Сейсморозвідувальний комплекс

Сейсморозвідувальний комплекс, що складається з сейсмічного вібратора з системою формування керуючих сигналів вібратора і системою 3 41470 4 лексу. Звичайно недостатній сейсмічний ефект го обладнання вібратора — його реактивної маси і однократної дії сейсмоджерела посилюють шляконтактуючої з грунтом збуджувальної плити. хом багатократного повторення ударів, при цьому Єдиний опорний сигнал функціонування вібдля отримання результуючих сейсмограм спостераційного сейсмокомплексу (керуючий для вібрарежень сейсмостанцію сейсмокомплексу оснащутора, корелюючий для сейсмостанції) у разі групують накопичувачем (суматором) сейсмограм, збування вібраторів забезпечує роботу їх групи як джуваних окремими ударами. У разі використання єдиного розосередженого на базі збудження секкодоімпульсних джерел щільних послідовностей ціонованого вібратора. В зв'язку з цим далі група сейсмоімпульсів (ударів) з паузами між ударами, вібраторів, як і поодинокий вібратор, узагальнено меншими тривалості сейсмічної реакції середовибудуть називатись сейсмічним вібратором, а кеща на однократний удар, сейсмостанцію кодоімпуруючі і корелюючі сигнали, якщо не виникає польсного сейсмокомплексу оснащують засобами треби конкретизувати їх призначення, - опорними кореляційного отримання результуючих сейсмосигналами. Обладнання, розмішуване на транспограм спостережень [2,3]. ртному засобі вібратора, буде вважатись оснаНедоліком невибухових імпульсного і кодоімщенням вібратора, а обладнання, розміщуване на пульсного сейсморозвідувальних комплексів, ротранспортному засобі сейсмостанції, - оснащенбота яких ґрунтується на використанні сейсмоням сейсмостанції. джерел імпульсної дії, є обмежені (для наземної Відомий сейсморозвідувальний комплекс у сейсморозвідки навіть у порівнянні з вибуховим складі сейсмічного вібратора з системою формусейсмокомплексом) можливості керування спектвання керуючих сигналів, сейсмостанції з можливіральним складом збуджуваних (і спостережувастю корелювання віброграм з системою формуних) сигналів і відповідно обмежені можливості вання корелюючих сигналів, системи синхронізації забезпечення потрібної якості та ефективності роботи сейсмоджерела і сейсмостанції [1,2, 3]. сейсмічних досліджень. Ідентичність керуючого і корелюючого сигналів Найбільшого поширення у практиці невибуходосягається генеруванням їх відповідно на вібравої сейсморозвідки набули вібраційні сейсмокомпторі і сейсмостанції схемно однотипними пристролекси, робота яких ґрунтується на використанні ями. Силове копіювання керуючого сигналу збусейсмічних вібраторів - спеціально створюваних джуваним вібратором зондувальним сигналом в для сейсмічних досліджень електрогідравлічних заданих межах точності забезпечують з допомопристроїв потужного і точного копіювання керуюгою коригуючої системи зворотного зв'язку, діючої чих електричних сигналів, що зумовлює можлиу відповідності з наведеними вище принципами. вість формування і збудження зондувальних сигПараметри опорних сигналів визначають за налів потрібного спектрального складу. результатами дослідно-методичних робіт в районі Керуючі сигнали вібраторів і збуджувані вібрадосліджень. Визначені параметри опорних сигнаторами зондувальні сигнали мають характер трилів при проведенні досліджень встановлюють на валих (одиниці-десятки секунд) квазігармонійних вібраторі і сейсмостанції вручну з допомогою відколивань змінної частоти, в зв'язку з чим зареєстповідних засобів керування. ровані сейсмостанцією вібраційні сейсмограми Недоліком вказаного відомого вібраційного (віброграми) не можуть бути безпосередньо викосейсмокомплексу є відсутність в ньому засобів ристані для геологічної інтерпретації і потребують визначення параметрів опорних сигналів на підкореляційного перетворення їх в подібні отримуставі аналізу спостережуваних сейсмограм з ураваним вибуховим або невибуховим імпульсним хуванням особливостей умов відпрацювання конкзбудженням сейсмограми (корелограми). Технічно ретних фізспостережень (визначення фізичного перетворення віброграм в корелограми здійснюспостереження, коротко фізспостереження, навеють з допомогою кореляторів. В сучасних комп'юдене в [1]), наслідком чого є спектральна неоднотеризованих сейсмокомплексах корелювання вібрідність і недостатня амплітудна і часова роздільрограм виконують програмно комп'ютером ність результуючих корелограм фізспостережень, сейсмостанції. а в підсумку недостатня якість та ефективність Вхідними сигналами корелятора або програми сейсмічних досліджень. корелювання є спостережувана віброграма і кореНайбільш близьким до корисної моделі за сутлюючий сигнал, який за формою повинен бути, по ністю і призначенням є сейсморозвідувальний можливості, строго ідентичним збуджуваному вібкомплекс (прототип) у складі сейсмічного вібраторатором зондувальному сигналу. Для цього забезра з системою формування керуючих сигналів вібпечують ідентичність отримання корелюючого сигратора і системою коригування збуджуваних вібналу сейсмостанції і керуючого сигналу вібратора, ратором зондувальних сигналів, сейсмостанції з а ідентичність заданого керуючого сигналу вібраможливістю корелювання віброграм з системою тора і фактично збуджуваного вібратором зондуформування корелюючих сигналів і системою вивального сигналу підтримують з потрібною точнісзначення параметрів опорних сигналів та системи тю з допомогою коригуючої системи зворотного обміну інформацією між сейсмостанцією і вібратозв'язку між силовими і керуючими органами вібраром, при цьому вихід сейсмостанції з'єднаний з тора. Слідкуючою ланкою в каналі зворотного зв'явходом системи визначення параметрів опорних зку системи коригування збуджуваних вібратором сигналів, вихід якої з'єднаний з входом системи сигналів є система контролювання їх збудження, формування корелюючих сигналів сейсмостанції і основу якої складають контрольні датчики прискочерез систему обміну інформацією між сейсмостарення (акселерометри) коливального руху силовонцією і сейсмоджерелом з входом системи формування керуючих сигналів вібратора [2]. 5 41470 6 Недоліками відомого вібраційного сейсмоком(розширенням діапазону частот заданого еталонплексу (прототипу) є відсутність у його складі заного спектра відношення сигнал-завада) і амплітусобів урахування сторонніх, зокрема випадкових, дної (підвищенням амплітудних значень заданого завад при визначенні параметрів опорних сигналів еталонного спектра відношення сигнал-завада) та незворотне інструментальне формування ціроздільності сейсмозаписів і забезпечує повноту льових сигналів на результуючих корелограмах у кінематичної і динамічної інтерпретації матеріалів відповідності з реалізованими у сейсмокомплексі спостережень та досягнення потрібних показників принципами визначення параметрів опорних сигдетальності і точності сейсмічного відтворення налів та їх використання, що обмежує можливості геологічного середовища. На відміну від можливопідвищення якості і геологічної ефективності сейсстей запропонованого сейсмокомплексу засобами мічних досліджень без збільшення їх вартості. прототипу регламентується і контролюється лише В основу корисної моделі поставлена мета спектральний склад цільового сигналу на резульстворення сейсморозвідувального комплексу притуючих корелограмах і відповідно лише якість видатного для гарантованого отримання заданих значення його кінематичних параметрів. показників якості та ефективності сейсмічних доНаявність в запропонованому сейсмокомплексліджень. сі системи перетворення корелограм в імпульсні Поставлена мета досягається тим, що в сейссейсмограми зумовлює можливість обчислювальморозвідувальному комплексі, що складається з ного формування цільових сигналів на результуюсейсмічного вібратора з системою формування чих імпульсних сейсмограмах на відміну від здійскеруючих сигналів вібратора і системою коригунюваного засобами прототипу їх незворотного вання збуджуваних вібратором зондувальних сигінструментального формування на результуючих налів, сейсмостанції з можливістю корелювання корелограмах. У разі роботи з багатьма цільовими віброграм з системою формування корелюючих сигналами, що є звичайною практикою сейсморозсигналів і системою визначення параметрів опорвідки, використання прототипу вимагає багатокраних сигналів та системи обміну інформацією між тного (за кількістю цільових сигналів) відпрацюсейсмостанцією і вібратором, система визначення вання фізспостереження і отримання відповідної параметрів опорних сигналів оснащена засобами кількості результуючих корелограм. Запропоноваобчислення спектрів відношення сигнал-завада, а ний сейсмокомплекс забезпечує отримання потрісейсмостанція оснащена системою перетворення бного обсягу геологічної інформації шляхом однокорелограм в імпульсні сейсмограми, вхід якої кратного відпрацювання фізспостереження і з'єднаний з виходом сейсмостанції, а вихід - з вхоподальшого багатоваріантного оброблення його дом системи визначення параметрів опорних сигрезультуючої імпульсної сейсмограми, що присконалів. рює відпрацювання фізспостережень та підвищує Порівняно з прототипом, згідно з корисною їх геологічну і економічну ефективність. моделю, запропонований сейсморозвідувальний Можливість отримання результуючих сейсмокомплекс відрізняється такими відмінностями: грам гарантованої якості і автоматизації супервізії - застосуванням засобів обчислення, крім спевідпрацювання фізспостережень забезпечується ктрів сигналів, спектрів завад та спектрів віднодосягненням фактично отриманими спектрами шення сигнал-завада; відношення сигнал-завада його заданих еталонних - застосуванням засобів визначення параметзначень, якими регламентуються детальність і рів опорних сигналів шляхом порівняння заданих точність досліджень - основні показники їх якості. еталонних і фактично отримуваних в процесі споПеревищення фактично отриманими заданих етастережень спектрів відношення сигнал-завада; лонних спектрів сигнал-завада не є критичним, - наявністю системи перетворення корелограм оскільки підвищує якість досліджень і відображав імпульсні сейсмограми та її зв'язків з іншими ється лише на їх вартості. Системою визначення елементами сейсмокомплексу; параметрів опорних сигналів прототипу протидія - можливістю отримання результуючих сейсзавадам не передбачається, а зрівняння засобами мограм гарантованої якості та автоматизації супепрототипу фактично отриманого і заданого етарвізії відпрацювання фізспостережень; лонного спектрів цільового сигналу не означає - можливістю автоматизації процесу спостедосягнення потрібної якості досліджень. режень. Можливість автоматизації процесу спостереЗазначені відмінності є суттєвими і забезпечужень з використанням запропонованого сейсмоють досягнення мети корисної моделі. комплексу зумовлюється наявністю критерія завеЗастосування, крім наявних у прототипі засоршення відпрацювання фізспостереження. При бів обчислення спектрів сигналів, засобів обчисцьому запуск сейсмокомплексу і початок відпралення спектрів завад та спектрів відношення сигцювання фізспостереження може здійснюватись, нал-завада зумовлює можливість урахування наприклад, за сигналом готовності вібратора і сейважливого для забезпечення якості досліджень смостанції, а припинення відпрацювання фізспосчинника впливу завад та завдяки цьому формутереження і роботи сейсмокомплексу -за сигналом вання і використання більш ефективних порівняно досягнення або перевищення на усіх частотах фаз прототипом опорних (і зондувальних) сигналів. ктично отриманим спектром відношення сигналЗастосування засобів визначення параметрів завада заданого еталонного спектра відношення опорних сигналів шляхом порівняння заданих етасигнал-завада для усіх цільових сигналів, визналонних і фактично отримуваних в процесі спостечених геологічним завданням виконуваних дослірежень спектрів відношення сигнал-завада зумовджень. лює можливість досягнення потрібних часової 7 41470 8 Структурна схема сейсморозвідувального корелограми здійснюють з опорним сигналом з комплексу згідно з корисною моделю зображена широкосмуговим рівномірним у смузі робочих часна фіг.1, на якій позначено 1 - сейсмічний вібратот спектром. Якість корелограми початкового тор, 2 -система формування керуючих сигналів, 3 етапу спостережень повинна бути достатньою для система коригування збуджуваних вібратором зоідентифікації цільового сигналу. Для цього необндувальних сигналів, 4 - сейсмостанція, 5 -система хідно, щоб відношення амплітуди цільового сигнаформування корелюючих сигналів, 6 - система лу до середньоквадратичного значення завад на визначення параметрів опорних сигналів, 7 - сискорелограмі було не менше трьох. Така оцінка тема перетворення віброграм в імпульсні сейсмоможе бути зроблена візуально оператором сейсграми, 8 - система обміну інформацією між сейсмостанції, а кількісно - засобами системи 6 визнамостанцією і вібратором, 9 - система засобів чення параметрів опорних сигналів. приймання сейсмічних коливань, 10 -геологічне Простим порівняно з іншими можливими спосередовище. Порівняно з прототипом новими собом оцінювання характеристик цільових сигнаелементами сейсмокомплексу є система 7 перелів і завад є отримання на початковому етапі відтворення корелограм в імпульсні сейсмограми та її працювання фізспостереження корелограми k(t) зв'язки з сейсмостанцією 4 і системою 6 визначендвома статистично еквівалентними частинами k1(t) ня параметрів опорних сигналів. Система 6 відрізі k2(t). Ідентифікацію цільових сигналів та оцінюняється від системи аналогічного призначення вання їх амплітуд виконують за сумарною сейсмопрототипу характером і обсягом виконуваних фунграмою k(t)=k1(t)+k2(t), а оцінювання середньоквакцій, відповідно модифікований порядок надходратичного значення завад - за різницевою дження інформації з сейсмостанції 4 в систему 6. сейсмограмою rk(t)=k1(t)-k2(t) або статистично еквіЗв'язок виходу системи 7 з сейсмостанцією 4 має валентною їй сейсмограмою rk(t)=k2(t)-k1(t). Іденсервісне значення. тифікація цільового сигналу полягає у визначенні Сейсморозвідувальний комплекс згідно з кочасового вікна його локалізації на корелограмі. рисною моделю працює таким чином (в зв'язку з Після ідентифікації цільового сигналу початковий тим, що окремі системи сейсмокомплексу можуть етап відпрацювання фізспостереження з широкобути реалізовані як технічно, так і програмно далі смуговим опорним (і зондувальним) сигналом пронаведені алгоритми роботи сейсмокомплексу та довжується до отримання такої величини віднойого складових частин). шення амплітуди цільового сигналу до Для виконання фізспостереження вібратори і середньоквадратичного значення завад, яка засейсмоприймачі розміщують на місцевості у відпобезпечує надійність обчислення спектра цільового відності з прийнятою методикою робіт. Після здійсигналу (більш трьох, уточнюється експериментаснення підготовчих робіт виконується синхронний льно). До цього моменту корелограми з сейсмозапуск сейсмостанції, зокрема її системи формустанції 4 в систему 6 надходять по лінії 4-6. Після вання корелюючих сигналів 5 по лінії 4-5, і вібрадосягнення зазначеного моменту автокореляційні тора, зокрема його системи формування керуючих функції опорних сигналів і корелограми по лінії 4-7 сигналів 2 по лінії 4-8-2. Системи 2 і 5 синхронно надходять в систему 7 перетворення їх в імпульсні генерують відповідно керуючий сигнал вібратора і сейсмограми, а імпульсні сейсмограми по лінії 7-6 корелюючий сигнал сейсмостанції. надходять в систему 6 визначення параметрів Керуючий сигнал вібратора по лінії 2-3-1 ініціопорних сигналів для обчислення фактично отриює збудження вібратором 1 зондувального сигнаманих спектрів відношення сигнал-завада і порівлу. По лінії зворотного зв'язку 1-3 фактично збуняння їх з заданими еталонними спектрами відноджуваний вібратором зондувальний сигнал шення сигнал-завада. По лінії 7-4 результуючі надходить в систему коригування 3, де порівнюімпульсні сейсмограми фізспостережень надхоється з керуючим сигналом вібратора, який надходять в сейсмостанцію для візуалізації та відобрадить в систему 3 з системи його формування 2. За ження їх разом з віброграмами і корелограмами на результатами порівняння система 3 по лінії 3-1 зовнішніх носіях інформації. видає на силову частину вібратора 1 такий сигнал, Обчислення фактично отриманих спектрів виякий з заданою точністю забезпечує ідентичність конується шляхом попереднього утворення за накеруючого сигналу вібратора і збуджуваного ним веденою вище схемою для корелограм сумарної зондувального сигналу. Збуджуваний вібратором 1 s(t)=s1(t)+s2(t) і різницевої rs(t)=s(t)-s2(t) (або зондувальний сигнал поширюється в геологічному rs(t)=s2(t)-s1(t)) сейсмограм, де s1(t), s2(t) - імпульсні середовищі 10 і сприймається сейсмоприймачами сейсмограми, отримані перетворенням системою системи 9, які перетворюють механічні коливання 7 відповідно корелограм k1(t) і k2(t). Обчислення середовища в електричні сигнали, що по лініях спектра цільового сигналу здійснюють за сумарзв'язку системи 9 надходять на входи сейсмічних ною сейсмограмою s(t), спектра завади - за різниканалів сейсмостанції 4. цевою сейсмограмою rs(t). Оцінку спектра відноЗапуск системи 5 формування корелюючих сишення сигнал-завада отримують як частку від гналів здійснюється синхронно з початком реєстділення усередненого в деякому спектральному рування сейсмостанцією сейсмограми згенеровавікні значення модуля спектра цільового сигналу них сейсмоприймачами сейсмічних сигналів, при на усереднене в тому ж вікні значення модуля цьому виданий системою 5 корелюючий сигнал спектра завади. Усередненням спектрів досягареєструється на одній з службових трас сейсмоється їх згладжування, що для спектрів цільових грами. сигналів має значення, коли вони отримуються На початковому етапі відпрацювання фізспосспектральним перетворенням не поодинокого котереження і отримання відповідних віброграми і ливання, а серії коливань на відрізку сейсмограми. 9 41470 10 Для отримання графіків спектрів відношення сиграційного перетворення системою 7 суми корелогнал-завада вікно усереднення спектрів сигналів і рам, отриманих з опорними сигналами, завад зміщують по осі частот. використаними в процесі досягнення фактично Подальші етапи роботи сейсмокомплексу отримуваними спектрами відношення сигналздійснюються у відповідності з результатами викозавада заданих еталонних спектрів цільових віднуваного системою 6 порівняння отриманих оцінок битих хвиль, що утворюють першу (на меншому спектрів сигнал-завада з заданими еталонними часі) і другу (на більшому часі) осі синфазності. спектрами відношення сигнал-завада. На Фіг.4 наведений відповідний фрагмент сейЯкщо значення фактично отриманого спектра смограми, яка є результатом інтерпретаційного відношення сигнал-завада менші значень заданоперетворення результуючої імпульсної сейсмого еталонного спектра сигнал-завада в усій обласграми фізспостереження системою 7 сейсмостанті його існування спостереження з використанням ції або аналогічними засобами стаціонарного широкосмугового опорного сигналу продовжують. центру оброблення матеріалів досліджень. Як Якщо заданий еталонний спектр відношення оператори інтерпретаційної деконволюції резульсигнал-завада перетинається фактично отриматуючої імпульсної сейсмограми фізспостереження ним, то області його недостатніх значень визнавикористовувались сигнали першої осі синфазносчають параметри опорних сигналів, при цьому ті. Коректність і якість виконання інтерпретаційної точки перетину визначають граничні частоти, а деконволюції зумовлені заданим еталонним спекширина області - діапазон частот опорного сигнатром відношення сигнал-завада і забезпечені його лу. На Фіг.2, на якій показані товщими лініями досягненням в процесі відпрацювання фізспостезаданий еталонний, тоншими лініями - фактично реження. Різні за формою сигнали першої осі сиотриманий спектри відношення сигнал-завада, нфазності на Фіг.3 приведені на Фіг.4 до однакової наведений приклад ситуації, згідно з якою наступформи коригуючого сигналу g(t). ний етап відпрацювання фізспостереження у разі На Фіг.3 і 4 показані спрямлені осі синфазності синтезування зондувальних сигналів з лінійновідбитих хвиль. Спрямленню осей передувало частотно модульованих (ЛЧМ) елементів необхідінтерпретаційне перетворення сигналів першої осі но здійснити з опорними ЛЧМ-сигналами 30-35 Гц і синфазності, що сприяло визначенню і введенню 50-65 Гц. статистичних і кінематичних поправок, вирівнюЯкщо значення фактично отриманого спектра ванню вступів хвиль на трасах і приведенню сейсвідношення сигнал-завада зрівнюються зі значенмограми до вигляду, наведеному на Фіг.4. Введеннями заданого еталонного або перевищують їх в ням тих же статистичних і кінематичних поправок усій області його існування, відпрацювання фізсспрямлені і приведені до вигляду, наведеному на постереження припиняють. При цьому досягається Фіг.3, осі синфазності результуючої сейсмограми якість досліджень регламентована заданим етафізспостереження. Приведення до однакової фолонним спектром відношення сигнал-завада. рми сигналів першої осі синфазності робить можУ разі роботи з багатьма цільовими сигналами ливим виявлення на Фіг.4 динаміки сигналів другої (для кожного з них може бути заданий відповідний осі синфазності, набутої сейсмічною хвилею в еталонний спектр відношення сигнал-завада) папроцесі її поширення в геологічному середовищі раметри опорного сигналу визначають за тим із між першим і другим відбиваючими горизонтами. них, для якого досягнення заданого еталонного Аналогічними діями з іншими цільовими сигналами спектра відношення сигнал-завада потребує найдосягається забезпечувана використанням запробільших зусиль. При цьому умови якісного отрипонованого сейсмокомплексу кінематичномання інших цільових сигналів виконуються автодинамічна повнота оброблення та інтерпретації матично. матеріалів сейсмічних досліджень. Система 7 перетворення корелограм в імпульУ разі використання сейсмокомплексусні сейсмограми є корегуючим фільтром, яким копрототипу отримання результуючої корелограми, релограма k(t) приводиться до вигляду сейсмоаналогічної сейсмограмі, зображеній на Фіг.4, мало грами s(t), збуджуваної імпульсом заданої форми б здійснюватись в процесі виконання польових g(t). При цьому шляхом розв'язання згорткового робіт. При цьому відпрацювання фізспостереженрівняння a(t)*p(t)=k(t), де a(t) - автокореляційна ня необхідно було б повторювати заради формуфункція опорного сигналу, з яким отримана коревання кожної траси сейсмограми на Фіг.4. Таке лограма k(t), попередньо виконується її деконвозбільшення обсягів і вартості польових спостерелюція (обернена фільтрація), результат якої p(t) жень для вивчення одного цільового відбиття, не згорткою g(t)*p(t)=s(t) перетворюється у вихідну говорячи вже про роботу з багатьма цільовими імпульсну сейсмограму s(t). Якщо сейсмограма k(t) об'єктами, виглядає нереальним. є сумою корелограм, то в загортковому рівнянні Якість сейсмічних досліджень з використанням a(t) є сумою автокореляційних функцій опорних запропонованого сейсмокомплексу регламентусигналів, з якими отримані корелограми-доданки. ється заданими еталонними спектрами сигналЦе робить можливим послідовне формування незавада цільових сигналів і гарантується їх досягобхідних для обчислення спектрів відношення сигненням в процесі відпрацювання фізспостеренал-завада проміжних імпульсних сейсмограм фізжень. Межа покращення показників якості досліспостереження в процесі його поетапного джень визначається їх допустимою вартістю, яка відпрацювання. повинна бути виправдана цінністю отримуваних На Фіг.3 наведений фрагмент результуючої геологічних результатів. імпульсної сейсмограми фізспостереження метоТаким чином, мета корисної моделі - створендом відбитих хвиль [1], яка є результатом реєстня сейсморозвідувального комплексу придатного 11 41470 12 для гарантованого отримання заданих показників 2. Теория и практика наземной невзрывной якості та ефективності сейсмічних досліджень сейсморазведки / Под.ред. М.Б. Шнеерсона. - М.: досягається. ОАО «Издательство «Недра», 1998. 1. Гурвич П.Н., Боганик Г.Н. Сейсмическая 3. Кострыгин Ю.П. Сейсморазведка на сложразведка: учебник для вузов.-3-е изд., перераб.ных сигналах. - Тверь: Издательство ГЕРС, 2002. М.: Недра, 1980. 13 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 41470 Підписне 14 Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601