Спосіб сейсмічної розвідки

(19) (sosGOI V 1/00 C1 ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ СЕЙСМІЧНОЇ РОЗВІДКИ 1 46)30.09.96. Бюл. №3 56) 1. Шнеерсон М.В. и др. Вибрационная сейсморазведка. М., Недра, 1990. с. 55. * 2. Авторское свидетельство СССР № 1213451, кл.С01 V 1/00,26.06.84 (прототип). (71) Київське геофізичне відділення Ук раїнського науково-дослідного геолого розвідувального інституту (72) Сиротенко Петро Тимофійович, Роман Володимир Іванович (73) Київське геофізичне відділення Ук раїнського державного геологорозвідуваль ного Інституту (UA) (57) 1. Способ сейсмической разведки, основанный на возбуждении вибрационных колебаний серией состоящей из периодической последовательности содержащей М периодов, каждый период которой включает единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты, кодированные по начальной фазе, причем их амплитуды, длительности и частотные диапазоны в серии задают постоянными, а начальные фазы единичных сигналов принимают значения О и л: в соответствии с законом кодирующей периодической последовательности, регистрации сейсмических колебаний и корреляции зарегистрированных сейсмических колебаний с одним периодом возбуждаемой последовательности/в которой длитель ность периода устанавливают не менее оременм регистрации исследуемого отклика среды, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что последовательность формируют, по крайней мере, из одного периода, в котором дополнительно введены пропуски возбуждения, равные по времени длительности единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты, при этом порядок следования единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с разной начальной фазой и пропусков возбуждения в периоде последовательности формируют на основе генерирования и преобразования рекуррентной линейной псевдослучайной последовательности чисел, в которой квадратичными вычетами являются единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты с начальной фазой 0, квадратичными невычетами являются единичные синусоидальные сигналы с начгэльной фазой лг, а нулями являются пропуски возбуждения, причем при выполнении корреляции выделяют сигналы на М+2 временных интервалах, каждый из которых по длительности равен периоду последовательности, и синхронно их накапливают на временном интервале, равном длительности исследуемого отклика среды. 2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем. что длительность единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты устанавливают не более времени регистрации исследуемого отклика среды. Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для поиска и разведки нефтяных, газовых и рудных месторождений при полеаых исследованиях вибросейсмичоским способом. (20)94311544,29.10.93 (21J4825148/SU (22) П .05.90 9991 Известен способ сейсмической разведки, при котором излучают в среду сейсмоисточииком следующие друг за другом чррез разные или одинаковые промежутки врогиеии ммпупьсы и выделяют результирующие импульсные сейсмограммы, коррелируя возбужденные и зарегистрированные сигналы [1]. Недостатком известного способа является отсутствие возможности управления частотным спектром излучаемых сейсмоисточником сейсмических колебаний и, как следстпие этого, усложняется процесс повышения разрешающей способности сейсморазведки. Наиболее близким техническим решением япляется способ сейсмической разведки, основанный на возбуждении серии воздействий і ибргционных колебаний линейно изменяющейся частоты, регистраци и, на к опл ен ии и ко рр ел яц и он но й обработке виброграмм сигналов, в котором возбуждают вибрационные колебания серией, состоя цей из периодических последовательносісй, каждый период которых образован четным числом непрерывно следующих инвертированных по начальной фазе линейно-чэстотно-модулирооэнных воздействий, причем длительности и частотные диапазоны одинаковых по номеру в каждом периоде воздействий устанавливают равными, а длигепі.ность перио,«? последовательности - не меньшей времени регистрации, коррелируют накопленные виброіраммьі с едной из последовательностей и, разбивая номернь.е коррелограммы на участки длителы ост^ю в период последовательности, совмещают и суммируют их [2]. Однако известный способ сейсмической разведки имеет следующие недостатки. Во-первых, эффективное подавление корреляционных шумов на результирующих cet.CMoipjMMax достигается только при определенной длительности периода, а именно, состоящего из четырех кодированных линейно-част отко-модулированных воздействий, во-вторых, при выделении полезных сигналов не используется энергия крайних периодов серии, носі ольку они предназначены для подавления корреляционных шумов. Целью изобретения является повышение отношения сигнал/помеха. Данная цель позволяет повысить производительность и качество сейсмической разведки. Указанная цель достигается тем, что согласно способу сейсмической разведки, включающему возбуждение вибрационных коіебаний серией, состоящей из периодической последовательности, содержащей М периодоо, каждый период которой включает единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты, кодированные по начальной фазе, причем их амплитуды, дли5 тельности и частотные диапазоны о серии задают постоянными, а начальные фазы единичных сигналов принимают значения О и я в соответствии с законом кодируощой периодической последовательности, реги10 страцию сейсмических колебаний и корреляцию зарегистрированных сейсмический колебаний с одним периодом возбуждаемой последовательности, в которой длительность периода устанавливают не менее Бре15 мени регистрации исследуемого отклика среды, формируют последовательность по крайней мере из одного периода, в котором дополнительно введены пропуски возбуждения равные по времени длительности 20 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты, при ot ом порядок следования единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с разной начальной фазой и пропусков возбуждения в периоде 25 последовательности формируют на основе генерирования и преобразования рекуррентной линейной псевдослучайной последовательности чисел, в которой квадратичными вычетами являются единичные синусои30 дальние сигналы изменяющейся частоты с начальной фазой 0, квадратичными невычетами являются единичные синусоидальные сигналы с начальной фазой тс, а нулями являются пропуски возбуждения, причем 35 при выполнении корреляции выделяют сигналы на JVH2 временных интервалах, каждый из которых по длительности равен периоду последовательности, и синхронно их накапливают нэ временном интервале 40 равном длительности исследуемого отклика среды. Кроме того в способе сейсмической разьедки длительность единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты 45 устанавливают не более времени реіистрации исследуемого отклика среды. Изобретение поясняется чертежом. Нэ чертеже представлены: временная диаграмма одного периода кодирующей 50 последовательности 1; временная диаграмма серии 2 вибрзционных колебаний, состоящей из одного периода; пропуск 3 возбуждения, соответствующий символу О; единичный импульс 4 кодирующей последо55 вательности, соответствующий символу +1; единичный импульс 5 кодирующей последовательности, соответствующий символу -1; единичный синусоидальный сигнал б изменяющейся частоты с начальной фазой 0; 9991 единичный синусоидальный сигнал 7 изменяющейся частоты с начальной фазой я; временной интервал 8, на котором возбуждают один период серии вибрационных колебаний; временной интервал 9, на котором возбуждают единичный синусоидальный сигнал изменяющейся частоты или делают пропуск возбуждения. Способ сейсмической разведки осуществляется следующим образом- Возбуждаю т вибрационные кол ебания серией, состоящей из периодической последовательности, содержащей М периодов, где М натуральное число, Каждый период последовательности образован из K(q^n+ M)/(q-1) единичных синусоидальных сигналов и пропусков возбуждения, где q=pm, p - простое число, т и п - натуральные числа. При этом число единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой О равно K+=(q n+qn)/2, число единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой JT-K-=(q2n-qn)/2, a число пропусков возбуждения - Ко=К-К +-К-. Порядок следования единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с разной начальной фазой и пропусков возбуждения в периоде последовательности формируют на основе генерирования и преобразования рекуррентной линейной псевдослучайной последовательности чисел, в которой квадратичными вычетами являются единичные синусоидальные сигналы изменяющейся частоты с начальной фазой О, квадратичными невычетами являются единичные синусоидальные сигналы с начальной фазой л, а нулями являются пропуски возбуждения. Для генерирования линейной псевдослучайной последовательности чисел в конечном поле Галуа GF(g) находят неприводимый полином вида х3-ах -Ьх-с=0, на основании которого для заданного q строят соответствующее ему рекуррентное уравнение Sj=a -Sj-i+b-Sj-2'c -Sj-з, где Sj. Sj-k вычисляемый и предшествующие во времени элементы. Для вычисления элементов последовательности задают значения ее начальных условий, например, S-3=S-2=S-1=1. На основании данного рекуррентного уравнения генерируют линейную псевдослучайную последовательность чисел. ф В серии амплитуды и длительности единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальными фазами 0 и п устанавливают постоянными, при этом также задают длительность пропуска возбуждения равной длительности единичного синусоидального сигнала изменяющейся частоты. Диапазон изменения частоты в единичных синусоидальных сигналах изменяющейся частоты принимают постоянным, исходя из возможностей сейсмоисточника и необходимой разрешающей способности 5 сейсмических исследований. Вариация час* тоты в единичных синусоидальных сигналах изменяющейся частоты может производиться по линейному или нелинейному законам. В качестве нелинейных законов 10 изменения частоты во времени можно применить, например, развертки синусоидальных кол е ба ни й с л о г ар иф мич ес ким , показательным и другими законами. Длительность отдельных единичных синусои15 дальных сигналов изменяющейся частоты и пропусков возбуждения, а также их число в периоде последовательности кроме того определяются длиною периода, которая должна быть не менее времени регистрации 20 исследуемого отклика среды. Увеличение длины периода последовательности позволяет уменьшить число пропусков возбуждения в периоде последовательности, а следовательно, создается возможность воэ25 будить большую среднюю мощность сейсмоисточником. Однако в современных корреляторах, как правило, существует ограничение длительности регистрируемых сейсмограмм в полевых условиях длиною 32 30 - 99 с, а поэтому исходя из этого ограничения и заданной длины исследуемого отклика среды необход имо выбрать число периода в возбуждаемой последовательности. При этом необходимо учитывать, что 35 увеличение числа периодов в возбуждаемой последовательности сейсмоисточником положительно влияет на уменьшение влияния нестабильности возбуждения единичных синусоидальных сигналов изменяющейся 40 частоты в последовательности на уровень корреляционных шумов результирующих сейсмограмм. Зарегистрированные сейсмические колебания на временном интервале, равном 45 сумме длительности возбуждаемой последовательности в серии и длительности исследуемого отклика среды, подвергают корреляции с опорным сигналом, в качестве которого используют один период возбуж50 даемой последовательности. При выполнении корреляции выделяют сигналы на М+2 временных интервалах, каждый из которых по длительности равен периоду последовательности, и синхронно их накапливают на 55 временном интервале, равном длительности исследуемого отклика среды. Полученные результирующие сейсмограммы будут незначительно осложнены корреляционными шумами, так как каждое отражение среды порождает корреляционные шумы на 9991 премомном интервале, равном двойной дли тельности единичного синусоидального сиг нала изменяющейся частоты в соответствии с pro автокорреляционной функцией. Но по скольку при малой длине единичного сигна- 5 ла на таком ороменном интервале полезные сигналы не различаются сильно по амплиту де, а также учитывая, что диапазон развер тки частоты в единичных синусоидальных сигналах изменяющейся частоты может 10 Быть задан достаточно большим, то пол ученные результирующие сейсмограммы по данному способу будут иметь небольшой уровень корреляционных шумов, значитель но меньший уровня полезных сигналов. 15 В способе сейсмической разведки для увеличения глубинности исследований длительности временных интервалов, на ко торых возбуждают единичные синусоидаль ные сигналы изменяющейся частоты, 20 устанавливают не более времени регистра ции исследуемого отклика среды. Это по зволяет возбуждать большую среднюю мощность и эффективно выделять результи рующие сейсмограммы. 25 Пример осуществления способа сейс мической разведки. Пример иллюстрирует ся чертежом. Для сейсмической разведки здесь применена серия 2 вибрационных колебаний, состоящая из одного периода 30 возбуждаемой последовательности на вре менном интервале 8. Единичные синусои дальные сигналы изменяющейся частоты возбуждают на временных интервалах 9. равных по длительности пропускам 3 возбуж- 35 дения. Временной интервал 9 устанавливают равным 1 с, а диапазон изменения частоты единичных сигналов 6 и 7 задают равным 10 - 50 Гц. Тогда длительность времени регист рации исследуемого отклика среды может40 быть не более 13 с, что удовлетворяет требо ваниям сейсмических исследований на нефть и газ, когда необходимо прослеживать отра жения сейсмических сигналов на временных интервалах длиною в б - 10 с. 45 Серия, состоящая из одного периода возбуждаемой последовательности, содержит 13 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты и пропусков возбуждения, включая 9 единичных синусо- 50 идальных сигналов изменяющейся частоти (6 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой 0 и 3 единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты с начальной фазой л) 55 и 4 пропуска возбуждения, что достаточно для посылки необходимого количества энергии о среду, чтобы получить высокое отношение сигнал/шум на результирующих сейсмограммах. 8 Для кодирования серии 2 вибрационных колебаний формируют кодирующую последовательность 1 путем генерирования псевдослучайной последовательности чисел на основании рекуррентного уравнения SJ=SJ-2+SJ-3, где Sj, Sj-2. Sj-з - вычисляемый и предшествующие во времени элементы последовательности, q=3. Тогда, используя начальные услооия S-3-S-1-1, S-2=2, получаем период следующей псевдослучайной последовательности чисел 0 0 1 0 1 1 1 2 2 0 1 2 1. Поскольку число 1 в данной последовательности является квадратичным вычетом, в число 2 - квадратичным невычетом, то преобразовывают псевдослучайную последовательность чисел в псевдослучайную последовательно символов, заменяя числа, являющиеся квадратичными оычетами, на символы +1, а числа, являющиеся квадратичными невычетами, на символы -1. В результате будет получен следующий период псевдослучайной последовательности символов 0 0 + 1 0 + 1 + 1 +1 -1 -1 0 +1 -1 +1. который отображен на диаграмме 1. При этом символам +1 соответствуют положительные единичные импульсы 4, а символам -1 - отрицательные единичные импульсы 5. Вычислив периодическую автокорреляционную функцию данной последовательности, получим ... 9 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 9 .... что подтверждает ее идеальность, поскольку в ней боковые лепестки равны нулю на протяжении периода. Идеальность периодической автокорреляционной функции является необходимым требованием для устранения корреляционных шумов на результирующих импульсных сейсмограммах. Сформированная кодирующая импульсная последовательность 1 поступает на блок управления сейсмоисточника и генератор опорных сигналов на сейсмостанции для выполнения соответствующей фазовой манипуляции единичных синусоидальных сигналов изменяющейся частоты. В результате будет сформирован управляющий сигнал сейсмоисточника и опорный сигнал сейсмостанции (временная диаграмма 2), единичные синусоидальные сигналы о которых изменяют частоту по линейному закону от 10 до 50 Гц в течение времени равного 1 с с начальной фазой соответствующей кодирующей последовательности 1. Управляющие и опорные сигналы в узловых точках, где происходит смена фазы на противоположную, сглаживаются, обеспечивая плавное нарастание сигнала в момент смены ими фазы. Возможно применение и другого метода уменьшения скорости колебания сейсмоисточника о момент смены фазы пу _L 9991 тем уменьшения амплитуды сигналов вблизи точки смены фазы. Возбуждение серии 2 производят, как правило, группой вибрационных источников, работающих синфазно на физточке. Число сейсмоисточников а 5 группе определяется необходимой возбуждаемой энергией сейсмических колебаний на временном интервале 8. Возбужденные сейсмические сигналы проходят через геологическую среду и реги- 10 стрмруются системой регистрации на временном интервале, равном сумме длительности возбуждаемой серии и времени исследуемого отклика среды. Зарегистрированные сейсмические сигналы на таком временном 15 интервале коррелируют с опорным сигналом, соответствующим управляющему сигналу 2 с'ейсмоисточника. В результате корреляции будет получен сигнал на временном интервале равном трем периодам. 20 Разбивая этот интервал на три участка, каждый из которых равен периоду последовательности (возбуждаемому сигналу), получают на них сигналы, которые синхронно накапливают на временном интервале, равном дли- 25 тельности исследуемого отклика среды. Таким образом, будет просуммировано три сигнала, два из которых на первом и третьем периоде при суммировании не повышает отношение сигнал/случайный шум. но подавля- 30 ют корреляционный шум на результирующей сейсмограмме, получаемый из-за отсутствия периодичности в возбуждаемом сигнале 2 (возбуждался один период). 35 Упорядник П. Сиротенко Замовлення 4562 10 Описанный процесс обработки сейсмограмм можно осуществлять как в полевых условиях, так и на вычислительном центре. Это определяется возможностями пряменяемого в системе регистрации коррелятора/накопителя. Во втором случае в поле достаточно использовать накопитель. Для достижения необходимого отношения сигнал/случайный шум возможно возбуждать серию 2 несколько раз, а регистрируемые сигналы обычным образом синхронно накапливать в корреляторе/накопителе как до корреляции, так и после корреляции. При этом сеансы возбуждения серий 2 разносят ЕО времени не менее длительности исследуемого отклика среды. В способе сейсмической разведки целесообразно корреляцию выполнять в два этапа. На первом этапе зарегистрированные сигналы коррелируют с опорным сигналом в виде одного периода единичных дельтаобразных импульсов (временная диаграмма 1), а на втором этапе коррелируют с единичным синусоидальным сигналом изменяющейся частоты. Это позволяет при выполнении корреляции на первом этапе производить только операции суммирования и на втором этапе операции умножения и суммирования. При этом ввиду малой длины единичных сигналов будет значительно сокращено число операций умножения по сравнению с обычной корреляцией и может быть существенно повышена скорость обработки сейсмограмм. Техред М.Моргентал Коректор М. Керецман Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл., 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м, Ужгород, вул.Гагаріна, 101