки=0.5-106н/м; к,=Ы06н/м. Для выбранной модели ширина полосы пропускания на уровне 0,7 уменьшалась на 17% при шероховатости грунта Ь=0,2; на 33% при 1^=0,4 и на 54% при Ь=0,6. С увеличением шероховатости грунта частота резонанса системы плавно, на единицы герц, смещалась в область низких частот (см. рис. 1).

Теоретический анализ системы вибратор-грунт свидетельствует также о том, что с ростом шероховатости грунта в полосе пропускания АЧХ происходит увеличение абсолютных значений амплитуды колебания плиты. Указанное обстоятельство является достаточно важным, т.к. позволяет предположить, что возможное ослабление амплитуды возбуждаемых колебаний при установке вибраторов на шероховатом грунте, связанное с уменьшением излучающей поверхности плиты, будет не значительным, т.к. будет частично компенсироваться увеличением

• « » • i 1 амплитуды колебаний плигы. Вместе с тем, учитывая возможность увеличения амплитуды колебания излучающей плиты в условиях шероховатого ipyma, исполнители работ должны быть готовы уменьшить динамические нагрузки на грунт для тою, чтобы процесс возбуждения колебаний не вышел.бы за пределы упругих деформаций груша.

Hn(f)

25 -

Рис. 1. Теоретические графики АЧХ вибратора для излучающей плиты

1 - Ь=0; 2 - Ь=0,2; 3 - Ь=0,4; 4 - Ь=0,6 /..,..

Эксперименты по оценке влияния шероховатости грунта на параметры' возбуждаемых колебаний были выполнены под руководством автора на Западно-Губкинской площади. Работы проводились ЗАО «Сибнефтегазгеофизика» по заказу ОАО «Роснефтъ-Пурнефтегаз». Регистрация осуществлялась системой «1при1/0и1рш:-2000». Для возбуждения колебаний использовались 3 вибратора СВС24/РС27, разработанные на предприятии «Геосвип» и развивающие номинальное динамическое усилие на грунт 276кН. При проведении экспериментов сейсмические наблюдения выполнялись дважды: в первом случае вибраторы располагались на ненарушенном грунте (на кочках, Ь=0.5-0.6), во втором смещались на 3-5м перпендикулярно линии профиля и устанавливались' на1' специально подготовленных площадках с плоской поверхйбетью. Выравнивание поверхности на таких площадках осуществлялось' путём срезания приповерхностного слоя грунта бульдозером. Сравнительный айализ полученнык', таким образом сейсмограмм, свидетельствует о том, что при переходе на шероховатый грунт регистрируемые сигналы практически не изменяются по интенсивности, однако становятся более узкополосными и по этой причине, более многофазными и менее разрешёнными. При установке вибраторов на шероховатом грунте относительный уровень отражённых волн в полосе частот 10-15-' Г^1' уменьшался на 30-55%, в области же более высоких частот, в диапазоне 45-50 Гц на 60-70%. Полученные результаты эксперимента физически вполне объяснимы результатами выполненного теоретического анализа.

4. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ

НАБЛЮДЕНИЙ

Значительный вклад в разработку методики вибросейсмических наблюдений внесли российские ученые И.С.Чичинин, М.Б.Шнесрсон, Г.П.Евчатов, Ю.П.Кострыгин, И.Б.Крылов, А.И.Лугинец, Ю.П.Лукашин, В.Л.Менькович и др.

Выбор частотного диапазона развёрток является одним из наиболее ответственных моментов при определении методики вибросейсмических наблюдений [1, 2, 35, 36]. Особенно большое внимание этому вопросу уделялось на начальной стадии развития метода, когда при проведении работ использовались относительно маломощные вибраторы. Сейсмические записи, получаемые при использовании таких излучателей, отличались во многих случаях недостаточно высоким отношением сигнал/помеха. Поэтому основные принципы выбора частотного диапазона ЛЧМ-развёрток учитывали острую необходимость максимально эффективного использования энергии вибросейсмических установок. Для этого перед проведением профильных наблюдений автором рекомендовалось предварительно осуществлять расчет совокупных частотных характеристик среды и системы вибратор-грунт Нф, и правую частоту ЛЧМ-развертки Ртцч принимать равной верхней граничной частоте характеристики Н (I) на уровне »0.1

В настоящее время для возбуждения колебаний используют, в основном, более мощные вибраторы, развивающие динамические усилия на грунт до 200-300 ■ 103 кН. Это обстоятельство в большинстве реальных ситуаций позволяет использовать развёртки с ДБ, превышающей ширину полосы пропускания характеристики Н(1).

Автором на примере исследований, выполненных на месторождении Самотлор, сформулированы современные принципы выбора частотных диапазонов вибросейсмических развёрток. Исследования выполнялись с применением 2-х вибраторов СВ-27/150-362, разработанных на предприятии «Геосвип» и развивающих динамическое усилие на грунт »270 -103 кН. В конкретных условиях полоса пропускания характеристики Н на уровне 0.1 для целевых отражений баженовской группы была ограничена справа »40-45 Гц. Поэтому можно было предположить, что в условиях Самотлора реальное повышение качества первичных материалов представляется возможным в результате расширения частотного диапазона развёртки вправо до »45-50 Гц. Действительно, на основании сравнительного анализа исходных вибросейсмических материалов, был сделан вывод о том, что смещение Ршах от 48 Гц до 90 Гц не позволяет хотя бы в малой степени улучшить качество коррелограмм. Таким образом, если бы выбор параметров методики осуществлялся бы на уровне первичных материалов, значение Ртах можно было бы ограничить частотами, равными 45-50 Гц. Подобный подход к выбору АР в настоящее время не приемлем. Это связано, в частности, с тем, что практически все сейсмические проекты, составленные в последние годы, предполагают решение чрезвычайно тонких динамических задач с целью определения геологических, а зачастую и гидродинамических моделей залежей. Поэтому следует учитывать, что как ни мала энергия целевых отражений на частотах, расположенных правее 50 Гц, многократное суммирование колебаний по алгоритму ОГТ приводит к некоторому повышению отношения сигнал/помеха в области верхних частот. При этом применение процедур обратной фильтрации смещает граничную частоту спектра колебаний вправо. Так, в условиях месторождения Самотлор при 24-кратном суммировании по алгоритму ОГТ коррелограмм, полученных с использованием ЛЧМ-развёрток (ДР= 10-90 Гц),

верхняя граничная частота эффективной полосы спектра полезных колебаний смещалась в область ~70 Гц, г.с. на 20-25 Гц правее относительно значения аналогичного параметра, рассчитанного по первичным коррелограммам. Поэтому в конкретных условиях с учётом конусности по краям вибросейсмических сигналов, верхняя частота ЛЧМ-развертки должна приниматься равной =75 Гц Таким образом, при современном развитии сейсмической разведки значения Ртач представляется возможным определять лишь на основании спектрального анализа отражений на уровне временных разрезов ОГТ, рассчитанных с использованием коррелограмм, полученных с применением широкополосных ЛЧМ-развер ток. ■ "

Эффективность метода зависит также от выбора Р,11Ш До недавнего времени в нашей стране при проведении вибросейсмических наблюдений в качестве предельно малого допустимого значения Ртга, как правило, принималось Р1ШИ= 10-20 Гц [48, 54]. Это было связано с тем, что для вибраторов СВ-5-150, СВ-10/100 и СВ-10/180 начиная именно с частоты ■ Рт;п=10-20 Гц уменьшаются нелинейные искажения и улучшается работа системы фазовой коррекции. Современные вибросейсмические комплексы обеспечивают качественное возбуждение колебаний не только на высоких частотах, но и в интервалах аномально низких частот. Поэтому в настоящее время появились возможности расширения спектра возбуждаемых колебаний в область низких частот. Исследования, выполненные автором на месторождении Самотлор, свидетельствуют о том, что смещение, Гшш в область 6-8 Гц позволяет заметно улучшить динамическую выразительность записи и снизить уровень корреляционного фона. Наибольший эффект от смещения РП1П в область 6-8 Гц отмечается в условиях низкочастотных грунтов.

Для реализации многоэлементного группирования излучателей не обязательно располагать большим числом вибраторов. Если имеющееся количество излучателей меньше необходимой элементности группирования, полный цикл накапливания осуществляется в несколько этапов с перестановкой вибраторов по профилю. Такую технологию принято называть динамическим группированием. Весьма эффективно динамическое группирование в условиях Западной Сибири. Это связано с тем, что для Площадей Западной Сибири поверхностные условия чрезвычайно изменчивы. Поэтому даже в пределах площадей, которые в целом характеризуются благоприятными поверхностными условиями, как правило, существуют участки, отличающиеся низким качеством сейсмограмм. Вместе с тем современная технология сейсморазведки обычно не предполагает коррекции параметров группирования сейсмоприёмников в процессе проведения работ. Т.е. динамйческое группирование остаётся одним из немногах методических приёмов, эффективность которого можно оперативно изменять с учётом качества сейсмических материалов. В работе приведены результаты исследований, проведённых в условиях Губкинского и Бухаро-Хивинского нефтегазоносных районов, подтверждающие эффективность динамического группирования вибраторов [1, 2].

Как известно, качество вибросейсмических материалов можно повысить путём увеличения числа сейсмоприёмников в группе. Анализ характеристик направленности группирования, проведённый в работе, а также опытно-методические исследования, выполненные автором, свидетельствуют о том, что для регулярных помех при условии А1/Тв< 4 предельно целесообразное количество сейсмоприёмников в группе п11ры < 16. Здесь Та - видимый период наиболее интенсивной фазы колебаний помехи; Д1 - время пробега волны-помехи между

крайними приборами группы. Если же на записи доминируют нерегулярные помехи Пцрсл может достигать .-=30 [1, 2].

Как уже отмечалось, при поверхностном возбуждении колебаний для многих регионов усиливается интенсивность боковых помех, связанных с верхней частью разреза. Радикальным способом ослабления боковых помех является использование площадного группирования сейсмоприёмников. Однако это резко снижает производительность работ и при производственных наблюдениях применяется редко. Автором совместно с Д.Ф.Линчевским был предложен, защищен авторским свидетельством на изобретение и опробован в производственном режиме более простой способ ослабления боковых помех [9, 41]. Способ предназначен для работ 2-0 и заключается в применении протяженных линейных групп

сейсмоприемников с базами 150-200 м, ориентированных под углом к профилю таким образом, чтобы проекция групп на линию профиля равнялась бы величине базы продольного линейного группирования, используемого в конкретных условиях. Степень искажения отражённых волн, распространяющихся в плоскости профиля, в этом случае такая же, как и при стандартном группировании. Однако сектор полосы пропускания боковых помех при использовании протяженных групп будет значительно более узкополосным. Поэтому вероятность регистрации таких помех в рассматриваемом способе меньше, чем при обычном группировании. '

В условиях повышенного мешающего влияния боковых помех на площадях Узбекистана применялась линейная группа сейсмоприёмников на базе 170 м, ориентированная под углом 60° к профилю [41]. Проекция такой группы на линию профиля равнялась 85 м, поэтому её эффективность при подавлении регулярных волн, распространяющихся в вертикальной плоскости профиля, была такой же, как и для стандартной линейной группы с базой 85 м. Анализ характеристик направленности группирования показывает, что если углы подхода волн к линии профиля подчиняются случайному закону, а истинные кажущиеся скорости соответствуют диапазону 1-3 км/с, то вероятность подавления этих волн использованной протяжённой группой в ~3 раза выше вероятности подавления указанных помех стандартной линейной группой на базе 85 м. Сравнительный анализ временных разрезов, приведённых в работе свидетельствует о том, что предложенный способ группирования позволяет в условиях существования боковых помех значительно улучшить качество сейсмических материалов (см рис 2).

Опыт вибросейсмической разведки указывает на возможность увеличения глубинности исследований путём применения групп сейсмоприёмников, ориентированных вдоль профиля и характеризующихся протяжёнными базами. Однако отражения от неглубоко залегающих горизонтов в этом случае претерпевают заметные искажения. Устранить указанное противоречие представляется возможным при использовании способа, предложенного автором [4]. Способ заключается в возбуждении комбинированного вибросейсмического сигнала, состоящего из относительно низкочастотной и высокочастотной развёрток. Причём во время регистрации колебаний производится изменение параметров группирования. При возбуждении и регистрации низкочастотного сегмента развертки базу и число сейсмоприёмников в группе увеличивают, а при возбуждении и регистрации высокочастотного сегмента - уменьшают. В настоящее время, когда управление работой вибросейсмических комплексов в значительной степени компьютеризировано, практическая реализация такого способа не представляется сложной.

Рис 2 Временные вибросейсмические разрезы ОГТ, полученные на площади Шуртан

а - продольная группа сейсмоприемников на базе 85 м; б - группа сейсмоприемникОР на базе 170 м, ориентированная под углом 60° к профилю

Важными параметрами, определяющими помехоустойчивость метода, являются длительность развертки Т и кратность статистического накапливания • пн. Эффективность подавления случайных помех завидит лишь от суммарного времени воздействия на грунт и не зависит от соотношения между Т и п„. Вместе с тем- в работе показано, что в отличие от протяжённых, сигналов, для укороченных развёрток динамика возбуждаемых колебаний не остаётся постоянной, а изменяется в зависимости от величины Т, Поэтому укороченные развёртки можно использовать для некоторой коррекции формы возбуждаемых колебаний (см. рис.5 ). Так, исследования, выполненные автором, свидетельствуют о том, что по мере возрастания АГ/Т от 15 до 60 Гц/с наблюдается тенденция к смещению спектра возбуждаемых колебаний в сторону верхних частот, что физически связано с увеличением скорости прохождения резонанса системы вибратор-грунт [2, 25].

Широкое применение получили способы определения статических поправок,

основанные на использовании волн, преломленных от подошвы ЗМС. В работе показано, что при вибросейсмических наблюдениях преломлённые от подошвы ЗМС волны удаётся качественно проследить при условии, если мощность ЗМС не превышает 4-5 м. По мере увеличения мощности ЗМС наблюдается расширение веера волн-помех. В этом случае поверхностные волны с максимальными кажущимися скоростями могут практически примыкать к первым вступлениям. Они отличаются повышенной интенсивностью и формируют высокоамплитудный корреляционный фон, затрудняющий прослеживание первых вступлений [1, 2, 40].'

В связи с этим в комплект оборудования вибросейсмической партии целесообразно включать относительно простые импульсные излучатели.

Высокую эффективность при изучении верхней части коренных пород обеспечивают вибросейсмические наблюдения, выполненные по технологии «микро ОГТ». В работе представлены материалы, полученные по технологии «микро ОГТ» под руковбдетвом автора вибросейсмической партией ООО «Ингеосейс» в условиях Адыгейского структурного выступа [2]. Колебания возбуждались одиночным вибратором СВ-5-150М. В качестве зондирующего сигнала использовалась ЛЧМ-развёртка 23-126 Гц длительностью 6 с. Расстояние между' пунктами приёма равнялось 5 м, а между пунктами возбуждения 10 м. Геологическая задача заключалась в исследовании майкопских отложений, расположенных на глубине 50300 м. Разрезы ОГТ, полученные по данному проекту отличались хорошим качеством прослеживания майкопских отражений, что подтверждает высокую эффективность вибросейсмического метода при изучении верхней части разреза.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ СПОСОБА КОМБИНИРОВАННЫХ

СИГНАЛОВ

Комбинированными развёртками называются развёртки, состоящие из двух или нескольких частотно-модулированных сигналов, разделённых равными временными интервалами и отличающихся друг от друга либо частотными диапазонами, либо длительностями, либо фазовыми соотношениями. К настоящему времени исследованы различные модификации комбинированных сигналов. Так, повысить разрешённость затеей можно путём использования комбинированных сигналов, состоящих из большого числа узкополосных развёрток (ДР<10 Гц) разной длительности (М.Б.Рапопорт, В.И.Богоявленский, А.Н.Храпов,1984). В таком варианте способ комбинированных сигналов позволяет гибко управлять спектром колебаний. Однако вибросейсмические наблюдения при этом отличаются низкой производительностью и нетехнологичны. Более того, комбинированные сигналы, состоящие из развёрток с шириной частотных диапазонов, не превышающей 10 Гц, характеризуются повышенной интенсивностью корреляционного, фона [1, 2, 55].

Для оценки возможности уменьшения динамического диапазона корреляционного преобразования комбинированных, сигналов, состоящих из п узкополосных ЛЧМ-развёрток, можно воспользоваться выражением

1\(х)=пА / ^.(т) = п ЛЩ1 / 02,(т)], (10)

где Бк(т) - динамический диапазон преобразования комбинированного сигнала; А - максимальное значение ФВК; сг,(т), Ц(т) - соответственно среднеквадратичная интенсивность корреляционного фона и динамический диапазон преобразования для 1-го сегмента комбинированной развёртки.

Учитывая, что огибающая ФАК ЛЧМ-сигнала, описывается соотношением 1/тсАГх, В)с(т) в децибелах можно определить по формуле

Dk(t)~201g[ 2тс nt / (1 / AH,2)].

(11)

i-1

Воспользовавшись формулой (11) можно показать, что уровень корреляционного фона для сигнала, состоящего из 10 сегментов с AF, =6 Гц, более чем на 9 дБ превышает уровень корреляционного фона для ЛЧМ-сигнала с AF=20-80 Гц.

В рабою показано, что использование более простых комбинированных сигналов, состоящих всего из трех разверток одинаковой длительности с совпадающими значениями FnlJ4) позволяет достигнуть разрешённое™, которая приближается к предельно возможной разрешающей способности вибросейсмического метода. Указанное обстоятельство дает основание критически относиться к необходимости усложнения комбинированных сигналов [2, 44, 50, 55].

Стремясь при использовании комбинированных сигналов скомпенсировать частотные искажения мы можем войти в противоречие с нашими энергетическими возможностями. В таких ситуациях возможно компромиссное решение, заключающееся в том, чтобы желаемый амплитудный спектр отраженных комбинированных сигналов имел бы не юризошальную форму, а уменьшал бы свои значения по мере увеличения частоты. В этом случае функция, аппроксимируемая амплитудным спектром управляющего комбинированного сигнала, должна задаваться отношением I(f) / H(f), где I(f) - некоторая функция, значения которой уменьшаются с увеличением f. При этом достаточным условием, позволяющим максимально повысить разрешённость записи может быть равенство

где S„mp(f) - амплитудный спектр некогерентных помех.

При выполнении равенства (12) возможно равноценное восстановление всех гармонических составляющих в пределах используемого частотного диапазона, путём применения процедуры обратной фильтрации.

Отмечена низкочастотная пульсация амплитудных значений на коррелограммах, соответствующих комбинированным сигналам. При этом фазовые соотношения пульсации могут достаточно резко изменяться при изменении граничных частот развёрток сегментов в пределах +(1-2 Гц). Такая особенность комбинированных коррелограмм указывает на принципиальную возможность уменьшения мешающего влияния помех преобразования путём выбора сочетания частотных диапазонов развёрток, при котором минимум пульсации соответствует области регистрации целевых отражений. Для оценки возможности уменьшения влияния корреляционного фона путём выбора оптимального сочетания AF; автором были проведены модельные исследования [55]. С этой целью были составлены программы, позволяющие путём перебора сочетаний AF; выполнить поиск комбинированных сигналов, которые характеризовались бы минимальными значениями среднеквадратичной интенсивности корреляционного фона в заданном временном окне. Модельные виброграммы были представлены как результат свёртки опорного сигнала F(t) с импульсной реакцией среды S(t)

1 (f)/SH1,Kp(f) ® const,

(12)

¥(x)=F(t)*S(t)*F(-t) S(t) = L(t) *ZA, 5(t,),

(13)

(14)

где I, и А, - времена репарации и амплитуды наиболее интенсивных регулярных волн, оказывающих основное влияние на формирование корреляционного фона; Ц1) - реакция системы вибратор-грунт и среды для помехообразующих волн.

Было показано, что коррекция граничных частот сегментов комбинированной развертки в пределах ±(1-2) Гц обеспечивает ослабление корреляционного фона на 30-50% Учитывая, что улучшение качества материалов достигается в этом случае без усложнения методики полевых работ, способ может оказаться полезным в практической работе.

В диссертации показано, что способ комбинированных развёрток позволяет улучшить динамические характеристики отражений и повысить информативность записи на временах до 2.5-3.Ос [2, 44, 50, 58] Так, в условиях Прикаспийской впадины способ комбинированных сигналов обеспечил повышение разрешенности волн, отраженных от границ в палеогеновых (КО,9 с) и триасовых (1=1,3-2 с) отложениях на 40-60%. Наибольшей эффективностью способ комбинированных сигналов отличается в условиях регистрации малоинтснсивных высокочастотных отражений. В таких условиях применение широкополосных ЛЧМ-сигналов может способствовать ухудшению и даже полной потере корреляции отражений. Способ же комбинированных развёрток, усиливающий высокочастотные гармоники, способен многократно повышать отношение сигнал/помеха в области высоких частот и тем самым существенно увеличивать информативность разрезов.'

Значительный эффект от применения комбинированных развёрток был получен автором в условиях Губкинского нефтегазоносного района при реализации наиболее крупных в России вибросейсмических проектов [2]. В качестве зондирующего сигнала, в данном случае использовался комбинированный сигнал, состоящий из грех сегментов: Др1~10-90Гц, Ар2==34-90Г'ц, ДР}=43-90Гц. Колебания возбуждались 3 вибраторами СВС24/РС27. Применение комбинированных разверток позволило в конкретных условиях заметно расширить спектр отражённых волн, существенно улучшить динамику и общую информативность получаемых сейсмограмм (рис. 3)

Рис 3 Коррелограммы, зарегистрированные на Западном куполе Комсомольского месторождения с использованием ЛЧМ-развёртки (а) и комбинированной развертки (б)

Автором был предложен, исследован и защищен авторским свидетельством на изобретение упрощённый вариант способа комбинированных сигналов, когда на каждом пункте возбуждения отрабатывается лишь по одному сегменту комбинированной развёртки, а часто шые диапазоны развёрток изменяются при перемещении по профилю [2, 5]. При такой технологии получение комбинированных записей осуществляется на стадии суммирования по алгоритму ОГТ. В работе показано, что упрощённый вариант метода комбинированных сигналов представляет практический интерес при картировании мелких отражающих горизонтов, регистрируемых на временах, не превышающих 1 с.

6. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ ПУТЁМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НЕЛИНЕЙНЫХ РАЗВЁРТОК

Автором впервые в СССР были исследованы и внедрены в производство кусочно-линейные развёртки, являющиеся разновидностью нелинейных развёрток и представляющие непрерывную последовательность п узкогюлосных ЛЧМ-сигналов, следующих друг за другом без временных промежутков [1, 2, 27, 51, 52]. Основное преимущество таких развёрток заключается в возможности возбуждения колебаний с любым заданным спектром.

При возбуждении кусочно-линейных развёрток ширина частотных диапазонов ЛЧМ-сигналов, входящих в развёртку, обычно остаётся постоянной, т.е.

Д^ = ДО / п = сопб^ (15)

Длительность же узкополосных разверток Т, выбирается пропорционально значениям желаемого амплитудного спектра ФАК на частотах, совпадающих с серединами частотных диапазонов соответствующих ЛЧМ-сигналов.

В некоторых ситуациях формирование спектра нелинейных развёрток целесообразно осуществлять путём изменения ДГ,. В этом случае при задании Д£ следует иметь ввиду, что на основании теоремы Парсеваля площадь <3, амплитудных спектров сигналов зависит лишь от длительности развёртки Т„ т.е.

С>;=кТ„ (16)

где к - коэффициент пропорциональности.

Тогда общую площадь спектра ФАК нелинейной развертки можно представить в виде суммы „_1

<3 =ХкТ,. (17)

гО

Таким образом, определив площадь желаемого амплитудного спектра ФАК развёртки, несложно из (16) и (17) рассчитать значения (2,. Зная С>„ а также график задаваемого спектра ФАК, можно поочерёдно найти А^, АГь Д£г и т.д.

Для реализации способа кусочно-линейных разверток в ПГО «Центргеофизика» при участии автора был разработан и запущен в серийное производство генератор кусочно-линейных развёрток [1, 52]. При этом предварительно с использованием

моделирования были проведены исследования, позволившие сформулировать требования к устройству [2, 27]. Выполненные исследования показали, что, начиная с п=8, уровень корреляционного фона практически не снижается при увеличении п. Форма же главного максимума ФВК перестает изменяться, начиная с п=12. С учётом полученных результатов в устройстве была предусмотрена возможность формирования развёрток, состоящих из 12 ЛЧМ-сигналов.

Внедрение кусочно-линейных развёрток осуществлялось автором в пределах Прикаспийской впадины. Для возбуждения колебаний использовались вибраторы СВ-5-150М, параметры разверток выбирались таким образом, чтобы отношение сигнал/помеха для регистрируемых полезных колебаний в рабочем диапазоне частот оставалось бы приблизительно одинаковым. Такое условие определяется равенством (12). В работе показано, что применение кусочно-линейных развёрток в условиях Прикаспийской впадины обеспечило значительное улучшение записей для надсолевых отражений. Разрешающая способность метода для надсолевых отражений ((:0<2с) увеличивалась в 1,7-2,2 раза, комплексный коэффициент качества (ЯРЫ) возрастал в 1,19-1,81 раза. На разрезах более качественно выделялись также подсолевые отражения, приуроченные к границам в отложениях среднего Карбона и перми (1о=1,7-3,2 с). Коэффициент разрешённости Ь для этих отражений возрастал в 2,2 раза, а комплексный коэффициент качества в 1,7 раза.

Большой интерес представляет сравнительный анализ эффективности кусочно-линейных и комбинированных развёрток. Автором с использованием моделей, составленных для условий юго-западной части Прикаспийской впадины, был проведён сравнительный анализ таких развёрток [27]. Выполненные исследования показали, что главные максимумы ФВК отражённых волн при использовании нелинейных развёрток отличаются несколько более компактной формой, что проявляется в ослаблении амплитуды первого побочного отрицательного экстремума приблизительно в 1,5 раза. Однако уже на временах т> 100-200 мс уровень пульсаций при использовании кусочно-линейных разверток превосходит уровень корреляционного фона для комбинированных сигналов: на 5 дБ при т=0,75 с, на 7-8 дБ при т=1 с, на 13-18 дБ при т-1,5 с и на 12-27 дБ при т=2 с. Это делает более предпочтительным применение комбинированных развёрток в условиях существования интенсивных корреляционных помех.

С целью повышения глубинности вибросейсмической разведки автором был предложен, опробован в производственном режиме и защищен авторским свидетельством на изобретение способ, заключающийся, в возбуждении кусочно-линейных развёрток, амплитудный спектр ФАК которых совпадает с совокупной амплитудно-частотной характеристикой системы вибратор-грунт и среды для наиболее глубоких целевых отражений, делённой на амплитудный спектр мощности микросейсм [2, 8]. Такое требование выполняется при условии

Т2

ии(т)е-2тйёт|~Нф/В®; (18)

Т!

где и(т) - главный максимум ФАК сигнала; В(0 - амплитудный спектр мощности микросейсм; X] и т2~ значения т, ограничивающие область главного максимума ФАК и приблизительно равные -100 и 100 мс.

Данный способ можно рассматривать как аналог оптимальной фильтрации обнаружения, применяемый на этапе возбуждения колебаний. Способ был опробован в северо-западной части Калмыкии. Основные перспективы поиска нефти и газа на исследуемых площадях связаны с глубокопогруженными отложениями девона, нижнего и среднего карбона. Вместе с, тем в конкретных условиях стандартная модификация вибросейсморазведки не всегда обеспечивает необходимое качество глубоких подсолевых отражений. Применение согласованных разверток обеспечило более высокую надёжность выделения подсолевых горизонтов и позволило существенно повысить эффективность вибросейсморазведки в условиях'северо-запада Калмыкии.

Значительный положительный эффект от использования согласованных развёрток был достигнут при проведении вибросейсмических работ в пределах Ферганской впадины [2]. 'Гак, в 1992 году при бурении одной иа глубоких скважин на площади Мингбулак при достижении забоем кирпично-красной свиты на глубине 5300 м возник мощный нефтяной фонтан. Суточный объём фонтанирующей нефти составлял =1800 м 3. Необычность ситуации заключалась ещё и в том, что вибросейсмические исследования, которые раннее проводились на площади Мингбулак с использованием ЛЧМ-сигналов, не позволяли даже ориентировочно оценить конфигурацию и размеры ловушки нефти, с которой был связан фонтан. И это затрудняло принятие решений в сложившейся ситуации. Для того, чтобы получить информацию о геологическом строении разреза руководством ПО «Узбекгеофизика» было принято решение оперативно провести на площади Мингбулак наблюдения с использованием согласованных разверток. Сигнал был согласован с совокупными амплитудно-частотными характеристиками для наиболее глубоких отражённых волн, которые представлялось возможным качественно выделить при наблюдениях с использованием ЛЧМ-сигналов. В результате проведённых работ были получены качественные сейсмические материалы (рис. 4) и было установлено, что фонтан связан с протяжённой антиклинальной структурой.

Рис. 4. Коррелограммы, полученные на площади Мингбулак (Пр049230, ПВ84) а - ЛЧМ-сигнал, АР= 11-49 Гц, б - ЛЧМ-сигнал, АР=11- 32 Гц; в - кусочно-линейная развёртка, согласованная с совокупной частотной характеристикой ЩИ) (/№=11-49 Гц)

В настоящее время большое внимание уделяется повышению безопасности зданий и, сооружений при вибросейсмических наблюдениях. Некоторое распространение, получил способ, разработанный фирмой «Бегее!» и включающий возбуждение и регистрацию псевдослучайных колебаний. Недостатками способа являются сложность реализации фазовой коррекции псевдослучайных сигналов и

высокая интенсивность корреляционного фона. Физические причины уменьшения опасности разрушения зданий и сооружений при возбуждении псевдослучайных сигналов связаны с быстрым прохождением резонансных частот, соответствующих конструктивным элементам зданий и сооружений. Аналогичный эффект может быть достигнут и при использовании укороченных ЛЧМ-сигналов, отличающихся повышенными значениями параметра у= АР/ Т.

Технологичное использование укороченных ЛЧМ-ст налов можно обеспечить путём формирования непрерывной последовательности развёрток. Вместе с тем такая последовательность имеет периодическую корреляционную функцию с периодом повторения т0, равным периоду повторения последовательности.

Для повышения безопасности зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ автором был предложен, опробован в производственном режиме и защищен патентом России на изобретение способ; заключающийся в возбуждении и регистрации последовательности укороченных и идентичных между собой вибросейсмических ЛЧМ-сигналов различной полярности, следующих без временных промежутков или с равными промежутками [11, 25]. Функция кода последовательности в данном способе задаётся таким образом, чтобы во временном интервале регистрации целевых отражений на коррелограмме исключалась бы компонента корреляционного фона, формируемая в связи с периодичностью сложного сигнала. Для большинства реальных ситуаций такое требование выполняется при условии, если первый или второй от главного максимума дискреты ФАК функции кода равны "О". В этих случаях исключаются соответственно первый или второй побочные периоды корреляционной функции последовательности укороченных вибросейсмических сигналов, что позволяет использовать такие сигналы в практической работе.

Функцию кода, у которой первый от главного максимума дискрет ФАК равен "О", можно определить следующим образом [11, 25]:

- количество единиц п в функции кода должно быть нечётным;

- отрицательные единицы функции кода последовательности разделяются произвольным количеством единиц с положительным знаком; причём при условии, если (п -1)/4= р, где р - натуральное число, общее количество отрицательных единиц в функции кода принимается равным р, а первый и последний дискреты функции кода задаются положительными единицами;

- при условии же если (п - 1) / 4 = р + 1/2 , количество отрицательных единиц в функции кода принимается равным (р + 1), а первая и последняя единицы имеют различную полярность.

Сформулированным условиям соответствует, например, функция кода

111-111-1 (19)

ФАК такой последовательности характеризуется значениями: -1 0 1 2-1 0 7 0-1 2 1 0-1 (20)

Первый значимый боковой дискрет в данном случае удалён от главного максимума на время 2то. Это означает, что первое повторение сейсмической записи на коррелограмме будет начинаться не на времени то а на времени 2г0 от первых вступлений. Если функцию кода, удовлетворяющую перечисленным условиям, дополнить в конце одной положительной единицей, то полученная последовательность единичных импульсов будет характеризоваться ФАК, у которой второй от главного максимума дискрет будет равен "0". В этом случае обеспечивается возможность качественного выделения на коррелограмме

отражений в окне (то+тЭГ|/2)+(3то-т^¡>/2) от времени регистрации первых вступлениях. Здесь т-^-эффсктивная дли i ельность ФАК сигнала. *

Внедрение способа осущес1влялось при вибросейсмцческих наблюдениях в пределах накалённых пунктов Было показано, что разрезй "ОГТ, полученные с применением обычных ЛЧМ-сигналов и разнополярных .последовательностей 2-х секундных ЛЧМ-сигналов, характеризуются практически равноценным качеством; причем в результате использования укороченных ЛЧМ-сигналов удаётся заметно расширить эффективную ширину спектра колебаний, "что связано с ускоренным прохождением резонанса системы вибратор-грунт (см. рис. 5). .

В настоящей время наибольшее применение при использованием НЧМ-сигналов получили логарифмические развертки. Так, наиболее распртетраненные в странах СНГ вибраторы СВ-10-180 обеспечивают формирование нелинейных развёрток, текущая частота в которых изменяется в соответствии с функцией

F(t) = F„ + (64/D) ln[ 1 + 16t / (4N - 0,5)], " (21)

где F„ - начальная частота развертки; t - текущее время; D - параметр (крутизна развертки); N - параметр (начальный код развертки)." .

Изменения' F(t) осуществляются переключателями, задающими значения параметров D и N. Очевидно,что для выбора этих параметров геофизику необходимо представлять связь между указанными параметрами и спектральным составом управляющих сигналов. Значения амплитудных" спектров управляющих сигналов S\up (f) .обратно пропорциональны мгновенной скорости изменения частоты в развёртке. Поэтому сточностью до постоянного множителя справедливы выражения

S)llp (f) = dt/dF = [D(4N - 0,5)/1024]e(W-4)D'M , (22)

- v®~e№:r:)M4 (23)

Из формулы (23) следует, что форма спектра S^f) зависит только от параметров FH и D. Анализ выражения (23) показал,, что, реальный интерес представляют лишь логарифмические развёртки с крутизной D=2 [23].

, , 1 I i ^• I ■'1

В ¡работе рассмотрены результаты исследований , .использованием логарифмических' развёрток, проведенных в районе Краснодарского газового хранилища, расположенного в пределах Восточно-Кубанского прогиба, и на Кущёвской площади; расположенной на севере Краснодарского края. При наблюдениях на газовом хракилище' особый интерес представляла" уточнение структурного плана глинистой толщи черкесской свиты, являющейся покрышкой газового хранилища. Задачи исследований на Кущёвской' площади 'заключались в уточнении геологического строения отложений Хадумского Яруса (Chd). Колебания возбуждались вибратором СВ-10-180, логарифм^еские, развёртки характеризовались параметрами: F„=19 Гц, FK~130 Гц, Т-8 с, D=2, N=1. Применение логарифмических развёрток обеспечило значительное повышение разрешённости и информативности целевых отражений. Разрешённость записи возрастала на я 97%, комплексный коэффициент'качества возрастал на =58%.

V.Л, i tH% rjrVr1

1 n \ !• ^ ' „ I iiSUVJ'

vy^V"..^«^^.....

••ft

i ii ш)

4 ,

Рис. 5. Разрезы OFT, полученные в условиях Восточно-Тбилисской площади

а - ЛЧМ-сигнал (AF-10-48 Гц, Т=10 с); б - последовательность 2-х секундных ЛЧМ-сигналов (функция кода 1 1 1-1 1 1-1). Графики - спектры (интервал анализа 2,9 - 3,5 с)

Для улучшения динамических характеристик регистрируемых колебаний наряду с логарифмическими развёртками успешно могут быть использованы и многие другие типы развёрток. Так, система управления вибраторов СВ-5-150 М2 формирует степенные развёртки, определяемые выражением

F(t) = FH + (FK-FH) f/T. (24)

Изменения зависимости F(t) осуществляются переключателем N, задающим показатель степени п от 0,3 до 3. Однако осмысленный выбор п возможен при условии, если геофизик представляет связь между п и спектральным составом управляющих сигналов. Амплитудные спектры сигнала (24) можно определить следующим образом

Synp(f)=dt/dF=[T(F-FH)lm"'] / n-AFl n=C-(F-FH)'

П/п)-1

(25)

Автором была разработана методика, выполнено внедрение и сделана оценка эффективности применения степенных развёрток в условиях Бухарской ступени [2,

37] Было показано, что в пределах Бухарской ступени наиболее высокое качество материалов удается получить при п=0,57. Такой режим обеспечивает значительное повышение разрешенносги записи при сохранении высокого отношения сигнал/помеха для целевых меловых и юрских отражений.

7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОБРАБОТКИ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

В данном разделе рассмотрены некоторые проблемные вопросы обработки вибросейсмических материалов. При проведении вибросейсмических наблюдений для восстановления спектра сигналов используются алгоритмы нуль-фазовой деконволюции по коррелограммам.. Однако в ряде случаев расширение спектра колебаний осуществляют путём автоматической регулировки амплитуд (АРУ), выполняемой до корреляционной свёртки. Процедура выравнивания амплитуд сигналов на виброграмме с использованием АРУ была разработана фирмой Western Geophysical и получила наименование «отбеливание». На основании проведённых автором исследований было отмечено, что при использования АРУ по виброграммам результаты экспериментов могут противоречить тем знаниям, которые сформировались на базе обширной вибросейсмической практики [2, 30]. Обратим внимание на некоторые из этих противоречий:

1. Повсеместно при использовании ЛЧМ-сигналов возникает проблема избыточности низкочастотных и дефицита высокочастотных гармонических составляющих. При исследованиях же, проводимых с применением прямых ЛЧМ-развёрток и с использованием «отбеливания» существует обратная проблема, заключающаяся в чрезвычайно малой энергии низкочастотных колебаний.

2. На коррелограммах, полученных с прямыми развёртками в условиях относительно глубокого залегания отражающих горизонтов, при использовании «отбеливания» наблюдается тенденция смещения спектра колебаний в высокочастотную область по мере увеличения времени регистрации отражённых волн. Подобное явление не соответствует принципам сейсмической разведки.

3. Известно, что динамические параметры записи на коррелограммах практически не зависят от направления развёртки; в случае же применения АРУ по виброграммам преобладающие частоты корреляционных импульсов, соответствующих прямым развёрткам, при t > 2.5-3 с в 2 раза и более превосходят преобладающие частоты аналогичных импульсов для обратных развёрток.

Перечисленные обстоятельства требуют более внимательного отношения к определению области применения «отбеливания». В реальных ситуациях на виброграммах доминируют колебания, преломлённые от подошвы ЗМС. Такие колебания на порядок превосходят по интенсивности отражённые волны. Поэтому виброграмму можно разделить на две части: первая часть отличается повышенными амплитудами и соответствует области регистрации преломлённых волн, вторая же часть характеризуется пониженными значениями интенсивности и в основном формируется отражёнными волнами. Переход от первой ко второй части виброграммы сопровоясдается резким изменением уровня записи. При реализации «отбеливания» изменение интенсивности колебаний на виброграмме компенсируется увеличением коэффициента усиления АРУ. Поэтому каждая из развёрток, соответствующих отражённым волнам, будет представлена в виде двух

разновесовых частей Частоты, начиная с которых следует ожидать увеличения амплитуды колебаний для ЛЧМ-сигналов определяются по формуле К = Р„ ^ - Р„)(Т + 1пр - - то/2)] / Т, (26)

где 1,,лр - время регистрации осаженной волны на коррелограмме, 1пр время регистрации преломленных волн на коррелограмме; т0- временное окно АРУ.

Т.е. при работе с прямыми развёртками избыточным становшся вес высокочастотных составляющих и аномально низким вес низкочасто шых составляющих, и, наоборот, для обратных развёрток избыточным становится вес низкочастотных составляющих и аномально низким вес высокочастотных составляющих. Причем параметры полезных корреляционных импульсов зависят от амплитудных и временных соотношений между отраженными и доминирующими преломлёнными волнами. Поэтому динамика целевых отражений в случае применения1 «отбеливания» не только определяется физическими свойствами исследуемых горизонтов, но зависит также и от сейсмических характеристик преломленных волн. Для оценки интенсивности «ложных» амплитудных аномалий, формируемых в результате «отбеливания», автором были выполнены модельные исследования для условий Александровской площади Краснодарского края. Было показано, что максимальные амплитуды «ложных» аномалий в конкретных условиях составляют 1,5-1,76, что соизмеримо с амплитудами многих известных аномалий, формируемых залежами углеводородов. Положительный знак «ложные» аномалии имеют на участках с пониженной интенсивностью преломлённых волн, аномалии же с отрицательным знаком возникают на участках профиля с повышенными амплитудами преломлённых волн.

Рис. 6 Коррелограммы, полученные с применением АРУ по виброграммам а - ДР=10-48 Гц; б - ДР=48-10 Гц; в - зависимость эффективной полосы спектра отраженных волн от времени; 1 - Ар= 10-48 Гц; 2 - ДР=48-10 Гц, 3 - преобладающие частоты о1-ражений, полученных без восстановления спектров

В работе показано, что при использовании прямых развёрток применение «отбеливания» приводит по мере увеличения времени прихода отражений к смещению эффективной полосы спектра в высокочастотную область. Для Восточно-Кубанского прогиба искажения информации, были с голь существенны, что уже на временах, превышающих 2,25 с, параметры фильтра, формируемого в результате «отбеливания», в значительной степени были рассогласованы с параметрами исходного сигнала. Это не могло не приводить к снижению помехоустойчивости вибросейсмического метода и к ухудшению динамики корреляционных импульсов, соответствующих глубоким отражениям (рис. 6).

Более заметны искажения, связанные с применением АРУ по виброграммам, при работе с нелинейными развёртками. Использование «отбеливания» при работе с логарифмическими развёртками приводит к глубокому подавлению гармонических составляющих в полосе частот 0-45 Гц и уменьшению октавности отражений, регистрируемых на временах 0,95-1,45 с, в 2-2,2,5 раза.

Мешающее влияние на полезную запись может оказывать корреляционный фон. Помехи преобразования в ближней зоне ФВК могут быть ослаблены путём использования стандартных алгоритмов деконволюции. В дальней же зоне ФВК применяемые алгоритмы деконволюции в связи с ограниченной длиной оператора фильтра в принципе не могут обеспечить подавление корреляционного фона.

Передаточную функцию фильтра, позволяющего ослаблять корреляционный фон не только в ближней, но и в дальней зоне ФВК, можно представить, например, следующим образом

*1>Ткор

O(f) =1/4J [F„(t) *F0(-t)]e 2"й dt К (27)

-т

где Fo(-t) и F„(t) - соответственно опорный и возбуждаемый вибросейсмические сигналы; Т - длительность развёртки; Ткор - длительность коррелограммы.

Фильтр (27) обнуляет корреляционный фон и преобразует регулярные сигналы на коррелограмме к виду импульсной реакции геологической среды Lcp(t) . Что же касается микросейсм, то после фильтрации на коррелограмме, переведённой в частотную область, они присутствуют в виде слагаемого SMHKp(f) / SB(f), где SM„Kp(f) - комплексный спектр микросейсм до корреляции; SB(f) - комплексный спектр функции FB(t). Т.е. при использовании фильтра (27) следует ожидать повышение мешающего влияния микросейсм на тех частотах, где спектр возбуждаемого вибросейсмического сигнала имеет аномально низкие значения.

Для того чтобы исключить усиление микросейсм коррелограммы, преобразованные фильтром (27), необходимо дополнительно пропустить через полосовой фильтр с граничными частотами, совпадающими с начальной и конечной частотами развёртки В этом случае передаточную функцию фильтра для подавления корреляционного фона можно представить следующим образом

х2 Т+Ткор

Ф'ОН j[FB(t)*F0(-t)]e'2ïïjfidt \ \ FB(t)*F0(-t)]e 2"jftdt h (28)

z -т

где Ti и %г - соответственно времена вторых пересечений корреляционной функции с нулевой линией слева и справа от т =0.

Фильтр (28) был автором исследован и защищен патентом России [6]. Эффективность фильтра изучалась на моделях, составленных для условий юго-западной части Прикаспийской впадины. На основании проведённых исследований был сделан вывод о том, что практическая целесообразность применения фильтров с

целью подавления корреляционного фона при вибросейсмичсских работах не столь значительна, по сравнению с целесообразностью использования аналогичных фильтров, например, при кодоимпульсном накапливании. Тем не менее, в результате использования фильтра (28) интенсивность корреляционного фона на временах 0,65-0,9 с уменьшалась в 25-30 раз. При т= 3,0-3,5 с, в области регистрации наиболее слабых отражений, амплитуда корреляционного фона уменьшалась на 18-28 дБ.

С целью практической реализации фильтра автором была составлена программа, получившая название РОМУ8. Использование программы РСЖУБ осуществлялось при обработке вибросейсмических материалов, зарегистрированных в пределах юго-'западной части Прикаспийской впадины. Вследствие работы программы РСЖУБ удалось на 35% повысить разрешённость отражений от горизонта Пь Интересно отметить, что для исследованных площадей в интервале между отражениями П| и Пц при стандартной обработке можно наблюдать элементы слоистости, которые при сейсмофациальном анализе могут быть приняты в качестве признака, указывающего на терригенный состав толщи. Подобное предположение противоречит результатам отбора керна из скважин. В результате применения программы РОЫУБ элементы слоистости были сняты. В данном случае признаки слоистости были связаны с влиянием корреляционного фона. Подобные результаты применения программы РОИУ8 могут быть полезны при проведения глубокой геологической интерпретации вибросейсмических записей.

8. АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОГО МЕТОДА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО РАЗРЕЗА (ИГР)

Высокий уровень работ ПГР можно обеспечить лишь в том случае, если ' вибраторы формируют широкополосные стабильные колебания с необходимым ' отношением сигнал/помеха [24]. В работе рассмотрен пример эффективного использования вибросейсмического метода с целью прогнозирования газовых залежей. Наблюдения были выполнены вдоль профилей, расположенных на юге Ростовской области и проходящих над известными газовыми залежами в отложениях хадумской свиты (Рз'сЬ). На основании проведённых исследований предполагалось подтвердить существование аномалии типа «яркого пятна» в интервале формирования газовой залежи. Методика наблюдений предусматривала получение записей, характеризующихся среднечастотным составом колебаний, а также записей со значительно более широкополосным спектром колебаний. Для возбуждения среднечастотных колебаний был использован ЛЧМ-сигнал (ДР= 10-80 Гц). Формирование более широкополосных колебаний осуществлялось с применением логарифмических развёрток ДР=15-177 Гц, 0=1, N=4.

Во временном интервале 1о=0,248-0,996 с эффективная ширина спектра колебаний при использовании ЛЧМ-развёрток соответствовала диапазону 20-72 Гц. Применение же логарифмической развёртки обеспечило высокую спектральную плотность колебаний в диапазоне 20-110 Гц. Интересно отметить, что амплитуды «ярких пятен» в интервале существования газовых залежей практически не зависели от типа разверток и равнялись «300%. Вместе с тем при работе с ЛЧМ-сигналами хадумские отражения на участках существования «ярких пятен» характеризовались

существенно большей дисперсией амплитудных значений вдоль профиля. Поэтому на временных динамических разрезах, полученных с применением логарифмических разверток, «яркие пятна» отличались более высокой контрастностью. Интересно также отметить, что для динамических временных разрезов, полученных с использованием ЛЧМ-развёрюк и преобразованных полосовым фильтром 10-30 Гц, амплитуда «яркого пятна» уменьшалась в »1,4 раза. Причём амплитудный график в этом случае носил чрезвычайно сложный характер и не вполне соответствовал понятию «яркое пятно». Таким образом, выполненные исследования свидетельствуют о том, что в благоприятных условиях вибросейсмический метод способен обеспечить высокую эффективность исследований ПГР. При этом более предпочтительным является использование широкополосных нелинейных или комбинированных развёрток.

Говоря о целесообразности применения нелинейных разверток при ПГР следует обратить внимание на то, что такие развёртки по сравнению с ЛЧМ-сигналами характеризуются меньшими значениями динамического диапазона преобразования. Высокую же эффективность работ ПГР можно обеспечить лишь в том случае, если сейсмограммы отличаются повышенным динамическим диапазоном (Е.Е.Земцов,1 Н.П.Шкирман, 1986). Результаты модельных исследований, выполненных автором для условий юю-западной части Прикаспийской впадины, свидетельствуют о том, что в конкретных условиях D(t) при использовании ЛЧМ-разверток, на 15-20 дБ превышал динамический диапазон преобразования для кусочно-линейных развёрток и практически не отличался от динамического диапазона преобразования для комбинированных сигналов. Однако надо иметь ввиду, что значения D(t) определяются не только видом сигнала, но и уровнем некогерентных помех, поэтому в реальных условиях, когда на входе коррелятора к вибросейсмическому сигналу подмешана помеха, разница между D(x), рассчитанными для нелинейных развёрток и ЛЧМ-сигналов, уменьшается. Так, уже при отношении сигнал/помеха на виброграмме, равном 0,25, D(x) с переходом на нелинейные развёртки уменьшается не более чем на 2-4 дБ. Абсолютные же значения D(t), при отношении сигнал/помеха на виброграмме 0,25, равняются в конкретных условиях 36-40 дБ. Для дальнейшего увеличения D(i), а значит и повышения эффективности ПГР необходимо идга по пути увеличения кратности ОГТ и использования более мощных вибраторов.

Выполненные исследования свидетельствуют о том, что спектры колебаний, возбуждаемых вибраторами, могут изменяться вдоль профиля в зависимости от жёсткости грунта [2, 17, 22, 26, 32, 34, 43, 48* 54]. В работе показано, что в условиях юго-западной части Прикаспийской впадины при возбуждении, например, нелинейных развёрток ложные динамические аномалии могут в 2-3 раза превышать аналогичные аномалии при использовании взрывов [24]. Указанное обстоятельство снижает достоверность ПГР по вибросейсмическим данным. Поэтому очевидно, что для повышения достоверности работ ПГР вибросейсмические комплексы необходимо оснащать системами управления, обеспечивающими не только фазовую, но и амплитудно-частотную коррекцию возбуждаемых колебаний.

Для коррекции возбуждаемых сигналов современные вибросейсмические комплексы оснащены системами форс-контроля [2]. Основной недостаток таких систем заключается в необходимости резервирования излучателем значительного

количества энергии, вследствие чего при повыш

-W

некогерентных помех энергетические возможности вибраторов могут использоваться не вполне эффективно. Автором, совместно с А.М Нигматзяновым и М Б.Шнеерсоном, был предложен, защищен авторским свидетельством на изобретение и испытан в производственном режиме способ компенсации нестабильности колебаний, не требующий резервирования энергии и заключающийся в следующем [13, 49]. На каждом пикете в процессе возбуждения осуществляют поочерёдную передачу на борт сейсмостанции сигналов с датчиков, установленных на плитах вибраторов, составляющих группу излучателей. Далее эти'сигналы суммируются между собой и для всех пунктов возбуждения формируют корректирующий фильтр Рц(0> который применяется для обработки соответствующих коррелограмм

Р„(0=50ф/5„ф, (29)

где Биф- амплитудный спектр главного максимума ФВК суммарного сигнала для а-го пункта возбуждения; БоЮ - заданный (желаемый) спектр возбуждаемых крлебаний. При практическом применении способа передача сигналов, снимаемых с датчиков, установленных на опорных плитах вибраторов, осуществлялась с использованием радиосвязи. Передаваемые вибросейсмические сигналы поступали на вход одного из вспомогательных каналов сейсмостанции и суммировались между собой с использованием штатного накопителя сейсмостанции. Для реализации предложенного способа в качестве сигнала обратной связи может быть также использован форс-сигнал.

Профильные испытания способа компенсации неидентичности, выполненные в условиях юго-Западной части Прикаспийской впадины, свидетельствуют о том, что динамические'параметры суммарного вибросейсмического сигнала, используемого для расчёта фильтра Рп(0, тесным образом связаны со свойствами грунта. Так, при переходе вибраторов с пахоты на стерню интенсивность суммарного сигнала уменьшалась в 1,7-2,3 раза, а частота, соответствующая максимальным значениям спектра ФВК этого сигнала возрастала с 30-40 до 70-90 Гц. В меньшей степени динамические параметры суммарного сигнала зависели от условий контакта между опорными плитами и грунтом. Изменения условий контакта проявлялись в виде случайной компоненты, амплитуда которой в 3-5 раз меньше по сравнению с амплитудой компоненты, определяемой упругими свойствами грунта.

Результаты применения способа свидетельствуют о том, что изменения упругих свойств грунта вдоль профиля могут обуславливать в' 'конкретных условиях формирование «ложных» аномалий волнового поля отражённых волн типа «яркое пятно» с амплитудой «1,8. Отмечается достаточно сильная корреляционная связь между физико-механическими свойствами Грунта'и амплитудами отражённых волн! После компенсации неидентичности возбуждаемых'колебаний с использованием предложенного способа «ложные» аномалии удавалось полностью подавлять.

9. КОДОИМПУЛЬСНЫЙ МЕТОД СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Зондирующим сигналом Р0(1:) при кодоимпульсном возбуждении является последовательность импульсов, распределённых во времени по определённому коду:

>Р0ф=80(г)*К(1), (30)

I. ■< 34

где So(t) - единичный сейсмический импульс; K(t) - функция кода.

Функция кода есть последовательность моментов вступления импульсов (или последовательность импульсов Дирака):

K(t)=Z ö(t-tn). (31)

ii-O

Здесь N - количество импульсов в развёртке; п - порядковый номер импульса.

При проведении расчетов на компьютере в качестве S(t) обычно принимается функция Кронекера единичной амплитуды. В этом случае

N-1

K(t)=I A„-5(t-t„). (32)

л~0

где А„ - амплитуда n-го импульса.

Регистрируемую кодоимпульсную сейсмограмму X(t) можно записать в виде X(t)= Lcp(t)*S0(t)*K(t), (33)

где Lop(t) - импульсная реакция среды.

Для временного сжатия импульсных последовательностей кодоимпульсная сейсмограмма, как правило, сворачивается с функцией кода K(t). Т.е. кодоимпульсную коррелограмму 1Р(т) можно определить следующим образом ¥(т)= X(t)*K(-t)=Lcp(t)*S0(t)*K(t) *K(-t). (34)

При таком способе обработки из вычислений исключаются операции умножения, поэтому указанный способ называется способом суммирования. Исследования, выполненные автором, показали, что результаты обработки последовательностей методом суммирования и обычным корреляционным способом практически не отличаются друг от друга [2, 45].

Если амплитуды импульсов в функции кода принять равными единице, то максимальное значение ФАК функции кода примет значение, равное N, т.е.

[K(t) *K(-t)] (i-opN (35)

Поэтому при кодоимпульном накапливании идентичных импульсов амплитуда когерентных колебаний в результате корреляционной обработки возрастает в N раз. Амплитуда же случайных помех увеличивается при этом в VN. Следовательно, в «идеальном» случае выигрыш в отношении сигнал/помеха при

кодоимпульсном накапливании составляет Vis1, т.е. эквивалентен выигрышу при обычном статистическом накапливании импульсов. Комплексный спектр Sc(œ) кодоимпульсного сигнала, состоящего из N импульсов с постоянным интервалом следования То, несложно определить путём использования хорошо известной теоремы о спектре функции, заданной с временной задержкой [2].

N-1

Sc(tt>)-SHMn(m) [1 + S e-jnfflT0]= S„m1,(®)-Sk(<o), (36)

n-l

где S„Mn(co)- спектр единичного импульса, Sk(co) - комплексный спектр K(t).

Суть этого преобразования заключается в том, что сплошной спектр импульса преобразуется в дискретный спектр, причем на частотах, кратных частоте следования импульсов, спектральные составляющие возрастают в N раз.

При кодоимпульсном накапливании колебаний важным является вопрос о выборе кодов. Значительный интерес при этом представляют последовательности с

линейным изменением частоты следования импульсов (коды ЛИЧ) На основании исследований, выполненных автором [2, 16, 18, 45, 64], было показано, что основные свойства «идеальных» кодоимпульсных сигналов , ЛИЧ, характеризующихся постоянной амплитудой и формой единичных импульсов в развертке, заключаются в следующем:

1. Существует тенденция к ослаблению помех преобразования по мере смещения частотного диапазона развёрток ЛИЧ в высокочастотную область, что объясняется увеличением количества импульсов N в последовательностях. Так, при использовании развёртки с частотным диапазоном ,5-30 Гц интенсивность корреляционного фона более чем на 8-10 дБ превышает уровень корреляционного фона для кодоимпульсного сигнала ЛИЧ с частотным диапазоном 15-45 Гц.

2. Перспективные кодовые посылки ЛИЧ характеризуются динамическим диапазоном 0=30-40 дБ. Наибольший практический интерес представляют развёртки, для которых нижняя частота следования импульсов не менее Ю Гц

3 ФВК кодоимпульсных сигналов ЛИЧ включают интервалы с аномально интенсивным корреляционным фоном. С увеличением Т указанные интервалы растягиваются и смещаются в сторону больших времён пропорционально Т. Области повышенных интенсивностей корреляционного фона формируются при временных сдвигах х между опорным и зарегистрированными сигналами, обеспечивающих совмещение интервалов развертки с взаимно кратными частотами. Начало разрастаний амплитуд можно определить из выражения

Тн=[Т-Ега,п(с-1)]/(Рпич-Рт,„), (37)

где Рт|Л и Ртах -минимальная и максимальная частоты в развёртках; с - кратность частот совмещаемых интервалов развёртки. В большей степени выражены разрастания, возникающие при с =2. Однако при условии ЗРП„„«£В„Д усиливается влияние разрастания, соответствующего сдвигу х, обеспечивающему 3-х кратное соотношение между частотами следования в опорной и регистрируемой развёртках.

4. Максимум преобразования кодоимпульсных сигналов ЛИЧ наиболее растянут при условии, если развертка сформирована из импульсов с преобладающей частотой колебаний Гвид, мало отличающейся от максимальной частоты кода Рпмх. Отмеченная особенность объясняется тем, что исходная виброимпульсная запись (вследствие резонансных явлений) характеризуется повышенными значениями амплитуд на тех участках, I де частота следования импульсов в развёртке приближается к частоте Гвил. При этом область повышенных амплитуд на виброграмме становится более протяжённой при малых скоростях изменения относительной величины интервала следования импульсов в развёртке на участке резонанса.

Для развертки ЛИЧ скорость изменения относительной величины интервала следования импульсов можно определить из выражения

((1<рсл/ск)/ фол(0=- ДР/[Т(Рвач+ДР1/Т)], (38)

где Рнач - начальная частота развёртки; фс., -интервал следования импульсов. Из приведённой формулы видно, что функция (с1фсл/&)/ фсл0) для кодов ЛИЧ зависит от 1 и принимает минимальные абсолютные значения при 1-Т (если Рнач= Ршт) и при 1=0 (если Рнвч= Р'твО- Поэтому для -Ртач резонанс захватывает наибольший временной интервал на виброграмме и максимально повышает многофазность главного максимума ФВК.

Увеличение протяжённости максимума ФВК происходит также по мере уменьшения ширины частотных диапазонов развёрток ЛИЧ. Поэтому коды, для которых Рш!1,/Рт!П< 2, характеризуются растянутым максимумом ФВК.

В процессе исследований сигналов ЛИЧ было показано, что увеличение эффективной длительности импульсов в развертке приводит к усилению корреляционного фона. Так, при использовании единичных импульсов с колокольной огибающей, вследствие уменьшения параметра ß/fUMit от 1,05 до 0,77, уровень корреляционного фона в области т>1 с возрастал в раза. Физические причины отмеченного явления связаны с тем, что при использовании импульсов повышенной длительности в формировании помех преобразования участвует соответственно большее количество фаз. Вместе с тем, центральная фаза главного максимума ФВК, определяющая собственно пиковую амплитуду ФВК получается в результате суммирования всего лишь одной фазы единичного импульса.

В отличие от «идеальных» кодоимпульсных сигналов ЛИЧ последовательности ЛИЧ, возбуждаемые реальными излучателями, обладают амплитудной неидентичностью. Для излучателей индукционно-динамического типа амплитуда импульсов Аимп непрерывно уменьшается по мере увеличения частоты следования F, что частично обусловлено ограниченностью энергетических возможностей установок. Экспериментальная зависимость A„Mn(F) для серийного кодоимпульсного источника ИКИ-10/40, удовлетворительно аппроксимируется при F >5 Гц функцией A„vn=k- F"p (39)

Для ИКИ-10/40 параметр р~0,65. Чшиы ориентироваться в возможных изменениях ФВК «неидеальных» последовательностей ЛИЧ, необходимо учитывать следующее [1, 2, 18]:

1. С увеличением р снижается вес амплитудных разрастаний, формируемых на виброграммах в высокочастотной части разверток при f0Hi, ~ Fmax. Поэтому, если излучатель возбуждает относительно высокочастотные единичные импульсы, и fBlw = Fmax, увеличение параметра р уменьшает многофазность ФВК.

2. При fBlu ~ Fmm увеличение р повышает многофазность ФВК сигнала. Такое свойство последовательностей ЛИЧ объясняется тем, что комплексный спектр кодоимпульсных сигналов Sc(f) определяется произведением спектра единичного импульса S„vn(f) и комплексного спектра функции кода S„(f). Уменьшая вес высокочастотной части развёртки, мы сужаем SK(f), локализуя его в области SMMn(f). Поэтому с увеличением р спектр Sc(f) = S„Mn(f) • SK(f) становится более узкополосным, а главный максимум ФВК по этой причине более протяжённым.

3. Уровень помех преобразования при т>1-3с уменьшается с увеличением р . Так, для сигнала ЛИЧ AF=20-40 Гц, fBM=25 Гц, Т=9 с на временах х>2 с интенсивность корреляционного фона при изменении р от 0 до 0,65 падает на 3-8 дБ.

Автором был предложен способ, позволяющий повысить эффективность кодоимпульсного метода, использующего однополярные последовательности ЛИЧ, путём возбуждения на каждом пикете нескольких разверток с различными параметрами [33]. После вычисления ФВК записи, соответствующие одноименным пунктам возбуждения, суммируются между собой. При реализации способа уровень помех преобразования для перспективных сигналов ЛИЧ по всей длине ФВК становился на 3-6 дБ меньше, чем для М-последовательностей.

Статистический эффект кодоимпульсного накапливания для последовательностей ЛИЧ при условии, что микросейсмы соответствуют понятию случайного стационарного шума, можно определить из выражения

РвЫх/РвхН 1+[1Мп.1)Р/5-Р] } / (40)

ПК1

где t„ -временное положение n-го импульса в развертке ЛИЧ. Временное положение n-го импульса в развертке ЛИЧ определяется из выражения

t„=(T/AF)(VFH2+2n Д F/T -F„). (41)

Подставляя (42) в (41) и обозначив AF/T через v,„ получим

N-1 _____ _______ Р _

l+[Z(VFH2+2ttv4 WF.„2+2(n-l)v„ ) ]/5"pv4p WN, (42)

n-l

Анализ формулы (42) показывает, что при увеличении р от 0 до 0,65 статистический эффект накапливания уменьшается в 2-3 раза; при р=0,32-0,65 увеличение Fnia4 от 20 до 50 Гц не способствует ослаблению микросейсм.

В таблице №1 приведены наиболее перспективные для сейсморазведки коды ЛИЧ. Под перспективными понимались коды, для которых главный максимум ФВК при т=2/Гвид и i=4/f„„a имел амплитудные значения огибающей, не превышающие 0,2А„т и 0,1АШ11Х соответственно. Динамический диапазон преобразования D(i) перспективных кодов был не менее 30 дБ при t=0,5 с и не менее 34 дБ при t>0,5 с.

Выше было показано, что даже наиболее удачные коды ЛИЧ характеризуются локальными обласшми с высокой интенсивностью корреляционного фона. Это обусловило необходимость поиска однополярных кодов с более равномерным распределением помех преобразования. Значительный интерес представляют коды с линейно изменяющимся периодом следования импульсов (коды ЛИП), предложенные Ю.П.Лукашиным. Такие коды отличаются от кодов ЛИЧ более равномерным распределением помех преобразования , -

Автором был выполнен анализ кодоимпульсных сигналов ЛИП, аналогичных перспективным кодам ЛИЧ. Под аналогичными сигналами понимались такие, которые характеризовались одинаковой длительностью Т, равным числом импульсов N и одинаковым конечным периодом следования Тк. Можно составить систему уравнений, позволяющую по заданным параметрам последовательности ЛИЧ (N, Т, Fmax) определять параметры аналогичной развёртки ЛИП. По формуле суммы членов арифметической прогрессии запишем

tn= пТо- п(п-1) ДТ/2, , (43)

где t„ -относительное запаздывание n -го воздействия. Вместе с тем

Tn=T0-(N-1) ДТ. . . (44)

Полагая n= N, т.е. t„- tN= Т и имея в виду, что при достаточно большом N • ;, TN=tjj-tN.i-l/Fmax, (45)

запишем систему уравнений

To-(N-l)AT=l/Fmax, (46)

NT0 =[N(N-1) ДТ]/2=Т (47)

Данная система позволяет по параметрам N, Т и Ртахсигнала ЛИЧ определить То и ДТ, соответствующие аналогичной развёртке ЛИП.

На основании моделирования было установлено, что наиболее перспективные коды ЛИП являются аналогами перспективных кодоимпульсных последовательностей ЛИЧ и характеризуются динамическим диапазоном преобразования, достигающим 30-40 дБ.

Перспективные коды ЛИЧ Таблица 1

р Т, с йшд, Гц Временные интервалы ФВК бгг =0 ( в с), удовлетворяющие условиям перспекшвных кодов, Гк)

5-30 5-40 5-50 10-30 10-35 10-40 10-45 10-50 15-30 15-35 15-40 15-45 15-50 20-35 20-40 20-45 20-50

0 3 25 1Д 1,6 1,3 1,2 -3,0 1,2

35 1,0 1,2 > - - 2,0

50 -

6 25 1,1 2,3 1,7 1,7 1,4 4,3 3,2 т т 2,0 60 6,0 6,0 6,0

35 2,2 2,1 2,8 2,5 4,6 3,5

50 1,7 2,2

9 25 2,2 3,5 3,0 2,5 2,0 6,0 5,0 4,0 3,5 6,0 6,0 6,0 6,0

35 2,5 3,5 3,0 4,5 3,8 6,0 6,0 5,5

50 1.5 1 д 1,5 1,5 4,5

0,32 3 25 1,1 1,8 1,5 1,3 3,0 3 0

35 1,7 1,4 1Л 25 2,1 1,8

6 25 2,4 1,9 1,8 1,5 4,0 3,3 2,5 2 2 6,0 60 6.0

35 М 3,7 2,8 2,6 4,7 3,7

50 2,3 1,8 2,6

9 25 3,6 3,0 2,6 2,2 6,0 5,0 4,3 3,4 6,0 6,0 6 0

35 1,8 1.5 3,5 3,0 5,1 4,4 4.0 6.0 6,0 60

50 1,3 4,3 3,4

0£5 3 25 1,1 0,9 2,0 1,6 1,3 1,0 3,0

35 3.0 1,6 1,3 1,2 3,0

50 1,3

6 25 3,0 2,5 2,0 1,6 1,5 6.0 3.5 2,5 2,3

35 5,0 3,5 3,0 2,5 5,0

50 3,0 1,6 1,4 1,2 6,0

9 25 4,5 3,5 3,0 2,5 2,0 6,0 5,5 4,5 3,7

35 1,4 1,8 1,4 1,3 1,2 6,0 5,0 4,5 4,0 6,0

50 1.2 4,5 2.6 2,3 1,8 4,5

Сигналы ЛИП отличаются от аналогичных сш налов ЛИЧ отсутствием интервалов вспучивания корреляционного фона, либо их смещением на 1-1,5 с в область больших времён.

Такие особенности создают хорошие предпосылки для использования кодов ЛИП. Вместе с тем сигналы ЛИП характеризуются более протяжённым максимумом преобразования. Поэтому в условиях формирования низкочастотных импульсов предпочтение следует отдавать кодам ЛИЧ, в то время как при Гвид > 35-40 Гц более эффективны коды ЛИП.

Для повышения эффективности кодоимпулъсной сейсморазведки автором был предложен и исследован на модельных и практических материалах фильтр, обеспечивающий подавление корреляционного фона при использовании однополярных последовательностей ЛИЧ [2, 20]. Алгоритм фильтрации был защшцён патентом России на изобретение [7] и определяется следующим выражением

ф(1)=

Т>Ткор

1/1[К(1)Аимп(1)]*К(-1)е"2чЛЛ -т

Г*!!*:

при 10 Гц< Г <70 Гц при 10 Гц> { >70 Гц

(48)

0.5 с

Ос

0.5с

Рис. 7. Разрезы ОГТ, полученные с использованием кодоимпульсных сигналов ЛИЧ в условиях Ульяновской области-

а - использован фильтр (48); б - фильтр не применялся

Наибольший эффект следует ожидать в том случае, если при конструировании фильтра (48) абсолютно точно учтена амплитудная неидентичность возбуждаемых импульсов A„Mrl(t), т.е. р=рфклнт|>- По мере увеличения ошибки задания амплитудной неидентичности наблюдается ррст' корреляционного фона. Так, при р=0,65 и Рфильтр=0>48 минимальные значения Dm,„ достигают 80 дБ. Если же р=0,65 и РфильФ=0,32 Dmm уменьшается до 74 дБ.

В результате оценки эффективности фильтра (48) с использованием полевых материалов, полученных в условиях Ульяновской области) было отмечено значительное подавление корреляционного фона и существеннее улучшение динамических характеристик суммарных кодоимпульсных записей OtT (см. рис. 7) Уменьшить интенсивность корреляционного фона при кодоимпульсном накапливании можно путём использования двухполярных последовательностей. Наибольший интерес для сейсморазведки представляют двухполярные дополнительные последовательности. Импульсные последовательности F„(t) и Tn(t) называются, как известно, дополнительными, если им соответствуют функции кода K(t) и 'K(t), для которых выполняется условие

где Uo(t) и 'Uo(t) нормированные ФАК функций K(t) и 'K(t).

Помимо двухполярных дополнительных последовательностей определенный интерес в сейсморазведке представляют двухполярные периодические М-последовательности Если в качестве зондирующего сигнала представить периодическую М-последовательность, а в качестве опорного лишь один период этой последовательности, то ФВК таких сигналов будет иметь максимальное значение при т=0, равное N, боковые же пики ФВК будут равны -1 / N.

Украинскими геофизиками В.И.Романом, Г.А.Шпортюк, и другими был предложен весьма оригинальный способ, позволяющий формировать двухполярные сигналы излучателями одностороннего действия. В предложенном способе сначала возбуждается развёртка, соответствующая временному закону следования импульсов с положительной полярностью, затем развёртка, соответствующая закону следования импульсов с отрицательной полярностью. Вычитая вторую запись из первой получают аналог виброграммы, которая регистрировалась бы- при использовании излучателей двухстороннего действия силы. Предложенная модификация метода, безусловно, представляет интерес. Однако при раздельной отработке импульсов с различной полярностью частота следования импульсов F не остаётся постоянной, что приводит к амлитудной неидентичности импульсов в соответствии с зависимостью (39). Для М-последовательности с числом воздействий N=127 62 импульса (48,8%) следуют с частотой F=1/t0, 32 импульса (25,2%) -F=1/2t0, 16 импульсов (12,6%)- F=l/3xo, 8 импульсов (6,3%)- F=l/4x0, 4 импульса (3,1%) - F=l/5x0, 2 импульса (1,6%)- F=l/6x0, 1 импульс (0,8%) - F=l/7x0 и 2 импульса (1,6%) имеют нулевую частоту следования. Примерно такое же соотношение между числом импульсов и частотой следования сохраняется и для дополнительных кодов. При этом указанное процентное соотношение практически не зависит от N.

В случае повышенных р неидентичность импульсов в двухполярных последовательностях, сформированных излучателями одностороннего действия,

(49)

может приводить к ухудшению ФВК. Проведённые исследования [2, 28] показали, что наиболее качественные записи при использовании двухполярных кодов следует ожидать при р<0,12. В этом случае главные максимумы ФВК практически не отличаются от единичных импульсов в развёртке. Уровень же корреляционного фона для М-последовательностей на 5-10 дБ меньше, чем при работе с перспективными кодами ЛИЧ, а для дополнительных последовательностей на 18-20 дБ ниже, чем для «идеальных» М-последовательностей.

Повышение значений р до 0,65 приводит к значительному растяжению максимумов ФВК. Поэтому при формировании двухполярных последовательностей путём поочерёдной отработки положительных и отрицательных импульсов амплитудная неидентичность не должна превышать =г20% при изменении частоты следования от 5 до 35 Гц или 10% при изменении частоты следования от 5 до 15 Гц

Учитывая процентное соотношение между числом импульсов с различной частотой следования, значение статистического эффекта рвьг/р»^ при кодоимпульсном накапливании 2-х полярных последовательностей можно оценить следующим образом:

Рвых / Рвч =2 / ^ + 5Р л/Ы[0,488хор + 0,252(2т0)р + 0,126(3т0) р+ 0,063(4т0) р+ 0,031(5т0)р+ 0,016(6т0)р+ 0,008(7т0)р]. (50)

Анализ формулы (50) показывает, что по мере уменьшения тактового интервала следования т0 от 80 до 40 мс и увеличения р от 0,12 до 0,65 эффективность ослабления случайных помех при использовании двухполярных последовательностей снижается в 1,3-1,6 раза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Показано, что ухудшение качества ■ коррелограмм при уменьшении разрядности кодирования виброграмм связано, в основном, с увеличением интенсивности помех корреляционного преобразования. При знаковом кодировании коррелограммы удовлетворительного качества представляется возможным полунить при условии Ол<14 и р»0,2; при О.,<35 высокое качество записей представляется возможным обеспечить с использованием 4-х разрядного кодирования виброграмм; если Ол>35 необходимо 5-, 6-разрядное кодирование исходной информации [1, 2, 38, 39, 53, 56]. Установлено, что искусственное удвоение частоты квантования виброграмм путём интерполяции отсчётов позволяет увеличить период квантования исходных виброграмм в соответствие с условием ДШ/(2,8£тах) [2, 29]. ■ , ,,2. Для 3- массовой модели излучателя получены аналитические выражения АЧХ системы вибратор-грунт для опорной плиты, инерционного груза и транспортного средства. Показано, что АЧХ вибратора для опорной плиты смещается в сторону верхних частот по мере ■ увеличения жесткости грунта; отмечена тенденция к увеличению коэффициентов нелинейных искажений ун в системе вибратор-грунт с увеличением жёсткости грунта, при этом нелинейные искажения устойчиво возрастают при уменьшении частоты основной гармоники от 30 до 6 Гц; установлено, что по мере увеличения ун наблюдается уменьшение динамического диапазона корреляционного преобразования возбуждаемых сигналов. Показано, что наиболее значимые модернизации вибросейсмических источников не существенно повлияли на повышение качества получаемых сейсмических материалов, что объясняется особенностями постановки задачи по созданию вибраторов [1, 2, 32, 34, 43, 48, 54].

3. На основании исследований волновых вибросейсмических полей в условиях Крайнего Севера показано, что:

- при переходе вибраторов с суши на лёд, при не полном промерзании водоёмов, информативность и динамика сейсмограмм существенно ухудшаются, что связано с особенностями частотной характеристики системы лед-вода и в меньшей степени зависит от акустических свойств придонных осадков;

- при увеличении мощности снега от 5 до 105 см ухудшение качества записей не происходит; вместе с тем хорошая накатка снега повышает помехоустойчивость вибросейсмического метода, уменьшает искажения сигналов, а также в 2 и более раз снижает уровень корреляционного фона;

- впервые показано, что существенное мешающее влияние в условиях Крайнего Севера оказывают обращённые вибросейсмические сигналы, формируемые в результате корреляционной свертки опорного сигнала с импульсами, возникающими в результате самопроизвольного растрескивания льда при температурах менее -30°; а также помехи, имеющие вид высокочастотного нерегулярного фона и соответствующие по своей природе вторичным волноводным помехам, формируемым в низкоскоростном приповерхностном слое, ограниченном сверху слоем сезонной мерзлоты [2, 22];

- впервые установлено, что по мере увеличения шероховатости, грунта происходит усиление резонансных свойств вибратора, так, для арктического вибратора СВС24/РС27 ширина полосы пропускания АЧХ вибратора уменьшалась на 54% при шероховатости Ь=0,6 [17];

4. На основании исследований по оптимизации методики вибросейсмических наблюдений сформулированы современные подходы к выбору основных параметров методики [2, 4, 5, 9, 35, 36, 40,41, 42].

5. Показано, что использование комбинированных сигналов, состоящих всего из трёх сегментов одинаковой длительности с совпадающими значениями Ртл„ позволяет достигнуть разрешённое™ колебаний, которая приближается к предельно возможной разрешающей способности вибросейсмического метода [1, 2, 27,' 44, 50, 55, 58}; указанное обстоятельство позволяет критически относиться к усложнению комбинированных сигналов.

6. Результаты исследований нелинейных развёрток заключаются в следующем: впервые в СССР автором был исследован и реализован в' производственном

режиме способ кусочно-линейных развёрток; показано, что Л условиях юго-западной части Прикаспийской впадины способ обеспечивает повышение комплексного коэффициента качества (ЯРЫ) для надсолевых отражений, а также для отражений от границ в отложениях карбона и перми в 1,2-1,8 раза; установлено, что оптимальное количество п узкополосных ЛЧМ-сигналов в кусочно-линейной развёртке равняется 10-12 [1,2, 51,52]:

- показано, что в отличие от комбинированных развёрток кусочно-линейные развёртки позволяют формировать несколько более компактный главный максимум ФВК, однако уже на временах т>100 мс уровень пульсаций при использовании кусочно-линейных развёрток заметно превышает уровень корреляционного фона для комбинированных сигналов, что делает более предпочтительным применение комбинированных развёрток в условиях повышенного влияния помех корреляционного преобразования [2, 27];

- предложен и опробован в производственном режиме способ кусочно-линейных развёрток, являющийся аналогом оптимальной фильтрат® обнаружения и позволяющий повысить глубинность исследований [2, 8];

- предложен и опробован в производственном режиме способ повышения безопасности зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ, заключающийся в возбуждении разнополярных последовательностей укороченных ЛЧМ-сигналов с функциями кода исключающими компоненты корреляционного фона, формируемые в связи с периодичностью сложного сигнала [11, 25];

- разработана методика и проведено внедрение вибросейсмического метода с использованием логарифмических развёрток для площадей Краснодарского края и с использованием степенных развёрток в условиях Бухарской ступени [23, 37]. •

7. Впервые показано, что способ применения АРУ по виброграммам, разработанный фирмой Western Geophysical и получивший наименование «отбеливание» может сформировать ложное представление о взаимосвязях между параметрами полевой методики и особенностями регистрируемых вибросейсмических шлей [30].

8. Впервые предложен, исследован и опробован в производственном режиме фильтр с комплексными передаточными функциями, позволяющий ослабить корреляционный фон для вибросейсмических сигналов не только в ближней, но и в

' дальней зоне ФВК [2, 6].

9. Показано, что вибросейсмический метод способен обеспечить высокую эффективность исследований ПГР, при этом более предпочтительным является использование нелинейных или комбинированных развёрток; установлено, что при вибросейсмических наблюдениях динамические аномалии отражённых волн за счёт изменения условий возбуждения могут в 2-3 раза превышать аналогичные аномалии

1 при работе со взрывом; предложен и опробован в производственном режиме способ компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний, не требующий резервирования энергии излучателя [2,13, 24, 49].

10. Исследованы с учётом динамической неустойчивости излучателей и впервые использованы в сухопутной сейсморазведке кодоимпульсные сигналы ЛИЧ. Показано, что в условиях формирования низкочастотных импульсов предпочтение следует отдавать кодам ЛИЧ, в то время как для импульсов с преобладающей частотой fBKa>35-40 Гц более эффективны коды с линейным изменением периода следования (коды ЛИП) [2,16,18, 33, 45, 57, 62, 64].

11. Впервые предложен и испытан на моделях и реальном полевом материале фильтр с комплексными передаточными функциями, позволяющий подавлять помехи корреляционного преобразования, формируемые однополярными кодоимпульсными сигналами [2, 7, 20]. ' '

12. Впервые с учётом динамической неустойчивости излучателей выполнен анализ эффективности способа сейсморазведки, использующего двухполярные М-последовательности и дополнительные последовательности, формируемые ударными источниками одностороннего действия. Показано, что такой способ отличается наибольшей эффективностью при р <0,12; в случае р>0,65 применение способа в сейсморазведке не целесообразно [2, 28].

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих печатных трудах:

Монографии

1. Кострыгин Ю.П., 1991, Сейсморазведка на сложных зондирующих сигналах. М.: Недра, 176с.

2. Кострыгин Ю.П., 2002, Сейсморазведка на сложных сигналах. - Тверь: Изд. ГЕРС, 416 с.

Авторские свидетельства и патешы на изобретения

3. Земцов Е.Е., Кострыгин Ю.П., Земцова Д.П., 1973, Способ анализа сейсмического волнового поля: СССР, авт. св. №418822.

4. Кострыгин Ю.П., 1989, Способ вибросейсмической разведки: СССР, авт. св. № 940095.

5. Кострыгин Ю.П. 1989, Способ вибросейсмической разведки: СССР, авт. св. №1539700

6. Кострыгин Ю.П. 1994, Устройство для вибросейсмической разведки: Россия, патент №2014638.

7. Кострыгин Ю.П, 1994, Устройство для кодо-импульсной разведки: Россия, патент №2014637.

8. Кострыгин Ю.П., Лев И.С., 1992, Способ вибросейсмической разведки: СССР, авт. св. №1774301.

7. Кострыгин Ю.П., Линчевский Д.Ф., 1983, Способ группирования сейсмоприёмников: СССР, авт. св. №1023267.

10. Кострыгин Ю.П., Молоканов Г.И.,197б, Устройство для сейсмической разведки: СССР, авт. св. №562786.

11. Кострыгин Ю.П., Сидоренко Д.В., 1998, Способ вибросейсмической разведки: Россия, патент №2102776.

12. Кострыгин Ю.П., Хачиян Г.Г., Кожевников Ю.Г., 1981, Способ вибросейсмической разведки: СССР, авт.св. №1010577.

13. Система для вибросейсмической разведки, 1992 / Ю.П.Кострыгин, А.М.Нигматзянов, В.А.Гродзенский, М.Б.Шнеерсон / СССР, авт.св. №1805411.

Научные статьи

14. Дьяченко В.Ф. Кострыгин Ю.П., 1985, Некоторые результаты вибросейсмических наблюдений, проводимых на льду // Сб. Нефтегазовая геология, геофизика и бурение, 7, 20-23.

15. Исследование эффективности согласованной фильтрации при ударном возбуждении колебаний, 1981 / Ю.П.Кострыгин, Е.В.Завалко, В.Б.Гаврюшин, Г.И.Молоканов // Разведочная геофизика: М., Недра, 92, 39-45.

16. Кодо-импульсный метод сейсморазведки, 1981, / Г. И. Молоканов, Ю.П.Кострыгин, О.И.Рогоза, В.В.Трофимов // Обзорная инф. ВНИИЭгазпрома, серия «Геология и разведка морских нефтяных и газовых месторождений», вып. 1, 35 с.

17. Кострыгин Ю.П., 2002, Влияние шероховатости грунта на динамику колебательной системы гидравлического вибратора: Геофизика, 1, 22-25.

18. Кострыгин Ю.П., 1988, Выбор параметров однополярных кодов при кодоимпульсном накапливании сейсмических колебаний// Исследование и разработка наземных невзрывных источников сейсмических колебаний: М., Геол. Фонд РСФСР, 55-64.

19. Кострыгин Ю.П., 1974, Изучение возможности повышения частоты возбуждаемых колебаний для условий Адыгейского структурного выступа // Разведочная геофизика: М., Недра, 61, 39-45.

20. Кострыгин Ю.П., 1993, Математическое моделирование геофизических процессов для обоснования региональных моделей интерпретации// Прикладная геофизика: М., Недра, 128, 43-50.

21. Кострыгин Ю.П., 1978, Микросейсмы с повышенными радиусами корреляции, регистрируемые в сейсморазведке // Экспресс-информация.ВИЭМС. Per., развед. и промыслов, геофизика, 2, 16-22.

22. Кострыгин Ю.П. 2000, Особенности волнового поля, регистрируемого при вибросейсмических наблюдениях в условиях Крайнего Севера: Российский геофизический журнал, 19-20, 13-20.

23. Кострыгин Ю.П.,1998, Повышение эффективности вибросейсмических исследований путем использования нелинейных логарифмических развёрток: Российский I еофизический журнал, 9-10, 120-123.

24. Кострыгин Ю.П., 1992, Применение вибросейсморазведки для решения задач, связанных с прогнозированием геологического разреза. Разведочная геофизика: М., Недра,114, 15-23.

25. Кострыгин Ю.П., 1999, Способ уменьшения опасности разрушения зданий и сооружений при вибросейсмических работах: Геофизика, 2, 50-54.

26. Кострыгин Ю.П , 1997, Сравнительный анализ эффективности взрывного и вибросейсмического способов разведки на севере Сургутского нефтегазоносного района: Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений, 2, 28-34.

27. Кострыгин Ю.П., 1989, Сравнительный анализ эффективности применения нелинейных и комбинированных вибросейсмических развёрток: Разведочная геофизика: М., Недра, 110, 92-98.

•28. Кострыгин Ю П., 1991, Эффективность двухполярных импульсных последовательностей при кодо-импульсном возбуждении сейсмических колебаний: Разведочная геофизика-М.:Недра, 112, 15-21.

29. Кострыгин Ю.П., Бойченко P.B., 1991, Оценка возможности уменьшения частоты дискретизации виброграмм при возбуждении высокочастотных развёрток-Разведочная геофизика: М., Недра, 112, 53-63.

30. Кострыгин Ю.П., Дёмин В.И., 1997, Анализ правомерности восстановления спектра вибросейсмических колебаний путём применения АРУ по виброграммам: Российский геофизический журнал, 7-8, 13-20

31. Кострыгин Ю.П., Завалко Е.В., Гаврюшин В.Б., 1978, Опробование алгоритма квазиперемножения при поверхностном возбуждении: Разведочная геофизика: М., Недра, 80, 27-33.

32. Кострыгин Ю.П., Кастанов A.C., 1989, Повышение эффективности вибросейсмических излучателей: Геофизическая аппаратура: JL, Недра, 90, 73-80.

33. Кострыгин Ю.П., Кириллов В.М., 1990,' Способ кодо-импульсного накапливания сейсмических колебаний: Геофизическая аппаратура- Л., Недра, 93, 34-39.

34. ' Кострыгин Ю.П., Коновальцев Ю.Б., Живодров В А., 1994, Сравнительный анализ эффективности гидравлических вибраторов СВ-10-180, СВ-5-150М и MERTZ-18P/612A90 в условиях Прикаспийской впадины: Геофизическая аппаратураЛ., Недра, 98, 71-81.

35. Кострыгин Ю.П., Косов В.М., Линчевский Д.Ф., 1984, Определение основных параметров возбуждения и приёма вибросейсмических сигналов: Разведочная геофизика: М., 97, 51-60.

36. Кострыгин Ю.П., Кулагин С.И., 1999, Современные подходы к выбору частотного диапазона вибросейсмических развёрток' Геофизический вестник, 9, 3-8.

"• 37.' Кострыгин Ю.П., Лапидус В.Я., Мамадалиев Т.Д., 1994, Совершенствование технологии вибросейсмических наблюдений в условиях Бухарской ступени: Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений: 2, ' 27-30.

38. Кострыгин Ю.П., Леонтьев Ю.Б., 1987, Влияние разрядности кодирования вибросейсмических записей на качество коррелограмм: Прикладная геофизика: М., Недра, 117, 54-62.

39. Кострыгин Ю.П., Леонтьев Ю.Б., Хачиян Г.Г., 1985, Исследование возможностей знакового кодирования вибросейсмических записей: Прикладная геофизика: М., Недра, 111, 60-70.

40. Кострыгин Ю.П., Линчевский Д.Ф., Косов В.М., 1982, Возможность определения статических поправок при работах с вибратором: Разведочная геофизика: М., Недра, 94, 44-45.

41. Кострыгин .Ю.П., Мамадалиев Т.Д., 1985, Возможности ослабления влияния боковых волн, формируемых в верхней части разреза: Разведочная геофизика: Отёч. произв. опыт. Экспресс-информация / ВНИИ экон. минер, сырья и геол. - развед. работ. ВИЭМС, 2, 13-17.

42. Кострыгин Ю.П., Мисирова Н.В., 1986, Влияние неидентичности возбуждаемых вибросейсмических колебаний на качество коррелограмм: Разведочная геофизика: М., Недра, 103, 61-65.

43. Кострыгин Ю.П., Михайлов В.В., 2002, Теоретический анализ компонент форс-сигнала, формируемых гидравлическим вибратором: Российский геофизический журнал, 25-26, 74-78.

44. Кострыгин Ю.П., Мозгунова Л.И., 1987, Экспериментальное исследование эффективности метода комбисвип: В кн. Пути повышения технико-экономических показателей внедрения сейсморазведки с применением невзрывных источников при поиске и разведке полезных ископаемых. Материалы всесоюзного совещания, Коканд- М: изд. Нефтегеофизика, 95-103.

45. Кострыгин Ю.П., Молоканов Г.И., 1980, Модельные исследования формы сейсмического сигнала при кодоимпульсном возбуждении: Разведочная геофизика: М., Недра, 89,38-47.

46. Кострыгин Ю.П, Молоканов Г.И., 1975, Накапливание сейсмических импульсов при повышенном числе возбуждений: Разведочная геофизика: М., Недра, 69, 28-31.

47. Кострыгин Ю.П., Молоканов Г.И., Кармазин A.A., 1975, Особенности волнового поля, регистрируемого при поверхностном возбуждении колебаний: Разведочная геофизика: М., Недра, 67, 24-27.

48. Кострыгин Ю.П.. Нигматзянов A.M., 1985, Исследование основных динамических характеристик колебательной системы вибратор СВ-5-150-грунт: Сб. Нефтегазовая геология, геофизика и бурение, 8, 28-32.

49. Кострыгин Ю.П., Нигматзянов A.M. , 1992, Компенсация неидентичности возбуждаемых вибросейсмических колебаний: Геофизическая аппаратура: Л., Недра, 97, 77-85.

50. Кострыгин Ю.П., Нигматзянов А М, 1989, Методика вибросейсмических наблюдений с использованием комбинированных сигналов: Разведочная геофизика: М., Недра, 110, 14-26.

51. Кострыгин Ю.П., Нигматзянов A.M., Бойченко Р.В., 1992, Методика вибросейсмической разведки с применением высокочастотных нелинейных развёрток: Разведочная геофизика: М., Недра, 114, 3-15.

52. Кострыгин Ю.П., Панов В.Ф., Нигматзянов A.M., 1989, Устройство для реализации нелинейных вибросейсмических развёрток: Разведочная геофизика: М., Недра, 110, 120-125.

53. Кострыгин Ю.П., Хачиян Г.Г, Леонтьев Ю.Б, 1985, Влияние разрядности кодирования вибросейсмической информации на уровень помех преобразования: Прикладная геофизика: М., Недра,112, 71-79.

54. Кострыгин Ю.П., Хачиян Г.Г., Школьницкий А.Л., 1986, Определение амплитудно-частотных характеристик и коэффициентов нелинейных искажений колебательной системы вибратор СВ-5-150-грунт: Сб. научных трудов Гомельского СКТБСТ, Москва, ВНИИОЭНГ, 51-60.

55. Кострыгин Ю.П., Школьницкий А.Л., 1989, Исследование возможности повышения разрешающей способности вибросейсмического метода путём

,, применения комбинированных разверток: Прикладная геофизика: М., Недра, 120, 63-73.

56. Кострыгин Ю.П., Школьницкий А.Л., Марухненко В.П., 1988, Исследование эффективности знаковой корреляции виброграмм: Сб. Геофизическая аппаратура: Л., Недра, 89, 62-68.

57. Молоканов Г.И., Кострыгин Ю.П., 1974, Импульсный сейсмический возбудитель без уплотнения грунта: Прикладная геофизика: М., Недра, 75, 52-60.

, 58. Нигматзянов А.М., Кострыгин Ю.П., 1991, Результаты !, вибросейсмических наблюдений способом комбинированных сигналов в условиях солянокуполыюй тектоники: Разведочная геофизика: М., Недра, 112, 35-42.

59 Об одном виде помех, регистрируемых при сейсморазведочных работах в юго-западном Таджикистане, 1974 / Е.В.Завалко, Е.Е.Земцов, С.М.Рамазанова, Ю.П.Кострыгин // Журнал «Изв. Ан. Тадж ССР», отд физ. - мат. и геол. - хим. наук, 1/51/, 58-65.

60. Основные результаты испытаний источника ГУК-1 в условиях Центральной Туркмении, 1976, / Ю.П.Кострыгин, А.А.Кармазин, Г.И.Молоканов, Г.Н.Малюгин// Сб. Нефтегазовая геология и геофизика, 9, 40-45.

-61. Особенности регистрации и обработки на ЭВМ аналоговых вибросейсмических данных, 1983 / В.А.Гродзенский, А.Н.Иноземцев, И.С.Лев, Ю.П.Кострыгин, В.М.Косов, А.А.Пудовкин// Разведочная геофизика: М., Недра, 96, 51-58.

62. Первые результаты работ на профиле с использованием невзрывного источника ГУК-1, 1974 / Ю.П.Кострыгин, Г.И.Молоканов, В.И.Прийма, Ю.Ф.Матусевич //Экспресс-информ., ВИЭМС, Сер. 9. Регион, развед. и пром. геофизика, 18, 12-18.

63. Производственное опробование вибросейсмического комплекса на базе вибраторов СВ-5-150, 1981 / В.М.Косов, Д.Ф.Линчевский, Ю.П.Кострыгин, Ф.П.Шепеленко // Тр. Всесоюзного научно-исследовательского геол.-развед. нефт. института, 235, 13-21.

64. Ударно-вибрационный источник и комплекс на его основе, 1980 / Г.И.Молоканов, В.В.Ивашин, Ю П.Кострыгин, И.М.Чуркин // Разведочная геофизика: М., Недра, 91, 44-51.

I f

i X

I f

Бумага тип. №2. Печать трафаретная Тираж 100 экз. Заказ № 225 от 2.10.2003 г. Кубанский государственный университет.

350040, г. Краснодар, ул. Ставропольская, 149, Центр "Универсервис", тел. 699-551.

2.00?- А

[

»16356

Содержание диссертации, доктора технических наук, Кострыгин, Юрий Петрович

Введение;.

Глава 1. Основные принципы вибросейсмической разведки и необходимая точность представления вибросейсмических сигналов.

1.1. Особенности возбуждения колебаний в режиме упругих деформаций грунта

1.2. Оптимальное выделение сложных сигналов.

1.3. Линейно частотно-модулированные сигналы.

1.4. Исследование необходимой точности представления вибросейсмических сигналов.

1.4.1. Анализ влияния разрядности кодирования вибросейсмических записей на качество коррелограмм.

1.4.1.1. Исследование зависимости интенсивности помех преобразования от разрядности кодирования виброграмм.

1.4.1.2. Определение условий эффективного применения знакового кодирования виброграмм.

1.4.1.3. Выбор предельно допустимой разрядности кодирования виброграмм.

1.4.2. Оценка необходимой минимальной частоты квантования виброграмм

Глава 2. Исследование динамических характеристик колебательной системы вибратор-грунт.

2.1. Теоретические исследования динамических свойств силовой части электрогидравлического вибратора.

2.1.1. Вывод уравнений динамики и получение операторных передаточных функций.

2.1.2. Амплитудно-частотные характеристики колебательной системы вибратор-грунт для опорной плиты.

2.1.3; Амплитудно-частотные характеристики колебательной системы вибратор-грунт для инерционного груза.

2.1.4. Амплитудно-частотные характеристики колебательной системы вибратор-грунт для смещения массы транспортного средства;.

2.2. Экспериментальные исследования динамических характеристик колебательной системы вибратор-грунт.

2.2.1. Экспериментальные амплитудно-частотные характеристики.

2.2.2. Исследование нелинейных искажений, в системе вибратор-грунт, и графики динамического диапазона корреляционного преобразования вибросейсмических сигналов.

2.3. Пути повышения эффективности вибросейсмических излучателей

Глава 3. Изучение волновых вибросейсмических полей.

3.1. Основные особенности волновых полей, формируемых при поверхностном возбуждении колебаний.

3.2. Исследование особенностей волновых вибросейсмических полей, регистрируемых в условиях Крайнего Севера.

3.3. Исследование влияния шероховатости грунта на- динамику возбуждаемых вибросейсмических колебаний.

Глава 4. Совершенствование методики вибросейсмических наблюдений;

4*1. Определение режимов работы гидравлических вибраторов.

4.2. Выбор частотного диапазона вибросейсмических развёрток.

4.3; Группирование вибраторов.

4.4. Группирование сейсмоприёмников.

4.5. Выбор длительности вибросейсмических развёрток и статистическое накапливание воздействий.

4.6. Изучение верхней части разреза.

Глава'5. Оптимизация технологии способа комбинированных сигналов

5:1. Определение параметров комбинированных сигналов, применяемых с целью повышения разрешающей способности вибросейсмического метода.

5.2. Методика полевых наблюдений с использованием высокочастотных комбинированных развёрток.

5.3. Геологическая эффективность применения высокочастотных комбинированных развёрток.

Глава 6. Исследование; возможности повышения эффективности вибросейсмической- разведки путём использования нелинейных развёрток.

6.1. Кусочно-линейные развёртки.

6.1.1. Применение; кусочно-линейных развёрток с; целью повышения разрешающей способности вибросейсмического метода

6.1.2. Сравнительный анализ эффективности применения высокочастотных кусочно-линейных и комбинированных развёрток.

6.1.3. Анализ возможности применения кусочно-линейных развёрток с целью максимального увеличения глубинности вибросейсмических исследований.

6.1.4. Исследование возможности применения непрерывных разнополярных последовательностей укороченных ЛЧМ-сигналов для уменьшения; опасности разрушения зданий и сооружений при; проведении вибросейсмических работ.

6.2: Логарифмические развёртки;.

6.3: Степенные развёртки.

Глава 7. Исследование возможности повышения эффективности обработки вибросейсмических материалов.

7.1. Восстановление спектра- регистрируемых вибросейсмических колебаний.

7.2. Поиск алгоритмов и анализ целесообразности применения фильтров с: комплексными передаточными функциями, для; подавления корреляционного фона в дальней зоне корреляционной функции

7.3. О целесообразности использования' принципов следящей» фильтрации! при обработке вибросейсмических записей?.

Глава; 8. Анализ возможностей применения вибросейсмического метода для решения задач прогнозирования геологического разреза (ПГР)

8.1. Выбор зондирующего сигнала при проведении работ ПГР.

8.2. Оценка влияния неустойчивости амплитудно-частотных характеристик системы вибратор-грунт на' достоверность выявления динамических аномалий волнового поля:.

8.3: Исследование возможности компенсации искажений волнового поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта, и условий контакта излучающих плит вибраторов с грунтом.

Глава 9. Кодоимпульсный метод сейсморазведки.

9:1 Основные принципы кодоимпульсного накапливания колебаний.

9.2. Однополярные коды.

9:2Л. Анализ возможности применения1 в сейсморазведке однополярных кодов с линейным? изменением! частоты следования импульсов (коды ЛИЧ).

9:2.1.1. Выбор перспективных кодов ЛИЧ.302:

9.2.1.2: Поиск методических приёмов ослабления корреляционного фона при возбуждении однополярных последовательностей ЛИЧ.

9.2.1.3. Оценка статистического эффекта: кодоимпульсного накапливания» при использовании кодов ЛИЧ.

9.2.2; Исследование однополярных кодов с линейным изменением периода следования импульсов (коды ЛИП).

9.2.3. Поиск алгоритмов фильтрации для подавления корреляционного фона, формируемого при использовании однополярных кодов .320 9.3: Двухполярные кодоимпульсные сигналы».329s

9.3.1. Исследование корреляционных функций двухполярных последовательностей с учётом динамической неустойчивости кодоимпульсных излучателей.

9.3.2. Оценка статистического эффекта кодоимпульсного накапливания двухполярных последовательностей.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов"

Т>

Основные перспективы развития невзрывной сейсморазведки связываются с широким внедрением способов, предполагающих возбуждение и регистрацию сложных сейсмических сигналов, т.е. сигналов, для которых выполняется, условие Af3(j,- Т » 1, где Af3(}, - эффективная ширина спектра сигнала, Т — длительность сигнала: Использование таких сигналов в сочетании с оптимальной фильтрацией позволяет значительно повысить помехоустойчивость сейсмической разведки по отношению к некогерентным • помехам; Наибольший интерес при этом представляют квазигармонические сложные сигналы, обеспечивающие возможность гибкого варьирования спектральным составом возбуждаемых колебаний.

Первые положительные результаты по практическому использованию квазигармонических сейсмических сигналов были получены в США в 1959 -1960 гг. (Д.Крауфорд, В.Дота, М.Ли). Фирма «Continental Oil Company» («Сопосо») разработала метод и аппаратуру с торговой маркой «Vibroseis». Большой вклад в разработку теории, методики, математического обеспечения и технических средств; вибросейсморазведки: внесли российские учёные: И.С.Чичинин.; М;Б.Шнеерсон, А.Г.Асан-Джалалов, В.А.Бабешко, Т.М.Гродзянская, Г.П.Евчатов, Ю.П.Кострыгин, А.И.Лугинец, Ю.П.Лукашин, АМ.Седин, А.С.Шагинян, В.И.Юшин и др.

В настоящее время вибросейсмический метод получил широкое практическое применение. Этому обстоятельству способствует высокая геологическая эффективность метода, сопоставимая в большинстве случаев с эффективностью сейсмической разведки, использующей взрывные скважинные излучатели. Применение вибросейсморазведки улучшило условия труда, снизило уровень опасности работ и свело к минимуму вред, наносимый окружающей среде. Последнее обстоятельство во многих случаях является приоритетным при выборе способа возбуждения сейсмических колебаний, т.к. в настоящее время экологические службы в принципе запрещают проведение буро-взрывных работ в пределах большого числа площадей, перспективных для разведки на нефть и газ. Вместе с тем успехи, наметившиеся в последние годы в. области геологической интерпретации сейсмических материалов, выдвигают весьма жёсткие требования к качеству сейсмических записей. Поэтому исследования, направленные на развитие технологии и повышение геологической эффективности вибросейсмического метода, являются в настоящее время весьма актуальными.

Особое место в невзрывной сухопутной сейсморазведке занимает способ, основанный на возбуждении кодоимпульсных последовательностей (Г. И; Молоканов, В. В. Ивашин, Ю. П. Кострыгин, И: А. Милорадов, В. И: Роман, Ю. А. и др.). По своему физическому содержанию способ занимает промежуточное место между импульсным и вибросейсмическим методами; Так же, как и вибросейсмический метод, кодоимпульсный метод отличается повышенной помехоустойчивостью по отношению к некогерентным помехам. Вместе с тем техническая реализация кодоимпульсного возбуждения является значительно более простой. Учитывая относительную простоту конструкции и в связи с этим более низкую себестоимость кодоимпульсных излучателей, есть все основания считать, что кодоимпульсный метод, будет привлекать к себе всё большее внимание специалистов и найдёт широкое применение в сейсморазведке. Поэтому развитие технологии кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний, также как и развитие технологии вибросейсмического метода, является, безусловно, актуальным.

Целью диссертационной работы является исследование и развитие технологии вибросейсмической разведки и кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний. В соответствии с целевым назначением сформулированы задачи работы:

1. Оценка необходимой точности представления: вибросейсмических сигналов.

2. Исследование основных динамических характеристик колебательной системы вибратор-грунт в зависимости от условий возбуждения и параметров конструкции вибросейсмических излучателей.

3. Изучение основных особенностей волнового вибросейсмического поля и развитие методики вибросейсмических наблюдений? с учётом современного уровня сейсмической разведки.

4. Изучение возможности улучшения динамики вибросейсмических записей, повышения глубинности вибросейсмических исследований и снижения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ путём использования комбинированных и нелинейных развёрток.

5. Разработка способа компенсации искажений волнового вибросейсмического поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта и условий контакта излучающих плит вибраторов с

• грунтом, не требующего резервирования энергии излучателя.

6. Выбор кодоимпульсных сигналов с учётом динамической неустойчивости излучателей, пригодных для использования в сейсмической разведке.

7. Разработка и исследование фильтров с комплексными передаточными функциями, позволяющих уменьшить мешающее влияние помех корреляционного преобразования, как в ближней, так и в дальней зонах корреляционных функций вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.

Диссертация подготовлена в основном по результатам теоретических, модельных и опытно-методических исследований, выполненных автором* в разные годы в Краснодарском филиале ВНИИГеофизики, в ПГО «Центргеофизика» (в настоящее время ФГУ ГНПП «Спецгеофизика»), В ОАО «Краснодарнефтегеофизика», в ПГО «Узбекгеофизика, а также в ООО Новосибнефтегазгеофизика».

Результаты проведённых исследований, определяющие научную значимость проделанной работы, сводятся к следующему:

1. Для наиболее: полной 3-х массовой модели вибросейсмического излучателя проведён теоретический; анализ динамических характеристик гидравлического вибратора: Наряду с теоретическим анализом колебательной t системы; вибратор-грунт проведены всесторонние экспериментальные исследования динамических характеристик вибросейсмических излучателей: Выполнен сравнительный анализ АЧХ вибраторов и взрывных скважинных излучателей.

2. Исследовано влияние разрядности кодирования вибросейсмической информации на уровень, помех: корреляционного преобразования при? различных; параметрах вибросейсмических сигналов, выполнены исследования минимально допустимой разрядностиfкодирования виброграмм! в зависимости: от динамического диапазона; записи и отношения сигнал/помеха на исходных виброграммах, а также возможности уменьшения, частоты квантования виброграмм при; использовании высокочастотных вибросейсмических развёрток.

3. Выполнены исследования доминирующих помех, формируемых при поверхностном» возбуждении сейсмических колебаний; большое; внимание уделено изучению особенностей волновых полей, регистрируемых при; вибросейсмических наблюдениях в условиях Крайнего Севера; сформулированы современные подходы; к выбору. методики вибросейсмических наблюдений (авт. св. №940095, №1023267, №1539700).

4: Проведено изучение возможности повышения эффективности вибросейсмического метода путём применения-, комбинированных и? нелинейных развёрток; исследована возможность реализации оптимальной фильтрации обнаружения на этапе возбуждения колебаний (авт. св. №1774301, СССР); предложен и исследован способ уменьшения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ путём применения фазового кодирования для. непрерывных последовательностей укороченных вибросейсмических сигналов (патент №2102776, Россия).

5. Исследованы принципиальные возможности использования вибросейсмического метода; для решения задач, связанных с прогнозированием геологического разреза. Разработан; способ компенсации искажений волнового поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта; и условий контакта излучающих плит вибраторов с грунтом, не требующий резервирования энергии излучателя (авт. св. №1805411, СССР).

6. Проведён анализ корреляционных функций однополярных и двухполярных импульсных последовательностей? с учётом динамической неустойчивости кодоимпульсных излучателей.

7. Исследована возможность подавления корреляционного фона в ближней и дальней- зоне корреляционных функциш при использовании вибросейсмических и однополярных кодоимпульсных сигналов путём применения фильтров с комплексными передаточными функциями (патенты №2014637, №2014638, Россия).

Практическая значимость работы сводится к следующему:

- Полученные динамические характеристики вибросейсмических излучателей позволяют прогнозировать возможные изменения волнового поля, связанные с изменением условий возбуждения колебаний или с переходом на другой тип вибратора, а также могут быть использованы при обосновании необходимых технических характеристик вибросейсмических излучателей.

- Исследования влияния параметров вибросейсмических сигналов и динамических особенностей исходных записей на уровень помех корреляционного преобразования при различной разрядности кодирования информации, а также анализ возможности уменьшения частоты квантования виброграмм позволяет более обоснованно определять необходимую проектную точность представления вибросейсмических сигналов при создании специализированных вычислительных устройств, используемых для экспресс-контроля вибросейсмических записей, а также для цифровой передачи сигналов по радиоканалу.

- Выполненные исследования волновых вибросейсмических полей и методики наблюдений дают возможность более объективного представления природы и физических особенностей регистрируемых полей и позволяют осуществить более качественный выбор оптимальной методики вибросейсмических наблюдений.

- Проведённые исследования* комбинированных и нелинейных развёрток позволяют улучшить динамику регистрируемых колебаний, повысить комплексный; коэффициент качества записей и при1 необходимости снизить, опасность разрушения зданий и сооружений при вибросейсмических работах.

- Разработанный способ компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний без резервирования энергии вибраторов- позволяет более эффективно по сравнению с известными способами компенсации неидентичности использовать энергию излучателя в условиях повышенного мешающего влияния некогерентных помех.

- Исследования, выполненные в области кодоимпульсного накапливания колебаний, позволяют выбрать кодоимпульсные сигналы с учётом параметров единичных импульсов и с учётом динамической неустойчивости излучателей-приемлемые для использования в сейсмической разведке, и сформулировать требования к виброимпульсным излучателям.

Предложенные и исследованные в работе фильтры с комплексными передаточными функциями позволяют уменьшить мешающее влияние корреляционного фона, как в ближней, так и в дальней зонах корреляционных функций вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов и тем самым получить первичные материалы, более пригодные для глубокой; геологической интерпретации.

Автор выносит на защиту:

1. Необходимая точность представления вибросейсмических сигналов.

2. Динамические характеристики колебательной системы вибратор-грунт. Сравнительный анализ динамических характеристик гидравлических вибраторов и взрывных скважинных излучателей.

3. Исследование волновых вибросейсмических полей и оптимизация методики вибросейсмических наблюдений.

4. Анализ возможности повышения эффективности вибросейсмического метода путём использования нелинейных и комбинированных развёрток.

5: Фильтры с комплексными передаточными функциями для подавления помех корреляционного преобразования не только в ближней, но и дальней зоне функции взаимной корреляции для вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.

6. Возможности прогнозирования геологического разреза с использованием вибросейсмического метода.

7. Анализ возможностей применения в сейсморазведке кодоимпульсных сигналов.

Работа состоит из введения, девяти глав, заключения, списка литературы из 84 наименований, 151 рисунков и 5 таблиц. Общий объём работы составляет 361 страницу машинописного текста.

Выполнению работы способствовали творческие контакты с докторами наук М.Б.Шнеерсоном, С.И.Дембицким, В.В.Ивашиным, Г.П.Евчатовым, Т.Л.Бабаджановым, А.П.Жуковым, кандидатами наук В.А.Гродзенским, В.В.Михайловым, А.И.Лугинцом, В.Я.Лапидусом, И.Г.Бинкиным, В.И.Романом.

Особо признателен автор генеральному директору ЗАО* «Геосвип»

A.Г.Асан-Джалалову и генеральному директору ЗАО «Сибнефтегазгеофизика» Б.Ф.Адамовичу за внимание и содействие в работе, а также своим ближайшим коллегам за помощь во внедрении его разработок:

B.С.Петрову, АМ.Нигматзянову, В.Н.Лаптеву, В.И.Дёмину, А.Д.Кравченко.

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ И НЕОБХОДИМАЯ ТОЧНОСТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Кострыгин, Юрий Петрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате исследований по теме диссертационной работы получены следующие основные выводы и результаты:

1. Показано, что ухудшение качества коррелограмм при уменьшении разрядности кодирования виброграмм связано главным: образом с увеличением интенсивности помех корреляционного преобразования. Основные связи между уровнем корреляционного фона для малоразрядного кодирования и параметрами вибросейсмических сигналов можно сформулировать следующим образом:

- при малоразрядном кодировании виброграмм увеличение периода квантования по времени даже в области значений At<l/4fmax приводит к возрастанию корреляционных шумов;

- при малоразрядном кодировании скосы практически не увеличивают динамический диапазон преобразования;

- несколько ослабить корреляционный фон при малоразрядном кодировании можно путём увеличения длительности зондирующего сигнала;

- только при большом числе разрядов (начиная с 7-8 разрядов) наблюдается тенденция к уменьшению уровня корреляционного фона с расширением частотного диапазона развёртки;

Установлено, что коррелограммы удовлетворительного качества при знаковом кодировании виброграмм представляется возможным получить лишь при условии D3<14 дБ и р«0,2; расширить область применения! знаковой корреляции при экспресс-контроле полевых материалов можно путём накапливания записей. При D3<35 дБ высокое качество записей представляется возможным обеспечить с использованием 4-х разрядного кодирования виброграмм; если D3>35 дБ необходимо 5-, 6-разрядное кодирование исходной информации. Показано, что для сейсморазведки, задачи которой ограничены структурными построениями, искусственное удвоение частоты квантования виброграмм путём интерполяции отсчётов позволяет без ущерба для качества работ увеличить период квантования исходных виброграмм в соответствие с условием At< 1/(2,8fmax)-2. На основании исследований динамических характеристик; системы «вибратор-грунт» показано, что:

- с увеличением инертной массы, в области низких частот наблюдается повышение интенсивности колебаний опорной плиты, поэтому чрезмерное увеличение инертной массы является нежелательным; по мере увеличения шп амплитудно-частотные характеристики для опорной плиты становятся более равномерными за счёт относительного уменьшения резонанса в области низких частот, формируемого главным образом инерционной массой;

- значительное влияние параметров шп и ши на форму АЧХ вибратора для i смещения инерционного груза отмечается, в основном, на низких частотах, примыкающих к резонансной частоте; при этом резонанс системы для инерционного груза смещается влево по мере увеличения шп и ши; в большой степени форма АЧХ вибратора для инерционного груза зависит от параметров ки и fH; при увеличении ки и уменьшении fH значения; АЧХ для инерционного груза возрастают, а сама характеристика системы становится более высокочастотной;

- низкочастотный резонанс смещения транспортного средства может существенно! возрастать, при увеличении массы инерционного груза, а также при уменьшении массы и площади опорной плиты; очевидно, что усиление резонансных свойств колебательной системы для транспортного средства является не желательным, т.к. приводит к снижению? надёжности излучателей и ухудшению условий работы операторов вибросейсмических установок;

- резонансная частота и полоса пропускания АЧХ вибратора для опорной плиты смещаются в сторону верхних частот по мере увеличения жёсткости грунта; так, для вибратора СВ-5-150М полоса пропускания на уровне 0,7 в условиях пахоты соответствовала диапазону 17-27 Гц, для грунтов средней жёсткости 14-42 Гц и для грунтов повышенной жёсткости 18-81 Гц; - существует чётко выраженная тенденция к увеличению коэффициентов нелинейных искажений ун по мере возрастания жёсткости грунта; так для вибратора СВ-5-150М в диапазоне частот от 12 до 30 Гц максимальные значения коэффициентов ун достигали в условиях пахоты 30%, в условиях грунтов средней жёсткости 16-60% и в условиях жёстких грунтов 50-175%; на грунтах пониженной и средней жёсткости нелинейные искажения устойчиво возрастают по мере уменьшения частоты от 30 до 6 Гц; на частоте 30 Гц коэффициенты ун принимали значения 4-21%, а на частотах 6-8 Гц достигали 40-100%. Важно при этом отметить, что по мере увеличении нелинейных искажений в системе вибратор-грунт отмечается уменьшение динамического диапазона корреляционного преобразования возбуждаемых сигналов. 3. Показано, что наиболее значимые модернизации вибросейсмических источников, выполненные в течение последних лет, весьма не существенно повлияли на повышение качества получаемых сейсмических материалов; Такая ситуация объясняется прежде всего особенностями; постановки задачи по созданию сейсмических вибраторов. Действительно, последние годы разработчики вибраторов заняты созданием так называемых «широкополосных вибраторов», т.е вибраторов, которые в широком диапазоне частот обеспечивают одинаковое усилие на грунт. Однако при проведении сейсморазведочных работ, в основном, применяются датчики скорости смещения, и уже поэтому, так называемые широкополосные вибраторы при использовании ЛЧМ-сигналов позволяют получать относительно низкочастотные колебания. Очевидно, что при работе; с ЛЧМ-сигналами качество записей можно довести до уровня взрывных сейсмограмм, если резонанс колебательной системы вибратор-грунт приближается к резонансу взрывных скважинных излучателей, т.е. равен 50-60 Гц.

4. На- основании исследований волновых вибросейсмических полей показано, что доминирующие волны Рэлея повсеместно являются; наиболее интенсивными и многофазными помехами; в основном они формируются в, нижней водонасыщенной части ЗМС и поэтому даже на участках барханного рельефа уверенно5 прослеживаются на удалениях от источника до 3-4 км; амплитуда таких помех возрастает по мере уменьшения мощности, ЗМС, поэтому не всегда^ уменьшение мощности ЗМС следует однозначно воспринимать как признак улучшения поверхностных сейсмогеологических условий; При; поверхностном возбуждении ; возрастает амплитуда колебаний, преломлённых от подошвы ЗМС; установлено, что указанные волны встречая на' своём пути резкие акустические границы, связанные с оврагами, плоскостями дизъюнктивных нарушений; долинами рек и т. д., претерпевают отражения и возвращаются под разными углами к; профилю, формируя таким образом интенсивные вторичные помехи, которые во многих случаях являются доминирующими. При сейсмических исследованиях с применением невзрывных излучателей существенное мешающее влияние на полезную запись могут оказывать микросейсмы с; повышенным радиусом корреляции; установлено, что по своей; физической природе в основном такие микросейсмы тождественны высокоамплитудным поверхностным; волнам; Впервые установлено, что по мере увеличения шероховатости- грунта происходит усиление резонансных свойств колебательной системы вибратора; так, для арктического вибратора СВС24/РС27 ширина полосы пропускания на уровне 0,7 от максимальных значений АЧХ уменьшалась на 17% при шероховатости грунта L=0,2; на 33% при L=0,4 и на 54% при L=0,6; по этой-причине на шероховатом грунте возбуждаемые колебания становятся более многофазными и менее разрешёнными.

5. На основании исследований вибросейсмических полей в условиях Крайнего Севера впервые показано, что:

- в условиях Крайнего Севера' доминирующие изменения волнового вибросейсмического поля в пространстве прежде всего коррелируются с расположением гидрографической сети; установлено, что при переходе вибраторов с суши на лёд, при условии не полного промерзания водоёма, информативность, сейсмограмм существенно уменьшается, а динамические характеристики регистрируемых колебаний ухудшаются; изменения волновых полей, наблюдаемые при перестановке вибраторов с суши на лёд, связаны главным образом с особенностями частотных характеристик системы лёд-вода и в меньшей степени зависят от акустических свойств придонных осадков;

- заметное ухудшение динамики сейсмических записей происходит также в результате смещения с суши на лёд расстановки сейсмоприёмников; весьма характерным для интервалов, расстановки, совпадающих с водоёмами, является формирование интенсивных высокоскоростных вторичных поверхностных волн-помех;

- при увеличении мощности снега от 5 до 105 см ухудшение качества вибросейсмических записей практически не происходит; вместе с тем хорошая накатка слоя снега повышает помехоустойчивость вибросейсмического метода, существенно снижает дисперсию характеристик колебательной системы вибратор-грунт вдоль профиля и уменьшает амплитудно-частотные и фазо-частотные; искажения возбуждаемых сигналов, что, безусловно, способствует повышению эффективности сейсмической разведки;

- впервые показано, что существенное мешающее влияние на полезную запись в условиях Крайнего Севера могут оказывать обращённые вибросейсмические сигналы, формируемые в результате корреляционной свёртки опорного сигнала с импульсами, возникающими в результате самопроизвольного растрескивания льда при температурах менее -30°;

- показано, что для многих площадей, расположенных в пределах Крайнего Севера, доминирующими являются когерентные помехи, имеющие вид высокочастотного нерегулярного фона; впервые установлено, что по своей физической природе такие помехи соответствуют вторичным волноводным помехам и формируются в низкоскоростном приповерхностном слое, ограниченном сверху слоем сезонной мерзлоты.

6. На основании проведённых исследований по оптимизации методики вибросейсмических наблюдений можно сделать следующие выводы:

- не следует завышать интенсивность управляющего сигнала Апульт на входе ПЭГа; впервые показано, что для грунтов средней жёсткости значения Апульт необходимо устанавливать, равными 60-70% от максимально возможного значения, а для жёстких грунтов АпуЛьтЛ;50%; качество получаемых вибросейсмических материалов в большой степени зависит от режимов эксплуатации ПЭГа; впервые установлено существование устойчивой тенденции к. расширению спектров возбуждаемых вибросейсмических сигналов в сторону верхних частот по мере отпускания пружин первого каскада ПЭГа;

- впервые сформулировано положение о том, что на современномs уровне развития сейсморазведки оптимальное значение Fmax представляется возможным определить лишь на основании спектрального анализа целевых отражений на уровне временных разрезов ОГТ, полученных с применением широкополосных ЛЧМ-сигналов; показано, что уменьшение Рщшдо 6-8 Гц позволяет в условиях низкочастотных грунтов заметно повысить разрешённость отражений и улучшить динамическую выразительность записи; впервые показано, что при использовании вибраторов с повышенным износом силовой части обратные ЛЧМ-развёртки обеспечивают получение более качественных сейсмических материалов, по сравнению с прямыми ЛЧМ-развёртками;

- показано, что в условиях Западной Сибири весьма эффективно динамическое группирование вибраторов; это связано с тем обстоятельством, что поверхностные сейсмогеологические условия в Западной Сибири чрезвычайно изменчивы, вместе с тем современная полевая технология сейсморазведки практически не предполагает возможности коррекции параметров методики в процессе проведения работ, т.е. динамическое группирование вибраторов остаётся по существу одним из немногих методических приёмов, геологическую эффективность которого можно оперативно изменять с учётом качества сейсмических материалов; показано, что для регулярных помех при условии At / Тв < 4 предельно целесообразное количество сейсмоприёмников в группе не превышает 16, если же на записи доминируют нерегулярные помехи, предельно целесообразное количество сейсмоприёмников в группе может достигать «30; при проведении вибросейсмических работ 3-D наметилась тенденция к чрезмерному уменьшению базы и элементности группирования сейсмоприёмников, в диссертации, показано, что такая тенденция методически представляется не обоснованной; при проведении наблюдений 2-D в условиях интенсивных боковых помех предложен и опробован в производственном режиме способ, заключающийся в применении протяжённых линейных групп сейсмоприёмников с базами 150-200 м ориентированными под углом к профилю таким образом, чтобы проекция групп на линию профиля равнялась бы величине базы стандартного линейного группирования, используемого в конкретных условиях (авт. св. СССР №1023267); впервые установлено, что в отличие от протяжённых сигналов, для укороченных развёрток динамика возбуждаемых вибросейсмических сигналов не остаётся постоянной, а изменяется в зависимости от величины параметра Т, поэтому укороченные развёртки можно использовать для некоторой коррекции формы корреляционных импульсов; впервые показано, что при определении статических поправок на участках с мощностью ЗМС 10-30 м и более импульсный способ возбуждения обеспечивает, как правило, получение более достоверных данных по сравнению с вибросейсмическим методом, в связи с этим в комплект, оборудования производственной вибросейсмической партии целесообразно включать относительно простые импульсные излучатели; показано, что высокую эффективность при изучении самой верхней части разреза обеспечивают вибросейсмические наблюдения, выполненные по технологии «микро OFT».

7. Показано, что использование относительно простых комбинированных сигналов, состоящих всего из трёх развёрток одинаковой длительности и амплитуды с совпадающими значениями максимальных частот, позволяет достигнуть такой разрешённое™ колебаний, которая; приближается к предельно возможной разрешающей способности' вибросейсмического метода; указанное обстоятельство даёт основание критически относиться к необходимости существенного усложнения комбинированных сигналов; показано, что способ комбинированных сигналов позволяет, как правило, существенно улучшить динамические характеристики отражённых волн и повысить информативность сейсмической записи на временах до 2,5-3,0 с.

8. На основании исследований, выполненных с целью повышения; эффективности вибросейсмической разведки путём использования нелинейных развёрток, можно сделать следующие выводы:

- способ кусочно-линейных развёрток позволяет формировать сигналы с любым заданным спектром и в связи с этим обеспечивает наиболее эффективную реализацию самой идеи нелинейных развёрток; впервые показано, что в условиях юго-западной части Прикаспийской впадины способ высокочастотных кусочно-линейных развёрток обеспечивает повышение комплексного коэффициента качества (RPN) для надсолевых отражений, а также для отражений от границ в отложениях карбона и перми в 1,2-1,8 раза; установлено, что оптимальное количество п узкополосных ЛЧМ-сигналов в кусочно-линейной развёртке равняется 10-12;

- показано, что в отличие от комбинированных развёрток кусочно-линейные вибросейсмические развёртки позволяют формировать несколько более компактный главный максимум ФВК, однако уже на временах т>100 мс уровень пульсаций при использовании кусочно-линейных развёрток заметно превышает уровень корреляционного фона для комбинированных сигналов; указанное обстоятельство делает более предпочтительным применение комбинированных развёрток в условиях повышенного влияния помех корреляционного преобразования; предложен и опробован в производственном режиме способ кусочно-линейных развёрток, позволяющий значительно улучшить качество регистрируемых глубоких отражений и заключающийся в формировании сигналов, амплитудный спектр ФАК которых совпадает с совокупной амплитудно-частотной характеристикой системы вибратор-грунт и среды для наиболее глубоких целевых отражений, делённой на амплитудный спектр мощности микросейсм (авт. св. СССР №1774301); такой способ является приблизительным аналогом оптимальной фильтрации обнаружения на стадии возбуждения сигналов; предложен и опробован в производственном режиме способ, позволяющий повысить безопасность зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ, и заключающийся в возбуждении разнополярных последовательностей укороченных ЛЧМ-сигналов, следующих без временных промежутков или с равными промежутками; функция кода последовательности при этом задаётся таким образом, чтобы во временном интервале регистрации целевых отражений на коррелограмме исключалась бы компонента корреляционного фона, формируемая в связи с периодичностью сложного сигнала (патент России №2102776); задача, стоящая перед способом высокочастотных нелинейных развёрток, как правило не предполагает необходимости строгой компенсации частотных искажений сигнала в среде и системе вибратор-грунт, а заключается лишь в необходимости обеспечить достаточно высокое отношение сигнал/помеха во всём частотном диапазоне развёртки, поэтому для улучшения динамических характеристик регистрируемых колебаний наряду с кусочно-линейными развёртками могут вполне успешно применяться и другие типы нелинейных, развёрток; разработана методика вибросейсмических наблюдений с использованием логарифмических развёрток для площадей Краснодарского края и с использованием степенных развёрток в условиях Бухарской ступени.

9; Впервые показано, что способ применения АРУ по виброграммам, разработанный фирмой Western Geophysical и получивший наименование «отбеливание» может сформировать ложное представление о взаимосвязях между параметрами; полевой методики и особенностями регистрируемых вибросейсмических полей; при; автоматической регулировке амплитуд по виброграммам; динамические параметры полезных корреляционных импульсов в значительной степени зависят от амплитудных и временных соотношений между отражёнными волнами и доминирующими преломлёнными волнами, регистрируемыми в области первых вступлений, что приводит к возникновению «ложных» амплитудных аномалий; установлено, что в условиях относительно глубокого залегания целевых горизонтов (t>2,5-3 с) в результате использования АРУ по виброграммам при работе с прямыми ЛЧМ-развёртками происходит практически; полное подавление гармонических составляющих, расположенных левее 25 Гц и связанное с этим общее ухудшение качества сейсмических материалов; для высокочастотных нелинейных развёрток искажения сигналов. при использовании; АРУ по виброграммам становятся более значительными, поэтому в этом случае применение АРУ по виброграммам в принципе не допустимо при прослеживании как глубоких, так и мелких отражений. 10. Предложен и опробован в производственном режиме фильтр с комплексными передаточными функциями, позволяющий в 25-30 раз ослабить корреляционный фон для вибросейсмических сигналов в v интервале 50-400 мс от главного максимума ФВК, а также повысить отношение сигнал/помеха для наиболее глубоких отражений на 18-28 дБ (патент России

2014638); учитывая успехи, наметившиеся в области интерпретации сейсмических материалов, можно утверждать, что необходимость применения фильтров, позволяющих ослаблять корреляционный фон, будет становиться всё более актуальной.

11. Показано, что в благоприятных условиях вибросейсмический метод способен обеспечить высокую эффективность исследований по прогнозированию геологического разреза, при этом более предпочтительным является использование широкополосных нелинейных или комбинированных развёрток; установлено, что при вибросейсмических наблюдениях динамические аномалии: отражённых волн за счёт изменения условий возбуждения могут в 2-3 раза превышать аналогичные аномалии при работе со взрывом, поэтому для повышения достоверности вибросейсмических работ ПГР чрезвычайно важно вибросейсмические комплексы: оснащать современными системами управления, обеспечивающими не только фазовую; но и амплитудно-частотную коррекцию возбуждаемых колебаний; предложен и опробован в производственном режиме способ компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний, не требующий резервирования энергии излучателя и позволяющий исключать ложные динамические аномалии, связанные с изменением физико-механических свойств грунта по профилю, не снижая при этом энергетическую эффективность используемых излучателей (Авт. св. CCGP №1805411).

12; Исследованы и впервые использованы в сейсморазведке кодоимпульсные сигналы ЛИЧ, при этом показано, что основные свойства «идеальных» сигналов ЛИЧ заключаются в следующем:

-существует тенденция к уменьшению относительного уровня помех преобразования по мере смещения частотного диапазона развёрток ЛИЧ в высокочастотную область; наиболее; перспективные коды ЛИЧ характеризуются динамическим диапазоном корреляционного преобразования Д=30-40 дБ; при этом практический интерес представляют развёртки, для которых нижняя частота следования импульсов не менее 10 Гц;

- ФВК кодоимпульсных сигналов ЛИЧ включают интервалы с аномально интенсивным корреляционным фоном; с увеличением длительности посылки Т указанные интервалы растягиваются и смещаются в сторону больших времён пропорционально Т;

- максимум преобразования кодоимпульсных сигналов ЛИЧ наиболее растянут при условии, если развёртка сформирована из импульсов с преобладающей частотой; колебаний мало отличающейся от максимальной частоты кода F^;

- увеличение эффективной длительности импульсов в развёртке приводит к возрастанию интенсивности корреляционного фона.

Показано, что возможные изменения ФВК; последовательностей/ ЛИЧ, связанные с амплитудной неидентичностью импульсов, в развёртке, заключаются в следующем:

- с увеличением р снижается вес амплитудных разрастаний, формируемых на виброграммах в высокочастотной части развёрток при fBIW ~ Fmax, поэтому, если излучатель возбуждает относительно высокочастотные единичные импульсы и fBlu » Fmax, увеличение параметра р уменьшает многофазность ФВК, т.е. повышает разрешающую способность кодоимпульсного метода;

- при возбуждении низкочастотных единичных импульсов (fBJW ~ Fmin) увеличение параметра р повышает многофазность ФВК сигнала;

- уровень помех преобразования на временах т>1-3с непрерывно уменьшается при увеличении р.

13. Показано, что наиболее перспективные коды с линейным изменением периода следования импульсов (коды ЛИП) являются аналогами перспективных кодоимпульсных последовательностей ЛИЧ и характеризуются динамическим диапазоном корреляционного преобразования, достигающим 30-40 дБ, что создаёт реальные возможности для эффективного использования этих кодов в сейсморазведке; в условиях формирования низкочастотных импульсов предпочтение следует отдавать кодам ЛИЧ, в то время как для импульсов с преобладающей частотой ^ВИД^З 5 -40 Гц более эффективны коды ЛИП.

14. Предложен и испытан на моделях и реальном полевом материале фильтр с комплексными передаточными функциями, позволяющий подавлять помехи корреляционного преобразования, формируемые однополярными кодоимпульсными сигналами (патент России №2014637).

15: Впервые выполнен анализ эффективности; способа, использующего двухполярные: М-последовательности и дополнительные последовательности, формируемые ударными источниками одностороннего действия, с; учётом: динамической неустойчивости излучателей. Показано, что такой способ отличается наиболее высокой эффективностью при р <0,12; в этом случае главный максимум. ФВК практически не отличается по форме от единичных импульсов в развёртке; уровень же корреляционного фона: для М-последовательностей на 5-10 дБ меньше, чем при работе с наиболее перспективными однополярными кодами ЛИЧ; а для. дополнительных последовательностей на 18-20 дБ меньше, чем при использовании М-последовательностей. В случае. р>0,65 кодоимпульсное возбуждение колебаний с раздельной отработкой импульсов с отрицательной? и положительной полярностью при использовании дополнительных и М-последовательностей становится не целесообразным.

Исследования; связанные с развитием технологии сейсмической разведки на сложных сигналах рассмотренные в диссертации, имеют значительные перспективы развития, как в теоретическом, так и в прикладном'аспектах. При этом в дальнейшем, по мнению автора, необходимо в первую очередь обратить внимание на решение следующих вопросов:

1. Поиск динамических моделей вибросейсмических излучателей, позволяющих обеспечить, резонанс системы «вибратор-грунт», близкий к резонансу взрывных скважинных источников.

2. Уточнение области применения комплексного фильтра для подавления корреляционного фона в дальних зонах корреляционных функций вибросейсмических сигналов.

3. Поиск наиболее значимых с практической точки зрения областей применения способов фазового кодирования вибросейсмических сигналов.

4. Дальнейший анализ взаимосвязей между особенностями волнового вибросейсмического поля и геоморфологией верхней части разреза в условиях Крайнего Севера.

5. Исследования по поиску наиболее целесообразных областей применения кодоимпульсного способа сейсмической разведки.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Кострыгин, Юрий Петрович, Краснодар

1. Бабков В.Ф. Безрук В.М. Основы грунтоведения и механики грунтов. -М.: Высшая школа, 1976. -238 с.

2. Бат М. Спектральный анализ в геофизике.-М.: Недра, 1980.-535 с.

3. Варакин Л.Е. Теория сложных сигналов.-М.:Советское радио, 1970.-376 с.

4. Вибрационная сейсморазведка. М.Б.Шнеерсон, О.А.Потапов,

5. B.А.Гродзенский и др. М.: Недра, 1990. - 240 с.

6. Гольцман Ф.М. Основы теории интерференционного приёма регулярных волн. -М.: Наука, 1964.-283 с.

7. Гурвич И.И., Боганик Г.Н.Сейсмическая разведка.-М : Недра, 1980.-551 с.

8. Динамические характеристики сейсмических волн в реальных средах / И.С.Берзон, А.М.Епинатьева, Г.Н.Парийская, С.П.Стародубровская. М.: АН СССР, 1962.-511 с.

9. Евчатов Г.П. Теоретические и экспериментальные исследования процессов возбуждения и обработки вибросейсмических сигналов: Автореферат диссертации докт. техн. наук.- Новосибирск. 1987.- 30с.

10. Евчатов Г.П., Михаэлис Ю.В., Юшин В.И. К выбору огибающей вибросейсмического сигнала // Вибрационная сейсморазведка на продольных и поперечных волнах: Тр. СНИИГГ и МСа. 1975. -Вып.219- С.65-71.

11. Евчатов Г.П., Чичинин И.С., ЮшинВ.И. Анализ помех, связанных с погрешностями следования вибратора заданной программе // Вибрационная сейсморазведка на продольных и поперечных волнах. -Новосибирск, 1975.1. C.58-65.

12. Земцов Е.Е., Шкирман Н.П., Грузер Ф.Л. Методические указания по прогнозированию нефтегазоносности петрографических особенностейгеологического разреза локальных объектов на континентальном шельфе.-Краснодар: ВМНПО «Союзморгео», 1986. -214 с.

13. Ивашин В.В., Чуркин И.М.,1980, Источник сейсмических сигналов: СССР, авт. Св. №721789.

14. Использование принципов следящей фильтрации при обработке вибрационной записи> / Ю.П.Лукашин, А.П.Горинов, В.П.Крауклис, В.Д.Михайлов // Нефтегазовая геология.и геофизика. 1983. - №12.-С. 20-22.

15. Кейлис-Борок В.И. Интерференционные поверхностные волны.-М.: АН СССР, 1960.-195 с.

16. Коган С.Я. О сейсмической энергии, возбуждаемой источником, находящимся на поверхности// Изв.АН СССР.-Сер.геофиз. 1963.-№7.- С.35-42.

17. Кострыгин Ю.П. Математическое моделирование геофизических процессов для обоснования региональных моделей интерпретации// Прикладная геофизика.-М.: Недра, 1993. -Вып.128.- С.43-50:

18. Кострыгин Ю.П. Особенности волнового поля, регистрируемого при вибросейсмических наблюдениях в условиях Крайнего Севера// Российский геофизический журнал. №19-20, 2000, С. 13-20.

19. Кострыгин Ю.П. Повышение эффективности вибросейсмических исследований путём использования нелинейных логарифмических развёрток// Российский геофизический журнал. №9-10, 1998, С. 120-123.

20. Кострыгин ЮП., 1989; Способ вибросейсмической разведки: СССР, авт.св. №940095.

21. Кострыгин Ю.П.',. 1989, Способ вибросейсмической разведки: СССР, авт.св. №1539700.

22. Кострыгин Ю.П: Способ уменьшения опасности разрушения зданий и сооружений при вибросейсмических работах//Геофизика, №2, 1999, С.50-54:

23. Кострыгин Ю.П., 1994, Устройство для вибросейсмической разведки: Россия, патент№2014638:

24. Кострыгин Ю.П1, 1994, Устройство для кодо-импульсной разведки: Россия, патент №2014637.

25. Кострыгин Ю.П. Эффективность двухполярных импульсных последовательностей при ко до-импульсном возбуждении сейсмических колебаний// Разведочная геофизика- МШедра, 1991. Вып.112.-С.15-21.

26. АРУ по виброграммам // Российский геофизический журнал. №7-8, 1997, С. 13-20.

27. Кострыгин Ю.П., Кириллов В.М. Способ кодо-импульсного накапливания сейсмических колебаний // Геофизическая аппаратура -Л.:Недра, 1990. -Вып.93. -С.34-39.

28. Кострыгин Ю.П., Коновальцев Ю.Б., Живодров В.А. Сравнительный анализ эффективности гидравлических вибраторов СВ-10-180, СВ-5-150М и MERTZ-18P/612A90 в условиях Прикаспийской впадины // Геофизическая аппаратура.-Л.: Недра, 1994. -Вып.98. С.71-81.

29. Кострыгин Ю.П., Кулагин С.И. Современные подходы, к выбору частотного диапазона вибросейсмических развёрток // Геофизический вестник, №9, 1999, С.3-8.

30. Кострыгин, Ю.П., Лапидус В.Я;, Мамадалиев Т.Д. Совершенствование технологии вибросейсмических наблюдений в условиях Бухарской ступени // Геология, геофизика и разработка нефтяных месторождений. 1994:Вып.2. С.27-30.

31. Кострыгин Ю.П:, Лев И.С.,1992, Способ вибросейсмической разведки: СССР, авт. св. №1774301.

32. Кострыгин Ю.П:,Леонтьев Ю.Б. Влияние разрядности кодирования вибросейсмических записей на качество коррелограмм // Прикладная геофизика.-М.: Недра, 1987. Вып.117.-С.54-62.

33. Кострыгин Ю.П., Леонтьев Ю.Б.,Хачиян Г.Г. Исследование возможностей знакового кодирования вибросейсмических записей // Прикладная геофизика.-М.: Недра, 1985,-Вып.111.- С.60-70.

34. Кострыгин Ю.П., Линчевский Д.Ф., 1983; Способ группирования сейсмоприёмников: СССР, авт. св. №1023267.

35. Кострыгин Ю.П., Михайлов В.В. Теоретический анализ компонент форс-сигнала, формируемых гидравлическим вибратором // Российский геофизический журнал. №25 , 2002, С.

36. Кострыгин Ю.П., Молоканов Г.И. Модельные исследования формы сейсмического сигнала при кодоимпульсном возбуждении // Разведочная геофизика.- М.: Недра, 1980. Вып.89. -С.38-47.

37. Кострыгин Ю.П., Нигматзянов A.M. Компенсация неидентичности возбуждаемых вибросейсмических колебаний // Геофизическая аппаратура. -Л.: Недра, 1992 -Вып.97. С.77-85.

38. Кострыгин Ю.П., Нигматзянов A.M., Бойченко Р.В. Методика вибросейсмической- разведки с применением высокочастотных нелинейных развёрток // Разведочная геофизика М.: Недра, 1992. -Вып. 114.- С.3-15.

39. Кострыгин Ю.П., Панов В.Ф., Нигматзянов A.M. Устройство для реализации нелинейных вибросейсмических развёрток // Разведочная геофизика М.: Недра, 1989. - Вып.110.- С.120-125.

40. Кострыгин Ю.П., Сидоренко Д.В., 1998, Способ вибросейсмической разведки: Россия, патент №2102776.

41. Кострыгин Ю.П., Хачиян Г.Г., Леонтьев Ю.Б.Влияние разрядности кодирования вибросейсмической информации на уровень помех преобразования/ЯТрикладная геофизика.-М.:Недра.-1985. Вып.1121- С.11-191

42. Кострыгин Ю.П., Школьницкий А.Л. Исследование возможности повышения разрешающей способности вибросейсмического метода путём применения комбинированных развёрток // Прикладная геофизика.- М.: Недра, 1989. -Вып.120.-С.63-73.

43. Крылов И.Б. Совершенствование технологии вибрационной сейсморазведки на нефть и газ: Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1980.-22с.

44. Лугинец А.И. Совершенствование методики возбуждения и обработки сигналов в вибросейсморазведке: Автореф. дис. канд. техн. наук. -М., 1984.-22с.

45. Лугинец А.И. Электрогидравлические вибраторы для возбуждения упругих колебаний в сейсморазведке: Обзор. Сер. Региональная, разведочная и промысловая геофизика. - М., 1981. -37 с.

46. Лукашин Ю.П., Гродзянская Т.М., 1977, Способ сейсмической разведки: СССР, авт. св. №545946.

47. Лукашин Ю.П.,Пушкин А.Г. Повышение помехоустойчивости вибрационной сейсморазведки в условиях высокого уровня помех // Вибросейсмические методы исследования Земли: Материалы Всесоюзной конференции, ВЦ СО АН СССР, 1982.-С.79-87.

48. Малкин А.Л.,Тумаркин В.А. Квантование сигналов при цифровой обработке вибросейсмической информации // Тр. МИНХ и ГП.- М.: Недра, 1977.-С. 98-104.

49. Притчетт У. Получение надёжных данных сейсморазведки. М.: «Мир», 1999.-448С.

50. Рапопорт М.Б., Тумаркин В.А., Храпов А.Н. Выбор разрядности кодирования сигналов вибросейсмического метода. РНТС ВНИИОЭНГ, сер. Нефтегазовая геология и геофизика, №1, 1977, с. 32-35.

51. Система для проведения вибросейсмической разведки. Кострыгин Ю.П., Нигматзянов A.M., Гродзенский В.А., Шнеерсон М.Б., 1992 : СССР, авт. св. №1805411.

52. Состояние • и развитие вибросейсмического комплекса «Вибролокатор» / Г.П.Евчатов, В.К.Сагайдачный, В.И.Юшин, А.П.Гуреев //

53. Разработка и исследование источников сейсмических сигналов и методов невзрывной сейсморазведки.- М.: ВНИИОЭНГ, 1986.- G.91-96.

54. Фишибейн, Ритгенбэч. Корреляционная радиолокационная станция с псевдослучайной модуляцией. -М.: Зарубежная радиоэлектроника; 1962-№5. -28 с.

55. Харкевич А.А. Очерки общей теории связи. -М.: Гостехиздат, 1955.-268 с.

56. Хархута Н.Я. Машины для уплотнения грунтов. -JL: Машиностроение, 1973.-175 с.

57. Чичинин И.С. Вибрационное излучение сейсмических волн. М:: Недра, 1984.-224 с.

58. Шнеерсон М.Б. Поведение грунтов под действием динамических нагрузок // Экспресс-информация,- Сер. Региональная , разведочная и промысловая геофизика. М.: ВИЭМС, 1974.- Вып.З.- С.10-21.

59. Шнеерсон М.Б., Майоров ВВ. Наземная невзрывная сейсморазведка.-М:: Недра, 1988.-236 с.

60. Элспас Б. Теория,автономных линейных последовательных сетей -В кн.: Кибернетический сборник, 1963, вып.7, М;, изд-во иностр.литературы, С. 90-128.

61. Barbier M.G., Viallix L.R. Sosie uses a pulse coding System to improve marine Seismic records // 5-th Annu off shoreTechnol «Conf.» Houston, Tex. Prepr. V. l.-Dallas.-P.169-180.

62. Deluchi L., Marschall R. and Werner H. 3-D seismic survey of the Gaggiano Oil Feild i with quaternary encoding dual-source Vibroseis technique Expanded Abstracts with Biographies 1987 Technical Program, SEG, S8.2, 570573, 1987.

63. Edelmann H;A.K., Werner H. Combined sweep signals for correlation noise suppression. Geophysical Prospecting, 1982, V.30, №6, p.p.786-812.

64. Golay M.J.E. Complementary series IRE Trans.-On Inf. Th., 1961.-VIT-7-№2.-82p.

65. Harmon Jerry, Brook Bob. Advances in vibrator sistems technology. -Oil and Gas J. -1987.-№41.-P.89-94.

66. Lang D.G., Optimizing temporal resolution by use of non-linear vibroseis sweeps. Geosource Inc. Technical standards technology division. July,1983.

67. Lerwill W.E. The amplitude and phase response of a seismic vibrator. Geophysical Prospecting, 1981, 29, p.p.503-528.

68. Rietsch E., 1977, Method of seismic exploration: USA,patent №4042910.

69. Rietsch E. Reduction of harmonic distortion in vibratory. Geophysical Prospecting, 1981, V.29,№2.

70. Sallas J.J. Seismic vibrator control and the downgoing P-wave. Geophysics. 1984, V.49, №6, p.p.732-740.

71. Schrodt Joseph K. Techniques for improving vibroseis date. Geophysics, 1987, V.52, №4, p.p.469-482.

72. Simultaneous vibroseis multisource acquisition. GGG. Technical series, France,1987.

73. Sorkin S.A., 1972. A method for reducing the effects of baseplate distortion: Presented at the 42nd Ann. Internat. Mtg., Soc. Explor. Geophys., Anaheim.

74. Sung T.Y., 1953, Vibration in semi-infinite solids due to periodic loadings: D. Sc. Thisis,Harvard.

75. Ward and Hewitt. Monofrequency borehole treveltime survey. Geophysics, 42, October, 1137-1145,1977.

76. Werner H., Krey Th. Combisweep. A contribution to sweep techniques // Geophysics Prospect.-1979.-V.27.-№1.-P. 78-105.

Информация о работе

Кострыгин, Юрий Петрович
доктора технических наук
Краснодар, 2003
ВАК 25.00.10

Диссертация

Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы