/
Автор: Шнеерсон М.Б.
Теги: прикладная геология и геофизика геологические методы поисков и разведки интерпретация результатов геофизические науки геология полезные ископаемые геофизика науки о земле сейсморазведка
ISBN: 5-247-03384-1
Год: 1998
Текст
ТЕОРИЯ
И ПРАI(ТИКА
наземнои
..,
не зрывнои
сеисморазведки
:\
1.
'-i,i
f,>J
,
.if1
h'JiIr Vi"
ТЕОРИЯ
И ПРАКТИКА
'-1
наземнои
'-1
н е зрыIноии
сеисморазведки
Под редакцией
доктора технических наук
М.Б. Шнеерсона
ЕВ Москва ОАО "Издательство "Недра" 1998
УДК 550.834
ББК 26.2
Т 33
Орrанизация спонсор РАО "fазпром"
Теория и практика наземной невзрывной сейсмораз
т 33 ведки/Под редакцией М.Б. Шнеерсона. М.: ОАО "Из
дательство "Недра", 1998. 527 с.: ил.
ISBN 5 247 03384 1
Изложены физические осиовы, теория и практика наземной невзрыв-
ной сейсморазведки, базирующейся на примеиении вибрационных и им
пульсных излучателей. Рассмотрены технические средства сейсмораз-
ведки, методика проведения полевых работ и обработки материалов. Зна-
чительное внимаиие уделено применению наземных невзрывных источ-
ников в райоиах с различными сейсмоrеолоrическими условиями.
Для rеофиэиков сейсмораэведчиков, а также студентов rеофиэнческих
специальиостей вуэов.
ISBN 5-2.H 03384-1
@ Коллектив авторов, 1998
@ Оформление. ОАО "Иэдательство "Недра", 1998
ВВЕДЕНИЕ
В последние roды сформировалось и получило широкое при
менение новое направление в разведочной reофизике наземная
невзрывая сейсморазведка, которое представляет собой KOM
олекс сейсмических методов исследований, базирующийся на
возбуждении упруrих волн в земле специальными механизмами и
устройствами без применения конденсированных зарядов взры
вчатых веществ и линий детонирующеro шнура. В наземной
невзрывной сейсморазведке волны возбуждаются в основном
путем приложения наrрузок непосредственно к поверхности
земли. Относительно небольшое развитие получило скважинное
невзрывное возбуждение волны, при котором наrрузки прикла
дываются к стенкам скважины.
Невзрывная сейсморазведка основывается на тех же физи
ческих принципах, что и взрывная, но отличается от нее спо
собами возбуждения колебаний, более широким классом исполь
зуемых сиrналов для reнерирования упруrих волн в земле, а
также возможностями активноro управления их спектральным
составом.
Взрыв заряда ВВ в скважине и на поверхности был первым
достаточно эффективным и широко применяемым источником упру
rих колебаний в сейсморазведке. Тем не менее идеи по ero
замене друrими, более управляемыми, простыми, безопасными и
ЭКОЛоrически чистыми источниками высказывались HeOДHOKpaT
но, в том числе и на ранних этапах развит1,1S сейсморазведки.
Но практическая реализация этой идеи стала) возможной только
после создания и внедрения станций с маrнитной записью и
значительноro ПОвышения методическоro и техническоro уровня
сейсморазведки.
В силу этих причин наземная невзрывная сейсморазведка в
нашей стране начала развиваться с середины 60 x roдов,
а первые практические результаты были получены в конце
60 x начале 70 x roдов. К настоящему времени наземная
неВЗрывная сейсморазведка заняла прочное место в комплексе
ПОИСково разведочных работ на нефть, rаз и друrие полезные
вскопаемые, а также при инженерно reолоrических изысканиях.
частности, около 40 % всех работ, проводимых с целью поис
ков и разведки нефтяных и rазовых месторождений, выполняется
методами невзрывной сейсмики. В развитых капиталистических
странах ЭТот процент выше [31, 56].
В Процессе cBoero развития в невзрывной сейсморазведке
сформировал ось два направления: импульсное и вибрационное.
Импульсная невзрывная сейсморазведка, как и взрывная,
характеризуется тем, что к поверхности земли или стенкам
скважины Прикладываются кратковременные наrрузки, время
3
действия которых значительно меньше периода возбуждаемых
колебаний. Под их действием точки среды выводятся из поло
жения равновесия и начинают совершать собственные колебания,
амплитуда и частота которых определяются парам:етрами воздей
ствующеro на среду импульса, физическими и упруrими свой
ствами пород, а также массой так называемоro присоединенноro
объема rpyHTa, величина которой во MHOroM определяется xa
рактеристиками наrрузки и среды. По своим принципам и oco
бенностям эта модификация невзрывной сейсморазведки наиболее
близка к взрывной. Импульсная невзрывная сейсморазведка
позволила упростить производство работ и сделать их практи
чески безопасными для обслуживающеro персонала и окружающей
среды, но она не решила ряд важных вопросов по управлению
процессом возбуждения колебаний, концентрации энерrии в
необходимых полосах частот, по производству работ при BЫCO
ком уровне нереryлярных помех и Т.д. Поэтому параллельно с
импульсной развивалась вибрационная невзрывная сейсмораз
ведка.
Вибрационная сейсморазведка основывается на длительном.
протяженном во времени возбуждении колебаний, которое может
быть реализовано или в виде квазиrармонических переменных по
частоте наrpузок, или в виде последовательности силовых
импульсов, следующих друr за друroм с равными или меняющи-
мися временными интервалами, величина которых соизмерима с
периодом возбуждаемых волн. Пеовое направление получило
название вибрационноro, а второе - вибро и кодоимпульсноro
reнерирования волн.
В обоих случаях общая длительность посылаемых в зеМJJЮ
сиrналов, образующих одну посылку, может достиrать 1 О с и
более, и она значительно превышает периоды волн, реrистри
руемых в импульсной сейсморазведке.
При квазиrармоническом возбуждении точки среды совершают
Вынужденные колебания в соответствии с частотой внешней
наrрузки, а при виброимпульсном собственные, которые из за
частоro следования импульсов интерферируют между собой,
образуя сложные неразрешенные волновые поля. Особенности
применяемых в вибрационной сейсморазведке наrрузок приводят
к тому, что на полевых записях не выделяются отдельные вол
новые пакеты, соответствующие определенным физическим rpa
ницам. И для их выделения и прослеживания необходима Koppe
ляционная обработка данных, которая предусматривает нахожде
ние степени сходства между зареrистрированными сейсмостан
цией сиrналами и электрическим сиrналом, определяющим изме
нение наrрузки во времени. После корреляции получаемые
записи по своему виду и характеру очень похожи на сейсмо-
rpaMMN при импульсном возбуждении волн.
Сравнительно быстрое развитие и широкое применение Ha
земной невзрывной сейсморазведки обусловлены следующими ее
преимуществами перед взрывной сейсмикой:
4
- исключение опасных, трудоемких и дороrocтоящих, осо-
бенно при системах ОП, буровзрывных и ликвидационных работ,
что позволяет на 30-35% снизить стоимость физической точки;
расширение методических возможностей сейсморазведки,
особенно вибрационной, за счет управления процессом возбуж
дениЯ колебаний и насыщения разреза волнами требуемоro
частотнОro состава, использования эффективных схем rруппи
рования источников, проведения работ в культурных и про
мыmленных зонах, вдоль дороr и на друrих объектах при BЫCO
ком уровне' промышленных помех, а также вблизи зданий
и сооружений без опасности их разрушения;
- повышение уровня безопасности работ для обслуживающеro
персонала и значительное снижение вреда, наносимоro OKPy
жающей среде;
- возможность изменения полярности излучаемых колебаний и
направления частотной развертки в вибрационной невзрывной
сёйсморазведке, что позволяет совмещать различные методы
(МПВ, МОВ) , а также одновременно возбуждать волны двумя и
более rруппами излучателей с реrистрацией их на одну прием
ную линию с последующим разделением колебаний на этапе KOp
реляции данных.
Наряду с достоинствами наземная невзрывная сейсморазведка
характеризуется определенными оrраничениями и недостатками,
обусловленными ее принципами и особенностями:
приложение наrрузок к поверхности земли, что приводит к
смещению спектров реrистрируемых волн в сторону низких
частот вследствие сильноrо Фильтрующеrо действия эме, OT
носительно ВЫСОКОМУ уровню поверхностных волн, небольшим
отношениям сиrнал / помеха;
усложнение методики работ. необходимое для ослабления
реrулярных и нереrулярных помех и увеличения отношения сиr
нал/помеха;
необходимость использования дополнительноro оборудо
вани я для синхронноro накопления сиrналов и корреляции, а
также проrрамм обработки, учитывающих определенные особен
ности вибрационных сиrналов (корреляция, смешанно фазовый
характер прокоррелированных записей и др.);
оrраниченные возможности применения невзрывных источ
ников в условиях сильно пересеченной местности, в rYCToM ле
СУ без Очистки профиля от деревьев, на болотах и топях, а
таКЖе в друrих нестандартных условиях.
Тем не менее преимущества невзрывной сейсморазведки пре
валИРуют над недостатками, что и предопределяет ее дальней
шее развитие и относительное увеличение объемов применения.
Работы по совершенствованию, становлению и широкому при
менению наземной невзрывной сейсморазведки выполнены и про
ВОДЯтся большой rруппой специалистов стран CHr, которые
ра тают в ряде научных и научно производственных учрежде
нии, конструкторских бюро и заводов, а также во МНОrих про
ИЗВодственных rеофизических орrанизациях.
5
Теоретические и экспериментальные основы наземной невзры
ВНОЙ сейсморазведки освещены в ряде моноrрафий и во МНОrих
статьях и публикациях, но она интенсивно развивается и за
последние roды предложены и получили практическое применение
новые идеи и способы выбора характера наrрузок, управления
спектральным составом rенерируемых волн, Контроля за работой
источников, а также совершенствования методики и техники
работ. Эти вопросы освещены в те нической литературе недо-
статочно, что сдерживает их применение, а в ряде случаев
приводит к получению неrативных результатов. В силу этих
причин подroтовлена настоящая моноrрафия, в которой авторы
стремились изложить основные вопросы теории и практики Ha
земной невзрывной сейсморазведки, обратив наибольшее вни-
мание на новейшие достижения. Для более ПОлноro освещения
методики и техники невзрывной сейсморазведки, а также полу
ченных результатов к работе над книroй были привлечены спе
циалисты ряда производственных орrанизаций, которые подro
товили соответствующие материалы по своим реrионам. Это
позволило дать более полную картину СОСТОяния работ и по
моrло составить общее представление об уровне развития Ha
земной невзрывной сейсморазведки в стране.
По содержанию моноrрафия делится на две части: теорети
ческую и практическую.
В первой изложены физические основы и теория наземной
невзрывной сеЙсморазведки, а во второй дан краткий обзор
ее технических средств, освещены вопросы методики и техники
работ, а также приведены результаты ее применения по ряду
районов с различными сейсмоrеолоrическими условиями.
Моноrрафия написана rруппой ведущих специалистов в обла
сти наземной невзрывной сейсморазведки под обшей редакцией
М.Б. Шнеерсона.
1. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА rpYHTOB
И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПОВЕДЕНИЯ ПОД
ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКИХ НАrРУзок
в наземной невзрывной сейсморазведке волны возбуждаются
путем приложения динамических, переменных во времени Harpy
зок к поверхности земли или к стенкам скважины.
При поверхностном возбуждении наrрузки воспринимаются
самыми верхними слоями земли rрунтами, представленными в
большинстве районов переотложенными, рыхлыми, слабосцемен
тированными породами различных литолоrическоro состава и
физических свойств. В зимнее время при низких отрицательных
температурах rpYHTbI MOryT быть "Сцементированы льдом и по
крыты слоем cHera различной мощности.
Излучающим элементом наземноro невзрывноro источника
является жесткая металлическая плита, которая устанавлива
ется на поверхность rpYHTa и под действием активных или
реактивных сил выводит ero из положения равновесия, воздей
ствуя на среду. -
При возбуждении волн поrружными невзрывными источниками
наrрузки прикладываются к стенкам скважины или непосред
ственно, или через обсадную колонну и воспринимаются уже
плотными, коренными, не подверrшимися эрозии породами. Излу
чающим элементом является жесткий металлический ударник или
корпус источника, прижатые к колонне или к стенке скважины,
или струя сжатоro воздуха, резко повышающая давление в зоне
расположения излучателя.
Во всех случаях принято считать, что усилия, развиваемые
невзрывными источниками, воспринимаются определенным так
называемым присоединенным объемом rpYHTa, иrрающим важную
роль в теории и практике невзрывноro возбуждения волн. Под
действием внешних сил в присоединенном объеме rpYHTa возни
кают переменные во времени объемные или сдвиroвые деформа
ции, которые передаются близлежащим слоям и приводят К обра
зованию упруrих волн, интенсивность и частотный состав KOТO
рых определяются величиной и характером наrрузок, физико
механическими свойствами пород и их поведением под действием
переменных внешних сил.
1.1. ФИЗИКО МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА fPYHTOB
в большинстве районов rpYHTbl представлены рыхлыми отло
жениями, образовавшимися в результате физическоro и хими
ческоro разрушения и вторичноro отложения коренных образо-
ваний. Внемерзлых rpYHTax, как правило, выделяют твердую
7
фазу, состоящую из совокупности сцементированных или разроз
ненныХ минеральных частиц, и rазообразную, воздушную фазу,
заполняющуЮ свободное, поровое пространство между твердыми
частицами пород. В отдельных случаях при очень высоком
уровне rpYHToBbIX вод поровое пространство может быть заПОk
нено водой. Коренные породы, залеrающие ниже уровня rpYHTo
вых вод, имеют три фазы: твердую, жидкую и rазообразную.
Мерзлые и вечномерзлые rpYHTbl и породы характеризуются
более однородным строением. Промерзание rpYHToB сопровожда
ется кристаллизацией воды и смерзанием частиц пород. Однако
в лед переходит не вся вода, часть ее, непосредственно при
мыкающая к поверхности частиц, остается незамерзшсй [2, 52].
С понижением температуры количество свободной воды уменьша
ется. В силу этих причин мерзлые и вечномерзлые rpYHTbl MoryT
быть как однородными, так и содержать прослойки льда, разде-
ляющие rpYHT на отдельные arperaTbl. По своим физическим
свойствам мерзлые rpYHTbl отличаются от талых. В них увели
чивается сцепление между частицами и аrреrатами rpYHTa,
влажные rpYHTbI увеличиваются в объеме и приобретают так
называемую морозную структуру со скоплением частиц льда.
Кроме TOro, rpYHTbl становятся водонепроницаемыми [2].
В естественных условиях немерзлые rpYHTbl состоят либо из
отдельных обломков ropHblX пород, сцементированных в прочную
монолитную массу (скальные и осадочные породы), либо из
частиц, не связанных друr с друroм прочными связями (обло
мочные несцементированные породы и почвы). В этом случае
пространство между частицами образует поры, объем которых
может меняться в широких пределах. Он характеризуется коэф
фициентом пористости k п , который определяется как отношение
CYMMapHoro объема пор V к объему твердой фракции У т в
единице объема rpYHTa. Коэффициент пористости характеризует
спосоБНОСТЬ rpYHTa к уплотнению и для реальных rpYHТOB лежит
в пределах от 0,2 до 2 и более. rpYHTbl считаются рыхлыми,
если k п > 1, и плотными, если k п < 1.
Твердая компонента в rpYHTax представлена частицами пород
различноro минералоrическоro и rранулометрическоro состава,
что во MHOroM определяет механические свойства rpYHTa. Раз
меры обломочных материалов MOryT изменяться в широких пре
делах от сантиметра до долей микрона. В зависимости от
преобладающеro диаметра обломков rpYHTbI по rранулометриче
скому составу подразделяются на крупнообломочные, у которых.
размеры твердых частиц d 2 мм, песчаные, у которых
d :> 0,05 мм, пылеватые, у которых 0,005 мм d . U,U5 мм,
и rлинистые с еще меньшими размерами зерен.
ПО степени соединения твердых частиц между собой rpYHTbl
подразделяются на связные (плотные) , у которых отдельные
частицы скреплены между собой, образуя скелет, инесвязные
(рыхлые), сыпучие rpYHTbl, которые состоят из отдельных
несцементированных между собой зерен: пески, rалечники,
8
rравий, щебень. Связность rpYHToB определяется содержанием
частиц rЛИНbl, которая иrрает роль цементирующей добавки.
условно rpYHTbI подразделяют [47) на связные с содержанием
rлиниСТЫХ частиц более 12 %, слабосвязные от 3 до 1 О %,
несвязные менее 3 %. Значительные объемы сейсморазведочных
работ выполняются на пахотных землях, которые в сухую поroду
представляют собой взрыхленную сыпучую среду, частицы KOTO
рой не связаны между собой. Лишь в дождливое время имеет
место набухание и слипание отдельных частиц пашни. В зимнее
время частицы rpYHTa смерзаются, образуя единую двухфазную
систему; состоящую из твердой компоненты и льда.
Механические свойства связных rpYHToB во MHOroM зависят
от относительноro содержания в них rлинистых минералов. В
строительной практике в зависимости от процентноro содержа
ния в них rлинистых частиц принята следующая упрощенная
классификация [47]: rлина - 30%; суrлинок 30 1<r'1o; супеси
1O 3%; песок 3%.
rлинистые rpYHTbI характеризуются высокой связностью в
маловлажном состоянии, хорошо воспринимают и передают вниз
наrрузки, деформируемость их небольшая.
Суrлинки имеют довольно широкое распространение, обладают
большей связностью и передают действующие на них наrрузки
несколько хуже, чем rлинистые rpYHTbl.
Супесчаные rpYHTbl обладают достаточной связностью и дo
статочно хорошо сопротивляются внешним наrрузкам.
Песчаные rpYHTbl лишены сцепления и являются типично сыпу
чими материалами, способность которых воспринимать наrрузки
определяется степенью увлажнения.
В rpYHTax, особенно выше уровня rpYHTOBbIX, вод, всеrда в
той или иной степени содержится воздух. Он заполняет поры
rpYHTa и может находиться в свободном или защемленном co
стоянии. В первом случае воздух свободно сообщается с aTMO
сферой и поэтому оказывает небольшое влияние на физико
механические свойства rpYHToB и их поведение под действием
динамических наrрузок. Защемленный воздух с атмосферой не
сообщается и поэтому оказывает большее влияние на свойства
rpYHТOB.
В rpYHTax жидкая компонента (вода) заполняет пространство
между твердыми частицами и входит в состав зерен. По своему
состоянию вода подразделяется на свободную, Т.е. способную
под действием различных внешних сил перетекать из одних пор
в руrие, и связную, или адсорбционную, [2], находящуюся под
деИствием молекулярных сил во взаимосвязи с зернами и
Покрывающую их тонким слоем.
Степень насыщения поровоro пространства rpYHTa водой
определяется коэффициентом водонасыщения W B , которыи равен
ОТНошению количества естественной воды в порах rpYHTa к
максимально возможному. По величине коэффициента BOДOHacы
щенности rpYHTbl разделяют на маловлажные, или HeBOДOHacы
9
щенные, с W s 0,5, влажные с 0,5 W s 0,8, водонасыщен
ные с W s 0,8.
Под наrpузкой водонасыщенные rpYHTbl ведут себя как жидко
сти, сжимаемость которых определяется водой. В HeBOДOHacы
щенных rpYHTax наrрузки до 10 15 МПа воспринимаются твердой
фракцией пород. Поэтому они ведут себя как твердые тела, и
только при очень больших наrрузках сжимаемость их начинает
зависеть от сжимаемости воды. При наземном невзрывном воз
буждении колебаний породы rpYHTa, примыкающие к области
приложения наrpузок, лежат выше уровня rpYHТOBNX вод и по
степени заполнения их пор жидкостью относятся к HeBOДOHacы
щенным породам. В мерзлых rpYHTax свободная вода, как пра
вило, отсутствует, и они также MOryT быть отнесены к HeBOДO
насыщенным образованиям. При возбуждении волн в скважинах
окружающие породы MorYT иметь различные коэффициенты BOДO
насыщенности.
1.2. КОМПРЕССИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ rpYHTOB
Возбуждение волн связано с деформацией пород, которая
достиrается в результате действия вертикальных, roризонталь
ных или наклонных наrрузок, которые MOryT быть приложены или
к поверхности rpYHTa, или к стенкам скважины. Характер и
величины деформаций определяются величинами наrрузок и свой
ствами пород в зоне их действия. Они MOryT быть обратимыми,
упруrими и необратимыми, остаточными или пластическими.
Поведение rpYHToB будет различным в зависимости от напра
вления действия сил. При вертикальных, сжимающих наrрузках
происходит сближение отдельных частиц rpYHTa, которое при
водит к изменению ero объема, при roризонтальных имеет
место сдвиr частиц rpYHTa без изменения объема.
Поведение rpYHТOB при сжатии определяется законом сжи
маемости, который устанавливает зависимость между наrрузками
(давлениями) о' и относительными деформациями поверхностных
слоев l; при скорости наrружения, стремящейся к нулю:
о' == ((l;).
0.1 )
Кривые (1.1) называются компрессионными и для rpYHTOB
определяются экспериментальным путем. Неводонасыщенные rpYH
ты характеризуются свойствами упруro пластичных сред, для
которых зависимость напряжений От деформаций при статическом
наrружении может быть представлена обобщенной кривой. изо
браженной на рис. 1 [2,52]. На ней можно выделить три уча
стка. Первый, наблюдаемый при относительно небольших наrруз
ках, имеет практически линейный характер и определяет
область упруrих деформаций. В ero пределах rpYHTbl ведут себя
как упруrие тела, у которых наrрузка и разrрузка (снятие ес)
происходят по одному и тому же закону. С определенной долей
10
Рис. 1. КомпрессИОНIfaII к:риваи упруro б
плacrвчесDIXСред:
а при наrpуэке среды; б при ее раэr .
рузкеi (1's' s пределы упруrиx наПРllжений
и деформаЦ\fЙ
б s
о
rs
7
приближения можно считать, что на этом участке выполняется
соотношение (1' = E . Коэффициент пропорциональности между
направлением и относительной деформацией rpYHTa для случая
ero простоro' продольноro сжатия с возможностью боковоro
расширения называется модулем упруrocти пород Е, который
является физической константой пород.
rpYHTbl, отличающиеся друr от друrа удельным весом, rpaHY
лометрическим составом, плотностью и упруrими свойствами,
характеризуются различными значениями модуля упруroсти.
Установлено также, что модуль упруrocти зависит от скорости
приложения наrpузок [2]. Значения модуля упруrocти для HeKO
торых типов rpYHТOB приведены в табл. 1. Линейная участок
кривой 0.1) оrраничивается определенными значениями напря
жения и деформации, получившими названия пределов упруroсти
«1') и упруrих деформаций ( ). На этом участке происходит
s s
упруroе сжатие скелета породы за счет деформации твердой
фjmкции rpYHTa. При этом скелет не разрушается и после сня
тия наrpузки все частицы возвращаются в исходное положение.
ПО экспериментальным данным значения (1' оказываются неболь
s
шими, не превышающими О, 1 О,З МПа для большоro класса
rPYHТOB. Для пахотных, рыхлых и несцементированных сред они
MOryT быть еще меньше. Мерзлые и вечномерзлые rpYHTbl xapaK
теризуются существенно БОльшими значениями.
Второй участок кривой сжатия характеризуется нелинейной
зависимостью деформаций от напряжения. Небольшому увеличению
Таблица 1
I'pyнт
Модуль упруrocти. Kr/cJi!
Статические
испытания
Динамические
испытаНИII
Песок Крупнозернистый
Песок среднезернистый
Песок мелкозернистый
СyrJlИlllcи
r.лииы
450 620
450 830
до 850
до 3000
до 2000
6OO 700
450 500
до 5100
до 1600
11
напряжения соответствует значительное изменение деформации,
Т.е. rpYHT как бы "тече ". В rpYHTax ПРОИСХОДят разрушение
отдельных выступов скелета и перекладка ею частиц за счет
заполнения поровоro пространства обломками твердой фракции.
В результате линейная зависимость между напряжением и
деформацией нарушается и rpYHTbl ведут себя как пластические
тела, у которых при снятии наrрузок наблюдаются остаточные
деформации, уровень их определяется, в первую очередь, вели
чиной наrрузки и физическими свойствами. Обусловлены они
тем, что вследствие разрушения скелета в rpyHTe нет сил,
которые привели бы ero в исходное, недеформированное состоя
ние. Поэтому наrрузка и разrрузка среды происходят по разным
законам, что и показано на рис. 1. При ЭТОМ модули упруrocти
пород при наrружении и разrружении оказываются разными.
Возможно, что вторичное сжатие до величины деформации,
достиrнутой при первоначальном наrружении, происходит при
близительно по кривой разrрузки, Т.е. в результате разру
шсния и переукладки твердых фракций rpYHTa изменяются ею
физические свойства и как бы расширяется область упруrих
деформаций. В этом случае поведение rpYHTa определяется не
только действующей, но и предыдущей наrрузкой. Поэтому при
текущих наrрузках (1' < (1' < (1' «(1' наибольщая ранее
s . шах шах
приложенная наrрузка) rpYHTbl ведут себя приблизительно как
упруrие тела. Повышение предела УIJIWroсти rpYHТOB при повтор
ном наrружении называется упрочением rpYHToB, и оно имеет
важное значение в практике работ с импульсными невзрывными
источниками колебаний [52].
Третий участок компрессионной кривой характеризуется
уменьшением роста деформаций с возрастанием наrрузок и (1' ==
== f(l;,) меняет свою кривизну. Эта область связана с дефор
мациями уже нарушенноro и уплотненною rpYHTa, которые пол
ностью обусловлены сжимаемостью твердой фракции. Вследствие
этою rpYHT по своему поведению приближается к твердому телу
с коэффициентом пропорциональности между деформациями и
наrрузками, который в ряде случаев может быть равен модулю
упруrocти пород [2]. Дальнейшее увеличение действующих на
rpYHT наrрузок приводит к ero разрушению. Величина (1'п, при
'которой это происходит, получила название предела прочности
rpYHTa [2, 47].
Таким образом', в rpYHTax под действием статических сжи
мающих сил протекают весьма сложны с процсссы, зависящие от
величины наrрузок, а также от состава и строения пород,
слаrающих самую верхнюю часть разреза.
Подобные явления имеют место и под действием динамических
наrрузок, развиваемых вибрационными и импульсными поверхно
стными источниками колебаний. Однако имеются и некоторые
различия, рассматриваемые далее.
12
1 3. ПОВЕДЕНИЕ rpYHTOB ПОД ДЕЙСТВИЕМ
ВЕртИКАЛЬНЫХ НАrРУзок
1.3.1. ВИБРАЦИОННЫЕ НАrРУзки
При приложении к поверхности земли переменных во времени
и длителЬНЫХ вибрационных наrрузок частицы rpYHTa, приле
rающие к плите излучателя, начинают совершать вынужденные
колебательные движения, которые с течением времени распро
страняются во всем объеме пород. В большинстве случаев
удельные наrрузки, развиваемые вибрационными излучателями,
невелики (о- 0,04 0, 1 МПа) и не превышают предела упруroсти
пород. Тем не менее даже при таких небольших наrрузках MOryT
возникать остаточные деформации, обусловленные действием
инерционных сил, которые из за различий масс отдельных
частиц пород приводят к образованию в местах контактов
напряжений сдвиrа. Величины этих напряжений определяются
массой и ускорением частиц, которые, в свою очередь, зависят
от частоты и амплитуды внешней силы. При небольших YCKope
ниях, не превышающих определенноro предела, называемоro
пороroм виброуплотнения 11", возникающие в среде напряжения
урановешиваютсяили силами сцепления частиц rpYHTa, или
прочностью водно коллоидных пленок. Вследствие этОro rpYHT
испытывает упруrие, обратимые деформации, которые исчезают
при снятии наrрузки. При больших ускорениях в rpYHTe про
исходят необратимые процессы, связанные с перемещением
отдельных частиц rpYHTa, ero уплотнением и образованием
остаточных деформаций.
Значения 11" определяются связностью rpYHToB и меняются в
довольно широких пределах. Для рыхлых песков величины пороrа
виброуплотнения не превышают долей ускорения силы тяжести, а
для плотных десятков. В реальных условиях после работы
вибраторов на местности не видно отпечатка штампа. И только
при вибрировании на сыпучих, практически несвязных rpYHTax
(пашня, сухие пески, обломочные породы и т.д,) можно увидеть
следы от работы вибраторов.
Под действием вибрационных наrрузок, так же как и под
действием стационарных сил, происходит упрочнение rpYHToB,
которое заключается в повышении CCTecTBeHHoro пороrа вибро
УПлотнения до значений ускорений, развиваемых вибратором.
Поэтому при повторных наrружениях с ускорениями, меньшими
r и равными предыдущим, дополнительноro уплотнения rpYHTa не
удет.
Амплитуда и характер колебаний rpYHTa зависят от величины
ВОзмущающей силы, упруrих свойств rpYHTa, частоты колебаний,
Массы и размеров плиты, а также от объема пород, вовлеmеМbfl(
в ДВижение. Важное значение при этом имеет отношение между
ВОЗмущающей силой Р, развиваемой вибратором, и весом плиты с
Учетом наrружающих ее конструкций Р. При F < Р плита ПЛQТНО
13
прижата к rpyHTY, и они образуют единую систему, колеблю
щуюся в соответствии с прилаrаемой наrрузкой. Тем не менее
возможны небольшие запаздывания движения rpYHTa относительно
ПЛИТЫ при изменении направления наrружения, вызванные силами
инерции пород. В тех случаях, Korдa Р < F происходит отрыв
плиты излучателя от поверхности земли, что приводит к воз
никновению ударных наrрузок, появлению искажений и к изме
нению характера колебаний rpYHTa. Поэтому во всех KOHCTPYK
циях вибраторов примаются меры к тому, чтобы всеrда выпол
нялось условие Р > F.
1.3.2. ИМПУЛЬСНЫЕ И КОДОИМПУЛЬСНЫЕ НАrРУзки
Наrрузки, развиваемые импульсными и кодоимпульсными
источниками, характеризуются значительными скоростями и
амплитудами (второе для кодоимпульсных источников не ти
пично). Поэтому на процессы, протекающие в rpYHTax, начинают
влиять инерционные вязкие свойства пород, что приводит К
тому, что деформации начинают отставать от напряжений, и за
висеть от скорости напряжений, видоизменяются кривые о' =
= {«() и значения величин 0', ( и о' ,
s s n
На рис. 2 приведены зависимости о' = {«() , полученные при
разных скоростях наrружения, из которых видно, что кривые не
совпадают меж.цу собой и все боль.ше расходятся между собой с
увеличением (. С возрастанием ( одни и те же деформации
реализуются при больших 0'. Поэтому при динамических
наrрузках происходит увеличение пределов упруroсти и oco
бенно прочности rpYHToB.
Наземные импульсные невзрывные источники развивают значи
тельные усилия, которые превышают предел упруroсти и прибли
жаются, а в ряде случаев и превышают предел прочности пород.
При динамическом характере наrрузок происходит увеличение
предела прочности пород, что имеет определенное значение для
выбора характеристик излучателя, так как превышение этоro
предела нежелательно из за значительноro расходования энер-
rии удара на разрушение пород. Поэтому рассмотрим основные
(5
Рис. 2. Характер компрессионных кривых
при Рjl3ных CKOpocтllX деформации:
1 <;; .0; 2, 3 - ПрИ промежуточных
значениях (; п при ( IXI
14
фактОРЫ, влияющие на изменение динамическоro предела прочно
сти пород.
Наиболее полно этот вопрос рассмотрен в работах, посвя-
щенныХ сооружению покрытий, плотин и Т.д. [47]. В них пока
зано, что в общем случае пред прочности зависит от связно
сти пород, площади контактнои поверхности, скорости Harpy
жения и процентноro содержания rлинистых частиц. Для практи
ческиХ расчетов введена величина нормальноro предела прочно
сти rpYHTa (Тро' которая определяется экспериментально на
образцах пород, имеющих обычную влажность и плотность,
равную 0,95 от максимальной.
Значения нормальноrо предела прочности (МПа) ДЛЯ
некоторых типов rpYHТOB различной связности при
нarружении их штампом диаметром 1000 мм
Малосвязный (песчаный, супесчаный) . .
Средней СВЯЗНОСТИ (суrлинистый)
Высокой свяэности (тяжелосуrлинистый)
Весьма связный (rлинистый) .
3 7
7 12
12 20
20 23
Эти данные относятся к насыщенным, предварительно YTpaM
бованным rpYHTaM. Ненарушенные rpYHTbl характеризуются боль
шими величинами (J и MorYT быть получены, если значения из
Ро
таблицы умножить для суrлинков на коэффициент 1,3-1,5, а
для тяжелых суrлинков и rлин на 2,2 3. Малосвязные образо
вания в насыпном состоянии и естественном залеrании имеют
практически одинаковые пределы прочности. Усредненные зави-
симости изменения предела прочности от диаметра рабочей
плиты излучателя, скорости приложения наrрузок и содержания
rлинистых частиц в rpYHTe приведены на рис. 3, из KOTOpOro
следует, что с увеличением относительноro диаметра рабочей
плиты излучателя имеет место возрастание относительноro
предела прочности пород. Причем вначале наблюдается практи
чески линейное увеличение отношения (J /(J , а затем выпола
р Ро
живание кривой. Из этоro следует, что при желании увеличить
предел прочности rpYHTa нет оснований во MHOro раз увели
Чивать диаметр излучающей плиты. Значительное влияние на
увеличение относительноro предела прочности пород оказывает
скорость приложения наrрузок. Наблюдается практически линей
ное увелчение (J Ро С ростом скорости деформации. Наличие
такой связи оказывает определенное влияние на выбор пара
Мб:;оВ импульсноro излучателя. С одной стороны, нежелательно
ра тать за пределом прочности rpYHTa, а с друroй для
увеличения интенсивности возбуждаемых волн необходимы боль
шие ИМПульсные наrрузки на среду. Содержание rлинистых
частиц в rpYHTe оказывает двоякое влияние на изменение пре
дела прочности пород. Вначале с увеличением процентноro
СОдержания rлинистых частиц наблюдается снижение предела
15
а
б р / Po
2
10
20 dп/dпo 0.1
о
10
20
30 С rл '%
б,Мnа
21f
16
8
о
2
Lf
5
б р /6 ро
Рис. 4. Экспериментально полу
ченная зависимость между осевым
наПрllжением (J )t объемной дефор
мацией е при < ::: 2S м/с
0,5 f 2 J 5 Е.,М/С
,
Рис. 3. Увеличение нормальноrо предела
прочности пород от OПIосительноrО уведи-
ченlUI диаметра из.лучaIOщей ПЛИТЫ (а), CKO
рости DpИJIожеНIUI нarpузок (6) И содержаНИII
rлиниcтых частиц (в)
Рис.5. Компрессионная кривая
при ПОВТОРЯЮЩИХСII Н3I'рузках
Прочности пород, а затем ero возрастание. Обусловлено это
тем, что при небольшом содержании rлина иrрает роль смазки,
облеrчая деформацию пород. Повышение содержания rлинистых
частиц сверх определенноro предела приводит к обратному
эффекту за счет их цементирующеro влияния, следствием чеro и
является весьма резкое возрастание предела прочности пород.
Приведеные данные указывают на то, что при динамических
наrрузках предел прочности увеличивается и при скорости
деформации 15 25 м/с, развиваемой импульсными источниками,
МОжно ожидать 5 10-кратноro увеличения значений (J по
16 Ро
сравнению с ero нормальны и значени ми, приве енными выше.
поэтому на rpyHTax среднеи и высокои связностеи значения а' Ро
MOryT быть приняты равными З 5 МПа.
компрессионные характеристики rpYHТOB при динамических
наrрузках в целом аналоrичны тем, которые имеют место при
статических наrружения . Типичная кривая, полученная при
скоростях деформации l: = 25 м/с, показана на рис. 4. В
начальной части кривой преобладают упруrие деформации, хотя
область их Н,евелика и выражена весьма нечетко. Далее кривая
выполаживается, что указывает на развитие в rpYHTe пласти
ческиХ деформаций. При дальнейшем увеличении наrрузок про
должается одновременное развитие упруrих и пластических
деформаций за счет переукладки твердой фракции rpYHTa и
образования в скелете устойчивых ядер. При уменьшении
наrрузок наблюдается вначале некоторое увеличение деформации
за счет действующих в rpYHTe инерционных сил, а затем их
уменьшение по кривой разrрузки. При полном снятии наrpузок
образуются остаточные деформации, которые меньше максималь
ных за счет частичноro разуплотнения твердой фракции rpYHTa.
Повторное сжатие происходит, как правило, по кривой раз-
rрузки, вследствие !1ервоначальной деформации пород, пере
укладки ее частиц и более плотной их компоновки. При неболь
шом числе актов наrружения п 5 10 с а' < а' < а' остаточные
s Р
деформации возрастают с номером удара и оцениваются COOTHO
шением [47, 52]
(,п = (,1 (1 + Ь Igп),
rде (,п и (,1 деформации rpYHTa после п ro и первоro воздей
ствий; Ь коэффициент.
С увеличением числа актов наrружения при а' < а'тах OCTa
точные деформации стабилизируются и кривые наrружения CTaHO
вятся все более прямолинейными и совпадающими друr с друroм
(рис. 5). При этом уплотненный rpYHT испытывает практически
только упруrие деформации, обусловленные сжатием скелета
породы.
Однако. коrда п становится слишком большим, в rpYHTe
образуется ядро конусообразной формы, которое отделяется от
OCHOBHOro массива rpYHTa. ПОС,1е образования ядра уплотнение
пород практически приостанавливается и при дальнейшем
увеличении числа воз,:н йстний rpYHT "устает" и происходит ero
разрушение.
1.4. ПОВЕДЕНИЕ rpYHTOB ПОД ДЕЙСТВИЕМ
КАСАТЕЛЬНЫХ НАrРУзок
Под действием касательных наrрузок в rpYHTe возникают
силы, стремящиеся сдвинуть, см:стить ero частицы ДРуr OТHO
сительно ДРуrа в roризонтальнои плоск ти. Korдa эти силы
превышают силы сцепления, удерживающие частицы rpYHTa в
неподвиЖНОМ состоянии, происходит их смещение без изменения
объема. Зависимость между смещениями чаСТI:Щ песчаноro rpYHTa
1 и величинами касательных наrрузок L пока за на на рис. 6.
Сначала она практически линейна и достиrает максимума при
определенных значениях L и 1. rpYHT сопротивляется дей
ствующим на Hero касательным наrpузкам и деформации носят
обратимый характер. На этом участке кривой имеет место aHa
лоrия с вертикальными наrрузками. Затем наступает область
неупруrих деформаций, которая совпровождается срезанием
частиц rpyHTa и скольжением их друr относительно друrа. При
этом rpYHT разрыхляется, смещения увеличиваются и деформации
носят необратимый характер. Течение rpYHTa может происходить
при постоянных И даже уменьшающихся наrрузках. При повторном
наrружении характер процессов в целом повторяется, однако
упрочнения rpYHTa не происходит. Очевидно, что при возбужде
нии колебаний, оптимальной будет работа излучателя в началь
ной линейной части кривой.
В рыхлых связных rpYHTax, содержащих воздух, сопроти
вление сдвиrу вначале растет довольно медленно в связи с
постепенным уплотнением пород и увеличением числа контактов
между их частицами. После TOro, как внешне наrрузки превысят
силы сцепления, происходит срезание rpYHTa и он разрыхля
ется. У плотных rpYHTOB сопротивление сдвиrу быстро возра
стает и достиrает максимума уже при небольших величинах
деформации. После срезания rpYHTa силы сопротивления падают
и он разрушается.
Сопротивление rpYHToB сдвиrу зависит от нормальноro дaB
ления, действующеro на ero поверхность, и возрастает с ero
увеличением. В силу этих причин в источниках поперечных волн
плита массой машины прижимается к поверхности земли. Зави
симости сопротивления сдвиrу от нормальноro давления носит
практически прямолинейный характер, отклоняясь от Hero лишь
в начальной части кривой при небольшом нормальном давлении.
Вне этой зоны сопротивление rpYHToB сдвиrу определяется
коэффициентом сдвиrа
r == т / р == tgrp,
rде L и Р соответственно сдвиrаюшее и нормальное напря
жения; rp уrол сдвиrа, зависящий от величины нормальноro
давления. В общем виде сопротивление сдвиrу МОЖнО предста
вить уравнением
L == Р tgrp с,
18
6 Зависимость величины смещений частиц ", Н
:;па' (1 - плorный песок, 2 рыхлый) от 0.7
xacareл ьнbIX нarpyзок
0,6
0,5
О,ч
0.3
О
2,5
5 l,CM
rде с сцепление rpYHTa, оно не зависит от величины
нормальноro давления и определяется исключительно свойствами
rpyHTOB. В реальных СВЯЗНЫХ rpYHTax силы сцепления зависят
от следующих факторов:
наличия естественнOI"О цемента;
водно коллоидных связей, обусловленных силами молеку
лярноro притяжения оболочек rpYHToBbIX частиц;
- капиллярноro давления;
механическоro сопротивления, возникающеro при движении
твердых частиц друr относительно друrа.
В сыпучих rpYHTax силы сцепления практически отсутствуют
или имеют небольшие значения. При наклонном приложении
наrрузок в rpYHTax одновременно развиваются деформации сжа
тия и сдвиrа, которые приводят к изменению объема и смещению
частиц пород друr относительно друrа.
Таким образом, под действием внешних сил в rpYHTax MOryT
происходить деформации сжатия и сдвиrа, величина и характер
которых определяются величиной и направлением наrрузок,
а также физическими СВОйствами пород.
1.5. МОДЕЛИ rpYHTOB ВНЕВЗРЫВНОЙ
СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ
Рассмотрение процессов, происходящих в rpYHTax под дей
ствием динамических наrрузок, покаЗЫ6ает, что они НОСЯТ
ДОВОльно сложный характер и не поддаются, в большинстве
СЛучаев, CTpOroMY математическому описанию. С друroй CTO
раны, из практики работ с невзрЬ1ВНЫМИ источниками следует,
что физические свойства rpYHToB и их поведение под действием
динамических наrрузок оказывают существенное влияние на
характер протекающих процессов и параметры возбуждаемых
волн. В этой связи для решения ряда теоретических и практи
ческих задач возникает необходимость замены реальных rpYHToB
некоторыми идеализированными схемаМ:и моделями с cocpeДOTO
Ченными элементами, учитывающими основные свойства пород.
При этом важно, чтобы выбранные модели достаточно полно
учитывали свойства пород и были бы сравнительно простыми и
2* 19
наrлядными для анализа и возможности получения качественных
и желательно количественных оценок.
К настоящему времени предложено значительное число Moдe
лей rpYHToB различной сложности, которые состаВ.1ЯЛИСЬ с учс
том характера решаемых задач и тех процессов, которым при
дава.l0СЬ наибольшее значение. Для целей невзрывной сейсмо
разведки, очевидно, необходимо исходить из следуюших OCHOB
ных посылок. При возбуждении колебаний на среду действует
внешняя сила, выводящая из положения равновесия определенный
объем rpYHTa, который затем совершает вынужденные или соб
ственные колебания в зависимости от характера внешней Ha
rрузки. Силы противодействия носят сложный характер, но
основные и'з них - силы инерции, которые препятствуют CMe
щению материальных частиц rpYHTa, как при нормальных, так и
при касательных наrрузках, силы упруrocти, обусловленные
деформацией пород, вязкие силы, вызванные неупруrими дефор
мациями и расходом энерrии на возбуждение волн. Противодей
ствие внешним силам оказывают и силы пластичности, которые
при превышении определенноro пороrа приводят к значительным
деформациям пород. Поэтому при выборе моделей rpYHTa будут
учитываться именно эти силы, оказывающие наибольшее влияние
на характер поведения rpYHToB под действием динамических
наrруз@к. Следует отметить, что пластические свойства rpYH
тов при сравнительно небольших наrрузках, развиваемых
невзрывными источниками, выражены не очень сильно и вслед
ствие трудности их учета в дальнейшем не рассматриваются.
Применительно к решению задач наземной невзрывной сейсмо
разведки предложено два вида моделей rpYHToB, соответственно
для ее вибрационной и импульсной модификаций [50, 52].
В вибрационной сейсморазведке, характеризующейся неболь
шими по интенсивности, но продолжительными во времени
наrрузками, не превышающими предела упруroсти пород, прини
мают во внимание инерционные, упруrие и вязкие свойства
присоединенноro объема rpYHTa и прилеrающих к нему пород.
Поэтому среда заменяется механической цепочкой, состоящей из
параллельно соединенных массы т н присоединенноro объема
rpYHTa, воспринимающеro передаваемые ему усилия, упруroсти
с" и демпфера R". Электрический аналоr этой механической
системы состоит из последовательно соединенных индуктивно
сти, емкости и омическоro сопротивления с импедансом [50]:
Z (w) = jwт + l/jwC + R . 0.2)
п н н н
Величина Z (w) является комплексной, и ее значения зависят
п
от частоты. Рассматриваемая механическая (электрическая)
цепочка образует колебательный контур, который на частоте
W p = 1 /IC::;;;:'
имеет резонанс и минимальное сопротивление, равное R. При
20
этом ток в цепи (скорость смещения механических аналоroв
системы) достиrает максимально ВОзможных для данной системы
значений.
Для вертикальной силы, действующей на жесткую круrлую
плиту, лежащую на упруroм полупространстве, компоненты
импеданса (1.2) оцениваются выражениями [50]
(1 r2) pr 3 (х,
О т'
l/C H '" 8(1 r2)pv ro'
7 (1 r2) pvsr (X, R'
т
н
к
н
R
н
( 1.3)
rде r отношение скоростей поперечных vs и продольных vp
волн; р плотность пород; ro - радиус штампа; (Х,m И (X,R
поправочные коэффициенты, близкие к единице, но зависящие от
частоты и r.
Следует отметить, что полученные формулы справедливы при
услов и
wro/Vs 1,
которое для сейсмическоro диапазона частот при проведении
работ в типичных сейсмоrеолоrических условиях чаще Bcero
выполняется. Например, для f = 30 rц, ra = 1 м, vs = 200 м/с.
wYo = h 2 8ХЗОQ = 188 < 1
v 200 200 .
Для практических расчетов, в которых не требуется очень
большая точность, коэффициенты (Х,m И (Х, R MoryT быть приняты
равными единице. В ЭТОм случае величины из (1.3) становятся
такими:
т (1 r2) pr ,
н
К 8 (1 r2) pv r О'
н
R 7 (1 r2) pvsr . (1.4)
н
Соотношения (1.4) позволяют решать целый ряд задач, имеющих
определенное практическое значение. В частности, по ним
можнО оценить резонансную частоту присоединенноro объема
rpYHTa и определить относительную величину каждоro входящеro
в механическую цепочку элемента.
Например, резонансная частота
w = 1""8:
р Уа
И для paccMoTpeHHoro выше при мера получим
21
Таблица 2
rpYHT С, НМ/Н I R, МН'с/м I т, Kr f p , rц
Лед 0,23 3,25 520 1035
Мел 0,079 7 770 517
Песок 1,3 2,15 1240 162
Мяrкая rлина 12 0,I O,5 1500 45
!р = 90 rц,
Т.е. резонансная частота оказывается весьма высокой и больше
той, которая наблюдается при работах с вибрационными источ
никами. Обусловлено это рядом причин, в том числе неучетом
массы плиты вибратора, наличие которой, как будет показано
далее, снижает резонансную частоту системы вибратор rpYHT.
Тем не менее значительная резонансная частота присоединенной
массы rpYHTa позволяет рассчитывать на возможность возбужде
ния колебаний с весьма широкой полосой частот.
Для оценки относительных величин сопротивлений определим
их отношения из 0.4)
Ки/mи = 8 /ro, R"/m,, = 7vs/ro.
В связи с тем, что всеrда I vs I > I ro 1, эти отношения
существенно больше единицы, из чеro следует, что присоеди
ненная масса rpYHTa иrрает меньшую роль, чем ero жесткость и
затухание.
Определению компонент сопротивления присоединенноro объе
ма rpYHTa посвящен ряд работ, выполненных применительно к
задачам невзрывной сейсморазведки [50, 57] и строительства.
В таблице 2 приведены оценки этих величин, заимствованные из
работы [57]. Обращает на себя внимание большой разброс зна
чений резонансных частот, что скорее Bcero обусловлено
трудностями и поrрешностями определения параметров, а также
разнообразием физических свойств реальных rpYHToB. Это заме
чание следует иметь в виду еще и потому, что измерения резо
нансных частот при работах с вибраторами, выполненные в раз
личных условиях, дают устойчивые значения в полосе 25 35 rц.
в этой связи определенный интерес MorYT представлять
значения упруroсти пород, определяемые в практике строитель
ных работ при расчетах осадок rpYHToB под весом фундаментов
зданий и сооружений. По физической природе обобщенный коэф
фициент сжатия пород аналоrичен их упруrocти. Для KBaдpaT
HOro штампа [47]
С 0,95(l /.L2)
и аЕ '
rде /l коэффициент Пуассона; а сторона квадрата. Для
rpYHTa с Е = 107 Н/м и штампа с а = 1 м получим Си
10 7 м/Н.
22
Значение С" на один два порядка больше тех, которые при
ведены в табл. 2, и рассчитанные с ним значения резонансных
частот ближе к тем, которые наблюдаются на практике. Напри
мер, для льда (р ,., 22 rц.
в общем случае рассматриваемые параметры для однородноro
упруroro полу пространства с постоянной скоростью Vs должны
быть постоянными на всех частотах. Однако в реальных слои
стых средах, коrда скорости поперечных волн возрастают с
rлубиной, значения С к и RK' определяемые на разных частотах,
MoryT не совпадать. Обусловлено это тем, что с изменением
частоты изменяется длина возбуждаемых волн, а вследствие
этоro вертикальные размеры присоединенноro объема rpYHTa.
Они будут увеличиваться или уменьшаться и захватывать слои с
различными скоростями поперечных волн, что и приведет к
изменению величин С к и R K . Экспериментальные работы подтвер
ждают это положение [50]. .
При roризонтальных смещениях прижатой к поверхности земли
плиты вибратора сопротивление присоединенноro объема rpYHTa
может быть записано в той же форме, что и для вертикальных
наrрузок на среду [50]:
ZKr(W) ,., R Kr + jwm Kr + 1/jwC K r. 0.5)
Компоненты сопротивления определяются соотношениями
R Hr == 80 r2)(3 21'2) lpvsr6Q'.R'
m Hr 0 1'2) (З 21'2) lрrб<хт'
К 1/С,., 4 20 1'2)(3 21') lpV s 2ro, 0.6)
Hr Hr
rде Q'.R' ат коэффициенты, зависящие от l' и близкие к еди
нице. Из 0.6) следует, что частота резонанса
W p ,., -1 Ккс/т"с ,., (Vs/p) 121
и она оказывается несколько большей, чем при веРТИI<альном
наrружении, что трудно объяснить. Из 0.4) и 0.6) можно
определить соотношение компонент импеданса при вертикальном
и roризонтальном наrружении, считая равными коэффициенты Q'.
т
и Q'.R:
R K / R Kr 0,9(З 21'2); т,,/ткс == 1 (З 21'2);
К,,/ К"С (3 21'2).
Из полученных соотношений следует, что при 1'2 == 1/3 KOM
поненты сопротивления rpYHTa при вертикальных и roризонталь
ных наrрузках и одинаковых размерах излучающих плит отлича
ются друr от друrа в два три раза.
23
Рис. 7. Модель rрунта в случае ИМ-
пульсноro возбуждения М:
J инерционный элемент, 2 - упру
rий, 3 вяэкий (демпфер)
2
J
в имульсной сейсморазведке при описании процессов взаимо
действия источника с rpYHToM получила определенное приме
нение упруroвязкая инерционная модель rpYHTa. При этом
предполаrается, что удары производятся по предварительно
уплотненному rpYHTy. Модель состоит из последовательно
соединенных пружины с жесткостью К"I и массы тHI, к которым
подсоединена параллельная цепочка, включающая в себя пружину
с К"2 И демпфер R"I (рис. 7). От модели rpYHTa при вибраци
онном возбуждении она Отличается двухзвенным соединением
входящих в нее элементов, что обусловлено желанием более
детальноro учета происходящих процессов. Можно предложить
следующую схему работы рассматриваемой модели.
В момент приложения внешней интенсивной наrрузки происхо
дят практически MrHoBeHHble деформации rpYHTa и в нем разви
ваются инерционные и упруrие силы противодействия, опреде
ляемые массой и пружиной 1. Если rpYHT был предварительно
хорошо уплотнен, то наrрузки и деформации связаны линейным
СООтношением
(1' E1(.1,
rде Е] и (.1 динамический модуль упруroсти и начальная
деформация пород.
В общем случае смещения частиц среды MorYT выйти за
область упруrих деформаций. Torдa соотношение (1.7) будет
состоять из двух слаrаемых:
(1' Е1(.I + Е2(.2,
rде Е 2 и (.2 модуль упруroсти и деформация пород за
пределом линейной зоны.
В соответствие с принятой схемой считается, что в Ha
чальный момент времени элемент 2 не деформируется, так как
ero сжатию препятствует демпфер З. Однако выведенная из
положения равновесия масса М начинает совершать собственные
колебания и постепенно вовлекает в движение весь объем
rpYHTa. Поэтому упруroвязкий элемент начинает также деформи
роваться, в нем возникают силы сопротивления, определяемые
соотношением
(1' Е 2 (.з + 11<з,
rде Е 2 модуль упруrocти BTOporo упруroro элемента модели
(2); 11 вязкость rpYHTa, коэффициент пропорциональности
между напряжением и скоростью смещения полюсов демпфера 3;
24
l;э деформация пород при собственных колебаниях rpyHTa.
Деформации l;1, <;2 и <;3, как правило, связаны со смещением
зерен и их переукладкой, которые протекают в течение конеч
HOro промежутка времени и носят необратимый характер. Общая
деформация элемента rpYHTa в объеме присоединенной массы
rpYHTa
l; == <; 1 + <;2 + <;3.
Электрический аналоr модели представляет собой контур, в
котором емкостные (упруrие) и индуктивный (инерционный) эле
менты включены параллельно, что предопределяет возможность
возникновения на определенных частотах резонанса, уровень
KOТOporo будет определяться относительной величиной зату
хания. Практика работ с импульсным невзрывными источниками
подтверждает это предположение.
Таким образом, рассмотренная модель rpYHTa в целом oтpa
жает процессы, происходящие в rpYHTax при действии интен
сивных импульсных наrрузок.
Одним из сушественных недостатков модели является то, что
она не учитывает возможность образования остаточных дефор
маций, допуская лишь запаздывание их относительно времени
приложения наrрузки. Определение пара метров модели сопряжено
со значительными трудностями в связи с нестационарным xapaK
тером протекающих процессов. В настоящее время отсутствуют
точные решения и можно roворить лишь о качественных оценках.
В частности, для оценок упруroсти пружины 2 и демпфера 3
можно использовать ранее приведенные соотношения. Практи
ческое значение имеет оценка величины присоединенной массы.
Для ее определения MorYT быть использованы формулы, исполь
зуемые в практике строительства дорожных покрытий. Как ранее
указывалось, под массой присоединенноro объема rpYHTa пони
мается масса TOro объема пород, которая вовлекается в дви
жение (деформируется) во время действия излучателя и взаимо
действует с ним. По характеру протекающих процессов понятие
присоединенноro объема rруита близко к понятию активной зо ы
в дорожном строительстве [47, 52J, которая определяется как
область локализации остаточных деформаций rpYHTa при повто
ряющихся импульсных наrрузках в процессе трамбовки дороr.
Размеры активной зоны находятся из предположения, что OCTa
точные деформации локализуются в вертикальном столбике
пород, имеющем определенную rлубину и основание, равное
площади плиты источника.
rлубина активной зоны зависит От диаметра штампа, давле
ния, влажности rpYHTa и ero rранулометрическоro состава.
Определить ее можно, воспользовавшись известным соотношением
для вычисления rлубины активной зоны при уплотнении rpYHToB
147)
h == (Хdпл(l е (3О"/О"Р) W/W o ,
25
rде d пл диаметр плиты излучателя; W o оптимальная
влажность; а и (3 безразмерные коэффициенты.
Величина «, зависящая от скорости наrpужения, уменьшаясь
с ее увеличением, принимает значения 1, 1 « 2. Коэффициент
(3 == 3,7 для большинства связных rpYHТOB [47].
При контактных давлениях, близких к динамическому пределу
прочности пород (а'/а'р == 1), И при скоростях дефОрмаций 15
20 м/с (а == 2) rлубина активной зоны h (2 2,5)dпл.
Имея оценки h, зная d пл и плотность rpYHTa, леrко опре
делить ero присоединенную массу. Например, для импульсноro
излучателя, имеющеro d == 1,5 м, присоединенная масса rpYHTa
для пород с р == 2,6 r/cM 3 и W == W o будет т 14 000 Kr.
Полученная оценка является максимальной, так как в
Iйrчальный момент действия излучателя масса равна нулю,
а затем возрастает. Поэтому можно считать, что среднее зна
чение массы за весь период взаимодействия рабочей плиты
источника с rpYHToM будет вдвое меньше максимальной.
2. ТЕОРИЯ НАЗЕМНОЙ НЕВЗРЫВНОЙ
СЕЙСМОР АЗВЕДКИ
Настоящая rлава посвящена изложению теоретических основ
наземной невзрывной сейсморазведки. В ней рассмотрено взаи
модействие излучающей плиты источника с rpYHToBblM полупро
странством и определен характер возникающих движений при
импульсном и. вибрационном возбуждении, дана теория вибраци
онной сейсморазведки с изложением особенностей применяемых
управляющих сиrналов и их корреляционных функций.
2.1. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕвзРывноrо ИСТОЧНИКА
С rpYHTOBbIM ПОЛУПРОСТРАНСТВОМ
Излучающим элементом наземноro невзрывноro источника
является жесткая металлическая плита, которая под действием
активных или реактивных сил совершает вертикальные, rоризон
тальные или наклонные движения, создавая динамические Ha
rрузки на поверхность земли. Если считать среду в области
действия излучателя однородной, то задача возбуждения волн
наземным невзрывным ИСТОЧНИКОм сводится к действию силы на
поверхности упруroro полу пространства. В связи с тем, что
линейные размеры излучающих плит существенно меньше, чем
преобладающие длины возбуждаемых волн, реальные источники
и rенерируемые ими силы MorYT считаться точечными.
26
Для упруroro полу пространства действие вертикальной силы
приводит к возбуждению в нем продольной (Р), поперечной (8),
поверхностной (R) и конической (Р8) волн [13]. Продольная
волна распространяется со скоростью vp и имеет наибольшую
интенсивность по вертикали в направлении действия силы. По
мере отхода от вертикали интенсивность продольной волны
уменьшается по закону косинуса и становится равной нулю
в направлении дневной поверхности.
Поперечная волна распространяется со скоростью vs и имеет
довольно сложное распределение интенсивностей в зависимости
от уrла q> между вертикалью и направлением на точку, в
которой определяется амплитуда волн. Максимум ее будет
наблюдаться в диапазоне уrлов q> 40 50, а минимум при
уrлах (Х = arcsin(Vs/Vp) и вдоль свободной поверхности [13].
Распределение интенсивностей волн в пространстве под точкой
приложения СИЛЫ определяется характеристикой направленности.
Теоретическая характеристика направленности для точечной
вертикальной СИЛЫ, действующей на поверхности, представляет
собой окружность, вершина которой расположена в точке при
ложения наrрузки. Реальные характеристики направленности,
полученные для некоторых модификаций источников, приведены
на рис. 8. Как видно, характеристики достаточно близки к
теоретическим, но для источников продольных волн они He
сколько вытянуты в направлении действия силы.
Продольные и поперечные ВОЛНЫ являются объемными и зату
хают обратно пропорционально расстоянию от точки наблюдения
до места приложения силы.
Поверхностная волна распространяется со скоростью VR Vs
и убывает от источника вдоль поверхности среды обратно про
порционально VR. Следовательно, по мере удаления от источ
ников колебаний поверхностные волны будут доминировать на
записях, что в целом подтверждается практикой работ с назем
ными невзрывными источниками.
Коническая волна из за очень небольшой интенсивности и
низких частот на сейсмоrраммах не выделяется, поэтому эти
волны в дальнейшем не рассматриваются.
Распределение энерrии по вертикальной наrрузке между
волнами примерно следующее [52], %: продольные 7, попе
речные 25, поверхностные 68. Поэтому на сейсмоrраммах,
полученных при работе с наземными невзрывными источниками,
превалируют поверхностные и поперечные волны, и для выделе
НИя целевых продольных волн необходимы специальные методи
ческие приемы.
При приложении к поверхности ynpyroro полупространства
точечноro источника roризонтальной силы в среде возникают
продольные и поперечные волны, поляризация которых опреде
ляется направлением действия этой силы. При ее ориентации
вдоль линии профиля (ось х) в среде возникают продольная (Р)
и поперечная (SV) волны [381. Продольная волна в вертикаль
27
а
5
6
2
о
о
о
о
ох
z
z
z
z
Рис. 8. Экспериментальные характеристики направленности импульсноrо ис
тачника по продольным (а, в) и поперечным (6) волнам и вибрационноrо
источника по продольным волнам (l)
ном направлении не излучаете!" а ее минимальные амплитуды
наблюдаются под уrлами 40 60 относительно вертикали. Форма
волны по фронту не меняется. Поперечная SV волна поляризо
вана в вертикальной плоскости и фаза ее остается постоянной
для уrлов с вертикалью I 01 arcsin(Vs/Vp). При действии
точечной roризонтальной силы перпендикулярно линии профиля
(ось у) в вертикальной плоскости, проходящей через профиль
(плоскость xOz) , наблюдается только поперечная волна SH,
поляризованная в направлении, перпендикулярном линии ПРОФI-1ЛЯ
с равномерной характеристикой направленности.
Волновые поля, возбуждаемые скважинными источниками, xa
рактеризуются большей однородностью. Например, источник,
свободно размещенный в скважине, может рассматриваться как
центр расширения, который rенерирует чисто продольные волны
[13]. При прижатии источника к свободной колонне или стенке
скважины картина несколько усложняется в зависимости от
направления действующей силы. При ее направлении вдоль оси
скважины будут возбуждаться поперечные волны, а по перпен
дикуляру продольные и поперечные волны. Эти вопросы pac
смотрены в ряде работ [51] и здесь не анализируются.
Реальные среды, на которых проводятся работы с невзрыв
ными источниками, в разной степени отличаются от упруrorо
полупространства по своим физическим свойствам. Поэтому
протекающие при возбуждении колебаний процессы MorYT приво-
дить к образованию волн, имеющих несколько иное распреде
лени е интенсивностей при сохранении общей качественной
картины, которая подтверждается практикой работ с невзрыв
ными источниками колебаний.
Рассмотрим характер взаимодействия импульсных и вибра
ционных источников с rpYHToBbIM полупространством.
Особенностью импульсных источников является то, что они
развивают кратковременные, быстро протекающие динамические
наrрузки. Вследствие этоro время взаимодействия рабочей
28
плиты излучателя с rpYHTOM оказывается небольшим, сравнимым
с периодом возбуждаемых колебаний. Однако за это время про .
исходит значительное изменение скоростей взаимодействующих
тел и среде передается конечная величина энерrии, которая
расходуется на деформацию пород rpYHTa и возбуждение упруrих
колебаний. Силы, действующие в системе источник rpYHT,
носят импульсный, ударный характер. В теории удара в каче
стве меры взаимодействия тел рассматриваются не сами силы,
а их импульсы
t уд
1 == f
о
F dt == Ft ,
уд уд
rде Р уд и F сила и средняя сила, действующие за время
удара t уд .
Изменение количества движения двух контактирующих тел
определяется не только их массами и скоростями, но и их
упруrими свойствами, которые характеризуются коэффициентом
восстановления К. ОН равен отношению разностей абсолютных
значений скоростей тел в конце и начале удара:
К == (и! и2) / (V! V2),
rде v! и V2 скорости тел в начале удара; ui и и2
скорости тел в конце удара.
Коэффициент К меняется от единицы до нуля. При K==l разно
сти скоростей у обоих тел в конце и начале удара одинаковые
и удар называется абсолютно упруrим. При К=О скорости coyдa
ряющихся тел в конце удара равны друr друry (и! == и2), тела
движутся вместе и удар называется абсолютно неупруrим.
Для реальных rpYHToB коэффициент восстановления оказы
вается небольшим (К == О, 1 0,2) и для практических расчетов
он может быть принят равным нулю, Т.е. удар рабочей плиты
импульсноro источника по rpYHTY принимается как абсолютно
неупруrий и после Hero плита " прилеrающие к ней слои rpYHTa
движутся вместе со скоростью
М с D v ! +т и V 2
и! == и2 == u == -
Мср+т"
(2.1)
rде Мср и m и массы рабочей плиты и присоединенноro объема
rpYHTa.
Ударный импульс, развиваемый плитой излучателя,
1 == Mrp(u v!). <2.2)
После подстановки (2.1) в (2.2) получим выражение для
импульса силы, действующеro в системе плита rpYHT
J== MrpтH(V2 V!) <2.3)
М+т" .
При ударе по неподвижному rpYHTY (v
зуется к виду
О) (2.3) преобра
29
1 Mrpт H V2/ (Мср+т н ).
Ранее было показано, что масса присоединенноro объема
rpYHTa значительно превышает массу рабочей плиты излучателя
(Mrp « т н ), тоrда 1 MrpV2, Т.е. действующий в системе
излучатель rpYHT импульс силы определяется массой ПЛИТЫ и
скоростью ее в момент удара. Началом ero принято считать
момент времени, при котором плита начинает внедряться в
rpYHT. При этом rpYHT деформируется и в нем начинают возни
кать СИЛЫ сопротивления, которые тормозят движение плиты. В
определенный момент времени скорость движения плиты падает
до нуля, а деформации rpYHTa достиrают максимума. Этот MO
мент времени принято считать концом удара. Выведенный из
положения равновесия присоединенный объем rpYHTa начнет
совершать собственные колебания, возбуждая волны в среде.
Рабочая плита в механических излучателях с падающим rрузом
движется вместе с rpYHTOM, а в пневматических и электроди
намических установках она под действием реактивных сил oтpы
вается от поверхности земли. По экспериментальным данным
время активноro взаимодействия рабочей плиты источника с
rpYHToM невелико и не превышает 1 О мс. Раньше указывалось,
что удельные наrрузки, развиваемые импульсными источниками,
достиrают динамическоro предела прочности rpYHToB и на по
верхности земли ОСтается штамп след от рабочей плиты излу
чателя.
При вибрационном квазиrармоническом излучении плита при
жата к поверхности rpYHTa и вместе с ним совершает вынужден-
ные колебания большой длительности, частота которых опреде
ляется reHepaTopoM задающих, управляющих сиrналов вибратора.
Интенсивность воздействия определяется силовыми пара метрами
вибраторов. Во избежание отрыва плиты от поверхности rpYHTa
при "отрицательных" наrрузках она прижимается к земле силой,
которая превышает максимальные усилия, развиваемые вибра
тором. Удельные наrрузки, развиваемые источниками, как пра
вило, соизмеримы с пределом упруrocти пород, слаrающих самую
верхнюю часть разреза. Поэтому деформации в большинстве слу
чаев носят обратимый характер и на поверхности rpYHTa не
остается штампа. Исключения MorYT наблюдаться только при
работах на особо слабых rpYHTax (пашня, сыпучие пески и
др.) . Возможно образование незначительных остаточных дефор
маций и при работах на средних rpYHTax, однако выявлены они
t:t0ryT быть лишь инструментальными средствами.
При rенерировании последовательностей следующих друr за
друroм коротких импульсов среда совершает собственные коле
бания. Характер протекающих при этом процессов аналоrичен
тем, которые имеют место при чисто импульсном возбуждении.
Различия заключаются в интенсивности воздействий, которые
существенно меньше и лежат в области упруrих деформаций, и в
частоте следования ударов, интервал между которыми меньше
30
периода собственных колебаний rpYHTa, вследствие чеro наблю
дается интерференция волн.
Процесс возбуждения колебаний связан с взаимодействием
излучающей плиты источника с rpYHToM. В результате плита
вместе с прилеrающим к ней объемом rpYHTa выводится из
положения равновесия, что и приводит К образованию упруrих
волн в среде. Характер возникающих при этом перемещений
определяется внешними наrрузками и свойствами rpYHToB, кото-
рые можно рассматривать на основании рассмотрения сил, дей
ствующих в системе рабочая плита излучателя rpYHT.
Будем считать, что жесткая, металлическая плита массой
A4 и площадью поперечноro сечения S под действием перемен
ной вертикальной силы F(t) действует на rpYHT, сжимая ero на
величину /.
Составим дифференциальное уравнение движения систем, pac
смотрев силы, действующие на суммарную массу плиты и при
соединенноro объема rpYHTa (A4 + m и == М). Для этоro rpYHT в
точке приложения силы заменим ero моделью отдельно для
импульсноro и вибрационноro возбуждения.
Импульсное возбуждение
Пv.и импульсных наrрузках на массу А4 действуют силы:
м/ инерции rpYHTa и плиты излучателя;
C 2 / 1 S .восстановления, развиваемая элементом 1 модели;
С2/2S+Т)/2 сопротивления элементов 2 иЗ,
rде [: i и / ускорение, скорость и смещение; С 1 и С 2
обобщенные коэффициенты сжатия элементов 1 и 2 модели; т)
коэффициент неупруroro сопротивления rpYHTa (кОэффициент
вязкости демпфера З).
Приравняв нулю сумму всех действующих в системе сил,
получим дифференциальное уравнение движения рабочей плиты
излучателя и присоединенной массы rpYHTa
м!' + Т)i 2 + C 1 S/ 1 + C 2 S/ 2 == F(t). (2.4)
Решение уравнения получим, приравняв правую часть ypaBHe
ния (2.4) нулю. Для простоты анализа будем считать, что
обобщенные коэффициенты сжатия элементов 1 и 2 модели равны
между собой. Torдa (2.4) запишется в виде
мi + Т)i 2 + CS/ == О,
rде l == /1 + /2.
Поделив обе части равенства на М, получим известное ypaB
нение, определяющее поведение большоro класса колебательных
механических и электрических систем,
[' == 2hi 2 + п 2 [ == О, (2.5)
rде 2h == Т)/ М, п == CS/ м затухание и собственная частота
колебательной системы.
31
Таким образом при импульсном возбуждении присоединенный
объем rpYHTa совершает собственные колебания, частота KOТO
рых определяется упруrими свойствами среды в пункте возбуж
дения колебаний и суммарной массой плиты и присоединенноro
объема rpунта. Очевидно, что и максимумы спектров возбуждае
мых волн будут тяroтеть к этим частотам. Этот вывод пред
ставляется очень важным, так как он позволяет проrнозировать
частоты возбуждаемых и реrистрируемых волн и определяет
возможности их направленноro изменения. В соответствии
с (2.5) част ота рез онанса
сир = n = .f CS/ м ' = .f CS/ (Мrp+т и ) ' .
Отсюда Следует, что для ее изменения необходимо изменить
любой из членов подкоренноro выражения. Однако возможности
эти весьма оrраничены. Действительно, в большинстве случаев
работы ведутся по протяженным профилям и пункты возбуждения
MOryT попадать на участки с самыми разнообразными поверхно
стными условиями, а массы плиты и присоединенноro объема
rpYHTa или постоянны, или меняются по практически не зави
сящим от нас причинам. Следует отметить и то, что изменения
массы плиты будут незначительно влиять на частоту резонанса.
Это обусловлено, как было ранее показано, превышением массы
присоединенноro объема rpYHTa массы плиты, что оrраничивает
возможности изменения частоты возбуждаемых колебаний за счет
применения различных по массе плит. Поэтому для изменения,
например повышения, частоты reнерируемых волн необходимо
уменьшение т н , а следовательно сокращение размеров актив
ной зоны. Этоro можно достиrнуть путем уменьшения развивае
мых источником наrрузок, а следовательно ero энерrетиче
ских параметров. Этот вывод неплохо соrласуется с резуль
татами экспериментальных работ, из которых следует, что
маломощные источники характеризуются более высокими часто
тами возбуждаемых колебаний. И здесь имеет место аналоrия со
взрывной сейсморазведкой, в которой для повышения частоты
возбуждаемых колебаний используют небольшие заряды ВВ. YKa
жем также и на то, что неоднократные попытки повышения
частоты возбуждаемых колебаний за счет сокращения длитель
ности импульса не дали практически значимых результатов.
Более TOro, анализ материалов по ряду районов показал, что
видимые периоды и центральные частоты спектров колебаний,
rенерируемых импульсными источниl<ами с примерно одинаковой
энерrией одиночноro воздействия, совпадали между собой с BЫ
сокой точностью [43].
Однако установить какие либо количественные зависимости
между частотой возбуждаемых колебаний и параметрами разреза
и источников пока не удалось. И здесь более правильно roBO
рить О тенденциях, чем о каких либо однозначных соотношениях
между частотой возбуждаемых и реrистрируемых колебаний
и энерrетическими характеристиками источников.
32
Под действием внезапно приложенной СИЛЫ система плита
rpYHT будет совершать собственные колебания в соответствии с
решением уравнения <2.5). Характер движения системы опреде
ляется соотношением между затуханием h и собственной часто
той n. Будем считать, что n » h, так как в большинстве
случаев работы проводятся с предварительным уплотнением
rpyHTa. При n > h система будет совершать затухающие коле
бательные движения, определяемые соотношением
/ =' Aoe htsin(wt + q;),
<2.6)
rде w = .; n2 h2' частота колебаний системы.
Величины Ао и q; находятся из начальных условий. Если
вести счет времени от, начала движения rpYHTa и считать,
что при t = О, / = k и / = /0, то для Ао и q; будут получены
выражения
Ао = / / +
. 2
(lo+hlo)
n2 h2
io I n 2 +h 2
tgq; = l +nlo
rде k начальное смещение rpYHTa.
С учетом (2.7) уравнение (2.6) преобразуется к виду
(2.7)
/ =' / Fo + (i o+h l о) 2 . e htsin(wt+q».
n2 h2
Из (2.8) можно определить смещение rpYHTa для любоro
момента времени. Очевидно, что наибольшие смещения будут в
начальный момент времени, пока влияние затухания еще HeBe
лико:
(2.8)
/ . 2
/тах =' Fo + (1 0+ h l о ) . (2.9)
n2 h2
Если предположить, что rpYHT хорошо утрамбован в точке
возбуждения,и считать, что п » h, то (2.9) можно упростить:
1т.. =' io/ п,
Т.е. наибольшие смещения rpYHTa определяются скоростью плиты
в момент взаимодействия с землей и частотой собственных
колебаний системы плита rpYHT.
Заканчивая анализ работы импульсноro источника, paCCMOТ
рим два возможных режима их работы: при (1' < (1' и (1' >
max s max
> ст . Для неводонасыщенных rpYHToB предел упруroсти весьма
s
мал и не превышает 1 ,5 2 МПа. Следовательно, для передачи
3 Заказ М 2202
33
0,8
Рис. 9. Зависимость относительных
амплитуд волн от площади ударной
поверхности
А/Атах
1,0
о,б
о,ч
0,2
о
0,02
0.03 0.011 0.05 f,8Z 5,см 2
значительных усилий при ст < ст площадь плиты должна быть
тах s
большой, что может существенно усложнить конструкцию излу
чателя и снизить ero сейсмический эффект при работе на
пашнях, песках и друrих неуплотненных rpYHTax. В подтвержде
нии этоro приведем результаты опытных работ, при которых
rруз массой 65 Kr сбрасывался на ПЛИТЫ различноro диаметра.
rрафик зависимости относительных амплитуд волн от площади
ПЛИТЫ в полулоrарифмическом масштабе приведен на рис. 9. Из
Hero следует, что кривая имеет максимум и две нисходящие
ветви, наблюдаемые как при увеличении, так и при уменьшении
площади плиты и удельных наrрузок. Таким образом, существуют
оптимальные размеры контактных поверхностей, при которых
возбуждаются волны с наибольшей для данных условий интенсив
ностью. Поэтому более обоснованным следует считать второй
режим работы импульсных излучателей, который и получил прак
тическое применение. При ero реализации контактные давления
превышают предел упруrocти rpYHTa. Однако они не должны быть
HaMHoro больше динамическоro предела прочности пород во
избежание разрушения пород. При этом в rpYHTax будут наблю
даться остаточные деформации, которые при повторных воздей
ствиях будут уменьшаться вследствие уплотнения пород. OДHO
временно с ним будут происходить увеличение модуля упруroсти
пород и, как следствие этоro, возрастание предела упруroсти
пород, что ведет к повышению интенсивности возбуждаемых
колебаний.
Важно и то, что при таком режиме работы излучателя ero
эффективность в меньшей степени зависит от свойств rpYHTa,
так как уплотнение пород приводит к усреднению условий пере
дачи наrрузок, что важно в практической работе с импульсными
источниками. Это положение нашло повсеместное подтверждение
при применении импульсных установок.
Вибрационное возбуждение
Представив rpYHT моделью, состоящей из параллельно соеди
ненных механических элементов, рассмотрим силы, действующие
в системе плита вибратора rpYHT.
Будем считать, что на rpYHT действует сила F
= F(t)sinw(t), rде F(t) и w(t) соответственно ее амплитуда
и частота, являющиеся в общем случае функциями времени.
Колебания, возбуждаемые плитой, имеющей массу Мrp,передаются
присоединенному объему rpYHTa с массой т и . Под действием
внешней наrрузки в rpYHTe возникают СИЛЫ сопротивления, обу
словленные инерционными, упруrими и неупруrими, вязкими
свойствами пород. При этом зависимость между напряжениями и
деформациями носит линейный характер, а силы неупруroro соп
ротивления rpYHTa пропорциональны скорости ero перемещения в
процессе движения. Нетрудно показать, что) рассмотрев силы,
действующие в системе рабочая плита вибратора rpYHT, полу
чим уравнение, аналоrичное (2.5), в правой части KOTOporo
будет величина внеIllней наrрузки
i' + 2hZ + n 2 l = f. sin w(t)t, <2.10)
v
rде 2h = Т// м и п 2 = CS/ м затухание и собственная частота
колебаний системы плита rpyнт.
Коэффициент сжатия С при вертикальных наrрузках связан
с модулем упруroсти Е простым соотношением [47]
C2= 2
1 1l2 П'
rде 11 коэффициент Пуассона; коэффициент, зависящий от
конфиryрации плиты И равный для квадратной плиты 1,06, для
круrлой 1,13.
В общем случае система плита излучателя rpYHT совершает
вынужденные и собственные колебания. Однако последние быстро
затухают и, принимая во внимание значительное время прило
жения наrрузок, поведение системы определяется ее вынужден
ными колебаниями. Решение уравнения (2.1 О)
1 = А sin(w(t)t + ЧJ),
rде А и qJ амплитуда колебаний и сдвиr фаз между силой
и смещением.
Значения А и qJ определяются соотношениями
А
РО
М .; (п2 W2(t»2+4h2W2 '
tg = 2hw .
п2 W2
<2.11)
Решение уравнения (2.1 О) с учетом <2.11)
1 = F n sin [ W (t) t + arctg ....JdJJ!L. ] .
м .;' (п2 W2(t»2+4h2W2 п2 W2
(2.12)
3*
35
. А,мм
80
50
Рис. 10. Амплитудно частотные
хараперистиlUl ВОЛН, заре-
rиcrpироваиные вблизи виб-
paropa:
1 луr; 2 rpYHT средней
твердости; 3 - паШНII после
ДОЖДII
Из <2.12) следует, что под действием квазипериодических
сил система плита rpYHT совершает квазиrармонические коле
бания, частота и амплитуда КОТОрЫХ определяются параметрами
внешней наrрузки и свойствами rpYHTa. При переменных по
частоте наrрузках в системе MorYT наблюдаться резонансные
явления, которые наступают при '"' р == n. При этом амплитуды
колебаний плиты и rpYHTa определяются затуханием h и MOryT
быть значительными. Таким образом, система вибратор rpYHT
пр ставляет собой резонансную систему, собственная частота
которой определяется как физическими свойствами пород в
точках возбуждения колебаний, так и пара метрами излучателя.
Опыт работ с вибрационными источниками показывает, что
практически повсеместно наблюдается резонанс в области
частот 25 30 rц. Имеет место также определенная зависимость
амплитудных характеристик сиистемы от строения и состава
пород. Причем амплитудно частотные характеристики волн, сня
тые в непосредственной близости от плиты вибратора, уже
имеют сложный вид с четко выраженным резонансом в указанной
полосе частот (рис. 1 О). В ряде случаев на повышенных часто
тах 60 80 rц наблюдается второй всплеск амплитуд волн, что
указывает на наличие еще одной механической системы со своей
резонансной частотой.
Резонансная частота системы определяется соотношением
ч-о
20
о (О
50
70
90 (. ru,
(2.13)
Нетрудно видеть, что с увеличением М эта частота
уменьшается и происходит смещение резонанса в сторону низких
частот. Поэтому масса плиты у высокочастотных вибраторов
выбирается минимально возможной. Соотношение <2.13) опре
деляет принципиальную возможность изменения собственных
частот вибрационных систем путем соответствующеro подбора
входящих в Hero величин.
36
JO
W = 1/ 1м
р CS
В соответствии с (2.12) наибольшие смещения и напряжения
в rpYHTe
l F ст == Е .l:su..x.
тах == М 2hw p ' тах д 1 о
rде 10 вертикальный размер присоединенноro объема rpYHTa,
Е А динамический модуль упруrocти пород.
Кодоимпу льсное возбуждение
При кодоимпульсном reнерировании волн к поверхности земли
прикладывается последовательность следующих друr за друroм
коротких импульсов. В этом случае система плита излучателя
rpунт совершает собственные колебания, которые повторяются в
соответствии с частотой следования импульсов. Поэтому xapaK
тер поведения частиц rpYHTa определяется уравнением <2.5).
Частота собственных колебаний системы зависит от свойств
пород rpYHTa и суммарной массы ero присоединенноro объема и
плиты. Как правило, собственные частоты системы при KOДO
импульсном возбужден и 11 выше, чем при импульсном. Обусловлено
это тем, что энерreтичсские, силовые параметры кодоимпуль
сных источников HaMHoro ниже импульсных и в результате при
соединенная масса rpYHTa у первых значительно меньше, чем у
вторых. Это и приводит К повышению частоты волн, возбуж
даемых кодоимпульсными источниками, что повсеместно подтвер
ждается на практике.
Анализ процессов взаимодействия плиты излучателя с
rpYHTOM при импульсном И вибрационном возбуждении колебаний
позволил установить их сходства и различия. Сходство их
заключается в том, что в передаче наrрузок существенную роль
иrрают физические свойства присоединенноro объема rpYHTa,
которые совместно с массой плиты излучателя определяют
частоту наибольших перемещений элементов системы. При им
пульсном И кодоимпульсном возбуждении частоту собственных
колебаний, а при вибрационном - частоту резонанса. Отличие
вибрационноro возбуждения от импульсноro заключается в том,
что в первом случае система совершает вынужденные колебания
с частотой внешней наrpузки, а во втором - собственные.
Именно в этом заложены потенциальные возможности направлен
HOro управления частотами возбуждаемых и реrистрируемых волн
в вибрационной сейсморазведке. В этом одна из причин ее
интенсивноro развития и широкоro практическоro применения.
2.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВИБРАЦИОННОЙ
СЕИСМОРАЗВЕДКИ
Вибрационная сейсморазведка основывается на возбуждении
колебаний переменными наrрузками, длительность которых
Существенно больше времен распространения отраженных или
37
преломленных волн до разведуемых rраниц раздела. В вибра
ционной сейсморазведке основное применение получили наrруз
ки, представляющие собой квазиrармонические частотно моду
лированные сиrналы (ЧМ) длительностью до 20 30 с с полосой
частот от 10 15 до 200 250 rц. в процессе излучения частота
возбуждаемых колебаний изменяется в указанных пределах, что
является необходимым условием (репером) для последующеro
сжатия информации выделения волновых импульсов и определения
времен прихода реryлярных колебаний. Предложена также моди
фикация вибрационноro метода, основанная на применении чисто
rармонических сиrналов, в которой сжатие информации дости
rается суммированием выборок сиrналов в пределах периода
колебаний [1 О] .
Наряду с ЧМ сиrналами в вибрационной сейсморазведке полу
чили применение кодовые последовательности однополярных, а в
ряде случаев разнополярных импульсов, следующих друr за
друroм через разные или одинаковые промежутки времени. Дли
тельности последовательностей MorYT доходить до нескольких
десятков секунд при средних частотах следования импульсов
5 25 rц. в этом случае репером для сжатия информации служит
или полярность импульсов, или изменение BpeMeHHoro интервала
между ними.
Сиrналы, описывающие наrрузки в вибрационной сейсмораз
ведке, называют в отечественной литературе управляющими или
опорными сиrналами, а в американской свип или свип
сиrналами. Длительность одной посылки управляющеro сиrнала
во MHOro раз больше периода волн при импульсном возбуждении
и для Hero выполняется условие
Р'т» 1,
rде F средняя частота сиrнала или следования импульсов;
т длительность сиrнала или одной последовательности
импульсов.
По этому признаку сиrналы вибрационной сейсморазведки
относятся к числу "сложных" и отличаются от "простых"
колебаний импульсной сейсморазведки, для которых
F'T lT l
ер т '
rде Рер и Т средняя частота и период колебаний волн.
Под действием "сложных" наrрузок в среде возбуждаются
поверхностные и объемные (продольные и поперечные) волны,
KOTopыe отражаясь и преломляясь на физических rраницах раз
дела и интерферируя между собой, образуют сложное, неразре
шенное поле колебаний, в котором визуально не выделяются
импульсы реrулярных волн, соответствуюших отражаюшим и пре
ломляющим поверхностям.
Колебания почвы, принятыс одиночными или rрупповыми сей
смоприемниками, расставленными по профилю, преобразуются ими
38
в электрические сиrналы, которые передаются на сейсмостанцию
для записи на маrнитную ленту. Воспроизведения этих лент на
бумажном носителе образуют виброrраммы, состоящие из COBO
купности отдельных трасс вибрострасс, каждой из которых
соответствует одиночный или rрупповой сейсмоприемник,
стоящий на профиле.
Сжатие зареrистрированных колебаний волн производится на
основе специальной обработки данных, которая может выпол
няться двумя, В общем, идентичными способами: корреляционным
(временным) и спектральным (частотным). Наибольшеепримененис
получил корреляционный способ обработки блаroдаря ero про
стоте и более леrкой реализуемости на современных полевом
оборудовании и ЭВМ. Основные положения спектральноro способа
изложены в разд. 7. Корреляционный способ основан на вычи
слении функции взаимной корреляции (ФВК) управляющеro и
зареrистрированных сиrналов. В статической радиотехнике
такая обработка получила название оптимальной или соrласо
ванной фильтрацией [4]. Оптимальный фильтр работает таким
образом, что все спектральные составляющие колебаний задер
живаются на определенное время и поступают на ero выход
одновременно, rде они складываются и образуют интенсивный
суммарный сиrнал.
Применительно к вибрационной сейсморазведке соrласованная
фильтрация сводится к нахождению нормированных значений ФВК
.управляющеro сиrнала и колебаний, принятых сейсмоприемниками
и зареrистрированных сейсмостанцией.
Математически эта операция выражается корреляционным
интеrpалом нахождения ФВК
Ra,s(L)
1
Т
т
J a(t) S (t+L) dt,
О
(2.14 )
rде a(t) и S(t) соответственно зареrистрированный и упра
вляющие сиrналы; т: временный сдвиr между ними. Последо
вательность значений R S (L), вычисленных по одной вибро
а,
трассе, образует корреляционную трассу, а их совокупность,
входящая в одну виброrрамму, коррелоrрамму.
Корреляционные трассы и коррелоrраммы являются резуль
татами обработки первичных вибросейсмических данных.
В современной сейсморазведке вычисление ФВК производится
в дискретной форме, что оказалось очень удобным при цифровой
реrистрации и обработке данных. Вычисление ФВК может ВЫПОk
няться также упрощенным способом, например путем суммиро
вани я данных с временными сдвиrами одной последовательности
относительно друroй.
Выражение (2.14) может быть представлено в несколько
ином, важном для понимания особенностей вибрационной сейсмо
39
разведки, виде. Действительно, сиrнал a(t) при отсутствии
помех описывается интеrралом свертки
00
a(t) == J h(8)S(t 8)d8, <2.15)
О
rде h(8) - оператор фильтра земли, распределение коэффици
ентов отражения по разрезу.
Подставляя <2.15) в <2.14) и меняя порядок интеrрирова
ния, получим
т 00
Ra,s(T) == J h(8) J S(t 8)S(t + 8) dtd8 ,
О О
т
R S (T) == J h(8)r S (T 8)d8,
а, О
rдe
(2.16)
00
r S (t-8) == J S(t 8)S(t + 8)dt.
о
Величина r s(t 8) представляет собой автокорреляционную
функцию (ФВК> управляющеro сиrнала.
Основываясь на выражении (2.16), можно составить обобщен
ную модель прокоррелированной вибросейсмической трассы во
временной области
Ra,s(T) == r S(T) *h(T)*F(T) P(T""'N(T)+h.(T), (2.17)
rдe Р(Т), Р(Т) И N(T) операторы фильтров, определяющих
искажение волн при возбуждении колебаний, их распространении
и приеме реrистрирующей системой; h.(T) результат
корреляции аддитивных помех с управляющим сиrналом.
Из (2.17) следует, что информативной является та часть
коррелоrраммы, которая определяется сверткой ФВК управляю
щеro сиrнала с распределением коэффициентов отражения по
разрезу. Остальная ее часть формируется действием помех,
влияние которых должно быть сведено к минимуму, что и опре
деляет основное содержание мноrих методических, аппаратурных
и технических приемов и средств современной сейсморазведки.
Отметим, что по аналоrии с <2.17) модельная сейсмическая
трасса в импульсной сейсморазведке записывается следующим
образом:
S(T) == a(t)*h(t)*F(t)*P(t)*N(t)+п(t), (2.18)
rдe a(t) - посылаемый в землю сиrнал; пЩ аддитивная
помеха.
Соотношения (2.17) и (2.18> представляют интерес в том
40
плане, что они достаточно наrлядно иллюстрируют особенности
вибрационной сейсморазведки и ее сходство и отличие от
импульсной. Действительно в своих информативных частях
<2.17) и (2.18) различаются тем, что в первом находится
свертка распределения коэффициентов отражения с ФВК упра
вляющеro сиrнала, а во втором с посылаемой в землю волной.
То есть ФВК управляющеro сиrнала может рассматриваться как
некоторая импульсная наrрузка, действующая на среду. В этом
определенная аналоrия вибрационной сейсморазведки с импуль
сной. Различие результирующих данных будет определяться тем,
насколько ФАК сиrнала отличается от импульсной наrрузки. Из
этоro следует, что все основные положения импульсной сейсмо
разведки справедливы и для вибрационной. Однако по своей
природе вибрационные сиrналы после корреляции отличаются от
импульсных. В силу основополаrающих положений сейсморазведки
волны, реrистрируемые при импульсном возбуждении колебаний,
всеrда являются при чинными и минимально фазовыми. В вибра
ционной сейсморазведке прокоррелированные колебания
непричинные и имеют нуль или смешанно фазовую форму. Их
форма определяется искажениями зареrистрированных вибрацион
ных сиrналов, которые имеют место в процессе их возбуждения,
распространения и реrистрации. Поэтому они существенно отли
чаются от управляющеro сиrнала и их взаимная корреляция
будет давать смешанно-фазовый, а не нуль фазовый импульс. В
этом одно из основных отличий вибрационной сейсморазведки от
импульсной, следствием KOTOpOro является то, что времена
прихода волн, выделяемых на сейсмоrраммах и коррелоrpаммах,
не совпадают между собой. Для уменьшения этих различий была
разработана и начала применяться минимально фазовая Koppe
ляция, которая делает подобными волновые импульсы в обеих
модификациях сейсморазведки.
Прокоррелированная трасса представляет собой непрерывное
распределение значений ФВК зареrистрированноro и управляю
щеro сиrналов в зависимости от временных сдвиroв между ними.
Положительные и отрицательные разрастания корреляционной
функции (в зависимости от знака коэффициента отражени ) будут
наблюдаться при временных сдвиrах анализируемых колебаний,
которые равны временам прихода отраженных волн при импуль
сном возбуждении, Т.е. временам прихода реryлярных волн
соответствуют максимумы (минимумы) корреляционной функции, а
вяеменные СДВИrи т ФВК являются аналоrами времени прихода
волн в импульсной сейсморазведке. Максимальные значения т
выбираются исходя из rлубины разведки, и поэтому при опре
делении корреляционноro интеrрала они не должны быть меньше,
чем ожидаемые времена прихода волн от самых rлубоких разве
дуемых roризонтов.
По внешнему виду коррелоrраммы близки к сейсмоrраммам
Импульсной сейсморазведки вследствие компактности корреля
ционных функций, обусловленной перераспределением энерrии Ф ВК
41
и концентрацией ее в областях, приуроченных к временным
сдвиrам, равным временам прихода реryлярных волн. Форма и
поведение корреляционных функций определяются параметрами
исходных сиrналов и их изменениями в процессе передачи на-
rрузок rpYHTY, распространения волн в среде и их реrистрации
приемными устройствами.
2.3. ОСОБЕННОСТИ ВОЛН, РЕrИСТРИРУЕМЫХ
В НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ
Реrистрируемые в сейсморазведке колебания представляют
собой временные функции, которые MOryT быть представлены
бесконечной суммой косинусоид, каждая из которых характе-
ризуется амплитудой Ak' частотой W k и фазовым уrлом r.pk
(Akcos wkt + r.pk)' Зависимости амплитуды и фазы от частоты
определяют соответственно амплитудный и фазовый спектры
заданной временной последовательности. Причем функции с oд
ним и тем же амплитудным спектром MOryT иметь различные фа
зовые спектры. В импульсной сейсморазведке все реrистрируе
мые волны имеют временные аналоrи, rармонические составляю
щие которых на каждой частоте обладают минимально возможны
ми фазовыми сдвиrами r.pK' Такие сиrналы получили название
минимально фазовых или причинных, каузальных. Они достаточно
точно отражают принципы импульсной сейсморазведки, которые
заключаются в том, что прикладываемые к земле наrрузки имеют
только одно направление, наrрузка среды происходит с оольшей
скоростью, чем разrрузка, и между возбуждением и приемом
колебаний всеrда существует конечный положительный интервал
времени.
Известен целый ряд приближенных и строrих определений
минимально фазовых сиrналов [13, 39]. Например, это такие
сиrналы, у которых энерrия сосредоточена в начальной части
волновоro пакета, или они обладают принципом причинности
(каузальности), Т.е. до момента прихода волны амплитуды ее
равны нулю и время реrистрации выделяемоro на записи макси-
мума или минимума всеrда больше времени вступления волны.
Волны в процессе распространения и приема сейсмоприемниками
претерпевают значительные искажения, но природы своей не
меняют и остаются минимально фазовыми. Обусловлено это тем,
что физически реализуемые фильтры, к которым относятся
Земля, сейсмоприемники, усилители сейсмостанции, rальвано
метры и системы записи колебаний на маrнитоносители, явля
ются причинными, принципиально не изменяют фазовых xapaKTe
ристик сиrналов.
С появлением вибрационной сейсморазведки картина усложни
лась. Появилось два вида сиrналов: колебания до корреляции и
после нее. Принятые сейсмоприемниками и зареrистрированные
42
Рис. 11. Корpeлuционные оСИl'налы со а
СДВНl'ами фаз 90 (а) и О (6):
J, 2 области OCHOBHOro и побочных
аксимумов
о
сейсмостанцией записи-виброrраммы являются минимально
фазовыми и каузальными. Однако после корреляции они теряют
это свойство и перестают быть минимально фазовыми. В подраз
деле 2.2 показано, что корреляционные функции, которые опи
сывают волновые поля в методе " Вибросейс" , в идеале являются
симметричными относительно временных сдвиroв, равных Bpe
менам прихода реrулярных волн. Такие функции получили назва
ние нуль фазовых, и так как их ненулевые значения наблюда-
ются по обе стороны от центральноro сдвиrа (т.е. и в отри-
цательной области времен, временных сдвиroв), то они уже не
являются причинными, каузальными, Т.е. информация О наличии
волн присутствует как бы и в отрицательном времени, до
времен, определяющих моменты их прихода. В этом особенность
прокоррелированных вибрационных сиrналов. В общем случае у
нуль фазовых сиrналов сдвиr фаз может быть любым, но посто
янным для всех частотных составляющих. Наиболее простыми и
чаще Bcero реализуемыми на практике являются нуль фазовые
сиrналы с нулевым или 90 rрадусным сдвиrами фаз.
Нуль фазовый сиrнал с нулевым сдвиroм может быть пред
ставлен интеrралом Фурье в виде косинусоидальноro ряда С
различными амплитудами А, но с нулевыми сдвиrами фаз. Вслед-
ствие этоro сиrнал будет симметричным с максимумом в центре
симметрии.
Нуль фазовые сиrналы со сдвиroм фаз 900 также MorYT быть
представлены интеrралом Фурье, част тные компоненты KOTOpOro
уже имеют фазовые уrлы, равные 90 . При этом ряд становится
не косинусоидальным, а синусоидальным с соответствующей сим-
метрией на нулевых или центральных временах. В этом случае
нулевому сдвиry фаз соответствует не максимум корреляцион
HOro импульса, а переход ero через ноль. По обе стороны от
Hero располаrаются два симметричных (рис. 11) экстремума
корреляционной функции. На практике предпочтение отдают
первому видусиrналов.
В процессе распространения и реrистрации волны претер
певают частотные и ФаЗ08ые искажения, вследствие чеro кор-
43
реляция. их с искаженным управляющим сиrналом дает резуль
тирующие временные последовательности, у которых частотные
компоненты MOryT иметь различные фазовые уrлы. Такие коле
бания называют СМ.fшанно азовыми, и у них фазовые уrлы лежат
в пределах от О до 90 . В частности, если нуль фазовый
сиrнaл пропустить через минимально фазовый фильтр, то он
преобразуется в смешанно фазовое колебание. Определить фазу
волны по полевым записям, да еще осложненным помехами,
бывает достаточно сложно. Следует иметь в виду, что при
съемках, выполняемых одними вибратораl'y1И, можно не определять
фазы, а оrраничиться установлением и введением постоянной
временной поправки на этапе интерпретации. Сложнее решается
задача, коrда на одной площади ведутся работы с импульсными
и вибрационными источниками колебаний. В связи с тем, что
земля, сейсмоприемники и аналоroвые фильтры сейсмостанции
являются минимально фазовыми, то целесообразно применить
минимально фазовую корреляцию и последующую обработку, что
позволит получить наибольшее сходство вибрационных MaTe
риалов с импульсными. При желании можно иметь нуль фазовую
корреляцию, лучшие материалы реализуются в этом случае,
коrда управляющий сиrнал профильтрован почти так же, как и
колебания с профиля. Поэтому, коrда необходима и нуль
фазовая, и минимально фазовая корреляции, целесообразно
иметь фильтрованный и нефильтрованный управляющий сиrнал.
2.4. УПРАВЛЯЮЩИЕ сиrНАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
В ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ,
И ИХ КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ
Вибрационная сейсморазведка оперирует с корреляционными
временными функциями, которые составляют массивы данных,
идущих в обработку и отображаемых на предварительных и pe
зультирующих временных и rлубинных разрезах.
Теория корреляционных функций разработана достаточно
подробно и изложена в ряде работ [4, 52], поэтому оrрани-
чимся рассмотрением лишь основных положений применительно
к сиrналам, используемым в вибрационной сейсморазведке.
Корреляционные функции (ФВК и ФАЮ определяют степень
сходства различных или идентичных между собой сиrналов. Они
также характеризуют реакцию фильтра, соrласованноro с
некоторым сиrналом аШ, если на ero вход подано колебание
S (t). Из определения корреляционных функций следует, что при
длительности управляющеro сиrнала Т область ненулевых
значений ФВК и ФАК
т ,., 2т.
Корреляционные функции являются симметричными функциями
cBoero aprYMeHTa т. Для взаимно корреляционных функций центр
44
симметрии реализуется при некоторых величинах 't' i' при
которых имеет место наибольшая степень сходства сравниваемых
сиrналов, а для автокорреляционных функций при 't' == О. В этих
точках функции достиrают своих экстремальных значений,
которые будучи нормированы, равны соответственно R S ('t') 1
а,
и r s(O) == 1. Вне их Ra,s('t') и r s('t') принимают промежуточные
значения. В общем случае корреляционные функции представляют
собой переодические фУНКl};ИИ вида sin z/ z и состоят из
OCHOBHOro, центральноro и побочных корреляционных максимумов
и минимумов, относительные значения длительности и взаимное
расположение которых определяются формой, частотой и
протяженностью управляющих, посылаемых в землю сиrналов (см.
рис. 11). Эти свойства корреляционных функций определяют
возможности выделения и раздельной реrистрации реryлярных
волн различной интенсивности, которые зависят от амплитуды и
периодов ОСНОВНЫХ максимумов, а также от относительноro
уровня побочных максимумов, являющихся помехами и образующих
так называемый корреляционный шум, Фон на коррелоrраммах
("импульсных" сейсмоrpaммах), затрудняющий выделение слабых
реryлярных волн.
В вибрационной сейсморазведке, как и в импульсной, суще
ствуют такие понятия, как разрешающая способность и дина
мический диапазон реrистрации, которые будут рассмотрены
дальше. Здесь же отметим, что под разрешающей способностью
понимается возможность раздельной реrистрации следующих друr
за друroм отраженных или преломленных волн, а под динами
ческим диапазоном способность выделить на коррелоrраммах и
временных разрезах волны различной интенсивности. ЭТИ OCHOB
ные критерии, определяющие эффективность метода, во MHOroM
зависят от формы и характера корреляционных функций, от
TOro, насколько уверенно выражены на них основные максимумы,
обусловленные реrистрацией целевых волн от разведуемых roри
зонтов. Действительно, если волны следуют друr за друroм с
временными интервалами, большими, чем периоды основных
максимумов корреляционной функции, то ОНИ будут интерфери
ровать между собой и разрешения или не будет, или оно будет
неполным.
Возможность реrистрации отраженных волн различной интен
сивности, или динамический диапазон вибрационной сейсмораз
ведки, определяется уровнем побочных экстремумов корреля-
ционной функции. Если уровень корреляционных шумов, образо
ванный приходом сильных волн, превышает интенсивность интер
ферирующеro с этими шумами OCHOBHOro максимума от слабоro
отражения, то оно не сможет быть выделено на сейсмоrраммах.
Таким образом, ширина и интенсивность основных максимумов
корреляционной функции, а также уровень корреляционных шумов
определяют эффективность приема в вибрационной сейсмораз
Ведке. Поэтому естественно стремление к выбору таких упра
45
вляющих сиrналов, корреляционные функции которых в наиболь-
шей степени удовлетворяли бы вышеуказанным требованиям.
Идеальными являются управляющие сиrналы, корреляционные
функции которых имеют только узкий основной максимум и нуле-
вые корреляционные шумы [4]. Однако реализация их в классе
квазиrармонических сиrналов невозможна, тем не менее поиск
наилучших сиrналов, в наибольшей степени удовлетворяющих
требованиям вибрационной сейсморазведки, идет непрерывно.
Этим объясняется довольно значительное число модификаций
управляющих сиrналов, предложенных для применения. Это ли
нейные инелинейные квазиrармонические частотно модулиро
ванные сиrналы рзличной длительности, моночастотные сиrналы,
а также кодовые последовательности однополярных и разнопо-
лярных импульсов.
Наибольшее практическое применение получили квазиrармо
нические частотно модулированные управляющие сиrналы, KOTO
рые и рассматриваются первыми.
2.4.1. ЛИНЕЙНЫЕ ЧАСТОТНО МОДУЛИРОВАННЫЕ
УПРАВЛЯЮЩИЕ сиrНАЛЫ
в общем случае сиrналы с изменяющейся во времени частотой
MOryT быть представлены в виде
S(t) = A(t)cos[21lw(t)t + q>(t)],
rде АЩ переменная во времени амплитуда сиrнала; '"'Ш и
'"'(о функции, определяющие частоту сиrнала и ero фазу.
Среди этих сиrналов доминируют линейные, которые характери
зуются тем, что скорость изменения частоты постоянна и опре
деляется СООТНОUIением
w(t) = 21lfи + (3t,
rде fи начальная скорость сиrнала; (3 скорость нарастания
частоты.
Величина (3 определяется только параметрами сиrнала:
(3 = 'Ер/т = (fK - fи) /т,
(2.19)
rде {j,F и {к полоса частот управляющеro сиrнала и ero
конечная частота; Т длительность управляющеro сиrнала.
ДЛЯ ЛЧМ сиrналов с заданными характеристиками скорость
изменения частоты постоянна и во время излучения плавно
возрастает или убывает, вследствие чеro каждое ее значение в
пределах частотноro диапазона встречается только один раз.
При постоянной амплитуде АЩ = Ао ЛЧМ СИrналы обеспечивают
одинаковое излучение на каждой частоте.
В работе [23] показано, что в этом случае спектр мощности
управляющеro сиrнала P(w) постоянен и обратно пропорционален
скорости развертки по частоте:
P(w) 1/(3.
46
<2.20)
ЛЧМ сиrналы определяются четырьмя независимыми парамет
рами: длительностью Т, начальной частотой fи, скоростью
изменения частоты (3, или любым друrим частотным параметром
(конечной частотой (&, пмосой частот t:.F или средней часто
той [ср), а также амплитудой сиrнала и законом ее изменения.
Остальные параметры сиrнала, которые можно получить, уже
зависимы. В практике вибрационной сейсморазведки чаще Bcero
задают начальную и конечные частоты, а также длительность
управляющеro сиrнала. Друrие часто используемые характери
стики, такие как средняя частота сиrнала, полоса частот или
отношение максимальной и начальной частот, являются уже
производными.
Управляющие сиrналы, у которых скорость изменения частоты
не остается постоянflOЙ во времени излучения, называются
нелинейными (НЧМ). ДЛЯ них характерна неравномерная nлот
ность излучения колебаний в пределах частотноro диапазона
си:rнала, что следует из (2.20). Этим обосновывается их при
менение в вибрационной сейсморазведке для компенсации
частотных искажений сиrналов, которые имеют место при воз
буждении колебаний, их распространения и реrистрации.
В общем случае ЛЧМ-сиrналы записываются в виде
8(t) == А(t)соs{2П[fи + (f& - fи)t/2Т]t + q>(t)}
или
8(t) == A(t)cos [2п(fнt + t:.Ft 2 /2r) + q>(t).
(2.21)
Сиrнал 8 и) является конечным, и он однозначно определен
в пределах своей длительности. Сиrналы с Ащ == const и В ==
t:.FT » 1 имеют практически прямоуroльные спектры в задан
ной полосе частот. В области краевых частот амплитудные
составляющие спектра убывают по rиперболическому закону 1/ {.
Особенностью спектральных характеристик ЛЧМ сиrналов с
АЩ == const является то, что на частотах, близких к {" и
{&, наблюдаются высокочастотные осцилляции амплитуд, которые
обусловлены разрывами оrибающей спектра сиrналов в ero Ha
чале и конце (явление rиббса). с увеличением полосы частот и
уменьшением скорости их изменения уровень пульсации снижа
ется и спектр становится более однородным [56]. Значительное
ослабление их возможно путем сrлаживания оrибающей управляю
щеro сиrнала, которое широко используется в вибрационной
сейсморазведке.
В подразделе 2.2 было показано, что информационная часть
прокоррелированной трассы определяется автокорреляционной
функцией управляющеro сиrнала и распределением коэффициентов
отражения по разрезу. Поэтому рассмотрим более подробно ФАК
ЛЧМ -сиrналов.
Нормированная автокорреляционная функция r s(T) с ДOCTa
точной точностью описывается выражением [4]
47
(Т) == s i n rпllFt'(Т Т) /Tl cos [ 2ПТ ( f + llF(T T» )]
rS пllFt'(Т Т) /Т к 2Т .
При временных сдвиrах т « т это выражение преобразуется к
виду
s i n пllFt' 2 f Т 2 22
r S(T) == TllFt' cos П ер , (. )
rде {ер ({и + (к) /2 средняя частота управляющеro
сиrнала.
Выражение <2.22) представляет собой амплитудно
модулированное rармоническое колебание с несущей cos 2п {ер
и оrибающей sin пllFт/ (пllF/т).
Характер поведения автокорреляционной функции определя
ется интерференцией несущей и оrибающей, каждая из которых
представляет собой rармоническое колебание, но с разными
частотами, так как {ер *- llF. При т == О оба сомножителя при-
нимают наибольшие значения, равные единице, образуя основной
максимум автокорреляционной функции. ПО мере увеличения т
несущая и оrибающая расходятся вследствие различий {су и llF.
Проанализируем раздельно поведение несущей и оrиоающей.
Несущая представляет собой rармоническое косинусоидальное
колебание с частотой {ер. Ее нулевые значения будут при
2п {ер т' == k п/2,
rде k == 1, З, 5, 7, ..., 2п-l, при этом
т == k/4 {ер.
Первое нулевое значение несущей будет при k == 1 и
т! == 1/4 {ер.
Оrибающая автокорреляционной функции является синусоидой
частоты llF с уменьшающейся амплитудой. она принимает нулевые
значения при llFт" П == тп, rдe т == 1, 2, З, 4, ... . При этом
т" == т/ Р.
Первый нуль оrибающей наблюдается при т 1" == 1/llF.
Для сиrналов, при меняемых в сейсморазведке, выполняется
условие
1/llF == т," > т (== 1/4 {ер'
Поэтому первое нулевое значение несущей наступает раньше
нуля оrибающей и именно поведение несущей при т < 1/ 4{ер
определяет частоту и форму корреляционной функции в области
ее OCHOBHOro максимума.
Удвоенная величина 2т{ == l/2{ep характеризует длитель
ность OCHOBHOro максимума авто корреляционной функции. Следо-
вательно, реrулярные колебания на коррелоrраммах будут иметь
48
видимые периоды, тяroтеющие к величине Т = l/(ер. Таким
образом, меняя {ер, можно в принципе управлять частотой
реryлярных волн на коррелоrраммах, а следовательно, и cтe
пенью их разрешения. В этом ОДНО из основных достоинств и
преимуществ вибрационной сейсморазведки на основе квазиrар
монических ЛЧМ-сиrналов. Естественно, что спектры реrулярных
волн, определенные по коррелоrраммам в конечном временном
окне, будут иметь резонансный характер с максимумами на
частотах, тяroтеющих к средней частоте упрвляющеro сиrнала.
ЭТО обусловлено физической природой корреляционных функций.
В реальных условиях искажающее влияние различных факторов
приводит к тому, что спектры зареrистрированных волн оказы
ваются уже спектров управляющих сиrналов вследствие поrло
щения и искажения частотных составляющих колебаний. в
результате частоты волн на коррелоrраммах отличаются от
средних частот управляющих сиrналов, как правило, в меньшую
сторону. Разница частот может служить оценкой искажения
чаетотноro состава колебаний средой, а также быть критерием
степени восстановления спектральных характеристик волн в
результате применения различных методических приемов при
проведении полевых наблюдений и обработке материалов.
С увеличением BpeMeHHoro сдвиrа т ФАК принимает сложный
характер блаroдаря интерференции несущей и оrибающей. Спек
тральные характеристики ФАК определяются областью BpeMeHHoro
анализа. Если вычислить спектр в большом временном окне т
2Т, то он будет иметь квазипрямоуroльную форму, несколько
осложненную в краевых частях, и полосу частот !J.F. При orpa
ничении области анализа зоной OCHOBHOro максимума и приле
rающих участков ФАК спектр, как указывалось ранее, будет
иметь резонансный характер с максимумом на средней частоте
управляющеro сиrнала.
Информативной частью ФАК является область ее OCHOBHOro
максимума, в связи с чем проанализируем ее поведение в ero
пределах. В связи с тем, что период несущей меньше периода
оrибающей, в пределах последнеro возможно несколько осцил-
ляций несущей, число их определяется соотношением между !J.F и
(ер. Это в свою очередь оказывает влияние на характер npeд
ставления волн на коррелоrраммах. Для иллюстрации на рис. 12
приведены ФАК, рассчитанные для трех управляющих сиrналов с
одинаковыми {ер, но различными !J.F. Из рисунка следует,. что
в случае узкополосноro исходноro сиrнала волны на коррело-
rpaMMe будут представлены серией фаз, что естественно снизит
разрешающую способность метода. На широкополосных сиrналах
картина становится существенно иной, и та же самая волна
будет представлена более компактным импульсом. Для ero
оценки рассмотрим отношение
1 = Tl"/T{ = 4fep/!J.F = 2(l+fmtn/fma.)/(l fmtn/fma.), (2.23)
rрафик KOTOporo приведен на рис. 13. Для широкополосных
4 Заказ l'e 220::
49
а
F
1
5
о о
0,1 f,c
o,5 2
6
о
0,5
0,5
1
Рис. 12. АВТОIWрреJUщионные ФУНlЩИи, рассчитанные ДJUI СИl'НaJJОВ с полосами
!:J.F = 95 rц (а), 75 rц (6) и 10 I'ц (в) и средней частотой N 52 rц:
J, 2 области OCHOBHOro и побочных максимумов
z
8
16
12
q.
о D,1 0,3 0,5 o,7fmLп/fma}(
Рис. \3. Зависимость 1 = I(Т:" /т:') от
отношения Imin/lmax
управляющих сиrналов fm,n « fmax и стремится к 2, Т.е. в
одной четверти периода оrибающей будет три четверти периода
несущей. Это минимально возможное число колебаний несущей в
периоде оrибающей, и ФАК стремится к своей наиболее компакт
ной форме, обеспечивая наибольшее возможное разрешение волн.
В реальных условиях оно не реализуемо, поэтому рассмотрим
характер поведения при возможных текущих значениях
fmin/fmax. Из приведенноro на рис. 13 rрафика следует, что
при fmin/fmax 0,2 0,25, соответствующих изменениям частоты
на 2 2,25 октавы, значения [-", 3, и они мало отличаются от
cBoero минимальноro значения, paBHoro 2. При больших значе
ниях fmin/ fmax кривая <2.23) резко идет вверх, что указывает
на снижение компактности автокорреляционной функции и YBe
личение числа осцилляций несущей в пределах одноro периода
оrибающей. Анализируя характер поведения этой кривой, можно
выбрать область приемлемых значений величин [ и fmin/fmax.
Рисунок 13 наrлядно иллюстрирует зависимость формы и xapaK
тера поведения ФАК в области OCHOBHOro максимума от отноше
ния fmin/fmax. ИЗ Hero видно, что при сохранении периода
колебаний форма волновоro пакета существенно меняется с
изменением величины [.
Таким образом, анализ полученных данных показывает, что
форма записи реrистрируемых на коррелorраммах колебаний и их
видимые частоты определяются реальным частотным диапазоном
зареrистрированных волн. При этом частота волн определяется
средней частотой управляющеro сиrнала, а компактность волно
BOro пакета - ero полосой частот. Следовательно, предельная
разрешающая способность вибрационной сейсморазведки на ЛЧМ
сиrналах может быть достиrнута лишь при использовании упра
вляющих сиrналов с полосой в две октавы и более и с макси
мально возможными {ер. Отсюда понятно известное в практике
вибрационной сейсморазведки стремление к тому, чтобы полоса
частот управляющеro сиrнала была бы не менее двух октав.
Выше были рассмотрены крайние значения параметров управляю
щих сиrналов и их влияние на форму корреляционной функции.
Представляет интерес более детальный анализ разрешающей спо
собности вибрационной сейсморазведки. С этой целью были
выполнены модельные исследования по определению зависимости
предельной разрешающей способности для двух интерферирующих
сиrналов разной амплитуды, образованных на rраницах раздела
с Оk'(нополярными и разнополярными коэффициентами отражений.
На рисунке 14 приведены результаты счета в виде кривых,
иллюстрирующих степень разрешения двух волн, представленную
разницей времен между импульсами в функции частотных пара
метров управляющеro сиrнала. Кривые получены на основании
обобщения модельных тестов, представляющих собой свертку
автокорреляций управляющих сиrналов с заданной импульсной
сейсмоrраммой, у которой от трассы к трассе постоянно увели
Чивалось временное расстояние между коэффициентами отраже
4*
51
ний. На рисунке 14 по оси ординат отложены значения 6т:,
начиная с которых интерферирующие импульсы коррелоrpамм пол
ностью разрешаются (по критерию: промежуточная фаза не пре
вышает 0,5 от максимальных значений составляющих интерфе
ренцию cиrнaлов) , а по оси абсцисс частотные параметры
управляющих сиrналов. Индексами кривых являются соотношения
и знаки амплитуд коэффициентов отражения.
Отметим некоторые особенности поведения предельной раз
решающей способности в зависимости от частотных пара метров
сиrнала и KOHKpeтHoro распределения амплитуд и фаз коэффи
циентов отражения. Как и следовало ожидать, в целом разре
шающая способность повышается (уменьшаются значения 6т:) с
расширением полосы частот и увеличением {ер, что нашло oтpa
жение в изменении отношения 6F/{ep. Из поведения кривых
также следует, что несколько большее влияние на разрешен
ность оказывает средняя частота управляющеro сиrнала. Вибра
ционные сиrналы с 6F/{ep < 0,8 разрешаются приблизительно
при одном и том же 11-r независимо от полярности и соотношения
амплитуд коэффициентов отражения. Для больших значений
6F/{ep наблюдается заметное расхождение значений времен 6т:
полноro разрешения в зависимости от полярности и соотношения
амплитуд А 1 и А 2 . Например, при 6Е/ {ер == 1,06 величина 6т:
для разнополярноro варианта с одинаковыми амплитудами (At.
Аl) примерно на 12 мс больше, чем для однополярноro варианта
(Аl, A ). Чтобы достичь TaKoro же разрешения, как при OДHO
полярном распределении коэффициентов, необходимо применять
сиrналы с большим в 1,3 раза отношением 6Е/{ер.
Расхождения в значениях 6т: при фиксированных 6F/ {ер
наблюдаются также и в зависимости от KOHKpeTHoro соотношения
амплитуд коэффициентов отражений.
Приведенные кривые дают достаточно полное представление о
предельной разрешающей способности вибрационной сеЙсмораз
ведки для наиболее широко применяемых на практике частотных
пара метров ЛЧМ сиrналов. По этим данным, зная пластовые CKO
рости, можно оценить размеры rеолоrическоro объекта исследо
ваний, которые MorYT быть полностью разрешены при данном
частотном диапазоне сиrнала и, наоборот, зная размеры
объекта и скорости, можно рассчитать нужный частотный диапа
зон для ero разрешения. Этот подход используется в адаптив
ной вибрационной сейсморазведке, основные положения которой
рассмотрены в подразд. 1.9.
Здесь необходимо отметить, что полученные соотношения
справедливы для TOro случая, коrда спектры зареrистрирован
ных управляющих сиrналов идентичны между собой. При невыпол
нении этоro условия необходимо вносить соответствующие
поправки в полученные соотношения.
Область автокорреляционной функции за пределом OCHOBHOro
максимума также оказывает определенное влияние на эффектив
ность вибрационной сейсморазведки. Обусловлено это тем, что
52
f,MC
84
76
68
60
52
*'1
J6
28
,
i
l
0,66 0,86
20 1f0 25 55 20 50
30(0,033) lfO(aOZS) J5(O'oza)
1,05 1,20
20:55 20-80
*2,5(0,023) 50(0.020)
1,35 , 'ер
f2 6Z 'Н О '!(
37(0.027) 'с р (7ё р )
Рис. 14. Зависимость предельной разрешающей способности ВСР от параметров
управляющеrо сиrнапа, соотношений: амплитуд и полярностей коэффициентов:
f:J.F fmin fm3JI. диапазон; F". F K начальная и конечная частот,Ы; Fcp
средняя частота; Т ер 1/ Fep; f:J.т: временной интервал между отражениями
при их полном разрешении
в этой зоне наблюдаются осцилляции корреляционной функции,
которые образуют фон помех, снижающих динамический диапазон
прокоррелированных записей. Естественно, что эти помехи
обусловлены в основном максимумами оrибающей корреляционной
функции, которые расположены посередине между ее нулями,
Т.е. при
тrt:.Fт" ттr/2, (2.24)
rдe т 3, 5, 7, 9, ..., откуда 't 'l == m/2t:.F.
т
Следовательно, чем больше t:.F, тем быстрее уменьшаются
значения побочных максимумов ФАК и в соответствии с (2.22) и
(2.24) относительные значения максимумов оrибающей образуют
последовательность чисел
Ir('tll/)I == ;тr ' Ir('t2 1' ) I
2
5тr '
rдe индекс у 't /1 определяет порядковый номер побочноro
максимума. По абсолютной величине r('tl") == 0,212, r('t2 / ) ==
== 0,127, r('tз") 0,092 ..., Т.е. первый побочный максимум
меньше OCHOBHOro приблизительно на 14 дБ, второй на 18 дБ,
третий на 21 дБ, четвертый на 23 дБ и Т.д. По мере yдa
ления от OCHOBHOro максимума скорость спадания амплитуд
побочных разрастаний корреляционной функции уменьшается, с
чем и связан сравнительно небольшой динамический диапазон
вибрационной сейсморазведки. Из полученных соотношений
следует, что амплитуды побочных максимумов для ЛЧМ сиrналов
с прямоуroльным спектром определяются полосой частот упра
вляющеro сиrнала, уменьшаясь с ее увеличением. Для полутора
двухоктавных сиrналов отношение максимумов корреляционных
сиrналов на временах 't ., 't. С достаточной точностью оцени
1 J
вается величиной Р == А./ А. == 20 19('t./'t.).
J 1 J 1
Таким образом, заканчивая рассмотрение особенностей
автокорреляционных функций ЛЧМ сиrналов, следует отметить,
что ФАК может быть разделена на две области. Первая
ближняя или центральная зона, которая охватывает основной
максимум ФАК и ближайшие к нему ее значения до первоro
боковOl'О максимума оrибающей, Т.е.
3 3
2t:.F < Т 2t:.F
Эта зона характеризуется тем, что в ней сосредоточена основ-
ная (до 90%) часть энерrии ФАК, определяемая уровнем ее
амплитуд, и что она определяет форму записи волновых пакетов
на коррелоrраммах и предельную разрешающую способность
вибрационной сейсморазведки. Последняя зависит от полосы
частот и средней частоты управляющеro сиrнала.
Вторая дальняя зона автокорреляционной функции, опреде
ляется значениями
54
т > 1 2 FI.
Амплитуды сиrналов ФАК в этой зоне характеризуют уровень
шумов корреляционной функции, специфических помех вибрацион
ной сейсморазведки, которые обусловлены ее природой и oco
бенностями применяемых управляющих сиrналов. Наличие побоч
ных максимумов корреляционной функции оrраничивает динами-
ческий диапазон вибрационной сейсморазведки, затрудняет, а в
ряде случаев делает невозможным выделение слабых полезных
сиrналов на фоне корреляционных шумов, образованных приходом
интенсивных реryлярных волн помех или отражений. Причем ни
увеличение числа одновременно работающих излучателей, ни
повышение их энерrии не приводит к увеличению динамическOI'О
диапазона. Он может быть увеличен только уменьшением интен
сивности волн, чаще Bcero помех, путем применения COOTBeT
ствующих интерференционных систем.
В определении динамическоro диапазона вибрационной
сейсморазведки существует два подхода. Первый заключается
в том, что при ero оценке учитываются все помехи (реryлярные
и нереryлярные), которые присутствуют на записях и мешают
выделению полезных волн. Второй отличается тем, что при
оценке динамическоro диапазона учитываются только помехи,
обусловленные особенностями вибросейсмическоro метода: шумы
корреляционноro преобразования, а также помехи, вызванные
нестабильной работой вибратора и ero отклонениями от частоты
раЗJ!ертки. С точки зрения теории более обоснован второй
подход, так как он позволяет оценить динамический диапазон
метода, отвлекаясь от общих проблем проведения работ в
конкретном районе. Однако с позиций экспериментатора, KOTO
рому важно обеспечить уверенное выделение и прослеживание
целевых roризонтов, верен первый критерий. Двоякий подход к
оценке динамическоro диапазона вибрационной сейсморазведки
нашел отражение в ero определении.
Динамический диапазон корреляционной функции или Koppe
ляционноro преобразования [30]
D 20 Ig[A(O)/A(T)], или D 20 19[A(O)/cт],
rде А(О) - максимальная амплитуда ФАК управляющеro сиrнала;
А (Т) и (J текущая амплитуда ФАК или ее среднеквадратичное
значение в определенной полосе временных сдвиroв.
Динамический диапазон трассы может быть представлен ее
текущим и средним значениями
D 20 Ig[Ama.lA(T)], или D 20 19 [Атах/А(т)],
rде Атах максимал ная амплитуда волны в заданном волновом
импульсе; А(т) и А(т) амплитуды волн при определенном
временном сдвиre или во временном окне.
Оценку динамическоro диапазона обычно
нескольким перекрывающимся или следующим
производят по
друr за друroм
55
участкам коррелоrраммы равной длительности. Оценки динами
ческоro диапазона, выполненные различными авторами [4, 15,
271" показывают, что для наиболее употребляемых ЛЧМ сиrналов
он не превышает 40 70 дБ (при "[' == 0,5 4 с), а для отдельных
случаев 30 40 дБ. Возможны ero локальные существенно боль
шие значения. В этой связи определенный интерес представляют
оценки динамическоro диапазона сейсмических записей, выпол
ненные по виброrраммам и коррелоrраммам [5]. Виброrраммы
были получены с одним, двумя И тремя вибраторами. Оценки
динамическоro диапазона записей по виброrраммам показали,
что он увеличивается при использовании большеro числа вибра-
торов. Это естественно, так как при этом увеличивается ypo
вень полезных сиrналов при сохранении интенсивности помех.
Динамический же диапазон сиrналов, определенный по COOTBeT
ствующим коррелоrраммам, практически не зависел от числа
работающих вибраторов, что вполне понятно, если считать, что
на записях превалируют шумы преобразования. Это убедительно
доказывает ,. что для расширения динамическоro диапазона
вибрационной сейсморазведки необходимо уменьшить уровень
помех преобразования, которые обусловлены формой спектра
управляющеro сиrнала. А форма спектра сиrнала и ero Koppe
ляционная функция связаны между собой преобразованием Фурье,
что позволяет достаточно CTporo решать задачу об оптимизации
спектра управляющеro сиrнала. Аналоrичные решения имеют
место в теории rруппирования, rде они детально рассмотрены и
проанализированы [16]. По аналоrии с этой теорией оптимиза
ция управляющих сиrналов реализуется на основе трансформации
их спектров. Рассмотрим следующие случаи [16].
1. Сиrнал с прямоуroльным спектром (ЛЧМ сиrнал).
Сиrналы, спектры которых имеют прямоуroльную форму вида
S)(W) == {go
I WI , Wrp,
IWI > Wrp,
в соответствии с обратным преобразованием Фурье имеют во
временной области аналоr, относительные значения KOTOpOro
определяются соотношением
к (t) == S s i n W r р t
) о W r р t '
(2.25)
rде So амплитуда спектра сиrнала; Wrp - rраничная круroвая
частота.
Сопоставляя (2.25) с (2.22) видим, что они в предполо
жении "[' t и п!:J.F == Wrp идентичны друr друry. В этом
случае функция К) (t) наиболее компактна в области OCHOBHOro
максимума, но она имеет относительно больший уровень Koppe
ляционных помех.
2. Сиrналы с трапецеидальной оrибающей спектра.
Управляющий сиrнал с полосой частот п!:J.F == Wrp и трапе
цеидальной оrибающей представим в виде свертки двух BCnOMO
56
rательных функций 5' (w) и S" (w), каждая из которых имеет
прямоуroльную оrи6ающую и rpaничные частоты, равные COOТBeт
ственно WI и W2:
00
S2(W) == J S' (В) . S" (w B)dB,
oo
rде S' , (w) == { Iwl WI.
IWI > WI;
S" (w) == {
Iwl W2.
I wl > W2;
Wl > W2
Wrp - WI + W2.
Обратное преобразование Фурье от свертки спектров двух
сиrналов приводит к произведению их временных аналоroв
K2(t) == sinootl sinOO21
bl t /OO2 1
<2.26)
Из (2.26) следует, что в дальней зоне значения функции
8 i n W.1.1..: 8 i n W.1..1...:' .
K2(t) будут определяться произведением It. W ,
каждый из сомножителей KOTOporo меньше единицы. Следова
тельно, управляющие сиrналы С трапецеидальной рrибающей
спектра обеспечивают более низкий уровень корреляционных
шумов и лучший динамический диапазон, чем стандартные ЛЧМ
сиrналы.
При WI == W2 получается сиrнал с треуroльной оrибающей
спектра, который характеризуется весьма малым уровнем помех
преобразования и (2.26) преобразуется к виду
КЩ == ( 8 i n 2 Wt ) 2 == ( 8 i n 2ПI1FТ ) 2
wt 2пl1п'
При низком уровне корреляционных помех этот сиrнал имеет тот
недостаток, что энерrия ero используется только наполовину,
что практически исключает применение управляющих сиrналов с
такими оrибающими. Достоинства сиrналов С треуroльным спек
тром MOryT быть частично реализованы на этапе обработки. При
этом в землю посылаются ЛЧМ колебания с прямоуroльной оrи
бающей, а корреляция производится с опорным сиrналом,
имеющим треуroльный спектр в заданном диапазоне частот.
Еще лучшие результаты по ослаблению корреляционных шумов
можно получить при использовании сиrналов, имеющих трапе
цеидальную оrибающую со сrлаженными краями, которая реали
зуется путем свертки функций с прямоуroльной и трапецеидаль
57
ной оrи6ающими спектров. При этом уровень корреляционных
шумов определяется величиной K/tJi3rp, rде tc.Irp rpaничная
частота оrибающей управляющеro сиrнала, К коэффициент,
существенно меньший единицы.
Таким образом, сrлаживание спектра управляющеro сиrнала
приводит к уменьшению уровня корреляционных шумов. Поэтому в
вибрационной сейсморазведке на ЛЧМ сиrналах повсеместно
применяются управляющие сиrналы с трапецеидальной оrибающей,
позволяющие снизить уровень корреляционных шумов при
ОТНОСительно небольшом уменьшении энерrии, направляемой в
rpYHT. Так, в вибраторах CB 5-150 использован экспоненциаль-
ный закон нарастания и спада уровня управляющеro сиrнала:
S(t) = A(l e lO.4t), О t 0,5 с;
S(t) А, 0,5 < t < T 0,5 с;
S(t) А e lO.4(T t), т > t > T 0,5.
Изменение формы управляющеro сиrнала возможно также путем
применения специальных crлаживающих фильтров. Однако они
широкоro применения в вибрационной сейсморазведке не полу
чили из за потерь полезной энерrии колебаний.
2.4.2. НЕЛИНЕЙНЫЕ ЧАСТОТНО МОДУ ЛИРОВАННЫЕ
сиrНАЛЫ
Результаты применения вибрационной сейсморазведки и
анализ получаемых материалов убедительно доказывают, что
спектры реrистрируемых волн и управляющих сиrналов суще
ственно отличаются друr от друrа. В результате происходит
сужение спектров реrистрируемых сиrналов, и они приобретают
резонансную форму с максимумами на частотах до 25 30 rц, что
снижает разрешающую способность вибрационной сейсморазведки,
Т.е. необходимо выравнивание спектров реrистрируемых волн.
Вибрационная сейсморазведка, в отличие от импульсной, позво
ляет в определенных пределах управлять частотным составом
возбуждаемых волн, изменяя их энерrетический уровень в за
данных полосах частот. Имеется три способа решения этой
задачи. Первый способ заключается в том, что в процессе
накопления воздействий возбуждаются управляющие сиrналы,
имеющие различные полосы частот. Очевидно, что при накопле
нии воздействий произойдет сложение интенсивностей волн и
суммарный спектр накоnленноro сиrнала будет неравномерным с
подъемами на тех частотах, KOTQPble присутствовали на всех
исходных посылках. Это так называемые комбинированные сиrна
лы [8, 24, 25], которые получили определенное практическое
применение и показали свою эффективность.
Второй способ коррекции спектров возбуждаемых и реrистри
руемых колебаний вытекает из TOro, что в соответствии с
58
(2.20) спектр мощности управляющеro сиrнала и скорость
изменения частоты связаны между собой обратной зависимоСТЬЮ:
при уменьшении скорости развертки увеличивается амплитуда
спектра сиrнала и наоборот, Т.е. меняя скорость развертки
частоты управляющеro сиrнала, можно увеличивать или YMeHЬ
шать уровень энерrии посылаемых в землю сиrналов. Управляю
щие сиrналы с переменной скоростью развертки получили назва
ние нелинейных.
Трети возможный способ управления спектрами возбуждаемых
колебании заключается в изменении амплитуды управляющеro
сиrнала при постоянной скорости развертки, что приведет к
соответствующему изменению уровня возбуждаемых колебаний.
Известно несколько реализаций этоro способа, основанных на
модуляции амплитуды управляющеro сиrнала некоторой низко
частотной функцией с заданными фиксированными параметрами,
на изменении амплитуды сиrнала в зависимости от уровня воз
буждаемых вибратором колебаний и др.
В общем плане все способы управления спектрами волн
реализуются на основе сиrналов, которые можно отнести к
разряду нелинейных. Основным признаком нелинейных сиrналов
является то, что формируемые ими управляющие развертки имеют
неравномерные спектры в полосе rенерируемых частот.
Наиболее широкое применение получили сиrналы с переменной
скоростью изменения частоты в связи с тем, что с их помощью
во мноrих районах удалось значительно улучшить качество
материалов и повысить разрешающую способность вибрационной
сейсморазведки.
2.4.2.1. Комбинированные сиrналы
Первыми из нелинейных сиrналов были комбинированные раз
вертки, которые вначале были предложены для снижения уровня
корреляционных шумов, а затем для коррекции спектров реrи
стрируемых волн и решения ряда друrих задач. Комбинированные
сиrналы состоят из двух или более стандартных ЛЧМ сиrналов
cerмeHТOB, которые имеют или различные полосы частот, или
длительности, или скорости изменения частоты. CerMeHTbl сле
дуют друr за друroм или непрерывно, или с временными интер
валами, необходимыми для реrистрации возбуждаемых ими коле
баний. На рис. 15 показаны обычные и возможные комбиниро
ванные управляющие сиrналы, имеющие одинаковый суммарный
частотный диапазон, но различную форму оrибающих. Как видно
из рисунка, спектр cYMMapHoro комбинированноro управляющеro
сиrнала будет равен сумме спектров отдельных cerмeHТOB, что
обеспечивает reнерирование волн заданноro спектральноro
состава.
Спектр отдельных cerMeHToB определяется ero частотным
диапазоном и скоростью изменения частоты. Возможны комби
нации cerмeHToB с различными спектрами, которые выбираются в
59
а
A U
CL
60 О (5 23 31 '1* 50 55 &0 {, ru,
о 15
Рис. 15. Обычный (а) и комбинированный (6) управляющие сиrналы:
J 4 cerмeHTЫ комбинированноro сиmала
зависимости от решаемых задач. Обработка материалов заклю
чается в нахождении функций взаимной корреляции зареrистри
рованных сиrналов от каждоro cerмeнтa со своим управляющим
сиrналом и после.цующем суммировании ФВК. В результате сло
жения происходит повышение амплитуды реryлярных волн вслед
ствие синфазноro сложения колебаний, изменение частоты
(увеличение или уменьшение) OCHOBHOro максимума и ослабление
помех преобразования вследствие разноro расположения побоч
ных максимумов по оси времен. В предположении случайноro
распределения минимумов и максимумов относительный уровень
корреляционных шумов должен уменьшаться в П раз, rдe п
число cerмeHToB комбинированноro управляющеro сиrнала.
В тех случаях, коrда необходимо полное разделение oтpa
жений и их корреляционных шумов от двух или нескольких сей
смических объектов, целесообразно применение относительно
коротких управляющих сиrналов, длительность которых должна
быть меньше, чем время между интерферирующими колебаниями.
Это обосновывает использование управляющих сиrналов малой
длительности, которые, однако, менее эффективны в энерreти
ческом отношении. Этот недостаток может быть компенсирован
накоплением коротких сиrналов. Поэтому комбинированные
управляющие сиrналы, состоящие из последовательности KOpoT
ких сиrналов, нашли определенное применение. В частности,
Korдa слабые отражения со временем реrистрации 1 с и более
следуют за интенсивными преломленными волнами, эффективны
комбинированные управляющие сиrналы, состоящие из небольших
по длительности (до 1 с) cerмeHTOB. В этом случае общая
длительность корреляционной функции будет меньше 2 с, что
обеспечит раздельную во времени реrистрацию отраженных волн
и корреляционных шумов от интенсивных преломленных волн.
Значительное ослабление корреляционных шумов может быть
достиrнуто при изменении полярности cerMeHToB комбинирован-
HOro сиrнала в соответствии с законом дополнительных кодовых
последовательностей [52], особенности которых рассмотрены
далее. Применение комбинированных управляющих сиrналов
сопряжено с определенными технолоrическими трудностями,
связанными, в первую очередь, с необходимостью раздельной
60
Таблица 3
Номер вибратора lи, rц А, rц т, с tJ.F/T. rц/c
1 99 19 8 10
2 99 39 6 10
3 99 49 5 10
4 99 59 4 10
реrистрации сиrналов ОТ каждоro CerмeHTa и последующей KOp
реляцией. В. развитии идеи комбинированных сиrналов были
предложены такие их модификации, которые не требуют раздель
ных возбуждения и реrистрации волн.
Первая из них [9] основана на том, что все cerмeHTЫ
комбинированноro сиrнала имеют одинаковые минимальную или
максимальную частоту и скорость развертки. Но длительности
каждоro cerмeHTa устанавливают разные в зависимости от той
формы cYMMapHoro спектра упраВЛЯI()щеro сиrнала, которую хотят
получить, Т.е. способ предполаrает одновременное включение
rpуппы вибраторов и разновременное отключение каждоro из
них.
При желании усилить верхние частоты начальной выбирают
максимальную частоту, с которой начинает работать rpуппа
вибраторов. Время работы каждоro вибратора или их подrруппы
рассчитывают на основании анализа спектров волн, определен
ных в достаточно широком окне и полученных при широкопо
лосном управляющем сиrнале. Если необходимо, производят
вначале усреднение спектров, а затем представление их в виде
прямоуroльников (по числу вибраторов) разной Bыcoты. Время
работы вибратора находят как величину, обратную высоте
соответствующеro прямоуroльника. При этом один или несколько
вибраторов работают в течение Bcero времени и reнерируют
наиболее широкополосный Сиrнал. В работе [9] приведен пример
работы такой rруппы из четырех вибраторов, позволившей
поднять уровень высоких частот (табл. 3).
При одинаковом числе накоплений суммарный спектр TaKoro
комбинированноro сиrнала будет представлять собой комбинацию
из четырех поставленных друr на друrа прямоуroльников равной
Bi!lCOТbl, имеющих одинаковые максимальные и разные минималь
ные частоты. Если необходимо увеличить уровень излучаемой
энерrии в области низких частот, то выбирают rpуппу источ
ников, которые начинают одновременно reнерировать минималь
ную частоту, а затем отключаются через разные промежутки
времени. Так как скорости разверток у всех вибраторов оди
наковые, то корреляция производится за один раз с наиболее
Широкополосным и длительным по времени Сиrналом. Этот способ
коррелированных Сиrналов достаточно прост и не требует спе
циальноro оборудования. Недостатком ero является неполное
использование энерreтических возможностей вибраторов.
61
Второй модификацией комбинированных сиrналов, также не
требующей раздельноro возбуждения и реrистрации волн, явля
ется способ, получивший название "синхрокомби" [23J. Особен
ностью ero является то, что частотный диапазон управляющеro
сиrнала разбивается на несколько неперекрывающихся (возможно>
стыкующихся) участков, каждый из которых reнерируется своей
rруппой вибраторов. В связи с тем, что по частоте cerмeHTЫ
не перекрываются, взаимные помехи не возникают. Сиrнал для
корреляции синтезируется путем последовательной записи на
рабочий канал станции частей управляющеro сиrнала. Синхро
комби требует поэтому работы в режиме накоплений, для воз
можности получения CJ10ЖНОro сиrнала для корреляции. Резуль
тирующую коррелоrрамму получают путем корреляции виброrрамм
с суммарным управляющим сиrналом.
Выше отмечалось, что комбинированные сиrналы получили
определенное развитие и позволили повысить качество MaTe
риалов, несмотря на трудности их применения. Однако в
настоящее время они уступают место сиrналам С переменной
скоростью изменения частоты (нелинейные сиrналы).
2.4.2.2. Нелинейные сиrналы (НЛЧМ сиrналы)
в настоящее время предложен и получил промышленное при
менение целый ряд управляющих сиrналов, у которых скорость
изменения частоты меняется в процессе их излучения. Такие
сиrналы назвали нелинейными частотно модулированными, НЛЧМ
или НЧМ сиrналами. Основное назначение этих сиrналов повы
шение общеro уровня закачиваемых в землю колебаний в выбран
ной полосе частот. Предложено несколько модификаций нелиней-
ных управляющих сиrналов: лоrарифмические, степенные с раз-
личной величиной показателя степени и cerмeHTHыe, кусочно-
непрерывные.
Лоrарифмические управляющие сиrналы
В общем виде выражение амплитуды волны, прошедшей опре
деленный путь в земле, будет
A(d) == Aoe Kfd,
rде Ао начальная амплитуда частотной компоненты в
источнике, не зависящая от частоты; f частота; d путь
волны в земле; К - константа, пропорциональная коэффициенту
поrлощения волн в земле.
Как известно, энерrия излучения вибратора внекоторой
полосе частот пропорциональна времени ее излучения и обрат-
но пропорциональна скорости изменения частоты. Очевидно,
что для компенсации поrлощения земли необходимо, чтобы
уменьшение амплитуды сиrналов компенсировалось снижением
62
скорости развертки. Для этоro ДОЛЖНО выполняться следующее
условие:
е C/. dt/ df .. Cl, (2.27)
rде dt/ df величина, обратная скорости изменения частоты;
Сl некоторая постоянная.
Из этоro условия можно найти закон изменения частоты.
Перепишем (2.27) в виде
е С/. df == dt/Cl
И после интеrрирования в пределах от t == О до t == t получим
1 [ eC/(t) е С / И ' = L (2.28)
С J Сl'
rде fИ начальная чаСтота при t = о; {Щ частота при
t .. t.
Из (2.28) следует, что
f(t) = ln ( + е С / и ). (2.29)
В этом выражении нам неизвестна константа С 1 , которую можно
определить, задав начальную и конечную частоты и длитель-
ность управляющеro сиrнала. Конечная частота
f, = 1 l n T + е С / и )
" С Сl '
rдe {" и конечная частота и длительность СИrнала. Найдем
из этоro выражения C 1 :
еСА = СТ + еС/И
Сl '
ТС
С 1 = С/ С/ . (2.30)
е " e и
Подставив (2.30) в <2.29), получим выражение для текущей
частоты управляющеro сиrнала
f(t) = ln[f( еС/" еС/и) + е С / И ]. (2.31)
После несложных преобразований (2.31) может иметь вид
{(О == N + N1ln(t+N z ),
rде N, Nl и Nz коэффициенты, зависящие от частотных пара
метров и длительности управляющеro сиrнала, а также коэффи
циента поrлощения волн в земле.
Из приведенноro соотношения следует, что изменение часто
ты происходит по лоrарифмическому закону и потому такие
управляющие сиrналы получили название лоrарифмических. Они
довольно широко применяются и реализованы в различных систе
мах управления вибраторами.
63
Например, в блоке управления вибратора CB 10 180 применен
управляющий сиrнал
f(t) == {н + 4 ln (1 + т),
rде D и N параметры, изменяющие степень нелинейности
управляющеro сиrнала и выбираемые в пределах D > О, N 15.
В блоках управления фирмы "Texas Instruments" изменение
частоты сиrнала определяется соотношением [58]
f(t) == {н + и.. f н) 1 n ( t + 1 )
1 n ( Т+ 1 )
Фирма "Pelton" [58] использует несколько иной подход к
выбору нелинейных управляющих сиrналов. Нелинейный сиrнал
формируется путем изменения времени отработки одной октавы
линейноro управляющеro сиrнала, которая задается в децибе
лах. Число децибел указывает, во сколько раз больше или
меньше времени тратится на излучение второй, третьей и
четвертой октав по сравнению с длительностью первой, прини
маемой за единицу. Например, для нелинейноro управляющеro
сиrнала + 6 дБ на излучение второй, третьей и четвертой
октав тратится время, соответственно в 4, 16 и 64 раза боль
шее, чем на первую, а для сиrнала 6 дБ скорость изменения
частоты уменьшается соответственно в 2, 4 и 8 раз при coxpa
нении постоянной времени излучения каждой октавы. Значения.
времен излучения каждой октавы в пределах от +15 до 15 дБ
приводятся в специальной таблице. По своим характеристикам
эти сиrналы близки к лоrарифмическим [58].
Степенные управляющие сиrналы
Наряду с лоrарифмическими сиrналами в ряде систем реали
зованы степенные управляющие сиrналы, которые определяются
уравнением
t п
fШ == f + R
н тп
rде R коэффициент, зависящий от параметров управляющеro
сиrнала; п показатель степени, .определяющий закон измене-
ния частоты, который может принимать значения как большие,
так и меньшие единицы, при п == 1 нелинейный сиrнал трансфор-
мируется в линейный. При п < 1 увеличивается время отработки
на высоких частотах, что ведет к их подъему, а при п > 1 -
на низких. Поэтому на практике чаще используются дробные
значения показателя п. Степенной управляющий сиrнал, реали
зованный в вибраторе CB-5 150M2:
fШ = f + t п .
н тп
64
Показатель степени изменяется в пределах 0,3 п 3.
Следует отметить, что при крайних значениях п происходит
очень резкое нарастание или уменьшение времен разверток на
низких и высоких частотах, поэтому их использование нежела
тельно.
Кусочно непрерывные (cerMeHTHble) управляющие сиrналы
Рассмотренные выше управляющие сиrналы MOryT быть OTHe
сены к разряду функциональных, поскольку изменения частоты
происходят по определенному назначенному закону. Однако
имеющиеся данные по спектральному составу волн в ближней и
дальней от вибратора зонах показывают, что изменения ампли
туд различных частотных составляющих волн происходят, как
правило, по весьма сложным законам, не укладывающимся в
рамки изменений частоты, определяемых простыми зависимо
стями. Более детальный учет особенностей спектральных харак-
теристик реrистрируемых волн может быть реализован на основе
представления управляющеro сиrнала в виде последовательности
линейных участков, у каждоro из которых свой закон изменения
частоты. В точках излома, называемых узловыми, задаются
амплитуда и частота. В пределах выделенных участков измене
ние скорости происходит по линейному закону, определяемому
оператором. Пример формирования кусочно непрерывноro нели
нейноro сиrнала показан на рис. 16.
Практическая реализация таких сиrналов возможна различ-
ными способами. В отечественной системе управления сейсми-
ческими вибраторами (YCB 1) "сиrнал" делится на 10 узловых
точек и в каждой задаются значения частоты и времени развер
ток, которые вводятся в память устройства через пульт упра-
вления. После этоro устройство само рассчитывает закон изме-
нения частоты и reнерирует сиrнал для управления работой
вибратора. В некоторых друrих системах число узловых точек
увеличено до 16, что позволяет более дробно расчленить упра-
а
F, rц
80
о
р
D
2
8 t,c
о 20 '10 60 80 f', rц
Рис. 16. Кусочио непрерывный нелинейиый сиrнал (а) и
cro спектр (6)
s ЗаКаз N2 2202
65
вляющий сиrнал. Опыт применения кусочно непрерывных сиrналов
показал, что они удобны в эксплуатации и позволяют весьма
rибко управлять параметрами сиrнала. Кроме тoro, они оказа
лись удобными для применения в системе "Вибкор", в которой
реализована автоматическая коррекция параметров управляющих
сиrналов.
2.4.2.3. Амплитудно модулированные сиrналы
Определенные возможности по изменению спектральноro
состава возбуждаемых и реrистрируемых волн связаны с исполь
зованием управляющих сиrналов, у которых амплитуда меняется
по определенному закону, так называемые амплитудно модули
рованные сиrналы. Особенность их заключается в том, что
следствием модуляции амплитуды является расширение спектра
сиrнала за счет образования комбинационных частот. Простей
шим амплитудно модулированным сиrналом является ЛЧМ сиrнал,
у KOTOporo амплитуда промодулирована rармонической косину
соидальной функцией вида
A(t) [1 (cos 2пf м t + l)]п,
rде {м и k частота и rлубина модуляции; t текущее время;
п показатель степени, определяющий остроту OCHOBHOro MaK
симума ФАК.
Выбирая значения этих параметров, можно реализовать раз
личные формы оrибающей, что позволяет снизить уровень Koppe
ляционных шумов, повысить среднюю частоту возбуждаемых волн
и др. Определенным преимуществом амплитудно модулированных
сиrналов является ТО, что они позволяют применять довольно
узкие по частоте управляющие сиrналы, полоса которых расши
ряется за счет модуляции амплитуд. Это облеrчает условия
эксплуатации вибраторов, что в ряде случаев может иметь
значение. Один из модельных примеров, иллюстрирующий возмож
ности амплитудной модуляции, приведен на рис. 17. На нем
приведены ФАК и спектры линейных (трассы 7 и 9) амплитудно
модулированных сиrналов, имеющих полосы частот 14 50, 18
50 и 20 50 rц и частоты модуляции 8 и 10 rц (трассы 1 6).
Обращает на себя внимание расширение спектра модулированных
сиrналов и соответственно пониженный уровень корреляционноro
фона. Частота OCHOBHOro максимума фАК не изменилась в связи
с тем, что центральная частота спектра сиrналов осталась на
месте. Повышение разрешенности сиrналов достиrается за счет
выбора низкочастотной модуляции, у которой частота является
величиной обратной длительности сиrнала. В этом случае
модуляция производится таким образом, чтобы со временем
развертки амплитуда управляющеro сиrнала увеличивалась и
достиrала максимума в конце развертки. Результаты применения
таких управляющих сиrналов оказались неплохими, они имеют
66
I 11111
20-5
, , 18 50
",
1'1!50 '
1
" , 'z0 .5d
, '
, , 'B!SO'
I
"If 50'
l'
,
2P;fQ
, 18
. , ('l!50
,
. I 11111
а
о
9
6
7
6
5
'+
J
2
100
200
JOO
'НJO
'+00
о 100 200 JOO
5
9
8
7
6
5
'+
3
2
500
600мс
{"," IOru,
(",= 10 ru,
(",= 'orи,
(",=8 ru,
(",=8 ru,
f",..8ru,
500
БОа
20-58
18 50
(If 50
20 SO fM: fOru,
1B SO {м= 10 ru,
('f 50 fM=foru,
20 50 ("1"8 ru,
18 50 (M=8ru,
flf JO f м "Ни,
т=О,9
п =1,0
Рис. 17. Фуilкции автокорреляции (а) и спепры (6) амплнтудно-моду-
лированных сиrналов
5*
1 5 +Ф
A L J, .+ ; ;
...
I . 4
J. r : .:t. :. 1
":.. I
tJ .1. t
.t. 1
I 1 .
[. I t.
. 4
+ 1
1 t
I + I I
о 20 Ij{} 50 80 tШJ." ru, о,ч o,z О o,Z о,ч t,c
Рис. 18. Спектры (а) и функции автокорреJlJIЦИИ (6) нелинейнblX сиrналов
определенные перспективы в тех случаях, коrда достаточен
уровень возбуждаемых колебаний. Обусловлено это тем, что при
модуляции управляющеro сиrнала происходит уменьшение ампли
туд, что может отрицательно сказаться на интенсивности реrи
стрируемых волн. В силу этих причин, а также необходимости
создания специальноro оборудования амплитудно модулированные
сиrналы широкоro применения пока не получили.
Особенностью квазиrармонических сиrналов является то, что
сами сиrналы и их корреляционные функции связаны между собой
определенными функциональными зависимостями. В силу этоro
изменение спектра сиrнала ведет к трансформации ero Koppe
ляционной функции. Это свойство необходимо учитывать при
использовании нелинейных сиrналов. Так, подъем высоких
частот приводит к увеличению частоты осцилляции aBTOKoppe
68
. ляционной функции И наоборот. Некоторые примеры спектральных
характеристик Сиrналов и их ФАК приведены на рис. 18 [62]. В
ряде случаев эти эффекты MOryT быть нежелательны. Однако
плавных подъемов в сторону высоких частот не следует опа
саться в связи С тем, что фильтрующее действие среды во всех
случаях будет нивелировать уровень высокочастотных COCTa
вляющих отражений и осцилляции корреляционных функций будут
в пределах допустимых. Следует избеrать резких амплитудных
аномалий в узкой полосе частот (см. рис. 18), которые
приведут к нежелательному звону корреляционных функций и к
ухудшению качества материалов. I
В данном разделе были рассмотрены основные модификации
квазиrармонических сиrналов. Наряду с ними предложен и опро
бован еще целый ряд управляющих сиrналов, которые обладают
определенными возможностями. Однако они не получили широкоro
применения и перспективы их использования не ясны, потому
что не очевидны их преимущества, и они требуют создания
специальной аппаратуры.
2.4.2.4. Монохроматические (rармонические) сиrналы
Идея о применении монохроматических сиrналов в сейсмо
разведке высказывалась неоднократно. Она привлекает относи
тельной простотой реализации, возможностью выбора частоты
возбуждаемых колебаний, исходя из условий наилучшей разре
шенности волн, оптимизации параметров rруппирования и усло
вий работы вибратора. Однако реализация таких сиrналов счи
талась невозможной из за TOro, что не ясно было, как можно
сжать зареrиСТРИро,ванные сиrналы и свести их к коротким
импульсам, соответствующим реrулярным волнам. Однако такой
способ сжатия колебаний, возбуждаемых rармоническим излуча
телем, был предложен [1 О], он основывается на нахождении
интеrрала от синусоидальной функции
(+nт/2
Е = J [а sin(cиt + q»]2dt,
t
или
(+nт/2
А = J [а sin (cиt + q»] dt, (2.32)
t
rде а, Т, си - амплитуда, период и частота rармоническоro
сиrнала; п число периодов сиrнала.
В (2.32) Е *- О при любом п, а А = О при п четном, А *- О
при п нечетном.
Суть предложенноro способа заключается в следующем. Если
в пункт приема приходит "чистая" неинтерференционная волна,
69
то интеrралы (2.32) будут или постоянными, или равны нулю. В
результате сейсмической записи не будет. В реальных условиях
имеет место интерференция различных волн, в том числе и
отраженных, что будет приводить к дереryляризации данных.'
В результате в зонах интерференции волн интеrралы ( .32)
будут переменными величинами, отличными от нуля, и появятся
сейсмические записи, превалирующие частоты которых будут
определяться исходной частотой управляющеro сиrнала. Способ
реализуется путем последовательноro нахождения одноro из
вышеуказанных интеrралов через промежутки времени, равные
выбранному интервалу дискретизации. Вычисленная величина
представляет собой одно значение сейсмической записи. И так
находятся все точки сейсмоrраммы, Т.е. операция нахождения
интеrpала является аналоroм корреляции в обычной модификации
метода "Вибросейс" . Выполненные модельные исследования и
первые полевые эксперименты дали обнадеживающие, неплохие
результаты [10].
По сравнению с нестандартными управляющими сиrналами,
сиrналы монохроматические имеют следующие достоинства и
недостатки. К первым относится простота реализации, облеrче
ние условий эксплуатации вибраторов, возможный выбор опти
мальных частот возбуждаемых колебаний. Ко вторым суще
ственно более низкая помехоустойчивость способа по Hepery
лярным помехам, которая определяется интервалом дискрети
зации и числом периодов при вычислении интеrралов, необхо
димость создания специальной аппаратуры и возможное усложне
ние методики работ.
Объем работ, выполненный с использованием монохромати
ческих сиrналов пока невелик и особенности способа, как
положительные, так и отрицательные, не установлены. Оче
видно, что перспективы ero развития во MHOroM будут опреде
ляться результатами опробования в различных условиях.
Таким образом, управляющие сиrналы на основе синусоидаль
ных колебаний представлены большой rpуппой модификаций,
которые непрерывно развиваются и совершенствуются. По cpaB
нению с друrими сиrналами основное их достоинство заключает
ся в относительной простоте реализации и в принципиальной
возможности управления спектрами возбуждаемых и реrистри
руемых волн.
Блаroдаря этому они нашли наибольшее применение в вибра
ционной сейсморазведке. Тем не менее это не единственные
управляющие сиrналы. Наряду с ЧМ сиrналами используются
кодовые последовательности импульсов, основные разновидности
которых рассмотрены далее.
2.4.3. УПРАВЛЯЮЩИЕ сиrНАЛЫ НА ОСНОВЕ ИМПУЛЬСНЫХ
КОДОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ
в практике сейсморазведочных работ определенное приме
нение получили управляющие сиrналы, которые представляют
собой последовательность коротких импульсов равной ампли
туды, следующих друr за друroм через различные или постоян
ные промежутки времени. Интервал следования импульсов суще
ственно меньше периодов применяемых в сейсморазведке волн,
что приводит К тому, ЧТО точки среды совершают сложные
интерференционные колебания и на полевых записях невозможно
выделить импульсы, соответствующие определенным rраницам
раздела. Чтобы упростить волновую картину и сжать сиrналы,
используют корреляционную обработку материалов, реализуемую
в двух модификациях. это или нахождение корреляционноro
интеrрала, или суммирование данных с временными сдвиrами,
которое применительно к последовательностям импульсов иден
тично первому [5, 24]. В качестве управляющеro сиrнала
используется функция кода временное положение импульсов,
при котором отличные от нуля значения имеют только те точки,
которые соответствуют положению импульсов на оси времени.
Аналоrичное суммирование ведется с временными сдвиraми заре
rистрированной трассы, равными интервалам между импульсами.
По способу выделения волн на первичных записях KOДO
импульсное возбуждение эквивалентно вибрационному, так как
трассы после корреляции представляют собой распределение
коэффициентов корреляции в функции временных СДвиroв между
зареrистрированныии колебаниями и функцией кода импульсной
последовательности. Поэтому сейсморазведка на основе импуль
сных последовательностей получила еще название вибрационной
сейсморазведки дискретноro действия. Первичные записи до
корреляции называются виброrраммами, а после корреляции
коррелоrраммами. Тем не менее между этими двумя модифика
циями вибрационной сейсморазведки имеется одно принципиаль
ное различие. Оно заключается в том, что при вибрационном
возбуждении точки среды совершают вынужденные колебания, а
при кодоимпульсном собственные, параметры которых, и в
первую очередь преобладающие частоты, определяются физиче
скими свойствами пород в точках работы источника и величиной
действующей на среду силы или импульса силы. Частота коле
баний практически не зависит от функции кода и длительности
импульсов. На ранних этапах развития импульсноro возбуждения
были определенные надежды на то, что можно будет изменять
частоту возбуждаемых волн, варьируя длительностью импульса.
Но практика и теоретические проработки [43] показали, что
частота колебаний остается постоянной для импульсов, значи
тельно отличающихся друr от друrа по длительности, Т.е. при
работах с кодовыми последовательностями мы лишены возмож
ности активно воздействовать на частоты возбуждаемых и реrи
71
стрируемых волн. И в этом кодоимпульсное возбуждение YCTY
пает вибрационному. Определенное повышение частоты реrистри
руемых волн при работах с кодоимпульсными источниками обу
словлено тем, что интенсивность ero одиночноro воздействия
невелика и она существенно меньше, чем у чисто импульсноro
излучателя. Вследствие этоro уменьшается присоединенная
масса и повышается собственная частота системы излучатель
rpYHT.
Вибротрасса в предположении наличия только отраженных
волн при дискретном возбуждении записывается следующим обра
зом [5]:
ущ a...(t)*K(t)*h(t)*F(t)+n(t),
rде а... форма волны от единичноro воздействия излучателя;
K(t) функция кода; h(t) импульсная реакция среды
распределение во времени коэффициентов отражений (отклик
среды); F(t) оператор фильтра земли; n(t) аддитивные
помехи; * знак свертки.
Обработка виброrрамм производится на основе нахождения
степени сходства посылаемых в среду и зареrистрированных
сиrналов путем вычисления корреляционноro интеrрала. В pe
зультате корреляции происходит временное сжатие колебаний и
виброrраммы преобразуются в импульсные сейсмоrраммы Koppe
лоrраммы. Соответственно модель корреляционной трассы описы
вается выражением
R(t) =: a...(t)*K(t)*KH)*h(t)*F(t)+n(t)*KH) =:
= а... (t) *Т k (t) *h(t) *F(t)+n* K(t),
rде r k (t) автокорреляционная функция последовательности.
Полученное выражение аналоrично тому, которое xapaKTe
ризует прокоррелированную трассу в вибрационной сейсмораз
ведке. Различаются они величинами a...(t) и rk(t).
В свете полученноro выражения рассмотрим особенности ФАК
кодоимпульсной трассы. Нормированное значение функции aBТO
корреляции выражается соотношением
1 N
r k (t) = N r а а (2.33)
n m+l n n т'
rде а амплитуда импульсов последовательностей; N число
импульсов последовательности; n номер импульса последо
вательности; т номер текущеro значения автокорреляционной
функции, который изменяется от О до N.
Значения 'k(t) образуют не непрерывную, а дискретную, так
называемую решетчатую [4) функцию, ненулевые значения KOТO
рой следуют через определенные промежутки времени, зависящие
от интервала следования импульсов в последовательности.
Автокорреляционная функция <2.33) имеет основной максимум и
области побочных или корреляционных максимумов, которые
72
примыкают к ней. При нулевом сдвиre между последовательно
стями наблюдается самое большое значение ФАК, уменьшающееся
по мере увеличения смещения функций друr относительно друт.
Уровень побочных максимумов определяется характером кодовой
последовательности и здесь имеет место аналоrия с вибраци
он ной сейсморазведкой на ЧМ-сиrналах. Анализ показал, что
спектр кода представляет собой фактически равномерную
функцию в весьма широкой полосе частот, слабо зависящей от
параметров кодовой последовательности. Следовательно" форма
вОЛНЫ на коррелоrраммах во MHOroM определяется начальным
импульсом и ero искажениями в процессе распространения в
земле и мало зависит от спектра функции кода последователь
ности. Поэтому разрешающая способность сейсморазведки с
применением {(одовых последовательностей в большей степени
определяется формой возбуждаемоro сиrнала, а динамический
диапазон уровнем побочных максимумов ФАК.
2.4.3.1. Однополярные кодовые последовательности
Наибольшее применение в невзрывной сейсморазведке полу
чили кодовые посылки, представляющие собой последователь-
ности импульсов одноro знака, следующие друr за друroм через
разные промежутки времени. Такие последовательности получили
название однополярных. Последовательность импульсов может
быть представлена в виде [4]
{а п ) = а l , а 2 , ..., а п ,
rде a i амплитуды прикладываемых к поверхности импульсов. В
общем случае величины а. MorYT быть постоянными и перемен
1
ными, но чаще Bcero предполаrается, что a i = const, хотя
экспериментальные работы показывают, что это условие выпол
няется не всеrда [24].
Промежуток времени т. между импульсами определяется
1
соотношением
T i = p(t)l.o,
rде То начальный, минимальный временный интервал; рЩ
переменная величина, определяемая временным законом следо
. вания импульсов в посылке.
Практическое применение получили последовательности, у
которых частота или период следования импульсов подчинены
или случайному закону, или линейно увеличиваются (умсньшают
ся) во времени [24]. В соответствии с этим рЩ представляет
собой или комбинацию случайных чисел, или числовые ряды с
ВОзрастающими или убывающими членами. В общем виде ее можно
рассматривать как временную последовательность элементы KO
Торой принимают значения 1 или О и следуют через одинаковые
73
а
импульс
5
спектры
6
,Ц=5-15
1
ФВК
151
5 2S
5 З5
2
5-ЦО
30
2
50 fJU,
10
20
промежутки времени. Например, [aпl... 101001000100001.
Общая длительность таких последовательностей Т (п I)To,
rде п общее число символов в посылке, То средний BpeMeH
ной интервал между импульсами. На практике п достаточно
велико, вследствие чеro длительности посылок превышают Bpe
мена прихода волн, отраженных от самых rлубоких разведы
ваемых roризонтов, и в результате виброrраммы, как отмеча
74
10 'IO
2
15 чО
1
2.
2.5 ЧО
2
JО ЧО
10
2
20
30
50 f, rи,
Рис. 19. Исходный сиrнал и функции взаимной корреляции ero с кодовыми
последовательностями, имеющими различные начальные и конечные частоты.
Форма сиrнала (а) и ero спектры (6); ФВК (в); спектры кодов (/) и ФВК
сиrнала с последовательностями (2); пара метром является полоса частот
последовательности
лось ранее, носят сложный, неразрешенный характер, на них,
как правило, реrулярные отраженные волны выделить практи
чески невозможно.
Автокорреляционные функции однополярных кодовых после
довательностсй представляют собой решетчатую функцию с
основным и побочными максимумами. Максимальное значение ФАК
определяется числом импульсов в посылке и при а const
равно па, Т.е. в п раз увеличивается интенсивность реrуляр
ных волн. При этом помеха со случайным распределением фаз
возрастет в vп, что определяет выиrрыш в отношении
сиrнал/помеха.
Разрешающая способность определяется формой возбуждаемых
колебаний и мало зависит от функции кода последовательно
7S
стей. Для более точной оценки влияния параметров кодовоro
управляющеro сиrнала на спектральный состав возбуждаемых
волн были выполнены специальные модельные исследования,
которые предусматривали следующее. Выбиралея исходный
сиrнал, который сворачивался с различными кодовыми последо
вательностями, имеющими различные начальные и конечные
частоты, а также интервал их изменения. Длительность после
довательностей выбиралась постоянной (6 с) , а в качестве
начальноro сиrнала брали импульс Берлаre со средней частотой
30 rц и реальный сиrнал, зареrистрированный от кодоимпуль
CHOro источника на задернованном rpYHTe. Затем для получен
ных временных последовательностей вычислялись функции взаим
ной корреляции и по ним определялись формы корреляционных
импульсов и их спектры. При оценке полученных результатов
анализировались: исходный сиrнал и ero спектр, спектры кодов
сиrналов, а также центральные взаимно корреляционные импуль
сы и их спектры. На рис. 19 приведены результаты счета для
последовательностей с меняющимися начальными и конечными
частотами для импульса с максимумом спектра на частоте
30 rц. Из приведенных данных следует, что основное влияние
на спектральный состав максимума ФАК оказывает частотный
'состав исходноro сиrнала. Спектр последовательностей оказы
вается практически равномерным с некоторым подъемом в пре
делах частотноro диапазона развертки и практическоro влияния
на спектральный состав максимума ФВК не оказывает. Поэтому,
в отличие от квазиrармоническоro вибрационноro возбуждения,
между параметрами кодовой посылки и возбуждаемым сиrналом
нет прямой зависимости, что ИСКЛЮ'Jает возможность управления
спектральным составом rенерируемых волн.
Полученные результаты сводятся к следующим основным поло
жениям, общим для всех модификаций кодоимпульсных сиrналов.
1. Спектр и форма возбуждаемых КОДОИ:мпульсным источником
колебаний зависят от спектра и формы единичноro воздействия.
2. Разрешающая способность кодоимпульсноro метода не Ha
ходится в прямой зависимости от частотноro диапазона.
3. Спектр кода имеет существенно большую ширину, чем
частотный диапазон кода, и характеризуется неравномерной
сложной формой.
4. Эффективная часть спектра корреляционных импульсов в
некоторой степени зависит от соотношения и взаимноro поло
жения на частотной оси спектров единичноro воздействия и
кода, и чем больше равномерная часть спектра кода совпадает
со спектром единичноro воздействия, тем спектр OCHOBHOro
максимума ФВК шире и импульс компактнее.
Побочные максимумы корреляционных функций однополярных
кодовых последовательностей определяют динамический диапазон
реrистрируемых сиrналов на коррелоrраммах. Их относительный
уровень характеризует возможность выделения слабых сиrналов
на фоне корреляционных помех от интенсивных реrулярных волн.
76
Вопросам анализа уровня помех корреляционноro преобразования
посвящено значительное число работ [4, 24], поэтому orpa
ничимся изложением основных результатов, имеющих практиче
ское для сейсморазведки значение.
В сейсморазведке применение получили последовательности с
большим числом импульсов (п 60 80). Такие последователь
ности характеризуются тем, что средний относительный уровень
помех корреляционноro преобразования может быть оценен вели
чиной 1/ Уn' Т.е. чем больше число элементов в последова
тельности, тем значительнее динамический диапазон и меньше
амплитуды побочных максимумов. По имеющимся оценкам [4, 5,
24] наилучшие по параметрам последовательности характери
зуются динамическим диапазоном D '= 30 40 дБ. Особенностью
однополярных последовательностей является то, что на опре
деленных временах интервала от OCHOBHOro максимума ФВК
наблюдаются области аномальноro увеличения помех преобразо
вания, зоны "вспучивания", в пределах которых r(t) > 1/ 'vtl.
Обусловлено это тем, что в процессе корреляции происходит
наложение откликов от следующих друr за друroм импульсов, в
результате относительный уровень побочных максимумов увели
чивается. Условие отсутствия наложения импульсов для OДHO
полярной последовательности с линейно изменяющимися интер-
валами между импульсами определяется соотношением [24]
2
t n < Т, (2.34)
rде п и Т число импульсов в последовательности и ее общая
длительность; t n длительность импульса.
И з (2.34) следует
п с.( 2T/t '
п
и для Т '= 6 с и t '= 0,005 с
п
п < .; 12/0,005 ' '= 1 2400 0 ,= 49.
Следовательно, для последовательностей с числом импульсов
меньше 50 не будет наблюдаться их наложения. Область начала
разрастания амплитуд промежуточных максимумов определяется
соотношением [24]
t p '= Т {тln (c 1) / (fmax fmln)'
rде fmin и [тах минимальная и максимальная частоты следо
вания импульсов; С кратность частот совмещенных интерва
лов, как правило, С '= 2.
Например, для последовательности с Т '= 6 с, [тах '= 40 rц
и {тln = 15 rц вспучивание будет наблюдаться, начиная с
времени
77
t p - 6.15/25 == 3,6 (с).
Варьируя параметрами последовательности, можно сместить
область вспучивания за рабочую полосу времен целевых OTpa
женных волн. Обобщая имеющиеся материалы и учитывая вышепри-
веденные оценки, можно утверждать, что в классе однополярных
кодовых последовательностей нет сиrналов, которые моrли бы
обеспечить уровень корреляционных шумов, меньший 1/ ..rn:
Таким образом, однополярные кодовые последовательности
имеют определенные оrpаничения по уровню корреляционных
шумов. Исходя из полученных соотношений, для достижения
динамическоro диапазона 40 дБ и более необходимы однополяр
ные последовательности с числом импульсов п 10000, что
естественно вызывает определенные трудности в практической
реализации столь длинных кодовых последовательностей и при
водит к большим затратам времени на их возбуждение.
Значительные перспективы расширения динамическоro диапа
зона вибрационной сейсморазведки за счет снижения уровня
корреляционных шумов открываются при использовании знакопе
ременных кодовых импульсных последовательностей (ЗКП) в
качестве управляющих сиrналов.
2.4.3.2. Знакопеременные кодовые последовательности
в настоящее время известно довольно большое число знако
переменных импульсных последовательностей С пониженным ypOB
нем' корреляционных шумов. Это М последовательности, коды
Баркера, составные дополнительные последовательности и др.
[4]. Наиболее перспективными для применения в сейсморазведке
являются дополнительные последовательности, которые в идеале
имеют нулевые корреляционные шумы и позволяют увеличить
динамический диапазон вибрационной сейсморазведки до уровня
импульсной [5].
Дополнительные последовательности состоят из двух серий
посылок одинаковой длины, у которых импульсы располаrаются
через равные промежутки времени и принимают значения + 1 или
1, Т.е. они являются эквидистантными последовательностями.
Распределение знаков импульсов в каждой серии таково, что
сумма их автокорреляционных функций равна нулю везде, кроме
т == о:
r(T) r(TO) == (
при Т о.
при е +1. +2.
rде r(T) и r(T) нормированные значения автокорреляционных
функций каждой из посылок, образующих составную последова-
тельность. Составные дополнительные последовательности
строятся таким образом, что число парных произведений им
пульсов из обеих серий посылок последовательноro и отрица
тельноro знаков должно быть одинаковым. Если первая серия
78
имеет вид {а} - 1, 1, то вторая должна быть {а} ... 1, 1.
n . n
При таком распределении положительных и отрицательных им
пульсов число парных произведений положительноro и отрица
тельноro знаков одинаково. Нетрудно показать, что значения
автоКОРРеляционных функций для этой простейшей последова
тельности будут равны соответственно 1, 2, 1 и l, 2, l, а
их нормированная сумма будет равна О, 2, О. Наращивание
дополнительных последовательностей производится на основе их
композиции [4] путем последовательноro присоединения к
первой серии второй. При этом в первой .строке новой серии
знаки не изменяются, а во второй выбираются на основе
равенства чисел парных произведений полож тельноro и отри:
цательноro знаков при условии, что в первои половине второи
серии распределение знаков взятО из первой серии предыдущей
последовательности. Например, составная последовательностЬ
на четыре импульса в каждой серии будет иметь вид
{а } 1
n
{а } == 1
n
1 1 1
1 1 1
Функция автокорреляции каждой серии и их нормированная
сумма:
r(T) == 1 О 1 4 1 О 1,
r(T) == 1 О 1 4 1 О 1,
r(T)+r(T) == О О О 4 О О О.
Таким образом, сумма автокорреляционных функций равна
нулю везде, кроме точки с нулевым сдвиroм. По такому прин
ципу MOryT быть построены последовательности на 8, 16, 32,
64 и т.Д. импульсов. Использование таких сиrналов paBHO
сильно rенерированию волн некоторой импульсной наrрузкой,
что и обеспечивает достижение динамическоro диапазона,
реализуемоro при импульсном возбуждении колебаний. В этом
сходство между двумя способами rенерирования волн, а разли
чие в том, что при импульсном возбуждении сиrналы являются
минимально фазовыми, при кодоимпульсном изначально нуль
фазовыми (после корреляции без учета искажения сиrналов), а
с учетом возможных искажений смешанно фазовыми. Форма
корреляционноro сиrнала в областях основных максимумов опре-
деляется собственными процессами, протекающими при передаче
наrрузок земле, и этот вопрос был рассмотрен ранее.
Необходимым условием достижения нулевых корреляционных
шумов является полная идентичность равенства сиrналов, воз
буждаемых положительными и отрицательными импульсами. Прак
тическая реализация составных, дополнительных последова
тельностей может быть двоякой. Первая связана с возбужде
нием положительных и отрицательных импульсов за счет прижима
ПЛиты излучателя массой транспортноro средства и ее раз
rрузки под действием развиваемых источником направленных
79
вверх сил. При этом необходима идентичность работы излуча
теля при создании разнонаправленных вертикальных наrрузок.
Их неидентичность приведет к возникновению корреляционных
помех. Расчеты показали, что при нарушении равенства ампли
туд разноro знака в отношениях 0,5:0,7 и 0,9 возникают
помехи, уровень которых относительно OCHOBHOro максимума
меняется соответственно от 7 до 1 %. Экспериментальные
работы с серийными и специально разработанными источниками
показали, что в реальных условиях достиrнуть точноro paBeH
ства амплитуд положительных и отрицательных импульсов прак
тически невозможно в силу ряда причин: различная реакция
rpYHTa на положительные и отрицательные импульсные наrрузки,
изменение физических свойств rpYHTa по профилю, неидентичная
работа излучателей и Т.д. Из за этоro не удавалось снизить
уровень корреляционных помех до 40 45 дБ.
В этой связи был предложен способ реализации дополни
тельных последовательностей, ориентированный на использо
вание импульсов только одноro знака (сжатия) и изменения
полярности сейсмостанции [40]. На каждом пункте возбуждение
колебаний производится в два приема. Сначала возбуждаются и
реrистрируются только положительные импульсы с пропуском
моментов времен, соответствующих положениям отрицательных
воздействий. Затем меняется полярность сейсмостанции и OTpa
батывается вторая серия посылок, соответствующая отрицатель
ным импульсам. Суммарная запись будет соответствовать полной
дополнительной последовательности, содержащей положительные
и отрицательные импульсы. Этот способ реализован на практике
и показал неnлохие результаты, несмотря на некоторое услож-
нение работ.
2.4.3.3. Псевдослучайные кодовые последовательности
Корреляционная обработка, основанная на определении cтe
пени сходства двух и более колебаний, позволяет использо
вать в целях сейсмической разведки целый ряд шумоподобных
сиrналов, reнерируемых промышленными установками, двиrате
лями и друrими механическими установками. Такие сиrналы,
приложенные к поверхности или к внутренним точкам земли,
создают сложное волновое поле, в котором после корреляцион
ной обработки MOryT быть вьщелены реrулярные составляющие,
соответствующие объемным волнам от rлубинных rраниц раздела.
По своей структуре псевдослучайные, шумоподобные сиrналы
характеризуются практически равномерным спектром в пределах
определенной полосы частот и различными значениями амплитуд,
определяемыми энерreтическими характеристиками источника
колебаний. Колебания, воздействующие на среду и зареrистри
рованные в течение заданноro времени, Принимаются в качестве
управляющих сиrналов для последующей корреляции. Длитель
80
ность их зависит от уровня возбуждаемых колебаний и должна
обеспечивать достаточную rлубину освещения разреза.
ВОЛНЫ, возбуждаемые шумоподобными источниками, принима
ются и реrистрируются сейсмостанцией, а затем обрабатываются
в обычном для "Вибросейса" порядке. Система наблюдений и
схема отработки в каждом конкретном случае определяются
расположением источника колебаний, ero особенностями, воз
можностями перемещения и друrими факторами.
В настоящее время известны практические примеры исполь
зования шумоподобных сиrналов в сейсморазведке.
Определенное применение получили работы с использованием
вращающеro буровоro долота в качестве источника сейсмических
колебаний [1, 59]. Идея и физические основы этоro способа
достаточно просты. Шарошечные и лопастные долота в процессе
бурения производят удары по забою, за счет перекатывания
зубчатых колес по породе или скалывания ее частиц, что и
приводит К возбуждению волн в среде. В принципе они создают
последовательности импульсов, частота следования которых
определяется частотой вращения инструмента, числом и раз
мерами зубчатых колес, твердостью пород и Т.д. Расчеты и
выполненные эксперименты показывают, что частота следования
импульсов лежит в сейсмическом диапазоне и может меняться от
единиц до сотен reрц. В общем случае. она в определенной cтe
пени стабильна и определяется режимом бурения. В работе [1]
предложено для получения более компактноro корреляционноro
импульса менять режим бурения, тем самым rенерируя последо
вательности импульсов с переменной частотой следования. Этот
временной ряд и принимается в качестве управляющеro сиrнала.
Однако имеются определенные трудности в ero реrистрации. Онц
связаны с тем, что практически невозможно передать на по
верхность электрические сиrналы от датчика, установленноro
непосредственно на буровом долоте. Поэтому необходимы аль
тернативы. Устанавливают датчик на вертлюre или роторе и ero
сиrналы принимают в качестве управляющих. Возможны и друrие
решения, но все они используют косвенные методы получения
управляющих сиrналов.
Корреляционные функции шумоподобных сиrналов имеют OCHOB
ные максимумы, соответствующие реryлярным волнам, и корре-
ляционные шумы, уровень которых определяется особенностями
_ исходных сиrналов. Имеются положительные результаты приме
нения буровоro долота в качестве источника сейсмических волн
в работах по обращенному ВСП. Перспективность этоro напра
вления не вызывает сомнений, так как оно позволяет получать
технолоrическую и rеолоrическую информацию в процессе буре
ния, что имеет важное значение при определении в простран
СТве положения забоя скважины, проrнозировании разреза на
rлубину и Т.д. В перспективе возможно создание автоматизи
рованных установок, обеспечивающих текущую обработку и
интерпретацию получаемых данных на месте проведения работ.
6 Заказ Nl22U2
81
Друrим примером использования шумоподобных сиrналов в
сейсморазведке является возбуждение колебаний вращающимся
винтом судна. В обычной практике стремятся уменьшить шумы,
а в этом случае стоит обратная задача, которая может быть
решена созданием винта специальной фоРМЫ, способствующей
возникновению кавитационноro эффекта в жидкости. Образую
щиеся при кавитации пузырьки воздуха создают последователь
ности импульсов, которые rенерируют волны давления в жид
кости, а затем и в среде. Эксперименты показали, что возбуж
даемые колебания характеризуются заметной интенсивностью и
значительной полосой частот в пределах сейсмическоro диа-
пазона.
Возможны и друrие способы использования шумоподобных
сиrналов, связанные с реrистрацией волн от roрнодобывающих
машцн в штольнях и скважинах. Во всех случаях принцип OCTa
ется единым: реrистрируются исходные и распространяющиеся в
земле колебания и проводится их корреляционная обработка,
позволяющая выделить реryлярные компоненты поля, обусловлен
ные объемными волнами, среди которых MOryT быть устойчивые
отражения от rраниц раздела, представляющих разведочный
интерес. В этой связи определенные возможности MOryT иметь и
нереryлярные колебания, связанные с микросейсмами и друrими
нестационарными естественными полями.
В заключение рассмотрим одну из реализаций псевдослу
чайных управляющих сиrналов, которая нашла применение при
работах вблизи зданий и сооружений.
Особенностью работ на ЛЧМ сиrналах является то, что на
частотах 20 30 rц наблюдаются резонанс в системе вибратор
rpYHT и связанное с ним резкое увеличение интенсивности
поверхностных волн, которое может приводить к повреждению
близлежащих построек и подземных коммуникаций. Для их предо
твращения необходимо снизить уровень вибрации на этих часто
тах и увеличить время их про хождения.
С этой целью было предложено [11] использовать псевдо
случайные управляющие сиrналы, которые, имея спектр частот
но модулированных сиrналов, отличались бы от них HepaBHOMep
ным распределением амплитуд и быстрым прохождением области
резонанса.
Псевдослучайный сиrнал моделируется следующим образом.
Берется случайная знаковая последовательность определенной
длительности со значениями амплитуд +1 и l и свертывается с
нуль фазовым сиrналом заданноro спектра. В результате во
временной области получается колебание снеравномерным
распределением амплитуд, которое и используют в качестве
управляющеro сиrнала. В частотной области спектр результи
рующеro сиrнала будет совпадать со спектром моду лирующеro
нуль фазовоro сиrнала, так как спектр знаковой последова
тельности близок к равномерному.
Псевдослучайные кодовые последовательности на основе
82
знакопеременноro ряда в небольшом объеме были опробованы с
использованием импортноro оборудования. Автокорреляционные
функции этих и ЛЧМ сиrналов аналоrичны друr друry. Основное
различие заключается в том, что корреляционные шумы у
псевдослучайных сиrналов больше, чем у ЛЧМ сиrналов, и наблю
даются области их разрастания на определенных временных
сдвиrах по аналоrии с вышерассмотренными кодовыми последо
вательностями. Это вполне закономерно, так как в основе
псевдослучайноro сиrнала лежит случайная кодовая последова
тельность. Повышенный уровень корреляционных помех проявился
также на полевых записях, на которых выделяются наклонные
оси синфазностей, обусловленные, очевидно, шумами корреляции
от интенсивных волн, прослеживаемых в первых вступлениях.
Спектры прямой и npеломленных волн практически идентичны
друr друry, а спектры управляющих сиrнaлов подобны. Спектр
псевдослучайной последовательности характеризуется наличием
выбросов и большей неравномерностью по сравнению со спектром
ЛЧМ сиrнала.
В отечественной практике эти сиrналы пока применения не
получили. Зарубежные фирмы с вниманием отнеслись к этой
методике. Фирмы "Sersel" и "Реltоп" внесли в свои блоки
управления вибраторами режим работы с псевдослучайными
последовательностями. По имеющимся зарубежным публикациям их
использование связывают с проведением работ в roродах и про
мыmленных зонах. Так, в работе [54] указывается на то, что с
применением псевдослучайных последовательностей были полу
чены материалы, идентичные таковым со стандартными частотно
модулированными сиrналами. При этом указывается, что исполь
зование этой модификации управляющих сиrналов позволяет в
культурных зонах rенерировать больше низкочастотных коле
баний, чем использование линейных сиrналов при том же уровне
вибрации.
3. ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НАЗЕМНОЙ
НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ
Широкое внедрение наземной невзрывной сейсморазведки пот
ребовало создания специализированноro оборудования и аппара
туры для возбуждения и реrистрации колебаний, а также обра
ботки получаемых данных. В комплекс технических средств Ha
земной невзрывной сейсморазведки входят источники упру
rих колебаний, реrистрирующая аппаратура, оснащенная сис
темами для синхронноro накопления (накопители) и корреля
ционной обработки (корреляторы) сиrналов, а также специаль
6*
83
ные устройства для управления и контроля за работой источ
ников, включая запись на маrнитную ленту управляющеro сиr--
нала. Принцип действия и технические характеристики отечест
венных и зарубежных источников для невзрывноro возбуждения
колебаний, а также специализированной аппаратуры для их
управления и контроля и реrистрации колебаний достаточно
подробно изложены в ряде последних публикаций [31, 51] .
Поэтому далее приведены лишь основные сведения по техниче
ским средствам наземной невзрывной сейсморазведки.
Представляют интерес также вопросы приема колебаний в He
взрывной сейсморазведке, которые в общем виде рассмотрены
в конце данноro раздела.
3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТАНОВКАХ ДЛЯ
НЕвзРывноrо ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ
В практике наземной не взрывной сейсморазведки промышлен
ное применение получила целая raMMa излучателей, различаю
щихся характером возбуждаемых колебаний, видом преобразуемой
в механические воздействия на rpYHT энерrии, принципом
действия, энерrетическими параметрами, а также некоторыми
друrиМИ эксплуатационными характеристиками (диапазон рабочих
температур, транспортные базы и др.). Для всех наземных
источников общим является то, что развиваемые наrpузки при
кладываются непосредственно к поверхности земли. В последнее
время появились скважинные невзрывные источники, обеспечи
вающие возбуждение колебаний под зоной малых скоростей без
использования зарядов конденсированных взрывчатых веществ.
Классификация отечественных наземных невзрывных источни
ков приведена в табл. 4. В нее не вошли скважинные невзрыв
ные источники, поскольку они характеризуются существенно
меньшими энерreтическими параметрами, чем наземные, и отли
чаются от них конструкцией и принципом действия. Тем не Me
нее скважинные источники по силовым параметрам MOryT быть
условно отнесены к установкам четвертой и частично третьей
rрупп.
В соответствии с принятой классификацией источники под-
разделяются на ТИПЫ, rруппы и модификации.
Тип излучателя определяет характер передаваемых rpYHTY
наrрузок, по нему установки делятся на импульсные и вибра
ционные. Импульсные источники развивают и передают rpYHTY
кратковременные наrрузки, продолжительность которых меньше
периода возбуждаемых колебаний. Вибрационные источники reHe
рируют переменные наrрузки, общая длительность которых cy
щественно больше временной rлубины разведки. Они подразде
ляются на два подтипа: источники непрерывноro и дискретноro
действия. Первые возбуждают квазиrармонические наrрузки
плавно меняющейся частоты, вторые последовательности импу
84
Таблица 4
Тип источника
Модификация по принципу Модификация по направ
действия лению воздействия
Вибрационный Первая IИдравлический, механи Вертикальное,
ческий (эксцентриковый) roРИ30нтальное
Вторая I'идpaвлический Вертикальное
Вибрациоиный Вторая Электроиндукционный Вертикальное,
дискретноro roРИ30нтальное
действия
Импульсный Первая Пневматический (raзо Вертикальное
динамический) ,
механический
Вторая Пневматический, Вертикальное,
электродинамический roРИ30нтальное,
наклонное
Третья Пневматический, Вертикальное,
электродинамический roРИЗ0НТальное
Четвер Пневматический, Вертикальное,
тая механический, roРИЗ0НТальное
электродинамический
льсов, следующих друr за друroм через равные или одинаковые
промежутки времени. Это так называемые кодоимпульсные или
виброимпу льсные источники.
rруппа излучателя характеризует ero силовые или энерreти
ческие параметры, Т.е. интенсивность возбуждаемых колебаний.
При этом импульсные источники характеризуются расчетной
энерrией воздействия или импульсом силы, а вибрационные
силой воздействия на rpYHT. По этим параметрам источники дe
лятся на четыре rруппы, от более к менее мощным: первая,
вторая, третья и четвертая для освещения rлубин COOTBeTCТ
венно до 5 7, 3 5, 2 км и менее 2 км. Последние нашли при
менение в малоrлубинной сейсмике при работах на твердые по
лезные ископаемые, воду и инженерно rеолоrических изыска
ниях.
Модификация излучателя определяет направление воздействий
и вид преобразуемой энерrии (принцип дейс.твия). В зависимос
ти от напраWIения приложения наrрузок и типов возбуждаемых
волн параметрический ряд определяет тип модификации источни
ков: источники вертикальноro (В), roризонтальноro (О и KOM
бинированноro (К) действий, соответственно для возбуждения
продольных, поперечных и одновременно тех и друrих волн.
По виду преобразуемой энерrии и принципу действия источ
ники делятся на механические, rидравлические (электроrид
равлические), пневматические (rазодинамические) и электри
ческие.
Механические источники это, при импульсном возбуждении,
установки, использующие энерrию падающеro rруза (в том числе
молотка), а при вибрационном излучатели, в которых вращаю
85
щиеся неуравновешенные массы (эксцентриковые, дебалансные
двиrатели) создают вертикально и roризонтально направленные
силы, прикладываемые к поверхности земли.
rидравлические источники это вибрационные излучатели, в
которых используется энерrия жидкости, поступающей в рабочие
полости цилиндра с порmнем под переменным по величине и нап
равлению давлением.
Пневматические (rазодинамические) источники импульсные
установки, в которых используется энерrия сжатоro воздуха
или детонаций roрючей смеси пропан кислород, бензин
кислород.
Электрические источники это импульсные или кодоимпульс
ные установки, в которых запасенная в конденсаторах энерrия
преобразуется в редкие единичные или частые удары, воздейст
вующие на среду. По способу преобразования энерrии электри
чески е источники подразделяются на электродинамические,
электромаrнитные и электроиндукционные.
В электродинамических источниках (импульсных) преобразо
вание электрической энерrии в механическую происходит при
взаимодействии токов в обмотках ротора и статора, которые
MOryT иметь цилиндрическую или плоскую форму.
В электромаrнитных источниках механические силы возникают
при взаимодействии маrнитноro поля тока обмотки с ферромаr--
нитным телом. В электроиндукционных источниках (кодоим
пульсные излучатели) механические силы инициируются при
взаимодействии маrнитноro поля обмотки возбуждения с током,
индуцированным в короткозамкнутом контуре. Существуют еще
электроrидравлические скважинные источники, основанные на
энерrии разряда тока в жидкости, в результате KOТOporo соз
дается короткий, но весьма интенсивный импульс давления,
который через раствор, заполняющий скважину, передается
окружающей среде.
Эффективность работы невзрывноro источника определяется
ero сейсмическими и эксплуатационными характеристиками.
Основные из них следующие.
Синхронность воздействий
Под синхронностью понимается разброс времени между пода
чей электрическоro импульса на работу, записываемоro на Mar--
нитоноситель станции и передаваемоro на источник, и воз
действием на rpYHT. Разброс времени определяет возможность
работы излучателя в режиме синхронноro накопления воздейст
вий, и он должен находиться в обратном соотношении с макси
мальной частотой возбуждаемых колебаний. Чем выше частота,
тем меньше допустимый разброс времен воздействий, действие
ero в принципе аналоrично работе фильтра с заданной верхней
частотой среза. Например, для волн с максимумом спектра 20-
35 rц (наибольшая частота . 70 rц) разброс времени до :t2 мс
может считаться приемлемым, а для частоты 60 65 rц (макси
86
мальная частота ""13О rц) будет уже недостаточным. Большин
ство типов И модификаций источников обеспечивает необходимую
синхронизацию воздействий и работу в режиме их синхронноro
накопления. Исключение составляют импульсные механические
источники, синхронизация воздействий КОТОрЫХ осуществляется
путем работы станции в ждущем режиме и запуском ее от MO
мента производства удара, Т.е. наоборот по сравнению с рабо
той друrих источников.
Повторяемость воздействий
Под этим параметром понимается идентичность по форме
волн, возбуждаемых при последовательных воздействиях на каж
дом пункте возбуждения. Сохранение формы записи колебаний
также необходимо для эффективноro накопления .сиrналов. Иден
тичность их зависит от ряда факторов, в том числе и не зави
симых от экспериментатора. Но конструкция излучателя и выб
ранная методика работ должны обеспечить выполнение этоro
требования. Исключения MOryT встретиться при повторных уда-
рах на очень мяrких rpYHTax. Torдa следует принять специаль-
ные меры, вплоть до минимальноro сокращения числа воздейст
вий в одной точке.
Частотный состав возбуждаемых волн
Под этим параметром понимается видимая частота или часто
та максимума спектра возбуждаемых волн. В среднем они наблю
даются в полосе частот от 20 22 до 30 35 rц и зависят от
конструкции и параметров излучателей, а также от поверхност
ных условий. Рацее отмечалось, что С умень ением энерrии
излучателя наблюдается увеличение резонанснои частоты коле
баний, что является следствием уменьшения присоединенноro
объема rpYHTa.
Интенсивность возбуждаемых колебаний
Под интенсивностью возбуждаемых колебаний понимаются Be
личины их амплитуд при одиночном воздействии импульсноro
излучателя или одной посылке вибрационной установки после
процедуры взаимной корреляции волн. Интенсивность является
важным параметром излучателя. Выполненные в разное время
сравнительные испытания источников позволили проранжировать
их по амплитудам возбуждаемых волн [52]. Следует отметить,
что за рубежом сравнительные испытания источников носят
весьма реryлярный характер [55]. У нас последние испытания
с весьма оrраниченным числом источников (rCK 6, ИКИ lО/
/40, сейсмодин 4 800 и вибраторы CB-5 150) были выполнены
в 1986 r.
87
Температурный диапазон и мобильность источника
Под этими характеристиками понимается возможность работЫ
источника в различных климатических условиях. Большие объемы
работ выполняются в УСЛОВИЯХ полноro или частичноro бездоро
жья и при низких отрицательных температурах. Поэтому все ти
пы и модификации невзрывных источников монтируются на
транспортных базах высокой проходимости, на которые yCTaHaB
ливают сам излучатель и необходимое вспомоrательное оборудо
вание, что обеспечивает полную автономность источника. Для
работы в северных районах используют специальные транспорт
ные средства ryсеничные, снеroбoлотоходы, обладающие
сверхвысокой проходимостью и низким удельным давлением на
rpYHT.
Сейсморазведочные работы проводятся со сравнительно He
большим числом модификаций наземных невзрывных источников.
Это вибраторы, пневматические (raзодинамические), электроди
намические и электроиндукционные излучатели. В очень неболь
mих объемах, большей частью при изучении малых rлубин, при
меняются механические излучатели ycтaHOBK с падающим rpy
Таблица 5
Источники
Абсолютные (В км профилей) и относительные (%)
объемы применения при наземных работах МОВ
на нефть и raз В 1988-1991 !т.
1988 1989
Взрывные 151962 43 188979 50,1
Вибраторы 161954 46 183211 48,5
Пневма тические 30066 8,5 4519 1,2
rаЗ0динамические 563 0,2
Падающий rpY3 7343 2,3 669 0,2
Итоrо 351888 100 377378 100
Продолжение табл. 5
Источники
Абсолютные (В км профилей) и относительные ( % )
объемы применения при наземных работах МОВ на
нефть и raз В 1988 1991 IТ.
1990 1991
Взрывные 185765 57 184382 37,4
Вибраторы 125789 38,б 222378 61,8
Пневматические 13511 4,2 2484 0,7
rазодинамические
Падающий rpY3 499 0,2 419 0,1
Итоrо 325564 100 359663 100
88
7', \
зом И МQ1IОТКИ. Наиболее ПQ1lные даиные, характеризующие
объемы и стоимость reoфизических, в том числе и сейсмических
работ, приведены в ежеroдных обзорах по reофизической aK
тивности в различных странах мира, за исключением стран CHr,
Восточной Европы, Северной Кореи и Китая [56]. Объемы работ,
ВЫПQ1lненные в период 1988 1990 rr. с различными источниками
КQ1Iебаний, приведены в табл. 5. Из нее следует, что взрывной
и вибрационный способы возбуждения КQ1Iебаний занимают доми
нир ющее ПQ1l0жение. В 1988 r. первенствовали вибраторы
(46%), а затем взрывы (до 57% в 1990 r.), что обусловлено,
возможно, трудностями применения вибрационных источников в
особо сложных условиях, в которых развиваются поисковые pa
боты (джунrли, болота, леса и др.). Остальные модификации
невзрывных источников ИСПQ1lЬЗУЮТСЯ в существенно меньших
объемах. Широкое развитие вибрационной сейсморазведки за
рубежом ООьясняется, по нашему мнению, большим выбором BЫ
сокочастотных и надежных вибраторов, способных работать в
самых различных условиях, а также значительно более низкими
ценами, которые надо платить за использование земли вследст
вие практически полноro исключения вреда, наносимоro OKPy
жающей среде.
В отечественной наземной сейсморазведке объемы применения
невзрывных источников достиrли.... 40 % (от общеro километража
профилей) при работах на нефть и rаз. Основные объемы выпол
НЯЮТСЯ с вибрационными и rазодинамическими источниками в
относительных объемах по 50%. Сравнительно небольшое при
менение получили электроиндукционные и электромеханические
излучатели.
Тенденция развития нашей не взрывной сейсморазведки подоб
на зарубежной. Все большее применение получают вибрационные
излучатели, несмотря на их большую стоимость и сложность в
эксплуатации. Объясняется это такими факторами, как лучшее
качество получаемых материалов, возможность активноro влия
ния на частоту реrистрируемых волн и др. Поэтому можно в
ближайшие roды ожидать дальнейшее увеличение объемов вибра
ционной сейсморазведки.
3.2. ВИБРАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ КОЛЕБАНИЙ
(ВИБРАТОРЫ)
Вибрационные источники колебаний представлены тремя моди
фикациями: механические (эксцентриковые), rидравлические
(электроrидравлические) и электроиндукционные. Последние
возбуждают последовательные импульсы и рассмотрены отдельно.
3.2.1. МЕХАНИЧЕСКИЕ (ЭКСЦЕНТРИКОВЫЕ) ВИБРАТОРЫ
Эксцентриковые установки были первыми, с KOTOP X началось
развитие вибрационной сейсморазведки в США и в нашей стране.
За основу была взята конструкция трамбовки, у которой верти
кальная сила возникает за счет вращения пар сдебалансами,
установленных на общем основании платформе. В зависимости
от направления вращения колес и расположения дебалансов
одна и та же установка способна возбуждать вертикальные и
roризонтальные наrрузки, которые передаются поверхности зем
ли через общее основание. Изменение частоты посылаемых в
землю колебаний достиrается увеличением или уменьшением час
таты вращения колес. На основе эксцентриковых вибраторов
реализована система "Вибролокатор", получившая применение в
частотном методе вибросейсморазведки. В разделе, посвящен
ном этому методу, приведено описание "вибролокатора".
Эксцентриковые вибролокаторы применялись также в сейсмо-
разведочном комплексе для разведки малых rлубин (BCK l и
BCK 2). В настоящее время они не выпускаются, так как эти
комплексы не используются из за сложности управления, малой
надежности и трудностей в оЬеспечении стабильной, синхронной
работы излучателей.
Особенностью эксцентриковых установок является то, что
развиваемые ими усилия на среду увеличиваются с возраста
нием частоты вращения дебалансов по квадратичному закону,
Т.е. с повышением частоты возбуждаемых колебаний увеличи-
вается сила, действующая на поверхности rpYHTa. В принципе
это положительное качество эксцентриковых вибраторов, так
как у вибраторов друrих модификаций имеет место друrая зако
номерность. Однако реализация этоro положительноro качества
эксцентриковых вибраторов наталкивается на определенные
трудности из за необходимости иметь приrруз большой массы во
избежание отрыва рабочей плиты излучателя от поверхности
земли. Поэтому используются специальные системы, оrраничи-
вающие рост силы с увеличением частоты. Например, в источни
ках вибролокатора имеется специальное следящее устройство,
которое уменьшает или увеличивает эксцентриситет, чтобы
обеспечить приблизительное постоянство действующей на землю
силы и не допустить чрезмерноro увеличения.
3.2.2. rИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВИБРАТОРЫ
в вибрационной сейсморазведке при проведении поисково-
разведочных работ исключительное применение получили rидрав
лические системы на основе сервопривода. Эти источники xa
рактеризуются следующими качествами:
наименьшими rабаритами и энерroпотреблением на единицу
мощности;
90
стабильностью частотных характеристик при изменяющихся
наrрузках;
сравнительной простотой реryлировки колебаний по частоте
и амплитуде;
широким применением элементов rидропривода в промышлен
ности и возможностью использования серийно выпускаемых узлов
деталей.
Наряду с достоинствами эти установки имеют определенные
недостатки, обусловленные сложностью их конструкции, а сле
довательно и обслуживания, неизбежными утечками жидкости,
для оrpаничения которых необходимы специальные профилакти
ческие мероприятия, и др. Однако достоинства rидравли
ческих вибраторов превалируют и они широко применяются
практически во всех странах, rдe ведутся работы на нефть
и rаз.
Попытки создания наземных вибраторов для сейсморазведки
на основе друrих энерroпреобразующих систем и принципов pe
зультатов не дали. Были разработаны, изroтовлены и опробова
ны макеты вибраторов на основе электропривода. Но из за
большой массы, сложной КОНСТРУКЦИИ излучателя и отдельных
ero частей эти установки пока развития не получили.
Рабочим элементом rидравлическоro вибратора является виб
ровозбудитель (рис. 20), представляющий собой массивныйци
линдр 4, иrрающий роль инерционной массы, внутри KOTOpOro
помещен поршень 5, соединенный с опорной плитой ИСТОчника 6,
которая в процессе излучения колебаний прижимается внешней
СИЛОй к поверхности земли. Чаще всеro для этоro используется
масса транспортной базы источника, и для тоro, чтобы плита
не отрывалась от поверхности земли, статическая наrpузка на
нее выбирается большей или равной силе, развиваемой излуча
телем. Поршень с опорной плитой приводится В движение путем
попеременной подачи масла в верхнюю и нижнюю полости rидро
Цилиндра через золотники первоro (2) и второro (3) каскадов
электроrидравлическоro преобразователя 1. На входе он имеет
катушку, на которую подаются переменное напряжение или ток,
частота и амплитуда котороro изменяется в соответствии с
принятыми параметрами управляющеro сиrнала. Помещение стерж
ня в катушке приводит в действие ЗОЛОТНIfК первоro каскада,
который управляет потоками жидкости, наrнетаемой насосом в
систему. Одновременно с наrнетанием в одну полость из проти
ВОположной происходит еro слив. Действующая на поршень сила
равняется произведению еro площади на разность давлений над
и под поршнем:
F + (Р А PB)S,
rдe Р А и Р В давления в полостях rидроЦИЛиндра; S актив
ная площадь поршня.
В зарубежной литературе эта сила получила название пико
Вой. В большинстве случаев считается, что наибольшая ампли
91
o
o
Рис. 20. Возбудитель вибраций с двyuзcкадным элепроrидравлическим пре
образовareлем:
J злектроrидравлический преобразователь; 2 золотник первоro каскада;
3 золотник BTOporo каскада; 4 rидроцилиндр; 5 поршень возбудителя
вибрации; 6 датчик положения З0лотника; 7 - rидроцилиндр подъема и
опускания плиты; 8 опорная плита; ---+ сливная линия; +--- напорная линия
туда действующей на поршень СИЛЫ постоянна на всех частотах.
На практике, как будет показано дальше, она уменьшается с
увеличением частоты. Размеры наrнетательных и сливных
отверстий меняются золотниковым механизмом в соответствии с
амплитудой управляющеro сиrнала, чем и достиrается возбужде
ине переменных по времени колебаний. При этом поршень и ци
линдр совершают возвратно поступательные движения, которые
через плиту передаются rpYHTY и возбуждают упруrие волны в
земле. В вибраторах продольных волн вибровозбудитель ycтa
новлен вертикально, что и определяет направление приложения
наrpузок к поверхности земли. Отрицательные наrрузки реали
зуются за счет действующей вверх силы и частичной разrpузки
плиты, прижатой к поверхности земли массой транспортноro
средства.
Для возбуждения поперечных волн вибровозбудитель распола
rается roризонтально, обеспечивая передачу rpYHTY касатель
ных усилий. Плита на нижней поверхности имеет зубья и также
прижимается массой машины к поверхности земли для обеспече
ния необходимоro контакта ее с rpYHТOM.
В вибраторах, обеспечивающих одновременное возбуждение
продольных и поперечных волн разной поляризации, вибровоз-
будитель располаrается под уrлом к поверхности земли в раз
личных азимутах [58].
Все отечественные и зарубежные электроrидравлические виб
раторы имеют единый принцип действия и отличаются друr ОТ
друrа пиковыми усилиями, частотным диапазоном, транспортными
базами и некоторыми друrими характеристиками.
Усилия, развиваемые вибровозбудителем, преобразуются в
сейсмические волны через рабочую плиту вибратора, которая
вместе с присоединенным объемом rpYHTa образует механическую
систему, включающую упруrие и инерционные элементы. Наличие
их приводит к тому, что процесс перехода механической энер
rии в сейсмическую носит частотно зависимый характер с резо
нансом на определенной частоте.
Активная составляющая сейсмической мошности Р, развивае
мой возбудителем вибраций, определяется соотношением
р == ZFcost:.rp/2,
rде Z скорость перемешения плиты; F толкаюшее усилие;
t:.rp фазовый сдвиr между Z и F.
Оптимальным будет такой режим работы вибратора, при KOTO
ром фазовый уroл равен нулю, и он реализуется на частоте ре-
зонанса. С этих позиций очень перспективны так называемые
резонансные вибраторы, для которых во всей полосе частот фа
ЗОвый уroл равен нулю. Однако, как будет показано далее,
реализация такоro режима работы вибратора наталкивается на
ряд трудностей. Экспериментальные работы также показали
на значительные препятствия, возникаюшие при создании таких
вибраторов [50].
93
Сердцем rидравлическоro вибратора является преобразова
тель электроrидравлический (ПЭЛ, от надежной и правильной
работы KOТOpOro зависит работа вибратора. Первоначально при
менялись золотниковые преобразователи (см. рис. 20>. Им на
смену пришли преобразователи с сопло заслонкой, которые pa
бота ют при меньших входных напряжениях и обеспечивают более
устойчивую работу вибратора.
Преобразователи rидроусилители с сопло заслонкой
используются в отечественных (CB 5 150M2) и ряде зарубежных
вибраторов. Принцип действия TaKoro rидроусилителя показан
на рис. 21.
Входным каскадом является электромеханический преобразо
ватель с заслонкой, помещенной между двумя щелевыми дpocce
лями, установленными на пути потоков жидкости. Эта система
образует первый каскад rидроусилителя, который управляет pa
ботой золотниковых пар. При отсутствии управляющеro сиrнала
заслонка находится в среднем положенИИ, обеспечивая paBeHCT
во проходящих потоков жидкости по обе стороны от нее. При
подаче маломощноro электрическоro управляющеro сиrнала на
электромеханический преобразователь rидроусилителя в виде
разности напряжений I1и и\ и2 заслонка отклоняется от
среднеro положения. В результате равенство потоков жидкости
нарушается, что ведет к повышению давления в одной из полос
тей rидроцилиндра и к смещению золотника BТOpOro, а затем
и выходноro TpeTbero каскада.
В связи с тем, что масса заслонки выбирается небольшой,
преобразователь становится лучше управляемым во всем сейс-
мическом диапазоне частот, в том числе при значениях, боль
ших 150 200 rц.
Обязательным условием успешной работы вибратора является
движение опорной плиты, синхронное с изменением напряжения
управляющеro сиrнала, подаваемоro на пэr. Для этоro исполь-
зуют специальные системы фазовой коррекции, включающие в ce
бя приборы ускорения или скорости, расположенные на опорной
плите и инерционной массе, а также датчики перемешений - на
золотнике и инерционной массе, электронные схемы, анализи
рующие поступающие сиrналы и выдающие сиrналы управления,
корректирующие движение опорной плиты.
Проанализируем работу вибратора, используя метод электро
механических аналоrий. При этом будем исходить из следующих
положений.
1. Давление, или усилие, в полостях rидроцилиндра вибро
возбудителя меняется по квазисинусоидальному закону, ампли
туда KOTOpOro остается постоянной во всем диапазоне rенери
руемых частот.
2. Амплитудно частотные характеристики вибратора, опреде
ляемые по записям стандартных сейсмоприемников, установлен
ных от Hero в "ближней" и "дальней" зонах, носят резонанс
ный характер С максимумом в полосе частот 20 35 rц. Кроме
94
Рис. 21. Усилитель э.лехт
ро"идравличесхий с соплом
заслонкой:
1 электромеханический
преобраЗ0ватель; 2 под
вижная заслонка; 3 сопло;
4 первый каскад; 5
датчик обратной СВЯ3И; 6
rидроцилиндр; 7 дроссель;
8 З0ЛОТНИК
JI
б
и ос
K>f<
а tJ
Ср М пЛ
МиН 11
11
М пл
;:/1;/J R"
U
С.
С Н
т н
R H
Рис. 22. Механическая модель вибрaroра (а) и е"о электромеханический
аналоr (6):
М нн . М пл , т" инеРЦИОнная масса (масса корпуса rидроцилиндра), масса
плиты с поршнем и присоединенноro объема rpYHTa соответственно; С"' С",
Сжимаемость присоединенноro объема rpYHTa и рабочей жидкости; С р дo
ПОЛнительная упруroсть для обеспечения резонансноro режима работы виб
ратора
TOro, наблюдается незначительный подъем амплитуд на частотах
60 80 rц.
3. Волны, возбуждаемые вибраторами, реrистрируются сейС
моприемниками, выходное напряжение которых пропорционально
скоростям смещения частиц rpYHTa.
Схема rидравлическоro вибратора, работающеro на наrруз
ку rpYHT, приведена на рис. 22. Основу ero составляет
rидравлический цилиндр двустороннеro действия с поршнем,
который жестко связан с излучающей, опорной плитой. rидро
цилиндр вместе с поршнем и рабочей жидкостью является KaHa
лом передачи наrpузок и подвержен влиянию внутренних помех,
что приводит к искажению передаваемых ими усилий. Помехами
являются нелинейные процессы, имеющие место в rидроприводе и
rpYHTe, а также паразитная упруrocть жидкости, обусловлен
ная наличием в ней нерастворенной rазовой составляющей воз
духа. Он проникает в жидкость через свободную поверхность
масла, а также через неrерметичные соединения трубопроводов
и уплотнения. Пузырьки воздуха, попадая в зону BblCOKOro
давления, уменьшаются в объеме, образуя стабильную rазожид
костную эмульсию, что делает рабочую жидкость двухфазной и
сжимаемой. rазовая компонента равномерно распределена по
объему рабочей жидкости. Она также концентрируется на по
верхностях элементов rидросистемы и в микротрещинах. Объем
ная концентрация HepaCТBopeHHoro rаза может меняться в
довольно широких пределах, от 3,5 до 20% [32]. Наличие
rазовой компоненты приводит к тому, что под действием
внешней наrpузки (сжатие) в двухфазных смесях вначале про
исходит сжатие воздуха в пузырьках, затем ero частичное
растворение в масле. В результате жидкость становится сжи
маемой, что влияет на работу вибратора, особенно в верхней
части сейсмическоro диапазона частот, и что следует учиты
вать при анализе ero работы.
Теоретические расчеты показывают, что с увеличением про
центноro содержания нерастворенной rазовой компоненты наблю
даются:
увеличение длительности переходных процессов;
смещение максимумов амплитудно частотных характеристик
вибровозбудителя в сторону низких частот и значительное cy
жение полосы рабочих частот rидроприводов.
Некоторые характеристики, иллюстрирующие влияние rазо
содержания жидкости на работу rидропривода, приведены на
рис. 23.
Сжимаемость жидкости предлаrается учитывать путем BBeдe
ния упруrих элементов между поршнем и rидроцилиндром, через
которые как бы передаются усилия инерционной массе и плите.
При этом пренебреrают силами трения, действующими в rидро
системе, а массу жидкости считают входящей в массу поршня.
Сейсмической наrрузкой вибратора является rpYHT, предс
тавленный рассмотренной ранее моделью, состоящей из последо
96
Рис. 23. Амплнтудно частотные
характеристики движения инер
ционной массы в зависимости от
rззосодержания жидкости (О:
1. 2. 3 r 0,0005; 0,05;
0,2
А
80
О
чО
80
вательно соединенных массы присоединенноro объема rpYHTa т",
упруroсти Си и активноro сопротивления R". На схеме не пока-
заны элементы прижима рабочей плиты к rpYHTY, потому что они
рассчитываются таким образом, чтобы практически не влияли на
работу вибратора в сейсмическом диапазоне частот от 10 12 rц
и более.
Электромеханический аналоr вибратора наrрузкой приведен
на рис. 22. Электрический reHepaTop, развивающий напряжение
и, наrружен на два параллельно соединенных контура, из KOTO
рых первый включает в себя электрические аналоrи инерционной
массы и упруroсти, учитывающей сжимаемость жидкости (Ми" и
С ж ), и второй аналоr плиты со штоком (М пл ) и присоединен
HOro объема rpYHTa - наrрузки (т", С" и R,,). Наличие двух
электрических контуров с индуктивными и емкостными сопротив
лениями предопределяет возможность существования двух резо
нансных частот, на которых ток в цепи наrрузки будет иметь
максимальные значения. В соответствии с принятой системой
аналоrий ток соответствует скорости смещения механических
элементов.
Инерционная масса и ynpyrocTb жидкости образуют первый
контур с комплексным сопротивлением
2 и " jwМи,,/О wМииС ж ).
Оно оказывает шунтирующее действие на reHepaTop,u уменьша
ток в цепи наrрузки 1 и , а следовательно) и сеисмическии
эффект вибратора. Действительно, при w ----+ О 2 и " ----+ О If ток в
цепи наrрузки будет стремиться к нулю. По мере повышения
частоты комплексное сопротивление nepBoro контура возрастает
и ero шунтирующее действие уменьшается. Этим объясняется по
ведение левой, дорезонансной, ветви амплитудно частотной xa
рактеристики вибратора. Для повышения эффективности работы
вибратора в низкочастотной части сейсмическоro диапазона
необходимо УНС,lичивать инерционную массу. Эта тенденция
7 Закон N'! 2202
97
отчетливо прослеживается в конструкции современных вибрато--
ров. Инерционная масса может быть определена из простоro
соотношения
М ии == Fо/(4п2f iпZ)'
rде РО амплитуда силы, действующей на поршень; fmin ми
нимальная частота развертки управляющеro сиrнала; Z макси
мальное перемещение инерционной массы относительно поршня.
Например, для вибратора с усилием 25000 Kr, начальной
частотой 8 fц и ходом :t2 см М ии 2440 Kr. При заданных
инерционнОЙ массе и наибольшем ходе поршня может быть опре
делена мин имальна я частота:
{. == Fo /-I4 п 2 МииZ :
mlП
в области высоких частот сопротивление первоro контура может
быть представлено в виде:
Zии == 1/ (jыC...).
Оно носит емкостный характер, определяется сжимаемостью
жидкости и также не должно быть очень малым. Сжимаемость
жидкости зависит от площади поршня rидроцилиндра (S), модуля
упруrocти жидкости (Е) и ее действующеro объема (JI) в по
лостях I'йДроцилиндра [48]:
С... == V/(ES 2 ).
Для ее уменьшения необходимо увеличивать площадь поршня и
уменьшать объем рабочей жидкости. Заслуживает внимания пос
ледний способ, так как с увеличением частоты рабочий ход
поршня уменьшается, что позволяет сократить рабочий, дейст
вующий объем жидкости. В этом случае сжимаемость жидкости
уменьшается, что приводит к расширению амплитудно частотной
характеристики в области высоких частот. Известен ряд реше
ний, реализующих эту идею в высокочастотных вибраторах.
Комплексное сопротивление zи" имеет максимум на частоте
/ I
р 2п Ми и С ж
На этой частоте наступает резонанс тока, сопротивление KOH
тура увеличивается и ток в наrpузке возрастает, что ведет к
повышению сейсмическоro эффекта вибратора. Приняв V ==
== 5'10 4 м З , Е - 15'108 Н/м, S == 10 4 м 2 , М - 2'10 Kr,
получим
"/ 3'105 '
!р ==
6,28
62 (rц) ,
что неплохо соrласуется с экспериментальными данными.
98
Второй электрический контур образован последовательно
соединенными электрическими аналоrами массы плиты и наrpузки
rpyвтa.
Ток в этой цепи
I и - U / (Zи + jfNМ пл ) ,
rдe Zи сопротивление наrpузки; Мил масса плиты.
После простых преобразований получим
I и - jfNСиU/ [1 tti(м пл + ти)С и + jfNСиR и ].
Анализ этоro соотношения показывает следующее.
На низких частотах преобладающее влияние на величину тока
в наrpузке оказывают упруrие характеристики присоединенноro
06ьема rpYHTa. При этом ток наrрузки возрастает С увеличе-
нием частоты до HeKOТoporo максимальноro значения, определяе
MOro соотношением 1 w 2 (м пл + ти)С и ... О.
На этой частоте имеет место резонанс напряжения и ток
наrрузки
I и ... 1 "" U / R и .
тах
При ЭТОМ
W p = 1/ { (М пл + ти)с и '.
Таким образом, на частоте резонанса наблюдается максимум
тока наrpузки и отсутствует сдвиr фаз между ним и напряже
кием, развиваемым ленератором. Этот режим является оптималь
ным, однако для еro реализации в пределах всей полосы час
тот возбуждаемых колебаний необходимо выполнение определен
ных условий, которые будут рассмотрены далее. Резонансу
соответствует максимум амплитудно частотной характеристики
вибратора, который наблюдается повсеместно на частотах 20
30 rц. Для расширения эффективной полосы частот возбуждаемых
колебаний необходимо смещение резонанса в верхнюю часть
сейсмическоro диапазона. С этой целью следует уменьшить
величину М пл + т и , что может быть достиrнуто снижением массы
и размеров плиты. Эта тенденция отчетливо прослеживается в
конструкциях современных высокочастотных вибраторов, она
проявляется в увеличении отношения инерционной массы к массе
плиты. Например, это отношение у среднечастотноro вибратора
"Меп 12" с полосой частот 6 180 rц равно 1,18, а у вибра
тора "Merz 18/612" с полосой частот 10 250 rц состав-
ляет 3,5.
Резонансный режим работы вибратора интересен еще и тем,
что позволяет получить оценки физических свойств rpYHTa в
Точках возбуждения колебаний. Действительно, частота резо
нанса определяется упруrими свойствами присоединенноro объе
ма rpYHTa и еro массой, нахождение' которых может служить
мостом к физическим свойствам пород.
За частотой резонанса наблюдается снижение тока наrрузки)
99
7*
и ero величина начинает определяться инерционными элементами
системы. Действительно, на повышенных частотах w2(М пл + тн)х
хс н » 1 и ток наrрузки
1== U/[R + jbl(М пл + тн)],
Наблюдается спад характеристики вибратора и на ero фоне MO
жет наблюдаться некоторый подъем, обусловленный резонансом
за счет сжимаемости жидкости.
Таким образом, ток наrpузки является переменной величи
ной, зависимой от частоты и параметров присоединенноro объе
ма rpунта.
В соответствии с изменением тока наrрузки будет меняться
скорость колебаний плиты и присоединенноro объема rpYHTa, а
следовательно, и интенсивность возбуждаемых и реrистрируемых
сейсмоприемниками волн, что находит подтверждение в форме
амплитудно частотной характеристики вибратора и спектрах
реrистрируемых волн. Это положение имеет принципиальное зна
чение в понимании особенностей излучения волн вибрационными
источниками, так как они, работая в режиме постоянной ампли
туды силы, не обеспечивают равномерной характеристики по
скорости, а следовательно, и по амплитудам волн, реrистри
руемых стандартными сейсмоприемниками скорости смещения час
тиц rpYHTa.
Выше отмечалась привлекательность работы вибратора в pe
зонансном режиме во всем диапазоне частот излучаемых колеба
ний. Для ero реализации необходима конструкция вибратора с
переменными упруrими и инерционными элементами. Наиболее
просто эта задача может быть решена путем введения дополни
тельной, меняющейся с частотой упруroсти (пружины) между
инерционной массой и плитой [50].
Проанализируем получаемые при этом решения. Для этоro
введем дополнительный упруrий емкостный элемент С р в элект
ромеханический аналоr вибратора, расположив ero в COOТBeTCT
вии со схемой излучателя между reHepaTopoM и инерционной
массой (см. рис. 22).
Довольно сложные расчеты позволяют получить следующее BЫ
ражение для модуля тока наrрузки:
11 н I == .j(II)М ин С р к)2 + (II)М ии ) CpL) 2',
L 2 11)2 К 2
rде К == МинС р + Ми"С ж и L == CJ'Z" + ZНС Ж 1I)2минzнсжср,
Очевидно, что ток наrрузки оудет иметь максимум при L ==
== w 2 K.
Из этоro соотношения определим зависимость частоты от С:
w 2
CpZ H + Z нС",
МннZнСжСр + М Н нС р + МинС"" .
100
Полученное выражение достаточно сложно, поэтому упростим
ero, считая" что С ж » С р и МииZиСжСр > МииС р и МииС ж . Это
обосновано тем, что вводимая дополнительная упруrocть должна
быть более сжимаемой, чем жидкость, и сопротивление наrрузки
весьма велико. Тоща
ZиС. 1 С
И р""
Ми иZиСжСр МииС р м ии w 2
Из последнеro соотношения следует, что для обеспечения
резонансноro режима работы вибратора во всем частотном диа
пазоне излучаемых колебаний необходимо, чтобы упруroсть cor
ласующеro элемента менялась обратно пропорционально квадрату
частоты. Теоретические и экспериментальные исследования по
казывают, что практически реализация такой конструкции виб
ровозбудителя при скорости развертки управляющеro сиrнала
5 rц/с и более сопряжена со значительными трудностями [50].
Этим можно объяснить отсутствие промышленных образцов сейс
мических вибраторов, работающих в резонансном режиме в поло
се частот от 10 15 до 100 150 rц.
Подведем основные итоrи. Вибрационный источник сейсмичес
ких колебаний, работающий на наrpузку в виде присоединенноro
объема rpYHTa, представляет собой довольно сложную механи
ческую систему, амплитудно частотная характеристика которой
имеет резонансную форму. Анализ работы системы вибратор
rpYHT возможен на основе метода электромеханических анало
rий, который позволяет получить достаточно простые и наrляд
ные решения, объясняющие характер протекающих в системе про
цессов, оценить влияние каждоro элемента системы на ее BЫ
ходные характеристики, в том числе и на относительный ypo
вень возбуждаемых волн в различных частях сейсмическоro диа
пазона частот.
Конструкции отечественных вибраторов CB 5 150 и CB-IО lОО
весьма подробно освещены в работах [5, 31, 27]. Поэтому дa
лее приведем описание лишь основных систем и узлов ycтaHO
вок. Общий вид источника CB 5 150 показан на рис. 24. В coc
тав вибрационноro rидравлическоro источника входят rидрав
лическая, пневматическая и электрическая системы.
r и д р а в л и ч е с к а я с и с т е м а (рис. 25)
обеспечивает полный рабочий цикл вибратора, включающеro
опускание вибровозбудителя с опорной плитой на rpYHT и
подъем ero, вывешивание задней тележки транспортноro cpeдcт
ва на плите для прижатия ее к rpYHTY, подачу жидкости в pa
бочие полости цилиндров для возбуждения колебаний и перевод
источника в транспортное положение. Жидкость в rидросистеме
приводится в движение и наrнетается насосом lPHAC 1251320,
который включает в себя аксиально поршневой насос BbICOKOro
давления, механизм реryлирования подачи и вспомоrательный
насос низкоro давления.
Принцип действия OCHOBHOro насоса состоит в следующем: в
tJi
101
10 fZ
524-
6
11
8 7 ()
Рис. 24. Сейсмический вибparoр CB S ISO:
1 насосная станция; 2 возбудитель вибрации; 3 плита опорная; 4
фиксаторы; 5 rидроцилиндр; 6 насос; 7 коллектор; 8 rидропне
вмоаккумуляторы; 9 масляный распределитель; 10 блок управления, pa
диостанция; 11 масляный бак; 12 преобраЗ0ватель электроrидравличес
кий; 13 плита; 14 пневмOQПОРЫ
неподвижном корпусе вдоль ведущеro вала и параллельно ему по
окружности расположены девять поршней (плунжеров) с rидро
статически разrруженными подпятниками, которые совершают
вciзвратно поступательные движения при вращении вала. Концы
поршней выполнены в виде шаровых шарниров, подшипниками
скольжения КОТОРЫХ служат соответствующие опоры. Последние
прикреплены к наклонной шайбе, которая может совершать воз
вратно поступательные движения. С помощью устройства pery
лирования xo a движения уroл наклона шайбы может меняться в
пределах :t15 от среднеro положения. От уrла наклона шайбы
зависит величина хода поршней и количество наrнетаемой рабо
чей жидкости, что позволяет реryлировать ее расход в зависи
мости от частоты колебаний вибровозбудителя и поддерживать
постоянным давление в rидросистеме. В этом особенность
аксиально поршневых насосов и именно поэтому они применяются
в вибраторе. Рассмотрим принцип ero работы. Будем считать,
что стандартный сейсмический вибратор работает в режиме пос
тоянной максимальной силы воздействия на rpYHT во всем час
тотном диапазоне возбуждаемых колебаний:
F == FocOSlPt,
rдe Fo амплитуда силы; IP круroвая частота колебаний; t
текущее время.
При этом амплитуда ускорения ао возбудителя вибраций TaK
же постоянна, а ero максимальные скорости уо и смещения So
определяются соотношениями
102
'1 !f 11 J 8 7 15
'1- '1- S
12
ч-
2 10 17 18 S
7
9
б
Рис. 25. rидравлическаи система:
1 насос; 2 фильтры масляные; 3 коллектор; 4 манометры; 5 rид
ропневмоаккумуляторы; 6 маС)lЯНЫЙ бак; 7 кран; 8 реле давления; 9
охладитель; 10 термометр; 11 клапан предохранителЬНЫЙ; 12 обраТНЫЙ
клапан; 14 цилиндры фиксаторов; 15 rидрораспределитель; 16 Клапан
предохранителЬНЫЙ; 17 Щ рВЫЙ каскад усилителя; 18 второй каскад уси
лителя; 19 пэr; 20 возбудитель вибрации; 21 rидроцилиндр спуско
ПОД'Ьемноro механизма; 22 механизм вывешивания массы; 23 мультипли
катор; 24 золотник мультипликатора
Vo == ФJ/ (2пfо) , s == ФJ/ (4п 2 f). (3.0
Из уравнений (3.1) следует, что перемещения порmня и
инерционной массы возбудителя вибрации с ростом частоты
уменьшаются и это приводит К соответствующему снижению pac
хода жидкости, которую следует l:IarнeTaTb в полости rидроци
Линдра. Чтобы при этом не происходило непредусмотренноro
увеличения давления в вибраторах, используются аксиально
Поршневые насосы с реryлируемым потоком, которые поддержи
вают постоянным давление в наrнетаемой линии.
Поток отфильтрованной рабочей жидкости BNCOKOro давления
Поступает в коллектор, проходит через обратный клапан и раз
ветвляется на линии, которые подходят к пневмоаккумулятору
103
rидрораспределителя, реле давления, предохранительно раз-
rрузоЧНОМУ клапану пэrу и механизму вывешивани .
Одним из основных элементов rидравлическои системы
является электроrидравлический преобразователь (пэr, ВПЭI),
который в соответствии с изменениями электрическоro сиrнала,
подаваемоro на ero катушку, изменяет направление и величину
потока жидкости, подаваемой в рабочие полости рабочеro rид
роцилиндра. Из нескольких возможных конструкций преобразова-
телей в вибраторах применяют ДBYX и трехкаскадные устройст
ва золотниковоro типа (см. рис. 20 и 21>.
В преобразователе поток жидкости управляется цилиндричес
кими золотниками, которые MOryT смещаться относительно CBoe
ro среднеro положения. В двухкаскадном пэrе перемещение зо
. лотника первоro каскада осуществляется подвижной катушкой
электромаrнита, который жестко связан с ним. Переменное
напряжение меняющейся частоты подается на катушку электро
маrнита с выхода блока управления вибратора. Золотник перво
ro каскада управляет потоком жидкости низкоro давления, KO
торое приводит в движение золотник BTOporo каскада, который
попеременно соединяет полости рабочеro rидроцилиндра то с
напорной линией BbICOKOro давления, то со сливом. Центровка
золотников выполняется с помощью пружин И реrулировочных
винтов.
В отсутствие электрическоro управляющеro сиrнала на под
вижной катушке пэrа золотник первоro каскада под действием
пружин находится в среднем положении. В этом случае масло
попадает в торцевые полости золотника BTOporo каскада, но
так как давление в обеих полостях одинаково, золотник Haxo
дится в равновесии, закрывая напорные линии. Если сиrнал по
дается на обмотку пэrа, то он смещает якорь и связанный с
ним распределительный золотник первоro каскада rидроусилите
ля на величину, пропорциональную входному сиrналу. Это при
водит к изменению зазора в торцевых полостях распределитель
HOro золотника первоro каскада и тем самым обеспечивает
доступ рабочей жидкости в одну из торцевых полостей распре
делительноro золотника BTOpOro каскада rидроусилителя. Под
действием давления рабочей жидкости золотник смещается и че
рез каналы соединяет одну полость rидроцилиндра с напорной
линией, а друryю со сливом. При этом инерционная масса
смещается на величину, пропорциональную входному сиrналу.
При перемещении золотника первоro каскада rидроусилителя в
противоположную сторону распределительный золотник BTOpOro
каскада и инерционная масса смещаются в обратную сторону на
величину, пропорциональную входному сиrналу. Таким образом,
инерционная масса перемещается С частотой и амплитудой, про
порциональными входному сиrналу.
Общий коэффициент усиления rидроусилителя достиrает 50
80 тыс., а иноrда и больше. Столь высокий коэффициент уси-
ления Достиrается возможностью пропускания жидкости под
104
высоким давлением через распределительный золотник. Для
коррекции входноro сиrнала на золотнике установлен датчик
положения золотника, состоящий из электромаrнитной катушки и
сердечника, соединенноro rибкой связью с золотником BТOporo
каскада.
Достоинством rидравлических усилителей с подпружиненным
золотником является их относительная леrкая настройка за
счет сжатия или отпускания пружин, которая выполняется с по
мощью реryлировочных винтов. Влияние напряжения этих пружин
достаточно велико, отпускание пружин ведет к изменению
интенсивности возбуждаемых колебаний.
В трехкаскадном преобразователе на входе стоит сопло
заслонка, управляющая потоками жидкости, поступающими в зо
лотники, которые образуют второй и третий каскады rидроуси
лителя. Системы с сопло заслонкой имеют то преимущество, что
на входе может быть использован маломощный электрический KO
мандный сиrнал от задающей электронной аппаратуры. Этот сиr
нал подается на электромеханический преобразователь в виде
разности напряжений, в результате чеro происходит отклонение
заслонки. До ее отклонения обе дросселирующие ветви имеют
одинаковые сопротивления и пропускают одинаковые количества
жидкости. Как только заслонка начинает приближаться к соплу,
расход через Hero уменьшается. Расход друroй ветви увеличи
вается. При этом возникает неравенство давлений в узловых
точках ветвей. Эта разница давлений вызывает смещение золот
ника, что в конечном итоrе приводит в действие rидроцилиндр.
Если в такой системе на выходе исполнительноro механизма
предусмотрен датчик обратной связи, сиrнализирующий об
исполнении поданной команды напряжением и.., ослабляющим
сиrнал на выходе, то она будет представлять rидравлическую
следящую систему.
В rидросистему введено несколько блокирующих цепей, пре
дохраняющих ее от переrрузок при повышении давления сверх
установленноro. Работоспособность rидросистемы критична к
чистоте масла. Для ero очистки установлены десятимикронные
фильтры в линиях низкоro давления, после теплообменника
(масляноro радиатора), и в линии управления, перед первым
каскадом пэrа. В некоторых импортных установках используются
трехмикронные фильтры.
Важную роль в системе иrpает теплообменник масляный pa
диатор, который служит для охлаждения рабочей жидкости J'!Iд
росистемы и поддержания ее температуры в пределах 40 50 С.
Известно, что при высокой температуре вязкость жидкости
снижается !! увеличивается возможность появления утечек, а
при низкои вязкость жидкости соответственно становится
больше, вследствие чеro возрастают механические потери.
При чрезмерном повышении температуры и снижении ВЯЗкости
ЖИДкости возникает переход к rраничному трению в наrруженных
парах. При этом ускоряется процесс изнашивания уплотняющих
105
колец и происходит деструкция жидкости. Теплообменники YCTa
новлены на сливной маrистрали.
Для удобства эксплуатации вибратора в зимних условиях в
конструкции источника предусмотрена соединительная муфта,
которая соединяет или разъединяет двиrатель насосной станции
с ОСНОВНЫМ насосом. Она экономит ресурс насоса, КОТОРЫЙ coc
тавляет Bcero 6000 часов, и обеспечивает повышенную техноло
rичность работы при эксплуатации в зимних условиях. Важную
роль в работе rидравлической системы иrpaют rидроаккумулято
ры. Они служат для выравнивания потока жидкости в rидросис
теме и создают запас напора жидкости в паузах ее потребления
и повышают отдачу ее в систему в период KpaTKoBpeMeHHoro
увеличения расхода. rидроаккумулятор представляет собой зак
РЫТIIIЙ металлический сосуд с двумя полостями для жидкости и
воздуха, разделенными резиновой диафраrмой, снабженный кла
паном и зарядным устройством для заполнения rазовой полости
азотом.
Устройство спуска подъема предназначено для перевода виб
ратора из транспортноro положения в рабочее и обратно. В He
ro входят электрические и механические узлы, которые обеспе
чивают синхронность работы.
В систему подъема и опускания плиты входит также
устройство фиксации возбудителя вибрации, которое предназна
чено для удержания ВВ и опорной плиты во время транспорти
ровки в верхнем положении. Перевод вибратора из транспорт
HOro положения в рабочее будет заблокирован, если рычаrи
фиксатора не выйдут из зацепления и не освободят ВВ.
П н е в м а т и ч е с к а я с и с т м а предназначе
на для создания подпора в rидросистеме вибратора и обеспе
чения необходимоro давления в пневмоамортизаторах опорной
плиты.
Пневмоамортизатор представляет собой оезервуар с возду
хом, подключенный к воздуховоду и снабженный ниппельным кла
паном. Он состоит из резиновой оболочки, защитной рубашки,
поршня, обратноro клапана и соединительноro трубопровода.
С помощью четырех пневмоамортизаторов, размещенных на
опорной плите, рама вибратора предохраняется от воздействия
реактивных сил при работе возбудителя вибрации.
Э л е к т р и ч е с к а я с и с т е м а вибратора
состоит из комплекса устройств и приборов, обеспечивающих
управление работой вибратора и отдельных ero узлов, синхрон
ность их работы, а также выработку электрическоro управляю
щеro сиrнала переменной частоты, преобразование ero в Mexa
нические колебания с необходимой точностью и электропитание
основных узлов и приборов.
Блок управления возбудителем вибрации (рис. 26) включает
в себя усилитель преобразователь электроrидравлический
(ПЭП, датчики премещений массы, золотника и скорости плиты.
Работа начинается с выработки сиrнала радио запуска. Сиrнал
106
r ;'I
Z,
I
I
I
I
I
I
I
: I 1'1 I
L J
,
I
I
I
I
I
I
I
I
I
L .J
Рис. 26. Система управлении возбудителем вибрации:
1 блок управления; 2 возбудитель вибрации; 3 лицевая панель блока;
4 дешифратор радиозапуска; 5 reHepaTop задающеro сиrнала; 6 циф
ровой реryлятор фазы; 7 следящий фильтр; 8 контроллер пэr; 9 пре
06разователь аналоr код; 10 датчик положения З0лотника; 11 датчик
положения массы; 12 датчик виброскорости; 13 пэr; 14 опорная плита;
15 подмаrничивание; 16 баланс; 17 ручной запуск
синхрокода преобразуется дешифратором радиозапуска 4 в KO
ротк"й импульс, который запускает reHepaTop задающеro сиr
нала 5, параметры KOTOpOro заранее устанавливаются на лице
вой па нели БУ З. С одноro из выходов reHepaTopa задающеro
сиrнала 5 последовательность высокочастотных импульсов через
цифровой реryлятор фазы 6 поступает на вход преобразователя
код аналоr, rдe преобразуется в синусоидальное напряжение
переменной частоты С заданными параметрами.
Выходной сиrнал iIреобразователя код аналоr 9 поступает
на первый вход контроллера 8. На второй ero вход подается
напряжение, балансируемое ручным управлением 16 положением
инерционной массы. Сиrналы обратных связей по положению
инерционной массы 11 и золотника 10 поступают соответственно
на третий и четвертый входы контроллера пэrа 8.
Процесс преобразования задающеro электрическоro сиrнала в
механические колебания опорной плиты сопровождается фазовыми
искажениями. Это при водит к тому, что выходные механические
колебания опорной плиты вибратора отличаются по фазе от
электрическоro сиrнала, поступающеro на вход пэrа, и coдep
жат колебания высших rармоник. Использование обратных связей
по положениям массы и золотника уменьшает до некоторой CTe
пени фазовые искажения. Для достижения фазовой, идентичности
всех вибраторов в систему управления вибратором включены
устройства фазовой синхронизации: цифровой реryлятор фазы,
Фильтр следящий 7 и датчик скорости или ускорения 12, YCTa
новленный на опорной плите 14. Перестройка фазы выходных KO
лебаний вибратора осуществляется по внутреннему опорному
107
сиrналу, который блаroдаря стабилизации reHepaTopa задающе
ro сиrнала и синхронному запуску идентичен на всех вибра
торах.
Колебания опорной плиты вибратора преобразуются в элект
рические сиrналы датчика 12. В них выделяется первая rapMo
ника, которая подается на один из входов цифровоro реrуля
тора фазы и сравнивается с внутренним опорным сиrналом пря
моуroльной формы той же частоты. Сиrнал ошибки после преоб
разования воздействует на фазовращатель и вызывает COOT
ветствующее изменение управляющеro сиrнала, которое и KOM
пенсирует ошибку по фазе. При работе системы фазовой синхро
низации управляющий сиrнал, поступающий на пэr, всеrда будет
отличаться по фазе от сиrнала с плиты на величину фазовой
ошибки.
В вибраторе предусмотрено наличие двух обратных связей,
по положению золотника (ДПЗ) и положению массы (ДМП), обес
печивающее поддержание заданноro положения инерционной массы
и распределительноro золотника возбудителя вибраций. Датчики
ДПЗ и ДПМ, оба трансформаторноro типа, отличаются друr от
друrа размерами и представляют собой катушку, внутри KOTO
рой помещен сердечник. При центральном расположении сердеч-
ника ЭДС вторичных обмоток равны между собой и суммарная BЫ
ходная ЭДС равна нулю, так как обмотки включены встречно.
При смещении сердечника меняется индуктивность катушки и Me
няеься ЭДС, характеризуя величину отклонения, а фаза (О или
180 по отношению к фазе напряжения возбуждения) сторону
отклонения. Датчики питаются от rнч, вырабатывающеro сину
соидальный сиrнал высокой частоты (около 7 кrц) и строб-
импульс для управления схемами выборки данных.
Для уменьшения корреляционных шумов в блоке предусмотрен
но схемное решение для изменения амплитуды сиrнала в начале
и в конце развертки "конус". Длительность линейно изменяю-
щеroся участка выходноro напряжения может реrулироваться
подстроечным резистором. Как правило, это время устанавли
вается равным U,5 с.
Блок управления вибрации работает и получает управляющие
сиrналы с reHepaTopa сейсмической развертки (rсп), который
устанавливается на сейсмостанции. Запуск вибратора или их
rруппы производится по радиоканалу. Синхронность запуска
обеспечивается применением кодированноro сиrнала С большей
информационной избыточностью, обеспечивающей высокую надеж
ность выделения полезноro сиrнала на фоне помех.
rcp обеспечивает работу в одном из трех режимов:
ручноro запуска;
дистанционноro запуска;
aBToHoMHoro запуска.
Режим ручноro запуска применяется во время подroтовки
вибросейсмическоro комплекса к работе.
Режим дистанционноro запуска используется при работе виб
108
росейсмическоro комплекса в режиме накопления. В этом случае
сиrнал на работу rенерируется автоматически самим rcp после
окончания предыдущей записи.
Режим aBToHoMHoro запуска служит в основном для проведе
ния наладочных и поверочных работ.
IИдравлические вибрационные источники выпускаются рядом
отечественных и зарубежных фирм (США, Франция, Китай). Как
указывалось ранее, все они имеют общий принцип действия и
отличаются развиваемыми усилиями и транспортными базами.
Современные тенденции развития сейсморазведки, связанные с
повышением ее разрешающей способности, rлубины разведки,
использованием поперечных волн и др., находят свое отражение
в последних конструкциях и рабочих параметрах вибраторов.
Проанализируем основные технические характеристики вибра
ционных источников [51].
В таблице 6 приведены параметры вибраторов, выпускаемых
основными зарубежными фирмами. Из нее следует, что последние
модификации излучателей характеризуются:
увеличением пиковых усилий;
расширением полосы частот rенерируемых волн до 180 200
и 250 rц (M18, М26);
уменьшением отношения массы рабочей плиты к инерционной
массе вибровозбудителя;
широким использованием специализированных транспортных
средств со свободной средней частью, что обеспечивает опти
мальные конструкцию вибровозбудителя и ero расположение;
наличием модификаций источников, позволяющих возбуждать
продольные и поперечные волны.
Отмеченные особенности конструкции вибраторов отражают
тенденции развития современной сейсморазведки и направлены
на повышение ее эффективности.
Переход на использование специализированных транспортных
средств обусловлен стремлением иметь свободный центр для
размещения вибровозбудителя, позволяющий разместить инер
ционную массу непосредственно над рабочей плитой. При ее
НИЗком расположении существенно повышается жесткость KOHCT
рукции, уменьшаются изrибные деформации и появляется возмож
ность увеличения инерционной массы по отношению к массам
поршня и плиты, повышающеro эффективность работы вибратора
на высоких частотах. Кроме TOro, использование специализиро
ванных транспортных средств с rидравлическим приводом на. KO
лесные двиrатели позволило оrраничиться установкой одноro
двиrателя с приводом на масляные насосы для перемещения виб
ратора и rенерирования волн. Следует отметить, что в новых
отечественных вибраторах (CB 5 150М2) вибровозбудитель также
приближен к излучающей плите, что улучшило их амплитудно
чаСтотные характеристики. В ряде конструкций вибраторов при
меняют не прямоуroльные, а овальные излучающие плиты, KOTO
109
"00
:Е
:21
::!
со
11:
11
8-
i
\о
11:
11
8
11:
Q,
-о [
01
::r
:s: '1>
е; :21
::
\о 11
О
01 ::
<.J
Е-< С
110
о:
01
::
...
g-
t:: 01
\O
01
Q,
Е-<
o:
::
3 ::!
g Q, <.J
><:@
...
o:t .
01 о:
3" ::",
о 3 ::!
е; Q, <.J
t::@
, ,х
'1> ' О :00=
g '1> :: jj'l> jj
Q,IQ
'1> :s: <.J<.J ...
:: <.J<.J :s:
... :s: 01 01 2
о :: 01 ::! ::!
I I
IQ '"
:s: 01 ...
... ::!
" "
01 о: ,;
'1> 01
:: '"
01 :;;
'" ... ...
'" :s: :00=
01 е;
t::
jj
...
:s:
2
::!
... '"
Q,
'1>
::!
'"
01
' ь ,
, 3" 01
::! t:: 52 Е: ::r
:s: :r ;>-'о:х(,...
:: о: :ii '" .
:s:
01 fie
х
01
::!
:s:
01 11::=
е; :s: "
:s: Q,
U t::
0::=
01 "
IQ
О -
:00= 01
:s: е;
t::5
01
Q,
О
01 ...
" 01
Q,Q,
01\0
11i
g
... ...
t;
'80:;'8
1
01 IQ IQ 01
LQ<U<LQ
......NNNN
0,)0000
.................. ......
N\O\O«')...,.
,.)'0,)";,.)'0
«')""'''''0«')
.... ....
000"""'"
Or--r--MN
r--r--r--o-o
............ ......("t)('t')
NNN
МММ
ххх
«')«')«')
,.)',.)',.)'
00. 00. 00.
\0""""000
....
0000.0
I
""""""00
("t)('t')............
.... ....
888 8
""""""r--""
I'O('t').....r--
............ММ
I:Q I:Q
I:Q U
80З 8
\O ""N«')
I I I I I
>->->->->-
N
N
r--
....
...,.
«')
N
,Х
N
....
:;;
... :s:
:s: ::
Q,:r
01 о
\О...
а'"
(,...Х
,
fig-:
Е-< t:: :: \о
,
3
gQ,.
><:@
... -
O:
3" ::",
о 3 ::!
@'"
,u I '5
g 8.;;
i!: '1>
О
IQ ...
а "
=ti
8.
-е
?-
::,..
01 :;;
'" ... ...
'" :s: "
01 е;
t::
:;;
...
:s:
е;
t::
::!
... '"
Q,
'1>
::!
'"
а
:21
::!
со
11:
ё :..
'Х;>-'52::
t;O:t::0: ':
G':s&S:ii'" _
fie
t-i
::!
:s:
а 11::=
:s: "
U@'
11
8-
со
\о
i
8
i
0::=
01 "
IQ
О,;
t::",
'1>
:21
::
11
О
::
<.J
С
01
Q,
О
01 ...
" 01
Q,Q,
O:S
'"
О
«')
х
00.
00
N
Х
-о
N
00.
О
....
«')
х
00.
00
N
Х
-о
N
00.
, ,
а
LQ
с
.. ,
а
LQ
00 00 00 00 00
0\0\0\0\0\
r--
0\,
О
....
:а cu :а
'" '" ...
",,,,х
2
88 8
":NNNN
""'NN""""
00""'...,.00
('t')............1.r)1.r)
("t)("t)("t)('t')('t')
...,....,....,....,....,.
NOOOOOOoo.
r-- "" ""'",, \о
........................ .....
......('f')("t)("t)("t)
...,.«')«')«')«')
NNNNN
ХХХХХ
N 00.00.00. 00.
..............................
..............................
0000
\ос) I I 1 I
""""""""
N О
\о 00.
r-- "",
\о «')
N N
r--"",oo....,.r--
М............ММ
..... v......N
N«')""'''''-o
('t')('f')("t)("t)("t)
I I I I t
<п "1<11 <п <п
-",
...
'"
:а
:Е
Q,
11:
-е-
IQ
8-
i
\о
11:
IQ
11:
:.1
:s:
1() ...
u
11:
Q,
Q,
:х:
'"
:а
:1:
IQ
О
:1:
u
С
с )$ ,
:s: а :а
Е-< IQ :1:
,;
,QQ,
... О
s.;:E
'" Q, u
\0\0
;
,
u
:1:'
'" 15.. '" '"
Q,O"''''
Е-< с :I:,g
а
Q,.
><:g
,Q
oi'
3" :1:",
О 3 :Е
<:Q,u
I::g
"',
g 8.,Q :00 :а
:1: '" ,x и'" ...
u :Е :s:
... :s: '" О '" '" <:
0:1:"':1: :Е '" иС
I
'" , ,
'" IQ '" U . ...
'" :s: '" '" е'"
... :1: :Е
'" :i
u ... ...
u :s: '"
'" 2
:;; :Е
... u
:s:
Q,':
'" .о
\о...
'" :s:
.... 2
, :s:
So:t:i
t; '= е
'" ,Q '"
::r :1: t::
",'
:Е
:s:
'" iE:r::
<: :s: '"
:s: Q,
U с
Ь :r::
'" '"
:s:
i:: :s: '"
u
'" '
'" !1 '"
8-
::;:"'...
О
«'1
Х
N
6
«'1
«'1
Х
11)11)11)
«'I«'I«'INN
ХХХХХ
lI)oo.lI)Noo.
00.11)00.....".
NNNNN
ХХХХХ
00.00.00.11)0
II)II)II) «'I
QC)QClQClQClQCI
,
I О '"
!:; iE
'" :1: <: '" о.'
u.8>< Е-<.,
,
О '"
,Q iE
< =: : l
\0\0
66
\0\0
\0\0
00 00
... ...
00 00
00
"''''
00. 00.
\0\0
..."'"
00
..;..;
ХХ
00.00.
«'1«'1
"''''
ХХ
00
"''''
00
">00
J:,J:,
'f-g
00
"'ОО
"'о
..ё..ё
«'1«'1
"'...
............
"''''
::;:::;:
N
"l
0..-.._
N"",,,,,,II)"'''''''''''
N
Х
"""'" """" "сн,с r-- r--
..;,,;-,,;-r-: ,,;-,,;-
oo.oo.o\Ooo.oo.
8 ;;;
....: ...:...:...:
....NNQCIr--...;t.". .
N\ONoo.oooooo
OOO"' OOO
""«'IN.".N«'I«'I
O""""'....NI.r)'\C....-t
«'1 "",...ONoo..".
\O"",...NNoo.O
('t') ....,(.........N
\0\00000
66";";";-";-
.... ......................
ХХХХХХ
NN«'I«'Ioo.oo.
I NN
ХХХХХХ
OONNooN
ММММ....М
.......................""'"
000000
з
I I I I I I I
«'10""11)00"''''''
.".oo.oo.ONNN
vQCICl()QClv...........
....:oёoёv:Sr:
00 00 ooN"" 00
......""""'......N......NN
8 0001l)0
00000""11)
000000.00
ci"':..ё...ё..ёr-:...:
.". 00 «'IN «'100.0
..................('.1............('.1
N
QClNN ("t)N\C
::ё::ё ::ё
....................:r::..................
::;: ::;: ::;:
""'\О
""''''''
«'1«'1
ХХ
""11)
.".0
N«'I
ХХ
00. 00.
'" О
Е-<
,,;-,,;-r-:r-:6
\О
Q\ Q\1.r) \О......
r-:r-: 6,,;-
NN\O""""''''
<:>00..........-4
('t') ('t')...... 11')0
M...:....:
OOOON.".
.....""""'Noc
NN""'O
."..".N«'I
О О '"
... ... .". \о
N N 00
N«'I
О О О
,,;-,,;-,,;-
х х х
00 00 00.
"'" ... N
N
Х Х Х
0 8 O
M....""""'M' с>
I I I f I
"",,,,,,.,,.,,,,,11) ,
.".
\О \о О'"
oo
N N";-
88
...........QClQCI r-...
g
ММ......ММ
\0\0 \о
............. ......
00
«'1
Х
.".
"'"
N
Х
.".
00
00
,
О
:Е
0.0
...
.:!\О
О
00.
"'"
11)
\о
«'1
.".
00
О
«'1
N
...
N
...
N
х
«'1
«'1
N
Х
N
N
...
«'1
N
"'"
О
00
О
..ё
«'1
111
рые обеспечивают более равномерное перемещение всей излучаю
щей поверхности и снижение изrибных деформаций.
Вибраторы, предназначенные для работы в северных районах,
монтируются на специальных транспортных средствах cHero
болотоходах, приспособленных для работы в экстремальных
условиях при значительном снежном покрове. Они оснащены ши
рокими резинометаллическими rусеницами, что позволяет сни
зить давление на rpYHT до 0,3 Kr/cM 2 .
Несмотря на то, что конструкция rидравлических вибраторов
может считаться разработанной весьма детально, продолжаются
исследования по их усовершенствованию и созданию новых моди
фикаций. Среди предлаrаемых технических решений можно Bыдe
лить следующие [51]:
расширение полосы частот возбуждаемых колебаний;
разработка универсальных вибраторов для возбуждения про
дольных и поперечных волн на основе одноro вибровозбудителя.
Рассмотрим эти технические предложения.
Расширение рабочей полосы частот rидравлическоro вибрато
ра представляет собой непростую задачу, которая решается
улучшением системы управления источником, повышением ero
энерrетических возможностей, а также внесением изменений в
конструкцию в ибровозбудител ей. Одно из них уменьшение
объема рабочих полостей рабочеro rидроцилиндра с увеличением
частоты. В большинстве случаев жидкость считают несжимаемой.
Однако при значительных давлениях и на частотах больше 70 rц
начинают проявляться упруrие свойства жидкости, обусловлен
ные наличием в ней частиц HepacTBopeHHoro воздуха. Сжимае
мость жидкости зависит от действующеro объема рабочей жид
кости в полостях rидроцилиндра, уменьшаясь с уменьшением
ero объема. Поэтому целесообразно выбирать ero минимальным и
уменьшать с увеличением частоты развертки. Такая возможность
имеется. На вибраторах с ростом частоты рабочий ход цилиндра
относительно поршня уменьшается по квадратичному закону.
Поэтому уменьшение активноro объема жидкости в рабочих по
лостях rидропривода ведет к увеличению ее жесткости, а сле
довательно, должно улучшить амплитудно частотные xapaKTe
ристики вибраторов. Однако эта идея пока на практике не
реализована.
Создание универсальных источников для возбуждения продо
льных и поперечных волн продолжает привлекать к себе внима
ние конструкторов. Предложено два пути решения этой задачи.
Первый заключается в том, что на вибраторе может монтиро
ваться вертикальный или roризонтальный вибровозбудитель,
обеспечивающий возбуждение соответственно продольных или по
перечных волн. Эта идея реализована в некоторых модификациях
вибраторов (М 18НД). Второй предусматривает наклонное pac
положение вибровозбудителя, что позволяет возбуждать OДHO
временно продольные и поперечные волны, интенсивность KOTO
рых определяется уrлом наклона приложения силы к поверхности
112
земли. Совершенствование вибрационных источников продолжает
ся и необходимость повышения эффективности сейсморазведки
приведет к созданию новых модификаций вибраторов. Например,
для малоrлубинной сейсморазведки фирма IVI [51] рекламирует
несколько модификаций небольших вибраторов, монтируемых на
сравнительно леrких транспортных средствах. Одна из наиболее
совершенных моделей позволяет работать в диапазоне от 10 до
550 rц с различными линейными и нелинейными развертками. По
данным фирмы, АХЧ силы выrлядит следующим образом: 10 rц
4,5 кН, в интервале 70 150 rц 27 кН, 250 rц 9 кН,
550 rц 1,6 кН. Тип транспортной базы выбирается из двух
условий: первое чисто reофизическое, предполаrающее за
данную rлубинность исследований, ПОСКОЛЬКУ пиковое усилие не
может быть более 90% СИЛЫ, придавливающей плиту к rpYHTY;
второе связано с условиями эксплуатации и транспортировки.
Разработаны специальные модификации на тяжелых и леrких
полуприцепах с максимальными силами около 30 и 14 кН COOT
ветственно; частотный диапазон 1O 190 rц. Ориrинальным pe
mением в этих установках является то, что rpузом, придавли
вающим плиту к rpYHTY, являются бочки, при работе заполнен
ные водой до заданноro веса. Рекламируется и источник с F ...
... 10 кН, монтируемый на полуrрузовом автомобиле, при работе
опускаемый на rpYHT, а при переездах затяrиваемый в кузов
С помощью rидравлических шкивов.
3.2.3. ФАЗОВЫЙ И АМПЛИТУДНЫЙ КОНТРОЛЬ сиrНАЛОВ,
ВОЗБУЖДАЕМЫХ ВИБРАТОРАМИ
Вопросам фазовоro, а в последнее время и амплитудноro
контроля за работой вибраторов и излучаемых ими колебаний
уделяется значительное внимание. Обусловлено это тем, что от
НИХ во MHOroM зависит эффективность выполняемых работ. Зна
чение вопросов контроля возрастает, особенно при решении
тонких, неструктурных задач, требующих получения высокораз
решенных записей и изучения динамических характеристик OTpa
женных волн, коrда необходимо быть уверенным в том, что aHO
малии амплитуд обусловлены rлубинными факторами, а не сбоя-
ми в работе вибратора или отрывом плиты излучателя от по
верхности rpYHTa. Эти вопросы специфичны для работы в режиме
возбуждения квазисинусоидальных колебаний в связи с тем, что
наличие инерционных и упруrих элементов в системе вибратор
среда приводит к возникновению зависимых от частоты фазовых
СДвиroв в ее отдельных звеньях и элементах. Поэтому задача
СОСтоит в обеспечении TaKoro излучения вибрационных колеба
ний, при котором волны, отраженные от поrруженных слоев зем
ли, после корреляции с управляющим сиrналом давали бы нуль
фазовые или минимально фазовые импульсы с нулевыми или 90
8 Заh:3З _ ! ::!:!O
113
rрадусными сдвиrами фаз. Для этоro и необходима фазовая KOp
рекция rенерируемых колебаний.
Широкое применение получила система фазовоro контроля,
при которой сиrналы, снимаемые с датчика ускорения или CKO
рости, установленноro на плите вибратора, попериодно или че
рез определенные промежутки времени сопоставляются с COOT
ветствующими выборками управляющеro сиrнала. В результате
определяется сдвиr фаз между ними, и соответствующий ему
сиrнал подается на фазовращатель, который корректирует фазу
управляющеro сиrJIала. Точность ф зовой синхронизации COCTaB
ляла раньше :t 1 О , а теперь :t6 . Эта система фазовой KOp
рекции и основанные на ней различные реmения изложены в ряде
работ [5, 31] и поэтому здесь не рассматриваются. Отметим,
что в основе этоro принципа синхронизации лежит предположе
ние о том, что излучение колебаний, при котором движения pa
бочей плиты вибратора соrласованы с изменениями управляющеro
сиrнала, обеспечивает достижение желаемых результатов, Т.е.
вибрации рабочей плиты вместе с верхними слоями земли cooт
ветствуют смещениям частиц среды на rлубине. Но это было бы
так, если бы процесс распространения волн в земле определял
ся бы только не зависимым от частоты поrлощением. В реальных
условиях наличие реактивных составляющих в среде приводит к
образованию фазовых сдвиroв волн. Кроме TOro, сиrналы с пли
ТЫ носят очень искаженный характер, особенно на низких час
тотах, что также затрудняет проведение коррекции движения
плиты по этим сиrналам. В этой связи было предложено [57]
корректировать работу вибратора по сиrналам акселерометра,
установленноro на инерционной массе вибратора. Этот способ
синхронизации давал лучшие и более стабильные результаты.
Преимущества ero заключались и в том, что сиrналы, снимаемые
С инерционной массы, существенно меньше искажены, чем сиr--
налы с плиты' за счет тoro, что инерционная масса не оrpaни
чена в своих движениях и может свободно перемещаться BBepx
вниз относительно центральноro положения.
Однако экспериментальные работы показали, что волны, за
реrистрированные в дальней от вибратора зоне, имеют фазовые
отличия от излучаемых колебаний. Причем сдвиr фаз увеличи
вается с ростом частоты, что свидетельствует о влиянии peaK
тивных составляющих импеданса земли на распространение волн.
В силу ряда причин эта система широкоro распространения не
получила, хотя во мноrих современных системах управления
вибраторами предусмотрена фазовая коррекция по сиrналам,
снимаемым с реактивной массы.
В настоящее время практически на всех вибраторах реализо
вана фазовая синхронизация по силе воздействия на землю
(rpунт) , так называемая "force сопtrolе". Эта система OCHO
вывается на работе G.P. Miller и Н. Pursey, которые показа
ли, что время между напряжением, приложенным к поверхности
rpYHToBoro изотропноro полупространства, и смещениями на
114
Рис. 27. Схема вибровоз
буднтеля
п
фронте волны в дальней зоне равно естественному запаздыванию
волн за счет их распространения от точки возбуждения до
пункта приема. Это понятно, так как если предположить rapMo
нический характер действующих в системе наrрузок, то YCKope
ние (сила) и смещение выражаются одной функцией (sin или
cos) с постоянным сдвиroм фаз, не зависимым от частоты коле
баний. Последующими исследованиями [61] было показано, что
сила воздействия рабочей плиты вибратора на землю может быть
измерена как взвешенная сумма ускорений инерционной массы и
рабочей плиты. Усилия, развиваемые в отдельности плитой
и инерционной массой, не характеризуют силу, развиваемую
вибратором.
Для получения выражений силы воздействия вибратора на
rpYHT составим уравнение движения отдельных элементов вибро
возбудителя в соответствии с механической моделью вибратора,
показанной на рис. 27 [61]. На реактивную массу действуют
активная сила Ра, направленная вверх, и силы противодейст
вия, обусловленные инерцией массы, упруroстью и вязкостью
жидкости:
Pa == МтХ т + па(х м Хп)!) + Ка(Х М Х п )!) ,
(3.1 )
rде М и Х масса и ускорение инерционной массы; па и Ка
т т
вязкая и упруrая константы жидкости; Х т , Хм' Х п )! и .к п )!
смещение и скорость смещения реактивной массы и плиты.
На плиту действуют активная сила, направленная вниз, сила
воздействия на rpYHT, инерционная сила и силы сопротивления
жидкости вибровозбудителя:
Ра == F + М ПJlХ м па (х )СП)!) Ка (Х Хм),
g т т
rде Fg сила воздействия на землю; М п )!, х п )! масса и YCKO
рение плиты; Х п )!, Х скорость и смещение плиты.
Если сложить оба уравнения, то получим
О == F + М П)!Х П )! + М х
g т т
Или
Х'"
115
F = м х + М"лХ"л, (3.2)
g т т
Уравнение (3.2) о.пределяет силу воздействия вибрато.ра на
rpYHT, ко.то.рая не зависит ни от упруrих, ни от вязких
сво.йств масла, запо.лняющеro цилиндр вибровозбудителя. Этим
о.на отличается о.т исхо.дных уравнений. Практически сила ВОЗ
действия на rpYHT находится сло.жением масштабированных сиr
налов с двух акселерометров, установленных на плите и на
массе в соответствии с разницей их масс [61]. Этот суммарный
сиrнал и испо.льзуется в качестве о.братно.ro для фазо.во.й синх
ро.низации рабо.ты вибратора. Синхронизация по. сиrналам с дaT
чиков, устано.вленных то.лько на плите или на инерционно.й Mac
се, не сво.бодна о.т влияния сво.йств жидко.сти, ко.торые у каж
до.ro вибратора Mo.rYT быть разными. По.этому возможны такие
ситуации, при ко.то.рых два вибратора или бо.лее будут синхро
низированы по. отно.шению к сво.им сиrналам с плиты или с инер
цио.нной массы, но. они не будут идентичны между со.бо.й, что.
приведет к искажению складываемых во.лн при rруппировании
излучателей. Экспериментальные рабо.ты [61] по.дтвердили, что
испо.льзование сиrналов силы во.здействия на rpYHT для фазо.во
ro ко.нтро.ля вибратора обеспечивает по.лучение лучших резуль
тато.в. Тем не менее со.временные системы управления по.зво.ляют
о.существить ко.нтроль синхро.низации вибрато.ров по. любому из
трех возмо.жных сиrнало.в, выбираемых по. результатам о.пытных
рабо.т.
В по.следние roды сиrналы, соответствующие силе во.здейст
вия на землю, испо.льзуются для ко.нтро.ля за уро.внем ко.леба
ний, во.збуждаемых вибрато.рами. Обусло.влено. это следующими
причинами.
Особенно.стью по.следних мо.дификаций вибрато.ро.в является
то., что о.ни мо.нтируются на специализиро.ванных транспо.ртных
средствах, rидрофицированных шасси, что. позво.ляет иметь о.дну
двиraтельную устано.вку, о.беспечивающую или рабо.ту вибрато.ра,
или перемещение ero по про.филю ИЛIl по. до.ро.rе. В результате
снизились общая масса вибрато.ра и естественно. приrруз плиты,
ко.то.рая стала равно.й или даже меньшей пико.вой силы, разви
ваемо.й вибраторо.м. Как следствие по.явилась реальная во.змо.ж
но.сть о.трыва плиты о.т поверхно.сти земли на часто.те резонан
са. Последнее крайне нежелательно из за во.змо.жности появле-
ния ударных наrрузо.к и значительноro возрастания уро.вня He
линейных искажений. Осо.бенно. опасно это. явление при работе
на rpYHTax с высокой добротностью Q. Во. избежание этоro
предложено. непрерывно реrистрировать силу воздействия на
землю и автоматически по.ддерживать ее по.сто.янной на о.преде
ленно.м уровне, ко.то.оый выбиоается оавным 0,6 0,8 о.т макси
мально.ro. Действие системы ко.нтро.ля уровня вибрации основано.
на задании о.пределенно.ro по.ро.rа силы и на непрерывно.м cpaB
нении ее текущеro значения с по.роroвым. При повышении по.ро.rа
вырабатывается ко.рректирующее напряжение, ко.торое по.дается
116
на электроrидравлический преобразователь, уменьшая ход зо
лотника. До и за резонансом, коrда сила меньше пороroвоro
значения, система автоматическоro контроля увеличивает ход
золотника и силу воздействия на землю, делая тем самым
аМПЛlfТудно частотную характеристику более равномерной. Воз
можности поддержания силы вибратора на пороroвом уровне
определяются производительностью насоса и мощностью двиrате
льной установки. По имеющимся данным, лучшие образцы вибра
торов способны поддерживать постоянство силы в полосе частот
от 15 20 до 160 170 rц при пороrе 0,7 0,8 от максимальноro
значения силы.
Таким образом, система контроля вибрации по силе воз
действия на землю позволяет полностью использовать мощност
ные возможности вибраторов при работе на низких и высоких
частотах, она должна всеrда использоваться, коrда применяют
ся установки с высоким отношением пиковой силы к величине
приrpуза.
3.2.4. ФАЗОВЫЕ СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ
ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ ВИБРАТОРА
Одним из необходимых условий успешной работы вибратора
является соответствие движения рабочей плиты излучателя
управляющему сиrналу, которое получило название фазовой
синхронизации. Современные системы управления и контооля
обеспечивают ошибку синхронизации, не превышающую :t6° С во
всем частотном диапазоне излучаемых сиrналов. При этом OTHO
сительные перемещения плиты и инерционной массы, как прави
ло, не рассматриваются и не реrламентируются. Однако изуче
ние особенностей поведения зтих элементов вибратора
представляет определенный интерес для анализа работы излуча
теля. В идеальном случае сдвиr ФJlЗ между инерционной массой
и плитой должен быть равен 180 , так как инерционная масса
является как бы упором, относительно KOTOpOro совершает
возвратно поступательные движения плита с при соединенным
объемом rpYHTa. В реальных условиях вследствие наличия инер
ционных и упруrих элементов в системе вибратор rpYHT
взаимные перемещения инерционной массы (корпуса rидроцилинд
ра) и плиты (поршень rидроцилиндра с плитой) носят более
сложный характер. Для их анализа обратимся к методу электро
механических аналоrий. На рис. 22 приведен электромеханичес
кий аналоr вибратора с rpYHTOM. Следуя ему, выражения для
ТОков в цепях инерционной массы и излучающей плиты с наrруз
Кой MorYT быть записаны следующим образом:
1 Е и /" == Е
ИИ jWM HH jWMz:.+l/jwc,,+R'
rде М ии масса инерционноro элемента вибровозбудителя; Mz:. ==
117
== М П1l + m и ; Е ЭДС, развиваемая ленератором; ти, Си и R и
сопротивления присоединенноro объема rpYHTa.
Сжимаемостью жидкости пренебреraем из за тoro, что она
при не очень высоких частотах (до 100 rц) не оказывает cy
щественноro влияния на характер протекающих процессов. В
этом случае вектор тока в цеп.fl реактивной массы отстает от
вектора напряжения (Е) на 90 во всем частотном диапазоне
излучаемых сиrнaлов. Поэтому сдвиr фаз между скоростью CMe
щения инерционной массы и действующей силой (управляющим
сиrналом) должен быть постоянным. В реальных условиях это
положение может не выполняться из за влияния упруrих свойств
жидкости и друrих возможных искажающих факторов, обусловлен
ных, в частности, трением, вихревым характером движения жид
кости в rидросистеме вибратора и др. Этим определяется инте
рес к измерению вышеуказанноro сдвиrа фаз. Если сдвиr фаз
между управляющим сиrналом скоростью смещения инерционной
массы постоянен и равен 90 во всем частотном диапазоне
,Излучаемых сиrналов, то это указывает на незначительное
влияние сжимаемости жидкости, на правильнуюои стабильную pa
боту вибратора. Если сдвиr фаз не равен 90 и меняет свою
величину, то это является следствием влияния вышеуказанны
причин на работу вибратора, и необходимо оценить их роль
в процессе излучения колебаний. Может быть, достаточно Hec
колькО сузить полосу излучаемых частот для уменьшения влия
ния сжимаемости жидкости, сменить масло в rидросистеме или
уменьшить скорость развертки. Таким образом, полученные дaH
ные и их анализ позволяют rлубже оценить работу вибратора
и влияние поrрешностей и найти пути их устранения.
В цепи наrрузки, имеющей комплексное сопротивление, сдвиr
фаз между током (скорость смещения плиты) и напряжением
(управляющий сиrнал) носит частотно зависимый характер и
определяется упруrими и инерционными элементами. Фазовый
уroл между ними определяется отношением мнимой и действите
льной компонент сопротивления
tgq:> == (wMr, 1/ wС и ) / R и (3.3)
о
И может принимать любые значения в пределах О 180 в зави
симости от частоты, параметров вибратора (М ИИ ) и наrрузки
(Си, m и ). Рассмотрим характер ero изменения в функции часто
ты, считая остальные величины постоянными и от нее не зави
сящими.
В области нулевых частот «(J) О) фазовый уroл определяет
ся упруrим сопротивлением, так как инерционная компонента
jWMr, О. При этом tgq:> OO и q:> п!2. Вектор тока в цепи
о
наrрузки опережает вектор напряжения на 90 , что показано на
рис. 28. Сдвиr фаз междУо скоростями смещения инерционной
массы и плиты равен 180 , и если бы они перемещались, то
двиrались бы в противофазе. На частоте w О излучения не
118
а
l l1Н
5
t I ",
90
.900 UJ
О 00
.. Е
IН2
1111
Рвс. 28. ВеJCl'Oрнаи диarpaммa ТОКОВ и наприженИJI в цеПJIX элеltТpOмехани
чесltОro аиалоrа вибparoра (а) и rpaфик измененИJI yrJlOB между УПРaвJUlющим
сиrналом Е и тoltOM /и В цепи нarрузlCИ аиалоrа (6):
/ии вектор тока в цепи инерционной массы; /"1, /из - векторы тока
в цепи наrpузки на частотах О и СО, /и2 на частоте реЗ0нанса
ПРОИСХОДИТ, так как мощноc;rь, развиваемая вибратором, равна
нулю: Р = 1/2 /п Ecos 90 = О. Этим объясняется то, что
амплитудно частотные характеристики имеют нулевые значения
на частоте ы О.
По мере увеличения частоты числитель в (3.3) начинает
увеличиваться, а сдвиr фаз между током в цепи наrрузки и
управляющим сиrналом, а также током в цепи инерционной Mac
сы уменьшаться. При этом МОЩНОСТЬ 6 отдаваемая вибратором,
будет расти за счет тoro, что qJ < 90 и cos qJ :1:- О. На час
тате, коrда реактивные сопротивления станут равными друr
друry
wM L = 1/wС и и w p = 1jMI. Си'
наступает резонанс, при котором сдвиr фаз между током в цепи
наrрузки и управляющим сиrналом равен О. Векторы тока /" и
напряжения Е совпадают между собой и излучение вибратора бу
дет максимальным:
р = l/2/ и Е.
На частоте резонанса сдвиr фаз между токами в цепях наrрузки
и инерционной массы равен 90 О. При дальнейшем росте частоты
сопротивление наrрузки носит все более инерционный характер,
и векторы токов в цепях наrрузки и инерционной массы продол
жают сближаться между собой. На частоте w ----+ 00
tgq:> ----+ + 00, q:> ----+ П /2
и вектор тока наrрузки отстает от вектора напряжения на 90 о
и начинает совпадать с направлением тока в цепи инерционной
массы (см. рис. 28). Оба вектора токов становятся параллель
ными друr друrу, и инерционная масса и плита будут двиrаться
119
синфазно. Очевидно, что излучения волн в среду не будет, так
как в системе действуют только реактивные силы
р == 1 /2 1 н Ecosrp ----+ О, так как rp ----+ П /2 и cosrp ----+ О.
Таким образом, фазовый уroл между скоростями смещений плиты
и инерционной массой меняется в пределах от п до О при изме
нении частоты от О до 00. о
На частоте резонанса уroл между токами равен 90 . Полу-
ченные соотношения справедливы для идеальных условий и
отсутствия каких либо искажающих факторов. Поэтому реальные,
экспериментальные кривые изменения фазовоro уrла с частотой
MorYT отличаться от теоретических, что будет указывать на
возможные поrрешности в работе вибратора.
3.2.5. ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ rИДРАВЛИЧЕскоrо
ВИБРАТОРА
Сейсмические характеристики вибратора, определяющие
эффективность ero работы, во MHOroM зависят от характера и
особенностей процессов, протекающих в вибровозбудителе при
наrнетании в ero полости и сливе из них рабочей жидкости.
Эти вопросы практически не рассматривались и их изложению
посвящен настоящий подраздел, который базируется на спе
циально выполненных экспериментальных работах на вибраторе
CB 5 150'. Они предусматривали установку датчиков расхода и
давления в маrистрали питания вибровозбудителя, давления
в рабочих полостях rидроцилиндра и измерения соответствующих
величин в процессе излучения колебаний в полосе частот 1 o
60 rц и 10 260 rц.
Известно, что действующее в вибровозбудителе рабочее уси
лие равно произведению активной площади поршня на разность
давлений над и под ним. Жидкость наrнетается в цилиндр виб
ровозбудителя аксиально поршневым насосом со специальным pe
ryлятором, обеспечивающим, с одной стороны, постоянство мощ
ностных характеристик насоса, а с друroй оrраничение дав-
ления жидкости в системе при изменении частоты в процессе
работы вибратора [27]. Последнее необходимо из за TOro, что
с увеличением частоты поток уменьшается, что может вести
к недопустимому увеличению давления жидкости в системе.
На рис. 29 приведены экспериментальные кривые изменения
давления (кривые J и 2) и расхода (кривые 3 и 4) в зависи
мости от частоты для двух управляющих сиrналов. Из них сле
дует, что давление в системе поддерживается постоянным, а
расход падает до практически одинаковых величин в конце раз
вертки. Постоянство давления объясняется наличием COOTBeTCT
вующеro реrулятора в насосе, а уменьшение расхода обусловле
'РаБОТbI ВblполнеНbI и.и. СтеПУНИНblМ.
120
Опит. Р ПМТ . МПа
A!l.
...."
18 V' 2
185
х
12 \
"
\
fЧ5 "
\lt
6 )(
\
95
'\
",,-
70 100 150 200 (, ru,
о 50
Рис. 29. Зависимость давления (1 и 2) и расхода (3 и 4) от частоты
I<ВТ
40
х
. ."\
\ .,.!.............
х 1 "...........
\ "........
-\ X .
,, X
50
20 О
50
100
150
F, ru,
Рис. 30. Кривые изменения мощности с частотой для двух управляющих сиr-
налов
но особенностью работы вибратора, которая заключается в том,
что при сохранении постоянной амплитуды давления скорость
уменьшается в 1/", раз, что И ведет к снижению расхода Q =
- s. v, rде S и v площадь поперечноro сечения потока жид
КОСТи и ее скорость.
Произведение давления на расход определяет мощность пото
Ка жидкости, проходящей в данном сечении трубопровода. При
121
менительно к работе вибратора это будет мощность, затрачи
ваемая на приведение в движение инерционной массы и поршня
с рабочей плитой. Очевидно, что при постоянном давлении и
уменьшающемся с частотой потоке мощность привода также будет
уменьшаться, что находит свое отражение на соответствующих
кривых, рассчитанных по значениям расхода и давления и при
веденных на рис. 30. Уменьшение мощности с ростом частоты,
естественно, ведет к снижению кпд вибратора.
Следующим важным фактором, оказывающим значительное
влияние на эффективность работы вибратора, является xapaK
тер изменения давления в полостях rидроцилиндра. Обычно
принято считать, что амплитуда давления постоянна во всем
рабочем диапазоне, а ero текущие значения меняются по KBa
зиrармоническо у закону в соответствии с управляющим сиr---
налом. При этом, если в одной полости давление максимальное,
то в друroй минимальное. Экспериментальные кривые, по
строенные по измерениям давления в полостях вибровозбу
дителя, носят довольно слоЖНЫй искаженный характер и только
в общем соrласуются с вышесказанными положениями. Особенно
велики искажения на низких частотах. На кривых давления
выделяется основная rармоника, соответствующая частоте уп
равляющеro сиrнала, на которую накладываются локальные ис
кажения, изменяющие форму кривых. В области низких частот
(до 30-33 rц) наблюдается одностороннее оrраничение кривых
давления по уровню, что ведет к их несимметричности и, ec
тественно, отрицательно сказывается на работе вибраторов.
С увеличением частоты форма кривых давления приближается
к синусоидальной, и уровень искажений уменьшается. В качест
ве примера на рис. 31 приведены кривые изменения давления
в верхней и нижней полостях цилиндров на частотах 17, 40 и
70 rц, на них хорошо видны указанные выше особенности.
Следует отметить, что последние находят свое отображение в
работе вибратора и приводят к появлению нелинейных искажений
возбуждаемых сиrналов, которые рассмотрены далее. Поведение
кривых давления, измеренноro в полостях rидроцилиндра, в
сочетании с друrими данными указывает на то, что искажения
носят двоякий характер. Они обусловлены процессами, проис
ходящими в самой rидравлической системе вибратора и при
передаче наrрузок rpYHTY. Наибольшие искажения в виде orpa
ничения кривых давления на низких частотах вызваны тем, что
смещения rpYHTa оrраничены упруrими деформациями, которые
меньше тех перемещений, которые должны иметь место в вибро-
возбудителе. С ростом частоты взаимные смещения плиты и
инерционной массы уменьшаются, становятся сравнимыми с уп
руrими деформациями rpYHTa, и кривые давления становятся
более симметричными.
Друrие искажения, которые значительно меньше по величине,
обусловлены работой rидросистемы, и, как правило, они мало
зависят от частоты. Более подробно вопросы нелинейных иска-
122
5
mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm m mmmm
\
mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmm
Рис. 31. Кривые изменения давления в верхней (1) и нижней (2) ПОJlОСТЯХ
вибровозбудителя на частотах 17 rц (а), 40 rц (6) и 70 rц (в)
жений возбуждаемых сиrналов рассмотрены в следующем подраз
деле.
Анализируя характер полученных кривых давления, необхо
димо отметить и то, что с ростом частоты наблюдаются умень-
шение абсолютных величин 'давления и повышение противодавле
ния. Действительно, на рис. 31 видно, как с частотой YMeHЬ
шаются амплитуды (размах) кривых и увеличиваются минимальные
значения давления. Это может быть обусловлено тем, что с
увеличением частоты возрастает скорость перемещения золотни
Ков и соответственно уменьшается время, в течение KOTOpOro
ПОлости rидроцилиндра оказываются соединенными с напорной и
123
сливной системами жидкости. В результате она не успевает Ha
полнить одну полость и полностью освободить противоположную,
и усилия, развиваемые вибратором, с частотой уменьшаются,
что, естественно, снижает ero сейсмическую эффективность.
Таким образом, полученные и приведенные экспериментальные
данные указывают на следующие особенности работы вибратора:
с увеличением частоты наблюдается уменьшение расхода жид
кости, мощности КПД излучателя при относительно постоянном
давлении жидкости в системе, поддерживаемом аксиально
поршневым насосом с наклонной шайбой;
кривые давления в полостях rидроцилиндра носят сложный,
искаженный характер, особенно на низких частотах (до зо
35 rц).
Отмеченные недостатки в работе rидравлических вибраторов
MOryT быть устранены только путем изменения их конструкции.
Очевидно, что для компенсации уменьшения давления в рабочих
полостях rидроцилиндра и мощности излучения необходимо повы
шать расход жидкости и давления в системе. В частности, pe
rулятор аксиально поршневоro насоса должен быть отреrулиро
ван на поддержание постоянной мощности потока жидкости, а
rидросистема не допускать чрезмерноro повышения давления
с ростом частоты. Такой режим работы вибратора позволит
снизить уровень нелинейных искажений. Действительно, одной
из основных причин появления нелинейных искажений является
недопустимо большой ход цилиндра относительно поршня на
низких частотах. Он выбирается значительным для TOro, чтобы
обеспечить необходимые перемещения вибропары на высоких
частотах. Поэтому более оптимальна такая конструкция вибра
тора, у которой этот ход или постоянен, или существенно
меньше изменяется с увеличением частоты. Силу можно пред
ставить в виде
F ... т(хо == mzw 2 ,
rде т масса движущихся частей вибровозбудителя; ао
амплитуда ускорения; z - амплитуда перемещения цилиндра
относительно поршня.
Т orдa
z == F/mw 2 ,
и для TOro, чтобы пе емещение не зависело от частоты, необ
ходимо, чтобы F == Fw или хотя бы F == Fw, а это ведет к YBe
личению давления с ростом чаСТОТbI. Реализация этоro положе
ния требует изменения конструкции rидравлическоro вибратора.
Необходимо отметить, что определенные усилия сделаны в
этом направлении. Система контроля силы воздействия на зем
лю, реализуемая в последних конструкциях вибраторов, в опре
деленной степени решает эту проблему. Тем не менее она не
обеспечивает полной компенсации падения давления с частотой,
и реализация принципов, рассмотренных выше, позволит повы
124
сить сейсмическую эффективность вибрационных источников на
основе rидропривода.
3.2.6. НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ
сиrНАЛОВ
Возбуждение сейсмических колебаний вибрационными источни-
каМи колебаний в большинстве случаев сопровождается нелиней-
ными процессами, которые возникают в самих установках и в
системе передачи наrрузок rpYHTY. Их наличие отрицательно
влияет на эффективность вибрационной сейсморазведки из за
снижения уровня колебаний основной частоты, нерациональноro
расходования энерrии и rенерирования помех, которые мешают
выделению полезных волн.
Вопросы нелинейных искажений вибрационных сиrналов анали-
зировались и рассматривались в ряде работ отечественных и
зарубежных авторов [48, 60]. Предложены также способы их
ослабления [60]. Тем не менее изучение при роды нелинейных
искажений, их количественные оценки и поиски путей их YMeHЬ
шения представляют практический и научный интерес.
Нелинейные искажения, возникающие в процессе возбуждения
сейсмических колебаний rидравлическими вибраторами, обуслов
лены следующими двумя основными причинами: нелинейным xapaK
тером взаимодействия рабочей плиты вибратора с rpYHToM при
передаче силовоro воздействия на среду и нелинейными процес
сами в rидравлическом механизме вибратора, возникающими при
создании переменных усилий в вибровозбудителе. Рассмотрим их
более подробно.
Плита со штоком, поршнем и rидроцилиндром, инерционной
массой образует единую механическую систему, приводимую в
движение внутренними переменными по величине силами. В pe
зультате поршень С плитой движутся в одну сторону, а инер
ционная масса в друryю. При этом если последняя может CBO
бодно перемещаться вверх и вниз от центральноro положения,
то поршень с плитой оrpаничены в своем движении сопротивле
нием rpYHTa. При расчете вибраторов в качестве одноro из па
раметров задается взаимное перемещение поршня и rидро
цилиндра (ход поршня), которое они должны иметь на самой
низкой частоте. В связи с тем, что ход поршня С ростом час
тоты уменьшается обратно пропорционально ее квадрату, то он
выбирается значительным, чтобы и на высоких частотах он имел
заметные значения. ДЛя мноrих конструкций вибраторов переме
щения поршня и массы MOryT достиrать 4 5 см, и во всех слу
чаях он превышает предел упруrих деформаций rpYHTa. В pe
Зультате инерционная масса свободно перемещается вверх и
ВНиз, а поршень С плитой оrраничены в своем движении, что
и приводит К искажению формы возбуждаемых колебаний. Они
СТановятся несимметричными, осложненными высшими raрмоника
125
ми. Их уровень определяется ходом поршня относительно инер
ционной массы и компрессионными характеристиками rpYHTa в
районе работ и практически не должны зависеть от МОщностных
характеристик вибратора. С увеличением частоты возбуждаемых
колебаний перемещения плиты уменьшаются и, начиная с какой
то частоты, становятся равными, а затем и меньшими предела
упруrocти пород rpYHTa. Это должно приводить К снижению
уровня высших, четных rармоник с ростом частоты.
Оценки уровня нелинейных искажений, возникающих при пере
даче наrрузок rpYHTY, MOryT быть получены на основании aHa
лиза сиmалов, снимаемых с датчиков (сейсмоприемник или
акселерометр), установленных на плите. Обусловлено это тем,
что плита прижата к поверхности rpYHTa и совершает с ним
синфазные колебания. Все отклонения от нормальных перемеще
ний плиты и rpYHTa будут фиксироваться датчиками, размещен
ными на поверхности рабочей плиты.
Вторая причина нелинейных искажений вызвана тем, что в
rидравлическом преобразователе вибратора расход жидкости че
рез рабочие кромки золотника и рост давления в полостях rид
роцилиндра связаны нелинейной зависимостью с электрическими
сиrналами, поступающими на вход золотника, и с перемещениями
ero рабочих элементов. В результате выходные сиmалы вибро
возбудителя отличаются от входных и возникают нелинейные
искажения reнерируемых волн.
В силу симметричности конструкции rидропривода ero нели
нейность выражается в появлении нечетных rармоник [48].
Интенсивность высших rармоник, связанных с работой rидропри
вода, может быть оценена на основании анализа электрических
сиrнaлов, снимаемых с датчиков ускорения или скорости, ycтa
новленных на инерционной массе вибровозбудителя. Обусловлено
это тем, что, как было указано ранее, перемещения инерцион
ной массы не оrраничены сопротивлением rpYHTa, и она может
свободно перемещаться относительно cBoero центральноro поло
жения.
Следовательно, измеряя и анализируя сиrналы, снимаемые с
датчиков, установленных на рабочей плите вибратора и ero
инерционной массе, можно разделить нелинейные искажения,
обусловленные выщеуказанными причинами, и оценить их относи
тельный уровень. Для подтверждения этоro предположения и
оценки уровня нелинейных искажений были выполнены специаль
ные измерения на вибраторе CB-5 150M2 с отечественным и
импортным (фирмы "Atlas") rидропреобразователями, а TaK
же использованы результаты экспериментов А.И. Луrинца и
И.Б. Крылова.
На рабочей плите и инерционной массе вибратора CB 5 150М2
были установлены тарированные акселерометры, сиrналы с KOTO
рых записывались в память ЭВМ. Кроме тoro, на сейсмостанции
реrистрировались сиmалы с сейсмоприемников. Характеристики
вибраторов снимались на моночастотах в диапазоне от 1 О до
126
'''1
а 1
дБ О jj
j
fl
2
60
'НJ
60
О
52,5
12S
'67,s
250 ru,
а
дБ
z
I
20
'fO
50
60
О
62,5
125
187.5
250 ru,
Рис. 32. СиrНaJlЫ, зареrистрированные с дarчиков на плите (а) и массе (6).
8ибрaroра на частотах 10 rц (1), 30 rц (2) и 90 rц (3);
1 и 11 первая и высшие raрмоники
а
дБ
3
!
zo
lfа
62,5
5
д6
[
f!
20
[j
п
'fIJ
БО
-80
О
62,5
12S
187.5
250 rц
Рис. 12. Продолжение
150 rц и на управляющих сиrналах с полосой 12 64 и 5 150 rц
на rpYHTe и асфальте.
Обработка материалов заключалась в оценке и анализе сиr
налов с датчиков и опреде ении уровня нелинейных искажений.
Приведем основные резу ьтаты выполненных экспериментов. В
качестве примера на рис. 32 приведены типичные кривые уровня
сиrнаЛ08 на п ите и инерционной массе, по ученные на часто
128
i 2
дБ
1
20 П
40
60
60 62,S 125 187,5 250 ru,
О
{j 3
дБ
1
20
-'НJ
БО
80
О
62,5
187,5
250 ru,
125
Рис. 12. ПродО.JIЖение
тах 10, 30 и 90 rц. На асфальте кривые имеют аналоrичный xa
рактер. Анализ кривых показал следующее:
кривые, характеризующие движение плиты вибратора и ero
инерционной массы, носят сложный характер; на них уверенно
ВЫделяются вторые, третьи и более высокие rармоники во всей
Полосе реrистрируемых частот (до 250 rц), а также промежу
точные максимумы, связанные, очевидно, с обертонами;
9 Заказ N> 220
129
О
-10
20
JO
'10
дБ
О IO W W т w ю ю
Рис. 33. Зависимость уровия второй
rармонип от чacтorы:
СИI'Н8JlЫ с датчиков на плите (1, 2) и
реактивной массе (3, 4) при работе
вибратора на rpYHTe (1, 3) и на ac
фальте (2, 4)
о
1O
20
JO
-w
+-""" +""+"""+2
. 3
, ".
f
дБ
О 10 20 30 '10 50 50 rц
Рис. 34. Зависимость уровня
третьей rармоники от частоты:
СИПl8JIЫ с датчиков на плите (1,
2) и инерционной массе (3, 4) при
работе вибратора на rpYHTe (1, 3)
и на асфальте (2. 4)
уровень нелинейных искажений в целом снижается с ростом
частоты, однако наблюдается в отдельных случаях ero повыше
ние;
нелинейные искажения инерционной массы весьма резко убы
вают с частотой и характеризуются небольшими значениями на
частотах свыше 60 70 fц;
интенсивность нелинейных искажений на плите в среднем на
порядок выше, чем на реактивной массе;
на низких частотах вторая и третья rармоники MOryT пре
восходить первую, а третья вторую, что происходит, по
видимому, за счет резонансных явлений на контакте.
Отмеченные закономерности в общем сохраняются и при рабо
те вибратора с развертками по частоте.
Более детальный анализ был проведен по определению ypOB
ней второй и третьей rармоник при работах на rpYHTe и
асфальте. На рис. 33, 34 приведены кривые изменения второй
rармоники сиrналов с плиты и реактивной массы на rpYHTe и
асфальте для вибратора с сервоусилителем .. Atlas" и отечест
венным. Из них видно, что и при работе на rpYHTe и асфальте
вторая rармоника с плиты довольно резко убывает с частотой в
области до 30 40 fц, а затем спад замедляется, что является
следствием перемещения плиты уже в области упруrих деформа
ций rpyHTa. Амплитуда второй rар оники на асфальте несколько
выше, чем на rpYHTe, в области частот до 30 fц, а затем Kap
тина меняется. Это находит объяснение также в том, что
асфальт жестче, чем rpYHT, и ero предел упруroсти меньше.
Нелинейные искажения на реактивной массе ниже, чем на плите,
и они в меньшей степени зависят от частоты. На асфальте ypo
вень искажений несколько выше, чем на rpYHTe. На рис. 34
приведены кривые, характеризующие изменения третьей rармони
ки. Как и в случае второй rармоники, искажения на плите
130
Таблица 7
коэФФициенr иелинейных искажений сиrналов с инерционной
массы и опорной IUИТЫ
5
10
15
20
25
30
35
45
55
б5
75
85
CB 10/180 СВ lб/150
Инерционная Опорная Инерционная Опорная
масса плита масса плита
47 395 18 278
29 279 21 210
2б 121 21 108
27 93 21 103
33 78 24 б3
29 бб 23 43
28 65 2s 45
33 76 30 67
27 74 24 53
12 52 13 43
11 29 11 45
Частота. rц
больше, чем на массе, а разница между ними при работе на
rpYHTe и асфальте незначительна, что может рассматриваться
как подтверждение TOro, что третья rармоника в большей CTe
пени обусловлена работой caMoro вибратора и в меньшей CTe
пени характером rpYHTa.
В целом аналоrичные материалы были получены А.И. Луrинцом
и И.Б. КРЫЛОВЫМ, которые измеряли уровень нелинейных искаже
ний по сиrналам, снимаемым с датчиков плиты и массы, ycтa
новленных на вибраторах CB 10/180 и CB 16/150 нпо "Сей см 0-
техника" в полосе частот от 5 до 85 fц. Эти данные приведены
в табл. 7. Из них также следует, что искажения на плите бо
льше, чем на инерционной массе, и последние в меньшей степе
ни изменяются с частотой.
Обобщая полученные результаты, можно констатировать, что
они укладываются в единую схему, указывающую на следую
щее:
сиrналы, возбуждаемые вибраторами, осложнены весьма
интенсивными rармоническими составляющими, уровень которых
снижается с ростом частоты за счет уменьшения амплитуд пере
мещений плиты;
наибольшую интенсивность имеют искажения, обусловленные
ВзаИмодействием плиты вибратора с rpYHToM, и на низких час
ТОтах на порядок и более превосходят уровень rармоник, воз
lIикающих в rидросистеме вибратора.
Для ослабления уровня нелинейных искажений было предложе
110 несколько способов [ 48, 60]:
снижение уровня вибраций, который оказался в целом Ma
9*
131
лоэффективным, а в ряде случаев наблюдался даже рост rapMo
ник с уменьшением амплитуды управляющеro сиrнала;
введение в управляющий сиrнал высших rармоник с реryли
руемыми амплитудами и фазами, компенсирующих возникающие в
системе искажения (способ дал неплохие результаты на Moдe
лях, но оказался практически неприroдным на практике и pac
пространения не получил из за сложности инеоднозначности
расчета компенсирующих сиrналов и необходимости создания
специальной аппаратуры)
изменение фазы излучаемых и принимаемых сиrналов [60],
которые приводят к самокомпенсации rармоник при сложении
виброrрамм (этот способ опробован и дал неплохие результаты,
однако пока широкоro применения не получил, тем не менее в
конструкциях всех отечественных вибраторов заложена возмож
ность изменения фазы управляющеro сиrнала).
выбор направления развертки и длительности управляющих
сиrналов с тем, чтобы помехи, обусловленные rармониками,
располаrались за пределами информативной части коррелоrрам
мы.
Основным недостатком большинства способов подавления rap
моник является то, что они основаны на компенсации, а не на
изначальном уменьшении.
Из полученных результатов следует, что один из возможных
путей уменьшения уровня нелинейных искажений связан со сни
жением перемещения плиты вибратора (хода поршня) на низких
рабочих частотах с тем, чтобы они соответствовали упруrим
деформациям пород rpYHTa. Однако при этом перемещения плиты
на высоких частотах будут очень небольшими, что приведет к
сужению частотноro диапазона излучаемых сиrналов и снижению
эффективности работы вибратора вследствие влияния сжимаемос
ти жидкости и друrих нежелательных процессов. Для реализации
TaKoro режима работы вибратора необходима такая конструкция
вибратора, у которой рабочий ход плиты был бы постоянным или
практически постоянным в пределах рабочих частот излучаемых
сиrналов. Одно из возможных решений, как показано ранее,
связано с увеличением силовоro усилия вибратора с частотой,
что позволит стабилизировать смещения плиты относительно
инерционной массы.
Данные об уровнях нелинейных искажений и их изменений с
частотой rенерируемых волн позволяют получить определенные
количественные оценки, характеризуюшие физические свойства
пород на пункте возбуждения колебаний. Будем считать, что
для rидравлических вибраторов выполняется условие
1 == lmax(fmin/f)2,
rде 1 и lmax перемешения поршня на текущей (!> и минималь
ной (fmin) частотах.
Предположим, что по характеру поведения кривых изменения
уровня высших rармоник определена некоторая частота [., на
I
132
которой перемещения ПЛИТЫ близки к упруrим деформациям rpYH
та, тоща
1 = lmax (fmin/f-)2.
i I
На основании закона rYKa можно записать
Elmax ( fmin ) 2
G E L L f. '
I
rде G напряжение; Е модуль упруrocти; L некоторый Bep
тнкальный размер столбика rpYHTa под плитой вибратора, OTHO
сительно KOTOporo определяются упруrие деформации пород.
Из этоro соотношения определим величину
Е G ( fi ) 2
в =
L lmax fm,n .
Этот параметр связан с модулем упруroсти пород на пунктах
возбуждения колебаний и в определенной степени должен xapaK
теризовать их физические свойства. Изменение этоro параметра
будет roворить об изменении физических свойств поверхностных
отложений и условий возбуждения колебаний. Такая информация
может быть полезна при анализе полученных результатов и
оценке достоверности аномалий по уровню и частотному составу
зареrистрированных волн. Для получения этих данных необходи
мы соответствующие технические средства, создание которых
возможно на основе штатноro оборудования вибраторов.
3.3. ВИБРАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ДИСКРЕтноrо
ДЕЙСТВИЯ (КОДОИМПУ ЛЬСНЫЕ ИЛИ
ВИБРОИМПУ ЛЬСНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ)
Вибрационные источники дискретноro действия или кодоимпу
льсные (виброимпульсные источники) обеспечивают приложение к
поверхности земли последовательностей однополярных коротких
импульсов, следующих друr за друroм с переменными или пос
ТОянными временными интервалами. Известно несколько модифи
каций таких источников.
В системе "Minie Sosie", предназначенной для разведки
неrлубоких roризонтов, в том числе изучения верхней части
разреза при работах с вибраторами, в качестве источников
используются серийные ручные вибромолоты для уплотнения
rpYHTa при строительстве. У них дроссельный рычаr переобору
дован на большие перемещения заслонки, а на трамбовочной
плите закреплен сейсмоприемник, сиrналы от KOTOpOro подаются
На сейсмостанцию и реrистрируются в качестве опорных. В про-
цессе работы оператор, перемещая заслонку, меняет частоту
следования ударов, обеспечивая их случайный характер, в
среднем за 1 с производится 10 ударов. Энерrия одноro удара
133
равна 65 Дж. В течение одной посылки производится от 300 до
1000 и более воздействий. Полученные записи реrистрируются
и коррелируются с сиrналами на плите излучателя, образуя
обычные по виду записи.
В нашей стране для возбуждения последовательностей
импульсов были предложены и получили определенное применение
электроиндукционные источники, получившие название ИКИ,
источник кодоимпу льсный [12, 31].
Отметим следующие их преимущества перед вибрационными
источниками:
простота конструкции и обслуживания;
небольшая величина усилия в импульсе, что ведет к повыше
нию частоты возбуждаемых колебаний по сравнению с импульсны
ми источниками;
наличие rидротрансформатора, КОТОРЫЙ уменьшает перемеще
ния рабочей плиты, повышая эффективность работы источника.
Наряду с этим кодоимпульсные источники имеют следующие
основные недостатки:
невозможность управления частотой возбуждаемых колебаний
и изменения полярности импульсов;
сравнительно высокий уровень помех корреляционноro преоб
разования и наличие областей с повышенным фоном шумов, для
ослабления которых необходимо применять специальные последо
вательности импульсов.
Наибольшую известность получили три модификации таких
источников:
ИКИ 10/40 излучатель, развивающий усилие до 105 Н В
импульсе с максимальной частотой следования до 40 rц;
ИКИ 2 установка, имеющая на одной транспортной базе
три излучателя с суммарным усилием в импульсе до 3,6 'lOSH
и частотой развертки до 15 fц;
икиr -1 установка, смонтированная на тракторе Т 170 и
предназначенная для возбуждения поперечных волн в северных
районах.
Промышленное применение получил источник ИКИ 10/40. OCTa
льные модификации используются пока в опытном порядке. Раз
рабатываются также следующие модификации ИКИ, предназначен
ные для работ в зимних условиях. Принцип действия и
устройство этих источников освещены в ряде работ [31 , 12],
поэтому оrраничимся их кратким описанием.
Источник ИКИ lО/40 состоит из следующих основных узлов:
линейный импульсный электродвиrатель (ЛИЭД), устройство пе
редачи наrрузок rpYHTY, синхронный reHepaTOp, блок KOHдeH
саторов, систем управления и разряда. Линейный импульсный
электродвиrатель (рис. 35) имеет индукторы 1 с маrнитопрово
дом и обмотками, якорь 2, демпферы 3, ресиверы 4, опорный
цилиндр 5, клапаны 6, инертную массу 7 и пружину 8. Особен
ностью конструкции ЛИЭД является наличие rидротрансформато
ра, через который усилия, возникающие в двиrателе, передают
134
7
"
fi
8
Рис. 35. Схема линейноrо импульсноro электро.цвиrareля:
1 - индуктор; 2 якорь; 3 демпфер; 4 ресивер; 5 опорный цилиндр;
6 клапан; 7 инертная масса; 8 пружина; А полость ресивера; Б
полость масляноro TpaHcqpopMaTopa
ся земле. Трансформатор имеет коэффициент пре06разования,
равный 10 что приводит К соответст ующему увеличению усилия,
приложенноro к поверхности земли, и уменьшению перемещений
опорноro цилиндра до 1 з мм, соизмеримых с упруrими деформа
ЦИями rpYHTa, что повышает кпд излучателя. При подаче импу
льса тока на обмотку индуктора в короткозамкнутой обмотке
якоря наводится ЭДС. В результате взаимодействия образовав-
Шихся маrнитных полей возникает импульс силы, который сме-
щает вниз якорь, сжимает пружину 8 и повышает давление в по-
лости Б масляноro трансформатора. Под действием этоro давле
ния опорный цилиндр смещается вниз и через основание двиrа-
135
теля передает усилие rpYHTy, возбуждая в земле сейсмические
волны. После прекращения подачи тока якорь под действием
возвратной пружины, сил сопротивления демпфера, инертной
массы и обратной реакции земли возвращается в исходное поло
жение.
Все узлы источника ИКИ 10/40 смонтированы на автомобиле
ЗИЛ 131A, двиrатель KOTOporo обеспечивает работу источника.
Для этоro он через коробку отбора мощности вращает синхрон-
ный reHepaTop, и током с reHepaTopa заряжается батарея KOH
денсаторов. Для производства воздействий блоком управления
вырабатывается соответствующий сиrнал, который подключает
батарею конденсаторов через тиристорный коммутатор к обмотке
индуктора ЛИ3Д. Момент начала работы источника передается по
радио в виде кода с сейсмостанции.
Практика работ с источниками ИКИ 1O/40 показала, что
амплитуды импульсов уменьшаются по мере увеличения частоты
их следования, что в определенной степени обусловлено orpa-
ниченной энерrией излучателя [24] . По экспериментальным
оценкам, амплитуды импульсов определяются степенной функцией
А = к(О.65, rде f частота следования импульсов; К коэф
фициент.
Амплитудная неидентичность импульсов приводит К усложне
нию взаимокорреляционной функции, что следует учитывать в
процессе работ при выборе параметров кодовых последователь
ностей.
Технические характеристики ИКИ-I0/40 [31]
Максимальное усилие в импульсе, кН . . . . . . . . . . . . 100
Диапазон реryлирования длительности импульса, мс ..... 8 12
Диапазон реryлирования длительности посылки, с ,..... 3-32
Диапазон изменения частоты следования воздействий в посылке,
ru. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 40
Поrpeшность синхронизации воздействий в посылке, мс ...... + 1
Напряжение заряда конденсаторов, В .............. 400
Давление иэлучающеro конуса на rpYHT, МПа . . . , . . . . . .. 0,3
Источник ИКИ 2 разрабатывался как более мощная модифика
ция излучателя ИКИ 10/40. С этой целью на одной транспортной
базе (КрАЗ 255) смонтировано три ЛИЭДа, которые работают
синхронно от одной батареи конденсаторов, заряжаемой от
синхронноro reHepaTopa, приводимоro во вращение от маршевоro
двиrателя автомобиля. ИКИ 2 оснащен reHepaTopoM управляющих
сиrналов, позволяюшим rенерировать наряду с линейно изменяю
щимися по частоте последовательностями импульсов также пос-
ледовательности М и Д (дополнительные). Последние две разно-
видности сиrналов были выбраны для снижения уровня корреля
ционных шумов. Отметим, что в результате опытных работ было
показано, что, используя Д-последовательности, можно сущест
венно снизить фон корреляционных помех даже при Р = 0,65.
И этот фон ниже, чем для двуполярных М последовательностей.
136
Источник ИКИr 1 предназначен для возбуждения поперечных
волН [31]. По принципу действия источник икиr l аналоrичен
ИКИ 1O/40. Преобразователем энерrии является ЛИЭД, который в
отличие от ИКИ 10/40 передает усилия через шток поршню, Ha
ходящемуся в roризонтально расположенном rидроцилиндре. К
обоим концам штока прикреплены излучающие пластины, которые
перед работой помещаются в специально прорезанные две Bep
тикальные щели. Под действием импульса тока жидкость из ЛИЭД
поступает в одну полость rидроцилиндра, смещая поршень в
одну сторону. При этом излучающие пластины ударяют в верти
кальные стенки щели, возбуждая поперечные волны. Если необ
ходимо произвести удар по противоположной стенке щели, то
для этоro имеются переключатели, которые направляют поток
жидкости из ЛИЭДа в друryю полость rидроцилиндра. Источник
ИКИr -1 смонтирован на тракторе Т 170 с широкими ryсеницами и
оснащен фрезерным оборудованием для про резания в rpYHTe двух
узких щелей, в которые помещаются излучающие устройства.
Трактор имеет приспособление для засыпки сделанных бороздок.
Наличие трактора и режущеro инструмента позволяет применять
эти источники в зимних условиях севера России, а также
в друrих сложных по проходимости районах.
Технические характеристики икиr
Максимальное рабочее усилие, кН . . . . . . . . . .
Диапазон изменения частоты следования импульсов, rц
Напряжение заряда конденсатор.ji. В. .....
Рабочий диапазон температур, С . . . . . . . . . .
120
4 39
500
40 +40
3.4. ИМПУЛЬСНЫЕ НАЗЕМНЫЕ НЕВЗРЫВНЫЕ
ИСТОЧНИКИ
Импульсные источники были первыми невзрывными излучателя
ми, которые получили промышленное применение за рубежом и в
нашей стране. К настоящему времени разработаны и используют
ся В сейсморазведке различные модификации импульсных источ
ников от простейшеro молотка с приставкой до весьма сложных
пневматических и электродинамических установок. Столь широ
кая raMMa импульсных источников объясняется разнообразием
решаемых задач, а также их сравнительной простотой и возмож
ностью изroтовления в мастерских rеофизических экспедиций.
По принципу приложения наrрузок к поверхности земли импу
ЛЬСные излучатели подразделяются на источники с активным
и реактивным действием сил.
К первым относятся установки, у которых рабочая плита
разroняется перед воздействием и бьет по поверхности земли,
преобразуя кинетическую энерrию rруза в колебания rpYHTOBOro
ПОЛупространства. Это механические источники, к которым
ОТносятся установки с падающим rрузом, различные молотки,
Кувалды, а также излучатели с разroном рабочей. плиты.
137
Ко второй rpуппе относятся установки, у КОТОрЫХ рабочая
плита днище ударной камеры с помещенным внутри нее подвиж
ным поршнем устанавливается на поверхности земли и возбуж
дение колебаний производится за счет действия в ней BHYTpeH
них сил. Под их влиянием поршень смещается вверх, а рабочая
камера вниз, воздействуя на среду и rенерируя в ней упру
rие волны. В источнике поперечных волн силы действуют roри
зонтально, но в разные стороны. Одна из них стремится сдви
нуть рабочую плиту, вторая поrлощается специальным упором
и массой источника.
3.4.1. МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ
Первыми наземными импульсными источниками были установки
с падающим rpузом, которые характеризуются простотой
устройства и обслуживания. rруз, масса KOTOpOro и высота
сбрасывания MOryT меняться в широких пределах в зависимости
от расчетной энерrии и назначения излучателя, поднимается
над поверхностью земли и по сиrналу с сейсмостанции или KO
манде оператора сбрасывается и бьет по rpYHTY, возбуждая
упруrие волны в среде. Известны отечественные и зарубежные
источники с падающим rрузом, которые до сих пор находят при-
менение, правда в оrраниченных объемах (пrэ, СИМ, СИ-64, СИ
34 и др. [31]). Эти ИСточники развивают максимальную энерrию
от 40 до 60 кДж и монтируются на различных транспортных ба
зах: автомобилях повышенной проходимости, тракторах и санях.
В отечественных установках используют механический и rидрав-
лический (СИ 6У, СИ ЗУ) способы подъема rруза и электромаr
нитные муфты для ero освобождения. На rрузе установлен дaT
чик, который при ударе ero о землю вырабатывает электричес
кий сиrнал, используемый для отметки момента воздействия,
запуска сейсмостанции и подъема rруза. Мощные установки с
падающим rрузом развивают усилия, приближающиеся или даже
превышающие динамический предел прочности rpYHТOB, работают
в режиме их остаточных деформаций и характеризуются следую-
щими недостатками: возможный неравномерный удар по поверх
ности земли из за свободноro падения rруза без направляю
щих; относительно низкочастотный состав возбуждаемых волн,
вероятно обусловленный невысокой скоростью удара по поверх
ности; несинхронная работа излучателей.
В последних моделях механических излучателей предложены
способы преодоления. этих оrраничений. С этой целью в ряде
зарубежных источников rруз помещают в трубу, сочлененную с
жесткой плитой, которая устанавливается на поверхности земли
и по которой производят удары. Кроме TOro, используют допол
нительный разroн rруза путем разрежения воздуха под ним или
повышения давления над ним. В результате возрастает скорость
удара и уменьшается ero время, что, по мнению авторов раз
138
работок, приводит к некоторому повышению частоты возбуждае
м:ых волн. Эти источники, получившие название "Уаси Pulse",
выпускаются фирмой "Geophysical Resources, Inc." и MoryT
быть смонтированы на самых различных транспортных средствах.
В источниках "Hydra Pulse" фирмы "Pelton Сотрапу , Inc." rруз
в цилиндре разroняется давлением масла и ударяет по металли
ческой плите. Известны и друrие модификации импульсных
источников, У которых rруз бьет по плите, устанавливаемой на
поверхности земли для более paBHoMepHoro распределения уси
лий и уменьшения времени удара. Достоинство источников, в
которых удар производится по промежуточной плите, заключает
ся еще и в том, что время падения rруза значительно стабили
зируется, что облеrчает синхронизацию источников.
В отечественной практике применения механических источни
ков разработана и используется специальная аппаратура, OCHO
ванная на работе сейсмостанции в ждущем режиме, при котором
она запускается импульсом, вырабатываемым датчиком на плите
излучателя в момент удара [42]. В результате реrистрация
каждоro отдельноro воздействия начинается с момента приема
станцией сиrнала отметки удара. Этот принцип обеспечивает
также возможность работы нескольких несинхронных источников
на одну приемную линию.
Механические источники применялись также для возбуждения
поперечных волн. Первые из них представляли собой копры, у
которых rруз оттяrивался в сторону и по сиrналу. освобождал-
ся, производя удар по стенке траншеи.
В последних модификациях ИСточников поперечных волн
("Markos", "Omnipuls" и др.) механический рычажный ударник
размещается на поворотной платформе, смонтированной на боль-
шеrрузном автомобиле. В точке возбуждения на поверхность
земли опускается и прижимается массой автомобиля специальная
ПЛИта. Ударник приводом от двиrателя автомобиля отводится в
сторону и в требуемый момент времени освобождается и бьет по
боковой поверхности плиты, производя касательное воздействие
относительно поверхности земли. Источник бьет как бы под се-
бя. Если необходимо изменить поляризацию поперечных волн для
их лучшеro выделения на фон продольных колебаний, то плат-
форма поворачивается на 180 и удар производится с противо-
ПОЛОжной стороны плиты.
Как уже отмечалось, большинство механических источников
характеризуется простотой и дешевизной, что определяет пос-
ТОянный к ним интерес. И несмотря на то, что объемы их при
Менения невелики, продолжают создаваться новые модификации
этих источников. В последнее время они получают большее при-
менение при малоrлубинных сейсмических исследованиях, обес
пеЧивая возбуждение волн достаточной интенсивности от мелких
rраниц раздела и невысокую стоимость работ.
3.4.2. rА30ДИНАМИЧЕСКИЕ источники
Эта модификация наземных невзрывных источников получила
наибольшее применение в отечественной сейсморазведке. rазо
динамические и пневматические источники имеют сходную KOHCТ
рукцию, В них реализован реактивный способ риложения Harpy
зок, различны у них первичные энерroносители [52].
В rазодинамических источниках используются rазовые смеси
(rc) , состоящие из распыленных капелек бензина или жидкой
фракции пропан бутана и кислорода в качестве окислителя и
способные к детонации, в результате которой образуются rазо
образные продукты, резко повышающие давление продуктов в Ka
мере сroраНИ51. Этой смесью заполняют рабочий, детонационный
объем камеры и ее инициируют электрической искрой. Такой
способ инициирования rc обеспечивает возникновение быстро
протекающей химической реакции, которая необходима для CTa
бильноro возбуждения силовых импульсов, идентичных по форме
и синхронных во времени. Рабочая камера источника поршнем
разделена на детонационный и демпферный объемы. В результате
детонации и повышения давления в детонационном объеме камеры
поршень движется вверх, а камера - вниз, создавая короткий
импу лье давления на rpYHT.
Рабочие камеры, баллоны с кислородом и топливом, а также
друroе необходимое оборудование размещены на транспортной
базе высокой проходимости, вместе они образуют источник
сейсмических колебаний.
rазодинамические излучатели (reHepaтopbl сейсмических KO
лебаний rCK) были первыми серийными импульсными невзрыв-
ными источниками. Они начали выпускаться с 1974 r. Первой
была установка rCK lO с энерrией .100 кДж. Ее сменили более
мобильные и совершенные источники rCK 6 и СИ 40, а затем
rCK 6M и СИ 40М, рабочая смесь которых основана на соедине
ниях бензин кислород или жидкий пропан кислород (rCK 6M).
Источники rCK 6M и СИ 40М, имея единый принцип действия,
отличаются друr от друrа деталями конструкции и выпускались
разными заводами. В настоящее время эти модификации источни
ков серийно не выпускаются, хотя в ряде орrанизаций они
успешно работают, обеспечивая изучение ЗМС и rлубоких rраниц
раздела. Принцип действия и устройство rазодинамических
источников рассмотрены в ряде работ [31, 52], поэтому orpa
ничимся изложением технических характеристик источника rCK
6М и кратким описанием ero основных систем.
Технические характеристики источника rCK 6M
Энерrия воздействия на rpYHT, кДж 90
Разброс времени воздействий относительно
сиrнал команды (синхронизация), мс 2
rабариты, мм:
длина. 8150
ширина 2500
140
.1: '
высота . . . .
Масса, Kr
Транспортная база
3100
IЗ 375
Автомобиль "Урал 4З20"
Источник rCK 6M имеет следующие основные узлы: две рабо
чие камеры, систему питания (топливная система), rидравли
ческую и пневматическую системы, электрооборудование и pa
диостанцию. Элементы управления работой источника раСПОЛl)же
ны в кабине автомобиля.
Рабочая камера источника предназначена для передачи на
rpYHT силовоro импульса, возникающеro в результате быстро
протекающей экзотермической реакции смеси roрючеro окислите
ля (рис. 36).
Камера состоит из rильзы, поршня, штока, крышки и серии
уплотнительных колец. Они образуют рабочую и демпферную по
лости. В поршне просверлены каналы для подачи смеси, удале
ния продуктов сroрания, подачи сжатоro воздуха и смазки. Пе
ред воздействием камера устанавливается на rpYHT и в демп
ферный объем подается под относительно небольшим давлением
воздух. Затем детонационный объем заполняется дозированным
объемом roрючей смеси. Поршень несколько приподнимается
вверх, повышая давление в демпферном объеме, что необходимо
для создания начальноro давления рабочей смеси. При дeТOHa
7
7
А
1
Рис. 36. Рабочая камера источника rCK 6M:
1 !'ИЛьза; 2 поршень; 3 шток; 4 крышка; 5 запальная roловка. 6-
8blXЛОПНОЙ клапан; 7 - УПЛОтнительные кольца; А, В рабочий и демпфер ый
объемы
141
ции смеси давление в рабочем объеме повышается, rильза и
поршень начинают перемещаться в разные стороны. В начальный
момент времени скорости перемещения rильзы и поршня будут
обратно ПjJOпорциональны их массам. I'ильза, внедряясь в
rpYHT, вызывает в толще земли сейсмические колебания. Затем
rpYHT оказывает сопротивление rильзе, она останавливается,
теряя свою кинетическую энерrию. Одновременно с rильзой пор
шень движется вверх, сжимая сначала демпферный объем и OTpЫ
вая всю камеру от поверхности земли. Специальным rидравли
ческим устройством камера тормозится, а затем плавно опус
кается на поверхность. В результате время удара оказывается
небольшим и, по имеющимся оценкам, не превышает 15 мс. Излу
чатель работает в режиме остаточных деформаций и развивает
наrрузки порядка 5 МПа, что соответствует динамическому пре
делу прочности средних rpYHТOB.
Камеры перемещаются вверх вниз по направляющим устройст
вам, которые соединены с платформой транспортноro средства.
В процессе' работы направляющие устройства испытывают значи
тельные наrрузки, так как камеры после воздействия OТKaTЫ
ваются вверх с ускорением, достиrающим 200g. Система питания
предназначена для дозированной подачи roрючеro и окислителя
в рабочие объемы камер, инициирования рабочей смеси и BЫ
пуска продуктов детонации из них в атмосферу. Система пита
ния состоит из линий подачи топлива и кислорода, по которым
компоненты смеси через запальную roловку поступают в левую и
правую рабочие камеры. Объем смеси дозируется электровенти
лями, а давление контролируется по манометрам. Во избежание
обратноro хода реакции в линиях установлены оrнепреrрадите
ли, которые обеспечивают односторонний ход процесса дeTOHa
ции.
rидравлическая система предназначена для подъема камер в
транспортное положение и принудительно замедленноro и плав-
HOro опускания их на rpYHT после воздействия. rидросистема
работает в двух режимах (подъем и опускание) и включает' в
себя шестеренчатый масляный насос, rидроцилиндры OДHOCTO
poHHero действия и rибкие шланrи BblCOKOro давления. Система
спроектирована таким образом, чтобы исключить удар камер
о rpYHT после воздействия.
Пневматическая система обеспечивает функционирование
исполнительных элементов топливной системы и состоит из че
тырех последовательно соединенных ресиверов. Каждый ресивер
снабжен краном для сброса конденсата. Сжатый воздух в реси
веры поступает из системы подкачек шин автомобиля.
Система электрооборудования предназначена для обеспечения
питания, подroтoвки источника к воздействию, управления воз-
действиями и связи с сейсмостанцией.
Управление работой источника и связь ero с оператором
сейсмостанции обеспечивается радиостанциями, установленными
на сейсмостанции и в кабине источника, а также устройством
142
управления источника по радио <УИР). УИР СОСТОИТ из шифрато
ра, размещенноro на сейсмостанции, и дешифратора с пультом
управления (ПУДШ) , смонтированноro в кабине автомобиля
источника. С шифратора по радиоканалу передается сиrнал на
дешифратор о начале подroтовки источника к работе, потом с
дешифратора на шифратор о roтовности источника (только по
roловной машине rруппы), затем с шифратора на сейсмостан
цаю команда подroтовки к записи и на дешифратор команда
"OroHb", с дешифратора на шифратор отметка момента возбуж
денИЯ.
Источник может работать как по команде с сейсмостанции (в
режиме одиночноro воздействия или в цикле), так и в ручном
режиме, по команде оператора.
rазодинамические источники rCK 6 и rCK 6M неплохо зареко
мендовали себя на практике. Они оказались достаточно надеж
ными, простыми в обращении и в ремонте и обеспечивали полу
чение приемлемых результатов, особенно при решении CTPYKTYP
ных задач при залеrании целевых roризонтов до 5 6 км. Однако
эти источники имеют два основных недостатка: необходимость
доставки rазовых компонентов (ПРОlIан бутан и кислород или
один кислород при работе на бензиновых смесях) и недостаточ
ный температурный диапазон, что исключает их применение в
северных и восточных районах России при низких температурах
окружающеro воздуха. В этих условиях прекращается реакция
окисления rазовой смеси и необходим подоrрев баллонов, смеси
и камер, что практически неосуществимо и опасно в пожарном
отношении.
В силу этих причин rазодинамические источники были заме
нены пневматическими излучателями.
3.4.3. ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ
в пневматических цсточниках энерroносителем является сжа
тый воздух, Ч!CJ позволяет расширить рабочий температурный
диапазон до -40 С и сделать их автономными.
Основным элементом пневматическоro источника является pa
бочая, ударная камера. Разработано две конструкции камер,
различающихся расположением демпферноro объема и пневмопу
шек. У одних демпферный объем занимает центральную часть Ka
меры, а пушки боковые, у друrих наоборот. Ударная камера
с центральным размещением демпферной полости приведена на
рис. 37. Она состоит из rильзы 1, центральноro штока 2,
Крышки демпферноro объема 4, поршня З, одной или нескольких
пневмокамер 5, размещенных в периферийной части поршня. Шток
2 с крышкой 4 и поршнем 3 образуют демпферную полость Д. Под
каждой пневмокамерой имеется полость А, необходимая для раз
мещения фланца поршня 6, выдвиrаемоro при выхлопе сжатоro
Воздуха.
143
2
df
.J
б
Рис. 37. Рабочая камера с центральным размещением демпферной полости:
1 !'ИЛьза; 2 центральный шток; 3, 6 поршни; 4 крышка демпферноro
объема; .5 пневмопушка
d".
/
dэ
Рис. 38. Рабочая камера с центральным размещением пневмопушки во время
ВЫXJIопа:
1 rильза; 2 поршень; 3 корпус пневмопушки; 4 поршень пневмопушки:
5 злектропневмоклапан; 6 уплотнительная прокладка; 7 ВЫХЛОIllЮЙ
клапан; 8. 9 уплотнительные кольца; 10. 11 выхлопные каналы
.
Схема с центральным размещением пневмокамеры приведена на
рис. 38. Ударная камера состоит из rильзы 1, поршня 2,
образующих в совокупности демпферную полость Д, заполненную
сжатым воздухом под низким давлением Р д '" 0,2+1 МПа, дейст
вуЮЩИМ на плечо d э d 4 И прижимающим поршень ко дну rиль
зы.
В центральной части поршня 2 размещена пневматическая
пушка, имеющая корпус 3, поршень 4, запускающий электропнев
моклапан 5, в подвижном якоре KOТOporo установлена фторо
пластовая уплотнительная прокладка 6. В верхней части поршня
4 и нижней части корпуса 3 установлены фторопластовые кольца
8 и 9, уплотняющие разъемные соединения. Все остальные под
вижные и неподвижные разъемные соединения деталей ударной и
пневматической камер уплотняются резиновыми кольцами круrло
ro . сечения. Поршень 4 в совокупности с корпусом 3 образует
рабочий объем пневмопушки Б + Б! и демпферную полость В.
Сжатый воздух под высоким давлением (РО '" 7,5+ 15 МПа) по
отдельным rибким рукавам и каналам в корпусе 3 подводится в
демпферную полость В и в рабочий объем Б. Через каналы
в верхней части поршня 4 и корпуса 3 сжатый воздух поступает
из рабочеro объема Б в полость под электропневмоклапаном 5,
rдe дальнейший путь сжатому воздуху в осевой канал в корпусе
3 перекрывает про кладка 6. ПОД действием сжатоro воздуха на
плечико поршня 4 в демпферной полости В поршень прижимается
к крайнему верхнему положению, и пушка rерметизирована.
Для производства выхлопа на запускающий электропневмокла
пан 5 подается импульс тока напряжением от 300 до 600 В дли
тельностью от 10 до 20 мс. Под ero действием якорь с про
кладкой 6 перемещается вверх и открывает доступ воздуха на
верхний TOp ц поршня 4. Давление на поршень увеличивается,
он начинает перемещаться вниз и происходит разrерметизация
пушки. Сжатый воздух устремляется в рабочий объем камеры и
происходит взаимное перемещение rильзы и поршня, которое
приводит к возбуждению упруrих волн в среде. Пневмокамеры
развивают значительные усилия, которые приближаются к дина
мическому пределу прочности rpYHTOB.
На один выхлоп пневмокамера затрачивает 50 60% запасенно
ro в объемах Б + Б! сжатоro воздуха. Общая задержка срабаты-
вания пневмокамеры после подачи напряжения на запускающий
электропневмоклапан находится в пределах 14:tl мс, а время, в
течение KOTOpOro выхлопное отверстие d 2 остается открытым,
не превышает 8 мс. При выхлопе сжатоro воздуха из пневмока
меры в полость А поршень 2 начинает двиrаться вверх, а дaB
ление сжатоro воздуха в расширяющейся полости А через дно
rильзы воздействует на поверхность rpYHTa.
Интенсивность и спектральные характеристики возбуждаемых
в rpYHTe колебаний определяются площадью rильзы 1, макси
мальным давлением в полости А и длительностью импульса дaB
ления дна rильзы на rpYHT.
10 Заl\ЮМ :; O'
145
в процессе движения поршня 2 вверх прЬисходит сжатие воз
духа в демпферной полости д, воздействие rильзы на rpYHT
уменьшается, а затем прекращается и камера отрывается от
поверхности земли.
При движении камеры вверх она тормозится направляющим
устройством и плавно опускается в исходное положение на по
верхность rpYHTa для проведения следующеro воздействия.
Пневматический источник включает в себя транспортную ба
зу, воздушный компрессор с ресивером или баллоны со сжатым
воздухом, одну или две пневматические камеры, направляющее
спуско подъемное устройство, rидравлическую и пневматическую
системы, а также электрооборудование для управления излуча
телем по электрическим сиrналам оператора или с сейсмостан
ции.
Для проведения наземных работ были разработаны и получили
практическое применение следующие модификации импульсных
пневматических источников: rСК lП, rCK lOC, rCK 5 и ero MO
дификации. Они различаются энерrетическими параметрами,
транспортными базами и назначением.
Источник rCK 1 П предназначался для изучения неrлубоких
roризонтов, был установлен на шасси одноосноro прицепа и
оснащен баллонами сжатоro воздуха, которые должны заправля
ться от компрессора на базе сейсмической партии или в KaKOM
либо друroм месте, rде возможна подача сжатОro воздуха.
Технические характеристики rCK 1 П
Энерrия воздействия при номинальном рабочем давлении, кДж .
Минимальный интервал времени между воздействиями, с.
Количество воздействий до перезар дки ресивера
Рабочий ООьем пневмокамеры, дм'. . . . . . .
Расход сжатоro воздуха на выхлоп, дм 3 . . . .
Рабочее давление сжатоro воздуха, МПа:
максимальное. . . . . . . .
номинальное . . . . . . .
Поrpешность синхронизации, мс .
12
6
250
1,2
0,6
15 0,5
8 l
:t2
reHepaTop сейсмических колебаний rCK 1 ОС разработан спе
циально для проведения работ в северных районах России с тя
желыми дорожными и климатическими условиями. Он представляет
собой комплекс, включающий собственно источники сейсмических
колебаний (как правило, три в одном комплексе) и одну комп
рессорную станцию, предназначенную для периодической подза-
рядки воздушных баллонов источников сжатым воздухом BblCOKOro
давления. Источники и компрессорная станция смонтированы на
базе трелевочноro трактора ТТ -4. Источник используется COB
местно с накопительной реrистрирующей сейсморазведочной
аппаратурой типа "Проrресс 2".
Технические характеристики rCK-10С
Энерrия воздействия на rpYHT, кДж
Поrрешность синхронизации, мс . . .
146
IOO
:t2
Рабочее давление сжатOI'О воздуха, МПа:
в пневмокамерах . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
в демпферных 06ьемах камер . . . . . . . . . . . . .
Предельное давление сжатоro воздуха в баллонах источника,
мna. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Суммарный 06ьем установленных в источнике воздушных бал
JIOнов,д ...................... .
Расход сжатоro воздуха на одно воздействие двумя KaMe
рами, д . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Количество выполненных воздействий от заряженных до преде
льноro давления баллонов о' . .
Температурный диапазон, С................
10+1
O,3 0,5
35
500
4
300
40 +40
На транспортной базе трактора ТТ 4 жестко закреплена
платформа, на котороЙ размещено основное оборудование источ
ника. В передней части платформы размещены две кассеты с
баллонами BNCOKOro давления, ящик аккумуляторный, бак Mac
лsiный rидросистемы источника, бак топливный и привод шасси
трактора. В задней части платформы размещены направляющее
устройство с двумя ударныМИ камерами, имеющими центральное
расположение демпферной полости. Сверху платформа закрыта
кузовом. В кабине транспортной базы установлены панель
управления с пневмооборудованием, пульт управления отопите-
лями, rидрораспределители rидросистемы для управления rидро-
цилиндрами механизма подъема опускания ударных камер и буль
дозерноro ножа.
reHepaTop сейсмических колебаний rCK 5 предназначен для
проведения сейсмических работ в райо х с умеренным климатом
в интервале температур от 35 до +40 С. По замыслу разработ
чиков этот источник проектировался как замена излучателю
rCK 6M от KOTOpOro он отличается энерroносителем, расширен
ным в сторону низких частот, температурным диапазоном и
транспортной базой. Был выбран колесный трактор T 150K, спо
собный передвиrатhCЯ по асфальтовым дороrам, имеющий в отли
чие от ryсеничных тракторов достаточно высокую скорость
и превосходящий по проходимости и маневренности автомобили.
Технические характеристики rCK S
Максимальное суммарное рабочее усилие двух камер (расчет
ное) от выхлопа сжатоro воздуха, кН . . . . . . . . . . .
Минимальный интервал времени между последовательными воздейст
внями, с . . . . . . . . .
Точность синхронизации, мс
Полная масса, Kr ...
rабариты, мм:
длина . .
ширина. .
высота . . . . . .
Напряжение питания пульта управления, В . . .
Максимально допустимое давление сжатоro воздуха закачиваемо-
ro в баллоны, МПа. . . . . . . . . . . . . . .' . . . . . . .
10*
340
6
1
10500
6370
2400
3000
12+1
15
147
Источник смонтирован на шасси колесноro трактора T 150K,
на котором крепится платформа. В задней части платформы
установлены два направляющих устройства, внутри которых по
роликам перемещаются две рамки. Направляющие устройства и
рамки связаны между собой rидроцилиндрами, входящими в комп
лект rидр0060рудования. Для удержания каждой камеры в TpaHC
портном положении имеются пневматические фиксаторы. В перед
ней части платформы закреплена болтами кассета с восьмью
воздушными баллонами. Заполнение воздушных баллонов сжатым
воздухом производится компрессором, размещенным на специаль
ной подставке в средней части платформы и приводимым во Bpa
щение от редуктора вала отбора мощности трактора через кли
ноременную передачу. Оборудование источника закрыто брезен
товым тентом,размещенным на сборном каркасе. Пульт и па
нель управления размещены на стойке в кабине трактора. На
ней также предусмотрены места для установки радиостанции
"Лен" и блока связи с сейсмостанцией Система управления
обеспечивает работу источника как в ручном режиме, так и от
внешнеro источника (сейсмостанция).
В источнике rCK 5 использованы камеры с центральным pac
положением демпферноro объема с одной и двумя пневмопуш
ками.
В связи с увеличением объемов работ по мноroволновой
сейсморазведке на основе источника rCK-5 была разработана
модель излучателя, обеспечивающая одновременное возбуждение
продольных и поперечных волн, получившая название rСК 5ПП.
Задача одновременноro возбуждения волн ыла решена путем
установки излучающих камер под уrлом 45 к вертикали. При
наклонном воздействии на среду возбуждаются продольные и по
перечные волны, которые затем реrистрируются соответствующей
расстановкой сейсмоприемников. Для лучшей передачи наrрузок
к днищу камер крепится специальный клин башмак, обеспечиваю
щий контакт камеры с rpYHTOM. rСК 5ПП позволяет возбуждать
также только продольные волны. Для этоro с ударных камер
снимаются клинья, и они вместе с направляющими устройствами
переводятся в вертикальное положение. Основные параметры
rСК 5ПП такие же, как у rCK 5.
Для инженерно rеолоrических изысканий и малоrлубинной
сейсмики разработан мобильный пневматический источник, кото-
рый может размещаться на .малотоннажных автомобилях и неболь
ших тракторах. Требования, которые предъявляются к таким
источникам, заключаются в возможности возбуждения высокочас
тотных продольных и поперечных волн. Также они должны быть
мобильны, компактны, просты в устройстве, надежны и дешевы.
Этим требованиям в целом отвечает новый разрабатываемый
источник. Он обеспечивает возможность возбуждения продольных
и поперечных волн, может работать в режиме активноro прило
жения наrрузок за счет разroна ударноro механизма при воз
148
буждении продольных ВОЛН, что повышает частоту возбуждаемых
колебаний.
rазодинамические и пневматические источники разрабатыва
ЛИСЬ, выпускались и выпускаются за рубежом. Одними из первых
и наиболее массовых были излучатели "Diпоsеi5", и их модифи
кации. Энерroносителем у них была смесь пропан бутана с кис
лородом. В настоящее время эти установки практически не при
меняютСя. Пневматические источники выпускаются фирмой "Rolt
Assosiate Inc" . В наземном варианте источник представляет
собой заполненный водой конусообразный контейнер с rибким
основанием диафраrмой, устанавливаемый на поверхности земли.
В верхней части контейнера помещена пневмопушка, предназна
ченная для морских сейсморазведочных работ. При ее вскрытии
давление в контейнере резко повышается и передается жидкос
тью основанию, которое давит на rpYHT, обеспечивая возбужде
ние упруrих волн в среде. Известно несколько модификаций Ta
ких источников, имеющих различные энерreтические параметры и
устанавливаемые на колесных и ryсеничных транспортных
средствах. Этой же фирмой выпускаются и портативные пневма
тические источники, предназначенные для возбуждения колеба
ний в мелких скважинах, которые состоят из трех элементов:
пневмопушки диаметром 6,4 см и более, баллонов со сжатым
воздухом и пульта управления. Оборудование размещается в
трех рюкзаках. Каждый элемент системы весит не более 16 Kr.
Для малоrлубинной сейсмики ряд фирм выпускает специальные
источники самой разнообразной конструкции. Это MorYT быть
ружья различноro калибра, установки с падающим rрузом, пнев
моисточники и др. [55].
3.4.4. ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ
Определенное применение в сейсморазведке получили элект
родинамические источники [40], основанные на преобразовании
электрической энерrии в механическую. Для них характерны BЫ
сокая точность синхронизации, автономность и возможность pa
боты при низких температурах. Источники этоro типа получили
название "Сейсмодин", и в них использован единый способ пре
образования электрической энерrии в механическую на основе
линейноro импульсноro электродвиrателя <ЛИЭД) [31].
Принцип действия этих источников заключается в следующем:
энерrия, поступающая от электрическоro reHepaTopa, запасает
ся в емкостном накопителе энерrии, формируется в виде мощных
импульсов тока и подается на обмотки линейноro импульсноro
электродвиrателя (ЛИЭД), в котором происходит преобразование
электрической энерrии в механическую, реализуемую в виде
импульсов силы. Этот процесс протекает не непрерывно, а
дискретно, в течение коротких промежутков времени длитель
149
Таблица 8
Технические хараперистики элепродинамичесlUfX источников
сеiсмичесlUfX IOJIeбaниi
Название Импульс Макси Дли Минималь Масса Транспортная
источника силы, мальное тель нь!й инreр- источ база
Н'с рабочее ность вал между ника,
усилие, воз- воздейст Kr
кН(тс) дейст- внями, с
вия,
мс
'Сейсмодин-48ОО" 4800
(l2VХЛJ)
"Сейсмодин-72ОО" 7200
(1 sYХЛI)
800(80)
960(96)
12
15
6
6
18400 Автомобиль
КрАЗ-2556
25000 Трактор
Т 170
ностью несколько миллисекунд. Такой режим рабоТЫ позволяет
получать в импульсе усилия, во MHoro раз превышающие те, KO
торые развивают обычные электродвиraтели, работающие непре
рывно.
В настоящее время выпускаются две модификации электроди
намических источников: "Сейсмодин 4800" и "Сейсмодин-7200",
150
Рис. 39. Линейный им-
пульсный элепродви-
rатель:
1 - якорь; 2 - реак-
тор; 3 опорная пли
та; 4 инертная мас-
са; 5 - направляющая
колонна; 6 - aMopTH
затор
основные характеристики которых приведены в табл. 8. Эти
источники относятся к излучателям реактивноro типа и разви
ваемые ими наrрузки лежат за пределом упруrих деформаций
средних rpYHToB, но до их динамическоro предела прочности.
Как и большинство импульсных источников эти излучатели рабо
тают в режиме остаточных деформаций rpYHTa. Излучающим эле-
ментом "Сейсмодина" является линейный двиrатель ЛИЭД (ри .
39). Он состоит из якоря 1 и реактора 2, каждый из которых
включает жестко соединенные между собой обмотки, маrнитопро
вод и корпус, опорной плиты З, инертной массы 4, амортизато
ра 6, направляющей колонны 5. Кольцевые обмотки ЛИЭД распо
ложены в пазах цилиндрических маrнитопроводов и образуют
систему чередующихся полюсов. В исходном положении обмотки
якоря и реактора сдвинуты между собой на половину полюсноro
деления L /2. Якорь жестко связан с опорной плитой, а реактор
с инертной массой. При протекании разрядных токов по
обмоткам якоря и реактора происходит взаимодействие их Mar
нитных полей, в результате чеro возникает действующий по оси
двиrателя импульс механической силы, который передается яко
рем через опорную плиту rpYHTY, возбуждая в нем упруrие KO
лебания. В свою очередь инертная масса движется вверх по
направляющей колонне. Высота подброса определяется массой
движущихся частей, амплитудой и длительностью силовоro импу
льса и составляет обычно 300 500 мм. Падение массы с такой
высоты предотвращается rидравлическим амортизатором OДHOCTO
poHHero действия.
".В транспортном положении ЛИЭД поднят и закреплен на
транспортном средстве с помощью механизма подъема и фикса
ции. При работе ЛИЭД опускается на rpYHT пневмоrидр(\вличес
ко. системой, если транспортным средством является aMOM('I-
6и Ла, или rидравлической, если! трактор.
3.5. поrРУЖНЫЕ НЕВЗРЫВНЫЕ ИСТОЧНИКИ
Определенным оrраничением сейсмической эффективности Ha
земных невзрывных источников, прежде Bcero импульсных, яв
ляется низкочастотный (сравнительно со взрывом в скважине)
состав реrистрируемых волн, что обусловлено затуханием их
Высокочастотных составляющих при двойном прохождении через
зону малых скоростей (ЗМС). Исключить этот эффект можно, по
местив невзрывной источник под ЗМС в специально пробуренную
скважину. Последние roды характеризуются увеличением объемов
работ по наблюдению (мониторинrу) за месторождениями и по
детальному изучению межскважинноro пространства, при котором
необходимы возбуждение и реrистрация волн в разнесенных по
lI.1iIощади скважинах. Использовать для этих целей взрывные
Источники опасно из за возможности разрушения скважин. Все
это предопределило проведение работ по изучению особенностей
151
возбуждения волн в скважинах невзрывными источниками и по
созданию поrружных излучателей, спосоБНЫХ reнерировать волны
достаточной интенсивности в обсаженных и необсаженных CKBa
жинах без разрушения последних.
Теоретические и экспериментальные исследования показали,
что на возбуждение продольных волн при выхлопе сжатоro воз-
духа из пневмокамеры с рабочим давлением 1 o 15 МПа расхо-
дуется не более 1 % от выделившейся энерrии, причем эта вели
чина может заметно уменьшаться с увеличением скоростей pac
пространения колеба.н:ий в окружающих источник породах. Анало-
rичные результаты получены и при расчетах, выполненных
отечественными исследователями (M.r. Селезнев).
Наличие обсадной колонны снижает энерrию возбуждаемых
упруrих волн, и тем сильнее, чем ниже произведение плотности
пород на скорость поперечных волн. Так.. при снижении скорости
этих волн с 3000 до 200 м/с отношение напряжений в Р волнах,
возбуждаемых в обсаженных и необсаженных скважинах, изме
няется от 0,8 до 0,2. Возбуждаемые объемные волны характери
зуются достаточно высокой интенсивностью составляющих в
интервале от 40 50 до нескольких сотен rерц. Однако основная
энерrия выхлопа уходит на возбуждение трубной волны, являю
щейся причиной дополнительных помех на записях. В ряде работ
рассматривается даже возможность передачи трубных волн среде
и образование проходящих колебаний, которые MOryT реrистри
роваться в соседних скважинах и на поверхности. rенерируются
также и поперечные волны. Экспериментальные работы показали,
что при работе пневматическоro источника в скважинах возни
кают дополнительные помехи, связанные с отражениями волны по
жидкости от забоя и от поверхности воздушной полости, KOТO
рые накладываются на основное поле и усложняют наблюдаемую
волновую картину. При вибрационном возбуждении колебаний в
скважинах в завиСИМОСТИ от направления приложения наrрузок
MorYT возникать продольные и поперечные волны, интенсивность
которых также зависит от физических свойств пород и наличия
обсадной колонны. Волновое поле при этом оказывается более
простым, так как при вибрационном возбуждении не образуются
воздушная полость и отраженные волны от нее.
Тем не менее отмеченные выше недостатки скважинных источ
ников не позволили полностью от них отказаться, и они разра-
ботаны в двух модификациях: для работ в rлубоких скважинах,
в первую очередь для наблюдений по обращенному ВСП и меж
скважинному просвечиванию, и для относительно неrлубоких
скважин при проведении работ по ВСП, изучению ЗМС, а в ряде
случаев и OrT.
rлубинные импульсные источники базируются на использова
нии морских малоrабаритных пневмопушек (ПК), помещаемых в
скважинный снаряд с окнами для выхлопа сжатоro воздуха. Воз
можная rлубина поrружения пневмопушки определяется создавае
мым в ней давлением, которое должно быть, как минимум, в 2
152
);
раза больше внешнеro rидродавления для обеспечения эффектив
вой рабоТЫ излучателя. Известны две конструкции rлубинных
излучателей. В первой подача сжатоro воздуха производится
по отдельному mланry, а пневмопушка опускается в скважину на
кабеле, который иrрает роль несущеro троса и электрической
линии для подачи сиrнала на вскрытие линии. Такая схема
принципиально проста и достаточно надежна, но сложна в прак
тической реализации и при проведении работ в связи с тем,
что спуск пушки на кабеле и mланrе при большой rлубине поr-
ружения представляет непростую задачу. Поэтому для rлубин
свыше 500 1 000 м предложена друrая конструкция излучателя.
Она предусматривает использование полоro кабель шланrа, KO
торый одновременно является несущим тросом и каналом для по
дачи сжатоro воздуха в пневмопушку. Такая конструкция более
проста в эксплуатации, но требует применения специальноro
кабель-шланrа.
Наряду с импульсными предложен целый ряд поrружных вибра
ционных источников, реализующих различные виды энерrии и
способы rенерирования упруrих волн [51]. Особенностью боль
шинства поrружных источников является наличие мощноro прижи
ма излучателя к стенкам скважины, обеспечивающеro надежный
контакт ero со средой.
rидравлические скважинные источники построены по принципу
наземноro вибратора и преобразователем энерrии является виб
ровозбудитель, состоящий из цилин-дра двухстороннеro действия
и поршня. Одна из конструкций TaKoro вибратора состоит из
двух жестко соединенных между собой элементов: прижимноro
rидравлическоro устройства, обеспечивающеro надежный контакт
снаряда со стенками скважины, возможно обсаженной, и собст-
венно излучателя, который представляет собой вибропару ци
линдр поршень. В ее полости попеременно подается под дaB
лением жидкость, и она начинает совершать возвратно
поступательные, а в одной из конструкций вращательные движе-
ния, колебания которых передаются через при жим стенкам CKBa
жины и среде. В источниках, предназначенных для работы в
неrлубоких (до 50 100 м) скважинах, жидкость под давлением
подается по шланrам с поверхности. Для rлубинных источников
такая Схема неприroдна ввиду больших потерь энерrии при по
даче жидкости с наземной установки. Поэтому для rлубинных
излучателей предусмотрена друrая компоновка, при которой
электрический rидравлический насос находится в корпусе излу
чателя, и ток подается по проводам с поверхности земли.
Отмечается, что по эффективной энерrии на частоте 100 rц
.Источник сопоставим со взрывом 0,5 Kr динамита.
В электромаrнитных источниках [51] реализован аналоrичный
Принцип действия с прижимом излучателя к стенке скважины.
Однако в качестве возбудителя предложено использовать элект
РОмаrнитный двиrатель, представляющий собой катушку с Mar
нитным сердечником, выполняющим роль инерционной массы. При
153
подаче тока В катушку сердечник начинает совершать возврат
но поступательные движения, которые передаются корпусу
источника и через прижим среде. Возможно также roризонта
льное размещение вибровозбудителя для reнерирования попереч
ных волн. В патенте указано, что по эффективности источник
сопоставим со взрывом заряда динамита массой 0,5 Kr.
Предложен и пневматический поrружной источник [51], в KO
тором воздух под большим давлением проходит через вращающий
ся с различной скоростью перепускной клапан. В результате
поток воздуха становится пульсирующим и, действуя на специа
льное устройство, возбуждает или продольные, или поперечные
волны.
Интересна идея вибратора, который имеет две вытянутые по
лости, из которых одна заполнена жидкостью, а друrая ra
зом. Изменение объема полости, заполненной жидкостью, поз
воляет изменять частоту rенерируемых волн. Объем воздушной
полости меняется с помощью rидравлически перемещаемоro порш
ня.
Скважинные источники для небольших rлубин это в OCHOB
ном импульсные пневматические излучатели, так как они должны
быть просты, надежны и удобны в эксплуатации. Основой их
является также морская пневмопушка. В одной модификации
пневмопушка опускается на шланrе или тросе в скважину и за
полняется сжатым воздухом. В состав источника входит aBTOMO
биль, на котором установлены два компрессора KP 2 и необхо
димое вспомоrательное оборудование.
Скважинный излучатель конструкции внииrеофизики (ИСП
источник сейсмический поrружной смонтирован на установке
разведочноro бурения УРБ 2А с сохранением всех ее рабочих
функций. Основные технические характеристики: максимальная
rлубина поrружения ПК 150 м; рабочее давление воздуха в ПК
6 14 МПа (предусмотрен режим с подачей в ПК воздуха с
давлением до 20 МПа); минимальный интервал времени между
воздействиями 6 с; точность синхронизации воздействий :t 1
мс; рабочий объем ПК реrулируется для скважин диаметром 76
мм 0,3 0,9 дм З с шаroм 0,3 дмз. ля скважин диаметром
127 мм 1,4 3 дм З С шаroм 0,5 дм; масса установки (на
УРБ 2А) не более 11 700 Kr; рабочий диапазон температур
от 35 до +40 о С. Компрессор К - 2 150 смонтирован на буровой
установке. Опытный образец ИСП эксплуатировался в Удмуртии и
при выборе оптимальных условий возбуждения позволил получить
сейсмические материалы, сопоставимые с материалами от взры
вов. Эксплуатация этоro источника показала, что эти излуча
тели чувствительны к выбору условий возбуждения колебаний.
Недоучет этоro фактора приводит к ухудшению качества MaTe
риалов. Хотя максимальное давление в воздушном пузырьке и
форма силовоro импульса при выхлопе заметно не меняются при
варьировании rлубины поrружения пневмокамеры (ПК) в пределах
десятков метров, условия передачи энерrии сжатоrо воздуха в
154
упруryю волну в сильной мере зависят от характеристик rpYH
та, прилеrающеro к ПК. Это связано, на наш взrляд, со спо
собностью расширения (уплотнения) rpYHTa в процессе расшире
ния пузыря, во время KOTOpOro rpYHTY передается энерrия от
сжатоro воздуха.
В нескольких сериях ОПЫТОВ наибольший эффект имел место
при нахождении ПК в водоносном roризонте, при этом амплитуда
возбуждаемых колебаний в 2 3 раза и более превосходила
амплитуду при больших rлубинах ее поrружения. Отмечен слу
чай, Korдa при выхлопах воздуха в первом водоносном roризон
те при достаточно высокой амплитуде возбуждаемых колебаний
они носили низкочастотный характер, что было связано с низ
кой средней скоростью продольных волн в толще между первым и
вторым водоносными roризонтами; оптимальным оказалось поrру
жение камеры во второй водоносный roризонт, что указывает на
необходимость проведения опытных работ по выбору rлубины
поrpужения излучателя, а также величины давления в нем.
Наряду с разработкой пневматических источников значитель
ныe исследования были проведены по обоснованию и созданию
электроrидравлических импульсных излучателей. Промышленный
образец TaKoro источника "Искра 20/70" [31] представлял co
бой передвижную установку с reHepaTopoM тока, высоковольтным
трансформатором, выпрямителем батареей конденсаторов, Ka
белем и разрядником, который опускался в заполненную жидкос-
тью скважину. При электрическом пробое разрядника возникал
импульс давления, который передавался среде и возбуждал
упруrие волны. Разряд был достаточно мощный и короткий, KO
торый приводил К возбуждению весьма. высокочастотных колеба
ний в полосе частот до 250 350 rц. Однако источник оказался
весьма сложным в эксплуатации, требовал специально обучен
HOro высококвалифицированноro персонала, обладал повышенной
опасностью, в силу ЭТИХ причин практическоro применения не
получил.
В заключении данноro подраздела следует сказать о наличии
полупоrружных источников, задавливаемых в rpYHT или приспо
собленных для работ в болотах и мяrких rpYHTax.
3.6. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗА
РАБОТОЙ НЕВЗРЫВНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Все невзры:вные источники оснащаются специальными система
ми, обеспечивающими работу одноro или rруппы излучателей в
СООтветствии с заданной проrраммой. У импульсных установок -
это относительно простые устройства, которые вырабатывают и
передают на излучатель командный сиrнал для производства
ВОздействия. Разработаны системы, позволяющие оценить синх
РОННОСТЬ срабатывания источника, основанные на определении
разности времен командноro импульса и воздействия. Эта раз
155
ница времен запоминается и в виде кода передается на сейсмо
станцию. Более сложные системы позволяют вводить задержки 80
времена срабатывания источника, компенсируя ero несинхрон
ностьили создавая направленные управляемые фронты волн [51].
Вибрационные источники, будучи более сложными исполни
тельными механизмами, оснащены и более сложными и разветв-
ленными системами управления и диаrностики, которыми комп
лектуются все установки. В последние roды этим системам yдe
ляется большое внимание, и они получили значительное разви
тие на основе последних достижений вычислительной техники.
UUтатная система управления вибраторами обеспечивает синхрон
ный запуск установок с сейсмостанциями или с пульта, rенери
рование волн в соответствии с заданным управляющим сиrналом
и фазовую коррекцию по сиrналам с рабочей плиты, инерционной
массы или силы, поикладываемой к поверхности земли.
Системы управления отечественных вибраторов позволяют
возбуждать линейные и нелинейные (степенные лоrарифмические
и кусочно непрерывные) управляющие сиmалы в полосе частот
от 5 до 180 rц длительностью до 99 с со сдвиrами фаз в пре
делах 0 3600
Современные системы управления, изroтавливаемые зарубеж
ными фирмами ("Pelton", "Sersel" и др.), обеспечивают воз
можность rенерирования различных модификаций управляющих
сиrналов:
линейные частотно модулированные колебания с разверткой
по частоте от 3 5 до 200 250 rц вверх или вниз и длительнос
тью до 65 с;
нелинейные сиmалы со степенным, лоrарифмическим или KY
сочно непрерывными изменениями частоты во времени;
псевдослучайные сиmалы;
последовательности ЛЧМ сиmалов различной полярности, в
том числе по закону дополнительных последовательностей;
посылки с раЗgIИЧНЫМИ друr относительно друrа СДВиrами фаз
в пределах 0 360 .
Поиски и разведка сложных структурных и неструктурных ло
вушек нефти и rаза и подземных образований повышают требова
ния к достоверности получаемых данных, в том числе по дина
мическим характеристикам реrистрируемых волн. Это обусловле
но тем, что необходимо быть уверенным, что амплитудные, час-
тотные и друrие аномалии записей обусловлены особенностями
rеолоrическоro разреза, а не плохой неустойчивой работой
вибраторов. Поэтому современные вибрационные установки осна-
щаются разветвленными системами контроля и диаrностики,
позволяющими в процессе работ следить за состоянием YCTaHO
вок и их характеристиками. Эти системы основаны на сопостав-
лении и анализе сиmалов управления и тех датчиков, которые
установлены на основных узлах вибратора. Это акселерометры
или сейсмоприемники, которые размещены на рабочей плите и
инерционной массе вибровозбудителя, а также датчики положе-
156
!I f
JIIfЙ золотника и массы, сиrналы которых используются в цепи
фазовой коррекции вибратора. На совместном и сравнительном
анализе этих сиrналов и построены устройства для контроля
вибраторов.
Наметилось три направления в создании систем контроля
Первое основано на использовании серийной станции в качес
тве реrистратора контрольных сиrналов вибраторов. По приня
тым И зареrистрированным на маrнитной ленте и визуалирован
на бумare колебаниям судят о техническом состоянии виб
раторов и в частности об их синхронной работе. Определение
фазовой идентичности вибраторов в процессе полевых работ BЫ
полняется по этому принципу. Второе направление связано с
использованием персональных ЭВМ дЛЯ анализа данных, записан
иых или на маrнитной ленте сейсмостанции, или в памяти ЭВМ.
Использование станций позволяет анализировать сиrналы с про
филя. К этому направлению относится система "Вибкор" и ее
модификации, а также "Вибротест" . И третье направление объе
диняет приборы и устройства, позволяющие контролировать и
диаrностировать вибраторы без использования станции. Извест
но несколько таких приборов: устройство контроля работы
сейсмических вибраторов (УКВ), устройство контроля синфазной
работы вибраторов (YKC 1), "Вибротестер" , а из импортных
"Vibrachek" и др. В приборе УКВ [45] контролируется число
накоплений, синхронность запуска и синфазность работы rруппы
вибраторов (от одноro до семи). Проверка синфазности ocy
ществляется путем анализа сиrналов ошибок фаз, вырабатывае
мых в блоках управления каждоro вибя,атора. Если ошибка пре
вышает заданный предел (например 10 ), то система вырабаты
вает сиrнал, автоматически отключающий вибратор до следую
щеro воздействия. По окончании развертки на каждом вибраторе
reнерируется информационный код, который по радиоканалу пе
редается на сейсмостанцию. На ней анализируются времена при
хода кодов, по которым осуществляется контроль синхронности
запуска вибраторов. Такой контроль ведется по каждой посылке
и их числу. По окончании заданноro цикла накоплений на Mar--
нитную ленту станции записывается число накоплений и коли
чество вибраторов, прошедших контроль по синхронности запус
ка и синфазной работе. Система достаточно портативна, pac
Ходует HeMHoro энерrии и затрачивает на передачу кода одноro
вибратора 0,8 с.
Устройство YKC l контролирует синфазную работу вибраторов
Путем сопоставления сиrналов развертки вибраторов и сейсмо
станции [46]. Сиrналы с каждоro вибратора передаются по pa
диоканалу на станцию, rде они поступают в анализатор, KOТO
ры:й позволяет сопоставить их на экране осциллоrрафа. Система
обеспечивает контроль за работой rруппы вибраторов (от OДHO
, ro до пяти) в полосе частот до 125 rц.
Более rлубокий анализ техническоro состояния вибраторов и
ИХ работоспособности осуществляется на основе проверки фазо
157
вой идентичности источников и анализа сиrналов, вырабатывае
мых датчиками, установленными на ви6ровозбудителе. Такои
подход весьма полно характеризует техническое состояние виб
ратора и дает достаточную информацию о ero приroдности или
неприroдности к полевым работам [51]. Для проверки СОСтоя
ния вибраторов разработан. проrраммный комплекс "Вибротест" ,
реализованный на основе современных вычислительных средств,
включая персональные ЭВМ. Комплекс обеспечивает анализ час
тотно модулированных и моносиrналов, вырабатываемых система
ми управления вибратора, сейсмостанции и датчиками, YCTaHOB
ленными на вибровозбудителе. О качестве работ источников cy
дят по корреляционным функциям и характеристикам частотно
модулированных сиrналов и уровням их фазовых и нелинейных
искажений. По этим данным оценивают состояние фазовой синх
ронизации вибратора и ero амплитудно частотной характеристи
ки, состояние rидроусилителя (ПЭП и друrие параметры управ
ления источниками. В частности, выдаваемая проrpaммой взаимно
корреляционная функция (ФВК) контролируемоro и эталонноro
сиmалов характеризует разрешающую способность первоro и ее
ухудшение за счет нелинейных искажений и помех. Сиrнальная
часть ФВК позволяет сделать вывод о временной разрешенности
используемоro сиmала. Амплитудный спектр показывает He
равномерность амплитудно частотной характеристики основной
составляющей контролируемоro сиrнала, а фазовый спектр xa
рактеризует фазовое рассоrласование эталонноro и контроли
pyeMoro сиmалов. Реализована в комплексе дополнительная
обработка фазовоro спектра, позволяющая судить об относите
льной полярности эталонноro и контролируемоro сиrналов, об
их временном запаздывании Друr относительно друrа, а также о
рассоrласовании reHepaTopoB опорной частоты на станции и на
источниках. Контроль и калибровка отдельных устройств, BXO
дящих В состав виброисточника, например датчиков золотника
(ДПЗ), массы (ДПМ) и Т.д., чаще Bcero производятся на фикси
рованных частотах. Результаты тестирования заносятся в па
мять ЭВМ и изображаются на дисплее. Они MOryT быть также
переписаны в память машин единой серии для последующеro
анализа и хранения.
Разветвленную систему тестирования имеют зарубежные
устройства контроля. Особенностью последних является то, что
они оснащаются переходным блоком, обеспечивающим обмен дaH
ными и совместную работу блока управления вибратором и пер
сональной ЭВМ по радио [51]. Современные системы обеспечи
вают:
соответствие излучаемоro сиrнала заданному;
диаmостиКУ блоков управления вибраторами с реrистрацией
сбоев и повреждений;
непрерывный дистанционный контроль за работой вибратора в
процессе отработки каждоro воздействия с реrистрацией пара
метров вибраторов и излучаемых сиrналов (развиваемое усилие,
158
:..
фазовый сдвиr, контрольное число переходов через нуль значе
ИР управляющеro сиrнала, нелинейные искажения и др.) или на
маrнитную ленту станции, или на дискету для последующеro
анализа;
текущий расчет силы, прикладываемой к поверхности земли;
оценку приближенных упруrих и вязких пара метров rpYHTOB
на пунктах возбуждения колебаний.
Во всех системах контроль осуществляется по сиrналам,
снимаемым с датчиков ускорений и перемещений, установленных
на излучающей плите, инерционной массе и золотнике. На OCHO
вании корреляционной обработки этих данных и сравнения их
спектральных и фазовых характеристик с мrновенными и проrно
зируемыми значениями заданноro опорноro сиrнала производится
оценка поrрешности и в случае превышения заданноro пороrа
вырабатывается сиrнал ошибки, который передается на сейсмо
станцию и по которому отключается плохо работающий вибратор.
По окончании рабочеro дня все зареrистрированные данные pac
печатываются и анализируются с целью оценки работы вибрато
ров и полученных первичных материалов. Потребителю пр ав
лена возможность контролировать практически все основные па
раметры вибраторов, влияющие на характеристики излучения.
Встроенные в пульты управления средства контроля позволяют
следить за работой вибраторов, измерять и протоколировать
характеристики виброисточников непосредственно на борту
сейсмостанции, используя в качестве линии связи радиоканал.
Создание компьютеризированных систем управления на основе
микропроцессорной техники привело к расширению функциональ
ных возможностей контроля вибраторов и к отказу от тради
цнонной схемы фазовой коррекции: цифроаналоroвый следящий
фильтр, усилители оrpаничители, компараторы, фазовый дeTeK
тор, фазовый реryлятор, формирователь синуса. В новых систе
мах микропроцессор вычисляет фазовую ошибку и формирует KOp
ректирующий сиrнал управления вибратором через интервалы
времени, доходящие до 0,5 мс. Это приводит К тому) что работа
системы фазовой коррекции не зависит от амплитуды контроль
ных сиrналов и не имеет фазовой задержки в реrулировании,
что дает возможность более точно контролировать фазу излу
чаемоro сиrнала. Так, по рекламным материалам для сиrналов
СО скоростью изменения ч стоты 1 О rц/ с обеспечивается точ .
НОСть фазовой коррекции 1 , а о при скорости изменения 70 rц/ с
это значение не превышает 20 .
В современных системах управления большое внимание yдe
Ляется контролю эксплуатационных характеристик вибраторов. В
результате появились системы, самоподстраивающиеся под любой
реальный возбудитель вибрации, чем достиrается высокая иден
ТИчность технических параметров между отдельными экземпляра
Ми вибраторов. Последние системы выполнены с использованием
Компьютеров с дисплеем на жидких кристаллах, что повышает
ТОчность и надежность оценок и уменьшает время их получения.
159
Разработаны также малоrабаритные переносные устройства,
контролирующие и имитирующие работу вибратора, что ПОЗВОЛЯС.r
тестировать и настраивать системы управления без использова -
ния сейсмостанции.
3.6.1. АППАРАТУРА ФИРМЫ "PELTON" ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ЗА РАБОТОЙ ВИБРАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ
Зарубежные фирмы уделяют большое внимание системам, обес
печивающим повышение эксплуатационных характеристик вибра
ционных источников и текущий контроль за их параметрами.
Одно из ведущих мест в разработке и создании таких систем
занимает компания "Реltоп" (США), оборудованием которой
оснащаются вибраторы, выпускаемые различными фирмами США
("Merz", "Fеiliпg" и др.). Для работы с вибраторами фирмой
"Реltоп" разработаны и выпускаются следующие устройства, BXO
дящие в систему "Аdvапсе 11", версия 5.
1. Электронный блок управления вибраторами "Advance 11".
ОН имеет:
проrpaммируемый ленератор управляющих сиrналов;
систему контроля уровня воздействия, которая обеспечивает
возбуждение силы заданноro уровня и предотвращает поврежде
ине вибратора;
систему измерения и коррекции фазы сиrнала через каждые
0,5 мс, для контроля за фазой может быть использована или
сила, или ускорение реакционной массы, или ускорение плиты,
по выбору экспериментатора.
в блоке предусмотрены: возможность ввода всех задающих
параметров с клавиатуры компьютера, а также полный rрафичес-
кий контроль каждоro reнерируемоro сиrнала.
2. reHepaTop управляющих снrналов "Advance 11".
В reHepaтop включен проrраммируемый источник линейных и
нелинейных, а также псевдослучайных управляющих сиrналов
в диапазоне з 250 rц.
reHepaтop располаrает наиболее совершенной и простой в
использовании системой контроля качества, в нем предусмотре
на также возможность синхронизации нескольких сейсмостанций
и rрупп вибраторов. Система автоматически информирует опера
тора в случае выхода reнерируемоro сиrнала за пределы задан
ной поrрешности.
З. Система анализа работы вибраторов "Vibrasig" (Vibrator
Sigпаturе System).
Система контроля качества, включенная в блок управления
"Аdvапсе 11", использует персональный компьютер, совместимый
с. IBM РС. Она вывдит на экран компьютера в цифровой и rpa
фической форме результаты анализа работы каждоro вибратора
по каждому сиrналу и записывает информацию на диск. Она поз-
воляет просуммировать взаимно корреляционные функции по каж
160
дому вибратору и получить суммарную взаимно корреляционную
функцию.
4. Устройство интерфейса между вибраторами и компьютером
VCI U2 (Vibrator Computer Iпtеrfасе Uпit).
Устройство обеспечивает обмен данных между блоком управ
ления вибратором и персональным компьютером по радио или по
проводам. Оно производит преобразование сиrналов из аналоro
ВОЙ формы в цифровую, осуществляет слежение за работой виб
раторов по радио И снабжено развитой системой контроля за
параметрами возбуждаемых управляющих сиrналов на основе пер-
сональноro компьютера IBM РС и матобеспечения, разработан
HOro компанией "Реltоп".
5. Система анализа работы вибратора VCF (Vibrator
Computer Analysis System).
Это устройство представляет собой портативную систему
анализа работы вибратора, применимую для любых модификаций
вибраторов и управляющей электроники. Входящие в нее маrнит
ные акселерометры позволяют вести совершенно независимые
измерения ускорений плиты и реакционной массы вибратора.
В состав устройства входит система интерфейса между вибра
тором и компьютером.
6. Усовершенствованный электроrидравлический преобразо
ватель (сервоклапан "Реltоп DR2").
Преобразователь уменьшает нелинейные эффекты работы виб
ратора и расширяет частотную полосу rенерируемых сиrналов,
улучшает точность воспроизведения фазы и амплитуды rенери
руемых колебаний, снижает их искажения и сrлажнвает резонанс
в системе плита rpYHT, снижает искажения reнерируемоro
сиrнала.
7. Электронный имитатор rидравлическоro вибратора VS2.
Имитатор вибратора моделирует работу в различных режимах.
Электрическая схема имитатора reнерирует сиrналы, вырабаты
ваемые датчиками вибратора, что позволяет проверять и YCTpa
нять неисправности блока управления источником в лаборатор
Ных условиях сейсмостанции. Имитатор может моделировать эф
фект резонанса между плитой и поверхностью земли, и он поз
воляет обучать специалистов, создавая различные ситуации, в
том числе с невключенными или включенными в неправильной по
лярности акселерометрами и до.
8. Устройство контроля за работой вибратора "Vibrachek".
Устройство контроля за работой вибратора определяет фазо
Вые сдвиrи и амплитуды reнерируемых сиrналов в функции час
тоты в процессе излучения колебаний и распечатывает их на
бумажном носителе. Оно может быть установлено на вибраторе
ИЛи сейсмостанции и получать необходимые данные по радио или
по проводам.
9. Система определения координат вибраторов.
Эта система позволяет определить положение вибраторов с
точностью з s м и занести их координаты в память ЭВМ.
I t Заказ N> ПII
161
10. Комплекс вспомоrательноro оборудования и набор про
рамм для обработки данных.
В этот комплекс входят акселерометры M51, обладающие по
вышенными надежностью и точностью в диапазоне частот до
250 rц, цветной портативный компьютер 486, портативный
электронный блок, 16 разрядный аналоro цифровой преобразо
ватель, а также необходимое математическое обеспечение для
определения характеристик вибраторов, отображения их на
дисплее ЭВМ и записи в ее память, а также на маrнитную ленту
станции.
После KpaTKoro изложения возможностей оборудования фирмы
"Pelton" рассмотрим более подробно принципы работы основных
устройств, входящих в систему "Advance 11".
3.6.1.1. Определение и коррекция фазы
управляющеrо сиrнала
Фазовый дeтeKтop KoppeKТOp (ФДК) служит для определения
фазы выходноro сиrнала вибратора с целью контроля за качест
вом reнерируемоro сиrнала, а также коррекции этой фазы. В
настоящее время в системе "Аdvапсе 11" используются два ТИ
па ФДК. Один из типов основан на микропроцессоре 63803, дpy
roй - на микропроцессоре H 8.
Плата, основанная на микропроцессоре 63803, для определе
ния фазовой ошибки использует алroритм "Vibrachek". Для pe
жима ,фазовоro контроля в реальном времени (Phase Lock Mode)
минимальное время подсчета фазы для достаточноro разрешения
составляет 12,5 мс, что дает возможность корректировать фазу
каждоro периода свип сиrнала вплоть до 80 rц. Коррекция фазы
начинается после TOro, как опорный сиrнал достиrает пороrа
2,5 8. Период, в котором достиrается этот пороr, не исполь
зуется для определения фазы, а вычисления начинаются со сле
дующеro периода. Коррекция фазы становится возможной после
завершения одноro полноro периода опорноro сиrнала, по KOTO
рому вычислена фаза. На частотах, больших 80 rц, для получе
ния адекватиоro разрешения недостаточно одноro цикла опор
HOro сиrнала. В этом случае процессор использует для опре
деления фазы подряд несколько периодов так, чтобы их CYMMap
ная длина достиrала 12,5 мс. 8 случае типичноro сиrнала дли-
на максимальноro окна будет порядка 24,5 мс. Полученная фаза
в конце окна будет представлять собой среднее по всем перио
дам в этом окне. Коррекция фазы используется для компенса
ции разности времен между опорным и управляющим сиrналами,
rенерируемыми в ФДК, дЛЯ периода сиrнала непосредственно
следующеro за концом подсчета.
8 более поздней версии 63803 ФДК предусмотрена возмож
ность записи временной ошибки для каждоro интервала, что
позволяет заранее корректировать управляющий сиrнал при ПО
следующем ero воспроизведении. Это так называемый режим
162
"Phase Lock Modes 1 4". В этих режимах коррекция фазы в
реальном времени осуuцествляется наряду с предварительной
коррекцией фазы. В них также используется алrоритм
"Vibrachek". Минимальное время подсчета для предварительной
коррекции фазы составляет 62 мс. Эти режимы позволяют KOp
ректиров<iть фазу каждоro периода свип сиrнала в отдельности
вплоть до частоты 16,1 [ц. Объем памяти позволяет хранить
результаты до 512 интервалов для каждоro из шестнадцати
снrналов. Данные, хранящиеся в памяти, служат для Предва
рительной коррекции управляющеro сиrнала с целью получения
выходной фазы с вибратора, наиболее близкой к заданной без
дальнейшей коррекции. Если длина сиrнала превышает объем
памяти, то ФДК возвращается к коррекции фазы в реальном
времени. Величина корректирующеro воздействия в реальном
времени должна быть уменьшена при использовании предвари
тельной коррекции. Для этоro нужно уменьшить на 50% значение
усиления фазовой обратной связи по сравнению с режимом "О"
путем введения этоro значения с клавиатуры. Использование
предварительноro фазовоro контроля оказывается наиболее
полезным для случаев, коrда нормальный отклик вибраторов не
меняется от одноro сиrнала до друroro. Такая ситуация обычно
возникает, коrда вибратор находится на одном и том же месте
при reнерации мноrих сиrналов, наI!ример. в случае ВСП.
Режим ввода с клавиатуры называется "Реryлировка фазы" в
системах, существовавших до версии 5)и "Синхронизация фазы"
в версии 5 и более поздних версиях. В оборудовании, сущест
вовавшем до версии 5, изменение параметров режима "Реryли
ровка фазы" влекло за собой изменение в фазовых отношениях
между всеми опорными сиrналами в блоке управленя вибратором
(УСЕ). ДЛЯ этих версий анализ подобия выходноro и опорноro
сиrналов отражал вариации установки режима "Реryлировка фа
зы". В версии 5 оборудования для оцерки фазы используется
синтезируемый опорный сиrнал. Этот сиrнал не существует в
аналОI'ОВОЙ форме. В указанной версии Фазовые соотношения
между аналоroвыми опорными сиrналами в блоке управления виб
ратором (УСЕ) и выходными сиrналами С вибратора остаются
постоянными независимо ОТ установки "Синхронизации фазы".
Анализ подобных сиrналов в версии 5 не будет зависеть от
изменений параметров режима "Синхронизация фазы". Было обна
ружено, что оптимальная фаза в начале развертки получается в
СЛучае установки режимов "Реryлировка фаЗЫ" или "Синхрониза
Ция фазы" в пределах ОТ 70 до 110 rрадусов для сервоклапанов
модификации DR.
Существенным фактором является то, что ФВД с микропроцес
сором 63В03 не может поддерживать значения "Реryлировки фа
зы", отличные от нулевоro, для режимов "Запись параметров "
ИЛи "Запись значений". Детектор коррекции с микропроцессором
H 8 может поддерживать любые знчения параметров "Синхрони-
зации фазы" в любом режиме записи сиrнала. Это позволяет
11*
163
улучшить контроль за фазой в начале reнерируемых сиrналов,
особенно в случае использования сервоклапана с модификацией
DR.
Для обоих типов фДК при первом возбуждении заданноro сиr
нала система использует начальный сдвиr по времени, BBeдeH
ный с клавиатуры. Типичное значение сдвиrа по времени coc
тавляет 12 мс. Сиrналы с обратным изменением частоты MOryT
требовать несколько большеro или меньшеro начальноro сдвиrа
по времени. Результат reнерации сиrнала запоминается в памя
ти, и эта информация используется для фазовой и временной
коррекции при следующей reнерации рассматриваемоro сиrнала.
Эта операция называется предварительной установкой фазы.
Предварительная установка фазы выполняется каждый раз после
reнерации сиrнала, что дает возможность сразу начать возбуж
дение следующеro сиrнала с фазой, близкой к фазе опорноro
сиrнала еще до начала процесса фазовой коррекции в реальном
масштабе времени.
Ряд пользователей нашей системы использует такой подход
весьма успешно, хотя при сильном изменении поверхностных
условий rpYHTa после перемещения вибратора на новую позицию
может потребоваться несколько запусков вибратора для TOro,
чтобы добиться желаемоro уровня совпадения выходноro и опор
HOro сиrналов.
Версия 5 оборудования снабжена новым ФДК с микропроцессо
ром H 8. Мощность этоro микропроцессора примерно в 30 раз
больше мощности микропроцессора 63803, что значительно улуч
шает контроль качества. Основным преимуществом является воз
можность вычисления MrнoBeHHoro значения фазы (каждые
0,488 мс), а не одноro в конце каждоro окна. Это существенно
снижает задержку в системе управления фазой выходноro сиr
нала. Оценка фазы и ее коррекция начинаются сразу по дости
жении амплитуды опорноro сиrнала уровня 0,78 8. Микропро
цессор определяет фазу опорноro сиrнала в момент превышения
пороrа, а коррекция фазы начинается спустя один период
сиrнала. В режиме "Phase Lock Mode О" фазовая коррекция
производится один раз за период свип сиrнала. 8 режиме
"Phase Lock Mode 1 4" в дополнение к этому корректирующая
поправка запоминается в памяти аналоrично тому, как это
делается в детекторе коррекции, снабженном микропроцессором
63803, за тем исключением, что это производится каждые
19 мс, что дает возможность использовать этот подход вплоть
до частоты 52,6 rц.
Для различных условий системы вибратор rpYHT различные
алroритмы фазовой коррекции MOryT давать лучшие результаты.
С целью оптимизации фазовоro контроля за энерrией, rенери
руемой вибратором, пользователю предоставляется возможность
менять фазовые соотношения между опорным сиrналом в блоке
управления и выходным сиrналом вибратора, оставляя постоян
ными фазовые соотношения между сиrналами, записываемыми
164
,;
)'1
сейсмостанцией. Это достиrается путем изменения фазы опорно
ro сиrнала в блоке управления вибратором по сравнению с фа
ЗОЙ опорноro сиrнала в ленераторе сиrналов, расположенном
в сейсмостанции.
3.6.1.2. Анализ работы вибратора
Для измерения параметров работы rидравлическоro вибратора
MOryT быть использованы различные методы. Эти методы вклю
чают использование системы независимых акселерометров, aHa
ЛИЗ подобия сиrналов с помощью передачи их по радио или про
водам, а также встроенную систему контроля качества. В каж
дом из этих методов для оценки параметров работы вибратора
используются различные сиrналы и различные алroритмы обра
ботки данных. Вследствие этих различий анализ фазы и ампли
туды сиrналов также различен. Эти различия обычно довольно
незначительны, но они становятся существенно заметными при
высокой точности cOBpeMeHHoro электронноro блока управления
вибратором.
Метод записи данных анализа подобия выходноro сиrнала с
вибратора и опорноro сиrнала с использованием передачи дaH
ных по проводам (Wireline Similarities) в свое время был
одним из основных методов. Теперь же он используется значи
тельно реже. Анализ подобия tиrналов может быть как простым,
так и очень СЛОЖНЫI.[ в зависимости от проrрамм, используемых
для обработки данных. Для этоro метода анализа качества pa
боты вибратора обычно используется опорный сиrнал, передан
ный по проводам и представляющий собой просто отфильтрован
ный истинный опорный сиrнал с блока управления вибратором
или reHepaTopa сиrналов. Сравнение опорных сиrналов с блока
управления вибратором и reHepaтopa сиrналов позволяет убе
диться в том, что блок управления вибратором начал работать
в нужный момент и reнерирует прав ильный сиrнал. В качестве
анализируемоro выходноro сиrнала используется сиrнал, сни
маемый с блока управления вибратором. С помощью клавиатуры
оператор может выбрать, какой конкретно сиrнал с блока
управления будет взят для анализа. Наиболее часто исполь
зуемым сиrналом является сила воздействия на rpYHT, которая
определяется как взвешенная сумма сиrналов с акселерометров,
установленных на плите и реактивной массе. Весовые коэффи
циенты пропорциональны весу плиты и реактивной массы. Полу
чаемый сиrнал усиливается так, чтобы амплитуда ero достиrала
5,12 В, коrда rенерируемая сила воздействия на rpYHT paB
Няется введенному с клавиатуры полному прижимающему весу
вибрационной установки. Оператор может также использовать
друrи сиrналы для анализа. Взятый сиrнал может быть передан
на сеисмостанцию для анализа по радио, в этом случае он Ha
3ывается "выходной сиrнал, переданный по радио". Чтобы
165
произвести анализ фазы сиrналов без искажений, reHepaтop
сиrналов, расположенный на сейсмостанции, имитирует опорный
cиrнал, переданный по радио. Этот сиrнал представляет собой
сдвинутый по времени и отфильтрованный истинный опорный си['--
нал. Это делается с целью компенсации задержки и фильтрации
сиrнала при передаче ero по радио на сейсмостанцию. В oOOpy
довании, существовавшем до версии 5, эта задержка нередко
отличалась от действительной, возникающей при передаче по
радио. Версия 5 оборудования позволяет добиться желаемоro
совпадения задержек сиrналов с помощью изменения COOТBeтcт
вующих параметров с клавиатуры. Описываемый метод получил
название "радиоанализ подобия сиrналов" (Radio
Similarities). Если выходной сиrнал вибратора и опорный сиr
нал с reHepaтopa имеют заданные фазовые соотношения и если
оборудование соответствующим образом настроено, то опорный и
выходной сиrналы, переданные по радио, должны иметь cooт
ветствующие фазовые соотношения в пределах спектра сейсми
ческих сиrналов. Это также справедливо и для сиrналов, пере
данных по проводам, за исключением TOro, что не требует спе
циальной настройки оборудования.
В систему анализа работы вибратора входит устройство
"Vibrachek", которое широко применяется для измерения пара
метров работы вибратора. Обычно оно используется для анализа
данных, переданных по радио, но может быть использовано и
при их передаче по проводам. В устройстве "Vibrachek" испо
льзуется алroритм, в котором математически выделяется OCHOB
ная rармоника, а затем вычисляются фазовые соотношения между
ней и опорным сиrналом. В алroритме предполаrается, что
опорный сиrнал является чисто синусоидальной волной. В алro
ритме вычисляются фазовые соотношения для каждоro периода
вплоть до частоты 8 rц. Минимальное время для решения с ДOC
таточным разрешением 125 мс. Для частот сиrнала, больших
8 rц, вычислительный процесс включает следующий период (ы) ,
начинающийся в пределах окна размером в 125 мс, останавли
ваясь в конце первоro периода сиrнала за пределами окна. В
этом случае окно будет расширено до конца периода действую
щеro сиrнала. В случае типичноro сиrнала максимальная длина
окна составит 249 мс. Фаза, вычисленная в конце окна, пред
ставляет собой среднюю фазу по всем периодам, попавшим в это
окно. В устройстве "Vibrachek" реализован следующий алro
ритм.
Примем, что сиrнал управления описывается выражением
А(О == Аоsiп2пtf. (3.4)
Очевидно, что сиrнал с датчика плиты будет также синусои
дальным, но сдвинутым по фазе, Т.е.
В(t) == В 1 siп(2пft + 1(», <3.5)
Он также будет осложнен rармониками
166
п
в siп(п2п + Ip ).
L.. п п
п 2
(З.6)
Перемножив сиrнал (З.4) с суммой сиrналов (З.5) + (З.6) и
проведя соответствующие триroнометрические преобразования,
получим
ЛоВ,
2
cos (2пft + Ip) +
АоВ,
2
cosrp +
00
+ Аоsiп2пft [L в siп(n2пft + rp )].
п 2 п п
(З.7)
в выражении (З.7) первое и третье слаrаемые имеют нулевые
средние значения при интеrрировании на целом числе периодов
от первой rармоники сиrнала Р, (t), т .е.
тО =: m/f.
Таким образом, интеrрал от произведения пропорционален
косинусу фазовоro сдвиrа между управляющим сиrналом А и
сиrналом первой rармоники плиты В,. Очевидно, что при таком
подходе неизбежные rармонические искажения, присутствующие в
колебаниях датчика плиты, не влияют на результат определения
фазовоro сдвиrа.
Амплитуда опорноro сиrнала А задается в блоке управления
и леrко контролируется. Амплитуда колебания плиты ВI на час
тоте первой rармоники неизвестна, так как сиrнал с плиты
содержит помимо первой rармоники и амплитуды друrих rapMo
ник. Для определения ВI в вычислительном устройстве выпол
НЯЮТСя те же перемножения, но в качестве сомножителя BЫCTY
пает оператор A(t), сдвинутый на п/2, Т.е. Ао соs2п{t. При
усреднении на том же времени те ненулевым слаrаемым будет
АоВ,
2
sinrp.
(З.8)
Отношение (З.8) / (З.7) равно tgrp, откуда через функцию
apKTaHreHca вычисляется фазовый сдвиr 'р, а зная Ао, леrко
определить величину BI. Как указано выше, результаты счета
для последовательности частот с интервалом 2 З rц печатаются
на бумажном носителе.
В системе предусмотрена возможность самопроверок
"Vibrachek". Ее результаты сравнивают с вычисленной поrреш
ностью фазы выходноro сиrнала. В системе анализа предусмот
рен ряд проrрамм для оценки работы вибратора.
SEROC представляет собой проrрамму, которая используется
ДЛя анализа сиrналов персональным компьютером (совместным с
IВM). Эта проrрамма обычно применяется для анализа данных,
167
переданных по радио. С помощью этой проrраммы возможно про
ведение различноro типа обработки данных. В проrрамме реали
зован тот же алroритм, что и "Vibrachek", с той лишь разни
цей, что минимальное время подсчета 75 мс. Это позволяет по
лучать оценки для каждоro периода сиrнала вплоть до частоты
13,33 rц. Можно выбрать сrлаживание, усредняющее результаты
трех подсчетов для каждоro участка.
Проrрамма SEROC позволяет также анализировать результат
взаимной корреляции сиrналов. Применяя окно Хэмминrа длиной
+/ 0,5 с к функции взаимной корреляции получаем с помощью
быстроro преобразования Фурье rрафики зависимости фазы и
амплитуды от частоты. Шаr по частоте составляет 0,25 rц.
Максимальное разрешение получается для сиrнала длительностью
4 с. Для TaKoro сиrнала получается rpафик с шаroм по частоте
0,12 rц.
Проrрамма FMETER имеет возможности, похожие на возможнос
ти проrраммы SEROC, и в ней используется тот же самый алro
ритм. Значительным отличием этой проrраммы является то, что
для нее возможно использование независимых акселерометров.
Сиrнaлы от независимых акселерометров фильтруются системой
измерения силы воздействия на rpYHT. Процесс фильтрации в
этом случае такой же, как для основных акселерометров. Филь
труемый сиrнал акселерометра усиливается и численно сумми
руется с помощью компьютера для синтеза сиrнала воздействия
на (рунт. Эта проrрамма позволяет также анализировать фазо
вые соотношения между опорным сиrналом и движением плиты или
реактивной массы. В качестве опорноro сиrнала может исполь
зоваться как истинный сиrнал, так и сиrнал, переданный по
проводам.
Система измерения силы воздействия на rpYHT осуществляет
фильтрацию опорноro сиrнала, которая соответствует фильтра
ции выходных сиrналов от акселерометров. Проrрамма
"Vibrasig" также позволяет строить rрафики параметров работы
вибраторов, если в комплект электроники входит плата
"Vibrasig". В проrрамме предусмотрена корреляция выходноro
сиrнала и опорноro, переданноro по проводам. ДЛя таких сиr
налов не требуется проверять точность задания начальноro
времени сиrнала и правильность rенерации сиrнала. llJar функ
ции взаимной корреляции составляет 1,952 мс. Центральная
часть корреляционной функции (127 байт) нормнруется для TO
ro, чтобы максимально использовать разрядную сетку. Эти дaH
ные и друrая информация по контролю качества, называемая PSS
посылаются по радио в конце каждоro сиrнала. IВМ,совместимый
компьютер, связанный с reHepaTopoM сиrналов, восстанавливает
результат взаимной корреляции и строит rрафики фазы и ампли
туды, полученные в результате БПФ оТ функции взаимной Koppe
ляции для каждоro вибратора. Шаr по частоте для этих rpафи
ков составляет примерно 4 rц.
Данные, появляющиеся на экране компьютера во время работы
168
проrраммы "Vibrasig", представляют собой сиrналы, получен
ные как с основных, так и с контрольных акселерометров.
сообщение об ошибке фазы в цифровом ВиДе вычисляется с испо
льзованием сиrналов с основных акселерометров. Опорный си
нал используется для корректировки фазы вибратора. rраФик
зависимости фазы строится по результатам корреляции между
cиrналами, полученными С контрольных акселерометров, и опор
ным сиrналом, полученным с УУВ по проводам. Это позволяет
сравнивать фазы rенерируемоro свип сиrнала, рассчитанные на
основе основных и контрольных акселерометров.
Фазовые соотношения между сиrналом с вибратора и опорным
сиrналом подсчитываются как для целей контроля за вибрато
ром, так и для целей контроля качества с помощью ФДК. В сис
теме "Advance 11" используется один из двух типов ФДК. Один
из них использует микропроцессор H 8. Мощность этоro процес
сора в 30 раз больше мощности процессора 63В03, что значите
льно увеличивает скорость подсчета фазы. Фактически с помо
щью этоro процессора возможно получение значений мrновенной
разности фаз (каждые 0,488 мс), а не одноro в конце каждоro
окна.
Вычисленные поrрешности фазы передаются плате системноro
контроля (SCCC) таким образом, чтобы максимальная и средняя
фазовые поrрешности моrли быть включены в информационное
сообщение о результатах rенерации свип сиrнала (PSS report).
В случае ФДК с микропроцессором 63В03 при получении значений
максимальной фазы пренебреrают шестью первыми и тремя пос
ледними циклами сиrнала. Данные посылаются на SCCC в конце
каждоro окна. В случае ФДК с микропроцессором H 8 дЛЯ paH
них версий оборудования при получении максимальной поrреш
ности фазы пренебреrают первыми и последними ста миллисекун-
дами сиrнала. Для версии 5 или более поздних версий оборудо
вания при получении максимальной поrрешности фазы пренебре
raют первыми 500 мс и последними 100 мс сиrнала. Задержка в
500 мс совпадает с характеристиками процессора 63В03. Инфор
мация о фазе передается на SCCC с платы коррекции с микро
процессором H 8 примерно каждые 15 мс.
Максимальные поrрешности фазы, полученные за 15 мс между
этими сообщениями, посылаются для информационноro сообщения
(PSS). Данные PSS используют опорный сиrнал блока управления
вибратором (УСЕ) дЛЯ сравнения с выходным сиrналом вибрато
ра. Это означает, что ошибки задания нулевоro момента BpeMe
ни между блоком управления вибратором (УСЕ) и reHepaTopoM
Сиrналов (ESG) не будут влиять на ошибку фазы и данных PSS.
В ФДК с микропроцессором Н 8 в версии 5 оборудования для
подсчета фазовой поrрешности используется цифровая задержка
ОПорноro сиrнала. Это означа , что сиrналы, полученные с
ОСновных акселерометров, должны претерпеть линейный фазовый
едвиr, для чеro и применяется фильтр Бесселя. Помимо обеспе
чения требуемоro линейноro фазовоro сдвиrа этот фильтр про
169
пускает сиrналы roраздо большие по частоте, чем фильтры,
используемые для сиrналов с ОСНОВНЫХ акселерометров в более
ранних моделях оборудования (по версии 5). Это позволяет
осуществлять контроль за фазой свип сиrнала для более BЫCO
ких частот.
При использовании контроля за пиковым уровнем амплитуды в
версии 5 оборудования контрольная система показывает HeCKO
лько меньшую амплитуду (особенно для высоких частот), чем
основная система управления вибратором. Это объясняется тем,
что фильтры сиrналов, полученных с основных акселерометров,
пропускают более высокие частоты (более 200 rц) roраздо луч
ше, чем фильтры, используемые в текущей системе контроля за
reнерированием сиrнала. Блаroдаря этому различию блок управ
ления вибратором (УСЕ) может осуществлять более качественное
поддержание уровня силы воздействия на rpYHT на высоких час
татах, чем это может показать система контроля. Существуют
два решения этой проблемы. Первое это использовать возмож
насть поддержания уровня силы на основной rармонике, пре
небреrая высокочастотными искажениями выходноro сиrнала.
Второе использовать контрольные акселерометры и их систему
фильтрации вместо основных для поддержания заданноro уровня
. силы.
3.6.1.3. Система определения координат вибраторов
Система определения координат вибраторов (GPS) позволяет
использовать стандартные радиоустройства для передачи на
сейсмостанцию информации о положении вибратора. Проrрамма
GPSMAP обеспечивает цветное rрафическое изображение с указа
нием текущей позиции вибоатооа, которое корректируется в
конце каждоro сиmала. Система GPS включает опорную передаю-
щую радиостанцию, работающую в диапазоне коротких или ульт
ракоротких волн мощностью 40 Вт. Сиrналы с нее принимаются
дифференциальным приемником, находящимся в вибраторе. Диффе
ренциальный приемник передает откорректированные данные на
модуль интерфейса GPS фирмы "Реltоп". Откорректированные
данные передаются затем обратно на сейсмостанцию вместе с
информационным сообщением о сиrнале. Для передачи требуется
затратить дополнительно 82 мс на каждый вибратор. К данным
GPS относятся: номер вибратора, время GPS, широта, долroта,
высота над уровнем моря, количество используемых спутников,
дифференциальный статус GPS, навиrационный статус, TpeXMep
ный статус и фактор поrpешности. Эту информацию получают с
помощью проrраммы G PSMAP. Данные записываются на диск и по
ложение вибратора изображается на экране. Запросы о положе
нии вибратора и инициировании системы MOryT быть произведены
в любой момент. Проrpaмма также позволяет вводить координаты
всех приемников и источников. Эти координаты обычно заrру
жаются из файла, имеющеro формат SEG Pl. Помимо координат
170
првемников и источников в проrрамму может быть введена также
информация о различных объектах, таких как дороrи, реки или
изroроди. В проrpамму MOryT быть введены 26 различных типов
символических изображений. Портативный компьютер с проrрам
МОЙ GPSMAP может быть подключен непосредственно к дифферен
цвальному приемнику GPS. rрафическое изображение на экране
позволяет определять направление на местности на нужный
источник. Это становится очень полезным в тех районах, rде
установка флажков вдоль профиля не Bcerдa возможна. Указан:
ная система позиционирования успешно используется в морскои
сейсморазведке для навиrации судов и позиционирования пнев
моисточников.
Устройство определения координат фирмы "Реltоп" принимает
данные через стандартный последовательный интерфейс RS232 в
формате МСИ (Морской стандартный интерфейс) с помощью диф
ференциальноro приемника. Последовательный формат данных
становится более стандартизированным для устройств позицио-
нирования. Однако мноrие приемники требуют специальной обра
ботки последовательных данных. Большинство моделей опорных
станций G PS и дифференциальных приемников может быть исполь
зовано с пелтоновской системой. Точность приемников колеб
лется от величины менее одноro метра до сотен метров. KOM
панией "Реltоп" была выбрана система средней ТОЧНОСТи (3
5 М). Указанные цены включают устройство, корректирующее
данные PTCM 104 и модуль интерфейса GPS, поставляемый KOM
панией "Реltоп".
3.6.1.4. reHepaTop случайных сиrналов
В версию 5 блока управления вибратором "Аdvапсе 11" было
добавлено новое устройство для reнерации и контроля за слу-
чайными управляющими сиrналами. Это устройство значительно
повысило точность фазовоro и амплитудноro контроля за такими
Сиrналами и дало БОльшую свободу в построении сиrналов раз
ЛИчных видов. В описываемом устройстве предусмотрена возмож
насть придавать спектру мощности reнерируемоro сиrнала раз
личную форму с помощью функций, похожих на синусоидальный
сиrнал. MOryT использоваться нелинейные весовые функции, Ta
кие как постоянное приращение амплитуды, в децибелах на
один reрц частоты или на один диапазон частот, размером в
октаву. Также MOryT быть применены линейные функции, задаю
Щие форму спектра мощности. Как и в случае синусоидальных
разверток построение сиrнала производится с помощью измене
НВя частоты во времени, а не понижением амплитуды сиrнала,
reнерируемоro вибратором. Псевдослучайные сиrналы задаются
персональным компьютером, подсоединенным к reHepaTopy свип
Сиrналов (ESG) с помощью системы интерфейса. Параметры
Псевдослучайноro сиrнала передаются на reHepaTop сиrналов
171
(ESG) через последовательный порт компьютера, а затем по pa
дио или проводам на блоки управления вибраторами (УСЕ). re
нерация непосредственно caMOro сиrнала осуществляется в pea
льном времени ленератором сиrналов и каждым из блоков управ
ления вибратором. Параметры, использованные для запуска каж
дой псевдослучайной последовательности, можно записать в па
мять. Это дает возможность MHOroKpaTHOro воспроизведения
псевдослучайноro сиrнала. Детектор мrновенной коррекции
PDCC H8 осуществляет виртуальную коррекцию MrнoBeHHЫx фазы
и амплитуды случайноro сиrнaлa.
Так же, как и в случае друrих модификаций сиrнaлов, сис
тема "Аdvапсе 11" обеспечивает контроль качества возбуждения
вибратором случайных сиrналов. Оператор должен быть убежден
в том, что все вибраторы работают синхронно. Если блок
управления вибратором выдаст ошибочный сиrнал, это будет He
медленно сообщено оператору с помощью систем PSS и "Vib
rasig" .
3.6.1.5. Контроль основной rармоники сиrнала
с оrраничением величины пиковоrо усилия на rpYHT
Первым широко используемым методом контроля за СИЛОй воз
действия на rpYHT был способ контроля за максимальным BЫXOД
ным сиrналом вибратора. Этот MeТQД позволяет вибратору дoc
тиrать максимальной выходной силы без нарушения контакта
между землей и плитой. Однако он не обеспечивал прямоro
контроля за полезной сейсмической энерrией вибратора. Полез
ной энерrией мы называем энерrию, которая содержится в цeHT
ральной части корреляционной функции. Это энерrия первой
rармоники. Среднеквадратичный уровень силы часто является
хорошей оценкой силы на первой rармонике и ero леrче изме
рить. При контроле за первой rармоникой или среднеквадратич
ным уровнем силы воздействия на rpYHT амплитуда выходноro
сиrнала должна быть значительно снижена. В противном случае
возникает нарушение между землей и плитой. Ее появление BЫ
зывает сильное увеличение искажений сейсмическоro сиrнала и
может также вызывать повреждение вибратора. Версия 5 элек
троники "Аdvапсе 11" обеспечивает новый метод контроля за
силой на основной rармонике сиrнала с оrраничением пиковых
значений. Коrда пиковый выходной сиrнал превышает 90% от
прижимающеro веса вйбратора, система автоматически снижает
выходной сиrнал с целью предотвращения нарушения связи. YKa
занный метод позволяет осуществлять контроль за полезной
сейсмической энерrией. При этом исключается возможность
повреждения вибратора или искажения сейсмических записей из
за нарушения связи. В различных районах требуется установле
ние различных уровней излучения вследствие различий в ypoB
нях rармонических искажений силы воздействия на rpYHT из за
различных условий системы вибратор rpYHT. Большинство
172
..
сейСМИЧеских партий, использующих этот способ, осуществляют
снижение nиковых значений си.nы на низких частотах (ниже 20
I'ц), оставляя при ЭТОМ обычный амплитудный контроль за силой
на первой raрмонике на высоких частотах. TaKoro рода решение
зависит от степени искажения сиmала в конкретных условиях.
Выходной сиrнал вибратора ()rраничен весом вибратора. Ha
рушение связи должно быть предотвращено. Лучшим способо
коНТРОЛя является предложенный метод контроля по первои
raрмонике сиrнала совместно С оrpaничением пиковоro уровня
силы. Этот метод контроля позволяет также предотвратить на-
рушение связи между землей и плитой.
Приведенные перечень оборудования для тестирования виб
раторов и описание принципов ero работЫ показывают, насколь
ко большое внимание уделяется вопросам эксплуатации этих
излучателей за рубежом. Не исключено, что именно возможность
обеспечения качественной работы вибраторов и непрерывный
контроль за их состоянием объясняют относительно большие
объемы их применения в развитых капиталистических странах.
Надежная работа вибраторов и хорошее соответствие между па
раметрами заданных и излучаемых в землю сиrналов позволяют
решать сложные задачи и получать материалы, не уступающие, а
в ряде случаев превосходящие материалы взрывной сейсмики,
с меньшей затратой средств и без вредноro и разрушающеro
воздеЙСТВИЯ на окружающую среду.
Тем не менее следует отметить, что возможности управления
и тестирования вибраторов полностью не исчерпаны. Это связа
но с тем, что для анализа берутся сиrналы, развиваемые дaT
чиками, установленными на вибраторы. Если управление и aHa
лиз работы вибраторов проводить также с учетом сиrналов от
сейсмоприемников, установленных на профиле (например, как в
адаптируемой сейсморазведке), то это может дать дополнитель
ный эффект, за счет выбора рабочих параметров вибраторов по
сиrналам с профиля с учетом решаемых задач и сейсмических
условий.
3.7. СИСТЕМА "ВИБКОР"
Одним из достоинств вибрационной сейсморазведки является
ВОзможность управления спектрами возбуждаемых и, в опреде
ленных пределах, реrистрируемых волн. Однако она использует
ся далеко не полностью и недостаточно эффективно. Обусловле
но это сложностью выбора параметров оптимальных нелинейных
управляющих сиrналов, который обоснованно может быть выпол
Нен только после обработки полученных материалов на вычисли
Тельных центрах.
Современные средства вычислительнои техники позволяют
создать такую аппаратуру, которая обеспечила бы анализ полу
Чаемых в поле данных, их обработку, расчет по определенному
173
критерию оптимальных параметр;>в управляющеro сиrнала и пере
дачу их на пункт возбуждения ..ибратора для отработки. Такая
аппаратура была разработана, Qпробована и получила название
"Вибкор". Принцип ее работы И\, результаты опробования изложе
ны в подразд. 4.9.
3.7.1. АлrОРИТМИЧЕСКОЕ ОВЕСПJj:ЧЕНИЕ СИСТЕМЫ "ВИВКОР"
Непрокоррелированная вибросейсмическая трасса при OТCYT
ствии помех в частотной области представляется известным
соотношением
а(си) .. н (си)" S (си),
rде Н(си) - импульсная характеристика среды; S(cи) управляю
щий сиrнал.
При отсутствии искажений и частотно зависимоro поrлощения
трасса имела бы спектр, аналоrичный спектру управляющеro
сиrнала, в частности прямоуroльный при линейном управляющем
сиrнaле. Однако в реальных условиях спектры реrистрируемых
волн отличаются от исходных, что снижает разрешающую способ
ность вибрационной сейсморазведки. Повысить ее можно, KOp
ректируя спектр управляющеro сиrнала, компенсируя поrлощение
волн в среде. Соответствующим выбором спектра управляющеro
сиrнала можно также усилить требуемые частоты в спектре воз
буждаемых и реrистрируемых колебаний. Использование cerMeHT
ных управляющих сиrналов позволяет реализовать эти воз
можности, что И сделано в системе "Вибкор". В первую очередь
эта система рассчитана на компенсацию частотно зависимоro
поrлощения сейсмических волн, что и определило выбор кри
терия оптимальности при выборе спектра управляющеro сиrнала.
В качестве ero принята форма амплитудно частотной xapaKTe
ристики вибросейсмическоro сиrнала a(t). Поскольку испол
нительным устройством является блок управления вибратором,
реализующий cerмeHTHыe развертки, расчету корректирующих
сиrналов предшествует разбиение ИСХОДНdro спектра сиrнала
а(О в диапазоне от Fmin до F max на поддиапазоны dF., внутри
I
которых предполаrается, что исходный спектр имеет постоянную
амплитуду. Для исключения влияния интерференции волн на pe
зультаты расчета выполняется сrлаживание исходноro спектра.
Правильность выбора диапазона Fmin F max для расчета KOp
ректирующеro НЛЧМ сиrнала оценивается с помощью расчета про
rнозируемоro скорректированноro спектра сиrнала a(t) и
расчета предполаrаемоro ухудшения соотношения сиrнал/шум на
выходе коррелятора после коррекции спектра.
Для сrлаживания исходноro спектра вычисляется cpeДHe
арифметическое значение амплитуд на интервале усреднения и
результат относится к центру интервала. Отметим, что анализ
может проводиться по различным каналам сейсмостанции.
174
я
dЯ{
dR m
dR I
dFз
dR5
"
Рис. 40. Разбиение спектра ПРlIнятоrо сиrнала
Разбиение частотноro диапазона на равные поддиапазоны dF.
1
выполняется при допущении, что внутри поддиапазона спектр
имеет постоянную амплитуду и дает разную поrpешность аппрок
симации исходноro спектра ступенчатой кривой для разной CKO
расти изменения оrибающей спектра. Поrрешность тем больше,
чем больше скорость изменения амплитуды спектра. Лучшие pe
зультаты обеспечивает операция квантования выборок исходноro
спектра a(t) по амплитуде R с заданным шаroм квантования dR
(рис. 40). В Этом случае подынтервалы dF. будут иметь раз
1
ную величину, тем меньшую, чем выше скорость изменения оrи
бающей спектра R (п. Соответственно и количество подынтерва
лов будет определяться скоростью изменения оrибающей исход-
HOro (сrлаженноro) спектра. В результате аппроксимации ис
ходноro спектра ступенчатой кривой получим набор подынтер
валов с параметрами dF. (величина первоro диапазона) , dR.
1 1
(средняя амплитуда первоro диапазона). В рассчитанном наборе
dF., dR. один из поддиапазонов dF будет иметь наибольшую
11т
среднюю амплитуду dR , к которой должны быть "подтянуты"
m
амплитуды остальных поддиапазонов. Принимая амплитуду dR за
m
единицу, получим, что амплитуды поддиапазонов dR. нлчм
1
сиrнала ДОЛЖНЫ равняться 1 / R..
1
Изменение уровня посылаемых сиrналов может быть реализо
вано соответствующим увеличением длительности ero излучения.
Поэтому, принимая длительность поддиапазона dF (dT ) за еди
m т
ницу, получим длину dT i первоrо поддиапазона, численно paB
ную l/dR.. Пара метры dY. и dF. определяют закон п сеrментной
I I I
НЛЧМ развертки, сумма всех dT. даст длительность искомой
1
НЛчм развертки. Неудобством TaKoro расчета является He
предсказуемость величины Т.. ОТ данноro недостатка свободен
1
расчет по формуле
175
п
dT. = T/EdF. * dR.) * [(dF. r dR.) J,
I I I . J I J
J I
rде п - количество cerмeHТOB ) развертки; Т желаемая длите
льность развертки.
Заключительной операцией расчета параметров НЛЧМ
развертки является проверка !скорости развертки dF./dT. пер
I I I
BOro поддиапазона. Если она' превышает допустимую скорость
для данноro типа вибратора, то dT. соответствующеro поддиа
I
пазона рассчитывается по формуле
dT. = dF./v p ,
I I
после чеro корректируется желаемое значение длительности
развертки Т.
Для компенсации неравномерности частотной характеристики
канала необходимо часть излучаемой энерrии в частотной
области с малым затуханием перераспределить в частотную
область с большим затуханием. Считая, что уровень микросейсм
О О постоянен, получим выражение, определяющее снижение cooт
ношения сиrнал/шум для скомпенсированноro сиrнала по отноше
нию к исходному:
исходное соотношение сиrнал/шум
Ртах
Ро = [! R(f). dFJC1 == [[(dR./dR )*dF.] /(fl ==
I т I
F m1n
-=[ (dR. * dF,)/(G 2 * dR ).
. 11т'
I
соотношение сиrнал/шум после компенсации
Рта х
Ркомп == [! R( f) * R k (п * dFJ /о 2 == [[ (dR. *
Рт i n i I
* dR.) * dF.] /О 2 = [[ (dR ./dR ) * (dR /dR.)/ (dR /
I I . I т т I т
I
/dR min )] * dF.] /о 2 == (dR min * dF)/(G 2 * dR ),
I т
rде dR min минимальное значение амплитуды исходноro спектра.
Отсюда получим требуемую оценку
РО/Ркомп = [[(dR. * dF.)] /(dR min * dF),
. I I
I
rде dF частотный диапазон развертки.
3.7.2. АППАРАТУРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ "ВИБКОР"
Функциональная схема система "Вибкор" изображена на рис.
41. Система состоит из блока анализатора БА и соединенных с
ним внешних устройств: клавиатуры, дисплея ТУ с сейсмостан
ции "Проrресс", reHepaтopa стандартных сиrналов rcp и Hec
кольких блоков управления вибраторами БУВ. Блоки БУВ подклю
чаются к анализатору через радиоканал, состоящий из шифрато
ра и дешифратора УСУ и радиостанций. Сейсмостанция подклю
чается к БА через соrласующее устройство УС. Подключение BЫ
полняется на уровне" разъемов, между блоками лоrики и ФАРУ.
Такое подключение позволяет считывать информацию не только
во время реrистрации на ленту, но и во время воспроизведения
с ленты, используя по необходимости просмотровый коррелятор
станции.
По сиrналу сейсмостанции запускаются rcp, и через радио
канал блоки БУВ, reнерирующие зондирующий ЛЧМ сиrнал. Kpo
ме тoro, блок rcp формирует отметку момента ОМ, начиная с
KOТOporo сейсмическая информация реrистрируется станцией.
v v
11 1,
::нмл :: ::БА : ::Ш 7!1С1Л;: :; :: ::дш(уёуr::
II ............... ......" " ;; .. ........... ..... ' !I ....;:...... __"
::!
;;I<.Ла8uот :: ::
::.... ..:..:: ::
::Бл Пцт : ...J:
:: --' : ::
: ::rёP :
" "..... ........ "
" ..
" "
::БУВ ::
"............ "
.' "
" .....::........:.'
............,.......-- ..... .............................
:; с/с ПрО8ресс
::i!..c "
" "
11 ...... ...... ...... __ ...... ...... ...... ...... ...... ...... __ "
Рис. 41. Функциональная схема системы "Вибкор"
Спр 03i1
..-- " . 400__ "
:
: Системная шина :: ::
< >
:: " ,.
........ ---- -- --....--
H : н
" "
'I ----............"
КffМЛ
1< TV :: Н Кл
1!.. J:...
: ПЗУ
::ДМ
"" .
" ........J'
., ..
.,................ --...... "
: KBY ;: к (ср
:: :: f( !/C/1(5YB)
-;:-=- f( с/с
Рис. 42. Функциональная схема блока анализaroра БА
12 Заказ Ni> 220:
177
Одновременно реrистрируемая информация через УС поступает в
БА. Оператор, используя клавиатуру и дисплей, предварительно
выбирает для анализа интересующие ero сейсмические каналы
и временное окно и задает частотный диапазон и длину раз
вертки. В пределах установленноro оператором окна рассчиты
вается спектр введенноro cиrнала, сопоставляется со спект
ром, принятым за оптимальный (в данном случае прямоуroль
ным) , и по результатам сопоставления рассчитывается НЛЧМ
сиrнал. Пары чисел dF и dT, задающие ero кусочно линейную
аппроксимацию, передаются в rcp и через радиоканал в блоки
БУВ. Система "Вибкор" на этом этапе может быть использована
для контроля за спектром реrистрируемоro сиrнала. При откло
нении формы реrистрируемоro спектра от оптимальноro расчет
коррекции управляющеro сиrнала повторяется.
Функциональная схема блока анализатора БА изображена на
рис. 42. Все функциональные узлы блока связаны между собой
через системную шину. Для связи с внешними устройствами
используются контроллер внешних устройств КВУ и дисплейный
модуль дм. Дисплейный модуль служит для связи с клавиатурой
и дисплеем. Оператор вводит пара метры и режимы работы сис
темы с клавиатуры и получает информацию о ходе работы (BBO
димые трассы коррелоrрамм, виброrрамм, спектры, рассчитанные
данные, сообщения и запросы системы). Контроллер КВУ служит
для связи с сейсмостанцией, с радиоканалом и с блоком rcp.
КВУ принимает сейсмическую информацию и пропускает на вход
накопителя Н только информацию с выбранных оператором KaHa
лов. В накопителе выполняется сложение информации разных Ka
налов без временных сдвиroв (усреднение). Суммарная трасса
поступает на вход коррелятора К, если в накопитель вводилась
виброrрамма, или непосредственно в оперативную память ОЗУ,
если использовался коррелятор станции. С выхода блоков К или
Н записываются в ОЗУ только те отсчеты суммарной трассы, KO
торые попадают в заданное оператором временное окно. Ввод
данных в ОЗУ выполняется под управлением проrраммы. Тестиро
вание и настройка параметров работы спецпроцессоров К, Н и
контроллеров БА выполняется также проrраммным путем. Отрабо
танные блоки проrраммы хранятся в ПЗУ, прочие хранятся в
ОЗУ. Исполняет проrрамму процессорный модуль ПМ. Введенная
в ОЗУ информация обрабатывается и с помошью КВУ передается
для исполнения в блок rcp и, через радиоканал, в блоки БУВ.
Конструктивно анализатор выполнен в виде законченноro
блока размером J 20*320*300 мм на шести платах размером
235х220 мм. Разбивка составных частей БА по платам COOT
ветствует функциональному разбиению, за исключением ПЗУ, KO
торое разместилось в модуле процессора. В состав БА входит
также съемный блок питания размеDОМ 120x320xlOO мм. Потреб
ляемая мощность БА 24 Ух4 А. Вес блока анализатора с бло
ком питания 9,5 Kr.
В качестве исполнительных устройств используются блоки
178
,
"
" 01: В80аимые аанныс................. 6и5роерамма ::
:: 02: Номера о5ра5аты8асмь/х канало6 .. . . 12,13. 11f I
" 03: Номер канала с6ипа..... . . . . . . . . .25
:: 0'1: Коэффициент переgачи накonuтеАЯ . . . 7
:: 05: 9ра/ень шума................... о
I ОБ: Интер8ал к6антоВания, МС ........ 2
07: Начало и конец OlfHa анализа, с . . .0.2, 1.6
08: Частотн,,/u аиапаэон с6ипа, ru, ..... 16, 80
09: Длина с6ипа. с .......... _ . . . . . .. fII
10: Числа уроВней аппроксимации. . . . . . 6
11: ИнтерВал сzлажи60ния, ru, ......... 16
12: Масштаб 6bI8oiJa на экран по .. у". . 0,3
13: Способ 6bI8oiJa на э/(ран... . . . . . . . . . отlfлонением
I
" <. ВЫХОil UJ режима Ifо р рекциu .. N" "
,. 11
' I
Поле 660iJa параметроо "
:: Буtlем корректироВать (nnjN) ::
Рис. 43. Таблица параметров
rcp и БУВ Армавирскоro завода (из комплекта вибраторов CB 5
150). В них добавлены: интерфейс связи с УСУ, ОЗУ дЛЯ xpaHe
ния принятых через УСУ параметров свипа (параметров интерва
лов К у сочно линейной аппроксимации НЛЧМ сиrнала dF., dT,);
I I
коммутатор, подключающий к внутренним схемам блоков вместо
проrраммноro переключателя (задающеro на все время свипа Т
интервал отрабатываемых частот dF) выход ОЗУ, с KOTOporo в
течение Bcero времени Т через интервалы dT выдаются под-
ынтервалы dF для отработки этих интервалов блоками.
После включения питания проrрамма "Вибкор" выводит на
экран таблицу параметров "по умолчанию" (рис. 43). Первая
строка таблицы параметров определяет характер последующей
обработки. Если вводится виброrрамма, то вводимые данные пе
ред записью в ОЗУ обрабатываются коррелятором. Вторая и Tpe
тья строки задают контролеру КВУ номера сейсмических KaHa
ЛОВ, данные которых подлежат обработке. Информация с выбран
ных каналов поступает на вход накопителя, rде вычисляется
усредненная суммотрасса. Результат суммирования может выйти
за пределы разрядной сетки сумматора накопителя. Чтобы не
было переполнения, выполняется предварительное масштабирова
ние вводимых данных. Для этих целей служит параметр, вводи
мый в четвертой строке таблицы. Пятая строка таблицы опреде
ляет уровень случайноro шума, вводимоro в суммотрассу перед
корреляцией. Необходимость последнеro вызвана тем, что для
уменьшения аппаратурных затрат коррелятор выполнен по алro
ритму знаковой корреляции. Данный алroритм предполаrает, что
На входе коррелятора присутствует сиrнал с соотношением
Рс/ш < 1. В противном случае возможны искажения выходноro
12*
179
сиrнала (а значит, и ero спектра) типа "оrраничение по aM
плитуде" . Шестая строка задает интервал квантования вводимой
информации по времени. Седьмая строка определяет (после
соответствующеro пересчета при настройке КВУ) порядковый
номер первой и последней выборок вводимой суммотрассы. В
процесс е анализа введенных данных параметры седьмой строки
MOryT изменяться (в первоначально введенных rраницах).
Восьмая строка определяет частотный диапазон, в котором бу
дет анализироваться введенный сиrнал. Разумеется, опреде
ляемый для анализа диапазон должен находиться в rраницах
частотноro диапазона ЛЧМ сиrнала. В процессе анализа пара
метры восьмой строки таблицы MOryT изменяться. По окончании
анализа параметры восьмой строки определяют начальную и
конечную частоты НЛЧМ сиrнала. Девятой строкой задается ero
требуемая длина. Параметр десятой строки косвенным об
разом определяет число подинтервалов НЛЧМ сиrнала. Чем
больше число уровней аппроксимации, тем выше точность pac
чета оптимальноro сиrнала. Чем больше подынтервалов раз
вертки, тем больше времени занимает передача параметров
НЛЧМ сиrнала по радиоканалу в блоки БУВ. На перечисленные
выше характеристики оказывает влияние также параметр, за
даваемый одиннадцатой строкой таблицы. Спектр исходноro сиr--
нала сrлаживается, делается более плавным с увеличением ин
тервала сrлаживания. Тем самым снижается влияние на резуль
тат расчета сиrнала величины окна анализа спектра и интер
ференции нескольких волн. Параметры последних двух строк
таблицы определяют вывод rpaфической информации. В ДBeHaд
цатой строке задается размер изображения по амплитуде в дo
лях экрана. При величине параметра, равной единице, rрафи
ческое изображение (спектры, трасса) будет занимать весь
экран. Способ изображения (отклонение или переменная ширина)
задается в последней строке таблицы.
Сразу же после ввода таблицы пара метров проrрамма перехо
дит в режим коррекции. Блок схема алroритма коррекции приве
дена на рис. 44. Для ввода HOBOro параметра необходимо BBec
ти номер соответствующей строки таблицы и сам параметр.
Если коррекция не требуется, проrрамма пересчитывает BBeдeH
ные параметры во внутренние параметры системы и выполняет
настройку внешних устройств ВУ (КВУ, К, Н). После настройки
ВУ проверяется roтOBHOCTЬ ВУ к работе. Если все ВУ roTOBbI,
проrpамма переходит в режим "Работа", в противном случае на
экран выдается сообщение о неroтовности.
Режим "Работа" может выполняться в диалоroвом режиме ли
бо по "жесткому" rрафу. Блок схема алroритма работы по
"жесткому" rрафу изображена на рис. 45. Первым этапом режима
"Работа" является ввод исходной информации (суммотрассы).
Как уже отмечалось выше, суммотрасса формируется спецпро
цессорами системы "Вибкор" под управлением проrраммы. Нача
лом ввода данных в спецпроцессоры является отметка момента
180
r
r,
i' ,
....... .......... ........
q .... ........ ................................ ....
'I . ::
!I ; 8.160;; mаолиЦhl и коррекция ::
н I ..
V : ::
4т / 8.7KOT6P JКи;; ')
,""!!qД'Lffl.!! ..J
l ::
:: Расчет парамеmро6 ВУ
:: Тестиро6а кие ВУ
.............. ..........
Начало :
........................ '
"
Науало '1
11 ::
.. ............ ' ............... ........... =.=-.... ...
: 86/60;; ;;анн.,х 6 ОЗУ '1
. I
.................................................................................. ..........
11
II
Расчет спектра
"
.................................... ...................... ...................
с zлажи6анuе спetrтра
".......................... ... ...................... ............
."
.................................................. ...........................
" "
,'........................... ................ ......................
:: Расчет Fi, Ti I
:: I
1...... ... .... ... ....: ... .... ............ ...., Нет
( ВУ zomo6h1? ;
\........................................................./
Да
:: ...рёжuМ........
:: I!P!a.!!'!!. :
"
: ёоа5щёtfuе"'0 ...::
: !!I!!!!I!!..H.EE :'
РаСчет dF, dT
.. j
.. Расчет dF аТ
:: "о рр е"ция dT "
. /!
Рис. 44. БJlок схема алroритма кор-
JJCЩllи
. П
. Настраика rcp. БУВ 11
"............. ................................................ ......................
"
II ............................................ ................ ..................
Расчет проzноз, сjш
Во/боа сооощенuя оператору
Рис. 45. БJlок-схема работы по "жест
кому" rpафу.
PelffUM
IfOppetru,uu
сейсмостанции. Начало ввода суммотрассы в ОЗУ и объем вводи
мых данных определяются параметрами BpeMeHHoro окна анализа.
Следующим этапом работы является расчет спектра, выполняе
MOro по алroритму БПФ. Рассчитанный спектр сrлаживается и
результат расчета используется для нахождения rраничных TO
чек F., Т. интервалов кусочно линейной аппроксимации НЛЧМ
I I
сиrнала. По полученным F" Т. рассчитываются параметры
I I
интервалов dF, dT, необходимые для задания параметров НЛЧМ
СИrнала блокам rcp и БУВ. Во всех рассчитанных интервалах
находится скорость развертки dF/ dT. Найденные скорости раз
верток сравниваются с предельно допустимой для данноro типа
вибраторов. Если в каком либо интервале рассчитанная CKO
рость превышает допустимую, то соответствующее время интер
вала Т. увеличивается с тем, чтобы расчетная скоРость cpaB
I
нялась с допустимой. Рассчитанные параметры НЛЧМ сиrнала пе
редаются по радиоканалу в блоки БУВ и в rcp для отработки и
оператору на экран монитора для контроля. Кроме тoro, pac
Считывается ожидаемое ухудшение соотношения сиrнал/шум
Вследствие перераспределения излучаемой энерrии относительно
181
зондирующеro ЛЧМ сиrнала, которое также сообщается операто
ру. После этоro проrрамма вновь переходит в режим коррекции
параметров.
В диалоroвом режиме после выполнения каждоro этапа обра
ботки проrрамма выводи:т результаты обработки в rрафическом
виде. и, запрашивая оператора о необходимости выполнения эта
па с новыми параметрами, переходит в режим коррекции пара
метров. После их коррекции проrpамма возвращается к выполне
нию прерванноro этапа. При отказе от коррекции параметров
проrрамма переходит к выполнению следующеro этапа обработки.
Таким образом, в процессе работы в диалоroвом режиме можно
контролировать форму введенноro в ОЗУ сиrнала, уточнять Bpe
менные параметры окна анализа (рассматриваемый участок CYM
мотрассы растяrивается во весь экран), изменять параметры
сrлаживания и разбиения на интервалы аппроксимации, KOHTpO
лируя количество и расположение точек F., изменять начальную
I
и конечную частоты рассчитываемоro НЛЧМ сиrнала для достиже
ния наилучшей разрешенности при наименьшем ухудшении отноше
ния Ре/ш, корректировать ero длительность и рассчитывать
проrнозируемый спектр реrистрируемоro сиrнала.
Следует отметить, что возможности системы MOryT быть pac
ширены.
3.8. СЕЙСМИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ ДЛЯ РАБОТЫ С
НЕВЗРЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ КОЛЕБАНИЙ
Сейсмические станции, предназначенные для реrистрации
волн, возбуждаемых невзрывными источниками, должны удовлет
ворять следующим основным требованиям, вытекающим из специ
фики невзрывноro rенерирования колебаний:
иметь достаточное усиление, обеспечивающее реrистрацию
электрических сиrналов, обусловленных относительно мало
интенсивными волнами от невзрывных источников;
быть оснащенными накопителем для синхронноro сложения KO
лебаний и коррелятором для сжатия вибросейсмических сиrна
лов;
иметь системы редакции помех для исключения особо интен
сивных импульсных мешающих колебаний;
обеспечивать фильтрацию колебаний со стороны низких и BЫ
СОких частот, для уменьшения интенсивности низкоскоростных
помех и исключения вертикальных частот, связанных с преобра
зованием аналоroвых сиrналов в цифровую форму;
допускать установку дополнительноro оборудования для
управления работой невзрывных источников и их контроля;
получать на маrнитной ленте записи виброrрамм и Koppe
лоrрамм, необходимость в которых возникает в тех случаях,
Korдa можно исключить корреляцию на центре или коrда rрафом
182
обработки предусмотрены весовая корреляция, корреляция с
частями управляющеro сиrнала или друrие процедуры, выполняе
мые с виброrраммами.
Большинство станций, разработанных для невзрывной сейсмо
разведки и применяемых при производстве работ, удовлетворяет
:1I'им требованиям, хотя в ряде случаев, особенно в малоrлу
бинной сейсмике, используют станции, которые создавались для
работ со взрывными источниками колебаний без учета специфики
невзрЫВноro reнерирования волн.
В настоящее время получили развитие два типа станций. К
первоМУ принадлежат мноroканальные и сверхмноroканальные Te
леметрические реrистрирующие системы, способные работать со
взрывными и невзрывными источниками колебаний и построенные
по жесткой схеме, дополненной накопителем и коррелятором. К
этому типу станций относятся: отечественная система "Проr-
реес" , а также импортные MDS 16, MDS 18, SNS68, SN388,
Input/Qutput 2 и др.
Второй тип станций включает сравнительно малоканальные,
малоrабаритные реrистраторы, а также системы с микропроцес
сором или персональной ЭВМ со спецпроцессором и друrим вспо-
моrательным оборудованием, обеспечивающим прием и накопле
ние данных. Это станции "Талrар", ССЦС, венrерская станция
ИСН 01-24 "Bison" и др.
При работах на нефть и rаз получили применение модифика
ции станции "Проrресс", "Проrресс 2", "Проrресс 2ВС", "Проr
peec 96" и "Проrресс 96В", которые в основном удовлетворяют
вышеуказанным требованиям. Характеристики этих станций даны
в табл. 9, а описание работы накопителя и корреляторов стан-
ций "Проrресс 2" "Проrресс 2ВС" и "Проrресс-З" в работах
[44, 52].
Сейсмические станции "Проrресс 96" и "Проrресс 96В" отли
чаются от предыдущих расширенным частотным диапазоном, более
точным представлением данных и более совершенной KOHCTPYK
цией основных узлов, включая коррелятор, а также повышенными
Возможностями по диаrностике приемных линий и самой системы.
В состав сейсмостанции входят следуюшие основные узлы.
1. Коммутатор каналов orT, позволяющий подсоединить к
станции две rруппы каналов по 48 в каждой в трех различных
комбинациях. Коммутатор позволяет также проводить aBTOMa
тическую проверку сопротивления и изоляции электрических ли
ний приема с выводом результатов на блок визуализации дaH
ных.
2. Предварительные усилители с трансформаторным входом и
режекторным фильтром на частоту 50 rц. Коэффициент усиления
меняется в диапазоне 18 48 дБ ступенями по 6 дБ. Устройство
kодирования состоит из MrнoBeHHoro автоматическоro реryлято
ра усиления (МАРУ) с семью ступенями усиления по 12 дБ, aHa
Лоro цифровоro преобразователя с 16 разрядами (15 разрядов +
+ знак) и микропроцессорноro вычислительноro уСТройства,
183
'"
::r
:s:
о:
\с)
'"
,...
184
а-
.
-о
о-
i
1::
.
..,
I
U
U
8.
F
u
=:1
N
.
U
1
F
N
i
F
:s:
:.1
:s:
..
U
:s:
р.
'"
..
:.1
'"
Р.
'"
><
'"
:s:
:.1
:r
:s:
:с
><
'"
,...
:s: :;j
а. :-0
t:: '. o-N
N <')
.:.: -ё..
N '.:S:O-
.. '" "l а..;о ._
:.IQ= OO
N
:s:
t:: I
i:'u S!
и
;;; :s: :r :.1
00 a.i;:",
t:: 111:
'" '"
:s: '" +
:I! \Q 111
O "", ov
:o::
v
N
.u :s:
t:: I
i:'u S!
и »
8. :
r<'J :s::r:.l
00 a.i;:",
v = III:C
'" '"
:s:"''''+
:I! \с)
ogj ::!
N
.u :s:
t:: .
i:'u S!
и »
8. :
r<'J :s::r:.l
00 а. i;: '"
O"'=III:
:r
:s: '" +
O " i!!v
:o::c
U
U
:I!
ri
:s:
:
..
:с
:.1
:s:
а.
'"
1::
:s:
U
:s:
=
111
О .а
:;j t;
: о
3i
о i3
::3
::i
8:
: :
.а .а
:;j:;j
:I! :I!
:s: :s:
ии
:.1 :.1
'" '"
:::s:::s
:.1
'"
i!i
+
'"
'"
N
-о
с .;; '"
N '"
.;i+1 :с
.....-IOC...N=OO
.. 8.
с N :s:
N 3
00 g
N '" Il.
с
.;iN
+1 '"
00 -
._ N
C -O
N
00
N
.;;
N
с
.;iN N
+I "'+1
00 --о
ё..... r'f')
N
00
N
.;;
N
с
.;iN N
+' "'+1
00 . -о
ё..... r'f')
N
00
N
.;;
N
'"
:s:
:
'"
:s: ;Е
!i! !
= '8 '"
t;; t;; S
о о '"
6. ....... .......
= t;ffl
':s: :s:
8.8.
111" 8. 8. t;=
O U U
:r::r",::r","'.alll
0.","-<:"-<::.11":0
:a '" _M:S:(SIII
o.::i:S:::r:s:g:t;
о =:1 :Z:: i: ' 8. :S:
5:z: 9 :.19:.1",!J!..
:s: ! :s: о! U
::r,,-< t::1: ;;..
'"
'"
:v
gN
.g
t::
'"
'"
:c
gN;;..
о: :ос
'8 =:1
i:: u
'"
'"
:
gN
.g
t::
8
'" :.1
'"
S"ioo :r
s1 t; ;:
"',:s: '"
8.
i; t t-o
i::» .:!
'"
i
S1t;v S1
"'.:s: N »
:
00 51
v
:r
i;:
=:1
'"
i
51t;v51
"'.:s: N »
8. ;
f; t i;:
i::» =:1
I
'"
:с
а
t::
fj ,:s:
:I! :I! :I! :I! :I! :I! "1
:s::s::s::s::s::s:
о
=
'" '"
ии
Е-о Е-о ):S:
'" '"
'" '" .а
:I! :I! ..
:s::s:
'"
,и
..
'"
'"
:I!
:s:
.:s:
:а
111
о
:.1
'"
:
'"
'" '"
ии
.. ..
'" '"
'" '"
:I! :I!
:s::s:
, ,
'"
,и
..
'"
'"
:I!
:s:
'"
U
..
'"
'"
:I!
:s:
t
о
<IS
а. ..
о .:s:
1;
.а :.1
..", ,:s:>:s: ", o.
>< g<lS:S: ::r g
:а "''':I!:c:.l",:s:t:;
:;j g F.t;;g8.
: :::o.oc'(S"':.Io.
.01 :.1 '" t; i: 2 $ З
:.: 8.8.'" 111 <IS:I!........
!::
обеспечивающеro коррекцию смещения нуля МАРУ, цифровую
фильтрацию высоких частот и формирование нормализованноro
выодноro кода, содержащеro 4 разряда порядка и 14 разрядов
.тиТИССЫ. Отметим, что в невзрывной и особенно вибрационной
сейсморазведке, характеризующейся накоплением данных, дo
nyстимо снижение точности первичных данных и использование
малоразрядных и даже знаковых преобразователей. Однако в
настоящее время в связи с возросшими возможностями вычисли
т ьной техники это направление развития не получило.
3. Маrнитный реrистратор станции осуществляет запись по
лученной информации с плотностью 32 имп/мм при скорости дви
жения ленты 2 м/с.
4. Устройство воспроизведения, которое включает в себя
блОК фильтрации и автоматической реryлировки усиления и
электростатическое печатающее устройство.
5. Монитор дополнительное устройство визуализации, на
которое кроме сейсмических записей MOryT выводиться резуль
таты проверки линий, уровень шумов, микросейсм и др.
6. Диаrностический процессор, обеспечивающий определение
следующих параметров станции: амплитудной идентичности KaHa
лов, rлубины подавления наводок, уровня шумов, частот срезов
фильтров нижних и верхних частот, взаимных влияний между Ka
налами, коэффициента нелинейных искажений сиrналов. Опреде
ление любоro параметра производится автоматически по всем
96 каналам за 8 с.
7. Накопитель, выполненный на интеrральных микросхемах и
СОСТОящий из памяти емкостью 2 меrабайта с поканальной opra
низацией арифметическоro устройства и редактора импульсных
помех. Работа станции в режиме накопления может произво
диться в режимах ручною и. автоматическоro пуска С OCTaHOB
кой системы после каждоro возбуждения или после выполнения
заданноro числа воздействий по следующей схеме. Сначала в
память накопителя заносится информация от первоro возбужде
ния. Данные от BТOporo воздействия поступают в накопитель,
rдe они суммируются с информацией от первоro возбуждения и
ИХ сумма записывается в память накопителя и т .д. По достиже
ний заданноro числа слаrаемых автоматически запускается Mar
нитный реrистратор и сумма записывается на ленту после заro
ловка сейсмоrраммы. Одновременно происходит воспроизведение
суммы на бумаre. По желанию оператора MOryT быть записаны на
ленту и визуализированы промежуточные суммы, кратные 2 n . В
ПРОцессе накопления работает редактор импульсных помех,
Исключающий из процесса суммирования выборки сиrналов, co
держащих интенсивные помехи, И заменяющий их результатами
предыдущеro накопления. Для работы с вибрационными источни
ками вместо накопителя устанавливается 96 канальный корреля
TOp--накопитель HKE 96 и станция получает название "Проrресс
968". Станция позволяет накапливать и записывать на маrнит
ную ленту окончательные и промежуточные суммы и виброrраммы
185
длительностью до 30 С, про водить корреляцию суммы и записы
вать ее на маrнитную ленту, коррелировать промежуточные виб
porpaMMN, накапливать в реальном масштабе времени коррело
rpaMMbl и записывать их на маrнитную ленту. Из приведенноro
перечня следует, что станция "Проrpесс 96В" обладает сущест
венно большими возможностями, чем предшествующие модифика
ции "Проrpecca", и что важно получать на маrнитной ленте за
писи накопленных и одиночных виброrрамм и коррелоrрамм.
Кроме перечисленных узлов станция имеет еще целый ряд
блоков и устройств, обеспечивающих ее работоспособность.
В последние roды за рубежом получили распространение TC
леметрические сверхмноroканальные системы для работы со
взрывными и невзрывными источниками колебаний. Основные их
особенности большое число приемных каналов, наличие пОле
вых, напольных модулей и центральной станции сбора и приема
данных. Информация на нее с напольных модулей поступает в
цифровой форме по телеметрическому каналу на основе провод
ной или радиосвязи. Кроме TOro, в системах HOBOro накопле
пия используется 24 разрядный дельта сиrма преобразователь
аналоr код, который обеспечивает широкий динамический диа
пазон записи, соrласованный с диапазоном сейсмоприемников и
обеспечивающий реrистрацию. колебаний с минимальными искаже
ниями, по сравнению с друrими сейсмическими системами. В Ka
честве примера ниже приведены характеристики новейшей систе
мы "Input/Ontput 2" (J/O 2) и дано краткое описание ее
основных узлов, имеющих значение для работ сневзрывными
источниками.
Основные характеристики систеМЫ иO 2
Максимальное число каналов при шаre дискрети
зации
4 мс . 8064
2 мс . . . . . . . . . . . . . . . .. 4032
1 мс . . . . . . . . . . . . . . . .. 2016
0,5 мс . . . . . . . . . . . . . . .. 1008
Максимальное число каналов в одной линии при
шаre дискретизации
4 мс .
2 мс .
1 мс . , . . .
0,5 мс
Возможное число накоплений.
Вспомоraтельные каналы. . .
2016
1008
504
252
От 1 до 512
12, включая 4 с фильтрами
рабочих каналов
Тестирование может проводиться в полевых
условиях, ежедневно, еженедельно, ежемесяч
но в автОматическом и ручном реЖИМ<lХ. Вывод
результатов на терминах, возможна дальнейшая
передача данных . . . . . . , . . . . . .
Динамический диапаЗ0Н сис
темы. Тест эквивалентных
входных шумов. Взаимные
влияния. Оценка шумов. Про
186
Лналоro цифровой преобразователь . . .
ЧИСЛО каналов на один модуль. . . . .
Мrновенный динамический диапазон, дБ.
полоса пропускания, I'ц . . . . . . . . .
коэффициент усиления предусилителя, дБ .
фильтры высоких частот. . . . . . . . .
Степень подавления на частотах Найквиста,
дБ. . . . . . . . . .. .......
Режекторный фильтр. . . . . . . . . . .
Спектральный корректирующий фильтр, I'ц:
12 дБ .
18 дБ .
24 дБ.
верка работы сейсмоприемни
ков. Полное электрическое
сопротивление rpупп. Наличие
замыканий. Импульсный тест
23 разряд- + знак
6
120 при коэффициенте усиле
ния 12 дБ
3 750
12, 24, 36 и 48
32 частоты в полосе 3 90 I'ц,
крутизной 12 дБ/окт
135
Одновременное подавление KO
лебаний трех выбранных час
тот, в том числе 50 и 60 rц
10,7 37,4; 17,2 6O,5;
28 98,3
12,5 92,2; 2O,l 149;
2O,2 323,2
12,5 200; 2O,2 323,2;
32, 9 525,3
Реrистрирующая система J /O 2 состоит из напольных, поле
вых шестиканальных модулей и центральной станции сбора и pe
rистрации данных. С нее осуществляются управление всеми MO
дулями и их тестирование, проверка сейсмоприемников и линий
связи, которая осуществляется по восьми парам витых прово
дов. Полевой модуль может снабжаться электроэнерrией от
встроенных в Hero аккумуляторов, центральной станции и сол
нечных батарей. Система позволяет реализовать различные про
странственные системы наблюдений, располаraя rpуппы сейсмо
приемников по линиям различной длины, число которых может
доходить до 512. Для работы с импульсными и вибрационными
Источниками система оснащена коррелятором сумматором, рабо
тающим в реальном времени и позволяющим проводить высокотОЧ
ную корреляцию и накопление информации при длительностях
виброrрамм до 64 с, а коррелоrрамм 32 с при шаrе дискрети
зации 2 мс. Коррелятор обеспечивает: корреляцию до и после
суммирования, вывод накопленной информации в коррелирован
НОм и некоррелированном видах, одновременную работу с двумя
управляющими сиrналами, а также подавление помех. Ослабление
Шумов реализовано в следующих модификациях. Подавление им
Пульсных помех производится на основе нахождения на каждой
трассе аномальных по интенсивности участков и их обнуления.
Весовое суммирование, при котором трасса делится на BpeMeH
ные окна, по которым находится ее энерreтический показатель
и последующее суммирование, производится с коэффициентом,
обратно пропорциональным показателю. Длительность окон выби
рается оператором от 64 до 2048 мс как целая степень 2.
Алroритм двойноro подавления шумов основан на совместном
187
действии двух предыдущих процедур редакции помех. Причем
информация, удаленная из записи как импульсная помеха,
исключается из последующеro усреднения.
Особенностями системы J / O 2 являются также возможность
подавления колебаний с тремя фиксированными значениями час
тот, которые определяют на основании спектральноro анализа
волн, и наличие специальноro корректирующеro спектральноro
фильтра, обеспечивающеro изменение коэффициента усиления
предварительноro усилителя в функции частоты. Оператор имеет
возможность установить три различных величины усиления для
каждоro из трех значений начальных и конечных частот. При
включенном фильтре предусилитель работает следующим образом.
На низшей частоте коэффициент усиления предусилителя равен
установленному. В пределах заданных частот коэффициент уси
ления увеличивается на величину, кратную 6 дБ/окт. Выше KO
нечной частоты коэффициент усиления равен сумме начальноro
коэффициента усиления и ero приращения. Отмечается, что Ha
личие спектральноro фильтра позволяет повысить уровень BЫCO
кочастотных составляющих волн и в определенной степени KOM
пенснровать поrлощающее действие среды.
Сейсмические станции, предназначенные для проведения pa
бот на нефть, rаз, находят оrраниченное применение в мало
rлубинной сейсмике в силу своей высокой стоимости, больших
raбаритов и относительной сложности в проведении работ и
обслуживания. В силу этих причин при инженерных работах по
лучили распространение леrкие, портативные станции, меньшей
канальности и более простые в обслуживании, но с частотным
диапазоном до 1000 rц и более. К ним относится венrерская
переносная станция ИСН 01 24 [52], неплохо зарекомендовавшая
себя в рудной сейсморазведке и при инженерно reолоrических
изысканиях, малоraбаритная и малоканальная станция "Талrар
3" и др. r52].
В ряде разработок используются персональные компьютеры с
периферией, rрафопостроителем С записью информации на диске
ту или твердый диск, а также микропроцессорные системы для
управления работой станции, тестирования ее отдельных узлов
и расстановки сейсмоприемников. Например, портативная CTaH
ция "Bison 24", предназначенная для работ на нефть и rаз,
rеолоrических изысканий, ВСП, межскважинноro просвечивания и
друrих видов сейсмических исследований, имеет несколько MO
дификаций с числом каналов от 12 до 120 с интервалами диск
ретизации 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8 и 16 мс. Длина записи равна
выборкам в 120 канальном варианте. При уменьшении числа Ka
налов увеличивается количество выборок. В станции применен
24 разрядный (23 разряда + знак) преобразователь аналоr
код и имеется большой набор низко и высокочастотных фильт
ров. Такие параметры, как уровень нелинейных искажений, шу
мов, взаимных влияний и друrие)находятся на уровне COBpeMeH
ных требований. В станции предусмотрено тестирование самой
188
станции, косы и сейсмоприемников. Информация записывается на
кассету и на бумажный носитель. Все управление станции ocy
JЦествляется с помощью клавиатуры, расположенной на передней
равели станции. Станция потребляет 165 Вт в 120 канальном
I18рнанте и 45 Вт в 12 канальном, весит от 11 до 18 Kr.
3.9. ОСОБЕННОСТИ КОДИРОВАНИЯ ДАННЫХ В
НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ
особенностью невзрывной сейсмики является широкое приме
нение суммирующих, накапливающих систем. Наиболее справедлив
'этот тезис для вибрационной сейсморазведки, при которой одно
значение функции взаимной корреляции находится как нормиро
ванная сумма большоro числа слаrаемых, которое может дости
мть нескольких тысяч. Если к тому же учесть, что предвари
тельно в поле применялось синхронное накопление сиrналов,
то общее число слаrаемых возрастет еще в среднем на порядок.
это позволяет снизить требования к точности представления
ИСХОДНЫХ, реrистрируемых в поле данных, тем более что они в
значительной степени отяroщены нереryлярными, несейсмически
ми помехами и отношение сиrнал/помеха p<l. Идея о том, что
суммирование данных и ero модификации, в том числе корреля
ция, приводят к повышению точности определения реryлярной
составляющей и относительному ослаблению нереrулярной, BЫC
казана давно и подтверждена мноroчисленными экспериментами
и в доказательстве не нуждается.
Снижение точности начальных данных может быть реализовано
путем уменьшения числа уровней квантования и применения Ma
лоразрядноro, а в пределе знаковоro кодирования, которое
обосновывается еще и тем, что при р < 1 основные аппаратур
ные мощности будут задолжены на представление помех, которые
не несут полезной информации.
Интересно отметить, что в друrих методах разведочной reo
физики имеет место обратная картина. Ослабление нереrулярных
помех всеrда представляло собой одну из важных и сложных за
дач методики проведения работ и обработки материалов. Наибо
лее эффективно повторение наблюдений или синхронное накоп-
ление информации, которое обеспечивает повышение точности
наблюденных, отяroщенных ошибками данных, поскольку диспер
сия ошибки обратно пропорциональна числу слаrаемых, то есть
накопление данных, которое во всех методах разведочной reo-
Физики является вынужденной мерой, в невзрывной сейсмо
разведке орraнично входит в комплекс необходимых способов
Выделения полезной информации и обосновывает снижение точ
ности ее начальноro представления везде, rде в последующем
будут применены накапливающие, суммирующие, в том числе KOp
реляционные системы.
Наибольший эффект по снижению объемов требуемоro оборудо
1119
вания и ero упрощению реализуется при знаковом, одноразряд
ном кодировании, которому и посвящен настоящий подраздел.
Естественная в период бурноro развития вычислительных
средств, возможность замены MHoroypoBeHHoro преобразователя
аналоr код одноразрядным не является слишком актуальной.
Но интерес представляют принципы решения этой задачи, а TaK
же нельзя исключить и таких ситуаций, при КОТОрЫХ потребуют
ся прием и обработка очень больших объемов информации и зат
раты оборудования и времени окажутся слишком обременитель
н ми даже для суперЭВМ.
В связи с этим далее рассмотрены теоретические основы
знаковоro кодирования и приведены некоторые материалы.
иллюстрирующие возможность ero применения в вибрационной
сейсморазведке. Более подробно вопросы знаковоro кодирования
разобраны в работах [5, 52].
Знаковое кодирование базируется на том, что сиrналы x(t)
заменяются их знаками (полярностями). Для описания этоro
процесса используется функция sgп(х) , определяемая соотноше
нием { 1
sgп(х) =
+1
при x(t) < О.
при x(t) > О.
В соответствии с этим сейсмическая трасса в знаковой форме
представляет собой последовательность разнополярных прямо
уroльных импульсов равной интенсивнос:rи, следующих друr за
друroм через промежуток времени, определяемый сменой поляр
ности" волны. При знаковом кодировании амплитудные различия
сиrналов отсутствуют и динамический диапазон зареrистриро
ванных колебаний равен нулю.
Если считать, что реrистрируемые колебания представляют
собой аддитивную смесь реryлярных волн и нереryлярных шу
мов, для которых отношение сиrнал/помеха р < 1, то вся
информация о валичии или отсутствии реryлярных волн оказы
вается заложенной в характере следования раЗНОllОЛЯРНЫХ импу
льсов равной амплитуды. Korдa на исходных сейсмоrраммах
имеются лишь случайные помехи, а реryлярные волны OТCYTCT
вуют, знаковые трассы представляют собой последовательности
импульсов со случайным характером распределения их полярнос
тей. При наличии реryлярных волн и помех на знаковых трассах
будет наблюдаться определенная закономерность в распределе
нии импульсов разной полярности. При сложении знаковых функ
ций скрытая случайными помехами реryлярность исходных запи
сей, обусловленная присутствием KorepeHTHblx волн, начнет
проявляться, что делает возможным их выделение на суммарных
трассах, в соответствии с принципами синхронноro накопления
обычных фукнций. Просуммированные функции являются уже MHO
roуровенными вследствие алreбраическоro сложения единичных
значений амплитуд исходных колебаний. Например, при сложении
190
двух знаковых функций на выходе сумматора амплитуды MOryT
принимать значения от 2 до +2 и максимальное число уровней
будет равно двум без учета знака. При сложении п функций
диапазон изменения суммарных амплитуд уже 2п (от -п до +п),
а максимальное число уровней возрастает без учета знака до
п. Следует отметить, что в результате суммирования амплитуды
вОЛИ MOryт характеризоваться меньшим числом уровней, так как
оно определяется, наряду с количеством слаrаемых, исходным
отношением сиrнал/помеха, которое меньше единицы. Поэтому
часть слаrаемых будет иметь разные знаки, и они будут KOM
п нсировать друr друrа. Прич;ем чем больше отношение
сиrнал/помеха, тем, очевидно, БОльшее число уровней будет в
результирующем сиrнале, и наоборот.
Предположим, что знаковому преобразованию подверrается
некоторЫЙ сиrнал x(t), состоящий из суммы р ryлярных колеба-
ний ac(t) и случайных помех а (t). Каждая выборка сиrнала
п
x(t) определяется выражением
x(t) .. sgn [ac(t) + а Щ]
п
И В зависимости от знака суммы, стоящей в скобках, будет
равна +1 или -1. После n KpaTHoro накопления оценка суммар-
ной амплитуды может быть определена как алrебраическая сумма
произведения числа складываемых сиrналов на вероятность при-
нятия ими положительных или отрицательных значений:
xI:(t) == пР{ [аст + aп(t)]} > О,
пО Р)} [аси) + ап(т} < О .. п(2Р 1), (3.9)
rде Р вероятность TOro, что аддитивная смесь pery лярных
колебаний и помехи положительна.
Так как величина Р зависит от исходных отношений
сиrнaл/помеха, то соотношение (3.9) определяет возможность и
и условие восстановления амплитудных различий сиrналов на
накопленных записях.
Действительно, для тех реryЛЯРНЬJХ волн, для которых р < 1
и Р < 1, суммарные амплитуды ХУ. будут меняться в пределах
::!:п в зависимости от значений Р, которые, в свою очередь,
пропорциональны исходным интенсивностям волн. В тех случаях,
коrда р > 1, Р == 1 и суммарные амплитуды для всех волн бу
дут одинаковыми, XI: == п независимо от их исходных значений.
Таким образом, необходимым условием восстановления ампли
тудиых соотношений между реrулярными волнами при знаковом
кодировании входных данных является выполнение соотношения
р < 1 для самоЙ интенсивноЙ волны. При р > 1 будут происхо
ДИть оrраничение накопленных данных и искажение амплитудных
СООтношений между реrулярными колебаниями.
Рассмотрим теперь, как работает аппарат восстановления
амплитудных соотношений между реrулярными волнами. В COOT
191
ветствии с (3.9) накопленная амплитуда зависит от вероят
ности Р.
Для нормальноro закона распределения помех величина Х
может быть определена как вероятность попадания случайной
величины в некоторую область значений, оrpaниченную справа
пороroм, равным амплитуде реryлярной волны а. [52]:
CI
Р == + [1 + Ф( : )],
(3.1 О)
rде Ф ( а с i ) интеrpал вероятности.
оп
Подставляя (З.IО) в (З.9), получим выражение для амплиту-
ды накопленной волны с индексом i:
х.-.. .. nФ. ( ...::.s..L....... ) == пФ.. (3.11)
Hl.1 1 О fi 1
Из равенства (З.ll) также следует оrраничение накопленных
амплитуд при р > 1.
Для некоторой друroй волны j, характеризующейся амплиту
дой а ., можно написать аналоrичное равенство
X L . "" пФ. ( aci ) .. nФ
1 1 оП j
Тоrда отношение амплитуд двух суммарных волн будет
Х...../Х..... == Ф./Ф.,
"-1 "-! 1 j
которое для а ./G < 0,9, a./G < 0,9 и G cons1 с точностью
CI С}
не хуже 10% преобразуется к виду
Х...../Х..... == а ./а .. (З.12>
"-1 "-! CI С}
Следовательно, отношение суммарных амплитуд пропорциона
льно отношению исходных. При а ./G > 0,9 линейность Hapy
С}
шается и система знаковоro кодирования работает как АРУ. В
этом случае для восстановления исходных соотношений амплитуд
необходима нелинейная операция перехода от значений интеrра
лов вероятностей к соответствующим величинам амплитуд волн.
Возможность знаковоro преобразования работать как АРУ MO
жет быть использована для ослабления интенсивных реrулярных
помех, таких как поверхностные, кратные отраженно
преломленные волны и др.
Для paBHoMepHoro закона распределения вероятность попада
ния суммарной амплитуды в область значений :t G определяется
соотношением [52]
Р == (ас + G) /2G. (3.1 З>
192
подставляя (З.1З) в (З.9), получим
xt - пac/G.
Следовательно; отношение двух реryлярных волн на накопленной
трассе при G-сопst
i / ' == а ./а ., (З.14)
Hl. l.j СI С}
Соотношения (3.14) и (З.12) показывают, что накопление
знаковых даниых позволяет восстановить исходные амплитудные
соотношения реryлярных волн. При этом под накоплением сле
дует понимать все операции, rде происходит суммирование дaH
ны:: накопление, сложение по ОП, корреляционная обработка и
др. В этой связи при знаковом представлении данных особенно
эффективны системы, предусматривающие корреляцию и син
хронное накопление сиrналов. Их сочетание позволяет увели
чить n до 1 06 107 И В еще большей степени снизить ошибки
восстановления амплитуд при знаковом кодировании.
Для более полной оценки возможностей знаковоro кодирова
ния в вибрационной сейсморазведке определим зависимость меж
ду корреляционными функциями, вычисленными для двух случай
ных процессов, представленных в полноразрядной и знаковой
формах и характеризующихся нулевыми математическими ожида
ниями, нормальным законом распределения и одинаковыми дис
персиями или среднеквадратичными отклонениями.
Эти оrpаничения несущественны, так как числовые xapaKTe
ристики шумовых помех, микросейсм в подавляющем большинстве
случаев удовлетворяют нормальному закону распределения, KO
торый, как известно, является предельным и к которому приб
лижаются друrие законы распределения вероятностей.
Функцию взаимной корреляции двух нормальных случайных
процессов х и у можно определить по их двумерной плотности
вероятности:
( х2 + х 2 я 2 )
ехр 1 2 .J 2 ,
2пG ../ 1 я 2 "\ 2пG {1 я 2 "
12 1 2
rдe Хl и Х2 случайные процессы с нулевым математическим
Ожиданием и равными среднеквадратичными отклонениями; R 12
функция взаимной корреляции.
Torдa вероятность совпадения положительных и отрицатель-
ных значений сиrналов
Р(Хl, Х2) ==
P=P(Xl>O,X2>0 и Хl<О, Х2<О)==
я 2
1 2
0000 (
J J ехр -
О О
х 2 + х 2 2Я
1 2 12
2ПО .{ I . я 2
1 2
) dXldx2
==
1
по 2 -1 ,
13 За_аз Ni! 220
193
.....L. (1 + arcs i n R 1 2) .
2 п
Отсюда коэффициент корреляции
R 12 .. sin [п(2Р 1) I2J. (З.15)
Из (З.15) следует, что значения полноразрядной функции
взаимной корреляции однозначно определяются вероятностью
совпадения знаков анализируемых сиrналов. Используя COOTHO
шение (З.9), выражение (З.15) можно представить в виде
R 12 .. siп(пR зн l2), (З.16)
rде R 3H знаковая функция взаимной корреляции.
Соотношение (3.16) показывает, что экстремальные и нуле-
вые значения полноразрядных и знаковых корреляционных функ-
ций совпадают между собой, Т.е. при R 3H .. О И R12 == О, при
R 3H .. :!:l и R 1 2 .. :!:l.
В промежуточных точках R 3H '* R12, однако эти различия
невелики и превышают 20% лишь при R 3H 0,78. Опираясь на
это и принимая во внимание, что интерпретация сейсмических
материалов основывается на выделении, прослеживании и опре
деления амплитуд максимумов или минимумов осей синфазности
волн, мноroразрядные корреляционные функции можно заменить
их аналоrами, вычисленными по входным сиrналам, представлен
ным в знаковой форме.
При суммировании колебаний наряду с восстановлением амп-
литудных различий волн происходит увеличение отношения сиl'--
нал/помеха. Характер ero изменения определяется корреляцион
ными свойствами сиrналов и помех, представленных в знаковой
форме. В общем случае при накоплении данных выиrрыш опреде
ляется известным соотношением
В == ..;';j.;t;Л,
a l
L (n
h l l
коэффициент корреляции помех; n, 1 число суммируемых воз
действий и текущая разница в их порядковых номерах.
Коэффициент корреляции, определяемый как нормированная
сумма парных произведений значений знаковых функций с раз
личными порядковыми номерами, зависит от корреляционных
свойств помех и при достаточно больших n может быть оценен
средней величиной
(3.17)
rде
л
!)К({) ;
К(!)
нормированный
К({) == l/n.
Тоrда, преобразуя
чим
Л == (n 1) j n 1,
в == V n/z' == 0,7';;;:.
Из (З.19) следует,
(З.I8)
(З.17) и подставляя в нее (З.l З) , полу
(3.1 О)
что при знаковом кодировании, вследст
194
'I,
вие определенной коррелированности помех, выиrрыш в отноше
нии сиrнал/помеха оказывается в 1,4 раза меньше, чем при
cтporo нереryлярных шумах. Это необходимо учитывать при при
менении знаковоro кодирования. Для компенсации получаемоro
проиrpыша можно увеличивать или число накоплений, или длите
льность управляющеro сиrнала. Каждый из этих приемов реали
зуется весьма просто. Поэтому несколько более низкая поме
хоустойчивость знаковOIU кодирования не является препятст
вием для ero использования в невзрывной сейсморазведке.
Возможности использования знаковоro кодирования в сейс
моразведке рассмотрены в ряде работ [52]. В большинстве из
них показана целесообразность ero применения при реrистрации
и обработке материалов в условиях низких отношений
сиrнал/помеха и накапливании данных. Знаковое кодирование
нашло применение в ряде аппаратурных разработок (знаковый,
просмотровой коррелятор к станции "Проrресс 2ВС", телеметри
ческая lООО канальная станция Geosource IV), а также в HeKO
торых проrраммах CKOpoCTHOro анализа данных OfT. Знаковое
представление данных было опробовано при обработке материа
лов orT. Были выполнены процедуры корреляции, CKOpocтHOro
анализа, коррекции статических попрщюк, roризонтальноro Ha
капливания и др. [52]. Показано, что результирующие материа-
лы, полученные по полноразрядным и знаковым исходным данным
или идентичны, или мало отличаются друr от друrа, что сле
дует из теории знаковоro кодирования. Это указывает на опре-
деленные перспективы малоразрядноro кодирования в сейсмо-
разведке. Однако успехи вычислительной техники и определен
ная боязнь потерять информацию при знаковом кодировании не
привели к широкому ero практическому применению.
3.10. К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ
УСКОРЕНИЯ В НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ
Вопросам приема колебаний до последнеro времени особоro
внимания не уделялось. Считалось, что широко используемые
электродинамические сейсмоприемники с практически roризонта
льной амплитудно частотной характеристикой в среднечастотном
сейсмическом диапазоне являются оптимальными и обеспечивают
получение наилучших материалов. При этом надо иметь в виду,
что напряжение, развиваемое таким сейсмоприемником, пропор
ционально скорости смещения ero катушки относительно корпуса
и линейность характеристики выполняется также по скоростному
параметру. Электродинамические сейсмоприемники были бы опти
мальны, если бы амплитуды скоростей смещения частиц на фрон
тах сейсмических волн также были практически постоянными и
мало зависели от частоты. Однако на практике это не выпол
Няется, что ранее было показано в работах A.r. rамбурцева,
И.И. rурвича и друrих исследователей, а затем стало более
13*
195
очевидным при широком развитии вибрационной сейсморазведки.
Действительно, если считать, что вибратор развивает квази
raрмонические силовые наrpузки постоянной амплитуды, то CKO
рость смещения частиц будет убывать с ростом частоты по ли
нейному закону
Voт = fbJ/2п{,
rде aJ амплитуда ускорения излучающей плиты вибратора;
Vo амплитуда скорости; f частота.
С этих позиций электродинамический сейсмоприемник уже не
является оптимальным, так как он приводит к закономерному
уменьшению амплитуд волн с ростом частоты. Практика работ и
большой объем практических данных подтверждают этот тезис.
Более оптимальным для применения в невзрывной сейсморазведке
был бы сейсмоприемник ускорения или акселерометр, разработ
кой KOTOporo занимались еще на ранних стадиях развития
сейсморазведки. Отличительной особенностью акселерометров
является то, что они имеют практически roризонтальную xapaK
теристику по ускорению и поднимающуюся по скорости в pa
бочей сейсмической полосе частот. Этим и определяется тот
интерес к разработке и применению акселерометров, который
появился в последнее время. Значительным стимулом послужили
также работы в области высокоразрешающей сейсморазведки,
коrда потребовалось повысить энерreтический уровень BЫCOKO
частотных составляющих волн. Следует отметить, что в морской
сейсморазведке в качестве приемников колебаний используют
исключительно датчики давления акселерометры. Наиболее
просто сейсмоприемники ускорения реализуются на основе пье
зокристаллов. Для наземной сейсморазведки разработано и в
небольших объемах выпущено несколько модификаций таких при
боров, получивших название СПАН. С этими приборам были BЫ
полнены опытные работы в разных районах и с различными,
в том числе вибрационными, источниками.
Полученные материалы показывают, что амnлитудно частотные
характеристики этих приборов позволяют повысить рабочий час-
тотный диапазон реrистрируемых волн и получить более разре
шенные записи, чем при использовании стандартных сейсмо
приемников. Особенно заметными их преимущества оказались при
наблюдениях с вибраторами на частотах более 120 125 rц. Было
показано (А.И. Луrинец), что преобразователем ускорения пол
ностью отслеживается с хорошим отношением сиrнал/помеха
управляющий сиrнал 23 138 rц, в то время как датчиком CKO
расти смещений частотные составляющие сиrнала, начиная со
115 rц реrистрируются практически на уровне шума. Еще больше
преимущества новых приборов проявляются на сиrналах частотой
40 160 rц. Положительные результаты применения акселеромет
ров были получены также при использовании. слабых взрывных
источников в режиме накопления воздействий [49]. Однако соз
данные на основе пьезоэлектрических кристаллов сейсмоприем
196
f.
9j-:
,
вики ускорений требуют установки специальных соrласующих
устройств, что накладывает определенные оrраничения на их
массовое ИСпользование. Кроме тoro, в ряде случаев чувстви
тельность этих приборов была недостаточной в низкочастотной
ча и диапазона. Тем не менее применение акселерометров в
вевзрывной сейсморазведке особо перспективно потому, что по
сравнению с датчиками скорости их чувствительность увеличи
вается с частотой, что важно для реrистрации высокочастотных
составляющих волн, и падает с уменьшением частоты, что также
может иметь положительный эффект. так как наиболее интенсив
иые помехи имеют низкие частоты. Недостатки же пьезоэлектри
ческих сейсмоприемников MOryT быть устранены на основе соз
дания новых приборов, которые будучи такими же простыми и
надежными, как существующие электродинамические сейсмо
приемники, будут лишены их недостатков, что позволит прини
мать целевые отраженные волны в широкой полосе частот без их
ослабления и тем самым повысит эффективность сейсморазведки.
4. МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ РАБОТ
Современная методика полевых работ с наземными невзрывны
ми источниками колебаний развивалась и совершенствовалась по
мере создания новых и модернизации существующих технических
средств для возбуждения, приема и реrистрации волн с учетом
усложнения решаемых задач и необходимости обеспечения BЫCO
кой производительности работ. Определенное влияние на Meтo
дику полевых работ оказывало также развитие способов обра
ботки материалов на цифровых вычислительных центрах. Таким
образом, методика работ с невзрывными источниками аккумули
рует в себе основные достижения теории и практики сейсмораз
ведки и строится с учетом особенностей этих излучателей. Она
направлена на оптимизацию условий возбуждения и приема коле
баний и обеспечение отношений сиrнал/помеха, которые были бы
достаточными для выделения и прослеживания целевых волн на
временных разрезах.
Методика полевых работ выбирается на основании следующих
данных: rеолоrические и методические задачи работ, поверх
ностные и rлубинные сейсмоrеолоrические условия, обстановка
в районе работ, под которой понимаются условия передвижения
транспорта по профилям, свобода размещения источников на
Пунктах возбуждения колебаний, уровень микросейсм и промыш
ленных помех, близость населенных пунктов, дороr и Т.д., а
также результаты предыдущих работ с невзрывными источниками
и возможности ВЦ, на котором будет вестись обработка MaTe
риалов. Она должна выбираться также с учетом особенностей
197
I Методика полевых раБОТ I
ВИбрационными источниками
I
I I I I
Определение Определение ОПРОБован е
Проrноэ технических параметров ВЫБраннои
меТодики средс,.а ин rерq>еренци методики раБОТ
ОННЫХ систем
Изучение Bbl&OP ВЫБОр Определение
ВоЛНОВОЙ пврамвтров сис-темы статических
картины vпраВJ1яющеrо на&лtoпений поправок
сиrнала
I
....., I I I
Сопоставление Определеt-4ие ВЫБОр
ВЫБОр МОДели t-4эБлюденны( и параметров СПОСОБа
среды расчетных попей эме иэучеНИfl
Расчет Определени,,"
относительнои
синтетических интеНСИВt-40 С ТИ
трасс волн
Рис. 46. Схема выбора и обоснования полевой методики
ВОЛНОВЫХ полей, возбуждаемых источниками, и знания особен
ностей использования различных методических приемов, обеспе
чивающих получение лучших сейсмических материалов и повышаю
lЦИХ производительность работ (одновременная работа rрупп
вибраторов, адаптивная вибросейсморазведка и др.). К настоя
lЦeMY времени накоплен достаточно большой опыт проведения pa
бот с невзрывными источниками, показывающий что практически
для каждоro района может быть предложена оптимальная методи
ка работ, обеспечивающая получение качественных материалов
в районах с различными сейсмоreoлоrическими условиями.
Последовательность этапов проведения работ и выбора
элементов полевой методики в обобщенном виде показана на
рис. 46.
Ниже рассмотрены основные вопросы, которые приходится pe
шать в процесе проведения полевых исследований.
4.1. ОСОБЕННОСТИ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ,
ВОЗБУЖДАЕМЫХ .НЕВ3РЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
Обоснование и выбор методики полевых работ производится,
как правило, на основе знания и изучения особенностей волно
вых полей, возбуждаемых невзрывными источниками колебаний.
Под действием сосредоточенной, переменной во времени Bep
тикальной силы, действующей на поверхности земноro полуПро
странства, в нем возбуждаются объемные (продольные и попе
198
речные) и поверхностные волны. При этом наибольшая часть
энерrии (...60%) идет на образование поверхностных SV волн,
,... 20 25% поперечных, 7 10% продольных волн.
Под действием roризонтальной силы на поверхности полупро
странства в нем возникают поперечные волны, поляризация KO
торых определяется направлением приложения наrрузки.
Излучение энерrии в среду происходит в соответствии с xa
рактеристикой направленности источников. Для вертикальной
силы и продольных волн она имеет вид сферы, центр которой
лежит на вертикальной оси, совпадающей с направлением дей
ствия силы, а верхняя ее точка соприкасается с местом прило
ж:ения наrрузки к земной поверхности. Соответственно для по
перечных волн характеристика направленности имеет более
сложный характер с максимумами излучения под уrлами, опреде
ляемыми отношениями скоростей распространения продольных и
поперечных волн. Экспериментальные характеристики близки
к теоретическим, что было показано на опытах в ряде районов
[24, 27, 52] . Волновые поля, возбуждаемые невзрывными ис
точниками, носят сложный, интерференционный характер. На
монтажах при одиночных воздействиях реrистрируется серия
ООьемных и поверхностных волн. Первые представлены малоин
тенсивными преломленными и отраженными волнами, вторые
интенсивными поверхностными колебаниями. Внешне волновые
поля импульсных и вибрационных источников практически иден
тичны, что позволяет при их общем описании не делать раз
личия между ними. Однако природа их различна, что будет
рассмотрено дальше. Типичные волновые картины, полученные
с импульсными и вибрационными источниками, показаны на
рис. 47.
Непосредственно от пункта возбуждения в виде расходящеro
ся цуrа очень интенсивных колебаний следятся поверхностные
волны с кажущимися скоростями V K ... 0,2 1 км/с и с видимыми
частотами 9 25 rц (л к = 30 85 м). При импульсном возбуждении
основная энерrия поверхностных волн сосредоточена в самой
низкочастотной части спектра реrистрируемых колебаний, KOTO
рая определяется собственной частотой сейсмоприемников. При
вибрационном возбуждении их интенсивность и частотный состав
в определенной степени определяются параметрами управляющеro
сиrнала. За счет смещения ero в более высокочастотную часть
диапазона можно существенно уменьшать уровень поверхностных
волн. При обычно при меняемых развертках максимум спектра по-
верхностных волн приходится на частоты до 20 22 rц. С увели
чением расстояния от пункта возбуждения наблюдается снижение
интенсивности и видимых частот поверхностных волн, вслед
ствие чеro соответствующие им импульсы растяrиваются во Bpe
мени, занимая все большую область на плоскости roдоrрафа.
Тем не менее выделение отраженных волн на фоне поверхностных
СИЛьно затруднено без использования специальных методических
приемов. Весьма часто совместно с поверхностными волнами
199
u
се
t\, ",,_
:--; -.' '<.:.,; .r.' ':: - . \ .
r::," <'. . .... "'. '...
' ......."" :t,. .; . . .' ' ?I:::I ' . .,;. ..".: .,;.:
.'. . " " ""::;',:,,: ;;..::::, ,::' . ;::
'.'1." " . '.",. ,. ,....,. .
' .. ".' , "".".':'.", .'..: -.:,<..;..,,: ..<.,
./, 1\' 1,., '". "'<'..' '....
" lS: ; :. 'i ':\., ::. \,)':' ";'';'; '..
" . \ \ >\..:i:E': :. .:::. :'i{1
.. \. , "" '" "'" '..
. , "" :'!' :' " . '?:':vi"'>:iiiт:';< ,
1:\1 . \ \.\ . >:; ;iJ '.,'.f\"':'i' . ";:_.:..
":' Ji ;;-} ,;' :"\:;\ii "
...:.{.... '. '; ' :(\\.\ . .';". ;
\\, \' . ''.: . '. \ '1 \ \..
" , " ,)'(,\. , ' . . \ :;;;y , : \ ()j\
IQ , "',..
.. ," -'. ',' .
r::.
t\)
t\j"
ао
1:\1"
r::.
. .: ".
., :: 7? : : ;
,"', ',' \ \:", '
.. \, '-:. .::/ "., "
. \ .\....;
'"".. \\ \..: ;\....
I , \ '. \.';. " ". '_', ."
.'. ' : . >'\:. '( ,>\, . . '<: :"'\\ .
\ .. ';'.' \':\\ .\' ' . .'.
\ \ . "0 \ '\"':
"\. \ ....... . . '\":;. . . '
1.. '- .' ,.....-\\.\\\
'!' '-\, '\\\ ",\
.. · ',; \ '1i( ,\\\\, \, ',"
:;...;\ \\"\\:"\\\\\ ','
. 'Ч: \:. ). . " ;\\.\:. . . \: .." <.>.
. . : '.- ,,' ': "'.'.
1
..... . ".
r::,"
IICI
r::r
са
",,"
I:'
:I
1:
,! '
О,
, .,':
. . :" / !//<;' :'i/:" <":\.: i'i\.
,1" 1(" .' , ", ,"' 1 . ,о'., '1....'
<' :;'f"" .. :.>;i\ /:( ;;}Y:o::'
. '. ',' .; '. .
" ,'.':'1' . ',", »/':: ; 'i;/i
.." ;',: \',;'i.)".
,\ "'.' ,11 i.,( ,\'r1/
J('
C\j-
1','
IQ
..:
'С
",
'. ': ,' (
,,\ "
, ...
, '. ' '.:: 'r: :/.
c\j
...-
,,1.. ';
, "
I . ,. :1' .
. ,1' I' "\"
OQ
CIj"
... . '/1" ')((!;!'>:':",f:";; i
, ,/,' '., .,1f('" ' ".,
I . " /j.i ",',. '.'
" " )it;/jlf:< ;:x',.:: :;X(;(;t
.. /,1!Iй' .. '
I; ! /' :..
'f '//.S .'
",./1......
,?/i/ . . ..) "....
( I ,...1 .:/. /,' : ,; ,) -;;.....:.." ,,о"'" ",, ,- !I,.. .;"':':'.J'
" ....Н'.....,,( , .; : 7::: i .r ,i j "1\4.)P) -lt.. '\!. '
. ..,'
ао
t:;j
tQ
.
C\j-
t::J
C\j-
10
...-
c\j
...-
OQ
..
t:;j"'
c\j
IQ
..:-
u
..:
, I
'"
.....=
:::'"'
.
:ic
i :r
.. =
:s :а
:5:
= =
:E
g
g
.
..... =
.. .....!;!
:Е :S '"
0= X
=5 s!:/
8:>' i=
:5:;" о
iig 8
Q, ':5:
:!
aI:E
:5: с..
e- с,..
....
-.:-, ':5: =
..... g
:Е >< =
е I с. f:"
5 r... о
.а
:5: . :5:
; 3"
:5:.. g
:s: >- 1:;3
c..
1:.... = о
../,)..3":1
:S 0!j!Q,
:Е!!:;;"I:
a! O)al6
'i 8;E
=1:8/,)
. /,) о
=:i,x 1
О :Е ..
1::E:5:a>
..=::f 1O
:se- 2 .
lOoa:>
о :r 10 =......
, = = ..
0..0"=:5:
/,) '"
, ' о i!
t'- ':5:::i 15
..., о с,
.; :5: 1:
:s: 1'='Iotr
-.:.e-.....
,
.а
:5:
>:!:
:s: i
:1i!
..=
iI
i
:Е
,...:5:
.....
:r
- /,)
.....
прослеживаются вертикальные компоненты поперечных SV волн.
Они представлены низкочастотными и низкоскоростными колеба
ниями, имеющими значительную интенсивность. По частотному
составу и кажущимся скоростям эти волны близки к COOТBeт
ствующим значениям поверхностных волн, в силу чеro они Bыдe
ляются в виде единоro клинообразноro цуrа волн, расходящихся
от пункта возбуждения.
В первых вступлениях на монтажах выделяются преломленные
волны, связанные с неrлубокими roризонтами разреза, которые
несут полезную информацию о строении и поведении верхних ro
ризонтов. В некоторых проrраммах обработки времена прихода
этих преломленных волн используются для определения исходных
статических поправок [3] . Однако в ряде случаев эти волны
MOryT быть помехами, препятствуя прослеживанию отраженных
волн на повышенных удаленных от пунктов возбуждения. Прелом
лецные волны имеют практически прямолинейные оси синфазнос
тей с кажущимися скоростями V", .. 1,2 2,5 км/с и видимыми
частотами 20-30 rц (л", == 80 145 м). Интенсивность преломлен
ных волн существенно ниже,чем поверхностных)и по мере удале
ния от пункта возбуждения наблюдаются смены волн и выход в
первые вступления преломленных волн от более rлубоких roри
зонтов.
В районах с наличием верхней преломляющей rраницы (BOC
ток, юro восток Русской платформы), залеraющей на rлубинах
до 0,5 0,8 км, в окне между поверхностными и преломленными
волнами реrистрируются весьма низкочастотные отраженно
преломленные волны с кажущимися скоростями V" == 4 5 км/ с.
Интенсивность их значительна,и они мешают прослеживанию OT
раженных волн.
Отраженные волны на зондах представлены малоинтенсивными
колебаниями с высокими кажущимися скоростями 1O 15 км/с
V" < 011 И ВИДИМЫМИ частотами, зависящими от rлубины их за
леrания и способов возбуждения колебаний. Диапазон изменения
частот весьма велик от 20 25 rц при средних и значительных
rлубинах их залеrания до 90 110 rц для мелких отражений, re
нерируемых маломощными источниками. В нефтеrазовой сейсмо
разведке максимумы спектров отраженных волн наблюдаются в
полосе частот 25-30 rц. При вибрационном возбуждении спектры
отраженных волн в определенной степени зависят от диапазона
частот управляющеro сиrнала, но тяroтеют к значениям 25 35
rц. Интенсивность отраженных волн невелика, и они очень час
то с трудом выделяются на фоне помех. Опыт работ показывает,
что наиболее блаroприятной областью для прослеживания OTpa
женных волн является полоса, включенная между поверхностны
ми и преломленными волнами.
Особенностью волновых полей, наблюдаемых при работах с
невзрывными источниками, является относительно высокий ypo
вень нереryлярных помех. Он обусловлен необходимостью реrи
страции колебаний на больших усилениях приемной аппаратуры.
202
Нереryлярные помехи имеют в основном ветровое и промыmленное
ороисхождение. В ряде случаев они образоваНЫ интерференцией
объемных и поверхностных волн, инициируемых двиrающимся
транспортом, сельскохозяйственными аrpеrатами и др. Кроме
тoro, шумы на профиле создают работающие вибраторы и друrая
техника. Большая часть энерrии микросейсм сосредоточена в
сейсмическом диапазоне частот в полосе зо 70 rц. Уровень
микросейсм зависит от мноrих внешних факторов и резко Me
няется в течение суток, времен roда и Т.д. Чаще Bcero радиус
корреляции нереryлярных помех невелик, не превышает 3 5 м.
Тем не менее при выборе параметров интерференционных помех
необходимо ero учитывать, чтобы исключить возможность усиле
кия нереryлярных помех неправильно выбранными расстояниями
между приборами в rруппе. В этой связи в процессе опытных
работ целесообразно определение интенсивности, радиуса кор-
реляции и частотноro состава микросейсм. Волновые поля при
работах на поперечных волнах также характеризуются достаточ
но сложным составом. Особенностью их является то, что они
имеют однородный, но более низкий чем на продольных волнах,
частотный состав, не превышающий 20 25 rц. В области, примы
кающей к пункту возбуждения, прослеживаются поверхностные
волны (волны Лява) , имеющие БОльшую интенсивность. В первых
вступлениях прослеживаются преломленные волны, а в окне меж
ду ними и поверхностными колебаниями отраженные волны. Ин
тенсивность объемных волн значительно ниже поверхностных.
Нереryлярные помехи представлены своими низкочастотными coc
тавляющими, которые, как правило, имеют значительную относи
тельную интенсивность, что препятствует выделению на их фоне
отраженных волн.
Волновые поля, возбуждаемые вибрационными и импульсными
невзрывными источниками, при визуальной оценке представляют
ся идентичными, отличаясь в некоторой степени видимыми час
тотами, временами реrистрации волн и несколько характером
записи. Однако между ними есть принципиальные различия, обу
СЛовленные различной природой колебаний, представленных на
коррелоrраммах и сейсмоrраммах импульсноro возбуждения, а
также специфическими особенностями вибрационных записей.
Трассы на коррелоrраммах представляют собой последователь
ности значений функций взаимной корреляции зареrистрирован
ных и управляющеro сиrналов, в идеале нульфазовые колеба
Ния. Практически они носят смеmанно фазовый характер из за
искажения, имеющих место при распространении волн, а также
в трактах возбуждения и приема колебаний.
Трассы на импульсных сейсмоrраммах отражают собственные
колебания точек среды в месте расположения сейсмоприемников
и являются минимально фазовыми. Вследствие этоro моментам
Прихода отраженных волн соответствуют на коррелоrраммах эк
стремальные значения функции взаимной корреляции, а на им
Пульсных сейсмоrpаммах вступления волн, которые из за фона
203
помех зачастую не выделяются и поэтому отраженные сиrналы
выделяются чаще Bcero по последующим наиболее интенсивным
фазам. Поэтому времена прихода волн на коррелоrраммах MeHb
ше, чем на сейсмоrраммах, что необходимо учитывать при aHa
лизе и сопоставлении данных, а также при увязке материалов
вибрационной и импульсной сейсморазведок.
Возможны различия и в частотном составе волн вследствие
тoro, что колебания на коррелоrраммах тяroтеют к средним
частотам управляющих линейно частотно модулированных сиrна-
лов, которые MOryT отличаться от периодов собственных коле
баний частиц rpYHTa, совершаемых под действием интенсивных
импульсных наrрузок. Спектры реryлярных волн, определенные в
конечном временном окне на коррелоrpаммах, носят резонансный
характер, который обусловлен в основном структурой функции
взаимной корреляции, видимая частота OCHOBHOro максимума KO
торой при отсутствии поrлощения и друrих помех соответствует
средней частоте управляющеro сиrнала.
При рассмотрении особенностей волновых полей вибрационной
сейсморазведки следует отметить возникновение специфических
помех на коррелоrраммах, обусловленных нелинейными искаже
НИЯМИ в системе вибратор rpYHT, на низких частотах. Эти
помехи имеют частоты, кратные основным частотам управляющеro
сиrнала. Наиболее интенсивными оказываются составляющие -
raрмоники, имеющие удвоенные и утроенные частоты. Например,
при работе вибратора в полосе частот 48 1 О rц будут наблю
даться rармоники с частотами 96 20 rц. в результате на KOp
релоrраммах помимр основных волн будут rармонические состав-
ляющие,,;путники, образующие длительные, неразрешенные цуrи
относительно более высокочастотных колебаний. Для сиrналов. с
полосой частот более одной октавы времена вступления спутни
ков относительно OCHOBHOro колебания определяются формулами
[27, 52]
t (n l)Tfmin t (n l)fmaxT
и fи-/к ,К - 2(/и-/к) ,
(4.0
rдe t и , t K начальное и конечное время реrистрации волн
rармоник, с; Т длительность опорноro сиrнала, с; n номер
rармоники; fmax, fmin. fи и {К максимальная, минимальная,
начальная и конечная частоты управляющеro сиrнала, rц.
Амплитуда rармоник достиrает максимума на времени
t (t и + t K )!2.
Из (4.0 следует, что при сиrналах с разверткой "вверх"
времена вступлений волн спутников будут отрицательными, Т.е.
они будут наблюдаться на сейсмоrраммах до вступления OCHOB
ных волн. При работе с разверткой "вниз" величины t cтaHO
ВЯТСЯ положительными и волны спутники будут накладываться на
записи полезных отражений, интерферировать с ними и мешать
их выделению. Положение усуryбляется еще и тем, что со Bpe
204
"
: "евем интенсивность отраженных волн убывает, что способству
e:r снижению отношений сиrнал/помеха и ухудшает условия про
cnеживания полезных волн на фоне rармонических помех.
В вибрационной сейсморазведке для TOro, чтоБЫ уйти от
raрмонических помех, применяют управляющие сиrналы с раз
верткой "вверх", несмотря на то, что более УСТОЙЧИВЫМ дЛЯ
вибраторов является обратный режим.
Друrим типом специфических помех, присущих прокоррелиро
ванным записям вибрационной сейсморазведки, являются Koppe
Jlяционные шумы, обусловленные боковыми максимумами корреля
циоННЫХ функций. Эти помехи, как указано ранее, снижают ди
намический диапазон вибрационной сейсморазведки. На коррело
rpзммах и временных разрезах они представлены осями синфаз
ностей, параллельными наиболее интенсивным волнам, прослежи
ваемым в начальной части сейсмоrрамм. Наиболее четко Koppe
ляционные помехи выделяются в полосе отрицательных времен,
образуя достаточно мощные оси синфазностей на временах до
первыХ вступлений. Суммирование по orT, а также использова
ние комбинированных управляющих сиrналов снижает уровень шу
мов преобразования в k. .;п раз, rде п кратность OrT или
число cerмeHТOB; 0,5 :!; k 0,7.
Волновые поля, возбуждаемые невзрывными источниками в
рудных районах, характеризуются еще большей смежностью и
разнообразием, что обусловлено особенностями строения Bepx
ней части разреза и изучаемых объектов [37].
В разрезе мноrих рудных районов преобладают эФФузивно
осадочные и интрузивные образования с высокими значениями
скоростей распространения упруrих волн, сложными формами ли
толоro стратиrрафических rpaниц и дизъюнктивными нарушения-
ми. При этом относительно слабая скоростная дифференциация
пород сочетается со значительной изменчивостью их физических
Свойств в вертикальном и roризонтальном направлениях. При
выходе на земную поверхность плотных пород с высокой ско-
ростью распространения волн на сейсмоrраммах выделяются
интенсивные поверхностные волны с повышенными кажущимися
скоростями (V K 2 км/с), а также серия рефраrированных и
отраженных волн, имеющих различные скорости и спектральный
Состав.
Весьма сложный характер имеют кинематические характерис
тики отраженных волн. Так, для выпуклых rраниц roдоrрафы OT
раженных волн сохраняют rиперболическую форму и при больших
ОТношениях rлубин к радиусу кривизны приближаются к roдоrра
фам дифраrированных волн (Т.е. отмечается уменьшение значе
ний кажущейся скорости). Для BorнYTЫx rраниц форма roдоrрафа
изменяется в широких пределах и соответствие между разрезом
и roдоrрафом может быть нормальным, обратным и знакоперемен
ным.
Практически все месторождения KaMeHHoro уrля и ряд круп
ных месторождений меди, железа и друrих твердых полезных ис
205
копаемых связаны с мощными слабодислоцированными осадочными
толщами пород. Сейсмоreолоrические модели этоro типа разреза
идентичны моделям нефте и rазоперспективных районов, что и
определяет структуру наблюдаемых волновых полей. Аналоrичные
по характеру волновые поля наблюдаются при разведке россып
ных месторождений и месторождений, приуроченных к коре BЫ
ветривания складчатоro или кристаллическоro фундамента. При
этом характер волновых полей сильно зависит от строения зоны
малых скоростей. Так, в районах с небольшой мощностью ЗМС
наблюдаются наиболее простые волновые поля, типичные для He
взрывной сейсморазведки. При работах с вибрационными источ-
никами в этих случаях прослеживаются малоинтенсивные прямые
ВОЛНЫ, что создает блаroприятные условия для реrистрации' OT
ражений от мелких roризонтов, которые выделяются в первых
вступлениях уже на сравнительно небольших расстояниях от
пунктов возбуждения. Это позволило проследить отражающие ro
ризонты на rлубинах менее 100 м [37]. При увеличении мощнос
ти ЗМС или появлении rрадиентноro слоя в ВЧР поле помех
значительно усложняется за счет интенсивных рсфраrирован
ных или преломленных волн, связанных с поверхностью KopeH
Hых отложений, что затрудняет выделение полезных отраженных
волн [37].
Заканчивая рассмотрение особенностеи волновых полей, воз
буждаемых невзрывными источниками, проведем сопоставление их
с полями, reнерируемыми взрывами зарядов тротила в скважинах
и на поверхности. При воздействиях излучателей и зарядов
тротила в мелких шурфах наблюдаемые волновые поля практичес
ки идентичны по полезным и мешающим волнам. Различие заклю
чается лишь в том, что при взрывах в шурфах возбуждается
сильная звуковая волна, которая или отсутствует, или имеет
значительно меньшую интенсивность при работе невзрывных ис-
точников.
Несколько иная картина наблюдается при сопоставлении вол
новых полей, возбуждаемых наземными излучателями и взрывами
в скважинах. Различия заключаются в том, что при взрывах в
скважинах поверхностные волны имеют небольшую интенсивность
и полезные отражения выделяются у пункта возбуждения. С YBe
личением расстояния от пункта возбуждения, вне области раз
вития поверхностных волн, волновые поля становятся, как
правило, тождественными.
Таким образом, волновые поля, возбуждаемые наземными He
взрывными источниками характеризуются следующими основными
особенностями:
1) высоким относительным уровнем реryлярных и нереryляр
ных помех, что усложняет, а в ряде случаев делает невозмож
ным выделение на их фоне полезных отраженных волн;
2) широкой областью развития поверхностных волн, веером
расходящихся от пункта возбуждения, вследствие чеro сужается
зона, блаroприятная для прослеживания отраженных волн, KOTO
206
рая располаraется на плоскости roдоrpaфа между первыми
встУплениями и поверхностными волнами;
3) наличием звуковых волн, особенно на записях, получен
ныx при работах с ИМПУЛЬСНЫМИ источниками, которые представ
лены короткими импульсами значительной амrшитуды.
Отмеченные особенности волновых помех в невзрывной сейс
моразведке при водят к необходимости оптимизации условий пе
редачи наrpузок на rpYHT, параметров источников, а также
применения известных и разработки новых методических средств
для повышения отношений сиrнал/помеха и расширения областей
реrистрации отраженных волн.
4.2. ИЗУЧЕНИЕ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ
Волновые поля, возбуждаемые невзрывными источниками, изу
чаются на зондированиях, расположение которых на rшощади ис
следований определяется разнообразием сейсмоrеолоrических
условий. Желательно выполнять их на участках, .являющихся ти
пичными для данной rшощади работ и характеризующихся макси
мальными уrлами наклона отражающих roризонтов для более пол
HOro изучения особенностей волновой картины:' Опытные работы
следует проводить в пределах проектных профилей. Как прави
ло, не возникает необходимости отрабатывать более трех зон
дирований. Полный объем изучения волновой картины предусмат
ривает выполнение двух этапов работ. На первом изучаются
волны помехи, а на втором полезные волны. При получении
достаточной информации о параметрах мешающих и полезных KO
лебаний на первом этапе второй этап специально не проводят ,
а данные о полезных волнах получают в процессе профильных
работ.
Колебания возбуждаются одним или двумя источниками на
точках, отстоящих друr от друrа на длину расстановки.
На каждом пункте возбуждения оrраничиваются одним или двумя
ударами или посылками. Длительность управляющеro сиrнала
выбирают равной 8 16 с, а частотный диапазон максимально
mироким и оrраниченным собственной частотой применяемых
сейсмоприемников, а сверху - частотой среза ФНЧ станции,
определяемой принятым интервалом дискретизации сиrналов.
Накоrшение ударов или посылок при изучении низкоскоростных
помех, как правило, оказывается ненужным. Для выделения
Полезных волн на фоне помех возникает необходимость накоп
ления сиrналов. Опробуют также линейные и нелинейные уп
равляющие сиrналы С целью оценки их влияния на характер
ВОЛновой картины и на расширение спектров реrистрируемых
Волн.
Колебания принимают закреrшенной расстановкой одиночных
ИЛи rрупп приборов, расположенных или в одной точке, или по
ЛИнии, перпендикулярной к профилю, с шаroм между ними 5 10 м
207
при изучении низкоскоростных помех. На втором этапе работ
применяют уже rpуппы при боров , рассчитанные на ослабление
мешающих колебаний с заданными кажущимися скоростями и пе
риодами и "а усиление целевых отраженных волн. Протяженность
зондирований в большинстве случаев принимается равной rлуби
не разведки или несколько меньше ее, в зависимости от xapaK
тера распределения помех и их интенсивностей на различных
удалениях от пункта возбуждения.
Обработка материалов первоro этапа заключается в анализе
наблюдаемой волновой картины, выделении зон распространения
волновых помех и областей, свободных от них, а также в опре
делении кинематических и динамических характеристик зареrи
стриро аl{НЫХ волн. Очень важно оценить их спектральный coc
тав для тoro, чтобы получить данные по затуханию волн и BЫ
бору параметров управляющих сиrнaлов.
Наряду с реryлярными помехами изучаются и нереryлярные.
На основании всех полученных данных рассчитывают интерферен
ционные системы, выбирают параметры управляющих сиrналов,
число накоплений, систему наблюдений, кратность профилирова
ния и друrие элементы методики работ.
Полученные результаты служат основой методики работ BТO
poro этапа. Колебания возбуждают и принимают уже rруппами
источников, параметры которых рассчитаны на ослабление помех
и усиление отражений. Используется синхронное накопление от
серий ударов и посылок. Параметры управляющих сиrналов выби
рают с таким расчетом, чтобы было можно определить их опти
мальные значения, обеспечивающие необходимую разрешенность и
освещение разреза на заданную rлубину. В зависимости от Me
тодики определения оптимальных параметров управляющих сиrна
лов опробуют широкополосные или узкополосные сиrналы, а TaK
же сиrналы с переменными начальными и конечными частотами.
Также проводят эксперименты с нелинейными развертками раз
личной длительности для выбора их оптимальных значений.
Объемы работ BТOporo этапа колеблются в достаточно широ
ких пределах: от нескольких стоянок до отрезков профилей с
различными интерференционными системами, числом воздействий
на пунктах возбуждения, управляющими сиrналами, системами
наблюдений и Т.д. При этом методические приемы должны быть
достаточно контрастными, чтобы имелась возможность оценить
их влиянме на характер получаемых материалов. Эти работы
весьма трудоемки, однако они позволяют получить обширную
информацию для обоснованноro выбора оптимальной методики ис
следований при профильных наблюдениях. Обработка материалов
BТOporo этапа должна быть максимально полной с получением
временных разрезов (при обработке профилей), спектральных
характеристик волн, оценок качества отражений, степени их
прослеживаемости и отношений сиrнал/помеха, что еще раз
подтверждает необходимость полевых вычислительных центров
в сейсмопартиях.
208
) ,
r
f";
ПО этим данным выбирается методика ПрофИЛЬНЫХ работ, ко-
'I'Op3SI уточняется и, если возникает необходимость, корректи
руется в процессе их выполнения. Учитывая значительные за
траты времени на обработку и анализ материалов, целесообраз-
но опытные исследования проводить заранее, до выхода с поис
ковыМИ ИЛИ разведочными работами на новую площадь. Это поз
ВOJIит сократить время на опытные работы, повысить качество
материалов, а следовательно, и эффективность работ.
4.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ И ВЫБОР ПАРА МЕТРОВ
УПРАВЛЯЮЩИХ сиrНАЛОВ
4.3.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ
Интенсивность и, в определенной степени, частотный состав
волн, возбуждаемых импульсными источниками, определяются
энерreтическими параметрами излучателей, а также строением
самой верхней части разреза. Конструкции почти всех "мпульс-
ных установок позволяют в определенных пределах изменять эти
параметры с учетом условий проведения работ и решаемых за
дач.
У rазодинамических источников изменяемыми параметрами яв
ляются объем roрючей смеси, ее начальное давление и величина
противодавления в демпферном объеме, а у пневматических из
лучателей объем рабочей полости, давление сжатоro воздуха
и давление в демпферном объеме. Повышение объема смеси и ее
начальноro давления, а также литража рабочей камеры и давле
ния сжатоro воздуха в ней ведет к увеличению энерrии излуча
теля, а следовательно, и к росту амп.i'I:ИТУД возбуждаемых волн.
Однако эти зависимости носят нелинейный характер. Экспери
ментально полученные зависимости изменения амплитуд объемной
волны от объема roрючей смеси приведены на рис. 48. Анало
rичные кривые получены и для пневматических излучателей.
Давление в демпферном объеме в меньшей степени влияет на
амплитуды возбуждаемых волн. Причем существует оптимум дaB
лений, при которых наблюдается максимум амплитуд, что видно
на рис. 48.
В соответствии с теорией импульсноro возбуждения колеба
ний изменение энерrии излучателя должно приводить к смещению
Частоты rецерируемых волн. Однако практика работ с импульс
ными невзрывными источниками показала, что для ряда излуча
телей (rCK, Сейсмодин, Падающий rруз) с несколько различными
энерrиями видимые частоты реrистрируемых волн остаются прак
'J;ически постоянными в пределах 25 ЗО rц. Поэтому следует ro
ворить лишь о тенденциях изменения частот в зависимости от
14 Заказ N!1 2 ()
209
а
А
1,8
6
I,Ч
20 30 '-10
tf
А
Iр
1,11
1
! "
I
1 2 I ,
I РО2 . 1P01
1,3
1
1,2
1,5 Р ,МЛа
v,л
0,8 1,0 1,2 (/I
Рис. 48. Зависимость 8МI1JIИТУД возбуждаемых колебаний от объема rорючей
смеси (а) и давленlUI 8 демпферном обьеме (6):
1 rлинистЬ!Й rpYHT; 2 ПроШЛОl'Oдняя пашня
А/Ао
2
3
I
"х Z I
'.. I
х.....)(
I
I
I
I
"'1
I
I
I
I
I
I LI 1
1.. П З 1 I
I .1 nz I I
1.... !1п, 1:;0 I
2
6
8 10
4-
n
Рис. 49. Зависимость 8МI1JIИТУДЫ KO
лебаний от номера удара на rpymax
малой (1), средней (2) и высокой (3)
прочности
энерrии источника. Вообще необходимо отметить, что видимые
частоты возбуждаемых волн являются очень стабильными величи
нами, и они мало подвержены изменениям. Основные причины
этоro были рассмотрены ранее. Однако при использовании очень
маломощных источников происходит заметное увеличение частоты
реrистрируемых колебаний. Результаты работ по прослеживанию
мелких отражающих roризонтов с возбуждением колебаний yдapa
ми кувалды и молотка показали возможность реrистрации волн с
видимыми частотами до lOO 120 rц.
В механических источниках с падающим rpузом изменяемым
параметром является высота сбрасывания rруза, которая влияет
в основном на амплитуды возбуждаемых волн. Частота при этом
остается практически постоянной. С увеличением высоты ампли
туды волн растут, однако, также по нелинейному закону. В He
которых случаях возможно даже уменьшение интенсивности волн
с увеличением высоты падения rpуза, что свидетельствует о
неоптимальности возбуждения и расходовании большей части
энерrии на разрушение пород.
210
В электродинамических источниках "Сейсмодин" переменными
величинами MOryT быть напряжение и ток, подаваемые на лизд.
от их значений также зависят энерrия источника и амплитуды
возбуждаемых волн.
Определенное влияние на сейсмическую эффективность им
пульсноro невзрывноro источника оказывают номер и число воз
дейстВий, производимых в одной точке. Обусловлено это тем,
что большинство импульсных источников развивает наrрузки,
превышающие предел упруrotти rpYHTa, и работает в режиме ero
остаточных деформаций. В этих условиях происходит упрочнение'
rpYHTa, которое во мноrих случаях приводит к увеличению ин
тенсивнОСТИ записей и амплитуд волн. Наиболее значительна
разница между амплитудами волн при первом (Ад и последующих
(А2"",n) воздействиях. В зависимости от мощности источника
и свойств rpYHTa эта разница может изменяться от 15 20 до
60%. Тем не менее при увеличении числа воздействий rpYHT
"устает", в нем накапливаются деформации и начиная с KaKoro-
то удара амплитуды волн начинают уменьшаться, а rpYHT разру
шаться. Одна из типичных кривых, характеризующая изменения
амплитуд колебаний от номера воздействия, приведена на
рис. 49.
Важным фактором, влияющим на эффективность работы источ
ников, является точность синхронизации, Т.е. время их сраба
тыанияя после подачи соответствующей команды. Для всех ис
точников, кроме механических, оно должно БЫТЬ практически
постоянным с ошибкой, не превышающей той, которая определена
паспортными данными. При невыполнении этоro условия источник
или источники считаются дефектными и к работе ни в коем слу
Чае не допускаются. Невыполнение этоro условия может привес
ти к значительному ухудшению качества материалов.
Выбор и обоснование рассмотренных рабочих параметров ис
точников производятся В процессе опытных работ, которые BЫ
полняются чаще Bcero на волновых зондирован иях в пределах
площади исследований. Наблюдения выполняют в одной иЛи Hec
КОЛьких точках площади, характеризующихся различными поверх
НОСТными или rлубинными сеЙСМОrеолоrическими условиями.
Опытные работы проводят также в тех случаях, коrда происхо
ДИТ резкое ухудшение качества материалов. По результатам эк
спериментальных работ строят кривые изменения амплитуд волн
от соответствующих параметров и по ним выбирают их оптималь
ные значения, с которыми и проводят работы. Критериями их
выбора являются максимальные значения или амплитуд целевых
волн, или отношений сиrнал/помеха.
14*
4.3.2. ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЯЮЩИХ
СИI'НАЛОВ
Эффективность вибрационной сейсморазведки и ее преиму
щества по сравнению с дрyrими модификациями сейсмическоro
метода во MHOroM определяются тем> насколько обоснованно выб
раны параметры управляющих сиrналов. это весьма тонкая эада
ча, при решении которой следует руководствоваться как обще
теоретическими положениями, вытекающими из особенностей KOp
реляционных функций используемых управляющих сиrналов, так
и результатами предыдущих и специальных опытных работ, BЫ
полненных в данных конкретных сейсмоreолоrических условиях.
Управляющие сиrналы определяются следующими параметрами.
Линейные частотно модулированные сиrналы начальной
и конечной частотами и длительностью (fи, {.. и Т).
Нелинейные частотно модулированные сиrналы дополнительно
характеризуются: числом cerмeHТOB и их параметрами для cer
ментных, кусочно непрерывных и комбинированных нелинейных
сиrналов, или начальной частотой, законом изменения скорости
частоты (или ero аналоroм) и длительностью для функциональ
ных нелинейных управляющих сиrналов.
Наиболее трудным и ответственным является выбор полосы
частот управляющеro сиrнала. Ранее, применительно к ЛЧМ сиr
налам, было показано, что близки к оптимальным развертки с
относительно высокими средними частотами и полосой их изме
нения не менее чем на 2 2,5 октавы. Этим MOryт быть потен
циально обеспечены; достаточная разрешенность записей. KOM
пактный волновой импульс, быстрое спадание амплитуд в преде
лах OCHOBHOro максимума корреляционной функции и низкий KOp
реляционный фон. Однако практическое применение таких сиrна
лов очень часто сопряжено с определенными техническими и Me
тодическими трудностями, связанными с конструктивными oco
бенностями вибраторов и выбранными интервалами дискретизации
сиrналов в сейсмостанциях, а также с низкой эффективностью
работы вибраторов в области повышенных частот и высоким по
rлощением в среде.
Анализ материалов, полученных во мноrих районах при реше
нии различных задач, показывает сравнительно низкочастотный
состав реrистрируемых волн, спектры которых имеют резонанс-
ный характер с максимумами на частотах, меньших чем средние
частоты управляющих сиrналов. Обусловлено это следующими
причинами.
1. Наличием резонанса в системе вибратор rpYHT, который
прнурочен к полосе частот 2 30 rц.
2. Поrлощением высокочастотных составляющих волн в про
цессе распространения волн.
3. Использование сейсмоприемников, у которых выходное Ha
пряжение пропорционально скорости смещений ero подвижных
элементов.
212
(JIIC. 50. Обобщенные харапеРНСТИDl
ИНЫХ волн, зареrнстрированных
. юro-западной части ПрнкасПИЙСJl:ОЙ
8JIaдIIHЫ:
J прямые волны; 2, 3, 4 OTpa
Jltенные волны от все более rлубоких
roризонтов осадочной толщи
А
f
0,5
х .
11/
1"
x'l/
Р.....
20
*0
о
Совместное влияние этих факторов приводит к тому, что
спектральные характеристики волн (А ЧХ) , зареrистрированные
даже в непосредственной близости от излучающей плиты вибра
торов, имеют четко выраженный резонансный характер в указан
ВОЙ полосе частот. При этом превалирующее влияние на форму
А ЧХ оказывают резонансные явления. В качестве примера на
рис. 50 приведены обобщенные спектральные характеристики
прямых и отраженных волн, зареrистрированных при работах с
вибраторами в одном из районов Прикаспийской впадины. Прямые
(проходящие) волны имеют максимум на частоте 40 rц. OTpa
женные ВОЛНЫ, относящиеся к roризонтам палеозойскоro комп
лекса отложений, имеют резонанс в полосе частот 20 35 rц,
и их спектры более узкие.
Резонансный характер взаимодействия вибратора с rpYHТOM
обусловлен физическими процессами, происходящими при переда-
че наrрузок, которые были рассмотрены ранее, и он подтверж
ден мноrими экспериментальными работами, выполненными в раз
личных районах [5, 26]. Изучение вопросов поrлощения волн
показало, что оно для мноrих сред увеличивается пропорцио
нально частоте колебаний. в зоне малых скоростей поrлощение
может быть еще больше и если учесть, что при работах с Ha
земными невзрывными источниками волны дважды проходят эту
зону, то уменьшение высокочастотных составляющих волн весьма
велико.
Снижение амплитуд волн с ростом частоты в процессе их pe
rистрации объясняется также и тем, что выходное напряжение
сейсмоприемника пропорционально скорости смещения ero катуш
ки относительно маrнита. Поэтому для квазиrармонических KO
лебаний в предположении постоянной амплитуды ускорения амп
литуда скорости
vo == 00/ IJ),
rдe 00 амплитуда ускорения; IJ) круroвая частота.
В результате выходное напряжение сейсмоприемника YMeHЬ
lDается с увеличением частоты, что оказывает влияние на форму
А ЧХ реrистрируемых волн.
Таким образом, используя линейные, частотно модулирован
ные управляющие сиrналы, характеризующиеся прямоуroльными
спектрами, невозможно обеспечить аналОrичные по форме ампли
213
тудно частотные характеристики реrистрируемых волн. uтметим,
что при определении А ЧХ волн во временных окнах, меньших
длительности управляющеro сиrнала, идентичность спектров
сводится к равенству частоты резонанса средней частоте уп
равляющеro сиrнала. .
Это положение необходимо всеrда учитывать при использова
нии линейных частотно модулированных сиrналов.
Желанием поднять уровень высокочастотных управляющих pe
rистрируемых волн и обосновывается применение нелинейных
сиrналов, которые позволяют или компенсировать в определен
ной степени поrлощение волн, или повысить их интенсивность в
требуемой полосе частот. Эффективность применения нелинейных
сиrналов определяется уровнем ослабления волн, который зави
сит от rлубины залеrания отражающих roризонтов, строения
и состава покрывающих их пород.
К настоящему времени накоплен значительный опыт проведе
ния работ, который позволяет сформулировать основные положе
ния по выбору частотных параметров управляющих сиrналов.
Наименьшая частота управляющеro сиrнала {min выбирается
выше собственной частоты применяемых сейсмоприемников не Me
нее чем на 1 2 rц для TOro, чтобы не rенерировать волны,
которые будут ими ослабляться, и чтобы исключить значитель
ные фазовые искажения колебаний, которые возникают в области
частоты резонанса. На этой частоте должны достаточно CTa
бильно и устойчиво работать вибраторы и уровень возбуждаемых
ими низкоскоростных поверхностных волн не должен быть чрез
мерным. Одновременное выполнение этих требований не всеrда
оказывается возможным. Поэтому в каждом конкретном случае,
исходя из характера волновой картины и спектров полезных и
мешающих волн, принимаются решения о выборе минимальной час
тоты управляющеro сиrнала. Например, при интенсивных поверх
ностных волнах целесообразно несколько увеличить минимальную
частоту сиrналов для ослабления помех. Напротив, при развед
ке rлубоких rраниц раздела, отраженные волны от которых обо
rащены низкочастотными составляющими, приходится уменьшать
частоту сиrнала, добиваясь необходимоro ослабления низкочас
тотных помех друrими методическими приемами.
Наибольшая частота управляющеro сиrнала {та. должна быть
ниже среза антиэляйсинroвоro фильтра сейсмостанции, опреде
ляемоro интервалом дискретизации 62,5 rц при l1t == 4 мс,
125 rц при l1t == 2 мс И т.Д., И обеспечивать необходимую
полосу частот управляющеro сиrнала (желательно 2 2,5 октавы)
для получения достаточно разрешенных записей на коррелоrрам
мах. Выполнение последнеro условия также связано с опре
деленными трудностями. Поэтому в отдельных случаях при
ходится идти на некоторое уменьшение полосы частот управ
ляющеro сиrнала. Параметры управляющих сиrналов MOryT быть
выбраны, если задана или определена требуемая разрешающая
способность сейсморазведки. На основании известноro COOT
214
JlоmениЯ, связывающеro разрешающую спОСОЬность и видимую,
i::Реднюю частоту отраженной ВОЛНЫ, можно записать [10, 13]
{ер .. vep/2r, (4.2)
rдe Vep средняя скорость до отражающей rpaНИЦЫ; r разре
mающая способность.
Применительно к вибрационной сейсморазведке {ер может
быть приравнена к средней частоте ЛЧМ сиrнала. Если принята
OJ(тавность (k) управляющеro сиrнала, то из выражения (4.2)
MoryT быть получены начальная и конечные частоты управляюще
ro.сиrнала :
f, 'у..ц.
lDin ... l+k - r< l+k)
и
I .. У ор
,IDU 1+l/k rO+l/k)'
Практикой вибрационной сейсморазведки предложено также
несколько полевых способов определения параметров управляю
щих сиrналов, базирующихся на выполнении определенноro цикла
опытных работ и анализе полученных результатов. На первом
этапе применения вибрационной сейсморазведки широкое приме
вение получили способы, основанные на переборе минимальных и
максимальных значений частот управляющеro сиrнала. При этом
ocm.fJbHble два параметра оставались постоянными. Проводилась,
dk. 'правило, визуальная оценка полученных материалов и выби
ралась полоса частот, в пределах которой получен предпочти
тельный материал. Определенное распространение получил спо
соб узкополосных посылок, при котором в среду посылаются ce
рии сиrналов с меняющимися средними частотами, для которых
6,F/ {ер ... О, 15 0,2. На коррелоrpaммах выделяются одноименные
волны, определяются их истинные амплитуды, по которым cтpo
sтся амплитудно частотные характеристики и выбирается рабо
чий диапазон частот в тех пределах, в которых отраженные
ы имеют достаточную интенсивность. Отметим, что узкопо
лоеные коррелоrpaммы трудны для обработки из-за их очець
Низкой разрешенности и BNCOKOro уровня корреляционноro фона.
Изложенные подходы к выбору частотноro диапазона управ
ляющих сиrналов обладают тем недостатком, что они не учиты
вают особенностей вибрационной сейсморазведки и возможности
насыщения разреза волнами требуемоro частотноro состава. Они
MoryT рассматриваться как способы анализа волновой картины и
Определения тех частот, которые требуют усиления. Более
предпочтительным представляется способ обоснования парамет
ров управляющих сиrналов, основанный на излучении предельно
Возможной широкополосной посылки и последующей корреляции
принятых колебаний с управляющими сиrналами, имеющими раз
ЛИчные начальные и конечные частоты, но первоначальную CKO
215
рость изменения частоты. Исходя из теоретических преДПОСЫЛок
и результатов экспериментальных работ, можно сказать, что
эта операция практически идентична перебору узкополосных
управляющих сиrналов, но более экономична по времени и полу
чению результатов. На коррелоrpaммах выделяются целевые, OT
раженные ВОЛНЫ и проиэводится оценка их уровня в пределах
полосы частот широкополосноro сиrнала, Т.е. усредненных
амплитудНЫХ спектров отраженных волн [25], которые можно
также рассматривать как амплитудно частотные характеристики
среды и системы вибратор rpYHT. По этим данным выбирается
рабочая полоса частот, исходя из требуемых вертикальной раз
решенности записей, rлубины разведки и условий ее проведе
ния.
Если анализ выполнять на различных удалениях от вибрато
ров, то можно определить искажения спектральноro состава
волн, которые имели место при передаче наrpузок, при распро
странении и реrистрации волн. На основании обобщения всех
полученных материалов принимается решение о типе используе
MOro управляющеro сиrнала (линейный или нелинейный). Линей
ные сиrналы чаще Bcero применяют в тех случаях, коrда объек
тами разведки являются rлубокие roризонты, волны от которых
имеют низкочастотный состав, коrда работы ведутся в относи
тельно простых сейсмоrеолоrических условиях и коrда ДOCTa
точны управляющие сиrналы С небольшим частотным диапазоном
(до 50 55 I'ц). Тем не менее и в ЭТИХ условиях обосновано
применение нелинейных сиrналов, которые позволяют' получить
более информативные результаты. В подавляющем числе случаев
нелинейные управляющие сиrналы используют, коrда необходимо
расширить частотный диапазон реrистрируемых волн и повысить
разрешенность записей. Параметры НЛЧМ-сиrналов выбираются на
основе нахождения разумноro соответствия между стремлением к
достижению максимальной разрешенности волн, требуемой rлуби
ной разведки и приемлемыми отношениями сиrнал/помеха.
Подход к выбору параметров нелинейных сиrналов весьма
прост. Определенные по результатам опытных работ амплитудно
частотные характеристики волн в достаточно широких временных
и частотных окнах позволяют рассчитать спектр нелинейноro
управляющеro сиrнала, который наилучшим образом компенсирует
частотные искажения зареrистрированных волн. Спектр TaKoro
сиrнала должен выбираться обратным по отношению к амплитуд
но частотным характеристикам волн, Т.е. находят отношения
максимумов спектров к их уровню в заданных полосах частот.
Полученные величины характеризуют требуемый подъем частот,
что показано на рис. 51. В практической работе не следует
стремиться к выбору управляющих сиrналов, амплитудные спект
ры которых в точности соответствовали бы величинам, обратным
амплитудно частотным характеристикам волн. Это обусловлено
изменчивостью спектров волн, затуханием высокочастотных coc
тавляющих колебаний и друrимИ причинами. Если требуемый
216
J'II'. 51. Схема выбора параметров А
_нейиоro управлиющеro сиrнала
Ао
А,
А 2
{о
{,
{1 f
подъем частот сравнительно невелик (до З 5 раз), то он pea
лен. Если необходимый подъем частот больше, то можно рассчи
тывать лишь на частичную компенсацию поrлощения из за значи-
1'C1IbHOro ослабления высокочастотных составляющих волн и He
JIOзможности насыщения разреза волнами требуемоro частотноro
состава в силу технических трудностей (слишком большие по
времени сиrналы, неустойчивая работа вибраторов, чрезмерный
расход маrнитной ленты и др.). В ЭТИХ условиях достаточно
стремиться к тому, чтобы для серии волн отношение
cиrнал/помеха стремилось к постоянной величине p(п сопst,
при которой появляется возможность восстановления частотных
составляющих колебаний применением обратной фильтрации на
:Jrапе обработки данных [25]. При этом необходимо учитывать
уровень микросейсм и друrих помех в полосе частот управляю
щеro сиrнала.
Очень часто спектры зареrистрированных волн MOryT быть
рассчитаны лишь в не60льших временных интервалах. В этих
случаях оценка уровня поrлощения волн может быть выполнена
,по отношению средней частоты исходноro управляющеro сиrнала
IC частоте максимума А ЧХ волны. Эти отношения также xapaKTe
ризуют необходимый подъем частот. Вид нелинейноro сиrнала
выбирают исходя из технических возможностей имеющеrocя обо-
рудования. На первых этапах применения нелинейных разверток
применялись комбинированные сиrналы, которые не требовали
специальноro оборудования. Им на смен)' пришли функциональные
И cerмeHTHыe нелинейные сиrналы, требующие специальных более
СЛожных систем управления и контроля за работой вибраторов.
Следует отметить, что для обоснованноro выбора параметров
нелинейных сиrналов необходима соответствующая обработка Ma
териалов на вычислительном центре. Проведение ее на стацио
8арных вычислительных центрах потребует значительноro време-
НИ, что задержит проведение полевых работ. Поэтому целес
разно иметь в вибрационных сейсмических партиях полевые BЫ
ЧИслительные центры или устройства для текущеro анализа и
необходимой п рвичной обработки получаемых материалов. Это
ПОЗВолит оптимизировать методику проведения полевых работ с
учетом решаемых задач и сейсмоreoлоrических условий в районе
СЪемки, сэкономит время на обработку материалов и в конечном
217
счете приведет к повышению эффективности вибрационной
сейсморазведки. Целесообразно, чтобьi каждая сейсмопартия ИЛI1
rруппа рядом расположенных сейсмических отрядов имела бы об
рабатывающий центр. Кроме TOro, на этом центре может быть
выполнена корреляция исходных данных, что позволит направ
лять в центр обработки материалов прокоррелированные заПИСI1
и приведет к экономии времени, материалов и Т.д.
Наряду с полевыми способами обоснования и выбора частот
ных параметров управляющих сиrналов предложены более уrлуб
ленные способы решения этой задачи, баЗИРУЮЩllеся на анализе
rеолоro reофизических данных, построении синтетических трасс
и проведении ОПЫТНЫХ работ. Один из них получил название
"адаптируемая вибрационная сейсморазведка" и изложен в под
разд. 4.9.
Важным параметром управляющих сиrналов является их дли
тельность. Вместе со средней частотой они определяют коли
чество посылаемой в среду энерrии, а следовательно, интен
сивность волн, rлубину разведки и помехоустойчивость по OT
ношению к фону микросейсм. Оrраничением длительности являют
ся: стремление к повышению производительности работ, техни
ческие возможности и допустимые объемы данных, которые MOryT
быть восприняты накопителями с сейсмостанции и обрабатываю
ЩИМИ ЭВМ. В большинстве случаев длительность сиrналов не
превышает 20 30 с. Она выбирается на основании опытных pa
бот, по материалам которых строят зависимости амплитуд pe
rистрируемых волн от протяженности развертки. Теоретически
зависимость должна быть прямолинейной. Однако в реальных yc
ловиях (отклонения в синхронности срабатывания вибратора,
неидентичность условий возбуждения и др.) рост амплитуд ВОЛН
может замедляться с увеличением времени излучения сиrналов и
зависимость при обретает криволинейный характер. В этих слу
ча9:Х длительность управляющих сиrналов выбирают в пределах
линейной или caMoro начала нелинейной части кривой А == {(Т).
В последнее время наметилась определенная тенденция в
применении коротких управляющих сиrналов длительностью до
1 1,5 с. Обусловлено это стремлением снизить уровень Koppe
ляционных помех в интервале времен реrистрации целевых волн.
Длительность корреляционной функции равняется удвоенной про
тяженности управляющеro сиrнала. Поэтому для сиrналов дли
тельностью до 20 с их корреляционные функции полностью перс
крывают времена реrистрации целевых отраженных волн, что ec
тественно затрудняет их выделение на фоне помех. Для KOpOT
ких сиrналов этот интервал существенно меньше и может быть
меньше времен прихода отраженных волн от rлубоких roризон
тов, которые имеют минимальную интенсивность. Для компенса-
ции потерь энерrии применяют синхронное накопление воздеЙ
ствий, очень часто по законам дополнительных последователь-
ностей, что позволяет ослабить корреляционные шумы. Напри-
мер, можно использовать последовательности коротких сиrна
218
)lОВ, полярности КОТОрЫХ распределяю я следующим образом: в
перВОЙ серии +, +, +, И ВО второи +, +, -, +. Torдa при
.суммировании прокоррелирова ных сиrналов от каждой серии бу
дr:f получен результат, равныи сложению восьми посылок, но с
уменьшенным уровнем корреляuционных помех. Возможно увеличе
иве числа сиrналов в каждои серии по закону присоединения
дополнителЬНЫХ последовательностей.
При выборе длительности управляющих сиrналов необходимо
также учитывать направление изменения частоты. Ранее было
показано, что при использовании управляющих сиrналов с
уменьшением во времени частоты образуются помехи спутники
в области положительных временных сдвиroв на коррелоrраммах.
Поэтому они MOryT превалировать на фоне малоинтенсивных OT
раженных волн от rлубоких roризонтов. Во избежание этоro
приходится идти на увеличение длительности управляющих сиr
OB с тем, чтобы эти помехи прослеживались за пределами
Областей реrистрации целевых отраженных волн.
В практике вибрационной сейсморазведки основное примене
ине получили управляющие сиrналы постоянной амплитуды, хотя
ее модуляция позволяет расширить спектр возбуждаемых колеба
инй за счет появления комбинационных частот и увеличения ин
тенсивности колебаний в выбранной полосе частот. Опробование
сиrналов с модуляцией амплитуд дали положительные результа
ТЫ, однако из за необходимости снижения уровня возбуждаемых
колебаний этот способ. не получает практическоro применения.
И только в одном случае приходится идти на изменение ампли
туды управляющеro сиrнала. Это делается в начале и конце из
лучения, чтобы снизить уровень корреляционных помех.
При виброимпульсном возбуждении параметры кодоимпульсных
последовательностей (частота следования импульсов и длитель
ность посылки или число импульсов в ней) выбираются исходя
из необходимости обеспечения минимальноro уровня корреля
ЦИОННЫХ шумов и требуемOI'О отношения сиrнал/помеха. Измене
иие частоты следования импульсов практически не влияет на
спектральные характеристики возбуждаемых и реrистрируемых
волн. Как отмечалось ранее, особенностью корреляционных
функций кодовых последовательностей с линейным изменением
частоты является наличие областей с аномально высоким YPOB
ием корреляционных помех. Начало этих зон определяется COOT
Ношением [24]
t и = Tfmin(C l)/(fm.x fmIn)' (4.3)
rдe С кратность частот совмещаемых интервалов между им
пульсами, которая для большинства случаев может быть принята
раВНой 2; Т длительность кодовой последовательности.
Из выражения (4.3) следует, что время t и зависит от дли
Тельности кодовой последовательности, начальной частоты и
разности частот. Подбором этих значений можно обеспечить
ВОЗникновение повышенных корреляционных помех на BpeMe
219
нах, превышающих времена прослеживания целевых отраженных
волн.
Выбор оптимальных кодовых последовательностей, имеющих
минимальные корреляционные помехи, производился на основании
расчета и анализа функций взаимной корреляции, полученных на
основе корреляции распределения последовательности импульсов
с модельным сиrналом, полученным путем свертки функции кода
с заданным по форме начальным импульсом волны [24]. По pe
зультатам моделирования установлено следующее.
1. Нижняя частота посылки не должна быть менее 10 rц.
2. Максимальная частота определяется возможностями источ
ника и не превышает 35 45 rц. Не следует применять очень уз
кополосные развертки с отношением fmax/fmin < 2.
3. Длительность посылки рекомендуется выбирать не менее
6 9 с, что обеспечит величину t и 2 с и уровень корреля
ционных шумов на временах t < t и равный 30 35 дБ. При этих
параметрах число импульсов в посылке N > 130, что позволит
П0 7зо:" Ь выиrрыш по отношению к нереryлярным помехам Р >.
;... 1 == 11 12. Если это окажется недостаточным, то необхо
димо применить синхронное накопление воздействий.
Уровень корреляционных шумов может быть уменьшен, если в
процессе синхронноro накопления последовательностей изменять
их параметры. Записи, полученные от каждой последовательнос
ти на пункте возбуждения, сначала коррелируются с COOТBeT
ствующим кодом распределения импульсов, а затем вычисленные
ВФК складываются, образуя конечную коррелоrрамму. Способ был
опробован на моделях и показал возможность снижения уровня
корреляционных шумов [24]. Однако ero практическая реализа
ция требует специальноro оборудования, расхода материалов
и тщательноro проведения работ.
Дополнительные кодовые последовательности пока широкоro
применения не получили. В перспективе их развития отметим,
что они определяются одним параметром числом импульсов в
каждой серии, которое всеrда четное. Оно выбирается исходя
из необходимости достижения максимально возможноro отноше
ния сиrнал/помеха и возможностей аппаратуры. В тех работах,
которые были выполнены, число импульсов составляло 128 в
каждой серии. Частота следования постоянна и зависит от ис
точника. Как правило, она не цревышает 10 20 rц. При работах
с дополнительными последовательностями важно обеспечить пол
ную амплитудную идентичность положительных и отрицательныХ
импульсов, а также порядок их следования. Опыт показал, что
сбои в аппаратуре и отклонения амплитуд импульсов при водят к
значительному возрастанию фона помех и снижению качества pe
зультирующих материалов.
..4. ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
В НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ
Интерференционные системы вследствие поверхностноro воз
буждения колебаний и относительно BNCOKOro уровня помех иr--
paIOТ в невзрывной сейсморазведке исключительную роль. Поэто
МУ выбору и обоснованию пара метров интерференционных систем
должно уделяться большое внимание. Теория rруппирования oc
eнa достаточно полно в технической литературе и при
jl8ДaHHЫx параметрах волн помех по таблицам, rpафикам и спе
а,вальным проrраммам всеrда можно определить оптимальные
характеристики интерференционных систем [13, 39]. В вибра
ЦВОННQЙ сейсморазведке имеются определенные особенности в
npименении интерференционных систем. О!fИ заключаются в сле
дующем:
. квазиrармоническое возбуждение колебаний позволяет без
Оl1J8ничений пользоваться характеристиками направленности
rpуппирования, рассчитанными для raрмонических колебаний;
при выборе размеров без rpупп следует проверять их на
возможность подавления полезных волн в верхней части изучае
MOro диапазона частот, что может привести к недопустимому
ослаблению и без TOro слабых высокочастотных составляющих
orpaженных волн, поэтому не следует применять особо протя
zеиные базы;
расстояния между сейсмоприемниками в rруппах должны выби
раться меньше тех, при которых MOryT возникать искажения BЫ
сокочастотных составляющих отраженных волн за счет проявле
НИJl зеркальных эффектов;
возможна инверсия фазы возбуждаемых колебаний, что позво
ЛJlет дocrаточно просто реализовать ненуль фазовые интерфе
ренционнwе системы.
Параметры интеРФереНЦИОН!lЫХ систем MOryT быть определены
по следующим простым формулам [52]:
D - AVKmox!fmin,
расстояние между элементами в rpуппе
Ах - Vкшin! (/min+fmax),
число элементов в rруппе
п - D!x+l,
!'Де V Kmax . Vкmin максимальная и минимальная кажущиеся CKO
DOCти волн помех; fmin. {тах минимальная и максимальная
Частоты волн помех или управляющеro сиrнала; А коэффици-
ент, равный единице при равномерных rpуппах и 1,5 при
треyroльных.
Определенные таким образом параметры rруппы обеспечивают
ПОпадание спектральных составляющих волн помех в полосу He
ПРОпускания характеристики направленности. При этом полезные
221
ВОЛНЫ С минимальНЫМИ кажущимися скоростями И максимальными
частотами должны располаrаться в пределах OCHOBHOro максиму
ма характеристики направленности на уровне не ниже чем 0,7.
Для определения допустимой величины базы rруппы можно Поль
зоваться следующим соотношением или соответствующими палет
ками:
D VK О Т Р
В.... 2xl max
V рtнабл
2xl max '
rде Vкoтp минимальная кажущаЯСJl скорость отраженной волны;
Vcp средняя скорость до отражающейся поверхности; tиабл и
х время реrистрации отраженной волны и максимальное pac
стояние от пункта возбуждения.
Из значений D и D принимается минимальное.
g
Пример. Предположим, что вибратор работает в полосе частот 20
120 rц, поверхностные волны имеют кажущиесll скорости 0,3 км/с vw.
I!, 1 км/ с. МИННМ8Jlьнаll кажущаllСII скорость отраженной волны Vw.oтp 20
км/с. в соответствии с приведенными формулами равномерная: rpуппа сейсмо
приемников ДЛII ослабления поверхностных волн должна иметь пара етры
D 1000/20 50, f:J.x 300/140 2 (м), п 2б,
D 20 000/480 42 (М), D > D
g g
и база rpуппы выбираеТСII равной 42 м.. При ее реализации целесообразно
несколько уменьшить шаr между сейсмоприемниками.
Повсеместно в невзрывной сейсморазведке применяют значи
тельное число сейсмоприемников в rpуппе (п 15 20) с He
большим расстоянием между ними, что необходимо для подавле
ния реryлярных волн с низкими кажущимися скоростями и Hepe
ryлярных шумовых помех, а также усреднения условий приема
колебаний. В практике работ наибольшее распространение полу
чили равномерные rpуппы сейсмоприемников, параметры которых
рассчитывают на ослабление волн помех с небольшими кажущими
ся скоростями vw. < 300 400 м/с. Чаще Bcero при меняют линейно
ориентированные rруппы с расстояниями между сейсмоприемника
ми 2,5-3,5 м и базами до 60 80 м, что обеспечивает ослабле
ние поверхностных волн во всей полосе наблюдаемых частот и
исключает появление вертикальных помех. При необходимости
rруппирования большоro числа приборов, в частности вслед
ствие сильноro фона микросейсм и боковых волн, применяют
площадные rpуппы разнообразной конфиryрации, В том числе
составленные из параллельных рядов линейных rрупп со сдвиroм
одноro ряда относительно друroro на расстояние yf:J.x, опреде
ляемое или удобствами орrанизации расстановки, или необходи
мостью подавления волны помехи с vк == YVltmin. При числе при
боров в rруппах больше 1 o 12 используют, как правило, их па
раллельно последовательное соединение.
Треуroльные rруппы широкоro применения не получили из-за
трудности их реализации и требуемоro повышенноro числа сейс
222
моприемников. В ЭТОЙ связи несомненный интерес представляют
аппаратурные разработки, реализующие различные схемы комби
JlllpoBaHHoro rруппирования и позволяющие использовать один
сейсмоприемник в нескольких rруппах С треуroльным или коло
КOJIообразным распределением чувствительности при минимальных
взаимных влияниях.
Для дополнительноro усиления полезных колебаний и ослаб
Jlения реryлярных волн помех при меняют rруппирование источни
ков колебаний, параметры которых рассчитывают на подавление
ВOJIII с ух l000 1500 м/с. Широко используют равномерные и
неравномерные rруппы с расстояниями между точками возбужде
пия 1O 20 м и базами, чаще Bcero равными базам rрупп
сейсмоприемников. Для уменьшения расстояний между точками
возбуждений в rруппах необходимы специальные приемы, так как
ДJlина источника равна 8 9 м. В невзрывной сейсморазведке
весьма просто реализуются составные интерференционные систе
мы, у которых приемники колебаний образуют равномерные, а
источники . треуroльные rруппы. Выше отмечалось, что такие
системы MOryT обеспечить ослабление волн помех до 40 дБ, что
весьма важно, учитывая высокий уровень поверхностных волн.
Практическая реализация разночувствительных rрупп источ
ников колебаний зависит от числа одновременно работающих на
профиле установок. При проведении работ с одним источником в
каждой точке rруппы выполняется различное количество посылок
в соответствии с принятой схемой rруппирования, которые Ha
капливаются в сейсмостанции. При использовании нескольких
излучателей возможны более технолоrичные схемы наблюдений,
позволяющие сократить время отработки физической точки и по
высИть качество получаемых материалов. rруппы источников MO
ryT быть и мноroпозиционными. Однопозиционная rруппа Ta
кая, при которой вибраторы размещены на всей базе интерфе
ренционной системы и отработка пункта возбуждения произво
дится при неизменном их положении. Мноroпозиционная rруппа
такая, при которой источники перемещаются в пределах базы
интерференционной системы в процесс е отработки физической
точки. Последние rруппы предпочтительней,. так как они позво
Ляют создать более эффективные системы с неравномерным pac
пределением чувствительности и небольшими расстояниями между
точками возбуждения при оrраниченном числе источников. MHO
roпозиционное rруппирование получило еще название "динами
ческий режим rруппирования" [7]. Особенностью ero является
ТО, что по мере отработки физической точки увеличивается ба
за rpуппирования и, следовательно, изменяется характеристика
направленности [7], Т.е. для каждой из исследуемых rраниц
МОжет быть подработана своя rруппа источников, а в целом
ДОСТиrнута максимально возможная помехоустойчивость интерфе
реНЦионной системы, которая необходима для выделения волн
от самых rлубоких разведуемых rраниц раздела.
Динамический режим rруппирования позволяет оптимизировать
223
параметры rрупп источников С учетом кажущихся скоростей и
частот отраженных волн и реryлярных помех. Следовательно,
реrистрируя на маrнитную ленту записи с базами rрупп источ
ников, меняющимися от минималЬНЫХ до максимальных, можно по
лучить серию сейсмоrpaмм, каждой из которых будет cooтвeт
ствовать своя характеристика напрщщенности интерференцион
ной системы. Конечная сейсмоrрамма будет получена при Heoд
нородной, трапецеидальной rpуппе источников и будет иметь
значительную область подавления волн. Практическая реализа
ция таких rpупп с отечественными источниками затруднена из
за необходимости MHoroKpaTHblX включений и выключений коробки
передач транспортноro средства. Для линейных rрупп источни
ков С равномерным распределением чувствительности число oт
рабатываемых позиций р определяется из равенства
р .. Пиит! N!
rде Пиит рассчитанное количество элементов интерференцион
ной системы на базе п; N количество rруппируемых источни
ков.
В случае линейных систем с неравномерным распределением
чувствительности число позиций определяется из равенства
р nинr (N 6L/d)
6L1 d '
rде d расстояние (шаr) между элементами интерференционной
системы на базе п, необходимое для получения заданноro OTHO
шения сиrнал!реryлярная помеха; L сдвиr (шаr) между пози
циями, кратный d.
Расстояние между источниками и сдвиr между их позициями
выбирают исходя из необходимости ослабления волн с небольши
ми длинами волн, а общая база rрупп с наибольшими. При
этом целевые отраженные волны не должны попадать в полосу
непропускания rруппы и ею ослабляться.
Вышеприведенное выражение для определения числа позиций
приroдно и для описания мноroпозиционных методик с площадны
ми rруппами, но в этом случае под N следует пони мать число
проекций источников на линию профиля при одной позиции.
Количество воздействий на каждой позиции находят из pa
венства
п Р = п (М!Р,
опт
rде fl.oпт(N) выбранное оптимальное количество накоплений на
каждом пункте возбуждения, зависящее от числа одновременно
работающих установок и уровня нереryлярных помех.
Мноroпозиционные интерференционные системы находят вес
большее распространение и успешно применяются в ряде орrани
заций, обеспечивая получение лучших по качеству материалов.
Для удобства обозначения параметров rрупп источников по
следние представляют кодами, состоящими из пяти цифр:
224
первая цифра количество источников N;
вторая, третья цифры число накопления п;
четвертая цифра число позиций Р;
mrrая цифра коэффициент g - f:J.L/ d, rдe d рассчитанное
расСТОSlНие между источниками на базе п, необходимое для
получения заданноro отношения сиrнал/реryлярная помеха, f:J.L
)lCXодное расстояние между источниками в rpуппе, определен
. вое с учетом d, Р, N.
Например, код 51222 соответствует равномерной rpуппе из
пяти вибраторов, работающих с 12 накоплениями, код 40431 oт
вечает неоднородной rpуппе из четырех вибраторов.
База интерференционной системы источников D в принятых
обозначениях описывается зависимостью D = f:J.L[d(n l)+(n l)].
Степень ослабления реryлярных волн помех интерференционными
системами определяется уровнем характеристики направленности
в полосе непропускания. Особенностью волновых полей в He
взрывной сейсморазведке является то, что помехи характери
зуются широким диапазоном кажущихся длин волн. В ЭТих усло
виях можно roворить лишь об усредненном их подавлении, так
как невозможно рассчитать такие rруппы, которые обеспечили
бы полное подавление всех компонент волн помех. Исключение
может быть достиrнуто при работах на моночастотах, Korдa все
волны, включая и помехи, будут иметь одну частоту. В этом
случае реален расчет rруппы, обеспечивающей очень небольшой
уровень помех на выходе.
Оценки степени подавления помех показали, что однородные
rpуппы позволяют ослабить помехи до 14 15 дБ, анеоднородные
до 22 25 дБ, что при числе rруппируемых элементов п > 10
их количество практически не влияет на величину ослабления
реryлярных помех. Одновременное rpуппирование источников и
приемников колебаний позволяет довести эффект уменьшения
уровня нежелаемых колебаний до 35 40 дБ.
В реальных условиях эффективность подавления реryлярных
помех интерференционными системами оrраничивается рядом He
предвиденных факторов, полный учет которых практически He
Возможен. Это изменение поверхностных условий и рельефа
местности, неточная установка сейсмоприемников и источников
по профилю и их амплитудная и фазовая неидентичности и др.
Вследствие этих причин реальный уровень подавления помех
Меньше теоретическоro, что необходимо учитывать в практичес
кой работе [58]. Тем не менее rруппирование всеrда целесооб
разно, и оно практически повсеместно применяется в невзрыв
ной сейсморазведке. Исключение составляют лишь работы по
картированию мелких roризонтов. Стремление повысить степень
Подавления ВОлн-помех привело к разработке интерференционных
СИстем с н нуль фазовыми характеристиками [28]. Под ними по
Нимаются rруппы источников или приемников колебаний, COCTO
IЦие из элементов равной полярности, что делает характеристи
Ку направленности системы более избирательной и позволяет
15 За.аз N.! 220с
225
изменять фазовые спектры фильтруемых колебаний. Применитель
но к линейным интерференционным системам разработан и опро
бован способ линейно комбинированноro rруппирования, coдep
жащий две rруппы элементов. Их характеристики направленности
рассчитывают таким образом, чтобы они были одинаковыми для
полезных сиrналов и противоположными для волн помех. При
фильтрации колебаний такими rруппами первые будут усиливать
ся, а вторые взаимно поrашаться. Практическая реализация
таких систем может быть различной:
rpуппа сейсмоприемников, у которых как минимум два прибо
ра включены в обратной полярности;
IJ>уппа вибраторов, два из которых имеют сдвиr фаз на
180 ;
rруппа вибраторов, у сти из которых в процессе накопле
ния меняетсй фаза на 180 ;
лабораторное суммирование колебаний с различной поляр
ностью, В том числе и при получении разрезов orT.
Уровень подавления отдельных составляющих помех может дo
стиraть 4 70 дБ, и он зависит от изменения пара метров филь
труемых колебаний, обусловленных различными сейсмическими и
теХНОЛОI1lЧескими факторами. Широкоro применения ненуль
фазовые интерференционные системы пока не получили из за
сложности их практической реализации. Но при использовании
мноroканальных телеметрических систем и переход е на прием
колебаний одиночными и близкорасположенными сейсмоприемника-
ми они MOryT найти применение на стадии обработки материа
лов.
4.5. СИНХРОННОЕ НАКОПЛЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ
Синхронное накопление колебаний очень широко применяется
в наземной невзрывной сейсморазведке с целью ослабления He
реryлярных помех. Реrистрирующая аппаратура позволяет прово
дить достаточно большое число накоплений, однако на практике
оно редко превышает 8 16 из за достаточно быстроro снижения
э4хРекта накапливания с ростом их числа и значительных затрат
времени, особенно при вибрационном возбуждении. Поэтому на
практике при небольшом уровне помех стремятся уменьшать чис
ло накоплений. При работе в режиме накопления колебаний oco
бое внимание следует уделять идентичной, синхронной работе
источников. Обусловлено vэто тем, что при наличии фазовых и
амплитудных расхождении вся система начинает раБОтать как
низкочастотный фильтр, уменьшая интенсивность высокочастот
ных составляющих в спектре отраженных волн, что имеет особое
значение в связи со стремлением обеспечить неискаженную pe
rистрацию высокочастотных составляющих волн. Эти вопросы
рассмотрены в работе [24]. На основе моделирования показано,
что идентичность суммируемых компонент приводит к частотныМ
226
искажениям волн на сейсмоrpaммах и коррелоrpaммах и оrpaни
чеНИЮ их по частоте. Зависимость между спектрами единичноro
в сумиарноro сиrналов определяется соотношением
п
рф .. I Аkехр( 2пfF!:J.tk)'
k 1
rдe f частота колебаний; !:J.t временной разброс между CYM
мируемыми сиrнaлами; п число сиrналов; Ak амплитуда си
налов.
Выражение (4.4) можно рассматривать как амплитудно
частотную характеристику суммирования. На рис. 52 приведены
некоторые из них, рассчитанные для следующих входных пара
метров: среднеквадратичное отклонение разброса времен при
суммировании О"М .. 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 мс И изменение aM
плитуд сиrналов от А k == const до А/ А kшах .. 0,6. Анализ полу
ченных кривых показывает, что при одинаковых амплитудах CYM
мируемых сиrналов увеличение разброса по времени приводит к
сужению полосы пропускания фильтра, которое по уровню 0,7 от
максимума характеризуется величинами
(4.4)
O"!J.t k , МС. . . . . . . . .
Частоты, rц . . . . . . .
2
70 7б
3
4б 53
4
35 41
5
28 30
6
22 26
7
19 21
Наличие временных сдвиroв между суммируемыми колебаниями
приводит также к искажению формы импульсов на сейсмоrраммах
и коррелоrраммах.
Из результатов моделирования следует, что если суммируе
мые колебания имеют одинаковую амплитуду, но сдвинуты по
времени, то интенсивнОСТЬ OCHOBHOro (центральноro) максимума
и ero частота уменьшаются:
O"!:J.t k , мс . . . .. 1
Изменение. амплиту-
ды. во СКОЛЬКО раз 1,02 1,03
1,05 1,08
2
3
4
5
7
Изменение частоты,
rц. . . . . . . .
1,13 1,18
1,20 1,27
1,4 1,27
2,07 2,14
1 2
б 7
8 CJ
При этом наибольшие искажения формы колебаний наблюдаются
при сложении двух сиrналов (rруппирование двух источников).
Таким образом, амплитудная и временная неидентичность
СКЛадываемых колебаний приводят к их искажениям, следствием
Которых ЯВЛЯЮТСя снижение уровня высокочастотных составляю
щих волн и усложнение их формы. Поэтому стремление обеспе
чить возбуждение и реrистрацию волн в области высоких частот
должно быть подкреплено техническим состоянием оборудования
и аппаратуры и соответствующим методическим уровнем работ
(размеры баз, идентичность условий возбуждения и приема KO
nебаний и т.д.).
15*
227
а
')(
5
J(
0,8
0,6
о,ч
0,2
О
50 60 70 80 90 " rц
10
20 30
0,8
0,6
о,ч
0,2
о 10 20 JO чо J"O 60 70 80 90 f, ru.,
Рис. 52. Амnлитудно частотные характеристики суммирования при различных
временных сдвиrах и амплитудах КOJIебаний:
а п 2, Аl А2; б п 2. Al/ А2 0.7; в n 4, А к const;
n - 4. А к / Атак - 0.6; д n - 8. А к - const. Шифр крИВЫх.О-Дt к . мс.
Важным фактором, влияющим на эффективность синхронноro
накопления колебаний, является уровень нереryлярных помех.
Очень часто, особенно при вибрационном возбуждении,интенсив
ность помех может сильно меняться во время проведения наблю
дений. Не исключено возникновение так называемых yparaHHblx
импульсных помех, характеризующихся очень большой интенсив
ностью и сравнительно малыми временами действия. Это застав
ляет применять специальные устройства и приемы для ослабле
ния этих помех, которые предусматривают: обнуление участков
записей, у которых уровень сиrналов npевышает их нормальные
значения или заданный пороr; оrраничение амплитуд волн, пре
228
б
Н
0,8
0,6
0,'1
0,2
Z О 10 20 30 WJ 50 60 70 80 90 " ru,
Jf 1
0,8
0,6
0,'1
0,2
д О 10 20 30 lfO 50 60 70 80 90 " ru,
J{
0,8
0,6
о,ч
0.2
О 30 чО
вышающих установленные значения. tiольшинство современных pe
rистрирующих систем имеют редакторы шумовых и yparaHHblx по
мех. Весьма эффективным является равновесное суммирование,
которое позволяет ослабить требования к амплитудной идентич
ности слаrаемых и обеспечивает их практическое равенство.
Оно реализуется путем умножения каждой выборки на коэффици
ент, обратно пропорциональный средней интенсивности трассы.
К сожалению, отечественные станции пока не оснащены устрой
ствами для реализации разновесноro суммирования данных.
4.6. СИСТЕМЫ НАБЛЮДЕНИЙ
В наземной невзрывной сейсморазведке получили применение
мноroкратные (24, 48 и более) системы наблюдений ОП. KpaT
ность наблюдений, расстояния между пунктами возбуждения при
ема колебаний, наибольшая длина ветви roдоrpафов и друrие
параметры системы определяются задачами работ, rлубиной раз
реза и сейсмоreолоrическими условиями в районе исследований.
Необходимо иметь в виду, что системы повышенной кратности
предпочтительны в невзрывной сейсморазведке в связи с воз
МОжностью дополнительноro ослабления нереryлярных помех.
Кроме тoro, мобильность установок для невзрывноro возбужде
ния колебаний открывает возможности широкоro использования
нестандартных систем наблюдений, проведения работ на криво
линейных профилях, площадных наблюдений с возбуждением волн
на взаимно перпендикулярных и параллельных профилях и друrих
модификаций пространственной сейсморазведки, реализация KO
торых при взрывных способах reнерирования волн затруднена
или невозможна.
В связи с тем, что в области, примыкающей к пункту воз
буждения, поверхностные волны имеют большую интенсивность,
в невзрывной сейсморазведке применяются, как правило, флан
roBNe, а при работе со спаренными и 96 канальными станциями
центральные системы наблюдений с выносными относительно
расстановки сейсмоприемников пунктами возбуждения. Величина
выноса зависит от rлубин залеrания разведуемых roризонтов,
областей реrистрации целевых отражений и поверхностных волн
и их частотноro состава. Величину выноса выбирают на OCHOBa
нии анализа результатов зондирований по изучению полезных и
мешающих колебаний. Как правило, она составляет не менее
200 ЗSО м, в отдельных случаях может доходить до 1000 м. При
этом следует иметь ввиду, что с выносом пункта возбуждения
не удается полностью уйти от поверхностных волн и они всеrда
присутствуют на исходных записях. Поэтому наряду с rруппиро
ванием источников и приемников колебаний и фильтрацией коле
баний целесообразно применение управляющих сиrналов со CMe
щенным вверх диапазоном частот для дальнейшеro ослабления
поверхностных волн.
230
Практика выбора параметров систем наблюдений мноr006разна
и целиком зависит от стоящих задач и сейсмоrеолоrических yc
ловий. Конкретные примеры для отдельных районов приведены
далее. Отметим лишь, что в районах со СЛОЖНЫМИ сейсмолоrи
чески ми условиями и относительно низким качеством первичных
материалов приходится идти на отработку избыточных систем
наблюдений высокой кратности и уже на этапе обработки мате-
риалов выбирать оптимальные области реrистрации целевых OT
ражений и выносы пунктов возбуждения колебаний относитtльно
расстановки сейсмоприемников. В тех случаях, Коrда необходи
мо прослеживать rлубокие и мелкие (t == 0,4 0,6 с) rраницы,
работы ведутся с минималЬНЫМИ (50 lOO м) величинами выноса.
Заканчивая рассмотрение вопросов, связанных с выбором и
обоснованием параметров наблюдений, необходимо отметить, что
методика проведения работ с невзрывными источниками xapaKTe
ризуется массовым применением различных накапливающих сис
тем, направленных на повышение исходных отношений сиrнал/по
меха. Это усложняет ее и делает более rромоздкой по cpaBHe
нию с методикой взрывной сейсморазведки. Для оценки сложнос
ти методики предложен "коэффициент накопления" К
== nf' n2' nз' == КI для импульсной сейсморазведки и К 2 == КI
..fl:;'Ft - для вибрационной, rдe nl, n2, nз и COOТBeTCТBeH
но число rруппируемых источников и приемников колебаний, KO
личество накоплений и кратность ОП, !J.F и Т полоса частот
и длительность управляющеro сиrнала. Коэффициент накопления
имеет определенный физический смысл, отражая степень ослаб-
ления нереryлярных помех и выиrpыш в отношении сиrнал/по
меха, и характеризует степень сложности используемых методи
ческих средств при проведении работ.
4.7. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ НЕВЗРЫВНОЙ
СЕЙСМОРАЗВЕДКИ
Под помехоустойчивостью наземной невзрывной сейсморазвед
ки обычно понимают некоторое число, которое характеризует
степень относительноro ослабления нереryлярных, случайных
помех и которое определяется применяемыми методическими и
техническими приемами и средствами. При оценке помехоустой
Чивости рассмотрим предельно достижимую, или по терминолоrии
В.А.Котельникова "потенциальную помехоустойчивость", и pea
лизуемую на практике. При этом будем исходить из тoro, что
Полезные волны представлены реryлярными сиrналами с постоян
ной амплитудой, а помехи нереryлярными, случайными колеба
"иями, амплитуды которых имеют нулевое математическое ожида
lIIIе и конечную величину дисперсии и среднеквадратическоro
ОТклонения 0". При этом помехи носят аддитивный по отношению
к реryлярным сиrналам характер. Torдa реrистрируемые колеба
231
ния В каждый момент времени MOryT быть представлены в виде
суммы полезноro сиrнала а. и помехи Ь.:
1 I
Х. "" a.+b z "
I 1
для них исходные отношения сиrнал/помеха
Ро - а/Ь.
При накоплении производится синхронное по отношению к pe
ryлярным волнам сложение колебаний. в результате на выходе
суммирующеro устройства будем иметь накопленный сиrнал
п п
Xr. - r.x. - па + r. Ь.,
1 1 i l 1
rде n число накоплений.
Отноше ние сиrн ал/помеха после накопления будет
Pr. .. na /!n ( Ь,) ', (4.5)
i 1 I
п
rде D( r. Ь.) дисперсия помех. Эта величина определяется
i 1 I
статическими свойствами помех. При некоррелированных помехах
дисперсия суммы равна сумме дисперсий и (4.3) преобразуется
к виду
Pr. - nа /! D(b.) '. (4.6)
i 1 1
Если считать, что дисперсц... помех одинакова, то из (4.6)
получается
Pr. .. na/,;;w == .;пРо. (4.7)
в тех случаях, коrда помехи коррелированы между собой,
выиrры ш в от ношении сиrнал/помеха уменьшается:
Pr. "" ..fn /<I+Л) 'Р о , (4.8)
rдe л коэффициент, пропорциональный коэффициенту корреля
ции помех.
При некоррелированных помехах их коэффициент корреляции
равен нулю и (4.8) переходит в (4.7). В тех случаях, коrда
коэффициент корреляции не равен нулю, Pr. определяется Koppe
ляционными свойствами помех. Соотношения (4.7) и (4.8) ЯR
ляются основными для оценки помехоустойчивости всех метод 11
ческих при ем о в , применяемых для повышения отношения
сиrнaл/помеха, основанных на синхронном суммировании реrи
стрируемых волн (rpуппирование, накопление, суммирование по
232
orт и др.). Из них следует, что теоретически ВОЗМОЖНО дости-
зсение любых требуемых значений P-r' в том числе и P-r » 1 при
увеличении числа накоплений. Однако реализация этих вОЗМОЖ
lIостей затруднена вследствие квадратичной зависимости P-r от
числа накоплений. Вследствие этоro для увеличения P-r в _ 3 pa
за нужно Bcero 9 накоплений, а в 9 раз уже 81, что пред
ставляет значительные практические трудности. Поэтому, как
указывалось ранее, число накоплений редко превышает 16 20, а
число rpуппируемых элементов в интерференционных системах
зо зs.
Помехоустойчивость корреляционной обработки может быть
оценена на основе определения энерrетических соотношений
между полезными и мешающими колебаниями (ю.п.Лукашин).
Отношение сиrнал/помеха на выходе коррелятора
I'1:K ... 2У/fIJ; (4.9)
rдe у энерrия реryлярной волны; fIJ спектральная плотность
мощности помех.
Энерrия pery лярной волны
У... А 2 Т/2, (4.10)
rдe А амплитуда колебаний; т длительность управляющеro
сиrнaла.
Спектральная плотность помех связана с их среднеквадра-
тичным значением на входе коррелятора соотношением
fIJO .. a-2IдF. (4.10
Подставляя (4.10) и (4.10 в (4.9), получим
P-rк'" : -/T!!.F' = Ро -/T!!.F,
rде Ро исходное отношение сиrнал/помеха. Это известное co
отношение, которым широко пользуются при оценке помехоустой
Чивости корреляционноro приема и при проведении работ с ви
брационными источниками.
При кодоимпульсном возбуждении выиrрыш в отношении сиr
пал/помеха определяется несколько иным путем. При корреляции
СИrналов с функцией кода коррелятор обеспечивает синфазное
СЛожение реryлярных волн и несинфазное случайных колеба-
Ний. То есть коррелятор работает как накопитель, который
обеспечивает выиrрыш в отношении сиrнал/помеха, равный ..;п;
rдe п число импульсов в последовательности. Тоrда
P-r ... Ро УТ!ср:
l'Дe !ер средняя частота последовательности, определяющая
'Utсло "ударов" в единицу времени; Т длительность посылки.
233
llолученные оценки помехоустойчивости максимальны, так как
они определены при идеальных условиях. Фактическая помехо-
устойчивость невзрывной сейсморазведки оказывается меньшей.
Рассмотрим ее с учетом наиболее широко применяемых методи
ческих приемов. Одновременная работа п! излучателей обеспе-
чивает теоретическое увеличение интенсивности полезных сиr-
налов по отношению к уровню помех в п! раз. В реальных усло-
виях вследствие HeKOТoporo рассоrласования в их работе, He
идентичных условий возбуждения на различных rpYHTax и друrих
факторов выиrpыш становится меньше теоретическоro
В! = (0,8-0,9)п.
rруппа сейсмоприемников равной чувствительности обеспечи
вает р еальный выиrpыш:
В2 = Vп 2/(1+л)
rдe п число rруппируемых элементов; л коэффициент, опре
деляемый степенью коррелированности помех.
В невзрывной сейсморазведке расстояния между сейсмоприем-
никами в rpуппах, как правило, меньше радиуса корреляции не-
реryлярных помех в среднечастотной части сейсмическоro диа
пазона. Вследствие этоro помехи в той или иной степени KOp
релированы между собой. Выиrрыш может быть оценен величи
ной
В2 (0,6-0,8)vn;'.
Выиrpыш при синхронном накоплении посылок оценивается
величиной
В3 = gJп;,
rде пз число накоплений.
Значения коэффициента g определяются сиНхронностью и
амплитудной идентичностью источников, которая зависит от
техническоro состояния источников и LСЛОВИЙ возбуждения KO
лебаний. В среднем g = 0,8 и В = O,8Vth:
Таким образом, результирующее отношение сиrнал/помеха,
определяющее фактическую помехоустойчивость реrистрации ко-
лебаний, может быть оценено величиной Bi = (0,35 0,60)пlX
xVп2пз' для и мпульсно й не взрывной сейсморазведки, B =
= (0,35-0 ,60)п! Vп 2пз!!.FТ ' - для вибрационной и B ' = (0,35-
O,60)пl Vп 2пз{срТ ' для кодоимпульсной.
Полученные соотношения позволяют оценить сравнительную
помехоустойчивость импу льсноro и вибрационноro возбуждений.
Их отношение
I I
B ao
V = -;:тr"71
B ao
I
а о '
а о!"
(4.12)
234
rдe ао и ао амплитуды волн, возбуждаемых при одном воздей
crвии импульсноro и вибрационноro излучателей COOТBeТCТBeH
во.
Из (4.10) следует, что при прочих равных условиях сравни
тельная помехоустойчивость различных модификаций невзрывной
сейсморазведки определяется уровнем возбуждаемых колебаний и
параметрами управляющеro сиrнaлa.
4.8. ОДНОВРЕМЕННАЯ РАБОТА
НЕСКОЛЬКИХ fPУПП ВИБРАТОРОВ
Вибрационная сейсморазведка позволяет орrанизовать такую
технолоrию работ, при которой волны одновременно возбуждают
ся двумя или более разнесенными в пространстве rpуппами виб
раторов и принимаются одной расстановкой сейсмоприемников
[11]. Это позволяет повысить производительность работ и COK
ратить время их выполнения, что особенно важно при простран
ственных и скважинных наблюдениях. Необходимым условием oд
иовременной работы нескольких rpупп вибраторов является сла
бая корреляция возбуждаемых ими колебаний, которая может
быть дocтиrнута в тех случаях, Korдa управляющие сиrналы oт
J1Ичаются друr от друrа направлением изменения частоты, по
лярностью и др. Такие сиrналы получили название ортоroналь
ных. Выделение волн от разных rрупп одновременно работающих
вибраторов производится на основе взаимной корреляции заре
rистрированных суммарных колебаний последовательно с каждым
из управляющих сиrналов. Структура прокоррелированных запи
сей при этом сохраняется обычной и характеризуется наличием
OCНOBHOro и побочных корреляционных максимумов, уровень KO
торых, однако, несколько выше, чем при стандартных работах
за счет дополнительных помех, обусловленных наличием Koppe
ляционных связей между исходными ортоroнальными сиrналами.
Рассмотрим основные положения этой технолоrии и результа
ты ее опробования на моделях и в поле. Предположим, что pa
ботают несколько rрупп вибраторов, управляющие сиrналы KOTO
рых различаются направлением развертки или полярностью. Tor
да суммарный посылаемый в землю сиrнал
n
SL .. LS .(1),
1 '
rдe S .(1) управляющий сиrнал; n число сиrналов, которое
,
в болыпинстве случаев равно 2.
На профиле сейсмоприемники зареrистрируют колебания, KO
торые определяются известным интеrральным уравнением:
а(О .. h(I)*SL(I)+P(I).
235
rдe h(t) распределение коэффициентов отражения; · знак
свертки; p(t) помехи, не связанные с источником.
В результате взаимной корреляции принятых колебаний по
следоват" :10 с "i" и "j" управляющими сиrналами будут полу
чены иr.",У;Iьсные трассы
RaS (т = h(t).rS.(T)+h(t).SL(t).( SP»
1
и
RaS.(T) = h(t).rS.(T)+h(t).SL(t).( Si(t».
J J
rде r S. (т:) и r S. (Т) автокорреляционные функции первоro и
1 J
JТOporo управляющих сиrналов.
Информационную наrpузку несут первые слаrаемые, а вторые
представляют собой корреляционные ШУМЫ помехи, уровень KO
торых определяется корреляционными связями ортоroнальных уп
равляющих сиrналов. от соотношения первоro и BTOporo слаrае
мых зависит возможность раздельноro выделения волн с каждоro
из двух пунктов возбуждения колебаний.
Модельные исследования проводились для оценки абсолютноro
и относительноro уровней корреляционных помех и их зависи
мости от длительности и частотноro диапазона управляющих
сиrналов. Методика расчетов была следующей. Брали два линей
ных управляющих сиrнала с развертками вверх и вниз и склады
вали их. Затем сумма поочередно коррелировалась с каждым из
исходных сиrналов и определялись: уровень OCHOBHOro и побоч
ных максимумов, спектральный состав колебаний в центральной
и краевой частях автокорреляционной функции. Аналоrично oцe
нивались и разнополярные управляющие сиrналы. Расчеты были
выполнены для следующих сиrналов:
F = 12 56 и 56 12 rц, длительностью 2,4 и 6 с COOТBeT
ственно;
F = 12 80 и 80 12 rц, длительностью 2,4 и 6 с;
F = 12 120 и 120 12 ru, длительностью 2,4 и 6 с.
Результаты счета оказались практически идентичными для
всех опробованных управляющих сиrналов. Корреляция встречных
по частоте и по полярности сиrналов дает равномерный по ин
тенсивнОСти и плавно меняющийся по частоте сиrнал без Koppe
ляционноro максимума. К краевым частям корреляционной функ
ции уровень колебаний плавно уменьшается за счет скоса ис-
ходных сиrналов. При корреляции суммы сиrналов с одним из
них функция взаимной корреляции имеет основной максимум,
частота KOТOporo равна средней частоте исходных колебаний, а
амплитуда на 20 25 дБ выше корреляционноro фона. Частота по
бочных максимумов меняется от минимальной к максимальной в
зависимости от направления развертки опорноro, принятоro для
корреляции сиrнала. Результаты корреляции для сиrналов с
частотой 12 80 rц и длительностью 2 с приведены на рис. 53.
236
N
I
Q
:s:
8
00
I
1"1
:s:
:!
"" 0:1
:i
с
:s:
<J
<J
.::: 8
00
N
...F'-
+
N
---=-
:; I
Q
.1
'" :i
<: С
':== :s:
u
.
.
...
:: ....
" = -
?: о....
"':;;."""..: : ;;j
-: :: :-: N
:- =
..
:; .; :s: I
............-::
<J Q
00
:: :s:
:s:
::f :!
. =o:: I о
: :i
......-с _ С
. g. :s:
. о u
..
......-:-
--=-- =---
!-ОО
-< ..о I
0;1"1
..... - ;..
4: ..,
'" ... :i
I'i с
on :s:
u
J I
:s:
....
'"
Т а б л и ц а 10
Значении амплитуд основных и корреляционных максимумов
корреляционной функции
Частота сиrнала, rц Частота сиrнала Значение амплитуды
корреляции, rц
12 56 56--12 2 0,21 Е+11
12 56 + 5б-12 12 S6 2 0,10 E+l2
12 56 + 56 12 56 12 2 0,10 E+l2
Уровень фона
12 80 80 12 2 0,17 Е+ll
12 80 + 80 12 12 80 2 0,99 E+ll
12 80 + 80 12 80 12 2 0,10 Е+12
Уровень фона
12 120 120 12 2 0,13 Е+11
12 120 + 120 12 12 120 2 0,99 E+ll
12 120 + 120 12 120 12 2 0,99 Е+11
0,10 Е+11
Уровень фона
12 S6 5б 12 4 0,31 E+ll
12 S6 + S6 12 12 S6 и 4 0,24 E+l2
56 12 0,25 Е+l1
Уровень фоиа
12 80 80 12 4 0,24 Е+11
12 80 + 80 12 12 80 и 4 0,24 E+l2
80 12
Уровень фона
1И20 120 12 4 0,19 E+l1
12 120 + 120 12 12 120 и 4 0,23 Е+12
120 12 0,23 Е+11
Уровень фона
12 56 56 12 6 0,37 E+l1
12 S6 + S6 12 12 S6 и 6 0,37 Е+12
56 12
Для сиrналов с друrими параметрами получены аналоrичные KOp
релоrраммы. Амплитудные значения основных максимумов и фона
помех для всех опробованных сиrналов приведены в табл. 10.
Рассчитывались также и спектры корреляционных функций в
области OCHOBHOro максимума и по обе стороны от Hero в Окнах
протяженностью 200 мс. Примеры спектров для трех управляющих
сиrналов длительностью по 2 с приведены на рис. 54. Для сиr
налов протяженностью 4 и 6 с спектры были аналоrичными. Из
полученных расчетов следует, что в области OCHOBHOro макси
мума коррелЯЦИОННОЙ функции спектры имеют колоколообразную
форму с максимумом амплитуды на средней частоте управляющеro
сиrнала. Корреляционные шумы имеют широкий спектральный COC
тав, занимающий практически всю полосу частот управляющеro
сиrнала. Эти спектры несимметричны и сдвинуты относительно
средней частоты в большую и меньшую стороны. Полученные час
тотные характеристики помех показывают, что способы их oc
238
А
б
6
а
6
6
а
6
о
а
О
10
40
60
80
100
120!,rц
Рис. 54. Спектры Jl:орреляцнонных ФУНJl:ЦИЙ управляющнх сиrналов:
1 [(l2 S6) + (5б 12)] х (12 80); 2 - [(12 80) + (80 12)] х (12 80); 3
[(12 120) + (120 12)] х (12 120) в областях основных (а) и побочных (6)
максимумов
лабления, основанные на фильтрации каких либо узких частот
ных полос, мало эффективны, что подтверждается на практике.
Результаты выполненноro моделирования показывают, что в ряду
линейных частотно модулированных управляющих сиrналов с пе
рекрывающимися частотами невозможно найти такие, которые
обеспечивали бы уровень корреляционных помех по отношению к
основному максимуму меньший, чем 20+20 дБ. В силу этих при
чин такая технолоrия работ возможна при условии, что целевы
ми являются волны в первых вступлениях МПВ, отчасти ВСП или
если в разрезе присутствуют очень резкие rраницы раздела,
которым соответствуют интенсивные отраженные волны.
Интенсивность перекрестных, корреляционных помех можно
Снизить путем изменения полярности одной из rрупп управляю
Щих сиrналов в процессе накопления сиrналов при отработке
физической точки [11]. Предположим, что две rруппы вибрато
ров одновременно излучают сиrналы с развертками вверх (А) и
вниз (Б). При идентичном возбуждении суммарный сиrнал
8. = А+Б.
В процессе накопления сиrналов полярностью одноro из них,
например Б, меняется на обратный. Тоща излучаемый сиrнал
82 = А Б.
239
Если сложим и вычтем Sl и S2., то получим исходные сиrна
лы А и Б:
А == (Sl+S2.) /2 и Б .. (Sl S2.) /2.
То есть в результате изменения полярности излучаемых сиrна
лов и последующих простых арифметических действий появляется
возможность разделения сиrналов. Однако при ом очень важно
обеспечить амплитудную идентичность reнерируемых волн.
Для оценки результатов модельных исследований были ВЫПОk
нены полевые работы в скважинном (всп) и наземном (оrТ) Ba
риантах на двух ПЛОIЦадях в пределах восточной части Прикас
пийской впадины. При исследованиях ВСП колебания возбужда
лись с двух пунктов возбуждения, расположенных на разных
удалениях от устья скважины. Опробовалось два режима работы
вибраторов: однополярное возбуждение разнонаправленных по
частоте сиrнaлов и возбуждение аналоrичных сиrналов, но с
изменением полярности одноro из них в процессе накопления
колебаний. Наземные наблюдения выполнялись по методике широ
KOro профиля на двух параллельных линиях, обеспечивающей 24
кратное прослеживание rpaницы с шаroм 50 м между пунктами
возбуждения. Протяженность профиля составила 14 км. Для
сравнения получаемых материалов скважинные и наземные работы
б.blJЦl'. продублированы по стандартной методике с возбуждением
ItQJIебаний последовательно с каждоro пункта возбуждения.
Методика всп была следующей. Волны reнерировались с двух
пуfПCтов, удаленных на 100 и 500 м от устья скважины. На каж
дом пункте возбуждения работало по два вибратора. На OCHOBa
нии опытных работ были выбраны упраВЛЯЮIЦие сиrналы с пара
метрами: диапазон частот 14 70 rц и 70 14 rц, длительность
8 с, иакопление по 4 воздействия на точке. При работах с ор-
тоroнальными сиrналами две rpуппы вибраторов запускались oд
новременно и возбуждаемые колебания реrистрировались сейсмо
C'I'IUцией. При работах с изменением полярности после первых
_х воздействий на одном из вибраторов менялась полярность
обратную. Затем эта операция повторялась с изменением по
лярности у друroro вибратора. После каждых двух воздействий
информация с накопителя переписывалась на маrнитную ленту
для послеДуюIЦей обработки материалов. Таким образом, на каж
дой точке получалось три маrнитоrраммы с записями колебаний
в одной и разной полярностях для каждоro пункта возбуждения.
Такая последовательность работ необходима для последующеro
разделения волн с каждоro пункта возбуждения. Прием колеба
ний проводился одноприборным зондом С прижимом В диапазоне
rлубин от устья до 2500 м с maroM 1 О м. В целом был получен
материал xopomero качества. На сейсмоrраммах уверенно BЫдe
ляются волны в первых и последующих вступлениях. Корреляция,
как указывалось ранее, выполнялась дважды, каждый раз со
своим управляющим сиrналом. Обработка проводилась, в целом,
140
'
о
1С
j
; \ с
'; i.
Рис. 55. Монтаж трасс неп с ортоrоналыlмии управлЯЮЩИМИ
СИfНалзми без изменения их полярности
по стандартному rрафу с получением монтаж ей трасс ВСП, спек
тральным анализом волн и Т.д.
Сравнение монтажей ВСП, полученных с ортоroнальными и
стандартными сиrналами (рис. 55 и 56), показало следующее:
в первых вступлениях записи на обоих монтажах практически
идентичны, в области последующих вступлений волновая картина
16ЗакаJ,\""'О' 241
а
о
2с
Рис. 56. Монтаж трасс веп, полученных по стандартной методнке (о) и с
переменной полярностью, и упраВЛJIIOщеrо сиrнала (6)
различна за счет TOro, что на монтажах с ортоroнальными
сиrналами прослеживаются весьма интенсивные оси синфазнос
тей, обусловленные корреляционными шумами со BTOporo пункта
возбуждения. Время появления этих ложных осей различно, но
во всех случаях они прослеживаются за первыми вступлениями.
Спектры этих волн достаточно узкополосны, и они носят ярко
выраженный резонансный характер с частотой максимума 37 и
47 rц в зависимости от направления развертки управляющих
сиrналов. На уровне 0,7 амплитуды ширина максимума равна 4
6 rц. Предпринималась попытка ослабить эти оси режекторным
фильтром, но значительных результатов получено не было.
Изменение полярности возбуждаемых колебаний в процессе
накопления с последующим сложением и вычитанием зареrистри
рованных волн позволило значительно снизить фон корреляцион-
ных помех, что отчетливо видно на монтажах ВСП (рис. 56).
Однако на rлубинах, меньших 1000 м, проявляется небольшой
фон помех. Он обусловлен, очевидно, некоторой неидентич
ностью работы вибраторов и различием в амплитудах возбуждае
мых волн. Сопоставление монтажей ВСП с ближнеro и дальнеro
пунктов возбуждений, полученных по стандартной методике и с
изменением полярности сиrналов, показало их практически пол
ную идентичность. Некоторые небольшие различия MOryT быть
242
li
о
ПВ3
1с
I i 'I!(I)( i\ \ (,\t "j!,\' "/ i (t м: i>;j IJ!:\'II /(\i
'. ',; 1.\ 1" \',; "., ,'( 1\ \ \.' \ \" .
,HJ! }t"\ I {\ \." \ \' ,".:'
'..1,\\ ,\,', " " '.. \ . ..'.'\' \,
'\ .. \\. "'\ '. \' '\\' ( N '\ \\\\
\\\\\,\,.: .,\.. ' .'".\\, ,\\\\,\:'
\\i':: N (:\ "" \ . , ;,\ ,: ,(
\":' "Y ')"\' '{""'\':\ \\ \ /\ . <,
(\ \\"" \1\ ,';\,\\ \:.,\ \\'\ :\\\1
' \ \ '. \ ' \ . .J.I i,'.\\,,\' ,\ .: .\\ ."\
"'.'. ' ;, ".?,\\\\'\ 1 \ \\( '.' ., ;'\1\
\ 1 \ '\ ' 'А\I'1 \ , 1\ '\'\<.' \\' \\\.I\"
00 . I . . t ' , о\.....'\, .1 n.". ,..(
70 \" \"\ ';"': '. c, \ \\'$\ . \' '\'\ ',.'.
\\{.\\. i; \ :\I\ \ Mk \ \ , \ ,' \ '\\/I
,\-.1".'1\, \\ '\"'I\ \ I .1\' \
.\ .\\;I\\! \;i.' }t.J ф( ;\ \,\. .\'
/! ,I,I\\\,'\\'Д7'!/J ,'j'\;\ i\
t \','jf 1,' \УН,'., Ii\ 't- !.Щ\)'.){,\N
"; ;1,\.',1," \ 11 \} [1 f"} }. '! '\; .\
t ../ t). 11 'I1/"II\" 1\'III\ :
',! '/ 1 " 1 "\ , ...;. '. \1 \fl l\ i 1I i I
, ,\ 1" ('Н) f t' I "f
jN\;! !:! /,\lt ' (1IIif 1 i',',,' , A
i\ !.,II'I . f.rl}I/ I;jJ I
... .' . ,NI, ,: , rJ \'II,H :/,! I
fl \ , , 1 l iJ . ( \ ,"М.\.У,- '/- , \ ' ..'.
{. ;" J' '! l' i' t I ,
Н. j ',1 , 11' , I
;, J .1, J " ( 1 . I
, \ ., ,',1,1 i . f 1 'J / \ \ f
'1,.,111' 1/ .' "
t Т.,. :,;j'1 t \.,'.. ,
1.000
(X 500M)
Вызваны целым рядом причин, в том числе направлением раз
вертки, а также появлением помех с уменьшением частоты уп
равляющеro сиrнала при сохранении ero длительности.
Полученные результаты показывают возможность и целесооб
разность проведения работ ВСП одновременно с двух пунктов
возбуждения, что при обеспечении достаточно BblCOKOro качест
ва материалов позволяет существенно повысить производитель
НОСТь работ и сократить время их проведения. При этом Hec
КОлько усложняется методика работ, но это может быть оправ
дано уменьшением расходов на проведение скважинных исследо
ваний и сокращением простоя скважин.
Наземные полевые работы по опробованию ортоroнальных уп
равляющих сиrналов проводились по той же схеме, что и CKBa
Жинные исследования. Сначала опробовались просто ортоroналь
ННе развертки, а затем они же, но с изменением полярности в
Процесс е накопления колебаний на каждой физической точке.
Колебания возбуждались двумя rруппами вибраторов по три в
kCiЖДой. Параметры управляющеro сиrнала: полоса частот 12
60 rц и 60 12 rц, длительность 8 с. Небольшой объем работ
Был выполнен с управляющим сиrналом частотой 16 84 и 84
16*
243
16 rц со средней частотой 50 rц для опробования подавления
корреляционных помех режекторным фильтром на станции. Ha
блюдения выполнялись по методике широкоro профиля orr с pac
стоянием между пунктами возбуждения и приема 50 м, вынос
составлял 200 м, наибольшая длина ветви roдоrрафа 2550 м.
Применялось rруппирование источников и приемников колебаний.
Для получения сопоставимых материалов работы проводили с
одиночным возбуждением и с накапливанием материалов. Об
работка включала раздельную корреляцию с соответствующими
управляющими сиrнaлами, суммирование и вычитание трасс для
разделения волн с разных пунктов возбуждения и построение
временных разрезов по rрафу, принятому в этом реrионе.
Полученные временные разрезы приведены на рис. 57. На них
выделяется серия мелких, средних и rлубоких отражающих roри
зонтов. Подсолевые roризонты прослеживаются в начальной час
ти профиля вне зоны соляноro купола, который четко YCTaHaB
ливается по характеру поведения отражающих площадок и по OT
сутствию реryлярных записей в ero пределах. В целом волно
вые картины на временных разрезах идентичны. Однако качество
материалов, надежность выделения отражений и отношения сиr
нал/помеха несколько выше на разрезах, отработанных по cтaH
дартной методике, чем с ортоroнальными сиrналами (см. рис.
57). Не повысилось качество материалов и при использовании
режекторноro фильтра, что соrласуется с результатами модели
рования. Лучшие результаты получены при использовании opтo
roнальных сиrналов с пере меной полярности в процессе накоп
ления. . Сопоставление соответствующих разрезов показывает,
что они практически идентичны тем, которые получены по CTaH
дартной методике. Этоro и следовало ожидать, так как при по
лучении временных разрезов OrT ПРОИСХQДИТ дополнительное oc
лабление корреляционных помех за счет суммирования данных
с введенными кинематическими поправками.
Проведенные модельные и экспериментальные работы позволя
ют оценить эффективность методики ортоroнальных управляющих
сиrналов. Они показали, что в простых сейсмоrеолоrических
условиях и при достаточности прослеживания волн в первых
вступлениях при наблюдениях ВСП возможна реализация простей
шей методики ортоroнальных сиrналов, предусматривающей изме
нение или направления развертки управляющих сиrналов, или их
полярности. При этом уровень корреляционных помех будет на
(20+25) дБ ниже основных колебаний. При профильных работах
orT фон помех можно несколько уменьшить за счет обработки
материалов. Более эффективна методика работ с изменением по
лярности одноro из управляющих сиrналов в процессе накопле
ния сиrналов на пункте возбуждения. В этом случае возможно
получение материалов практически идентичных тем, которые Ha
блюдаются при работах по стандартной методике, что имеет
важное практическое значение вследствие повышения производи
тельности работ и снижения их стоимости, особенно при рабо
244
, I J , М ' '" I ::I! '"
8. "C);ilN С):!:
. C)5::1!:I: :lID ! iS
::I! "":I:
;1 I + 1._ е
51 '" Ef'C):I: &,.....:1: О
" ;, '" a, J i !I!
i Q, :а N Q,N 8.... S.
!:I :! lId О... Q,..... о U
е i5.:I: Q,N ..... fJ
r: е e ::: &, ::I! =
Wlo U::I!=:P: a.
i l'IIdO:S:i; -i;2c"'>o<
" iOI I:tSi!NSi! :l:a:s:
" :I :I: u...u::I!ut:=
'"
с::
1:)'
$;!
I
..
,
с!
'"
'"
u
..-
::<:
с::
'"
. i..
(,-:', '" . ..'
,.' . : . !' .:. .' ij :',' ':: .
" ? !': ,;( ,(;';!i:!;щ::;; ;,tj,,,,
r I 1;J.1 " "..,. ""', ."'., f;,..
'. т, (, ''t fP '/!!'' '''.\ '-',!H. .y< ;'.; / ;1, & , ,
Ш l UG t ) : r(:\,< tt i , "
; ;{rJ.}!" :--),; \ } . : ;'i'J}»z ;\,lN\\ пi {Й:i,:;, :: Щ' :iN."
("' ?::'. i ) 'H 1;'.))\ ii'хi \l\'l:",\NЩi:\!(\ ( '
!: t,.;. :H, '.; (, 'f\"" 1'! :' . }..;\\) . i };. .: :. ) Щ{ <!,-,,),:
'" "..'11> .,.., ..., '(.i. \f .'1'..,.. (1 )', р <'" J!.''''''','.f.
'" "it.ii'i;Hi' .;.: '<{i':',;! .":",; 1\' l '.} \!' 1 IP 1 1f / ,:,jl >"';';'("1:;
; 1::' l li'J';:'l;J.";:/',;jH :', ;',,'j / j l : J lиS 'fi \.\.',=',; .
:*.: ' j4::"_.'''' ''''I...t' ',", lf' : 'J# l ' ;I"!..I!"";.,!I,...,, "'у '1
; :l JIЧЦt jj;, ;1 ',т l l: !!,Jjll !";:'.'Jf;:ij' t " \ 'i::!.: Ч\:,:N 1f ,{,
.;:'!:'jH:(,f.f н:..; :,н.. ' 1 {:;"I "-i"i"У!ki :ii;, l'i <';.""'(;'H. } )
.,.,;:'/< (,, / ;.; .;r'.: J if' l ' j j": {\,)\ . .,. ';" 'Л;;>i,<,: Ijj},
?;1 3!; " ( '.' j ,Ч!.,:!.::. I' . .\j.lj',ЩJJ '.»'\\;"' ,/"Н'J:}.f.<' .'
":--: ".":' ,) "'l'':.. ,.;'' \ " , !. ;"!"<'o ,\,),,\ "". ",,-
,... -\....'\ .,..,"' ,. ",....; . ' ( ; J "'(\ ';""'I' t ..!\, '''(J)j('J-;.11'
:"" [ '." ',< '. I '.". "'".,,!,. ". "
.," . i " lf l:I,i:, ! ,' !, ,:, [' :;:\ I '! l l;-i" l r{';'j '1)' \ :Нi i/l"\" '! ,!',
."' ) ':"'If,...;, ',1).', \ 1""'\'1"".1 <\I ''''-:'''';>!'':k./J
- '1 ', /1.., " ; '! I ",1 , l' , " >, ". >,ц т .' , . \ " ' .. '
. ' / 1 iI ;:: ".. :' ";' J t'li'. ifl i'",'l!:MI H {" 'i 1:1: ';',1) .
;"1' '.1..;<:;:",., ; I,!;I" :fl\.?:ip,ij{r, ill{lf"-:'.'.') "
1': ill' i '1" '" ," ;'111 ',,',1;,1,:,1 'I'Й:(:, iЧ I ii,";.! :,,1,,"
1';: (\ \\1 " ',':'..''' ',1;\::."'/":1':,1" ".!) "'!!'" ','<,"'''''' CJ
' " : ,{, "',,,,;; "'"",<. "'" -"
:\I,H,.,. сп".,. ...
'"'
'"
...
'"
с::
., ';{ о... ,; ;1..,:/,:;:));:;) '.: \\".. . .' . .
. J'J ,t/; 1 п"... I '{" .....,.' 'О,. '., "
. i ' 1 "/1 t , , I ,. '; .,,, ;'. О, ;, "'. _. '. .
.:':.'J: / },'';/f,.. "-<I ';/ I \I:/>,..:.o., :'.:..'. !.',.-..:. .!<". ';.:>,
. Н'I ( / ". '..',.. ""0,> О". '.' '. , ., I<I .
: ,1 I fj / I/!IJ' ;". ""1': /t"" i "0"'" '.,1"; .', ..... : . . "", \ "
· '!" .1, ?/7..". 'i. >.,. /{.'. '. о. "'" ,.. ',"., .. .... , ....1.."'.
· i \ *\1i:J;Жl{ Жi.Шi ' ;1ii{ i.;lt:,1!;Х:', !'
I.f ({ {{\ , К У \ iiЙ{t}i\ ;}i1: 'Ylil\ 1 !? } ':>;:. :j I \ ;.' '; I ( ' ;' 17 ;\I
!, '""« ", "/1..."." М," ". ': "." ',,, "k",., ",У,. М 1".. ;'.", j
,1 Х,,<,. 'Ч";"'. ,.., .,',,', ......(,. , '"'''''' М'"",,,ос ,;. ",' ,
} · ". :("1,," ". ) "' \\' Н'\\, "0..,., .""',...,..;. ". ,'". ""(j"I.!
. ..'. '("", ""'1 ""R \". , ,. "'i,'" 'т "'" "',"о' ". ' "', Ь.,',
' ,1"1,' ",,;J, f H'1'i1 t':'i'\'! '(':,\ \,Ц,-.\); "';',1 ; ':, ' 'i
I . \ iЩliС!i[.,kR': JА\. ;t > \ <-,;1}< ;Щ, '. ,1\,t.з \:. !{lj , :\ \>
' \ V't . - "_ "";' "' .' '{..},. \. '''f ,-"........:t; . ';.'''.''::"
. . 1: t , ' z . , f. ...t\I:' .k' /;.iii\'\':t'Ч):};'i?;';, .,: ,(\{;;\ .
f. . .'. \. ;11/1"i' N 'Ч"}'-"'.'. )'Jt1": ', \,.! \\"',, » ":"'J"
. -"i, ... ;,i : \' f: .' 'M ;} :r': : !' k"''f: 11 ;;;, , ;',\': ", :. >'.:.. , ;
<с 1 {.p i { . '.."..\, ' !P' ".\>":f:'"\ "",: '.',," ",.. ":. "'. "1' 3
. > 1.. i<''' l t I t' !'-i' \Ы ' \\':: .( ,/t,"}/N/: ; i "\'i\'>"': '."'f:\
. '1 ." ',\",; ')\" >"" \;'-'.\' \'\\','i:, i. \: :"\;"':;1,"'/
-. .. '\..'''''; 1 \ . j<} --)I,.j; .\._.,..,.., " '.' -,...с "1'
.... . '''''..,. У", ". ',,' .' . . '." .' ,,>,....,. '..,
:t ; I I \' ..<\.... ".'C' >I':, l' '.'.;,0' \. '.<:. "',- :'\"
')'/. t;()i r f, ;;J .'i\.:, ,'! .." :',-';/ :;'., '.: '; :>;...:\.»;....
f "ll .' \..Cf ,,1':t_ , .,.. >.'...... 1,..
.. .1 . )....." (: ' / ';. .\".,'.,, . '11' .,.' J ".' ,....1..:.....(
<" J" ""'" ,', ,. 1{' ":-\'.'",.; '..' ,. .',,,.. ,,,' .; '" ',,,
i . t / ) " ;::;' [':ц " .{;. ' , \: 1 \ / " \" 11 \У' , jr I "',; : i'/i::'""'.:i.;';;;j
,. . . <. i .'.. '.'1 .' hl " '1 l' '..' ': \ ',,' .. '.."
. .'ij", :T, .' j :' "/1, ';'\"\1".':'.".:.,.',\,:,
:; f' p " I'i'!' .: 11 " 1': '.. ,! : ''':/' .... \:.:. ; ';I; >: .;.
[ ; ' !, . '. 1, ',",.'. ", 1" '. ..' '1', '."", .'."',: . ;
1'. '!, i' 1,: ... '" '" !:. т",;,,." ": 'i,: . . 1:, .'.
l й. / J 1 ' f; i' ' / :"', ;'! I ' ':;/i',,'f<; 1;1"0,', (.::,'(
, ': : I ( ,., , .. j . 11 i. " 1 ", \1 , , ., ;
Н,( ,j:l.:;.,: 1'1" 'PI,'::,,!, . ' ::.
-" :.,,'1' 1 1 Н { I ::f" : " '\ I I .I'. /: I '\1 ,',
' T \ J \ f :':I I !::;!::r ' i: :, ';. ",.,
t:> . i 1 \ .' I I . " , '. ,
';' "', ;.1 \ ",: i. "'!'. , ..,
.;. ('I'!I "':" c\j
.!\ \I. .. : "
<Q
:r
t-:
.....
"
.....
тах ВСП и пространственных модификациях сейсморазведки.
Однако перспективы развития этой технолоrии не оrpаничи
ваются этими двумя направлениями. Так, в работе [9] указы
вается, что на ее основе возможна орrанизация работ, которая
позволяет изучать всю осадочную толщу от подошвы ЗОНЫ малых
скоростей до поверхности кристаллическоro фундамента в еди
ном цикле работ. А именно: МПВ для' изучения верхней части
разреза (зоны малых скоростей), orт для изучения основной
осадочной толщи и МПВ для картирования поверхности фунда
мента. В работе [9] такая орrанизация работ названа техноло
rией совмещения сейсмических методов (ТССМ). Она предусмат
ривает размещение на профиле трех работающих rрупп вибрато
ров, каждая из КОТОрЫХ возбуждает волны соответствующеro
частотноro состава, направления развертки по частоте, поляр
ности. Критерии выбора: возбуждение волн с параметрами,
обеспечивающими решение поставленных задач, и минимальные
перекрестные корреляционные помехи. Так, например, для изу
чения ЗМС вибратор следует располаrать в пределах расстанов-
ки сейсмоприемников и перемещать вдоль нее, отрабатывая воз
действия заданноro частотноro состава и полярности и обеспе
чивая получение увязанных во взаимных точках систем прямых и
встречных roдоrрафов. Для картирования поверхности фундамен
та rpуппу вибраторов необходимо размещать за пределами pac
становки для получения двусторонней последовательности roдо
rрафов прямых и преломленных волн. Реализация этой техноло
rии повышает требования к фазовой и амплитудной идентичности
возбуждаемых колебаний и усложняет орrанизацию полевых pa
бот. Кроме тoro, для ее широкоro применения необходима спе
циальная аппаратура по управлению работой вибраторов, накоп
лен ию и алreбраическому сложению реrистрируемых волн в поле-
вых условиях, которое необходимо для оценки качества полу
чаемых материалов.
4.9. АДАПТИВНАЯ ВИБРАЦИОННАЯ СЕЙСМОРАЗВЕДКА
Вибрационная сейсморазведка обладает уникальными возмож
ностями по управлению процессом возбуждения волн. Использо-
вание протяженных' во времени и переменных по частоте и амп
литуде управляющих сиrналов позволяет направленно синтезиро
вать такие наrрузки на rpYHT, которые, с одной стороны, в
наибольшей степени отвечали бы решаемым задачам, а с дpy
roй учитывали бы сейсмоrеолоrические условия проведения
работ, требуемую rлубину разведки, искажения и поrлощение
волн в процессе их возбуждения и распространения.
Реализация этих возможностей позволяет повысить эффектив-
ность вибрационной сейсморазведки и подойти к обоснованию и
выбору параметров управляющих сиrналов с позиций решаемых
248
задач и по полученным результатам получить объективную oцeH
ку степени достиrнутоro.
Эти особенности вибрационной сейсморазведки воплощены в
комплексе методических и технических средств, получивших Ha
звание "адаптивная вибрационная сейсморазведка".
По своему содержанию комплекс может быть подразделен на
следующие основные элементы.
1. Обоснование параметров управляющих сиrналов, обеспечи
вающиХ решение поставленных задач. Оно выполняется с учетом
имеющейся reолоro reофизической информации путем составления
модели объекта исследований.
2. Проведение полевых работ, в процессе которых получают
оценки реальных величин поrлощения и искажения реrистрируе
мых волн.
З. Коррекция пара метров управляющих сиrналов с учетом
реальных условий проведения работ, которая производится по
специальному алroритму. Для этоro разработана аппаратура,
которая ведет текущую обработку получаемых данных, анализи
рует спектральный состав реrистрируемых волн, производит
расчет параметров управляющих сиrналов, корректирующих по
rлощение волн, и передает их на пункты возбуждения для OTpa
ботки вибраторами. Коррекция может выполняться MHoroKpaTHo,
на всех стадиях опытных и профильных работ.
4. Оценка полученных данных на основе сопоставления ис
ходных предпосылок и достиrнутых результатов по разрешеннос
ти записей и rлубине разведки. Она про водится путем сопо-
ставления или спектров зареrистрированных и управляющих сиr
налов, или частот максимумов спектров со средними частотами
управляющих сиrналов. При их совпадении можно roворить о
том, что при коррекции сиrналов реализованы все возможности
вибрационной сейсморазведки применительно к выбранным управ
ляющим сиrналам. При этом следует, естественно, учитывать и
качество материалов. Если спектры сиrналов или их максимумы
отличаются от соответствующих значений управляющих сиrналов,
то это указывает на неполную реализацию заложенных возмож
Ностей. Величина расхождения, выраженная в относительных
еДиницах к полосе управляющеro сиrнала или ero средней час
тате может быть той количественной оценкой, которая будет
характеризовать степень реализации возможностей вибрационной
сейсморазведки. Выводы MOryT быть и такие, что при имеющихся
технических средствах и разумных временах управляющих сиrна
лов практически невозможно обеспечить заданную разрешенность
волн и rлубину разведки. Тем не менее эти оценки будут дo
статочно объективными и базироваться на фактических данных.
После изложения основных положений адаптивной вибрацион
Ной сейсморазведки остановимся более подробно на ее элемен
Тах.
1. Обоснование и выбор параметров управляющих сиrналов
Являются важным этапом работ, который аккумулирует Уточнение
249
""
.., ::.
.
-J.. ..
'" ,
, < k1'cr(l) JцL rffi
s; .;' ;:" :..1;;
t-O
'"
p:
:x:
'"
'"
1
.х
"
'\')
<
...
..
"d
1'1 . \
,'.' ' i J '/1.. ,
, "., '"r !r
V " Y I ."I 1 i 1 I I
." '11' 111'111'11 '
I1 tjJi _.'1 '
, ....,-.+.
'"
!-
. Q,) Q,)
't!::J'"
'" ",..
,..J
'+-
'"
"
'"
--'
::J
Q.
. ........
. "ЩW
"' "".". II' l' I 11 .
". '" "1"1' ,о." Y I 'l r ' r ' · 1. I I 1 , '"
)! 11111' pTI \ 1 1 11,' f i ,1
'"
"
"
::J
О
ел
'"
"
.
...
,;1
::J
S
u1
\I'
'.
'"
: ,,' . ' !' , .
15:!'
'
"
s..
...
о
.Е
'"
.0;
VJ
'"
",'
.., ::.:.:::::;.....,.,t:::J:
::. ::::::;:.;:..? .:
....'
v i
'"
!-
о""
...:!
'-Н
...
'"
..,.
'"
, '
. N ; ....,.. -:J.:.i" ,J '<;.. ' ' (1i 11 (! . :
. _1.,. . '. . . '1f'tJfi,.,.;J I :
' .' ,.'. . . ..' . ,О
s\ t:> ., ...... ...,... ...... ."
., ...,....... . .,..,."..... .'.. !1?:S s:>' ...........
.. I 1.. " ,1 , !5 !::>:!'
"1.,,', ,, / ,. i. \OI I, 111\,11"" '
I I ' , ''' , f!f!' ! l t& I 11 . . . . J :t:
" : ""
задач работ и имеющиеся данные по объекту изучения. Он начи
saeтcfl с анализа результатов предыдущих сейсморазведочных
работ. В настоящее время трудно найти районы, rде бы они не
проводились. По этим материалам MOryT быть выделены основные
сейсмические roризоиты, параметры волн, их качество и надеж
иость прослеживания. К ним добавляется друrаSl rеофизическая
информация и, в первую очередь, данные акуС1'ическоro Kapo
тажа. Если их нет, то MOryT быть привлечены материалы элект
рическоro каротажа с последующим пересчетом электрическоro
сопротивления пород в скорости. Основные этапы работ:
выбор объектов поисков или разведки, определение необхо
димой и достаточной разрешенности записей, rлубины разведки,
формул-ировка задач;
обобщение и анализ имеющейся reолоro rеофизической инфор
мации и построение ТОНКОСЛОИСТОй модели среды или, в случае
оrpaниченных данных, нахождение распределения коэффициентов
отражения по всему разрезу или по изучаемой ero части;
построение синтетических сейсмоrpамм или трасс с управ
ляющими сиrналами, различающимися по частоте, и выбор тех из
них, которые обеспечивают решение поставленных задач и MOryT
быть реально применены, исходя из имеющихся технических воз
можностей.
Здесь очень важен учет поrлощения волн и условий передачи
иаrpузок на rpYHT, поскольку эти факторы достаточно сильно
влияют на уровень реrистрируемых колебаний и их частотный
состав.
Опыт вибрационной сейсморазведки показывает, что разре
mающая способность переменная величина, определяемая пара
метрами управляющих сиrналов и rеолоrическими условиями,
rлавным из которых является частотно зависимое поrлощение
волн в верхней и основной частях разреза. То есть в одном и
ТОм же районе можно получить низко , cpeДHe или высокочас
тотные разрезы в зависимости от TOro, какой частоты исполь
зованы управляющие сиrналы. В качестве иллюстрации сказанно
ro выше приведем пример (рис. 58).
По одной из площадей, расположенной в восточной части
Прикаспийской впадины, rде планировались вибросейсмические
работы с задачей прослеживания надсолевых и подсолевых roри
зонтов, были обобщены reолоro rеофизические материалы и с
учетом данных акустическоro каротажа получены распределения
коэффициентов отражения. По ним были рассчитаны синтетичес
кие трассы С тремя управляющими сиrналами со средними часто
тами 20, ЗЗ и 60 rц.
РИс. 58. Модельные трассы. рассчитанные по данным акустическоrо каротажа:
а для управляющих сиrналов С частотами 10 30 rц; б 15 50 rц; 6 15
105 I'ц; J распределение коэффициентов отражения; 2 кривая акусти
ЧескOI'О каротажа; 3 модельные сейсмические трассы
251
Анализ показал, что при частоте 20 rц разрешающая способ
ность составляет 60 70 м, при зз rц ЗО 50 м и при 60 rц
10 25 м. При ЭТОМ толщи значительной мощности отражаются при
всех управляющих сиrналах, а тонкослоистые roризонты можно
разрешить лишь при широкополосных сиrналах со средней часто
той 60 rц. Это и определило выбор управляющеro сиrнала для
работ. Исходя из технических возможностей, для rлубоких,
подсолевых roризонтов был выбран управляющий сиrнал со
средней частотой ЗЗ rц, а для надсолевых roризонтов с час
татой 60 rц.
2. Сложность перехода от расчетных данных к эксперимен
тальным работам заключается в том, что по априорным данным
практически невозможно получить оценки амплитуд реrистрируе
мых волн. Необходимы полевые работы для определения интен
сивности возбуждаемых колебаний и учета их частотно
зависимоro поrлощения.
Поэтому следующим элементом комплекса является проведение
полевых опытных работ. Методика их выполнения изложена pa
нее. При этом априори можно roворить о том, что спектры pe
rистрируемых воли при постоянной скорости развертки управ
ляющих сиrналов будут иметь резонансный характер с максиму
мами амплитуды на частотах, меньших средней частоты управ
ляющеro сиrнала.
В процессе опытных работ получают амплитудно частотные
характеристики целевых отраженных волн для коррекции пара
метров управляющих сиrналов. Анализ целесообразно проводить
как в ближней, так и в дальней зонах от вибратора. По анали
зу сиrналов в ближней зоне, например с плиты вибратора или
рядом с ней, можно учесть искажения сиrналов, которые имеют
место при изменении поверхностных условий (скажем, при пере
ходе с пашни на дороry и др.).
З. По результатам опытных работ проводится коррекция па
раметров управляющих сиrналов, направленная на формирование
заданноro спектральноro состава реrистрируемых волн. Возмож
ны разные подходы, обусловленные задачами работ. В тех слу
чаях, Korдa необходимо повышение rлубины разведки, целесооб
разно соrласование спектров волн со спектральными xapaKTe
ристиками среды и, как правило, увеличение интенсивности
низкочастотных компонент волн. При стремлении повысить раз
решенность записей необходимо максимально возможно расширять
спектры в область высоких частот и насыщать разрез BЫCOKO
частотными волнами.
Критериями достиrнутой коррекции являются изменения формы
спектров реrистрируемых волн или приближение средних частоТ
спектров волн к средним частотам управляющих сиrналов. Kop
рекция параметров управляющих сиrналов производится чаще
Bcero путем изменения скорости развертки частоты, что ведет,
как известно, к изменению уровня энерrии возбуждаемых волн.
Возможен также друroй путь, связанный с изменением уровня
252
..брации или с модуляцией амплитуд управляющих сиrналов бо
лее низкочастотным сиrнaлом. Практическое применение нашел
первый способ, базирующийся на применении нелинейных управ
Л-ЮЩИХ сиrналов.
ПроцеСс коррекции параметров управляющих сиrналов aBTOMa
твзирован на основе специальной системы ("Вибкор"), работаю
щей по следующей схеме.
Вначале производят " калибровочное" воздействие rруппой
вибраторов. Параметры калибровочноro воздействия выбирают
исходя из результатов опытных работ и ero спектр должен быть
достаточно широкополосным.
Зареrистрированные в ближней и дальней от вибраторов зо
&аХ колебания анализируются и определяются спектральные ха-
рактеристики волн. Возможно суммирование для повышения
надежности выделенных сиrналов и отношения СЙf"ал/помеха.
Система обеспечивает широкие возможности по: выбору анали
зируемых колебаний. Это MOryT быть сиrналы с плиты вибратора
или в ближней от Hero зоне, отраженные или преломленные вол
ны в люЮом временном окне и на любых удалениях в пределах
расстановки сейсмоприемников. Анализ можно проводить по виб
роrpзммам и коррелоrраммам.
. Широкий набор сиrналов для анализа позволяет учитывать:
резонансный характер системы плита rрунт, изменение условий
передачи наrрузок и упруrих свойств в rpYHTax на каждом
пункте возбуждения или по профилю; поrлощение волн.
На основании полученных данных система позволяет aBTOMa
тически определить дефект частот и рассчитать по заложенному
алroритму кусочно непрерывный управляющий сиrнал с перемен
ной скоростью развертки, направленный на насыщение разреза
колебаниями требуемоro частотноro состава. Закодированные
параметры управляющеro сиrнала система передает на пункт
возбуждения для последующей отработки rруппой вибраторов.
этот же сиrнал запоминается сейсмостанцией для последующей
корреляционной обработки.
ДЛя функционирования аппаратуры reофизик должен задать
начальное и конечное время окна анализа, номера трасс, час
ТОтный диапазон и длительность свип сиrнала, в пределах KO
торых будет произведена коррекция.
Система допускает мноroразовую коррекцию Б процессе OTpa
ботки профиля при резких изменениях поверхностных или rлу
бинных сейсмоreолоrических условий.
Приведем некоторые примеры использования адаптивной виб
рационной сейсморазведки. Впервые она была опробована при
работах ВСП на одной из rлубоких скважин в пределах Прикас
ПИйской впадины (рис. 59). Задача заключал ась в повышении
разрешенности записей по мелким и rлубоким отражающим roри
зонтам разреза. Калибровочный сиrнал на основании проведен
HOro анализа данных был выбран линейным и достаточно широким
по частоте для этих районов 16 80 rц и длительностью 14 с.
253
2 2
л
НЧМ ВИБКОР
w 700 900 W 700 900
3 ' = I I 3
W 1400.1500 W 1400 7500 100 rLI
I 100 ru, т
ч I I 4
:
Рис. 59. Использование адаптивной вибросейсморазведк:и при работах вел:
1 монтаж трасс (1) и амплитудные спектры прямой (2) и отраженных волн в
интервалах времен O.7 O.9 с (3) и 1 ,4 1.6 с (4) ДЛЯ исходноro ЛЧМ сиr
нала; 1 1 аналоrичное с 1 после коррекции параметров ущ\авляющеrо
сипшла
Спектры зареrистрированных прямой и двух отраженных волн
имеют резонансные, сложные формы. Максимумы спектров наблю
даются на частотах, меньших, чем средняя частота калиБJIOВОЧ
HOro сиrнала. Коррекция была проведена по прямой волне с
подъемом высоких частот. Системой по результатам анализа был
рассчитан корректирующий кусочно непрерЫВIIЫЙ нелинейный сиr
нал и повторены наблюдения. В результате разрешенность волн
на монтаже сейсмотрасс повысилась, что нашло выражение и в
спектрах полученных волн. Особенно расширился спектр прямой
волны, что вполне естественно, так как коррекция выполнялась
по ней. Наряду с этим расширился спектр и по первой и час
254
а
561
о
650
730 561
650
730
0,1
. ...... . ..
..:::..::.:.... - :7. --= .: - .............. --: .
..............:';::::::.::....:.::;;:;.=::.. - ':":...= '""='"_... -
0,5
.. .::"'"'....:;::- -::.:..:- ... . :.. -.
............: .. ....... . ...._- .
. ;::; S =: . .: ==-:.:- :....:.
. ." '--
.... -...;\ -:=: ""; -. .
.....:: ......;,..',.,.". о'. _......."............... ',_". "
", ,'.. . "';': ....:.: ".....-"
.:...... .7 .:.._40..i:. : ::
l,(Ji ;. -;:d :, :;; ..::,.:. ::"=:: : ,:=-;,... '---:::
..... .......,"., ...... :.....-
i::.7.;; ;zE : '.. .-; ;.. .. .
,,'..."'..........: . ,-.....-, . .
: ; ' : . ::.:j. ::.
.......... .. ......
..
.. .=. : ... t...
- '........... .
. ........."'.- ............
. ..;.....:;........................
........... . . ..... . . . .
; ::; . .:::: :....; ... '.: .. . . - :'.
........ ....Jo.......;...-_.. ...."'....-
.,':.: . j lS"
Рис. 60. Временные разрезы, полученные с ЛЧМ (а) и orкорректированным,
НeJ!инейным (6) сиrналами
"t
.I JI '! ., t ш \/',.. I . ur< .,.
I,I \}!/II;J11 . Й 1 U ' . )1J ' { t. /' " i иJ
. 7IM,IN- IJ II,t ,.. .. [' .
Ji!., I'. 71,//. Ji. . яqr ,,:4;!I ;. 1,
'.Ф ,.:. '1'« 1:." l;"f ' ,.) II '1,1." i I , 1,
4 . JPJ . . 4!';fflf } ,J.J;
.'..: /f{!' jN "щ' !Цl1.r. '. «'lf.ЧliJ.f{" 'i.., ,\}.
11х.({iДi lr.1t. . .}t. ( i. r / , 1 . }I; \ !l\;&{ f * l» . t Mit ;
:'-'! Щ .i't.ф;) 9-т i.,.:Jit-.; \ ..A J <I'iJ(i ""1fN,,{,.'J
!Юi .:Ф. Ш НН /CJrp..;';{' } 1 1 .}f.ll //..!1 J >:1
".o: .;..:.;...t)!.J. ' : .'\! 1 l ... ' '\I" r '" ",(",(-\, ,. .... .,
: J)\\ . :VMi\\ , "( } НЩfЦ{; ifj( t t{tt) }:1.1
.A "."! , /. ( .\ r '. . : 11I : {. , ,\f' "" А' \1 1.." \t ' .........
!»' r ':' . I{t *\ i l iJ 1)tt i .f;
flJ' 1' l ji(V';H' I}),' i"'\ "\lJt P.!) \t 'r.4{\(
ti:! JJ \\:JИ !ЫМ \ \i} }:; й{: t t# tt\iI
'<' ;<: ' . ; ,',: ,..f ,l, J, . ;.,\J""<', ) {'<;(o{. ' '}' "
t . J . 5 . :'I I \! I t(\rH . ' ki .. l . ' . УiJ\\({ \ t:1 . # &tV ti i 11-'J
'}' ' 11\. , "1l 11 .1'1'.' l i;'> .!i,...}-'J '(1'\\""'\/..' \\\!!'
1:'Л 1 ,. \ ' .!, \ :) J f :' J 11 i.ш , 11У.{ :; \\ . i\i '.i): 5 . ' -I '«;
,: " \ , ,. i } , ..\,...." 1 ......'"...j' , '\,y.,.....}.}p
';(' I !/:' .;;;.> I I ' '.'. ,/' f:Ю{; :;: t Hi \l.' ,: .;?!: i ). \ .
a:;f.:.::" i i'"."", J ,/t; . 1it\,"':. :'.. ,..1......"":: ;.:..1. .-...I'.\ ,':'/;:f....
П'Р ] !;: ,1 . 1 ':/1 {, ЧУ.'\"! \ . \ '\ I / l -\ 8iх . .}1 '\ I \\\ . "iш.Мt
: :;..: !!\ ,', '( Y\ \' I '. f::..\X\'ij\.\ l!) )'\.(I )
. l 1 !13; ;\ . t f \i:'i;!Й / :\ \ .\'\ ' \ \\X\\;: )( J'i N\\\'}1'
. tl 1;:: ::;I'i!;'N?, \ 1\) !\': ,\\{ \1 ,!!;\: , .)}I!.
: .;1 . l фf;; J I;:j !1j!'-!;ii!i.JI, \ '; , . i \ \ У':; ; \ ЩУi"I'. \ , :i\; \( . 8,
':: <i ,(1,",' ;a I I ' 't) ''''':'' 1 t . \\\.t., \.'J \\ . ' \1 \ '..'k"""(\;
,:".{ ! ,1 ,.",: /'.',/,,11. /(' .'J\<I . -иli!..")."'. .. \;>"' I".
тl B Jf, Щ , !Ю { ::?! . . : Ji 1ь,:, . 1;Щ ill . ! ; ti : 'J
':": ; ! /! .' }'ii; ',' 111'''\\ i"tl \I : "II ',Ч::
.:-:.1 " l r, . " 1 " "" )) ' 1 ' I '\t. "' 1 ' ' 11 '.'
", '::. .. ;: I :, .1:.. ,-': . ! : : . i . t : . "', . , \.'
."; ';, '.и 1 :' ",/' '..,'/ I :' . ' 1 J 1, I ; 1 \1 " ' ; , ' .'.'
) . " . I ' . .: .: /... ;.1' ; : . i / .,' 1! I ,
)1 1 1: , t..; / iЮN .I( !i ! I I I 't! l ; j JJ.'UЩIЩ i:IШ
.r ,'/' '..'. .' 1. 1( 11)..' 1 "'1 ( >
:1 '; 1 11, } li:iH;: f ; i j ';.'ii l '\ !!\;"i \t( ,.l l .
1 . ' i : \ i>:( : i !(!( 1\"\:';(1 .i;
., ",. :/,,.,) ;,' ,!" 'j.t'. \}{:, l' , \..
!' I1 ',':II;I'f! ", 1 : { "' l/ ,!/ll.,:!!1\\i"
! I ( 1 \:,", j'i Щ:;. j.i. \ ' , \\ " J ' ii ' .. { i\ . ' . > .1;. , . ,\' f!
! J 1,' _/, )," t / " ,:1" ", ? " ,..'" , i I H i!
.1 ' 1 " ,.1.;;';'1. ! :1' 1 ' I tl} ФI:',:'. \ I ';1:/'
, ' ,. '1.' l' ( \ '. \ ;. _:"", 1 '.:/
I '. ;I .t)" " ',' ,. .', r 1': ".1 I-H
:/1 i ';. ;"} I 'J: , I: / ' j ' l\!r l :! I (; I ):" ' \.!! \1 11;I / i)J
..\., ".'." 11,.'..11;o,(' >1/" ' /
" /1'. t ,: l' I , '" ; .'.; ,'\l. '}' j
11 ' , 1; ; ! :.t Jif:;:'I!i !i! l \:'H\I I 'P / ! l lii; \ ( ;I;! I I
.11 JI ;).;!'" "., I!.I,I"",/" "" / /1( 1 1 !
" i I ':' 111'l l t :, , :(' 1;: .) :;А;:!Щ ',,:,!i ' J ., i:1 ; I!.. I
.11 't.t, ..\'10,,' ,. ,'} " \.'. ,.
1... J! .,.},.."..;.....'" '1'. ':И'с ..:.:.'.I,'.I'-tJ .,...t.( }I
о. .. ...... (,.,J;... ;,,,..,,,':",".
'" CII
1\)
t'II
!;:)
"'>
17 Заказ 1'<> 2211'
"'::1
'1':"1,' "\\':'" ", (.'
, '. '1 1 . \ j, /,' . l' ', I,f' / .
..(, , ' . /:' 1. \' :..
'! . : 1'1' '\ I '1 1 \ I ,', I f/ "
11",' :', jJtfll),} .'J I '1,,:/1,,"1,
'11' \'" . 1" <. I ,! /,. ,} .'
1 111/ "'.' /i / 'I': 'ilo',,""I( ;1';;:,,,: .\; ,.":,i't",'" ;'
4 I 1). ' / 1 ..Ц', \ '. " I ,'\,: .'" I 1; ,." I '.' /} {, , \ l'
" I "' lr/ ' '; 1', ; ": ' :'/;" : / :/, : , ';I' I '"!,,.I'!,',. ' , ' , / 0'",
l' " ' ,., " / ' ", . ,. ,
. , 111 ' //1, (',' ,'1 \/ .,1 I '11 '1;' 1.1) I :f,,',
. 1 :'1 I/f./ ,"I"( .,,;, .' ',;f":f";'''; ,\, : ,;' I
'! 1 . , 1 '/,!,' ';, !'.. -i/' !".' 1, ",/ :\' '1.",'1 ,', ;'
,;., .It( , r ' ,"/' " , :.'1/ i" ..1,';/ .,;i'., :'1, ',;:"" ..'
! ,. ,,/ " :' /,: " 1/,1 L ,\)1, \ .. ." I
V, ' .,'" ." , 1 '/;" '/'" 11' J.' ,',
' " . , ,11 ' 1 ',. '1, ) '., '" . I 1,
) , . ,11 ..11' '11 1.. '" I ....( 1, ,,1
i 1'.l'\',:;,,::,I:;$t,I'(.', ,',' 'lj\",\'",I' " '"
!::I / /:,,' .' '" . } " r ": ',,1 '.)"1 ',' \ \, "
,! ' ( I "'/' I " ,j, 1,' .' ", ,"" ,..' l' I
' .'.,;,' '(/' ) ')/. ;" I".'\....,r...., ,'
,i1 ., ('.I'.. '(I \ ' 1\"/ 'J:;" " ,II'I I 1"1 ( 't ,:
' \ ,\, \ ,,1\, l' \. ,\A},',J .Jt,'t ";'H ... \\:", ....'
: .\ "//1, \ :{' ,,' :."1 "., II J( I ('I'\\ ,.\ ,' ,1
\:1' I \\\ ,,!' 1 t :: J " I ", i':' i \' '.'1' , I : 1, \ \ ' \
.JJ' ' \ \1, .....i..'J( ' / ( '};,,'<\',;.,(:. \\' I.:, "1.
'1",.'", ,\ " 1..' , ' "" """:',,';, ,: ',' t ,.;'/ j\
l' : ,"1',. 1,1 " 1 '\1 \\' " )', :(,' ,,', ..," \
' 1 : 1 1 1 '1 \ ' ' : !). \ :' ',\.i:..:.' :...:1:)';,: {'. '".', :' ':
" \'. , . I \, , ", '., i\\1 1 ,':.:\'..__ I , ,\! " i ,
:,' ;! I \ 1 [11\:" I':\\':""i \ : :' "'; \:/",\\.'.:.'-:,',..,.I . '
. f ' { ' \ ' / ' , "нУ. .;. \ ( l' '\ ";:'" \ ,., ,
\ 11" , '". '-, I . ,\t""'..: I \ ' 1 \ I "
! \ L 111f t ' ,' ,'; ',:.. 'J. ' I .'
! I ' I\ \. I I/"".'\'\'I,f'}!'\'f ' \ ' \\\' .
" \ i '1, '(1/.:,< \ \ :,< '\ ',',' ,:,' ", '
1,' , 1 1 ' (,1 / ,'. '\ \ \"!.\" . ','. , , \
,:' ,1 1; ' ( " '\' " \, "\ ' { ':" ',\' .) , .-, ' ,
". , , '1 I I \ I l ' \ 1, i " I ,
;:::' H . : 1; ! :..,.', 1:' \ \\ ,\ ' I:,'..'f":.\I':j > :, \' ,
. ! " . 1 \11 'н l ' 1, i "\1 \, '" ,. ,,' .\" , '
j'j' .i, I ; 1 . "1.' "1,, l' I '. '1.:' \ \ ', \
';' , : \ " , ' " 1 1 ': " 1 '1 ' 1 "" '1'." ".'.' I \ " \' "
,1 ) ' 1 I I I L 111 .. " \ I ,
,! "о' ,,1, 1. / , """'! '1" ,;1:, ,',",,1.;,'\ "
,.!:;': i" ( !:':!:"': ;/,.1; l,r , .;'\::/'1',1,',). (...'
1 1, ,,' ! "1 /1 ' 111 :, ')'\' ", I I1
. '(,/' / :' ) ' , j ;!' I ' ' / '1' , ч I( . \; ' / 1: \:: '\ i';!' "
,.; (/ 1/,:':;1:</;\ ,' j \' I ,i\; ,';;' ')(;t\/','
1 1 : . I i 1:, 1 /', :11 1 '. f i 1 1 '1 / ' ' 1 1 :1 /
.',; ,, / .!: ,/" :," '1 'i' 1 , , ',' ,; !
1 ,,11' '1 I 1'1' 11 I II ! I ,',,,1;',11
/ ' ' , '( ' 1 ,1,1' / 1 1",,',' 1,' 1. , 1
:11 J: /, !',)" !,'и '; / : / '1,.'. "" f " '1;" ',: I l'
." I ' f r'l !,;",!{, 'i:' / /'/" 1\ ,", 1\,
11" " 1 ' "1 ,i 1 ", ; ( i ) .' /' ' \t " '1, I
." 1 11,'1' "1 :: f , I t "" .' I l '
. " , I ,: ;1; '1",',' , :" . 1 " ; " ! I : l' \, \
. I '" '\"1 ' ' 11 ' l' : 1, " "i ' 111
! ' I 1 '1 ) 1" i J I ( '.' 'i: , " ) " 1\ \ ' I .':i' " {\: ;'j\ ':, ; 1.' \';
, 1, " , " I ' 1 ' " / :' I I
' 11 ' 1 I '1, 11 1 I ,
: I 11: 11' ,,' "111 ' 11' ,, ,,' : ",' I
: 1, 1/;' / :;,1": / '1/1' 1 ' / '. ,:,k:,!:'I;':\':I' I ' 1 ;;II I \' , 'I
!i J !, iJ" i i ,;:1 r [/ 'l:i!I: 'I;il: р', J\ i "1
111 \ 11,,""1.',. ,11':'1' ..,I..Ч ! ,; :
1,1: i :! .,:/i( .', Ц ,',.:/' ,1 ;'1.', " I;, :
"" с-. 1'1)
cij
'"
с::.
11:
I
11:
...
(ё)
.....
:I!
:а
=
'11:
11:
:I!
:а
=
15
ra
8-
Ш
11:
.....
<::j
:r
t::
...
ер
:а
=
=
о)
:1'
...
а
с:
i
'"
8-
r::>.
о)
:!I
=
=
о)
:I!
8-
a:I
\Q
.;
11:
j:I.
g
; ff:J4f
; , I f f / . . ft: I
с:аСО а... .... ...... .
о;те.... ::. ..:. . .......
....t-' "'IIO. " ...
....c.I .. - '" -.... 11
со.......= 1.:Iц.
: f i l . i i 1 f !
... .. ,""-I
! r "'i i
f - ... . f · 1.
со::; ..... 6. &
Ii> N _ 1 =--. (
с с 1 : а .. :
li\ а.. ... ..... .А
сос»
СО!)
СО-C.I
cl.C>
СО)
IQC\I
с:>CI
",cn
U')C-J
N'-"
ссClO
Ll')C\J
N....
t--CIO
1l'>N
...t--
c,c-t--
Ll)N
...С\\
C/)-t--
Ll)CN
""CIO
q-tQ
....C\J
...& ,.
.&
2
"-'
.....
.tt
.....
....
.. ...
...
'"
о<:>
""
....
:r
L.
11
!.I..
C\J
L..
L&:'
о
о)
=
:IJ
:и
=
15
111
8-
1:1
s:!
:s:
""
:IJ
:а
=
':!:
о)
=
:s:
о;
u
о)
:!I
=
=
о)
:1'
»
о;
о
==
1:1
=!"
L.
ч:
:!I
=
а
111
:!I
о)
==
u
""
:<:
......
.....
""
111
О
...
о)
с.
с.
><
:;;
:1:
=
о)
:IJ
0)10
""
:<:
:IJ
:1: '"
о) :а
i:
a
e:IJ
.:;;
,
.0)
U :1:
:<: :s:
cl.
1:::1
1<)
1:)
CII
тично ПО второй отраженным волнам. Полностью восстановить
частотный состав отраженных волн не удалось из за поrлощения
вЫсокочастотных составляющих. Для насыщения разреза, очевид
во, необходимы управляющие сиrналы с друrими параметрами и
большей длительности, Т.е. возможны такие ситуации, при KO
торых расширение спектров волн будет или незначительным, или
ero не будет совсем. ЭТО может иметь место при разведке на
БОльшие rлубины, в районах с сильным поrлощением волн или
при недостаточной мощности вибраторов.
Следующий пример показывает возможности коррекции пара
метров спектров при наземных работах. На рис. 60 приведено
два временных разреза, которые были получены с линейным и
откорректировcшны.м. нелинейным управляющим сиrналом. KoppeK
ция проводилась с целью повышения разрешенности волн. Поэто
му система рассчитала нелинейный управляющий сиrнал с поД'Ье
мом по высоким частотам. КJIOме TOro, была увеличена верхняя
частота развертки. В результате повысилась разрешенность за
писей, особенно на временах 2,5 2,8 с. По более rлубоким ro
ризонтам наряду с увеличением разрешенности наблюдается сни
жение качества отражений вследствие ухудшения соотношения
сиrнал/ помеха.
На рис. 61 показаны результаты применения адаптивной
сейсморазведки в условиях соляно купольной тектоники. В дaH
ном случае стояла задача получения кондиционноro материала
во всем временном диапазоне разведки и улучшения прослежива
ния и разрешенности rлубинных roризонтов.
Принимая во внимание значительные rлубины залеrания целе
вых roризонтов, полосу частот управляющеro сиrнала выбрали
равной 12 62 rц. Адаптация и применение системы "Вибкор"
ПОзволили повысить разрешенность записей и улучшить просле
живаемость практически всех выделяемых roризонтов.
На рис. 62 приведен фраrмент данноro разреза, иллюстри-
рующий весьма наrлядно повышение разрешенности записей, воз
можность выделения более тонких элементов волновоro поля и
расширения спектра зареrистрированных волн на просуммирован
ных записях. Спектры колебаний, полученные при линейной раз
вертке, имели максимум на частоте 15 17 rц, а на нелинейной
25 ЗО rц, что eCЬMa близко к средней частоте управляющеro
сиrнала. Это свидетельствует о том, ЧТО в рамках применяемо
ro управляющеro сиrнала удалось в значительной степени KOM
пенсировать искажения частотноro состава волн.
Таким образом, полученные результаты достаточно убеди
тельно показали, что принципы, заложенные в адаптивной виб
рационной сейсморазведке, позволяют активно управлять спект
рами реrистрируемых волн и повышать качество получаемых Ma
териалов. Конечно) возможности ее не беспредельны, но в каж
дом районе спектры можно реально оценить.
17*
4.10. ОПРЕДEJШНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК
ОРИ РАБОТАХ С нЕв3рынъIмии ИСТОЧНИКАМИ
в наземной невзрывной сейсморазведке практическое приме
нение получили два способа определения статических поправок.
Первый способ, получивший наибольшее распространение, OCHO
ван на изучении параметров самой верхней части разреза (ЗМС)
по временам прихода преломленных волн, зареrистрнрованных на
KOpoткitx отрезках профилей протяженностью 100 200 м. Он pea
лизуется путем возбуждения колебаний излучателем по краям
неравномерной расстановки сейсмоприемников. При простом
строении ЗМС достаточно отработки двух встречных пунктов
возбуждеНШI колебаний. Возможно усложнение системы наблюде
юtй за счет воз6уждения колебаний с выносных пунктов возбуж
дения. ПЛотность расположения зондирований определяется
строением района и рельефом земной поверхности и в среднем
составляет одну точку на километр профиля. Методика выполне
ния этнх работ, способы обработки получаемых материалов дoc
таточно детально разработаны и известны [13). Достоинствами
первоro способа являются простота и высокая производитель
ность работ, возможность повышения точности определения cтa
тических поправок путем усложнения системы наблюдений и YBe
личенЮI числа зондирований на километр профиля. К ero Heдo
статкам следует отнести необходимость проведения дополни
тельных наблюдений на профиле, снижение точности результатов
при сложном строении ЗМС, а также значительные трудности в
получении оценок статических поправок при использовании ви
брационных ИСТОЧНИКОВ колебаний. Обусловлены они относитель
но высокой интенсивностью корреляционных и шумовых помех от
работающих вибраторов, на фоне которых преломленные волны
выделяются неуверенно. Опыт работ с вибраторами свидетель
ствует о том, что первые вступления удается, как правило,
качественно проследить при мощности ЗМС, не превышающей 4 5
м [24). По мере ее увеличенЮI наблюдается расширение веера
ннзкоскоростных волн помех. Так, например, уже прн зоне МОЩ
ностью Н... 12+13 м поверхностные волны с максимальными кажу
щимися скоростями практически примыкают к первым вступлени-
ям. Они отличаются повьппенной интенсивностью и формируют при
корреляционной обработке высокоамплитудный корреляционный
фон, затрудняющий прослеживанне первых вступлений.
При ООльшей мощности ЗМС точность определения поправок
оказывается недостаточной. В силу этих причин в отечествен
ной практике при работах с вибраторами, как правило, или ис
пользуются данные взрывной сейсмиКи по ЗМС, или проводятся
специальные ИCCJIедования с импульсными источниками.
Второй способ определения статических поправок базируется
на использовании времен прихода преломленных волн, прослежи-
ваемых в первых вступлениях на сейсмоrpаммах ОП. При частом
следовании пунктов возбуждения и приемлемом качестве матери
260
aJlOB объем данных позволяет определить значения to для He
rлубоких преломляющих rpaниц раздела. Эти значения и исполь
зyv:yr для расчета априорных статических поправок. Достоин
CJ'IIOM этоro способа является возможность определения пока
вальных статических поправок без проведения каких либо дo
nOJlНительных работ, а недостатком необходимость прослежи
аания в первых вступлениях преломленных волн, которые бы
достаточно уверенно коррелировались от пикета к пнкету и
вмели бы области прослеживания большие, чем расстояния между
JI}'кктами возбуждения. Этот способ учета неоднородностей
верхней части разреза получил определенное применение: раз
работан ряд проrраммных комплексов [3,52], позволяющих aBTO
матизировать KY данных и получать оценки uстатических
поправок, точность pыx С учетом их последующеи ко рекции
по известным алroритмам оказывается вполне достаточнои.
В качестве примера приведем краткое описание комплекса
ТАТРР, позволяющеro достаточно технолоrично получать оценки
статических поправок по временам прихода преломленных волн,
прослеживаемых на сейсмоrpаммах MorT [3].. Процесс расчета
поправок разделяется на три этапа.
1. Автоматическое прослеживание осей синфазностей, peдaK
тирование данных и определение кинематических характеристик
преломленных волн, которое реализуется по сейсмоrpаммам paB
ных удалений или ОПВ.
2. Расчет скоростной модели верхней части разреза (ВЧР),
исходя из тoro, что в первых вступлениях прослежены рефраrи
рованные или roловные волны. Материалы невзрывной сейсмораз
ведки обрабатываются с использованием кинематики roловных
волн в связи с тем, что, как правило, используются выносные
системы наблюдений, исключающие возможность восстановления
скоростной кривой из за отсутствия данных у пунктов возбуж
дения. В результате получают оценки значений эффективной
скорости, которые пересчитываются в средние скорости.
3. Расчет статических поправок в предположении двухслой
HOro строения ЗМС в соответствии с формулой
icт(x) _ R(х)+Нпр(Х) + Н л П НПD(Х)
vcp(x) vr(x)k'
rдe R (Х) расстояние между rлубиной залеrания преломляющей
rpаницы Нпр(Х) и линией приведения Нл.п; УС(Х) rраничная
скорость и k коэффициент пересчета rраничной скорости
в среднюю, равный 0,8+0,9.
Опробование этоro комплекса на вибросейсмических материа
лах дало неплохие результаты, и он применяется в ряде произ
ВОДственных орrанизаций. Тем не менее следует отметить
объективные трудности использования времен прихода прелом
ленных волн в первых вступлениях для расчета статических по
правок. Они связаны с невысоким качеством материалов из за
Применения достаточно мощных интерференционных систем при
261
приеме и возбуждении колебаний, параметры КОТОРЫХ не рассчи
таны на неискаженную реrистрацию относительно низкоскорост
ных преломленных волн, недостаточной, в ряде случаев, разре
шенности записей, а также шумами преобразования и помехами
от работающих вибраторов. Кроме тoro, необходимо учитывать
то, что полученные данные MorYT соответствовать более rлубо
ким rраницам, чем поверхность коренных пород, к которой при
урочена подошва ЗМС. Тем не менее этот способ в сочетании с
изучением зоны малых скоростей в отдельных точках профилей
имеет определенные перспективы, так как не требует дополни
тельных затрат времени на производство полевых работ, а при
переходе на сверхмноroканальные реrистрирующие системы и OT
казе от rруппирования сейсмоприемников и источников повысит
ся качество прослеживания волн в первых вступлениях.
В зарубежной практике изучение верхней части разреза, в
том числе для определения статических поправок, в ряде слу
чаев производится методами отраженных или преломленных волн
с использованием кодоимпульсных источников.
Вся система, включающая возбуждение и реrистрацию колеба
ний, получила название Minie Sosie [52] и основана на воз
буждении случайной последовательности импульсов, число KOTO
рых на одну сейсмоrрамму доходит до 3000 и более. Малая
энерrия воздействий и корреляционное накопление импульсов
обеспечивают достаточно хорошую разрешенность записей и дo
пустимый уровень шумов преобразований. В отечественной прак
тике этот способ не получил применения.
4.10.1. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ
ПОПРАВОК ПО ЗОНДИРОВАНИЯМ МПВ
Точность определения статических поправок по временам
прихода преломленных волн от мелкой rpаницы раздела при их
поверхностном возбуждении зависит от строения ЗМС, TpaeKTO
рии распространения колебаний и параметров системы наблюде
ний.
Рассмотрим структуру поrрешностей статических поправок
при rлубинном и поверхностном возбуждении. При наземном воз
буждении выражение для статических поправок будет следую
щим:
Ihol s 6.hs Ihоlп
tст(х)нив == + + +
УОв У\В Уоп v\п'
rде I I s и I I п мощности зоны малых скоростей в точках
возбуждения и приема колебаний; 6.hs и 6h" rлубины по Bep
тикали от подошвы ЗМС дО линии приведения времен в точках
возбуждения и приема; Vo и Vl скорости В ЗМС и в подсти
лающих. породах.
262
6.h"
При взрывном возбуждении колебаний на подошве ЗМС стати
ческие поправки будут определяться следующим соотношением:
6h B Ihol n 6h n
tcт(X)BB
+ +
VIB УО n Vln
Тоrда очевидно, что tCT(X) нив t cT (X)BB+6to(x), rде 6toX
х(х) время пробеrа В..Qлны в ЗМС.
Оценка величины tcт(x) всеrда отличается от истинной Be
лИЧИНЫ tCT(X) за счет ошибок в определении значений парамет
ров.
При возбуждении на поверхности, по сравнению со взрывом в
скважине, внося1's5J дополнительные поrрешности определения
tcт(x) за счет налlщия в исходных результатах слаrаемоro,
связанноro с дополнительным пробеroм луча в ЗМС.
При rруппировании пунктов возбуждения и приема колебаний
происходит усреднение условий, что уменьшает разброс стати
ческих поправок, вызванных неоднородностями в верхней части
ЗМС. В "невзрывной" сейсморазведке для повышения отношения
сиrнал/помеха применяются системы наблюдений с большим, чем
при взрывах ВВ, количеством rруппируемых элементов при воз
буждении и приеме колебаний. Это уменьшает разброс статичес
ких сдвиroв, вызванный нал:ичием слаraемоro 6to(X).
Оценим относительные величины разброса статических попра
вок, возникающие при работах с поверхностными излучателями в
сопоставлении со взрывами ВВ в скважинах.
Будем считать, что sычисленные исходные оценки статичес
ких поправок одинаковы:
't;,т(х)нив == kT(X)BB.
Поrрешность статическоro сдвиrа равна
л
у(х) == tCT(X) tCT(X).
После ввода первоначальных поправок статические поправки яв
Ляются случайными величинами, описываемыми статистическими
характеристиками.
Значения у(х) не коррелированы по профилю (оси Х) и пред
ставляют собой остаточный временной сдвиr волн, зареrистри
рованных при rруппировании точек возбуждения и приема коле
баний. В свою очередь величину V(X) можно представить в виде
суммы:
у(х) == у' (х)+оу(х),
rде у' (Х) поrрешность статическоro сдвиrа, вызванная нали
чием неоднородностей в ЗМС в точке возбуждения или приема;
оу(х) некоторая неучтенная компонента, имеющая случайный
характер, возникающая в точке возбуждения или приема. Будем
СЧитать, что математическое ожидание величин у' (Х) и оу(х)
равно нулю.
263
Если при применении взрывов ВВ В скважине применяется
rpуппирование "k" СКважин и "[" сейсмоприемников, а при pa
боте с НИВ "т" точек возбуждения и "п" сейсмоприемников на
канал (индекс Х опустим для упрощения), то с учетом ycpeдHe
ния условий возбуждения и приема можно получить оценки по
rpeшностей определения статических поправок для взрывноro
(Vви) и невзрывноro (iiнив) возбуждений:
B ... + L 1IЙв + + LvВB + + L vIlB,
k 1 1
л 1 L в 1 ..I!. 1 L п 1 L п
Vнив .. m VйИВ + m "Нив + п УНив + 7 УНив.
т п п
Предполаrая, что все значения компонент некоррелированы,
найдем дисперсии D [VвB] и D [VНив] :
n I n
D[Vви] ... ViB ... kfh + -ш+ + kzlio-,
I n , п
D [ iiнив ] .. Wmи .. k...li.и.в. + k.ll.1Аи.в. + k.п.li.и.в. + k.п.li.и.в.
т т п п'
rдe 10"' 12 И 10"11 12 дисперсии величин v и v соответственно.
Оценим теперь отношение среднеквадратических отклонений этих
величин:
I 11 I 11
1) :-jDнив' ... [ Ш I Аин ; k АИН 71 + k ! Аи : + Ш ! Аин ] 1/2.
DB В k.a.lh k.п.lh k.п.fu
k + 1 + 1
Проанализируем это выражение,
, , ,
100п lии ... 100п I нив ... 'О"В I ... 0"',
п Ь h
I о" п I НИВ ... I о" в I нив ... I о" п I ... 0"11.
тоrда [ , { 1 " { 1 1 )]
о" + +O" + 12
1)'" т п т T.....!! 1_
0"11 1 + 1 + Q:
k 1 1
предполаrая, что
[ <О"' +0"11) (т+п) k 1 ] 1/2
(O" 71Тk+l)+ kO" T . .
тп
Очевидно, что 0"11 « 0"' и можно считать 0"11 ---? О. В этом
случае
1) ... '<; +п) [ T -;;'
Отсутствие значения "k" обусловлено тем, что сделанные пред-
положения сводятся к тому, что поrрешности, вносимые в зна
чения поправок за пункт возбуждения,равны нулю.
Рассмотрим зависимость
264
." - f (7!!) при (т+n) == const.
обычно на практике при работе с излучателями т+n .. 25 35.
Как следует из (4.10), 1) == 1 при mn/l .. т+n и 1) > 1 при
mn/l < т+n, Т.е. дисперсия поrpешностей статических сдвиroв
выше с НИВ, чем с ВВ, что является следствием дополнительно
ro пробеrа волны в ЗМС при работе с НИВ.
Значения 1) < 1 реализуются при тn/ l > т+n, коrда при pa
ботах с невзрывными источниками применяются существенно &r
лее МОЩНЫе интерференционные системы, чем при работах со
взрывами.
Справедливость олученных оценок подтвердим примером
оценки среднеквадрат1tческих величин поrрешностей статических
поправок, определенных по одному и тому же профилю при рабо
тах с невзрывными и взрывным источником колебаний. В COOT
ветствии с принятой методикой
m ... 5, n = 24, k = 1 и l == 11.
Torдa, соrласно (4.10),
/ Il
1) == v т24 ==..; 2,65 1,6.
Экспериментальные оценки дали 1) == 2,1, ЧТО можно считать He
плохим соответствием.
Следует отметить, что,несмотря на большой коэффициент yc
реднения условий возбуждения и приема (тn/ l 11), при рабо
тах с поверхностными излучателями, отмечается повышение
среднеквадратическоro разброса остаточных статических СДВИ
roB в 2,1 раза по сравнению со взрывами ВВ в скважинах.
Ошибки, возникающие при определении статических поправок,
можно разделить на две катеroрии. К первой отнесены ошибки,
обусловленные методом их определения: зондирования МПВ, мик
росейсмокаротаж и др. Ко второй ошибки, связанные с отли
чием строения реальной среды от принятой при обработке дaH
ных модели. Например, при определении rлубины залеrания по
Дошвы ЗМС слоистая покрывающая среда заменена однородной с
некоторой средней скоростью. В этом случае поrрешности будут
возникать при использовании как данных МСК, так и метода
преломленных волн. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся
ситуации, при которых толща, покрывающая ЗМС, аппроксими
руется однородной средой, мощность которой равна rлубине за
Jlеrания коренных пород (рис. 63). Рассмотрим возникающие при
ЭТом поrрешности определения статических поправок по данным
Метода преломленных волн и МСК.
Случай 1. Зона малых скоростей представлена однородной
roризонтальной средой (рис. 63.1).
265
7 5
а
о t
ZM=h ,
Н
z
2
6
о t 02 t M t оз
(j) h, If,
z",=h, фhzlf!
ZM,=h z М'0
" h3 11 3
е
н .t.
z Т
3 t MI
tO'f
О t 02
t оз а tO'f t M2 t
zM=h, (J)h,ll f
ZM,=h z фh$!J,
ZМ/"З М!
@h'fUЗ
е
О,
н
Z
Рнс. 63. Определен не стarичесКИХ поправок при различных случаях аппро
кснмацнн верхней части разреза (змс):
1 однородная эмс; 2 двухслойная змс; 3 слой с повышенной скоростью
в ЗМС; а, в, д roдоrpаф проходящей волны при работах МСК; б, l, е ход
лучей и roдоrpафы прямых и преломленных волн; 11 и h . скорости распрост
ранения волн и мощности слоев
Предельная относительная поrpеmность определения стати
ческой поправки
... A(tn-)/т СТ '
rдe АТ: СТ приведенная величина статической поправки, опре
деленная как оценка наибольшей относительной поrрешности
функции несколько переменных U :. f(Xl, Х2, ..., Х п ) и равная
п
ММ )... < L lau/ax.ll\x.,
СТ п j 1 I I
rде AX j пред ая абсолютная поrрешность apryMeHToB.
Опуская математичес ие выкладки, получим относительные по
rpemности статическиi поправок для способов МСК и мпв cooт
ветственно:
С5 МС К - lil [ l2:m (2+mc m)+1+kmc ] с5 t
l+km l т '
С5 мпв _ L. .; 1 т' [ 1 + т ( 12 + l2:m':.f. ) + kmc +1 ] C5tMCK,
l+km l+т l т Nl l+т
rдe N :."; п(п l)/п(п+l) ' коэффициент, определяющий коли
чество точек п на соответствующей ветви roдоrрафа;
k ... h 2 /h 1 ; т ... Vl/V2;
с :. N2/ N 1 ; C5 t ;о: 0,015 0,5
МСК
относительная поrрешность определения времени при изучении
вчр способом МСК.
Получив значения С5 МСК и С5 мпв , можно определить потерю
точности вычисления статических поправок методом преломлен
ных волн и по данным сейсмокаротажа взрывных скважин:
Il :. МШI. ... 1 5.. .; 1 m . х
СТ С5 МСК 'r-'Nl l+т
[ l2:m ( 1.....L + l2:m':.f.МIlВ. + kтСмПВ+l ]
l т NIМПВ l+т
х
[ 1+т ]
1-=-; (2+тсмск т) +1+kmCMCK
Здесь Il N1 ... NIМПВ/ N1MCK, СМСК ... N 2 Mcкl N 1MCK , СМПВ :. N2МПВ/
/ N 1МПВ . На рис. 64. изображены зависимости значений ОМСК
С5 мпв и V-CT :. С5мпв/С5мск для однородной двухслойной среды о;
величин т :. vI/V2 и k :. h 1 /h 2 ; п число точек на roдоrрафе.
ИЗ приведенных расчетов следует, что отношение ошибок оп
ределения статических поправок по 'Данным метода преломленных
ВОлн и МСК в среднем равно 1,2 1,4.
267
ОднороаНQЯ d6tjXCftOUHGP среда
о",с.,"Io А 6"МПВ7 О/О Б 8
цр n'=n2 /O
;;;J '10 ",=П2=IO n
25 2
/6 16 /.у
/ 10 1
6 6 0,6
* "=! " 5 7 9 ч к=1 3 5' 7 9 о,у
2 0,2 О,Ч 0,6 0,8 /,0 0.2 ау 0,6 o,8m=V,/ 1J 2
0.2 О,Ч 0.6 0.8 1,0
r д Е
60 n,=nz /O п,=п2=/о
'+0 .10
30 8, 9 0.7 0,5 8,3 0,1 2.0 т= 8,/ 0,3 0,5 0,7 О/}
20 20 ',6
/2 12 \ ht 1,0
8 8 0,7
5 т=о" 0.7 8,5 О, 0,1 5 45
3
2 у 6 IJ 10 2 У 6 8 /0 2 ч 6 8 к= h2/h,
Ж 3 и
чо "=/ *0 k=/ А=I
25 30 / /
20
/6 IУ , ;j
/0 10 I I
IJ т=8,7 0,5 0.3
6 т= 0.7 0,5 0,3 0,1
3 /0 20 30 уа 3 /0 20 30 '+о 3 /0 20 30 'f0 "
к п м
ЗА т=О,З m=O.J т=О,З
20 20 2.0
16 16 , 1,6
fO /0 1,0
8 7 0,7 к=1 5 !J
5 5 , 0.5
1 3 7 к=1 3 5 7 9
З 10 20 30 *0 3 /0 20 ЗА '+о 3 10 20 30 чо "
Рис. 64. Поrpemности СТ8l'llчесDIX поправок по данным МСК, метода прелом
денных ВOJIН, их OПIоmении <р = Ciмпв/С5МСК) в зависимости от т = 111/V2.. k =
= h2/ h 1 и n - числа точек на I'Oдоrрафе дли разных сред
Случай 2. Зона малых скоростей представлена двумя roри
зонтальными слоями с параметрами h1Vl; h 2 v2. Скорость в oc
новной толще равна Vз. работЫ МСК проводятся до rлубины h з
под ЗМС. В соответствии с принятой моделью покрываю ая среда
считается однородной со СКОросТЬЮ v и мощностью h - hl+hi
(см. рис. 57,2).
Случай 3. В ЗМС присутствует тонкий слой с повышенной
скоростью V2 > Vl, Vз > Vl И Vз < v2 (см. рис. 63,3).
Относительные ошибки определения статических поправок для
этих случаев соответственно равны
[С5 МС К] С".2 - 1 + 1 k [ !.:!: (mlN2+mзNз+ml mз)+А+mkNзl C5t.
т тl тз
268
А
ОиС}{1 О/О
O 1 3 579
o
5
0,2 D.'f 0.6 O,/J
r
0,5 °Z
0,3 '-........:;
т З
20
80
50
0,2 О,ч 0,6 0,8
Ж
l k ' / / /
:
2 ц- 6 8
А
ОМСК' О/О
; J
11,2 11.'1 0.6 ll.8
511 r
30 т=О,! I1) 11,5
20
/о
0,2 О,Ч 0,6 0.8
Ж
" o o ,ос!.,
10
1 2 -1 4 5
неJdнороiJная среоа
ТреХСЛ(j;;ная
Б
: :'['
20 /( 1 J 5 7 9
11,2 0,'1 0,6 0,8
Д
'I10
50 0,1 f" ( r
\ 25 ЦЗ 0.5 т э =11. 7
I
0.2 0.'1 0,6 0.8
Э
: 6
12
2 /1 6 8
Четырех(Л}<iНIlЯ
Б
6".8, о;.
; I
10
0.2 о,ц 0,6 0,8
Д
Л \ \ '5
т.fO,1
0.3 V
0,2 I1,Ч 11,6 11,/J
J
I
100
ба
ЗI1 /(,=9 7 5 J 1
f 2 J '1 5
в
)J.
': r о .
20 k= { j ; 7 8
10
0.2 О." 0,6 D,/Jт=u/из
Е
/ 1 =О' з
" 0,5
'0'7
0.2 Ц/I 0,6 0,6 тf=и,/vz
И
: '
2 '1 6 8 kf=hz/h f
8
Ю .... j,
'111 \ \ \.
20
10
0,2 о,ч 0,6 ll.8т-ii/uJ
Е
.,. \.
""
0,2 0,/1 0,6 O,8т,=ii!lJz
и
, , '"
50
30
20 /(=9 7 5 J f
1 2 J '1 5 h=ii/hz
[ .s: ) ..........ы .L... [ 1,66( 1+т ) +N ( 2 т)+Nзт(т+k тk)+
имнв СJI.2 2'
(l+mk)V тУ-тз
+ О. 66B(2-1!l) ] ot.
ml(l-m)Оt
rде т == "\1/}!); т! == Vl/ V2; тз == Vl/ Vз; k == h3/h; k l == h 2 / h l ;
N l , N 2 , Nз, N коэффициенты, опредеЛЯI?щие количество точек
на ветвях roдоrрафов r l , r 2 и r з и кривои Vэф;
В == O == ( с о s i ] 3 С О S i ] 2 + k 1 S i n i ] 2 С О S i 2 3 ) Х
у [siпil2(соsilз+klsiпil2соsi23) х
x.f (COS;l3 + ksinil2 COSi23).2 + ( 1 + k) 2 S i n i 2 3 1
х соsil2siпilз](l+kl)
относительная поrрешность определения средней скорости в ап
проксимируемом слое;
[омск] СJI.3 - l km [ ;-; (Nз+т з N 4 +1 тз)+D+kтN4]О+;
[ОМНВ]сл.з == 1.5.;] , [ 1,660+m)+
(l+km) l m
+N ( 2 m ) +N m ( k km+m ) + 0,66 (2 т) ' ] ot
1 ( 1 - т) о t '
rде т == V/Vз, тз == vJVз, k == hl/h; N количество точек на
roдоrрафе; D и Е относительные поrрешности определения
средней скорости в аппроксимируемом слое (МСК и МПВ):
D == ОУМСК l+тl l+kз [О+k1+kз)(Ni+N з >+
+ 2т 1 k 1 N 2 k 1 1 т]) (N 3 +т 3 N 4 ) ] О t ;
- тз
Е о rk](k 1)соsilз соsi]2+ksiпi]2соsi23Х
УМПВ k{sini23+kl [ (k 1)соsilз+siпi12 соsi23 х
Х 1[(k l ) - i-;- ;-i. i , с о s i, 1] 2+k 2! i п 2 i 1 3' 1.
cos4 2S1П 3 ] }
rрафики изменения предельных относительных поrрешностей
статических поправок и их отношений для этих двух случаев
приведены на рис. 64. Этими формулами и rрафиками можно
пользоваться в практической работе для оценки точности опре
деления статических поправок в конкретных условиях. В случае
недостаточной точности определения статических поправок ее
можно увеличить путем корректировки полевой системы наблюде
ний при изучении ВЧР, например за счет удлинения roдоrрафа и
соответствующеro роста числа точек на нем, повышения точнос
270
III\DU 1111 ьи 1111 11<::
О 20 'НJ 60 О 20 'НJ 50 О 20 lfO 50 t,MC
с/' ;"()('I(
К'" ".1',.>-
10 .;.;p",: 'f4'o,. ''>*:: '6
<'.:о :;
20 "И>..
'd:: -1110 .
tfb. <> <?
30 ,
'0 \ со со<
'НJ с:,\ с..а\\ )(,
"',\ :.:r It "*
t-.::I. o u"' .
50 , о. с::::>.
с::> . о
Н,м C"' \ '" с">
X K1 f Z
Рис. 65. Сопоставление ре3 1: bTВI'OB изучения ЗМС методом преломленных волн
с применением ударов с д ными обращенноrо МСК на трех пикетах профиля:
1 данные МСК; 2 дан ые МПВ.
Теоретическая поrреmность определения [j.T CT
Kl I K I ОМСК, % l омпв, % I fl
50 0,8 0,3 0,3 1,5 2,2 18 63 3,5
60 0,8 0,25 0,3 2 1,6 25 62 2,5
112 0,7 0,2 0,3 5 2 10 40 4
Результаты определения [j.T cr
ПК Нпрквед, м [j.TMCK, мс [j.тмпв, МС
50 50 55 60
60 55 65 67
112 52 62 65
ти отсчета времени (снижения величины 0t) прихода преломлен
ной волны путем получения наroняющих roдоrрафов и т .д.
Экспериментальное сопоставление статических поправок, оп
ределенных по данным мСк. и МПВ, приведено для Оренбурrcкой
области (рис. 65). Поправки по МПВ и МСК получены на ОДНИХ и
тех же пикетах профиля.
Сравним полученные поrрешности вычисления статических по
правок по экспериментальным и теоретическим данным для Tpex
СЛойной неоднородной среды (верхние два слоя выделяются по
данным МСК). Разность значений Mcr по данным МСК и МПВ бу
дет характеризовать разницу в поrрешностях вычислений t CT
обоими способами:
[j.t CT == I tмск tмпв I == I [i"CT+[j. (tMCK) ] ["iCT+[j. (tмпв) ]
== I [j.tмск [j.tмпвl,
rде [j.(tcr) == otcr теоретическая предельная абсолютная по
rpешность определения t CT ; t CT истинное значение t CT '
271
Таблица 11
Пикет t eт tMcK tмПВ [j.t CT [j.t э
5000 0.057 0,010 0,036 0,026 0,005
6500 0,066 0,016 0,041 0,025 0,002
11200 0,064 0,06 0,025 0,019 0,003
С определенной степенью приближения, ввиду наличия только
двух независимых измерений, положим
[ ет = (tмск+tмпв) 12.
Определим теоретические значения Мет И сопоставим их с
экспериментальными [j.tэ данными на трех пикетах (табл. 11) .
Полученные экспериментальные различия поrpешностей определе
ния статических поправок по данным МСК и мпв оказались ro
раздо ниже теоретических.
Проведенный сравнительный анализ определения статических
поправок способом микросейсмокаротажа (МСЮ и методом пре
ломленных волн (мпв) позволяет сделать следующие основные
выводы.
1. При определении t CT , Korдa вчр представлена однородной
средой, применение мпв для ее изучения вместо МСК может при
вести как к потере точности вычислений, так и к выиrрышу.
При этом как потеря, так и выиrрыш в точности определения
не превышают 2 раз. Потеря точности наблюдений происходит в
случае, коrда Vl/V2 < 0,5; выиrрыш в случае Vl/V2 > 0,5.
В случае Vl/V2 0,5 (часто встречающемся в реальных усло
виях) теоретическая точность определения t CT при условии
однородности вчр в обоих случаях сопоставима.
2. В случае слоистой вчр, что часто встречается в реаль
ных условиях (первый слой представлен двумя слоями или в нем
имеется слой с повышенной скоростью), определение t eт по pe
зультатам МПВ по сравнению с определением по МСК приводит к
потере точности вычислений. В общих случаях она составляет
2 4 раза, в неблаroприятных (скорости двух слоев близки) по
тери MOryT быть весьма значительными (до 10 раз). В этих
случаях при изучении вчр целесообразнее использовать наблю
дения во внутренних точках среды (МСК).
5. ВОЗБУЖДЕНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН
пОВЕРХНОСТНЫМИ НЕВЗРЫВНЫМИ
иСТОЧНИКАМИ
Совместное применение поперечных (S) и ПРОДОЛЬНЫХ (Р)
волн позволяет существенно расширить reoлоrическую информа
тивность сейсморазведки.
Меньшие поrpешности определения скоростей распространения
поперечных волн спосорствуют повышению точности структурных
построений. Различие I скоростных характеристик Р и S волн
обусловливает незави имость поrpeшностей структурных по
строений. Работы по Р и S волнам позволяют также получать
оценки величин
'1 - Vs/Vp
или коэффициента Пуассона
(1' - (l 2'12) /2(l '12),
что дает .возможность устанавливать литолоro фациальные oco
бенности reолоrическоro разреза. Залежи уrлеводородов отчет
ливо фиксируются отрицательными аномалиями коэффициента Пу
ассона.
Изучение азимутальной анизотропии скоростей поперечных
волн различной поляризации позволяет исследовать свойства
карбонатных и rлинистых корреляторов, связанные с их трещи
новатостью и пористостью.
Особенно эффективные результаты cOBMeCТHoro использования
продольных и поперечных волн достиrнуты при изучении неболь
ших rлубин (картирование долин, карстов, тектонических Hapy
шений при строительстве АЭС и др.).
Различают два типа поперечных волн: SV и SH, которые име
ют различные плоскости поляризации. Волны SV поляризованы в
плоскости наблюдения, Т.е. в плоскости, проходящей через ли
нию профиля И линию распространения волны (ось Х). ВОЛНЫ SH
поляризованы в плоскости, перпендикулярной плоскости наблю
дений (ось У).
На практике при работах методом мноroволновой сейсмораз
ведки (МВС) наиболее часто используют поперечные волны типа
SH. Это объясняется прежде Bcero тем, что можно эффективно
разделить их с продольными, используя способ инверсий попе
речных волн при их возбуждении. С помощью этоro способа,
подразумевающеro раздельное возбуждение поперечных волн в
Противоположных (+ У и У) направлениях, на разностных запи
сях удается существенно ослабить фон необращающихся волн, в
том числе продольных. Волны Р и SV поляризованы в одной
плоскости, хотя направления колебаний их частиц в среде
18 Зак.', N, 2211' 273
взаимно перпендикулярны. ISследствие этоro их разделение Me
нее эффективно.
Развитие метода, S волн и ero внедрение в практику сейсми
ческих работ стало возможным в связи с техническим и методи
ческим совершенствованием в последние roды nOBepxHocTHOro
невзрывноro возбуждения упруrих колебаний.
Ниже рассмотрены способы возбуждения поперечных волн по
верхностныии невзрывными излучателями и некоторые результаты
их применения.
5.1. ВОЗБУЖДЕНИЕ ВОЛН rОРИЗОНТАЛЬНЫМИ
НАI'PУЗКАМИ
Наиболее простым источником возбуждения поперечных волн
является roризонтально направленная сила. Передача наrрузок
rpYHTY осуществляется с помощью roризонтальных ударов по
плите, оснащенной заrлубленныии в rpYHT зубьями. Этот прин
цип использовался в ряде отечественных разработок, а также в
.
y + у
..
y
tJ
с:>
6
<>
+у
i
y У
Рис. 66. Способы возбуж-
дения поперечных волн:
а roРИ30нтально ориен
тированные удары по плите;
6 roрИ30нтальные 8ибра
торы; в два вертикальных
вибратора, работающие 8
ПРОТИ80фазе
274
ПК
ЛJJ.Ш
10
4 нитки х 50 м ;
20 зо
orT Е 24
Z,O
.50
60
СО
С,
D
Р , J<
rск 1ОПП. 1 зrск на оазе 50 м ; 8 (t. у) 80здеi1стl3lJU оп 216
ПК 10 20 зо 40 50 БD
о
P,k
1
СО
С,
D
2
3
Рис. 67. Временной разрез по S !lолнам. полученный с взрывным иневзрывным
иcroчниками
ИСТОчнике "Marthor" французской фирмы CGG (рис. 66). В этом
источнике использован падающий rруз в виде закрепленной в
верхней части кувалды, последовательно ударяющей в двух ro
ризонтальных направлениях (+у и y) по плите с зубьями, на
которую наезжает транспортное средство и прижимает ее к по
верхности земли. Недостатком таких излучателей является He
Возможность их rруппирования из за отсутствия синхронности
между моментами ударов.
у нас в стране возбуждение поперечных волн с помощью им
Пульса roризонтальной силы, воздействующей на зубчатую пли
ту, впервые было реализовано в rазодинамических излучателях
rCK. в этих установках сила, возникающая при детонации про
пан кислородной смеси в roризонтально расположенном цилинд
18* 275
ре, с помощью штока передавалась зубчатой плите. Опытно
производственные исследования MOrT, проведенные с этими yc
тановками в Удмуртии, впервые показали возможность получения
с невзрывными поверхностными источниками при условии их
rруппирования временных разрезов на поперечных волнах, не
уступающих по rлубине изучения разреза материалам, получае
мым со взрывными способами возбуждения, в частности ЛДШ
(рис. 67).
Принцип roризонтальной силы был реализован в опытной ce
рии импульсных электродинамических излучателей поперечных
волн ВЗИП 40, разработанных СКБ rФт нпо "Нефтеreoфизика"
(r. Харьков). Каждый источник оснащен тремя излучателями,
в которых использованы линейные электродвиraтели [12].
Для условий Севера был разработан и изroтовлен кодоим
пульсный электроиндукционный излучатель поперечных волн икиr
[31]. Возбуждение сейсмических колебаний происходит в pe
зультате серии импульсных силовых воздействий на стенки об
разованных в rpYHTe вертикальных щелей.
5.2. ВОЗБУЖДЕНИЕ S ВОЛН
НАКЛОННЫМИ НАrРУЗКАМИ
Последовательное про ведение работ с раздельным возбужде
нием продольных, а затем поперечных волн требует двойноro
комплекта источников, сейсмических кос и затрат физическоro
труда на отработку профиля с различными излучателями. На это
необходимы значительные дополнительные ассиrнования, что во
MHOroM сдерживает развитие м:етода мноroволновой сейсмораз
ведки и ero широкое внедрение в практику сейсморазведочных
работ.
С целью повышения производительности исследований и yдe
шевления работ методом мноroволновой сейсморазведки был раз
работан и опробован способ одновременноro возбуждения про-
дольных и поперечных волн с помощью наклонноro поверхностно-
ro излучателя. При этом в основу разработанноro способа был
положен следующий принцип (рис. 68).
На каждом пункте возбуждения производят два воздействия U
под уrлами а;l и а;2 к земной поверхности. Силу иа; можно пред
ставить как векторную сумму:
.... .... .
U а; == U a;COS+U а;siп.
Первый член этой суммы соответствует roризонтальному воздей
ствию, обеспечивающему возбуждение поперечных волн, а второй
вертикальному, возбуждающему продольные волны.
При наклонном возбуждении можно подавить roризонтальную
или вертикальную компоненты воздействий
.....
иа;l == Ua;lcos+Ua;lsin,
276
U'G>!
"' .
"'
Ya.,
I /
I //
I /
1/
иа., ZI»,
При lIa:, = и lX 2. и '= 2
!/CI,=Уа2=У' Za.,=ZaZ =Z,
иа, UaJl = Z!J : Z =0,
и«,+и«2 =2z: у=о
,
, I
, I
" I
ZCt 2 UOl. Z
Рис. 68. Возбуждение попере)чных волн наклонными воздействиями
/
Й«2 = Й «2СОS+Й«2siп. /
Вычитая одно выражение из друroro, получим
Йr:. "" U« й« == (Й«COS«I Й« S«2)+(й",siП«I й.vsiП«2).
. 1 2 1 2 "'1 "'1
При U« COS«1 = U« COS«2 разность U!J. будет представлена толь
1 2 .
ко вертикальной, а при и sin«1 .. Й sin«2 только roризон
«1 «2
тальной компонентами. Таким образом, условие
и «/ й «2 .. COS«I/ COS«2
обеспечивает преимущественное возбуждение продольных волн, а
условие
Й «/й «2 = siП«I/ s iП«2
поперечных волн.
Сказанное справедливо для любой пары воздействий. Наи
большая интенсивность полезных волн после вычитания волн
друroro типа будет получена при «1 "" «2. В общем случае аб
салютную величину уrла должны выбирать, исходя из реальноro
соотношения интенсивностей волн Р и S, необходимых для OCBe
щения разведуемой части reoлоrическоro разреза.
Указанный принцип был реализован в импульсном источнике
rСК 5ПП (НПО ' Нефтеrеоd)И ика") с двумя наклонно ориентиро
ванными (<<1 = 45 и «2 = 135 ) рабочими камерами, передающи
Ми наrрузки на rpYHT с помощью зубчатых клинообразных HaKO
нечников. При этом на каждом пункте возбуждения производится
поочередное возбуждение левой и правой рабочими камерами,
расположенными перпендикулярно к Проф!fЛЮ.
Последующее сложение сейсмоrрамм (И «1 и и «2)' полученных
с сейсмоприемниками, реrистрирующими вертикальные составляю
Щие, образует запись, на которой присутству]От преимуществен
но продольные (Р) волны, а вычитание (й «1 и Й «2) сейсмо
rpaMM, зареrистрированных roризонтальными сейсмоприемниками,
277
-, 4t.. .." '.4..... 1:---:: ;';' t f'f)
. .. ", '.. ..... Н, ... '," ............. ..,'.. \,)
;. .., """" .'; .... . ....:..:..: .;:t..........I:. .....,...
04'. .....'..........;..............,..... ..... . . .... """.'
....... ........................ '", '.. ....... ,... .......
.... 'L". .... ,.... ' .. "1 .......'" . ' ..... "".,1.
...... ............. .:' ... .... ..........; ".;:" ., ,...... '.
'. . . .. ..... .......i....I ..,............ ..,... ......,....
. J. "4'" ... .;.1'...:....114........:1 0:........,........'
':'." .: :;;.....,.j.. "".".. . ... : '. " . 11:' .... .1.
. ....I,.. ......,... :;..,... 1 7 ...,.''! ....., . , 1::..":....
.,.. "... ...........:. ..... '." " '" " /" " J-....
........... '. ... ....1",.....41.. '.....,.....!. .,..... . .........'.
... .1 .. " .....j. 1. ....4.... .......I....: . '. ..... '"
'.. '. '. '. ........ .,....... ". . ............
..... .I. . ." i ....: . . '. . /1. .t.o... . f- .. r,' .. " ....1-:- .. .".
'10. .... .i.:' J........:.:.,.. .....1........... .. ....111... ....1'" .
"i; ' ' , ..... 1. .....;..; ...'...,. ;.' . '..., .""'oJ' '
11 .... .... ........-.. 11 ''' 1 '''4 ''''. ......: -... _.. ...'.......111...
... .c..;'....1 .;:.j.......... .;....., ' ;...,.!".. ., .....;..
' :-: :: , ; . '.,;,;'.:. ,;..,. .,'\ : ::... . .. .:.....: ':: .:: ':.. .
"'!" ...... ' ..!".. "'1. .....'...'....:..,..:..............:
'. ..... '. . ;'. "" ". ". '..;.. ,.... .' ...........
." ..;:::. -: . =-.: '. ... ... '.', ; "":'. ;,..;. ;.:., -: : . :'. ",,-
.;... .."............. ....,1.t,. ...... .,.......' .... ...........
., :............... ............,:.....: '.',.... ..: ;.:.J....; ......
- . '" ................... .., "" . "'. ". .... .....
, : -::-:::. .. .... ,... ::O'... *.. ...... ''1.0: :'. "4:. ':. ,. . ''' ' '.: ....
. :....j."'.,...... 'н.,.; '. . .. ........... ....' .......;.
: ;. ..I.:']... 'J;.. ...: . .... . ";".:. :::: ..
. , :. ...;.. ...;.".. ..... ...... ,;..::.... ....с/..... ;. ':::, l'
... ; : : :::::;; :::i;::::: 11 'I:. . с.;..:' ". .. .:...: .. :;:.
;!1 ;
:--:-.; ; :: : .. :: :. :j..1.Щ : ':: :;:'''С''1 -'" 1::)
;':""":'" "". с::. с:)
h)
:J: .... . . о'
. .... .......... ; .'1::",' ..'....;'...
. "1 .....;.! ..... .....,....,'....I. ... .... "1'
....;:.. . ...,'....... :;.. :: :;..,... :,... ... .. ..,...,.
....... :,.- ....;.. . ......."........"...... .": .....:.... ......
... :.,.. ...... ...'1, .'.. ............ ..,... I .;..' :-';",
.:;... .40............... ... .......;.: a..... t,..-t.1.o " "......
...... .....'...'..H. ';-..... _'. ...... .1':... . .I....
,...... .. ;.....,. '... toi... ........................ ..' :J... '..;, '.:'...
"'. .,.. ... . ..:'.i 1: ........ ...... С,:. .... ,..,..",, .
.".."':' ..... "..;;.... ,;... :1 .....:........... t-........
. .,:. ....:J. .......... .........:,; . .; :..:... .!:".. .....j.......
'. \o ......,....... . .......J...... '.;.......;., '.... .. .... "":':.'
0-1. ,.;.".:.. ; . ::.:1 .: ..;: .........."'..;: 1. J.J": ' : :. :.-
......,.........) ..."'.-.:........ .........."':. .."..,.... ......:
,. ......, .... ;"'. :". . . ! . \, ;.; ""';," ," " ,..': 1 , . , :.
'...;' " ."':. ""'I .'Н..; :. ,.' :.; ::O.7"...,.;.........
': '.; " ''''' ' "1','I ' ' ":. > ' '4;' ...... .... .. :':"" .
. ";to. ....... ...... I.... .:..,..".."'I'......:,.,.. .. .;:..;.
:'.;..' '. ...;.. :. .. .... : ,.... ,..... ,'......,. .... ... . .....:.. -: .. .......
,..,......, ...,, ...,...... .... ....'., . ." о.., ,
...... ...I.. .... '1... ", 1. " ...... .... ...... ........ .
.' .. ......... ....... .. '..; '. .....'... ..........' ......,... .
..,.',.....:.... . '. ..c.., 1.." ..,..... ..............:.. ....
......... ........ ""'('.. .........t....... ..........
'jj. ...... ....4'.... ........ 11.,.., ',. ......... .. .......... .
::: 'I; 1. :..: :.. ... " .': I.., ...: . ;.. .;".' .,: o..: ..;. . '.
..... ,...1...,.,. ..,. " .... ".... ...".... '. .._. ........' "
...,......... .. '. ;. :.; :;: :: . . . . :.;.:..: .': -:;.;.; .' :;.
' ";; ;".j...' ", 1, '":::. ::.; ;: . .:. ,.; ":" ;; ":,:..:
..,.:.;................ ..:. ..:....".....;. ............ .,...:.',
.<. . --; ::. :: : .:; J/./::I...... '''.:i. ':"1 ...:....;... -:."
-;-::-:: ' .....:. ..... .''hIl';;. ;;..... ....: :: :.... . "', ....:. .... :
1i1 f j f{ .
t:t .........
=
!
:=
=
11'
:=
"'1::
ul::
2'1
=
u
а ::Е
=
=5
i
CII
,
:a'Q
а,,)'
I:{I
8.б
=
= :а
= Q,
ai
= о
$
:>'
I
c:L.c:s
t:j
, I I '1 I " . , " 1" ..
",1", "Щ"I.ItI'I 'ltll 'I!'II ., lj l'I,4'1.:"':i!'I_ '1' C.,...I",::", ",
i. -Ij,.., ttlll 4\ I j 'll4t ""'tlll'",!1 . t4 1,.., !. tAf""'''''''''''''I4t ''\
1;'11 ;'4t"I'If'" "', "'Itf \/...1,,(.. ,/lil ;'I ,..._.... , 411 1'(""'Iм.... ""'J:
......... 'I(j t.t, 1 ,L, ,1I ! """'ff .\"j '1"'4 '" ..... ! -4 ...."'Ii:.-
1iII,. ",'"'00 '", С,''" "о.. 'о, .. '1 IIц ..'''''. "" c '.", " "'11" ;" "'ч, o.' c"" " ":
,;'0 .."::. ' " 'OO"',: " liil..o.ljl ' I .",'> ";O' "" "';:k..4,. I' I о:,.ч""" "', ..: ::
" чtl>,:/...'I.... '. ,.: . 1... 'I; :,\;. .'o \"';' ...' . . .......'"
. I;... JI '. it '"j \. ' " fЧ S I :.., ." ,",1. tlll'l "...
"11. . ", . 1" 1,", '.. .,,1 . '1,'4,' ..., ". .." ':.
""""I;,,'li "I:1 o lo,"..., ' .", ':0 ,'/1111.' \.)\\ "', о, , I ЧI, """.\ ", \,,,,
..... ......,'II !,. J I J'11"'." ,,'.,: II. ', Чilkt. .......1 "" , I,".4t" .4L.. " f4 ' . I.' ... 1,:
О"'';""""", . . ,. " " "1"....'.,' ',: . ".,., lo"O';\ , I ,' , O . ,o' "'"I"'I"."' \ "
. 4 ' I '......,., '.. 111'. '-.] -". ""4м... I " . I '1 '.., ,', -' 1".,. -' .1 ',1 , "
"..... .o.. .. ............,'" ". ,, . ,:.... : Oo,\,.,' ..' ..... . o "0." .:'
',. '>j j}i., "',1'; ..\, ''''' ,1' tj......, . t 4. .,щtl.. ".с.... ' . ,
",",'''' ."'.. '''"I.II" 'i1'oj'h..:"<.''''':''',, '1 ........." '''',11, "",\ \ "0 ',"0"' .../'" '. '.:
... "'""'-НtII6W '1tI"I' ",1\"-"1'- '4\, . "II"I, :II'1 "" ' "lj4 \ \ I '> .' ..144, l' .,4'\\-: ::.
Ii!'..........., '.0 ,,,"'......,..,or:;C:, : ...' 1, , ,.'. 1 , 11..'"'' ,,', " '"o"'o,""o ..... '. .
1. .' j ,1.. ., \. . . '" '. I ,! , . ,
.'. Ai ! :"' r,-",I!1:i u ',," "14.:1\., ',' " ' ''' '.' "', ' t'I:.II. w.';'
OЦi"'I t!'j, 1'. <, J1 h.""',.:">,, ." ,. " """:" . . -:.. . .
.' ...Ч! , .. чt, , "' J'I": - ",,,:I. .. II', . . I". "' , "1 "''' (':, , !-l" \
. Н", C.4fCf... ""1'" "" 101,"', '."", . 1" '" Ij . '"-'1", '......
.. .....".-' ", ..".." "',"" ',,'III ,1o; """, "..., О"", ,;:. .". "'. '.00 ,..,... o ..' . '.'..
.... "'Ijl ttl'( '1' ",. I_ , ,.,.,.....'" ,. ". 1 ... 'Ч'''t ,', '.' 1., ,'" '..
J "" "'11' "', '411t ""'II( "'-t"! 't.",,, "''''''''1 '0 '4:' '.""I I( \ ,"'. '. '.:.
:... ..... , ,,,I.,o ::........ ,11tt-. _.....'........ .,:,'.. ',. . "<: ,o ....,.;;, o,:., :""': .
iJIi ,,"'j ... :..'; .. '..... ',' .......... I... I.......... II'.. "'" \ ,' "t ",\ ..' '. :
1t.lr..t" I,,,' .' ..'.,....... ......'1.. "':' """':"''''. "'10. . '.;JI.L. '. ".1('1 "
..........,.... .."",";:',.,...,'''''''''".:'''''''' ,;", ! '.I.'....":'
............."..,oi",,:. .. ""....,.. ,'... ,,,,,' ....." I, \I "'''' о, .
. : 1;-;... : :
7'.,,;)... :.I"'''' ...11 ....!. .' I."'.,.","I....
t::I
==
)!
<о
iIOC
:1:
:=
:>'
<.>
:l:t::
<.>t::
11)
cu с
:а:.::
::u
::...
cu
!
а ;g
== 5
. о;
:: :.:
а;!
00 ,
\Q
:: .
:>'t::
Ut::
o
gб
...
g
cu :1:
:а :r
008-
о U
:= с
а g
IC о
c:i!:i
....;.:
:r
.;
:=
CI. <:!
а
пк
ВЭИП
130 1/1.0
, 'Wt" I\ "':;' ,.:.:, 11I'.. 'It' ,:;:':::II"
.. "i'... :Y',.. '" ....... "',..,.. 'II '
'I-\,:\\.о;"' :':' ',,I.'А ' ', ':'.... ';I"I'....: .,\:
.,. , ,y',';, " ""'I/I'''':1I JI''I I "":::' :' r"
:1;,: ...... I; .. .: . :: ., ф. : ..: -'il.':
1"-!/fl' I . "t. .<. ",.,: :, ::, ' ", . " ' ,1,' <"; ; :'
;: :' : ::': :; .': ;:, . : '< I,"',>,::,., :.:' ' I":' ::
.......... ' .. ' r.. . :
" ..... , . ',.., . I . .. . ,J . :
.,;;;:" ,,,<,; :; '.' . ; ;:/ :" ";'" ' I:'\:':' ,:
' II. i :"",,'.';":.. . ..\....'i,'...,\; ......"""..,
.,....I ;.. (, .: Iit. л,,,, .tll ...1 J-.t ''''I'' ''
'.;'''' '':--':м :\': ':: 'I :.',', . : j ..v: '' ; :.,
..... .,....., ......'......J...'IJ'wI ..... .,.
...,,"",r"'I ' '' .;I.,'. I'' I'lt :;. ,, .: :
:::::.. .:'i:, ::..':: .
..,'.I"'y I '.. ..,."...t/............."..,.",.,......tI.. '
' " ",'" : .::.;..:.:I' I, :";:.:..:.t .,...I..:;;, ,I...:..:.;;
1........, .'........""..,...N ' ..................' ....""..fL'..... "
:t:: , .I:I "';.:' :7 .',' ': .i;I.':..;:: ...::."... /I ' ':' ;
._". .....". .. """r .... "... I " "..'
t. ' : , . ":;.. ; :\ :; (j: .:/ ....,'-:.-:',.
:;. .: :: : : ? ;:: :::.
;':r ',,''' I.y'., ;.......1'/:"'.. .:,"-.' .....,....,.,:'...-:"J.
.:....- /'",,-!I) ''''".' : :..:;;: ::;:. :...',,: ', ...".
; ; } i. i. f*:.:::; :j }
SH Волны
150
Cf
D3 fm
€Т
пк
rCK 5пn
130 140
150
Р, k
.' ;,, . ,'.' ,.'rIt.,J ,',.". ",", ' >..1."""' "
'. . '/"' "": ._' ,JI. "' :i '" . ' ."I. ".
',:; ':? 'y j' :
..........-..- ,V' v ..1 . 1'\
:,: ; ; T&:;
: ....;...".................CI1i>t , ......
t,c
0,з
1
2
з
Рис. 71. Фрarменты BpeMeHHoro разреза по SН волнам, полученные с источ
никами:
а чисто поперечным, б наклоиным
формирует записи преимущественно поперечных
Основное
новременное
ных волн в
работ.
Учитывая различие оптималЬНЫХ интервалов прослеживания p
и S волн, увеличивающееся с возрастанием rлубины прослежи-
ваемых roризонтов, разработали и опробовали системы наблюде
ний MOrт, позволяющие осуществлять исследования методом MHO
roволновой сейсморазведки с максимальной производитель
ностью. При ЭТОМ при разведке малых rлубин, коrда различия в
интервале прослеживания p и S волн минимальны, возможно
применение единой системы наблюдений MOrт. Она может быть
как фланroвой, так и центральной. При разведке средних и
больших rлубин, коrда интервалы наблюдений различаются, воз-
можны два варианта. В первом, коrда достиrаются достаточно
высокие значения отношения сиrнал/помеха, возможно использо
вани е единой сейсмической "косы" или расстановки с чередую
щимися через канал rруппами roризонтальных и вертикальных
сейсмоприемников. Система MHoroKpaTHblx перекрытий может coc
280
(SH)
достоинство предлаrаемой технолоrии работ oд
возбуждение и реrистрация продольных и попереч
едином технолоrическом цикле сейсморазведочных
волн.
то.,.. из двух и более подсистем, различающихся различным BЫ
носом МВ. При ЭТОМ в поле проводятся наблюдения в более ши
poJtOM, чем необходимо, интервале (при несколько избыточной
Jtратности MOrт), а при обработке материалов на ЭВМ осущест
8IfjIе1'СЯ выбор оптимальных расстояний ПВ ПП дЛЯ p и S волн.
Cвcreмa позволяет более точно оптимизировать интервалы Ha
JIIOдеиий p и S волн, что весьма важно в тех случаях, KOrдa
по результатам опытных работ это не удается из за наличия
peryлярных помех, особенно для S волн, или изменения CKOpoc
тей помех вдоль профиля.
во втором случае предусматривается технолоrия работ с
двумя отдельными "косами" или расстановками rpупп вертикаль
JIIIIХ и roризонтальных сейсмоприемников. расположенными на BЫ
бранных удаленных от ПВ дЛЯ каждоro класса волн. Ври OДHO
временном ВОЗБУЖД = ИИ p и S волн целесообразно применение
сейсмостанций пов енной канальности (96 и более), а также
телеметрических си ем.
Сопоставление волновых полей p и S волн, наблюдаемых со
стандартными источниками (т.е. источниками, предназначенными
ДJUI возбуждения только p или только S волн) И наклонными,
свидетельствуют об их полной идентичности (рис. 69, 70). Co
nocтавление временных разрезов MOrт также показывает OТCYT
ствие различий (рис. 71).
Обработка материалов на ЭВМ после их разделения по типам
волн для получения разрезов MOrт проводится по существующим
методикам и rрафам, оптимальным для каждоro типа. При этом
следует отметить, что необходимой процедурой обработки MaTe
риалов, полученных с наклонным источником, является фильтра
ция по волновому числу, применяемая как на стадии отдельных
сейсмоrpaмм, так и по суммарному временному разрезу.
5.3. ВОЗБУЖДЕНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН
ВИБРАЦИОННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
Возбуждение поперечных волн с помощью вибрационных источ
ников может производиться путем приложения к поверхности
земли roризонтальных, наклонных и вертикальных, но противо
фазных наrрузок.
Первые два способа требуют создания специальных ycтaHO
вок, а третий может быть реализован на стандартных вибрато
рах продольных волн. При приложении к поверхности земли ro
РИзонтальных и наклонных наrрузок необходим хороший контакт
ПЛиты с rpYНТOM во избежание ее проскальзывания, что приве
дет к искажениям и снижению уровня возбуждаемых поперечных
волн, особенно на высоких частотах.
Для возбуждения поперечных волн разработаны специальные
Модификации "roризонтальных" и "универсальных" вибраторов.
Последние при замене вибровозбудителя MOryT работать в Ka
281
честве источников как продольных, так и поперечных волн.
Вибраторы с наклонной ориентацией вибровозбудителя пока не
выпускают, хотя ряд конструкций и технических решений запа
тентованы некоторыми зарубежными фирмами.
Способ возбуждения поперечных волн с помощью вертикальных
вибраторов был предложен фирмой Prakla Seismos под названием
"Shover" метод. Он основан на том экспериментальном факте,
что если два находящихся на некотором расстоянии друr от
дpyra вибратора работают в противофазе, то в среде возникают
сдвиroвые волны (см. рис. 66).
Волны сжатия на достаточных удалениях от очаrа возбужде
ния колебаний отсутствуют при условии полноro обращения фаз
излучаемых сиrналов. Достоинство этоro способа возможность
использования стандартных вибраторов, а также всех известНЫХ
приемов по расширению полосы частот возбуждаемых колебаний.
Способ был опробован в Комплексной reoфизической экспедиции
НПО "Нефтеreофизика" и позволил получить весьма интересные
результаты. В процессе работ были отмечены следующие законо
мерности.
1. Наибольшие амплитуды полезных поперечных волн (OTpa
женных от неrлубоко залеrающих roризонтов BepxHero карбона)
отмечены при расстоянии между вибраторами 3 м. При расстоя
нии в 1 м, которое применяют, проводя наблюдения на дopo
rax, снижение амплитуд SН волн достиrает не более 20 25%.
2. Почти повсеместно отмечается фон продольных волн на
временах, предшествующих вступлениям поперечных SН волн.
Причиной этоro является, наверное, наличие поверхностных He
однородностей в очаre возбуждения. Существенно ослабить этот
фон возможно путем создания инверсuи с помощью взаимноro из
менения полярности начальной фазы управляющих сиrналов при
повторном возбуждении колебаний на пикете.
З. Наибольший уровень поперечных волн отмечен при раз-
вертках частотой 5 ЗО rц.
в целом проведенные исследования подтвердили возможность
устойчивоro возбуждения поперечных волн с помощью двух рабо
тающих в противофазе продольных вибраторов. Наибольшие пер-
спективы ero использования связаны с проведением инженерно-
reолоrических изысканий при относительно небольших rлубинах
залеrания целевых roризонтов.
5.4. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ rЕолоrИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
С ПОВЕРХНОСТНЫМИ НЕВЗРЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН
Ниже приведены примеры решения rеолоrических задач на oc
нове применения поперечных волн, возбуждаемых наземными He
взрывными источниками.
282
1. Мак:аровск:ая и Заnаоно--Коро6овск:ая nл.oщади в yaMypmuu l .
РаботЫ проведены комплексом продольных и поперечных волн Me
'!'ОдОМ ОП' с кратностью 24 и 48 на одних и тех же профилях.
Д1IfI каждоro типа волн разрабатывалась и применялась опти
мальная методика наблюдений. При наблюдениях Р волн исполь
зовалась rpуппа из двух=rрех rазодинамических источников, а
при наблюдениях поперечных SН волн из трех четырех элек
тродинамических излучателей на базе 25 50 м. Применялось Ha
камение 8 12 воздействий. При возбуждении поперечных
SН волн реrистрировалась сумма +у и y воздействий. Исполь
зовались центральная и фланroвая системы наблюдений с BЫHO
сами для Р волн 200 м и дЛЯ SH до 400 м. Реrистрация P
волн проводилась rpуппами из 20 вертикальных сейсмоприемни
ков CВ1 20 на базе 50 м, а SН волн 30 roризонтальными
сейсмоприемниками t; па DF 7H (Польша) по такой же базе.
Зону малых ско ей для определения статических поправок
изучали с помощью ндирований МПВ на продольных и попереч
ных волнах.
Обработка материалов на ЭВМ дЛЯ получения необходимых
значений снrнал/помеха на поперечных волнах имела две
бенности: двух трехкратную коррекцию статических поправок по
временным разрезам ОТВ и ОТП (в основном по преломленной
волне от первой преломляющей rpaницы) и применение на первых
стадиях обработки (до суммирования по оrп волновой фильтра
ции С целью ослабления низкоскоростных волн помех. Примеры
временных разрезов по P и S волнам приведены на рис. 72.
Достаточно ответственными процедурами после получения оп
тимальных временных разрезов по P и SН волнам являлись
отождествление и стратиrpафическая привязка roризонтов. Для
этой цели привлекали данные каротажей rлубоких скважин, изу
чали общий характер сейсмических записей, интервальные Bpe
мена между отражениями. Использовали динамическую вырази
тельность, форму записи, условия корреляции волн при спек
трально временном анализе (СВАН анализе) фраrментов BpeMeH
ных разрезов. Этот анализ подразумевает изучение участков
разреза, полученных при различных узкополосных (как правило,
треуroльных) фильтрациях с целью отождествления отдельных
фаз р- и SН волн. СВАН анализ проводили при прямой и обрат
Ной полярности временных разрезов, и он позволил повысить
надежность отождествления фаз на временных разрезах.
В результате совместной интерпретации разрезов по p и
SН волнам получили значения '1 t для целевых временных интер
валов.
На Макаровской площади по карте '1 t удалось изучить BHYT
реннее строение терриreнных отложений BepxHero девона. Для
lРаботы выполнены rrп "СпецreОФизика" ПОД РУКОВОДСТВОМ Н.И. Нарыш
КИкой.
283
о)
"':I
.....
=
g
g
:!
'"
8-
!i
!J
:
11,)
:!
=
=
11,)
::!
8-CI.
g:,
м'О
... ..
.И
!j
== '
CI.<::I
1'f2
f О Iкм
I I I
15'1-
1I'Q
- f2'Ю
о
1 )l t 1:-;.:1 2 О" I I 'I E]S G 1........1 7 8
1' 1 9 10 JJ 101,2,з1 12
Рис. 73. Литолоrо фациальная схема строения отложений - Dз Сl (3ападно-
Коробовская площадь, Удмуртия, составили r.A. Макурхина, Е.В. Потапова,
Н.И. Нарышхина):
1 области возможноro развития биоreрмных ilocтpoeK; 2, 3 области yвe
peHHOro и предполаraемоro развития песчаников малевско упинскоro возрас
та; 4 область ЛИТОЛОl'Ическоro замещения песчаников rлинами; .5 KOCO
слоистые залеraния отложений в толще С Dз; 6 rлиннсто кар60иатный борт
впадины; 7 направление сноса песчаников; 8 значение параметра '1 -
= tJ.tp/ tJ.ts; 9 изоrипсы по поверхности отражающеro roризонта, м; 10, 11
rлубокие скважины с наличием и отсутствием песчаников; 12 peKOMeндo
ванные под бурение скважины
этою выделили в перспективном в нефтеraзоносном отношении
namийском roризонте области с повышенной rлинистостью (па
леорусла с '1 t := 0,34 0,37) и участки с распространением rpy
бозернистых песчаников и наметили перспективные для бурения
точки. На Западно Коробовской ПЛощади по результатам сейсми
ческих работ методом мноroволновой сейсморазведки построили
.IIИТOлоro фациальную схему строения отложений Dэ Сl (рис.
73). На ней удалось выделить биоreрмные постройки, связанные
с областями повышенных значений '1t(0,57 0,58) в толще песча
НИков, а также наметить участки с преобладанием rлинистых
ОТложений.
2. Ресnуб.лuк.а KoAt.u
В Республике !<оми проводились опыто производственныыe ис
285
а
.... .::..... '. ...... '....... .... ...., 'I'II........_......'...., . ..-"
'..,.,..... . '... ."....'....011......" . . .. ......' ':7' О, 2 r
,. ...." .... ,rl\..,,". '""".,' 1....
7-': "' ....::= ::.;:::: ::::?-== _ "::::. :._ ; 3 : :: ;: O,
.............- ",.. '''''' .""',,. ,- '"
:::: .-:. .....-. :: ' = T'.: :::.:: . ;. : ..:. 7: ;; <,:'? . 0,6 ]у
... . ....-: ' :. ':':: .... " .., .0.... ., :.. .....:::--:: ::. ::,... '. ", ........:. ""::'., ..' '. ....
... . .,.... '..,,, ",..... , ... ,,'...:, М'
.,,, '.....,' " . .'. ...", ' :" ...
,1...,,,, ..
:- .:::: т,с
010210з30 J90 ,,50510576630690756810870930 9!lО'0rо,т'0,,70'210пк
;;# " : ,,, : . : : ,, , : . :, : :, : : ; :" ,: : , : :, ' . " . ' . _ . . : L . . . . . : : _ t : . : :, . , . . . .. . . . . . . .. . : _ : . . .. . : . . . . . ; . . _ . '::
.. .. -:-::: . /:..:: ,::: .: :::::::::: .::::::::....::::::. . :::-.=::.....;:..:. .... =--
..-................
......... ............ ......." ,о ... w.
,о.' .. " "" ...... "....... ..' : : ': т, с
G'
1 2
3
I
0,5
.........................................................
J.,I"\...........,J......'\.......J"\,... ............""..............,......
'.."..L. """........",.,. .................
0,2
О о/о 2,0 з30 з90 450510570 в ЗD 6 7 .O 8,0 а7О 930 g90105011ТОf17012ЗОпк
Рис. 74. Временные разрезы по продольным (а) и поперечным (6) волнам
и поrоризонтные значения коэффициентов Пуассона (в):
1 !lласт I I1; 2 пласт I1 III; 3 пласт III IV
следования с наклонными излучателями rCK 5ПП на ПРОДОЛЬНЫХ
и поперечных волнах.
Целью опытно производственноro опробования методики (МВС)
на северо восточном склоне Тиманскоro поднятия, rде rлубина
верхнепротерозойскоro фундамента не превышает 500 м, явля
лась выработка технолоrии одновременноro возбуждения и реrи
страции ПрОДОЛЬНЫХ и поперечных отраженных волн. В отложени
ях BepxHero девона отмечены неструктурные (зоны выклинивания
песчаников) залежи нефти и rаза.
Применялось накопление 4 8 воздействий от одноro rСК 5ПП
от левой (+) и правой ( ) камер. Реrистрация проводилась на
24 канальную расстановку из 12 чередующихся через 5 м rpупп
вертикальных и roризонтальных сейсмоприемников. Расстояние
между каналами для каждоro типа волн составило 1 О м. Приме
нялись сейсмостанция "Проrpесс 96", фланroвая система наблю
дений с выносом ПВ дЛЯ P и SН волн 55 м. При обработке ис
пользовались процедуры разделения волн (суммирование и вычи
286
lJl '" 1050.../с
2000 3000 4000
I I 1
1 ' , "z.: ,w",.. .;'.."'?:)\; :,
,,,:-:";.! .':.'\ " ,'t,....,::' . .Z...:;....,:' ..
."/'" .:# ,,,,,_. 'w: 'w__:. ....<'('f,'.;''1.
.k .:.д . . -+ ,. .;00.;
.., ........, ... ," . '" ..,....
2 ,i/I ....., ......... .. "'. )i:,..\
,...,. ',1'" . ,,/'*.:.;,...i. :/";"f .-;':'''''' .I
:-. .. .: ...., .
'- ;"A....'J!"L..'''''-'' ",., ......: ....
... ...,......,.,." ; .... ."""!. ,
-;""" .' ""j,'/" .'" "' I"';
..., ,.. ',.. . '}
..,, '..... ..... . "" .,,,,,,..,
.';;;'/ - :I",/Y !. ... ,v,.; II
3 "".r'. '.»t...,' . /'" "'... . . ..':
t,c
2000
f
2
1р <= 1100 м/с
2000 3000 4000
' . :" . ", ,at".\." . '''Jjfl .,....
;" ., ..J''''' ....., ,,_ . '...
,., .':VIt:.'I;f!.t- , " .;.'
, , ...,,, ... . .., ..l.../Wn ;,:.'\t. :...\.....r.."'\.......
Рис. 75. Выделение рифовой постройки по данным поперечных волн
тание воздействий), автоматической коррекции, статических
поправок, полосовой фильтрации, фильтрации скоростей, обрат
ной фильтрации. Стратиrрафическую привязку и отождествление
волн проводили с привлечением данных скважинных наблюдений.
На временных разрезах MOrT 24 присутствуют основные roризон
ты в девонской толще по данным продольных и поперечных волн,
КОТорые позволили определить значения коэффициента Пуассона
(рис. 74).
На Тэбукской площади в Республике Коми по данным попереч
ных SН волн на временном разрезе четко отмечается рифовая
ПОСтройка в отложениях триаса на времени t == 1,8 с (рис.
75). На разрезах продольных волн это отложение не отмечено.
287
t\lU u
't<I ':" 'ta
:',;,;,\;;: :iЩ.. '. 1 -; ;111\ ',j:i 1" :11',
;1Н: i, . ,,,. ' l ' l ' l' / ',,1' 'r'II",..I.,! ' l'
"*::,,..: .. ;" i I : 1 I I '1' 1\ .11;', I
(....., .:: . 1 1/ , II ! j ,.f 11I .,1. '" '
;I I 11 .' I " ,1, li' 11 1 1
. ',.::' jI <. .' 11 ' , .II' ,
! t:I !Ji iiI .1. ,,', , '\ 11, .
:I!\: CIa I 11 !.!,III , :'.'.1 J, ' \ '1'
'. ./ I J '1 i"
'/( 1 " I "'- , ( / " ' \ /:\:.\1,'/
....1 :i II1111I1111 \
';:..; I I : '..II' II 'Ч', r l \' , \;!:!i ';/ 1
' i .' 1 ' 1 ' iW, 1\
l' ',..."/,,, I "
; 111 "! r !!.lI!)! l iIFI.I' I '
.. ' " 11" \' ,
; .1 ' " l' ,:,. ..'1" "
i' \ ':i l l . 11\,1,,'(1 f'I' , ';
.,' \' 1 ' ;;, ,i', ,';/',1 1 ';1, /
. I 11 1"
I I ,;11 './'/.' ,1,/'
! I i' 1, / ' I
ll r .j.I II, I, '1,1:,1"
,} 1 1,., 1, \ ', "" I
! ,. ./1' 1 .'1' ,
, 1'" '1 ' ,
\. j " illl', 1"1.
"'" 1. 11'11, . 1 / 11 '
:!j!I!.. 1,,' ) , ,
" ';...' ,'" 11 .1/, I .,' I
'j: .:/ ";' 11 " .' ! 1 ...." \,
. \:' ';Ii.....'; :,. .o'.i' ."1 " ll!'
j""',',i:ii'r!ii+;(:;, ,'! P I I ,Н ,;, il.riчi;, i:
':1:""-)::./1:)"" . . _.': ., i .\', ,,' 1,
,""...11 1 ' - 1 " "' 1 " :,.,\!
.'....'....! ' 1 '" 1 "11'1 "
'" ( 1 "!;r'I',,I('I'\
11; ( I,1i'\',,"il'f:i':',
i I!' I :! Ij;j!;:'\ "' ;\fi,
,\, '1 ,1""11.1' 1 " 1
! ' \ ' ' / ' : I,I,;"\II,1'1'1 ':-);' I
.; 1\' \ :" ;,\' ф: :.
'., "" 1 ' , ,1' '1"' 1 ':'\
.' ." ' 1 11'1-
! . \"! I 'r,' \, '1',' :' I
i, ii!i'?" ';;;,Ii'
)!II, ,,' i l l' '{I' , .
',' 1'" ,,;1,1 Ji' '11
1 , 1111,\ ','il:'il ' / r !11
1 ,1 I! ·
. I ,
1:
,..
Iq
:rc
Е:
,., (\1 t'.
О It' е-
t:1
,::
"о
1=1
,., ('01 (\.
O &
t
10 \о
IC .....
.
u
=
...,
...
g
=
...
:!
i-
s:
=
11' j
8. =
i
1: '
IC !":з
ё
...,
о
«)
,
=
...
а j
I!
1: '11 ii
IC i:!. 2:
; e
-&
1 69
"'=
OS!t
71!
g
..,
e
=s:
2Q.)
=
=13
g-i-
>"s:
Q
Б g:
G@
g/g
OS
15 IQ
:i a OS
'" I::!
8. ..:;f
[ !
Q.) 5:;;
:!
$ ;
8e-
Q.) IQ ..
Co!; '
t=:... N
."'" !?'W
IC .
. i OSO
Co .
g.g=c:
:!
Q
=
=
Q.)
:!
8.
.
Q
=
IC
со
1:
Q.)
:;;
=
=
Q.)
11'
>,
а
1:
3. РаЙОНbl Л атвии
В Латвии методика полевых работ с наклонными источниками
rcK 5ПП и отработки материалов была аналоrичной той, которая
применялась в Республике Коми. Однако сейсмоreолоrические
условия в Прибалтике для прослеживания поперечных волн OKa
зались roраздо сложнее. Здесь применение общеro коэффициента
ркОlVlения с rpуппированием двух излучателей rCK 5ПП и KpaT
вQCТЬю наблюдений МОП 12(BblHOC ПВ 200 м, база наблюдений
920 м) оказалось недостаточным для прослеживания поперечных
arраженных волн от roризонтов в ордовике и кровли фундамен
та, выделяемых на разрезах Р волн. Однако, усложняя методику
работ, удалось проследить целевые отражающие roризонты и на
поперечных волнах.
В Латвии были проведены также работы по"shоvеr" методу с
одновременным возбуждением и реrистрацией продольных и попе
речныx волн. При возбуждении использовали четыре вибратора
CB 5 150. rруппа, из двух вибраторов, установленных на базе
2s м с выносом = в 350 м, возбуждала продольные волны, ис
пользуя комбини ванные сиmалы) способ "Синхрокомби" (один
вибратор возбужд сиrнaл с разверткой ЗО 60 rц, а второй
6O 120 IЦ).
Результаты обработки материалов приведены на рис. 76. Из
Hero следует, что достаточно уверенно на поперечных волнах
прослежен неrлубокий отражающий roризонт в девонских отложе
НШlХ. Качество выделения более rлубоких rpaниц значительно
хуже, чем на продольных волнах. Не исключено, что путем yc
Jlожнения методики работ и повышения кратности наблюдений
моrли бы получить материалы лучшеro качества. Тем не менее
CJIeдyeт отметить, что использование "Shоvеr" метода весьма
перспективно, особенно для прослеживания неrлубоких roризон
тов.
Приведениые примеры достаточно убедительно показывают
большие перспективы использования наземных невзрывных источ-
ников для возбуждения поперечных волн с целью решения CТPYK
турных и неструктурных задач.
б. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
НЕВ:ЗРЫВНОЙ СЕЙСМОР АЗВЕДКИ
Полевые материалы наземной невзрывной сейсморазведки об.-
рабатываются иа вычислительных центрах по комплексам про
рамм МОВ и МОВ ОП, предназначенным для преобразования дaH
ных во временные и rлубинные разрезы и анализа зареrистриро
Ванных волн. В последние roды получили развитие полевые вы-
ЧНCJIительные комплексы на основе персональных ЭВМ, способные
19 Заказ JI/;> 2211с 289
вести обработку данных в непосредственной близости от места
проведения работ, что имеет особое значение для невзрывной
сейсморазведки, особенностями которой являются, с одной CTO
роны, мобильность, возможность быстрой реализации разнооб
разных интерференционных систем при возбуждении колебаний,
изменение направления профилей, а с друrой относительно
низкие отношения сиrнал/помеха на исходных записях, повышен
ный фон реryлярных помех, необходимость корреляционных пре
образований вибросейсмических данных и Т.д.
В этих условиях очень важна полевая оценка получаемых Ma
териалов для оптимизации методики работ, уточнения направле
ний отрабатываемых профилей и их протяженности.
В целом материалы обрабатываются по тем же алroритмам и
проrраммам, что и данные взрывной сейсморазведки, хотя име
ются и определенные отличия, обусловленные спецификой данных
невзрывной сейсморазведки. Поэтому традиционные задачи обра
6отки: повышение отношения сиrнал/помеха, повышение разре
шенности записей и обеспечение максимальной протяженности
разведуемых отражающих roризонтов приобретают особое значе
ние в невзрывной сейсморазведке. Эти задачи решают в Hec
колько этапов на основе применения широкоrо и разветвленноro
rрафа обработки, в который в качестве обязательных входят
следующие процедуры: редактирование данных и удаление особо
зашумленных участков трасс, корреляция вибросейсмических за
писей, ввод и коррекция кинематических и статических попра
вок, ослабление реryлярных помех, фильтрация, вертикальное и
roризонтальное накопление, а также преобразование временных
разрезов в rлубинные.
Вопросам обработки сейсмических данных посвящено значи
тельное число работ, поэтому рассмотрим основные особенности
обработки материалов невзрывной сейсмораазведки, которая по
всеместно проводится в несколько этапов.
6.1. ПЕРВЫЙ ЭТАП ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
На первом этапе выполняются: демультиплексирование и pe
дактирование данных, выравнивание амплитуд зареrистрирован
ных волн, вертикальное накапливание, корреляция вибрационных
материалов, спектральный анализ и фильтрация записей.
Рассмотрим основные процедуры.
6.1.1. РЕДАКТИРОВАНИЕ ЗАПИСЕЙ
Исходные материалы наземной невзрывной сейсморазведки ха-
рактеризуются небольшими отношениями сиrнал/помеха по pery
лярным и нереryлярным волнам. Поэтому необходим их тщатель
ный анализ с отбраковкой неработающих каналов, участков
290
rpэсс с аномально сильными и слабыми записями и их центриро
вание.
Анализ производится на основе "повальноro вывода" сейсмо
rpaмм при импульсном возбуждении и виброrрамм при вибра
ционном. На основании просмотра материалов выделяются участ
ICИ записей с отклонениями от средних, устанавливаются реаль
В3JI длительность записей и качество отражений. При просмотре
вибрационных материалов оцениваются также уровень, характер
и длительность управляющих сиrналов и отмечаются виброrрам
МЫ, на которых сиrнал отсутствует или имеет низкое качество.
Участки трасс с аномальным уровнем амплитуд или исклю
чаются из дальнейшей обработки путем их обнуления, или под
верrаются специальной обработке для доведения их до cpeДHe
ro, нормальноro уровня. Обнуление записей чаще Bcero произ
ВОДИТСЯ в процессе накопления сиrналов на сейсмостанции, но
может выполняться и при обработке по уровню анализируемых
колебаний, которыс; ДОЛЖНЫ быть в пределах заданноro диапазо
на, устанавливаемрro по средним, значениям амплитуд волн в
пределах профиля \IOIИ ero части. Обнуление весьма эффектив
ная процедура, но в ряде случаев оно может приводить к поте
ри полезной информации. Поэтому на этапе обработки данных
предпочтительней воспроизведение аномальных участков трасс с
весовыми коэффициентами, определяемыми как отношение cpeДHe
ro уровня амплитуд по трассе к средней амплитуде волн в пре
делах аномальноro участка записи. При высокоамплитудных KO
лебаниях этот коэффициент будет меньше единицы, а при мало
амплитудных больше. Для TOro, чтобы исключить очень боль
шие значения BecoBoro коэффициента, следует устанавливать
определенный нижний пороr амплитуд, ниже KOTOporo считается,
ЧТО запись отсутствует вообще, и такие участки изымать из
дальнейшей обработки. Некоторые очень интенсивные, так назы
ваемые "уратнные", помехи характеризуются также аномалиями
и по частоте. Для их более полноro устранения MOryT быть ис
пользованы принципы частотной селекции, основанные на yCTpa
нении колебаний с заданной узкой полосой частот.
В тех случаях, коrда каждое воздействие невзрывноro ис
точника реrистрировалось на маrнитную ленту в обход накопи
теля станции, на первом этапе обработки производится верти
кальное (синхронное) накопление данных. Для суммирования BЫ
бираются качественные записи, а аномальные участки трасс или
обнуляются, или складываются с соответствующими коэффициен
тами, вычисленными вышеуказанным способом. В ряде случаев
целесообразна полосовая фильтрация складываемых сейсмоrрамм
или виброrрамм для выравнивания частотноro состава колеба
ний. Естественно, что при накапливании должны быть точно
СОвмещены начала записей, а в случае их несовпадения внесены
необходимые поправки.
Спектральный анализ колебаний является стандартной проце
дурой и может выполняться на различных этапах обработки. в
19*
291
невзрывной сейсморазведке он имеет несколько большее значе
ние из за специфики материалов и необходимости оценки Ka
чества управляющих сиmалов, записанных на профильных маmи
тorpaммax. Очень часто необходимо центрирование записей,
особенно при вычислении функции взаимной корреляции, в связи
с тем, что даже незначительные смещения нуля станции MOryT
снизить качество материалов.
АРУ применяется к виброrраммам [5] как средство выравни
вания <отбеливания) уровня записей и ослабления интенсивных
волн помех. Действие ero обусловлено тем, что низкочастотные
помехи имеют значительные амплитуды, перекрывающие более
слабые полезные отраженные сиmалы. АРУ уменьшает амплитуды
сильных волн, представленных помехами, и тем самым увеличи
вает относительную интенсивность слабых, которые COOТBeT
ствуют в большинстве случаев отраженным волнам. Применение
АРУ оказалось весьма эффективным, особенно для улучшения
прослеживания неrлубоких roризонтов, вследствие ослабления
интенсивных помех, а также блаroдаря простоте оператора и
малым затратам времени на ero реализацию. Один из возможных
алroритмов АРУ имеет вид [5, 23]:
//2
a'.==CN/ la.+.I,
1 j l/2 11
rде а'. и а. спектральные амплитуды l И выходной и входной
1 1
трасс виброrpаммы; 1 протяженность окна; N число отсче
тов в окне; С масштабный коэффициент.
При использовании АРУ следует учитывать, что эта процеду
ра является нелинейной и ведет к амплитудно частотным и фа
зовым искажениям зареrистрированных волн, особенно если она
проводится по участкам записи небольшой длительности. Поэто
му не рекомендуется применять АРУ к виброrраммам, если в
дальнейшем предполаrается динамическая обработка данных
и ставится задача по оценке амплитуд волн.
6.1.2. КОРРЕЛЯЦИЯ ДАННЫХ
Вычисление функции взаимной корреляции между зареrистри-
рованными колебаниями и управляющими сиrналами обязатель
ная процедура обработки вибросейсмических данных, которая
выполняется на ее первом этапе.
Корреляция вибросейсмических данных может осуществляться
во временной или частотной областях. Во временной области
сиmалы представляются в дискретной форме и вычисления про
изводятся по следующему алroритму [4]:
1 N
R ... S.a
n N 1 i 1 J j Il+1'
292
rдe n ... 1,2,..., число отсчетов коррелоrраммы; ; ... 1,2,...
число отсчетов коррелируемой траССЫ; N число отсчетов
управляющеro сиrнала.
В частотной области корреляция реализуется на основе пря
MOro и обратноro преобразований Фурье. Сначала вычисляются
спектры виброrpаммы, которые поотсчетно перемножаются, обра
зуя значения коррелоrраммы в частотной области:
R<f) ... S(f.)a 7 (п.
I I I
Затем комплексный спектр коррелоrраммы на основе обратноro
пре06разования Фурье трансформируется во временную область
ДЛЯ последующей обработки.
Стандартная корреляция является линейной операцией, и она
не приводит к искажению динамических характеристик волн в
полосе частот управляющеro сиrнала, так как ero спектр имеет
прямоуroльную форму. Спектр виброrpаммы определяется частот
Hым составом пол ных и мешающих волн и может БЫТЬ весьма
широкополосным. пектр коррелоrpаммы более узкополосный за
счет оrраничения ero полосои частот управляющеro сиrнала, и
он зависит от дли ельности окна анализа [5]. Спектры, опре
деленные в сравнительно узких временных окнах, приуроченных
к основным максимумам коррелоrраммы, носят резонансный ха-
рактер. Резонанс наблюдается на частотах, значения которых
зависят от полосы управляющеro сиrнала и степени поrлощения
и искажения спектральноro состава зареrистрированных волн.
Как правило, частота резонанса Bcerдa меньше средней частоты
управляющеro сиrнала.
Взаимная корреляция может рассматриваться как фильтрация.
При этом оператором фильтра являются значения управляющеro
сиrнала. Основываясь на этом, предложили [23] проводить KOp
реляцию с управляющим сиrналом, амплитудные значения KOTOpo
ro не остаются постоянными. Такая процедура получила назва
ние "весовой корреляции", и она позволяет трансформировать
амплитудные спектры прокоррелированных колебаний без искаже
кия фазовых. Реализация весовой корреляции осуществляется
путем задания оrибающей управляющеro сиrнала в виде непре
рыв ной , кусочно непрерывной функции или последовательности
значений для каждоro дискрета времени или частоты. На рис.
77 приведены пример формирования оrибающей управляющеro сиr--
нала кусочно непрерывной функцией с узловыми точками на Bpe
Мени TI,..., Т, и форма соответствующеro сиrнала для Koppe
ЛЯции во временной области [23]. Весовая корреляция весьма
эффективное средство управления частотным составом прокорре
Jlированных записей. Важно, что она практически не требует
ДОполнительных затрат времени и позволяет выравнивать час-
тотный состав отраженных волн, а при достаточных отношениях
сиrнал/помеха поднять уровень необходимых частотных coc
тавляющих в требуемой полосе частот, устранить или значи
Тельно ослабить записи в определенных частотных интервалах,
293
ц.
Ak
Аь"
А ц
Аз
А 2
А 1
О 7f
{j
s
73 Тч
75
о
Рис. 77. Формированн;; оrи
бающей Ak (а) и onopHoro
сиrнала S (6) ДЛЯ весовой
корреляции вибросейсмиче-
ских данных:
Tl. Al; Т2. А2; T i . A i
времена и амплитуды оrи
бающей в узловых точках
т
заполненных интенсивными помехами, а также снизить уровень
корреляционных шумов за счет дополнительноro уменьшения амп
литуд краевых частей управляющеro сиrнала. Однако для ее yc
пешной работы необходимы достаточные значения отношения сиr
нал/помеха.
В технолоrию проведения корреляции виброrрамм входят сле
дующие основные операции [5].
1. Оценка качества и редакция записей на виброrpаммах.
2. Оценка качества управляющих сиrналов. При этом прове
ряются наличие амплитудных и фазовых искажений сиrналов, их
длительность и частотный состав. Производится отбраковка ис
каженных управляющих сиrналов. Полезно провести спектральный
анализ управляющих сиrналов по профилю и получить монтажи их
спектров, по которым леrко определить качество управляющих
сиrналов. Искаженные сиrналы не рекомендуется использовать
для корреляции. Целесообразно их заменить на сиrналы С co
седних виброrрамм или на синтетические, которые MOryT быть
сформированы проrраммными средствами с необходимыми парамет
рами.
3. Центрирование, если необходимо, виброrрамм и управляю
щих сиrналов.
4. Выравнивание амплитудноro и частотноro состава вибро
rpaMM.
5. Взаимная корреляция данных.
6. Визуализация коррелоrрамм и оценка их качества.
294
Довольно часто выполняется спектральный анализ отдельных
JfЛИ всех коррелоrрамм. Если необходимо, то проводится пов
торная редакция и отбраковка материалов, а также повторная
корреляция отдельных виброrрамм.
На этом заканчивается первый этап обработки материалов.
6.2. ВТОРОЙ И ТРЕ1ИЙ ЭТАПЫ
ОБРАБОТКИ ДАННЫХ
Второй этап обработки предусматривает выполнение следую
щих процедур: ввод и коррекцию кинематических и статических
поправок, фильтрацию данных и получение предварительноro
BpeMeHHoro разреза. По характеру процедур и технолоrии их
выполнения они практически не отличаются от аналоrичных опе
раций с материалами взрывной сейсморазведки, что позволяет
их не рассматрива [39]. Несколько большеro внимания и тща-
тельноro выполнен я требуют коррекция статических поправок и
фильтрация виброс йсмических данных.
Третий этап обработки является завершающим и включает в
себя уточнение результатов обработки BTOpOro этапа, включая
roризонтальное накапливание с уточненными значениями попра
вок, фильтрацию, в том числе обратную, трасс BpeMeHHoro раз
реза, а также друrие процедуры, направленные на повышение
отношений сиrнал/ помеха и разрешенности записей. Практически
все они проводятся по известным алroритмам. Определенные OT
личия имеются при выполнении обратной фильтрации вибросейс
мических данных.
Третий этап обработки завершается получением окончатель
ных временных и rлубинных разрезов, по которым выполняется
интерпретация полученных материалов.
6.3. ОБРАТНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ
В вибрационной сейсморазведке, как и во взрывной, обрат
ная фильтрация проводится с целью выравнивания частотноro
состава зареrистрированных колебаний и компенсации частотно
зависимоro поrлощения волн. К настоящему времени разработано
достаточно большое число алroритмов и проrpамм обратной
фильтрации материалов [5, 23]. Однако большинство из них
ориентировано на обработку минимально фазовых сиrналов с
достаточно большими отношениями сиrнал/помеха. Особенности
материалов вибрационной сейсморазведки заключаются в том,
ЧТО они характеризуются относительно небольшими отношениями
сиrнал/помеха и сложными фазовыми характеристиками прокорре
Лированных сиrналов. В силу этих причин были предложены спе
Циальные алroритмы обратной фильтрации, учитывающие особен
295
насти вибросейсмических данных, которые подробно изложены в
работе, посвященной обработке вибросейсмических данных. [23) .
Обратная фильтрация (деконволюция) вибросейсмических Ma
териалов может быть реализована в следующих трех вариантах:
деконВOJIЮЦИЯ исходных виброrpaмм, коррелоrpaмм И трасс Bpe
MeHHoro разреза. Деконволюция виброrрамм преследует цель
расширить частотный диапазон зареrистрированных сиrналов и
приблизить их к спектру управляющеro сиrнала с тем, чтобы
повысить разрешенность получаемых материалов. По своей при
роде волны на виброrраммах являются минимально фазовыми
(причинными) , что предопределяет возможность применения всех
проrpамм деконволюции для обработки этих материалов. В общем
виде минимальн зовый оператор обратноro фильтра вибро
rpaMM в Z представлении выrлядит как [5]
l/Fo(z) == aSo(z)C(z),
rдe So(z) спектр управляющеro сиrнала; Co(Z) минимально
фазовый фильтр сжатия; а постоянный множитель.
Реализация обратноro фильтра не вызывает принципиальных
трудностей, однако ero практическое применение сопряжено с
большими затратами машинноro времени, вследствие чеro он ши
poKOro практическоro использования не получил.
Большее распространение получила обратная фильтрация KOp
релоrpaмм и трасс cYMMapHoro разреза ОП. Особенности ее
применения в этнх случаях обусловлены сравнительно узким
спектральным составом колебаний после корреляционной обра
6отки сиrналов и смешанно фазовым характером обрабатываемых
сиrналов. Вследствие ЭТОro проrpаммы обратной фильтрации,
ориентированные на обработку минимально фазовых сиrналов,
будут приводить к нежелательному усилению боковых разраста
ний корреляционной функции, расположенных в левой, минусовой
ее части.
Преодоление этой проблемы возможно двумя путями. Первый
заключается в преобразовании смешанно фазовых прокоррелиро
ванных сиrналов в минимально фазовые. Задача решается путем
свертки трассы с фильтром, оператор KOТOporo имеет минималь
но фазовый спектр, рассчитанный на основе преобразования
fиль6ерта по заданному, исходному амплитудному спектру. Пос
ле этоro минимально фазовая деконволюция может применяться
без каких либо оrраничений. В результате будут получены ми
нимально фазовые сиrналы со всеми вытекающими последствиями.
Имеется две точки зрения на целесообразность использования
минимально или нуль фазовых сиrналов. Первые предпочтитель
ней при необходимости увязки материалов вибрационной и им-
пульсной сейсморазведки. Однородные по фазовым спектрам им
пульсы отраженных волн будут иметь одинаковые или очень
близкие времена реrистрации, что, естественно) облеrчит aHa
лиз материалов и построение единых структурных схем и карт.
С друroй стороны, сопоставление потенциальной разрешающей
296
с:оособ иости нуль фазовых И мииимально;lJaзовых сиrналов за
cтaВJlJleт отдать предпочтение первым [23). Оно выражается в
более короткой длительности и ЛУЧПIей временной разреrпенности
следующих друr за друroм импульсов, а также в том, что ис
ТJDIIIbIe времена прихода волн определяются экстремальными зна-
чеНИЯМИ нуль фазовых сиrналов. Эти выводы послужили опреде
ленным обоснованием для создания проrpaмм обратной фильтра
ции вибрационныx материалов. При этом предполаraют, что ви
брационные сиrналы после корреляции приближаются к нуль
фазовым, симметричным импульсам.
Нуль фа30вая деконволюция сжатия основывается на решеtfии
уравнения Левинсона Винера в предположении нуль фазовой фор
мы единичноro сиrнала и наиболее просто реализуется в час
тотной области. Трасса представляется как случайная после
довательность импульсов, имеющих одинаковую форму, но слу
чайную амплитуду. сли совокупность времен вступления носит
случайный характе, то выравнивание амплитудноro спектра
ПРИ80ДИТ к преобра ванию трассы в набор импульсов, близких
к дельта функции. Оператор нуль-фазовоro обратноro фильтра в
частотной области записывается как
Р}( f) I
G(f) - ,
lu(f) I+O.01NI атах (!) I
rдe I а(п I сrлаженный амплитудный спектр входной трассы;
I a(f) I общий наибольший делитель для всех составляющих
частот, I атах(п I максимальное значение I а(п 1; N про
цент добавляемоro шума (параметр реryляризации).
Спектр выходной трассы рассчитывается по формуле
а вых (п ... а (п G (п ,
rде a(f) = Re(f)+l1m(f) комплексный спектр входной трассы.
Обратное преобразование Фурье от а вых (п дает выходную
трассу во временной области. Деконволюция сжатия, как пра
вило, резко поднимает края спектра, что часто приводит к
существенному возрастанию шумов. Выравнивание спектра BЫ
ходной трассы реryлируется параметром реryляризации N.
Выбирая конкретные значения параметра реryляризации в про
центах (обычно 5 30%), можно ослабить эффект раСПIирения
спектра на краях и, следовательно, снизить зашумленность
ВЫходной трассы. Правда, в этом случае уменьшается эффект
расширения спектра и сжатия сиrналов во времени. Обратный
фильтр сжатия критичен к выбору длины окна обработки. так
Как от Hero зависит мощность шума.
Корректирующая обратная фильтрация применяется для опти
Мизации результата деконволюции по параметру сиrнал/помеха.
Корректирующая обратная фильтрация осуществляется двумя по
СЛедовательно включенными фильтрами: фильтром сжатия и co
297
rласованным полосовым фильтром, КОТОрЫЙ выбирается нуль
фазовым и служит для ослабления уровня шумов.
ДекоНВOJlЮЦИЯ с заданной формой сиmала использует инфор
мацию о форме сиrнала, возбуждаемоro источником. Оценка фор
МЫ импульса производится на основе анализа материалов и yc
редненияполученных данных. Применительно к обработке вибро
сейсмических данных проrpaмма деконволюции ориентирована' на
преобразование сиrналов сначала в нуль фазовые импульсы,
а затем их трансформацию нуль,разовой деконволюцией сжатия.
Проrностическая (предсказывающая) деконволюция основана
на том, что реryлярная предсказуемая часть входной трассы
обусловлена ИСХОДНЫМ сиrналом, а непредсказуемая полезными
отражениями. Оператор предСICазывающеro фильтра находится на
основании решения уравнения Винера Левинсона и записывается
в виде
't
1: Gп('t). rB(t 't) ... rb(t+B-).
T O
rдe G('t) фильтр предсказания, rB('t) ФАК входной трассы.
Интерес представляет фильтр ошибки предсказания, который
не только предсказывает значения реryлярных 'волн в заданном
временном окне, но и вычитает их из з писи, оставляя на ней
только' непредсказуемые отраженные волны. Фильтр ошибки пред
сказания вычисляется в области Z представлений по следующей
простой формуле:
Gon(z) - l Gп(z).
Применительно к деконволюции вибрационных прокоррелиро
ванных сиrналов интервал предсказания задается равным длине
интервала ФАК ('t) входной трассы от 't - О до ее первоro или
BТOporo пересечения с нулевой линией. Фильтр ошибки предска
зания критичен' к выбору окна расчета и интервала предсказа
ния, что оптимизируется при обработке. Целесообразно также
материалы, полученные после проrностической деконволюции,
профильтровать нуль фазовым полосовым фильтром для уменьше
ния уровня шумов.
Максимально энтропийная деконволюция и ее модификации oc
новываются на расширении комплексных спектров прокоррелиро
ванных записей путем предсказания их значений за пределами
рабочей полосы частот. Этот процесс возможен в силу тoro,
что две считающиеся случайными последовательности: распреде
ления значений отсчетов сейсмических трасс во временной и
частотной областях характеризу я приблизительно одинаковым
поведением. Расширение спектров возможно в область как низ
ких, так и высоких частот, и оно выполняется с помощью двух
фоРМИРУЮЩИХ фильтров для их действительных и мнимых час
тей.
На основе максимально-энтропий ной деконволюции разработан
и внедрен комплекс проrрамм, получивший название "Филмем",
298
Рис. 78. Расширение спепра на
основании использования nporpaмMЫ
"ФИJIием":
DFN, DFK область расширения
спекТра в сторону низких и BЫ
СОКИХ частот; FN FK исходный
интервал частот
/81
f/U,
FКON
DFN
DFK
о
J(ОТОРЫЙ реализуется следующим образом [5]. В заданном Bpe
менном окне делается прямое преобразование (Dypbe с получени
ем ICомплексноro спектра X(w). По этому же окну рассчитывает
а нуль зовый 06ратиый фильтр G(f.t» В частотной области,
который умножаеТСj( на исходный комплексный спектр
(X(w) . G(f.t»). Bыpa eHHыe с помощью предварительной фильтра
ции составляющие комплексноro спектра (действительная Re(w)
и мнимая Im(w) ч и) далее обрабатываются отдельно. ПО yc
мотрению обработчика из НИХ "вырезаются" части RеИ(w) и
Im"(w), соответствующие интервалу, исходному для расчета
формирующих фильтров и дальнейшеro предсказания ero значе
НИЙ. По этим частям вычисляются коэффициенты фоРМИРУЮЩИХ
фильтров по алroритму, использующему критерий максимума эн
тропии [23]. После получения необходимоro количества значе
ний двух фильтров производится предсказание новых значений
Re(w) и Im(w) за пределы исходноro интервала. При этом ис
пользуются лишь значения спектра, CQOтветствующеro выбранно
МУ исходному интервалу. Каждое предсказанное значение спект
ра используется для дальнейшеro предсказания в том же Ha
правлении. Исходный интервал fH fK и интервалы расширения
(экстраполяции) в область низких и выСОКИХ частот выбираются
и устанавливаются rеофизиком обработчиком (рис. 78).
С целью устранения краевых эффектов перед обратным преоб
разованием (Dypbe краевые части расширенноro таким образом
спектра сrлаживаются в пределах заданноro интервала частот.
Далее обратное преобразование (Dypbe дает на выходе "(Dилмем"
трассу с повышенной разрешенностью записи в заданном окне
обработки. На рис. 7.9 приведен пример обработки модельной
вибросейсмической трассы по проrрамме " (Dилмем" , которая была
сформирована с помощью управляющеro сиrнала частотой 20
50 rц [5).
Модельные исследования и результаты обработки полевых Ma
теРИалов показывают, что комплекс " (Dилмем "позволяет увеличить
временную разрешенность записи в 1 ,5 2 раза по сравнению со
стандартными проrpаммами деконволюции. При этом возможно
увеличение и динамической разрешенности записей. Опыт приме
нения комплекса показывает, что он является эффективным
средством повышения разрешенности материалов, полученных в
различных сейсмоreолоrических условиях.
299
а
о
6
0,2
о,з
о,ч
0,5 t,c
I$I
181 1 ь1
WI
О
20
'НJ
БО
80 f, ru,
Рис. 79. Формирование модельной выходной трассы по проrрамме "Фнлмем":
а распределение коэффициентов отражения и спектр соответствующей MO
дельной трассы; б коррелоrpамма модельной трассы И ее спектр; в кор-
реЛОlрамма и ее спектр после обработки по проrpамме "Филмем"
Некоторые друrи возможные алroритмы обратной фильтрации
рассмотрены в работах [5, 23].
Заканчивая рассмотрение вопросов деконволюции вибросейс
мических данных можно подвести следующие итоrи:
обратную фильтрацию данных ВСМ рекомендуется применять на
возможно ранней стадии обработки. Это способствует эффектив
ности и точности накапливания по ОП;
стандартная предсказывающая деконволюция приводит к yc
тойчивым результатам при различных распределениях последова
тельностей коэффициентов отражений при изменении шумов в ши
роких пределах;
деконволюция сжатия может дать хороший результат в комп
лексе с последующей полосовой фильтрацией при ну ль фазовом
обратном фильтре;
300
значительное повышение разрешения вибросейсмических си
валов по отношению к друrим способам может бы.;ь остиrнуто
ори использовании проrpaмм максимально энтропиинои дeKOHBO
ЛIOЦИИ (типа "Филмем");
точность и эффективность любой деконволюцни во MHOroM за
ВИСЯТ от развиТия способов оценок и учета реальной формы им
пульсов на коррелоrраммах. В тех случаях, коrда форма им
пульса может оцениваться достаточно точно, например при
скваЖИННЫХ наблюдениях, может быть построен обратный фильтр,
применение 'KOТOporo к коррелоrрамме фактически восстановит
reoлоrический разрез. -
Дальнейшее повышение эффективности обратной фильтрации
вибросейсмических материалов связывается с разработкой более
совершенных способов оценки и учета реальной формы сиrналов,
,исключением необходимости априорноro ее задания, разработкой
переменных во вре ;t ни алroритмов, учитывающих частотное из
менение свойств си ала и помехи с rлубиной, С использовани
ем способов прост CТBeHHoro учета изменения свойств сиrна
лов, с дальнейшим развитием и повышением точности методов
экстраполяции спектров.
6.4. ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЕВЫХ
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ПРИ РАБОТАХ
С НЕВ3РЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ КОЛЕБАНИЙ
Последние roды характеризовались интенсивным развитием и
совершенствованием вычислительных средств, которые привели к
созданию и широкому применению сначала' персональных ЭВМ
(ПЭВМ), а затем и рабочих станций на основе операционной
системы UNIX и RISC технолоrий, отличительной особенностью
Которых является сокращенный набор команд, позвОЛяющий opra
Низовать конвеерную обработку материалов. Достижения вычис
JIИТельной техники и массовый выпуск ПЭВМ способствовали их
Применению в отечественной сейсморазведке.
Важность и целесообразность лрименения ПЭВМ в наземной
невзрывной сейсморазведке определяются, с одной стороны, MO
бильностью И широкими вОЗможностями по оптимизации систем
наблюдений, параметров интерференционных систем и управляю
щих сиrналов, а с друroй низкими исходными отношениями
сиrнал/помеха и необходимостью управления невзрывными источ
Никами И непрерывноro контроля за их работой. Исходя из это
1'0, выделяют следующие основные задачи, которые необходимо
решать с помощью современных вычислительных средств;
управление и текущий контроль за работой невзрывных ис
ТОчников и реmстрирующей аппаратуры;
анализ и оценка качества получаемых материалов;
предварительная полевая обработка данных до уровня Bpe
301
ПРЕПРОЦЕссинr
демупьтиппексаЦИfl
корреляция
реrу"и рО8ка аМП"ИТУА
реllакция
io
с\
U c/r в cpop
. ..ате SEG8
<>
.. "
Е- ::>
" :>::
Q.
Е::
1.)
с3-
TEST FIELD
... Тест сейсмостанции
-- тест ВИБРОИСТОЧНИtc;ОВ
... тестирование выставки
маrнитмыt rОЛО8DК
НМЛ С/С ..Проrресс"
DPT FIELD
..... количественный аНQ.пиз
80лноsоrо поля
..... вы&ор оптимальны"
схем rруnnироваttия,
в ТОМ числе
КОМБинированных
....расчеТ оптимальных
Линейных и Непиней
иыx свип сиrналов
(поrари мических .
степенны", cerMeHTHbIX)
....детальный спектраЛь
НЫЙ анализ
Волновых попей
сиrнапы
С датчиков
La ptop
(Notebook)
компьютер.
совместимый
с 18М РС дт
процессор
80286(80386)
сопроцессор
DЗЫ 1 8 МБ
Жесткий
диск
40 80 МБ
экран - ЖК
(rаз"разр.)
EGA (VG-A)
слот
расширения
аккумулятор
ное ПИтание
Рис. 80. Блок схема проrраммно-аппарaryрноrо комплекса для контроля ка-
чества материалов н обоснования методики полевых работ на основе мало-
rабаритноro компьютера
менных разрезов с учетом особенностей вибрационной сейсмо
разведки.
В результате были созданы проrpаммно аппаратурные комп
лексы, которые позволили решать перечисленные выше задачи.
Первый комплекс, предназначенный для оптимизации параметров
управляющих сиrналов и адаптации их к условиям проведения
работ) к решаемым задачам, получил название "Вибкор". Ero
особенности, характеристики и результаты применения приведе
ны в разделах 3.7 и 4.9. Второй комплекс разработан на OCHO
ве малоrабаритноro "Лаптоп" (ноутбук) компьютера и имеет два
пакета проrрамм Test Field и Opt Field (рис. 80). Пакет
Test Field предназначен для тестирования сейсмостанции
вибрационных источникс;в и оценки качества сейсмоrрамм. Он
включает в себя следующие проrраммы:
1. Проверка сейсмостанции по основным параметрам.
2. Тестирование виброисточников на основе анализа уп
равляющих сиrналов и сиrналов С плиты и инерционной массы.
По ним проrрамма вычисляет: фазовые различия сиrналов,
пиковую силу и амплитуду основной raрмоники, cpeДHeKBaдpa
тичное значение силы, изменение частоты во времени управляю
щеro сиrнала, амплитудные спектры и корреляционные xapaKTe
302
рист ики сиrналов (ФАК и ФВК, оrибающие коррелЯЦИОННЫХ функ
Ций), уровень нелинейных искажений. Результаты счета пред
стЭВJUlI01'Cя в числовом и rpaфическом видах и MOryT быть Bывe
дены на экран монитора или распечатаны на принтере.
Пакет Opt Field включает в себя следующие проrpaммы:
1. Расчет характеристик интерференционных систем по зада
ваемым параметрам, расчет систем наблюдений, моделирование
вибрационных сиrналов.
2. Количественный анализ волновоro поля, оценка качества
реrистрируемых сейсмоrpaмм.
З. Расчет корректирующих управляющих сиrналов, амnлитуд
ный спектр которых является обратным по отношению к спектру
полевой записи, что позволяет корректировать частотный coc
тав возбуждаемых вибраторами и в определенной степени реrи
стрируемых волн (рис. 81).
Спектры полеВ ?i Х "Записей MOryT рассчитываться в различных
по положению и п яженности временных окнах. Используемый в
комплексе rрафич кий редактор позволяет визуализировать
сейсмоrраммы с ВЫ ром параметров кадра, рассчитывать ряд
статических величин, инвертировать полярность записей и про
водить их обнуление, а также выполнять друrие вспомоrатель
ные процедуры. Ввод сейсмических данных осуществляется опе
ратором посредством специальноro интерфейсноro устройства
либо с НМЛ сейсмостанции, либо с автономноro интерфейсноro
устройства. Информация поступает в ОЗУ компьютера по опреде
ленному адресу, заполняя память ero непрерывным образом.
Третий комплекс предназначен для обработки данных, строится
на основе мощной ПЭВМ и имеет необходимые проrpаммы для пре
образования зареmстрированных записей до уровня временных
разрезов. Не останавливаясь на всех проrpaммах, рассмотрим
те из них, которые позволяют реализовать новые функциональ
ные возможности при реmстрации и обработке данных.
1. Синхронное суммирование с применением весовых функций,
суть KOТOporo заключается в том, что записи, отяroщенные по
мехами, перед сложением умножаются на определенный коэффици
ент, величина KOТOporo обратно пропорциональна уровню поме
хи. Проrpaмма предусматривает различные способы оценки вели
Чины сиrналов и помех. Это MOryT быть амплитудные или энер
reтические оценки, выполняемые по различному числу трасс и
их протяженности. После определения BecOBOro множителя вели
Чина каждой выборки умножается на определенный множитель и
ПОСЛе этоro складывается для получения конечной суммы (рис.
82).
2. Весовая корреляция, предусматривающая корреляцию заре
rистрированных сиrналов С управляющим сиrналом переменной
амплитуды. Их значение выбирается на основании спектральноro
СОСтава зареrистрированных волн С тем, чтобы компенсировать
те искажения, которые имеют место при возбуждении, распрост
ранении и приеме колебаний. Весовая корреляция позволяет:
303
a)1!6;s. C
gJ:f;s:жо »=Ж
:r r:: с.;>жu
:I i ' 5!i!,
.... O'I 11) ::: :1: :::
е :OC ':1: ':1: :'j <:с о:(
. ;ii «1 11):1: ж 11)
... IQже =3' '-5
ocili i5 s::ao
IQ :I!.. oc,::;j е
c;1I)1I)8.g , с:а
cf 5 5. <:1 \Q 5
со
,..,
'"
tO
с:
<>
: u
S::i I
се
11t
:Т.::. U
<":::<.. \
:t
.... ='"
= L.
rs u
= . S '
со ее
tO :}-
С
1
.
<
с
, '"
;":!
,/'
'Jri'.
.,
!I' )
: : ('; ; ; ). >};.; . : ." ': .
>!<). - ..i, / t (" . . .. '. . ,. '
, 1'._ 4 > :f)" .i \"'i. ' ".I. "... .;:.. =. ,
'1
\1:)
.=!
"" "-'
..
.
"" '<::
i:: '"
" ...
'" '"
.
.. ".
.. '"
", :J <:::.
с
<>
=
=
с:>
I'J
r:c
с:
......
u":
'
.::-c
с .,...... t.:I
\
S ;е
CtI U
% ,
...
.... "r
L-.
..,<>
-r
'Q
с
'"
..:
""
u
""
,:=
"" с)
<\)
,:=
""
.... с)
<. ос)
,.
}
'"'
::i
:т
<
\1:)
с'ч
u
I
r.; I
'. ,
,,'"
OD ' ..
.',
c\j ,,'11'
ID
oj"
.:r-
' .;: ,',
,-
":'." ....
,> : ), : : : :::.:'
. . ' . : , .: :
" :,I .; .." I )
. :,( ;;.';'1 ,
'... .: 'I:::: .. .......
: '..\: S: :}
OD
.:'
.:t
..:
01
tI
\00."
IIQ
1::1"
10
1::1'"
..
I::i'
lI\i
1::1"
1::1
I'f)
20 Заказ N" 11()'
. .
...;.,-.:...
,
"'. '.
......
" =t"
" 'J'"
. .,
. '
... t.
1'''''
."\
C\J
,',..
. 10
'"
:s:
:t:
8-
:s:
:!:
:!:
;>,
u
::
о
'"
8
Q)
'"
Q)
5
g
oi :!:
==
;с.
а
tI.
}
:!: u
С,
о....
S:i
'" :!:
g
3'и
о
:!: :!:
о :!:
с
иЕ-
:z: о
t-;
о ':!:
'" Q)
>< u
:;; I
6,"1
'" ..
t-;
[!
Q)E-
== о
:z:
Q) ,:;:
t-; Q)
\Си
5:
<:) :t:
g
.... ><
оои
:s:
u
==
....
....
..... "', ... .л..,. .... ..... ......... . .
-;': ' Ш : jii;i: . ::;: : !:l < -:Щ
i'lj: ' ; II ;:;i ) 'i:{I::!Щ:::I,-:. :- -
II (, IlIil .... 1.,,\, . , 1. \ ,..:1 ................ ..........
./ '.В..... .tI ..,11 . JI ..1.." .......... .-.;............. I .;.......v. ...........
:', 1 ':';:-.:::':;:I' I 'I I I I;:.i';,:/\ :;: . :: ::'-- .:
._/ "'/'."" ! \Iy,\j.. ...... _ -- .,' _.. "'
':fl ll 'ii: . ::.. I '..I:.::....;::::::.- - :, - =:::;::-:::-:::
I .:;::;' « .' ! \\. !. .;::'::';: :- -::::=:.. ===-= .: -=--- ---=::=
I a.II,I",,(, L1J.....I.. .__... .. ..... , = -=-=:::::==
.. -""\ 111".(.... -.-- -- ,._ -- -- , -.
' 1 ' I : . :' I . /1 : . . tJ'. , .. . ! . : . .. : _ ,' . . . ._ ._ _ . _. о:::-=. =- = . :: : --.-..4. л.. -=
....._ . ............. . ..А.....а. ...............................................л
' ""-'- "Y'
......11 .....,....I.. ,..,,"" f .....r . . ..A ........,.r"',
t'" ',' ,,"&lv A'" .. I j .... .. '''''c,'' ..1. ,.". ..........._...., --...
.: ::.1 t :::. ,., T..'i":- t r . :. 11"';;", '_;'.' - :: -"":..:.:::;':' .:::=
. .: 1. 8: t l ' l l i: i ::':;' ':}';IJ r.!. У;':: ' : ::::'- :--'::::-
.: I I I I i .: ' I :'::- - ..--:t ....&aJ/r. ": ':':."J.. _:--::"'" ..::: .:.:. :....... : _..._::: I I
. l,. 1'11.. J,.I.l 'l,"(' 'I{"...I....,....... "A....'....-...
; ...:. ! , / ; / 1 jlt:: i::;t !lJi. .it .i!.1 : 10 ; ::r !:. ._" :.:-- :.. :::._ :: :::j
. 1 l' ,': .! : : I:: ::j: ;I: '!. ц. I!i. .у ll"::,:-,,,: " ;';": -".:;'- :.',. :-_ . -:::: ::j
.. 11 1...r...........,J..,......... ......... . _... - ... . ..........
.. ' ( "'1" / .'........11(:. Н./'.... ...._.....,._... __ .
. I ::."1:1 .I: .:: _...:,.j;......",/. ,. a ...A.....',... :.. .."....,...: ............: ::.:::
..../ &J.,j"1 .......jl.........I....... &1....1._.&.... .......... ..-' &..... &.
(! I \хl {: I:)/: :: :н-?(; .:;: ;{\:;: :::/ :3/: ::.: ; :.
.. i l f .,,',I I ,.,..II. ' I .11.. a \ ..... .. .. . . . ,. '.
I ' .,:....:.: ! II'". j, .' j J . III:j.I..j.l. :_-.'. '.": ..- .. '. ,
, I . I . . 1 .."' I .,;1 · " . . · .. . - . - . . . ., , .
11 i,ll. 01 I ." '. .. ... . .J ... .. .. ....... ........ . -
. 101 11. I1 .. .1 I r I I} 11 .......... ...... &' .
: ! 1 ":i { ; I ': 'IZtJl\\ {; :'.: { : \:; :..::' - . .'. .. ,
. ,.. 11 , r \ I .11,' . · .. . & . & .
'1, J..I:....,'I\ lil,. j k. .\ tl'.'.'.'.. .,
" I ':I Jll \ н AE'.'-: :'..:: ..
! ) (1,'I: ! " I'i r' t 'll ' _'::"''-':.''
, " 1 "' 1 \ 'н .. ...
11 11 1".. .. . а & . а
t$
&1
==
::f
00:
t-;
11)
tI.
tI.
О
:001
11)
0=
О
:.:
u
о
со
:.:
11)
:II!
О
t:
:;;
:.:
t;
о
с>.
о
:00: ':1:
iS i
8
1IS
11) ,
IQ
11) .
.а '5
со :.:
5 1-
o
о:(
..; ::
oo
u
u
:s:
<:1
выравнять спектр целевых волн;
снизить фон корреляционных помех при уменьшении амплитуд
управляющеro сиrнала в ero начале и конце;
уменьшить отрицательное влияние низкоскоростных волн-
помех на прослеживаемость полезных отражений (рис. 83).
Следует отметить, что весовая корреляция не искажает фа
зовые спектры сиrнaлов на коррелоrpaммах.
3. Проrpаммы оценки разрешенности записей по критериям
Релея, roroHeHKoBa, Берхаута и Вайдеса, динамическоro диапа
зона трасс, отношения сиrнал/помеха.
Практика применения этих комплексов показала, что они
обеспечивают получение необходимых данных и тем самым повы
тают эффективность выполняемых работ.
(
7. "ЧАСТОТН IИ" МЕТОД
ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМИКИ
7.1. ИСХОДНЫЕ ФОРМУЛЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ
"Частотный" метод вибрационной сейсморазведки является
одной из ее разновидностей. Он достаточно прост и может быть
объяснен следующим образом.
Назовем изучаемую reoлоmческую среду "черным ящиком",
ero импульсную реакцию обозначим через h(T), а частотную xa
рактеристику через H(IJ». Частотную характеристику H(IJ» можно
получить, подавая на вход "ящика" синусоидальные колебания
ьщ ... bosinlJ>( сначала одной частоты 1J>1, потом друroй и Т.д.
Зная частотную характеристику H(IJ» "ящика", импульсную peaK
цию ero можем определить путем обратноro преобразования
Фурье: H(IJ» ...,. h(T).
Поскольку частоту IJ>. и длительность синусоидальных коле
1
баний ьщ = bosinlJ>/ мы задаем сами, то амплитуду и фазу
"полезных" колебаний
АЩ = b o IH(IJ>.lsin(lJ>.t+<p(IJ>.»,
1 1 1
действующих на выходе "черноro ящика", мы можем определить с
наперед заданной точностью на фоне случайных помех путем ис
Пользования хорошо известноro метода синхронноro детектиро
вания.
На скольких частотах IJ>. или С каким шаroм t:J.1J> надо опреде
1
JlЯТЬ частотную характеристику H(IJ»? Ответ дает обратная Teo
рема Котельникова:
20*
307
W i - iAw, l:.w ... 2пt:.{, t:.{ (2T h )-1.
Если Т - 5 с, то l:.f 0,1 rц. Очевидно, что настраивать
частоту вибратора с такой точностью на фиксированные частоты
W i дело принципиально возможное, но, как увидим дальше, не
нужное. Вышеописанный метод будет работать и в том случае,
коrда частота вибратора медленно, без остановок, проходит
весь диапазон Wl lA>2, в котором требуется знать чаСТО1'Ную xa
рактеристику H(w). Будем считать, что управляющий, зондирую
щий сиrнал, излучаемый вибратором, описывается формулой
b(t) ... bosin«r, О Тl t Т2. (7.1)
Мrновенная круroвая частота
д д
w t ... at rp(t) ... 8t (<<r) ... 2«t <7.2)
этоro сиrнала пробеraет от Wl ... 2«lTl до lA>2 ... 2«2Т2 (T2 Tl ...
... т длительность вибрации). Здесь амплитуда колебаний b 1 и
скорость изменения частоты W ... 2« считаются постоянными Be
личинами. На практике они MOryT быть переменными и зависеть
от времени излучения. Такие сиrналы называют нелинейными. В
этой работе на них не акцентируется внимание не потому, что
использование их на практике не рекомендуется, а просто по
тому, что формулы, описывающие свойства этих сиrналов, rpo-
моздкие и малонаrлядные.
Импульсной реакцией rеодоrической среды h("'C) будем назы
вать идеальную сейсмоrрамму, которую мы получили бы при ис
пользовании импульсноro источника. Функцию h(t) удобно пред
ставлять в виде "частокола" ординат или, что то же самое,
как систему линий задержек:
h("'C) ... I:.h(kд"'C)l:."'C'{,("'C kд"'C) ... I:.hk{,("'C "'Ck)' (7.3)
k
Korдa сила источника задана в виде некоторой функции ЬЩ ,
на выходе неискажающеro приемника будем иметь
АЩ ... I:.h2b(t "'Ck)'
Дальше для упрощения формул удобно рассматривать одну един
ственную ординату h k или одну линию задержки. Полезныйсиr-
нал на выходе этой линии обозначим через
Ak (t) .. hi(t "'C k)'
2. Первая операция "частотноro" метода будет состоять в
умножении принятых колебаний f(t) ... АЩ на копию (3Щ
... (31siп«r зондирующеro сиrнала:
c(l)(t) ...АЩ(3Щ, C1 1 )(t) ... A k (t)(3(t) .. b1(31bkx
308
)(sinCX(t T k)2 s incxf ... t 1 {31 h k {cos [cxи T k)2
..cxf) COS [cxи T k)2+a.f}.
Первое слаrаемое сов <2схт kt CXT ) имеет круroвую частоту, paB
кую "' ... 2схт k' а круroвая частота BTOporo слаrаемоro равна
11)" = 4cxt 2CXT k' Примечательно, частота w/ от времени t не
зависит и при малых значениях сх "' « ",". Дальше процесс
C(l)(t) пропускается через низкочастотный фильтр, и на BЫ
ходе ero получаем
сш... Ащ{3и) = 2 1bl{31Lhkcos(2cxTkt CXT )=
k
- 2 lbl{31 f h(8)cQS(Wt8 CX8)2d8; w t ==2cxt. (7.4)
Вспомним Т Формt для спектра:
H(IP) == f h (8) е. jw8 d8 = fh(8)cos(W8) ;fh(8)sin(w8)d8.
Th
Отсюда ВИДНО, что функция C(W) по форме отличается от
Re{H(w») только тем, что в apryMeHT косинуса входит слаrае
мое сх8 2 , которое можно учесть при обратном преобразовании
Фурье. Таким образом, функции C(w) можем придавать смысл Be
щественной компоненты спектра искомой сейсмоrраммы h(T).
Мнимую компоненту спектра определим при помощи операции
Z(t) ... A(t){3*(t), {3*Щ ... (31coscxf. (7.5)
Повторяя вышеописанные процедуры, получим
Z(t) == -2 1 ыl31Lsiп(2схтkt схт ==
k
... 2 lbl{31 f h(8)sin(wt8 CX82)d8. <7.6)
Th
Обозначим частотную характеристику вышеупомянутоro низко
частотноro фильтра через
Фи(w) == Iфи(w) lехр{,N1и(W)} q>и(Т).
Korдa на вход фильтра будем подавать установившийся процесс
COS(Wkt CXT ), на выходе ero будем иметь
{_ыхШ == 1Фн(lPk)lсоs[wk' t схт +фн(lPk)l, W k == 2CXT k .
Следовательно,
С (t) == 2 - 1 Ь 1 (31 f I Фи <2сх8) I h (8)cos [2сх81 cx8 2+l/.Iи (2сх8) ] d8,
Th
Z(t) == 2- 1 Ь1{31 f IФи(2сх lh(8)siп[2СХ8t СХ82+фи(2СХ8)]d8.
Th
309
Нашей задачей является определение импульсной реакции
h('t) .
Мы заранее знаем, что h('t) - О при 't < О. Запишем эту
функцию в виде
h('t) - h 1 ('t)+h 2 ('t), <7.7)
rдe hl('t) четная, h 2 ('t) нечетная функция, Т.е. при 't > О
h1('t) - 2 lh('t) и h2('t)... 2-Yt('t), а при 't < О hl('t) ==
== 2 lh('t) И h 2 ('t) == 2 't).
Очевидно, что
h1('t)..--+Rе{Н(",)}, h 2 ('t) y Im{H("')}.
Таким образом, если мы знаем только Re{H("')}, то можем опре
делить четную функцию h 1 ('t), которая при 't > О дает нам
2- 1 h('t). Точно так же, если нам известна только Im{H("')},
будет определена функция h 2 ('t). Напомним; что h 1 ('t) И h 2 (т:)
мы бы определили при помощи операции
"'2
h 1 ('t ) == l f Re { Н (",) } cOS",T d"';
т п "'1 т
h 2 ('t)... f Im{Н("')}'SiП"''tтd''',
rдe 't == ml1't; т == 1, 2, 3...; "'1 "'2 полоса частот, в
т
которой нам известна Н(",).
ДЛЯ реализации этой операции нам надо будет сформировать
набор косинусоид и синусоид вида '( с ... cOS"''t , '(5 == sin"''t .
т т т т
Аналоrичной операции предлаrается подверrнуть функцию С(О.
Из (2.5) и (2.8) видно, что искомая ордината h k фиryрирует
там в виде
Ck(t) == 2 lbl 11 Фl-ра't k) Ihkcos [2a't kt-а't:+ф н (2a't k)]'
Следовательно, чтобы определить h k , нам надо функцию С k (t)
умножить на косинусоиду и проинтеrpировать. Но время интеr
рирования мы заранее не знаем. Поэтому мы должны воспользо
ваться испытанным методом "проб и ошибок" и осуществить эту
операцию MHOro раз при помощи набора косинусоид вида
'1 с == cos [2a't t aT 2 +ф (2a't )],
т т т н т
Т.е.
Т2
h 1 ('t ) == f C(t)COS["' t 't t -а't2+ф (2a't )]dt,
т Тl т н - т
"'t == 2at; 't т == ml1't; т == 1. 2, 3,...; T2 Tl = Т длитель
ность вибрации, "'1 == 2аТ 1 и "'2 == 2аТ2 нижняя и верхняя
частоты вибратора.
310
Аиалоrично
Т2
It(T ) == f Z(t)siп[w t т «т2+ф (2«т )Jdt.
'''2 m т 1 m m н m
Сравнивая эти операции с (2.10), можем видеть, что упомяну
тый выше метод "проб и ошибок" представляет собой по смыслу
обратное пре06разование Фурье, в котором учитывается только
фа зовое слаrаемое «т 2 +ф (2«т ) .
m н m
Ордината h k == h(ktп)tп искомой функции h(T) будет опреде
лена при Тт == Tk В виде
hl(T m ) == 2 4ьl(3lтын(2<<тk)lhkk == h 2 (T m ).
Можно показать, G 'TO функция h 1 четная, h 2 (T) нечетная.
Поэтому, коrда из естны обе компоненты, C(t) и Z(t), оконча
тельный результа восстаНОвления импульсной сейсмоrраммы
h(T) рекомендуется представлять в виде
h(T) == h\(T)+h 2 (T).
Но во мноrих случаях можно оrpаничиться определением либо
C(t), либо Z(t). Однако следует учитывать, что при использо
вании обеих компонент амплитуда полезных сиrналов в BOCCTa
новленной сеЙСМgJ:Pамме возрастает в 2 раза. Отношение Сиr
нал/помеха в 1/2' раз.
Функции C(t) и Z(t) названы "частотными" сейсмоrраммами,
а функция h(t) "импульсной" сейсмоrpаммой, восстановленной
из вибросейсмических колебаний.
7.2. ОПТИМАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ И
УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ АлrОРИТМА
КОРРЕляционноrо СЖАТИЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ
ШИРОКОПОЛОСНЫХ сиrНАЛОВ
Для наилучшеro восстановления импульсной реакции h(B)
Среды по наблюдаемому процессу
f(t) == A(t)+n(t)
надо процесс f(t) "пропустить" через фильтр винеровскоro ти
па, частотная характеристика KOТOporo описывается формулой
Цw) == L\(w)' k(w);
L 1 == B.(w), L == H(W) 1 2
Imw) 1 2 IB(W) 12+TI1Sh(W)'
Здесь АЩ == h(T)'b(t), H(w) н h(T), B.(w) н ЬН), Sh
311
спектральная интенсивность случайных помех
тельность восстановленной сейсмоrраммы /l ("[")
Z("[") н L(w).
Использование Этоro алroритма дает минимум величины
6. - М{! [qo("[") h("[")]2d"[",
т.
1
rде М знак математическоro ожидания; qo
n(t), т Jl дли
= A(t)*Z("[") , rде
интервал, в котором осуществляется оценка
интервал рекомендуется выбирать равным т .
/l
Фильтр Lz по смыслу является операцией выделения полезно
ro сиrнала А (t) относительно случайных помех n (t) путем ис
пользования различия их энерrетических спектров: I А (w) 12 =
= I н (w) Р I B(w) Р и Т ,."S п (W). С первоro взrляда кажется, что
фильтрацию Lz(w) нельзя реализовать, так как функция IH(w)21
нам заранее неизвестна. Но тем не менее фильтрация Lz широко
используется в сейсморазведке, так как процедура эксперимен
тальноro подбора фильтров и является по существу процедурой
выбора функции Lz, а любая сейсмическая аппаратура имеет
весьма боrатый набор фильтров.
Фильтрация L1(w) ... B*(w) представляет собой не что иное,
как вычисление взаимнокорреляционной функции между функциями
f(t) и b(t). Конечно, используется не сам сиrнал b(t), излу
чаемый источником, а ero копия (3Ш. Запишем эту операцию в
виде
q("[") а J !(t)(3(t "[").
т
!(t)*Z("["); Т.
1
величин 6.; этот
<7.8)
Спектр полезноro сиrнала на выходе фильтра LI B*(w) выrля
дит следующим образом:
M(w) - A(w)B(w) ... H(w) I B(w) р.
При I B(w) Р - сопs1 ... С будем иметь M(w) - CH(w) , Т.е.
/l("[") ... Ch("["). Описываемый алroритм LI является rлавной опе
рацией, осуществляющей сжатие во времени зондирующеro сиrна
ла b(t), который может быть весьма длительным во времени.
Важно только, чтобы I B(w) Р == С в "рабочем" диапазоне час
тот. То, что LI ... B*(w) является частью оптимальноro алro
ритма восстановления h("["), означает, что в природе не cy
шествует друroй более разумной процедуры.
Покажем, что алroритм LI не обязательно выполняется так,
как он записан в (4.3), что в "частотном" методе тоже, OKa
зывается, выполняется (4.3), но только друrими способами.
В соответствии с (2.4) произведем первые две операции
"частотноro" метода:
СЩ = f(t)(3lsiпаf; Z(t) ... !Щ(3lсоsаf.
312
Дальше vпроизводятся операции (2.13) и (2.14): результаты BЫ
чвCJIении складываются, Т.е.
Т2 .
h('t') ... hl ('t')+h 2 (-r) ... J [С(О cos( 2a-rt+a-r2) + Z(t)sin х
Тl
Х ( 2a-rt+a-r2)]dt - (31Jf(t)[sinat2cos( 2a-rt+a-r2) +
+cosar s i n ( 2a-rt+a-r 2)] dt - Jf( 0(31 S i па (t --r) 2 d t ...
Т2
- f f(О(3(t -r)dt,
Тl
что и требовалось доказать.
Заметим, что после перемножений (4.5) мы здесь не произ
ВОДИJIИ низкочастотную фильтрацию Фн(W). Этот фильтр в (2.5)
и (2.6) нам понадобился только для TOro, чтобы выявить физи
ческий смысл ФУ Е Й C(t) и Z(t) и уменьшить объем памяти
)'стройства, предн значенноro для реrистрации этих функций.
Фильтр Фн(W), В инципе, не нужен, так как последующая опе
рация <2.13) равн илька "пропусканию" процессов C(t) и Z(t)
через очень узкополосный фильтр. Например, если длительность
вибрации Т ... 300с, то полосу пропускания упомян тоro фильтра
можно определить по формуле {j,f::.- l/T == 3,3'lO rц. При ис
пользовании TaKoro узкоro полосноro фильтра мы будем полу-
чать практически одинаковый результат, подверrались ли про
изведения f(t)(3(t) и f(t)(3.(t) предварительной фильтрации
фн(w) или нет.
Покажем, что операция <7.8) выполняется в "частотном" Me
тоде при использовании не только линейноro, но и нелинейноro
cиrналов. Запишем для этоro копию зондирующеro сиrнала в ви
де
l3(t) ... 131siПqJ(t).
Torдa
СЩ ... f(t)(31sinqJ(t); Z(t) ... f(t)131cos(t).
При выполнении (2.13) учтем, что используемые нами
Косинусоиды и синусоиды представляют собой соsф и siпф, rдe
Ф - qJ(t -r) qJ(t). Поэтому
Т2
h(-r) ... h 1 (-r)+h 2 (-r) ... J [С(О соsФ+Z(Оsiпф]dt ==
Тl
- 131! f (О [s inqJ, соsф+соs qJsiпф] ...
Т2
-If(ОI31siП(qJ+Ф)dt ... J (3 и)(31 sinqJ (t -r)dt.
Тl
Как видим, здесь важно только то, что зондирующий сиrнал
ИВJIяется синусоидальной функцией, а ее фаза qJ(t) может Me
ВИТься как уroдно.
313
Можно показать, что хорошо известный метод синхронноro
накоп.ления: сиrнaлов тоже является процедурой, выполНяющей
операцию (7.8).
Спектр сейсмоrpaммы, восстановленной из вибросейсмических
колебаний, описывается формулой
M(IAJ) ... Н«(.с)IB(IAJ) 12.
Отсюда следует, что восстановленную сейсмоrpaмму можно
рассматривать как сейсмоrpамму, полученную от импульсноro
источника, который ИЗЛlчает импульс, заданный в виде r('t') ==
== b(t)xbH) ++ I B(IAJ) 1. Вопрос о том, хорошо или плохо
удовлетворяет тот или иной сиrнал b(t) виброисточника Tpe
бованиям сейсмики, лучше Bcero решается путем оценки уровня
и протяженности автокорреляционной функции r('t') за пределами
OCНOBHOro максимума в ее "хвостовой" части: тот сиrнал b(t)
хорош, у KOTOporo автокорреляционная функция r('t') имеет
более компактную форму и малый уровень "хвостов". В классе
протяженных или длительных сиrналов, рассматриваемых при
одинаковой их длительности Т, свип сиrнал имеет наиболее
компактную автокорреляционную функцию. При этом, если ис
пользуются фильтры, сrлаживающие спектр I B(IAJ) 12 на краевых
частотах, автокорреляционная функция свип сиrнала будет
иметь наименьший уровень "хвостов".
Такие "хвосты" функции r('t') будем называть "законными
хвостами", так как они существуют даже при идеальных услови
ях, Т.е. даже тorдa, Korдa зондирующий сиrнал точно описы
вается формулой b(t) == b 1 sinar. На практике неизбежны aM
плитудные и фазовые отклонения, которые приводят к искажению
корреляционных функций зареrистрированных сиrналов. Эти во-
просы рассмотрены в ряде работ [18, 20], поэтому оrраничимся
лишь изложением основных результатов.
При фазовых искажениях излучаемых колебаний каждый эле
ментарный сиrнал (отражение) на восстановленной сейсмоrрамме
сопровождается последовательностью эхо сиrналов, расположен
ных симметрично относительно породившеro их импульса. У po
вень рассматрив емых помех велик уже при незначительной pac
фазировке (1 1 О ) и решающим образом оrраничивает реальный
динамический диапазон вибрационной сейсморазведки. При пе
риодических амплитудных флуктуациях каждый элементарный им
пульс сопровождается двумя ложными разрастаниями, которые
также существенно снижают реальный динамический диапазоН
вибрационной сейсморазведки. Одновременно флуктуации ампли
туды и фазы колебаний вибратора приводят к тому, что, кроме
отмеченных выше помех, каждый ложный сиrнал, обусловленный
фазовой поrpешностью, на восстановленной сейсмоrрамме сопро
вождается дополнительно двумя боковыми сиrналами, сдвинутыми
влево и вправо на определенную величину относительно исход
HOro эхо сиrнала. ИЗ рассмотренных это наиболее слабые поме
314
xs и они иrpaют второстепенную роль в оrpaничении динами
чю оro диапазона вибрационной сейсморазведки.
fодоrpaфы волн помех совпадают с roдоrрафами породивших
вх волн, но смещены относительно последних, что делает cyM
JdIPOвание по ОП эффективным средством борьбЫ с ними.
Непериодические флуктуации фазы колебаний вибратора резко
снижают разрешающую способность вибрационной сейсморазведки.
При ЭТОМ уход фазы по линейному закону приводит к временному
смещению импульсов (отражений) на сейсмоrрамме без искажения
их формы.
7.3. КОМПЛЕКС "ВИБРОЛОКАТОР"
7.3.1. ВИБРАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ КОМПЛЕКСА
Технические C ДCTBa (вибраторы, специализированные
сейсмостанции, у тройства, обеспечивающие восстановление
импульсной сеЙСМО аммы) , которые разрабатывались на OCHO
ве частноrо метода, были названы "Вибролокаторами". Работы
по созданию этой техники были начаты небольшой rруппой в
1965 r. с целью поиска путей создания технических средств
ДJlя сейсморазведICИ нефтяных и rазовых месторождений (rлу
бины до 4 5 км) на поперечных волнах. Конечно, эта техника
должна была быть работоспособной и на продольных волнах,
так как только при совместном использовании этих волн можно
бblJlО рассчитывать на существенное повышение информативно
сти сейсморазведки.
Первый комплект действующих макетов появился в 1969 r.
(В.И. Юшин, Ю.В. Михаэлис, Я.Я. Тарвид и др.) и в этом же
roду в окрестностях Новосибирскоro академroродка была полу
чена первая в нашей стране вибрационная сейсмоrpaмма, BOC
становленная в импульсную форму. Опытные работы, выполненные
в 1970 1972 п. с этими макетными образцами техники, показа
ЛИ, что они MOryT обеспечить rлубинность сейсморазведки на
поперечных волнах не более чем на 200 ЗОО м. Амплитуда силы
F и , действующей на rpyHT со стороны вышеупомянутоro вибрато
ра, оказалась равной Bcero лишь 1 тонне. Именно на этих pa
ботах стало понятно, что сила, развиваемая внутри силовой
камеры вибратора, и сила, передаваемая в rpYHT, это дале
ко не одно и то же. Стало ясно, что для разведки rлубин до
4 5 км на поперечных волнах амплитуду силы F и надо довести
до 40 50. тонн.
Как сделать вибрационный источник, который действовал бы
на rpYНT В roризонтальном направлении с силой, амплитуда KO
торой равна 40 50 т. Оказалось, что комплектация такой уста-
новки самыми рядовыми изделиями rидротехники (шланrами BЫCO
коп> давления, разъемами, тройниками, rидроаккумуляторами и
315
Рис. 84. КОНСТРУПИВН811 схема ви6рaroра системы "Ви6ролокaroр":
1 передняя и задняя излучающие платформы; 2 первичный reHepaTOp
электропитания, работающий от вала отбора мощности трактора; 3 элект
ромашинный преобраэователь частоты электропитания виброДвиraтелей; 4 -
rидроцилиндры, обеспечивающие спуск, подъем и прижим платформы к rpYHТY;
5 rидродебалансы; 6 ви6родвиraтели
т.д.) представляет собой очень трудное дело. Поэтому возник
ла мысль о создании rрупповоro центробежноro виброисточника
с суммарной силой 40 50 т, дебалансы KOТOporo вращались бы
синхронными электродвиrателями. Выпускаемые промыmленностью
высокоскоростные (до 70 80 rц) подшипники обеспечивали Ha
rpузку до 2 т. Отсюда следовало, что rpуппа вибраторов долж
на состоять из пяти автономных виброустановок (так же, .как в
системе " Вибросейс") , каждая установка должна reнерировать
силу с амплитудой около 10 т при помощи восьми синхронных
(5 lО) киловаттных электродвиrателей. При этом силовая Ha
rрузка на отдельный подшипник не будет превосходить 0,7 т.
Если иметь в виду, что в центробежных вибраторах, предназна
ченных для уплотнения rpYHTa, существует корреляция "сила N
тонн ----+ электродвиraтель N киловатт", то станет очевидным,
что в выше описанной конструкции rрупповоro виброисточника
закладывался трех пятикратный запас прочности и мощности,
так как для сейсмики требуется не просто вибрация, а син
хронная вибрация всех вибровозбудителей по проrраммному
свип сиrналу. Такие двиrатели были разработаны (В.Ф. Кула
ков, А.В. Иmатьев, С. Рикконен, В.Н. Дмитриев) и к 1974 r.
был подroтовлен к полевым испытаниям действующий макет BOCb
мидвиraтельной виброустановки.
На рис. 84 показан общий вид вибратора. Он смонтирован на
стандартном ryсеничном тракторе (Т 170) высокой проходимос
ти. Вибродвиrатели установлены на передней и задней платфор
мах 1, по четыре двиrателя на каждую. Расположение на
платформе электродвиrателей с дебалансами показано на рисун
ке пунктиром. Платформы прижимаются к rpYHTY массой трактора
316
Оpll помощи штатных rидроцилиндров. Виброзащитная подвеска
,.рактора (или прижимная система) имеет собственную час
o 1 rц и допускает работу при уклонах и крене до 12 15 .
Иcroчником энерrии для всех электродвиrателей служит 80
OJIоваТТНЬ1Й reHepaтop 2, приводимый от вала отбора мощности
трахтора. Переменное трехфазное напряжение, reнерируемое
этим ленератором, преобразуется в блоке 3 в напряжение, час
тота KOТOporo меняется по проrраммному свип сиrналу. Это Ha
apsжение подается ко всем восьми синхронным вибродвиrателям.
синхронные двиrатели несколько сложнее, чем асинхронные, но
овв значительно упрощают систему управления, rарантируя син
хронное и v синфазное вращение rруппы вибромоторов без обрат
вых связеи.
В блоке 3 используется электромашинное преобразование
частоты: переменное напряжение частотой около 50 rц, сни-
маемое с ленератора 2, преобразуется в постоянное напряже
вне. ЭТО напряжен е питает двиrатель постоянноro тока, час
тота и фаза враще ия KOТOporo равны частоте и фазе проrpaм
МJIoro свип сиrнaла Это достиrается следящей системой, KOТO
PaSI сравнивает фаз вращения вала двиrателя постоянноro тока
с фазой свип сиrнала параллельно на частотах, в 80 раз пре
lIOCXодщих частоту первой rармоники свип сиrнала. Сиrнал
ошибки, вырабатываемой следящей системой, обеспечивает yCKO
рение или замедление вращения двиrателя постоянноro тока.
вал этоro двиraтеля соединен с валом пассивноro (без обрат
IIых связей) ленератора, который дает трехфазное напряжение с
частотой вращения cBoero вала. это напряжение, как указыва
JlОСЬ, идет на питание восьми синхронных вибродви ателей. Фа
зовые поrpeшности управления не превышают 1 o 12
проrpаммный reHepaтop свип сиrнала (38(t) - (3siпаr ycтa
Вовлен в кабине трактора. Он имеет ряд скоростей развертки
частоты: 0,1; 0,2; 0,4 rц/c. В сейсмостанции установлен BTO
рой, идентичный с (38 (t) , ленератор свип сиrнала (38 (t) ==
- (3sinar. Синхронизация времени запуска этих reHepaтopoB
осуществляется по радиоканалу . Высокие требования к точности
OДВoBpeMeHHoro ( 1 мс) запуска этих ленераторов, к их фазо
вой идентичности диктовались тем, что эти вибраторы, как
УЕазывалось, предназначены для rpуппировки. В одной rруппе
ДOJIжиы работать 4 5 вышеописанных вибраторов.
Перейдем к описанию дебалансных вибровозбудителей. На
РИс. 85 показано направление вращения дебалансов, их положе
RИе в моменты времени t. (КOI'да wt. .. 2тcn+iтc/2; i == О , 1 2
1 1 ' ,
3) при вертикальной (а) и roризонтальной ориентации (б) CYM
waрной центробежной 'Силы дебалансных масс. При t ... to все
Дебалансы оказываются в верхнем положении (см. рис. 80.
Следовательно, в этот момент времени на оси всех четырех
д8l1raтелей действует сила Fr:. ... 4Ро, которая тянет платформу
ВВерх. При t ... t1 центробежные силы направлены друr против
317
t,а с13Gфф dё G3
t 1 ее еФ 000Gr
'. . 0 e
t з ..{f) 00 0F; ---0 Ф 0 Ф
Рис. 85. Положения де6алансов четырехмоторноrо ви6рaroра в моменты Bpe
мени t i , Itоrда Wt j 2пn = о; П/2; П; ЗП/2 при веprиltaJIЬНОЙ (а) и rори
зонтальной (6) ориентации суммарной силы ви6рaroра
друrа, и сила, действующая на платформу, будет равна нулю.
Следующий момент времени t2 суммарная сила дебалансов Ha
правлена вниз и т .д.
Траекторию движения по оси Z де6алансной .массы тз первоro
мотора можно описывать формулой и (t) ,., и coswt. Следова
: э
тельно, сила F инерции, создаваемая массой и направленная
:
по оси Z, будет равна
P(l)(t) ,., т й (t) ,., т и w 2 coswt. (7.9)
: э : э э
Таким образом, вертикальная сила, создаваемая четырьмя
массами т , будет равна 4p(l)(t).
э :
Теперь рассмотрим ситуацию при roризонтальной ориентации
силы вибратора. На рис. 85 видно, что в момент времени t=<tl
центробежные силы всех четырех дебалансов направлены вправо,
а в момент времени t-LI влево. В момент t-to силы Р! и Р2
направлены вверх, а F з и Р4 вниз. Момент силы относительно
центра платформы (который находиТся между вторым и третьим
моторами) равен нулю. rоризонтальная сила, действующая на
платформу со стороны одной дебалансной массы тз будет равна
F(l) а т й (t) ... т и w 2 t, и (t) ,., и sinwt. <7.10)
х эх ээ х э
Следовательно, суммарная сила равна 4F(l). Для сцепления
х
виброплатформы с rpyHToM при действии roризонтальной силы на
нижней стороне платформы имеются выступающие клинья Tpey
roльной формы высотой 0,1 м.
Рассмотрим зависимость силы вибратора от частоты. Из фор
318
мул (7.9) и (7.10) видно, что при тэU э ... const амплитуда си
JIы р" w 2 . Вибратор с таким ростом силы, в принципе, был бы
хороlD д.ля сейсморазведки, так как колебания на высоких час
f()1'ax затухают сильнее; кроме TOro, на высоких частотах зна
qиТeJIЬная часть силы F э не доходит до rрунта, она тратится
на перемещение массы виброnлaтформы. Но, как упоминалось BЫ
ше, силовая наrрузка на опорный подшипник вибромотора не
должна превосходить 2 т. Если величину тэUэ выберем так,
Чтобы на частоте 80 rц сила F была бы равна F э == 1 т = lQ4H,
то на частоте 20 rц эта сила будет равна Bcero лишь F == 1/ 16
тонны. Следовательно, при росте частоты f величину и.т. нуж
но каким то образом уменьшить. Существует MHOro способов из
меиения величины Uэт., осуществляемых без остановки сеанса
вибрации. В комплексе "Вибролокатор" использована схема,
предложенная r.B. EropoBblM и A.r. Комляrиным, а затем yco
JJeршенствованная В.И. Юшиным.
(
7.3.2. ПРИЕМНО-РЕI' СТРИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА
КОМПЛЕКСА
В связи с тем, что при меняемые в сейсморазведке станции
не моrли быть использованы в частотном методе, была разрабо
тана специализированная приемно реrистрирующая аппаратура.
Она включала собственно сейсмостанцию и экспресс анализатор,
предназначенный для восстановления импульсных сейсмоrрамм в
условиях полевой базы сейсмопартии. Из за низкочастотности
"частотной" сейсмоrpаммы, запись 48 сейсмических каналов
осуществлялась в цифровом коде в виде последовательности им
пульсов на маrнитную ленту шириной 6,25 мм при помощи ленто
Протяженноro механизма обыкновенноro маrнитофона. ОСНQвная
обработка вибросейсмических сиrналов (восстановление импуль
СНЫХ сейсмоrрамм, построение разрезов OrT) осуществлялась на
ВЫЧислительных центрах при помощи ЭВМ. Для предварительной
оценки качества материалов был предусмотрен упомянутый выше
экспресс анализатор. С появлением цифровой сейсморазведочной
сейсмостанции "Проrресс" была реализована идея приставки, на
КОТОрую сейсмические колебания подаются после их оцифровки в
АЦП сейсмостанции "Проrресс". В приставке происходит цифро
ВОе перемножение и выделение 48 канальной "частотной сейсмо
rpaMMbl". Эта информация записывается на твердотельное запо
минающее устройство. После сеанса вибрации включается ленто-
ПРОТяженный механизм сейсмостанции "Проrресс" и "частотная
сейсмоrрамма" переписывается из указанноro устройства на
мarнитную ленту в том же стандарте, какой принят в этой
сейсмостанции. С этим комплексом выполнены значительные по
объему работы в различных районах Восточной и Западной Сиби
ри с возбуждением продольных и Ilоперечных волн методами О rT
11 МПВ [17, 19].
319
8. ПРИМЕНЕНИЕ НАЗЕМНЫХ НЕВЗРЫВНЫХ
иcrОЧНИКОВ В РАЙОНАХ С РАЗЛИЧНЫМИ
СЕЙСМОrEолоrИЧЕСКИМИ УСЛОВИЯМИ
Наземная невзрывная сейсморазведка широко применяется на
всех стадиях поисково разведочных работ на нефть, rаз и
друrие полезные ископаемые. Увеличиваются объемы невзрывной
сейсморазведки при reoлоro изыскателъских и инженерных ис-
следованиях. В самые последние roды были выполнены раООты ПО
нетрадиционному применению наземных невзрывных источников
для воздействия на пласт с целью увеличения притоков нефти и
rаза, а также на верхние приповерхностные roризонты с целью
нарушения rазовоro равновесия в породах и оценки содержания
уrлеводородов в воздухе для проrноза наличия их в поrружен
ных отложениях. В развитых капиталистических странах на долю
наземной невзрывной сейсморазведки приходится в среднем
около 50 %, а в отдельные roды и больший процент отработанных
сейсмических профилей. Объемы применения наземных невзрыв
ных источников по типам и модификациям в капиталистических
странах за последние roды приведены выше. В нашей стране на
дOJIЮ невзрывной сейсморазведки приходится З5 40% профилей,
отработанных с целью поисков и разведки нефтяных и rазовых
месТорождений. Основные объемы работ выполняются с вибра
ционными rидравлическими и импульсными rазодинамическими
источниками колебаний. Тем не менее используются и источни
ки друrих модификаций: механические, электроиндукционные
и электродинамические.
Практика работ показала, что проведение сейсморазведки с
использованием невзрывных источников позволяет упростить
полевые работы и снизить ИХ СТОИМОСТЬ, повысить их бе
зопасность за счет отказа от использования взрывчатых Be
ществ, исключить или свести к минимуму ущерб, наносимый
окружающей среде. При этом практически повсеместно получены
материалы, обеспечивающие решение reoлоrических задач и
удовлетворяющие требованиям заказчика. По данным, полученным
с применением наземных невзрывных источников, открыты мноrие
месторождения полезных ископаемых в реrионах с различнымИ
поверхнocтныии и rлу6инными сейсмоreoлоrическими условиями,
построены структурные Схемы и карты, разрезы и реrиональные
пересечения, освещающие reолоrическое строение изучаемых
территорий и площадей. к настоящему времени наземные
невзрывные источники применяются практически во всех про
изводственныx reoфизических орraнизациях. Есть орraиизации,
которые полностью перешли на работы с невзрывными источ-
никами, отказавшись от применения взрывчатых веществ дЛЯ
возбуждения сейсмических колебаний. Однако наряду с успехами
320
вывилисьb также оrраничения наземной невзрывной сейсмо
разведки. Основные из них следующие.
В ряде районов с большими rлубинами (свыше 4 5 км) за
леrаниЯ целевых roризонтов применяемые невзрывные источники
не обеспечивают их уверенное прослеживание и картирование.
Недостаточная разрешенность волн (по некоторым районам
виже той, которая достиrается при возбуждении волн взрывами
в скважинах на оптималЬНЫХ rлубинах).
Не получила широкоro применения невзрывная сейсморазвед
ка при поисках и разведке некоторых типов неструктурных
ловушек, проrнозировании rеолоrическоro разреза и прямых
оценок содержания уrлеводородов. Правда, последние задачи не
вcerдa успешно решаются и взрывной сейсморазведкой.
Поиски путей преодоления оrраничений применения наземных
невзрывных источников должны БЫТЬ основными направлениями
со ершенствования , методики и техники наземной невзрывной
сеисморазведки. .
Рассмотрим пимеры использования наземных невзрывных
источников по оdpеделенным реrионам, характеризующие coc
таяние и уровень развития невзрывной сейсморазведки в reофи
зических производственных орrанизациях.
8.1. РАЙОНЫ ОРЕНБурrской ОБЛАСТи l
(юrо восток РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ)
8.1.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ И МЕТОДИКА РАБОТ
Районы Оренбурrcкой области относятся к числу тех, в
которых были выполнены первые работы с невзрывными, им
nYЛЬСНЫМИ источниками сейсмических колебаний. Сначала это
были чисто опытные исследования по изучению возможности
ПрИМенения новых источников, затем опытно методические по
выработке основных положений методики проведения работ и
сопоставлению результатов взрывной и невзрывной сейсмораз
ведки. На территории Оренбурrcкой области проведены и первые
производственные наблюдения с невзрывными источниками, коrда
за один полевой сезон было отработано более 300 км профилей
orт. Этими работами была показана практическая возможность
npoведения сейсморазведки в объемах, удовлетворяющих T
ваНиям производства.
В настоящее время полевые сеЙСмические работы с невзрыв-
Rыми источниками проводятся на ю восточном окончании Вол
ro Уралъской антеклизы, северной прибортовой зоне Прикас
nИЙской синеклизы, Предуралъском проrибе, которые xapaKTe
l8 районах Оренбурrcкой области сейсмические работы
OJIeибурrской rеофизической экспедициeijАО "Ореибурrrеолоrия".
21 Заказ н.. 220
ВЫПOJlНSIOТC!!
321
Таблица 12
rод I Y Обьем работ
Всею, км км %
1991 CB 5 150 6720 2766 41,5
rcK 6M 3954 56,5
1992 CB 5 150 4446 2368 53
rcK 6M 2078 47
Таблица 13
rод Установка Стоимость Производительность
1 км профили, I
руб. км ф.Н.
1991 CB 5 150 3671 57 1012
rcK 6M 3470 64 1113
1992 СВ+150 60551 62 1066
rcK 6M 64788 60 1185
ризуются как платформенными субroризонтальными, так и
криволинейными отражающими rраницами в районах соляно
купольноro строения пермских отложений. Для нижней части
разреза (девонские и додевонские отложения) характерно Ha
личие тектонических нарушений. Рельеф местности пересеченный
(111 катеroрии до 30%), rpYHTbI мяrкие. Работы проводятся
круrлоroдично. Их основными задачами являются:
реrиональные, поисковые, детальные и детализационные pa
боты, включая сейсмические исследования в скважинах мпrс;
поиски антиклинальных и неантиклинальных (рифы, выклини
вания, тектонически экранированные) ловушек в перми, карбоне
и девоне на rлубинах до 5 6 км.
Полевые работы выполняются с источниками CB 5 150, CB 5
150М2 и rCK 6M при наблюдениях оп, а также механическими
источниками СИ и СИ6У дЛЯ изучения ЗМС с целью расчета ис
ходных статических поправок. Колебания принимаются стан-
дартными сейсмоприемниками с собственной частотой 1 О rц и
реrистрируются сейсмостанциями "Проrpесс 2", "Проrресс-3"
в спаренном варианте и "Проrpесс 96". Разработана и приме
няется во всех партиях аппаратура контроля числа накапли
ваемых воздействий (разработка Оренбурrcкой rеофизической
экспедиции) .
В конце 1990 r. экспедиция полностью перешла на работу с
невзрывными источниками.
В табл. 12 приведены объемы работ, выполненные ЭJ(спеди
цией в 1991 1992 п.
322
Уменьшение объемов работ в 1992 r. связано со снижением
accиrиований.
Следует отметить относительное увеличение в 1992 r. объ
емО В работ. выполняемых с вибрационными источниками колеба
ВИЙ. Экономические показатели работ приведеиы в та6л. 13.
увеличение стоимости 1 км профиля оп в 1992 r. объясняется
M цен на все материалы, оборудование и трудозатраты.
Н большинстве районов Орен6урrcкой области полевые сейс
моразведочные работы проводятся повторно. Объекты поисковых
в разведочных работ выбираются из необходимости получения
или более детальной информации о поведении основных oт
ражающих roризонтов, или более разрешенных записей с целью
расшифровки зон интерференции волн и уточнения деталей
строения площадей. В ряде случаев возникает необходимость в
проведении работ в пределах КУЛЬТУРНЫХ зон, коммуникаций,
нефте и rазоп ' одов, выполнение которых возможно лишь
с невзрывными и точниками. Применение установок CB 5 150 и
rcK 6M практи ки обеспечивает rлубинность исследования,
необходимую для 'решения reолоrических задач в пределах OpeH
бурrcкой области. На неблаroприятных в сейсмоreолоrическом
отношении площадях и наиболее ответственных участках про
филей усложняется методика полевых наблюдений.
В целом методика полевых работ определяется задачами
проводимыx исследований и сейсмоreолоrическими условиями в
районе их выполнения. Она учитывает также особенности He
взрывных источников колебаний и основывается на результатах
их применения в различных районах области и сопредельных
территорий.
На стадии опытных работ проводится отработка зондов по
изучению волновой картины. Длина зондирований составляет
25OO 3000 м. Расстояние между каналами 5 10 м. Волновые поля
от импульсных и вибрационных источников достаточно типичны
[52] и характеризуются наличием интенсивных поверхностных
волн и кратных отраженно преломленных колебаний. Отраженные
волны выделяются в окне, свободном от мешающих колебаний, и
представлены слабоинтенсивными осями синфазностей с высокими
kажущимися скоростями. На основании изучения волновой
картины выбирают параметры интерференционных систем, Be
личину выноса и друrие параметры системы наблюдений. Из за
Ве06ходимости получения отражений от верхних, неrлубоких
ЮРИЗОНТОВ вынос принимают небольшим (от 50 до 200 м).
При работах с вибраторами в опытном порядке выбираются
параметры управляющих сиrналов (частоты, длительность),
ДЛительность записи, количество установок и число накоплений
(два последних параметра выбираются и при работах с им
Пульсными источниками).
В опытном порядке опробовано устройство формирования
Велинейных опорных сиrалов (УФНС), разработанноro rеофи
Зической экспедицией N? 2 пrо "Центроreoфизика" [26]. OT
21" 323
щ
50
60
70
80
90
100
110
120
130
, кн'
,д
6
у
2
2
.'", ' . . . "'1 <РТI .. " ..
: .}f.:.--;i: 12" ;\ :::': }'"
. . ," .. . : ':: f 12 Ф,т,i":::::::::::::...
.::" ,
. ... . '
. ,," ."
з
з
за
40
so
60
70
80
90
100
110
2
. -: :,4 : ...,.. ,' . .
.- .;;:'" '
i
..К...
7д
2
,,
,,
;J
3
Рис. 86. Улучшение качества материалов при обработке ПрофИЛR с переме
щением вибparoров, по сравнеНJfЮ со стандартной схемой rруппнрованИR ис-
точников. Район COЛRнокупольной теПШIИК:И.
В центре рисунков схемы отработки двух физических точек
работаны волновые ЗОНДЫ и рабочие расстановки с выбранными
оа етрами управляющих Сищалов.
Учитывая, что лучшие результаты получены при исполь
зовании линейных разверток с рабочими параметрами, в про
взводстве нелинейные сиrналы широко не применяли.
В опытном порядке и в небольших объемах (до 1 О %) на
наиболее ответственных участках про водится отработка про
филей с перемещением установок после каждоro воздействия.
Как правило, это позволяет получать более качественный Ma
териал (рис. 86).
При производственных работах применяется rруппирование
S 6 невзрывных источников на базе 50 lOO м, 12 16 Ha
JCапливаемых воздействий, rpуппирование 21 24 сейсмоприемни
хов на базе 50 м.
Параметры управляющеro сиrнала следующие: частоты 10 60,
15 60, 15 80 I'ц, rительность 6 7 с, длительность записи 10
11 с. \
8.1.2. оРrАНИЗАЦИЯ РАБОТ
Орrанизация и руководство работами на профиле ocy
ществляются начальником сейсмическоro отряда, который py
ководствуется должностными инструкциями, правилами безо
naсности при reолоroразведочных работах (от 27 марта
1990 r.), Инструкцией по охране труда для операторов rазо
динамических установок (от 2 апреля 1992 r.), Инструкцией
по охране труда для операторов сейсмических вибраторов (от
2 апреля 1992 r.) и Технической инструкцией по эксплуатадки
СООТветствующеro типа установок. rеофизиков в полевых lIap
тиях нет.
Контроль за работой источников возбуждения проводят ,
СНИМая ленты синхронности запуска ежедневно. Контроль ocy
ществляется определением синхронности запуска ус;тановок rCK
6М, СИ 5 150М, CB 5 150 М2 и синфазности работы rруппы
установок CB 5 150M и CB 5 150 М2.
Качество полученноro материала оценивается ежедневно в
поле начальником отряда и начальником партии по первичным
перезаписям. Ежемесячно оценка качества проводится ведущим
reoфизиком соответствующей камеральной rруппы партии циф
ровой обработки и интерпретации (ПЦОИ) по первичным пере
записям и повальному выводу (на эвм CM 2 и ПС 2000). KOHT
РОль аппаратуры по комплексам CONTP M и CONTP 96. COCTaB
JlЯется акт приемки, в котором указываются выполненные объ
еыы с разбивкой по качеству и замечания по методике работ
и работе аппаратуры.
Ежемесячно на основании этих актов и замечаний аппа
ратурной службы составляется сводка по качеству по экспе
диции и рассылается полевым партиям.
325
8.1.3. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
Обработка полученных полевых материалов осуществляется на
ЭВМ под руководством ведvщеro rеофизика камеральной rруппы
центра обработки информации (ЦОИ) , который составляет OKOH
чательный отчет по данной площади.
Обработка полученных материалов в поле не проводится.
Материалы передаются в соответствующую камеральную rруппу
ЦОИ, rде под руководством ведущеro rеофизика rруппы про
водится подroтовка материалов к обработке, обработка на ЭВМ,
интерпретация и составление отчета.
Полученные материалы обрабатывают на ЭВМ ЕС 1045, ВК 2М
46 (комплекс запущен в III кваотале 1992 r.) в системе СПС 3
(СЦП 3 пrР, CЦC 3CT, СЦС З ЗД, всс мпrс) и на ЭrВК
ПС 2000 в Системе СОС ПС.
Обработка материалов, полученных с CB 5 150, после KOp
реляции практически не отличается от обработки материалов
с источниками rCK.
Начальная обработка вибрационных материалов проводится на
ПС 2000 и включает демультиплексирование виброrpaммы, вывод
опорных сиrналов и их спектров, корреляцию виброrрамм с по
левым управляющим сиrналом.
Далее, независимо от источника возбуждения, проводится
суммирование с априорными статическими и кинематическими
поправками, минимально фазовая деконволюция с предва
рительной и последующими фильтрациями, коррекция кинематики
и статических поправок в широком окне. Дальнейшая обработка
проводится на EC 1045 по комплексу CЦC 3, переход осуще
ствляется адаптационной проrраммой HEAOPS.
В дальнейшем при необходимости выполняются коррекция cтa
тических поправок по roризонтам (как правило, исключая oc
ложненные нарушениями девонские отложения), коrерентная
фильтрация, миrрация, преобразование rильберта, ТРАВ. Дoc
таточно широко применяется следящее суммирование (РАК М
1,2 с фазой прослеживания SV МРКМ) и проrрамма коррекции
формы импульса, особенно при обработке материалов с rCK.
По профилям, обработанным для целей пrр с сохранением
истинных амплитуд, предусматривается получение ЭКО разрезов
(проrрамма РЕАПАК) и ПАК.
8.1.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК
Статические noправ и определяются на основании специальных
работ МПВ с не-зрывными источниками rCK 6M, СИМ, СИ6У. В
партиях, работаIPЩИХ с CB 5 150, дЛЯ этой цели создаются спе
циальные отряды, оснащенные одной двумя установками rCK 6M,
СИМ и СИ6У. При необходимости осуществляется накапливание
326
ВОЗдействий. Интервал наблюдений по профилю 600 1000 м, дли
ва р.1сстановки 300 м, сейсмоприемники одиночные.
Точность работ МПВ ниже МСК, но, как правило, достаточная
для получения априорных статических поправок. Также при
),{евяется комплексное определение статических поправок (МПВ +
+ корреляция по верхнему опорвому roризонту). В отдельных
случаях применяется ручная коррекция статических поправок на
сложныx участках по общим пунктам приема и возбуждения.
8.1.5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ
Методичес"ие результаты работ. Оренбурrcкая rеофизическая
экспедиция начала внедрять невзрывные источники fCK в
1976 r. при работах оп при содействии ВНИИfеофизики.
Источники Вибра онноro типа CB 5 150 начали внедрять caMO
стоятельно в 19 1 r. В этот период в экспедиции не было
невзрывных исто ников для работ orT в зимний период. Поэтому
источники CB 5 150 были успешно приспособлены для работы в
зимний период с 1981 r. Невзрывные установки rCK 6M, поз
валяющие проводить рабоТЫ при отрицательной температуре,
были получены и запущены только в 1986 r.
В первые roды работали с двумя тремя установками в
rруппе, количество накопления 8, кратность профилирования
не превышала 12, поэтому материалы с невзрывными источника
ми уступали по качес ву прослеживания roризонтов, rлубин
НОСти освещения разреза материалам, полученным со взрывами.
В эспедиции проводилась работа по совершенствованию методики
работ. Увеличение количества источников в rpуппе до 5
6 шт., числа накоплений до 12 16 и кратности профилирования
до 48 позволило значительно повысить качество и информатив
насть материалов. Применение 96 канальных сейсмостанций (в
том Числе и в спаренном варианте) позволило сократить шаr
между центрами rрупп до 50 м без уменьшения кратности.
В районах солянокупольной тектоники положительный эффект
дает сокращение mara между каналами до 25 м.
Улучшение достиrается при динамическом режиме работы ПСУ,
Т.е. при перемещении rруппы установок в процесс е отработки
физической точки (рис. 86, 87). Причем параметры для
вибрационных и импульсных источников разные.
Применение CB 5-150 позволяет получить более разрешенную
запись, что особенно важно в условиях товкослоистоro раз
реза. Невзрывные источники rCK 6M, CB 5 150, uСИМ, СИ6У
опробовались в опытном порядке для работ по сеисмокаротажу
СК и всп. Ввиду TOro, что СИМ и СИ6У не обеспечивают He
обходимую интенсиввость записи и работают только в одиночном
режиме, пришлось отказаться от их использования для CKBa
ЖИнных исследований. В настоящее время они применяются
ТОлько для работы МПВ при изучении зоны малых скоростей.
327
О
10 20 ЗО 40 50 О
...... ..
,?- .....
..
..... . .. ......" 1,0
..1/11,-,,' '.
......".
10 20 ЗО 40 50
.... . ,.'
. .. ......,.
" w,.
-.
__ Тр
1,
Тр
Т
.... .:= -=.""
..' ...-
.. .
..
СтаfliJартная отраоотка проtpuля
2,
O 5 . .0,.5 7,0
..
72 80з8еисm8uи
оез лервеэ8о.
S/N
:5
1
/
......................... ....../ ......
/
'\
, ,
/ ,
,/ '2
, , I
/ "
I ,
I
/
/
........... ......... I
2
о
5
70
15
20
2б
ЗО
З5
40
45
SОПК
Рис. 87. Улучшение качества материалов и отношений СИl'нал/помеха при or
раболе профllJUl С перемещением вибparoров и без Hero. Район плarфoрмы.
В центре рисунков схемы отработкн профили; J. 2 отношении
СИl'Нал/помеха ПрИ работах с перемещением вибраторов и по стационарной
схеме соответственно
При работах по СК и всп с rCK 6M и CB 5 150 качество
первых вступлений ниже, чем со взрывами, при этом с CB 5 150
далеко не всеrда удается получить необходимую длину записи.
Поэтому возможности применения невзрывных источников для
скважинных исследований оrраничены. Опытные работы по
внедрению CB 5 150 дЛЯ исследований в скважинах про
должаются. Отработка всп и мпrс проводится как со взрывами,
так и с rCK 6M. к настоящему времени разработана близко к
оптимальной методика полевых работ (применительно к cy
ществующим невзрывным источникам) , которая обеспечивает
получение, в основном, качественных материалов и реmение
задач по поиску и разведке месторождений полезных иско
паемых.
328
"'"
t:I '4:1
....
..."' ':1:
1:
с) :1:
.... :::
.... cu
с) 2
с)
....
:::
с) о
о) 5
t:I :s:
10 11'
1::) '2
"- 8
....
;
\о
' :i
о
111
О
'" [
с)
"")
It)
с) ..... "'"
t\j ..
"",W
з.оо
:s:c::>
i
C) с.....
!
с.",
'"
111 .
:11
<.)
10<8
;21....
5;
11'\0
о; .
о :11
C:'4:I
1Ii:g
:s:
:::
с.
Io<:i
:;s :s:
:::
::: 111
cu W
:11<.)
...
111....
"""
cu
:s:
ii"""
::: :s:
U:;s
.с.
00'"
::s 00111
с) <:::> Ir) C::I It) .0
.... ","' t\j" C\j"u <.)
а.. ::
FеолоzuчеСICuе результаты работ. В 1991 r. с применением
невзрывных источников подroтовлено 12 объектов (из 15 по
экспедиции), выявлено 6 объектов.
В 1992 r. подroтовлено 6 объектов, выявлено 13 объектов.
На подroтовленных с невзрывными источниками объектах открыто
в 1991 r. пять месторождений (из семи) Лапасское, Ши
рокодольское, залежи: Караванная, вошедшая в Оренбурrcкое
месторождение; Балейкинская 2, вошедшая в Кодяковское MeCTO
рождение; Ю Чкаловская, вошедшая в Чкаловское месторож
дение.
В 1992 r. открыто три месторождения (из четырех) 3
Широкодольское, rрачевское, Жоховское. Неподтвердившихся
объектов с невзрывными источниками нет. Качество получаемых
временных разрезов обеспечивает решение всех поставленных
задач и необходимую точность построений и rлубинность.
Волновая картина по основным отражающим roризонтам co
поставима. Основные поrрешности связаны с локальным и
менением скоростей, а также со сложной волновой картиной в
районах солянокупольной тектоники, что не связано с при
менением невзрывных источников.
Приведем некоторые примеры, иллюстрирующие эффективность
невзрывной сейсморазведки. На рис. 86, 87 дано сравнение
стандартной отработки профиля 02 воздействий без переезда)
и работы с перемещением источников CB-5-150 дЛЯ районов
солянокупольной тектоники и платформенных условий.
На рис. 88 приведено сравнение временных разрезов, по
лученных по одному и тому же профилю со взрывами 0983 r.)
и невзрывными источниками CB 5 150 (повторная отработк<) в
1985 r.). Обработка по комплексу СОС ПС 1985 r. Как видно,
разрез с вибраторами более информативен по мелким и rлубо
ким roризонтам.
В 1988 r. по данным сейсморазведки выделены небольшие по
размеру Западно Рыбкинская и Жоховская opraHoreHHbIe
постройки (рис. 89) , на которых последующим бурением в
верхнефранкских отложениях были открыты Рыбкинское (скв.
166) и Жоховское (скв. 167, 168) месторождения нефти. В этом
же районе выявлен и подroтовлен еще целый ряд аналоrичных
объектов.
В западной части области на борту Поroдаево-Остафьевскоro
некомпенсированноro проrиба выявлен целый ряд предполаrаемых
рифовых объектов (рис. 90), которые в настоящее время бу
рением еще не проверены.
Рис. 91 иллюстрирует возможности невзрывных источников
rCK 6M в районах солянокупольной тектоники. Примененис
трехмерной сейсморазведки позволило более надежно проследить
отражающие roризонты, выявить в бортовой зоне Предуральскоro
проrиба новый объект и рекомендовать бурение скважины.
330
со
&!
..
со
....
""
со
..
о>
""
. ' {;
. и l\:
t "'"- '
т : \JJ} :
: . , '-:t') .
.., 'Y( t.\ .< :
. ;;!! ;" ")
"'l! , . .
"; !,. ;""'-( ,
: . ""' i " r
.:' . .'t{ ! ,;,:
I\).'-';'}. ... '
: ;iЩ ' }
t:a I!. '\ i' .. . t
'"
""
""
,,
'"
.....
""
C\j'
()
:[
'"
:.:
о::
с>
Q,
...
...
с>
с:
:[
:а
=
с>
-&
=:
Q,
о::
с>
:.:
...
=
'" с>
",U
:Е
=:
о::
с>
:.:
...
=:
=:
:.:
\с)
:а
с.
.:,
i!i
'"
с:
'"
et:I
с>
с:
:а
..
Q,
'"
Q,
..
:=
..
:[
..
Q,
ф
о()
..;
=:
С.
130
1110
150
160
170
180
190
1,0
...' . : :)'-.; . " ..
.. .. ., .....,.:,..,- f - ,,' -о:.. .........:.." .
.....'.. ........... '. ...... -........Il1o ........ 1....
,........."... '......, ." . .. ..-
.......--м. ..,...,..... .I'of!........:r ......., a..., ........... ""'. ... 1,2
. ..' '. ..,.,. ...jtI'......;;.... '-' ! ............. ,.. "":........4'1...."; .... i't I
.. 1.-. ""-..'.1 ,......'.... :.....,'.<I...... .. ."r'..".....t'- "\......;.............:.. .....,
", "."..tf ,.. .." .. I._'. ....d ___..... "........ ,. '. .....
'''''''' 1t...1 ''.'''' '. ..... .,..,'.....
.. :.... . ,',1f\\\.., 1'..... ........."'t..., ,;, I...... " ,...,,................ 1,4
".,...... ..,...,.'..... .. ..,... .. .! :!. I "rI.:, '.... .,.: ",
1"'... . . -., I """", .......... .
В........ ........'::....__.1. ... ......". ",' .:1............. ....................."'...
.=::;,................ _:,...\. 1 ..:.It '..,_.I...'. ,":' .,., . I 1"'4'"
. . .....",.,.,..,.., """i- . ,,....... ., ",.. "f'" 1,6
'. ,.....-....'. ....:..:..--..........:... .......,' -..... ' '.... ..
..... """. ... ......... ,.,. ..... .......ы,.'W'.......". ......
_.. . ,...... I ,.., ...... .. ,".It. :"'__'..
у .............- ... ... .... . ''';' ... *..'...... .-.............. --.............
. ........... 4 . . "':........ I :...... ......, .......... . .......,.--...... 1,8
.....-. 1fIIII""'''fI/IIIJ .....,....... ,. ::.... ..L
..,...,. ." . .... I ". . . ........... --.11.......,.. ............ ...
....".. ....." .t. ".,................. ... .
... .'''' ... "."'" \., I ",."......," :,............ . .
::... :. ;: . :::.. 'I.": .":"":. >. .:-_..,.; 2,0
"............ ...t, ..."'" . ..,.. . .. ""..' "", '. ,. .1,. _ '. .., ,.. .,.... .., ,.... ............,
,, ,-,,""""'.. ......"' .....:.' .;. , ....-.- .,...--...,. ......,
......... ...... \... ,, .. ......
'. A ........ ;;;;:;:;;.t : . " .... ; ,... -, .;.....II...;..,;,;: :.. 2,2
......... . ...... .. .. . . . . ..........:....... ,.... ....,..,.. .
. . ....J .......- ........:,.......... ......, .......... ..., ..,.
,.... ..t. . ........ ..".,.".1......',. .,, ' ...', ... ...........-. :
д ............... '. . ..,." ., .. ...\ ......,,- ' ..........., .,..... ............,.,
а".. .\ ..11 "". ., ... ...... ...... \ .,,'... .,.......... ... ..;,.,. 2. '.
....................... ,,,,1, 1"11 , ...-,. .... , , I!' .. fI .-, ..."f'............. J ",.. ,Т
..:' . ,....._...t ' : :r;;.I, ...... : ., . ,;.fl.I .' (. .:,/..:..".
...... ...... .........' , ... ",.t ... ... I . ...,, . ",r . " .r ....,..,. 1..,,,...1.....
."" I .' ................ .I, . .Iv..... .. ," ,,__м.
. .... ........... .. . .. .._"" 1 'LJI.,. ....-:', -.-! . .. (..,.,...r .
... . .......' .' ';',, о :!.:s 1 .t"' "'!I"f. '. !.' :",..., . . 2.6
HORl
/11- 35'0 0 т
· = "000 '
V=II500 ,<1It.
1/1=5000 ,.1'.1"
: b ' , 11' :
,. = 6500
1.
,,
::....
..
.,..41,11.1. Н.....
i:"
Рис. 90. Пример ПрофИJIЯ. прошедшеrо через преДПOJlarаемый рифовый массив
Высоко оценивая возможности невзрывной сейсморазведки при
поисково--разведочных работах в Оренбурrcкой области, отметим
ее оrpaничения и недостатки.
Как указывалось выше, невзрывные источники имеют оrpaни
ченное применение при скважинных исследованиях. Поrруженные
невзрывные источники, очевидно, позволят преодолеть ЭТОТ
недостаток и обеспечат более широкое применение новых ис
точников при работах ВСП, мпrс (ВСС). ДЛЯ повышения эффек
тивности невзрывной сейсмики необходимы широкополосные виб
раторы на базе вездеходов "Урал", которые позволят получать
332
1
1117
3
t,c
.
:
, -.. . .............
...: ""
,...
Рис. 91. Пример ПрофИJUl. прошедшеro через COJI!IНОЙ купол
более разрешенные записи, а также невзрывные источники виб
рационноro типа ДЛЯ работы комплексом продольных и попереч
Ных волн. Это позволит более полно решать задачи по изучению
Коллекторских свойств пород и зон треLЦинноватости.
333
8.2. РАЙОНЫ РЕСПУБЛИКИ ТА ТАРСТ АН 1
(ВОСТОК РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ)
8.2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ И МЕТОДИКЕ РАБОТ
Освещаемый сейсморазведкой разрез охватывает архейско
протерозойский комплекс кристаллическоro фундамента и oca
дочный чехол, включающий отложения девонской, каменноуroль
ной, пермской, триасовой, юрской, меловой, неоrеновой и
четвертичной систем, причем мезозойские осадки присутствуют
только В разрезе сейсморазведочных площадей Западноro TaTap
стана и Ульяновской области, а неоленовые отложения развиты
спорадически. Мощность осадочноro чехла изменяется в пре
делах от 1600 до 2500 м и лишь на юro востоке описываемой
территории (на севере Оренбурrcкой области) увeJiичивается до
4000 м.
Осадочный комплекс состоит на терриreнны,' карбонатных,
сульфатных (в перми) слоев и толщ, поверхности которых
являются отражающими. Значения пластовых скоростей в Tep
риreнных породах варьируют от 2500 до 4400 м/с, а в Kap
бонатах и сульфатах от 4400 до 6100 м/с. Средняя скорость
в разрезе Bcero осадочноro чехла в целом близка к 5000 м/с,
а в изученной сейсмокаротажем части фундамента около
6000 м/с. Таким образом, разрез реrиона можно охарактери
зовать как высокоскоростной.
Сейсморазведочные площади представляют собой, как пра
вило, холмистую равнину, в большей или меньшей степени из
резанную долинами рек и ручьев, овраrами и балками. Перепады
высот дневной поверхности в пределах площади составляют 1 oo
200 м.
Условия возбуждения упруrих колебаний существенно зависят
от степени уплотненности почвенноro слоя, различаясь при
выполнении работ по дороrам, целине или пашне, а также по
мерзлому rpYHTY, поскольку работы ведутся в круrлоroдичном
режиме.
По литолоrическому составу и физическим свойствам oca
дочный чехол подразделяется на три комплекса пород:
а) нижний, преимущественно терриrенный комплекс включает
рифей вендские, cpeДHe и позднедевонские отложения до KpOB
ли KNHOBCKOro roризонта или (на западном склоне Южно
TaTapcKoro свода и в Мелекесской впадине) до кровли capraeB
CKOro roризонта. Комплекс сложен переслаивающимися алевро
10 Республике Татарстан и прилеraющих районах улыIовскойй и
Оренбурrcкой областей сейсмические работы с наземными невзрывными ис
точннхами выполняются ЛО "Татнефтеrеофизнка".
334
литами, арrиллитами и песчаниками с отдельными пачками
в прослоями карбонатов;
б) карбонатно ерриreнный комплекс от кровли тep
pвreHHЫX отложений v позднеro девона до поверхности paH
JJепермских отложении представлен переслаивающимися извест
в-ами, доломитами, а в верхней части также сульфатными и
raлоreнными образованиями. В разрезе этоro комплекса преи
мущественно терриreнными повсеместно я яются только OT
Jlожения яснополянскоro надroризонта визеискоro яруса, а в
осевых зонах проrибов Камско Кинельской системы (ККС)
кроме TOro, и турнейско ранневизейские осадки. В ceBepo
западной части района песчано rлинистыми породами с про
слоями карбонатов сложен верейский roризонт MOCKOBCKOro
яруса, причем доля терриreнных отложений в разрезе roризонта
увеличивается с востока на запад;
в) верхний rерриreнный комплекс включает отложения
уфимскоro, каз ! скоro и TaTapcKoro ярусов поздней перми и
четвертичные разования. На отдельных участках района
в строении ком екса участвуют отложения HeoreHa.
Наиболее реryлярно прослеживаются отражения, связанные с
rраницами раздела терриreнных и карбонатных пород: по
верхностью раннепермских отложений (обозначаемое индексом
"К"), кровлей верейскоro roризонта ("В") там, rде верейские
отложения представлены терриreнной фацией, кровлей ясно
полянскоro надroризонта ("У"), а в осевых зонах проrибов
ККС также с подошвой терриrенной толщи нижнеro карбона
("С"). Наиболее блаroприятные условия для формирования и
прослеживания отражений от кровли терриrенных отложений
девона ("Д") наблюдаются на площадях, относящихся к Нижне
камскому проrибу ККС (северный и северо восточный склоны
Южно--Татарскоro свода). На большинстве же площадей реrиона
это отражение малоинтенсивно, запись ero осложнена наложе
иием помех, вследствие чеro прослеживание ero связано с cy
щественными затруднениями.
В различных частях реrиона прослеживаются, кроме пе
речисленных , отражения от поверхности и подошвы турнейских
отложений ("Т" и "Ф"), от roризонтов в толще рифей венда,
поверхности кристаллическоro фундамента ("А") и друrие.
Скорости распространения продольных упруrих волн в
карбонатных породах 4,6 6,0 км/с, в терриrенных отложениях
карбона и девона 2,5 4,0 км/с, в верхней терриreнной тол
ще 1,7 3,0 км/с.
Наиболее выдержаны по площади скорости в карбонатных
КОмплексах. Значительными изменениями скоростей характери
Зуется верхняя терриrенная толща, причем эти изменения за
частую происходят на коротких расстояниях, соизмеримых с
размерами разведуемых объектов. Значения интервальных ско-
PDcтей от поверхности раннепермских отложений до более
rлубокозалеrающих roризонтов, в связи с преобладанием в
335
разрезе карбонатных ПОРОД, близки к величинам, указанным для
пластовых скоростей в карбонатных толщах.
В тектоническом отношении рассматриваемые площади pac
положены на склонах Южно Татарскоro свода, а также в or-
раничивающих этот свод Мелекесской и Верхнепермской впа
динах, выраженных в рельефе кристаллическоro фундамента.
В современном тектоническом строении осадочной толщи девона,
наряду со сходныи чертами со строением поверхности фунда
мента, наблюдаются и существенные отличия, rлавным из KOTO
рых является значительное выполаживание структур. Выполажи
вание, в первую очередь, связано с компенсацией проrибов
мощной толщей рифей вендских отложений, которые выполняют
Серноводско Абдулинскую и Верхнекамскую впадины.
Специфической особенностью фаменско турнейскоro струк
TypHOro этажа является значительная роль седиментационных
процессов в ero Формировании, происходивших в тесной связи с
тектонической обстановкой. По этой причине указанный CTPYK
турный этаж рассматривается как структурно формационный
комплекс, основу CТPYКTYPHOro плана KOТOporo образует по
верхность фаменскоro яруса. Эта поверхность отражает OДHO
временно как структуру более древних комплексов, так и
основные направления HOBOro CTPYKTYPHOro этажа, в котрром
четко выделяется новая система дислокаций система Камско-
Кинельских проrибов (ККС). В пределах района исследований
располаrается У cть Черемшанский проrиб, участвующий в
строении Мелекесской впадины, Нижнекамский и Актаныш
Чишминский проrибы, с севера и ceBepo BOCТOKa оrpаничивающие
Южно Татарский свод, Сарапульский и Можrинский проrибы,
осложняющие строение западноro борта Верхнекамской впадины.
Структурные соотношения маркирующих поверхностей внутри
комплекса во' мноrих чертах не имеют аналоroв в дислокациях
ПОДСТИЛaIOщих и перекрывающих толщ. Ширина проrибов ККС
изменяется от 20 40 км до 80 90 км, rлубина достиrает 400 м.
Проrибы заполнены преимущественно терриrенными осадками Ma
линовско яснополянскоro возраста.
В прибортовых зонах проrибов и на сопряженных склонах
сводов широко развиты рифоreнные структуры позднедевонско
турнейскоro возраста, а также визейские эрозионные врезы
(более подробно охарактеризованные далее).
Тектоника каменноуroльных (начиная с поверхности яс
нополянскоro надroризонта) и пермских отложений имеет общие
черты со строением как терриreнных отложений девона, так и
фаменско турнейскоro CТPYKТYPHOro этажа (наличие структур
облекания риФоreнных массивов) . По поверхности башкирско
серпуховских карбонатов известны эрозионные структуры (Be
рейские врезы).
В районе открыты мноroчисленные нефтяные месторожде
ния, залежи в которых связаны с девонской, каменноуroльной
и пермской системами.
336
ПО характеру нефтенасыщения в отложениях палеозоя BЫ
дслЯЮТСЯ шесть щюдуктивных комплексов: 1) терриrенной части
девона; 2) карбонатной части позднеro девона и paHHero
JC8рбона; 3) терриrенной части paHHero карбона; 4) карбо
ватной части paHHero и среднеro карбона; 5) карбонатно
терриreнной части среднеro карбона; 6) карбонатной части
cpeдHero, позднеro карбона и ранней перми.
В продуктивных комплексах карбона и девона, являющихся
основными вместилищами нефти, на территории открыты мноrие
десятки нефтяных месторождений, включающих сотни залежей.
Рифейско вендские отложения перспективны в отношении
нефтеносности, но промыmленных притоков нефти и rаза из
этих отложений в реrионе пока не получено.
В связи с сокращением неразведанноro числа антиклинальных
структур поиски и разведка залежей уrлеводородов, aKKY
мулированных в ловушках неантиклинальноro или комбини
poBaHHoro типа, 'л:яются, наряду с дальнейшими выявлением
антиклинальных овушек, одним из основных путей подroтовки
новых запасов ырья. В формировании ловушек неантикли
нальноro и ком инированноro типов в исследуемом районе
важную роль иrрают рифоreнные структуры, визейские и Be
рейские эрозионные врезы, а также выступы кристаллическоro
фундамента.
, Широкое развитие платформенных рифоrенных структур по
лучило подтверждение при проведении поисково разведочных
работ на востоке Русской платформы. Считается, что Ka
менноуroльные структуры имеют, как правило, биоrенные ядра
в структуре карбонатноro комплекса девона.
Вне зависимости от rенезиса, методика поисков таких
СТруктур сейсморазведкой определяется их rеометрическими
размерами, формой, соотношением структурных планов различ
ных этажей, различием физических свойств между карбонатами
идра структуры и вмещающими породами. Рифовые тела поздне
девонско турнейскоro возраста обычно имеют небольшие линей
Rыe размеры (от сотен метров до 2 3 км) и значительную
Bыоту,' нередко превыающуюю 100 м. Залежей нефти в собст
венно рифах известно HeMHoro, что объясняется реrиональным
ОТСутствием непосредственно над рифами непроницаемых по
КРышек. В то же время мноroчисленные залежи открыты в
Вышележащих отложениях paHHero и среднеro карбона, rде
JlОВУШКИ связаны со структурами облекания рифов.
Рифоreнные фации характеризуются повышенными значениями
СКоростей распространения упруrих волн по сравнению с
Вмещающими породами. Так, по данным сейсмокаротажа пластовая
скорость в породах одноro из наиболее изученных бурением в
Татарии Бастрыкскоro рифа на 200 300 м/с больше, чем во
Вмещающих риф слоистых, обычно более rлинистых карбонатах.
Так как фамен турнейские рифы являются скоростными Heoд
НОродностями в разрезе, их обнаружение и определение па
22 Заказ 1'12 220с
337
раметров важно также с точки зрения учета их искажающеro
влияния на структурные построения по нижележащим roризонтам
девона.
Визейские врезы представляют собой узкие (шириной 0,2
3 км), отрицательные структуры поверхности турнейско фамен
CKOro Kap60HaTHOro комплекса, развитые за пределами осевых
частей проrибов KaMCKO Кинельской системы и протяrивающиеся
иноrда на десятки километров. Разветвленная сеть врезов из
вестна в прибортовых зонах Усть Черемшанскоro и Нижнекам-
CKOro проrибов, rде они оказывают сущес':t:венное влияние на
распределение нефти. Большинство залежей нефти в визейских
терриrенных отложениях здесь открыто в зонах развития Bpe
зов. Нефтенасыщенная толщина пород коллекторов в них дости
raeт значительных величин (30 м и более), в связи с чем для
визейских залежей во врезах характерна повышенная произ
водительность скважины. В определенной степени врезы KOHT
ролируют и нефтеносность турнейской толщи, так как способ
ствуют боковой миrрации нефти из песчаников в смежные Kap
бонатные породы.
Терриrенные разности пород, выполняющих визейские врезы,
характеризуются значениями скоростей порядка V 2,5-
р
3,5 км/с, что значительно меньше скоростей вмещающих карбо-
натов (5,0 5,5 км/с).
Верейские врезы имеют MHOro общеro с визейскими. Площадь
их развития охватывает центральную часть и западный склон
Южно TaTapcKoro свода, а также восточный борт Мелекесской
впадины. На участках врезов размыты альютовские, шацкие,
башкирские и, частично, серпуховские отложения. rлубина
"врезаний", по материалам имеющихся скважин, достиrает 60 м.
Ширина врезов составляет 0,4 0,8 км. Выполняющие врезы
ордынские терриrенные отложения rлины, алевролиты и пес
чаники присутствуют в различных сочетаниях, иноrда с вклю
чениями крупных обломков и rлыб карбонатных пород. BCTpe
чаются разрезы преимущественно песчаноro и' алевролито
rлинистоro типов.
Скорости (У) пород в верейских врезах имеют значения
р
3,0 4,0 км/с при значениях скоростей во вмещающих отложе-
ниях башкирскоro яруса 5,0-6,0 км/с.
Несмотря на достиrнутую высокую степень разбуренности
территории восточноro борта Мелекесской впадины и склонов
Южно TaTapcKoro свода, трассирование врезов вызывает большие
затруднения. Так. увеличенная толщина верейских отложений
вскрыта только единичными скважинами.
Будучи локальными литолоrическими (и скоростными) He
однородностями разреза, врезы (так же, как и рифоrенныс
тела) оказывают влияние на кинематические характеристики
отражений от подстилающих roризонтов.
Необходимость картирования локальных выступов кристал
338
. ,/1IIчес коro фундамента в реrионе вызвана тем, что с выклин
ван ием на их склонах пород коллекторо8 KbIHOBCKOro и пашии
ско ro roризонтов связано формирование структурно литолоrи
ческ их ловушек, содержащих залежи нефти. В плане эти ловушки
JOfеЮТ кольцеобразную форму, породы коллекторы обрамляют
"лысые" купольные части локальных поднятий в отложениях
девоиа. Примерами reoлоrических объектов подобноro типа
MOryT служить Сотниковский на территории Татарии, Правдин
ский и друrие выступы в Куйбышевской области.
Изучение выклинивания пород коллекторов на склонах BЫ
ступов так же, как изучение эрозионных врезов, бортов про
rиоов ККС, требует повышения разрешенности сейсмической
записи.
Невзрывные источники возбуждения сейсмических колебаний
начали применяться в ПО "Татнефтеrеофизика".с 1976 r. CHa
чала это были rазодинамические установки (rдУ) rCK lO, rCK
6, а затем ВИбра i нные источники. Работы с rдУ проводились
в Татарии, Орен урrcкой области и в небольшом объеме в
Западной Сибири. За прошедший период отработано 47 тыс. км,
подroтoвлено к б рению более 240 нефтеперспективных объек
тов, доразведано 20 нефтяных месторождений.
С 1988 r. импульсные невзрывные источники начали BЫ
тесняться виброисточниками. Этот процесс полностью завер
шился к началу 1993 r. Как с тем, так и с друrим типом ис
точников выполнялись реrиональные, поисковые, детальные и
детализационные работы с целью изучения rеолоrическоro
строения исследуемых площадей, поисков и подroтовки структур
под rлубокое бурение, доразведки месторождений. В настоящее
время работы про водятся в трех реrионах: Республике TaTap
стан (с 1988 r.), Оренбурrcкой (с 1990 r.) и Ульяновской (с
1991 r.) областях. На 01.01.93 r. с вибраторами отработано
7488 км сейсмических профилей, в том числе в Татарии 4597,
Оренбурrcкой обл. 2025, в Ульяновской 866. Партии pa
БОтают круrлоroдично. Катеroрия трудности проведения работ
11 и 111; основными отражающими roризонтами являются:
в Республике Татарстан: Рlа или P1S, C 2 vr, C 1 tl, Dkn,
Dзsr, кристаллический фундамент; максимальная rлубина за
JIеrания фундамента 1800 м;
в Оренбурrcкой области: P 2 kz, C , С 1 ЬЬ, Dзkп, D 2 qv)
I<ристаллический фундамент; максимальная шубина залеrания
Фундамента 2200 м;
в Ульяновской области: Р 1 а, C 2 vr, C 1 tl, C 1 t, Dзsm,
КРисталлический фундамент; максимальная rлубина залеrания
Фундамента около 2,5 км.
Среднеквадратическая поrрешность построения структурных
Карт составляет !10+20 м.
В настоящее время при меняются вибраторы CB 10/100M и
CB 10/180, выпущенные научно производственным объединением
"Сейсмотехника" (r. rомель).
22*
339
В качестве аппаратуры управления используются:
ленератор синхронизации источников сейсмических сиrнaлов
вибрационноro типа rc;
блок управления источника сейсмических сиrналов вибра
ционноro типа БУСВ. .
Контроль за работой источников осуществляется ежедневно
на основе проверки фазово амплитудной идентичности источни
ков и оценки их работы по комплексу "Вибротест" . Кроме TOro,
ежемесячно проверяются мощностные характеристики вибраторов.
Реrистрация колебаний осуществляется сейсмостанциями:
"Проrpесс 3" , "Проrpесс 3 96В" (разработка по "Татиефте
reофизика" 96 канальная, 1988 r.) и "Проrресс 96В".
06ьемы сейсморазведочных работ, выполняемых с применением
вибрационных источников, характеризуются следующими по
казателями:
1990 roд 1675 хм, 33 644 фиэ. т. (32% от общеro ООьема);
1991 roд 1903 КМ, 38 372 физ. т. (35% от общеro ООьема);
1992 roд 3050 км, 72 748 физ. т, (60% от общеro ООьема).
Средняя производительность сейсморазведочных рабо,. с при
менением вибраторов на отрядо месяц 38 км/900 физ. т.
Стоимость сейсморазведочных работ с применением вибра
ционных источников примерно вдвое ниже в сравнении с ис
пользованием rрупповых взрывов из мелких (до 5 м) скважин.
Полевые работы с применением невзрывных источников пла
нируются исходя из необходимости освещения reолоrическоro
строения заданных площадей, которые выбираются на основании
результатов предшествующих сейсмических работ, новых данных
бурения или друrих материалов, определяющих их перспектив
ность. Предварительные, модельные или какие либо друrие ис
следования, как правило, не проводятся. Однако при обосно
вании будущих исследований анализируются методические и
reoлоrические результаты предшествующих работ. Тем не менее,
как правило, планируется на каждой площади выполнение опыт
ных работ по изучению особенностей волновых полей и уточ-
нению параметров интерференционных систем на приеме и воз
буждении колебаний, системы наблюдений и реrистрирующей
аппаратуры.
Выбор методики вибросейсморазведки, как и вообще сейсмо
разведки, определяется поставленными rеолоrическими задачами
и сейсмоreoлоrическими условиями исследуемоro реrиона и в
целом не отличается от условий применения импульсных по
верхностных невзрывных источников, Т.е. применение вибро-
источников определяет необходимость rруппирования из а
малой энерrии единичноro воздействия, а также накапливаниЯ
сиrналов. Волновые поля, возбуждаемые импульсными и вибра
ционными источниками, изучаются на основании зондирований,
340
O'I'рабатываемых по стандартной методике. Волновые поля xa
palCтеризуются высоким фоном cpeДHe и низкоскоростных волн
помех, предопределяя необходимость применения достаточно
мощных интерференционных систем, определение характеристик
которых стандартно, как при импульсной сейсморазведке (см.
рве. 47). На волновых зондированиях отраженные волны пред
. ставлены малоинтенсивными осями синфазностей, с трудом BЫ
ДeJIяемыми на фоне помех.
Важным элементом методики вибрационной сейсморазведки
(ВСР) является выбор параметров управляющеro сиrнала.
В объединении практическое применение получили следующие
два способа.
1. На профильной расстановке приборов с параметрами
интерференционной системы, выбранными либо на основании
анализа результатов зондирования или, чаще Bcero, OCHOBaH
llыми на результатах анализа ранее проведенных работ, реrи
стрируются волно е поля при возбуждении колебаний узко
ПOJlосными управ ющими сиrналами с частотами: 1l 13, 13 15,
15 18, 18 21, 21 25, 25 30, 30 36, 36 43, 43 52, 52 62, 62
74, 74 88, 88 105" 105 125 rц. Далее путем последовательноro
исключения в процессе обработки на. ЭВМ отдельных интерВ-а
лов, как справа, так и слева, добиваются оптимальной, а
именно, наиболее динамически выраженной интенсивной записи.
На основании последнеro определяется частотный диапазон
сиrналов для последующих профильных работ!.
2. Более экономичным и, возможно, более эффективным яв
JUlется второй способ. На аналоrичной профильной расстановке
при60ров реrистрируется волновое поле при возбуждении коле
б8ний максимально широкополосным управляющим сиrналом. В
процессе обработки на ЭВМ ,анализируются коррелоrpaммы ,
'полученные путем корреляции виброrpaммы с различными по
частотам опорными сиrналами, рассчитанными проrpaммно, но
при постоянной, равной полевой скорости развертки сиrналов
по частоте. При этом виброrpaмма для соrласования с частот
lIIiМ диапазоном исходноro сиrнала предварительно фильтруется
соrласованным фильтром с rраничными частотами, равными rpa
lIIIЧвым частотам пилот-сиrн:ала. Операции с rраничными часто
Т8МИ общеизвестны; ЭТО, как правило, выбор и закрепление
I18жней rpaничной частоты, а затем и верхней, правой.
ИСХОД51 из экономических соображений, длительность управ
JUDoщеro сиrнала устанавливаетс51 МИнимальной, достаточной для
ОСВещения разреза. В ряде случаев обнаружено, что уменьшение
A1IИтельности управляющеro сиrнала ведет к получению лучших
10 Р и м е ч а н и е р е Д а к т о р а. Как УItaзывалось ранее, этот
Cnособ ие учитывает возможиостей вибрациониой сейсморазведки по насыщению
IOJIнами требуемоro частотноro состава,
341
Q
. '11.1
.,
. n="
: 11=
п=16
0,2
О,..
0,6
0,8
1,0 "1'"
1"
i,
,..;tЧi
';;1 '.i..,\, ,
Й{
I/'.J..;,.. :>\" '.\ ..,\
;r :'jl:
. ;::. . : . :".;'. : !
, "'
о
. п=1
0,2
;.
,1 .
8,ft
.:.;,:)
,".tw'.. ,. "l.
11t'i
::.\ ,)о ,
'.'. ',1
0,6
0,8
1,0
;,
. ..
. "':i,L ."' . . ...,
"
"
,i . :
.J,{"':'\" 'v.
J {
:,>;,4,j, .:, .
.'..... . ..
..,':....
. -.о-.
11= 11
. п=8
. 110=16
,,jj
y".:,";' "
,$! '
:': . ':.
;'.. ..
.'
Рис. 92. Коррелоrpaммы, по.лученные при единичном В03
буждении при ДJIительнOCТIIX управляющеro сиrнала 10 с (а)
и 3 с (6), без деконволюции:
п число накаnливаний
0,2
0,4
0,6
0,8
1, о t, с
а
Тр := 10с
р" := 125 rц
р к := 111- ru,
;',:,' .. ,';;; ;:f
, . -; . :. . -,
D
10 30 JO 7090110
6
Тр '" 10с
F H =10 r U,
F K ::= 125rц
, ; Йji/;1 [[]
103050 70901/0
в
... .
,,,' "./ J
,. .J'O.."
. ".
.: :.;.,:) ::t < .>,.:
. O
. ........ 4"
. . . >: . . r 1 wi
".... . < .
. .
/.." .
.'
Тр =:; 6 с
р н = 14 rц
р к == 1IZ5rц
10 3050 70 90 110
2
Тр = 3 с
р н = 14 rц
р/(= 125r
'/';"/ ':" '.'. ,. . /.,: ;': ' [1]
. ,," .1..'. ..; . '. I ... 2'
?,i: >,':",.:;' . ... . .
!о 305070 90110
Рвс. 93. Коррелоrpаммы и спектры волн во временном о"не 0,2 1,2 с, по-
лученные при длиreльнOC1'IIX управлиющеrо сиrнала 10 с (а, 6), 6 с (в) и 3
с (01):
Тр, рн, р к длина, начальная и конечная чаСТОТbI управляющеro сиrнала
СООТветственно
по качеству материалов (рис. 92, 93), что может быть обу
СЛовлено более стабильной работой вибраторов при коротких
развертках, уменьшением длительности корреляционной Функ
ции, а также друrими причинами. Результаты работ показали,
что по коррелоrраммам в единичных точках трудно выбрать
наилучшие параметры управляющеro сиrнала. Поэтому с выбран
I1ыии несколькими вариантами отрабатывают профиль и оценку
Dроводят на уровне временных разрезов (рис. 94) Из при-
веденных разрезов следует, что расширение полосы частот
управляющеro сиrнала при водит к повышению разрешенности
заПИсей по мелким и rлубоким roризонтам без снижения I'лубины
ОСвещения разреза. Последнее обусловлено, очевидно, неболь
343
1
Пl( 80 90 100 110
2а
80
90
100
110
20
80 90 100 110 пк
., '. 0,2
. .
. ....=. z= .... .. c=; o,
.
_ . .. 016
---..- :-:== ....., . В
О,
>===
. ,,
: . .
. j:" .;.-=-..
--'
с . -
..;.:, . : --::....:..;:;
.
..
...................
........................
. -:
,.. .
... -
:. - ..,. . ;: 1,0
- . -
- ''::- -.- .-
в
у
с
А -
А
26
80 90 100
22
80 аD
с
Д
А
. " .. -;;:--.:....,
."
. - .
. -
-
.. -. . ...:-=::
. - -
- ..
.-; . ".
.
- :::.
. - .
- . : . ..............."...
.
. ...=::-- ......:..-
в
Рис. 94. Сопоставление временных разрезов, полученных с l'830динамичеСDlМИ
установками (1) и вибрвroрами (2) с различными параметрами управляющих
СИl'налов:
2а - полоса 20-60 rц, Д)1ительность 6 с; 26 полоса 14-64 rц, Д)lитель-
ность 5 с; 2в полоса 14 124 rц, Д)lительность 6 с; 2t - полоса 14.
124 rц, Д)1ительность 10 с; В. У, С отражающие roРИ30нты
шими временами отраженных волн и достаточно мощными rруппами
вибраторов. Оценить влияние длительности управляющеro сиr
нала на качество материалов затруднительно. Разрез, по-
лученный с rду, уступает разрезам с вибраторами и наиболее
близок к разрезу с вибраторами на минимальных по полосе
управляющих сиrналах.
На основании результатов опытных работ, проведенных на
северо восточном склоне Южно TaTapcKoro свода в пределах
Бахчисарайскоro месторождения, установлены следующие опти
мальные для этоro реrиона пара метры управляющеro сиrнала:
rраничные частоты 14 125 rц, время развертки 5 с.
Сопоставление результатов работ с применением вибро-
источников и импульсных источников показывает более высокую
эффективность виброисточников в сра1Jнении с rдУ; разрезы ВСР
не уступают разрезам, полученным с применением rрупповых
зарядов в мелких скважинах.
Повышение разрешенности записей в вибрационной сей
сморазведке решается в объединении на основе применения
комбинированных и нелинейных управляющих сиrналов с правымИ
344
А
о
0,8
1,2
1,6
а
tJ
125-14
. .
. ..;.. .
6 i t1;;:J3 :: t:i; ; {{ '. :, <.п'
6 о
0,4
0,8
1,2
1,6
.,'
.",:.>.:! I ..: "':: ' -:' : .
. . .
,: .
а'
. , ..1-' :.: ':'./',
r!J"r. ,', . ,'-о"
..,.,') " !,' :/.". "..
,\. . . ]0.. '..
.';,\ ,',
:/.;....
. . ....
: .: ;'.:2<;<: >""
:
.'
6'
", .'.
125 14
J . .
r "",. .'
1. .
"
.'
,,/
.'
.'
8'
14 125
PIIс. 95. Сопоставление коррелОl'рамм, полученных до (А) н после (Б) дe
кт.,олюции по методике комбинированных (а и а') и стандартных (6 и 6' , 8
Н 8 ) ynр8ВJlllющих СИl'налов:
а и а' сейсмоrpаммы, полученные путем суммирования (с предварительной
НОрмировкой) серии коррелоrpамм от узкополосных свип сиrналов; 6 и 6'
kоррелоrpаммы от свип сиrналов частотой 125 14 I'ц; в и 8' 14 125 rц;
Апительность свип сиrналов во всех случаях 10 с
rраничными частотами, превышающими 125 rц. Эффективность
применения комбинированных сиrналов показана на рис. 95, на
котором приведены коррелоrраммы, полученные в результате
суммирования (с предварительной нормировкой) серии KOp
релоrpaмм от управляющих сиrналов в полосе частот до 125 rц.
Из рисунка видно, что суммирование записей с НОРМИРОВКОЙ
дает лучшие результаты, чем при стандартных наблюдениях с
одним широкополосным сиrналом. Полученные результаты делают
перспективным одновременное возбуждение и реrистрацию
сиrналов с частотными характеристиками, соrласованными с
частотными характеристиками целевых roризонтов, с последую
щим разделением их при обработке.
Улучшить процедуру корреляции можно при целенаправленной
соrласованной фильтрации виброrрамм с переменной во времени
характеристикой, левая rраничная частота которой при прямой
развертке может быть определена как
{==! + i.T
н т полез
для первоro фильтра и
f f +!У...
i==лев Т l
для последующих фильтров, rдe ! == fs. {н свипа; Т
длительность сиrнала; Тполеэ время полезной записи по KOp
релоrрамме; i приращение времени.
это один из способов борьбы с "ураrанными" помехами,
которые MOryT засорять запись вследствие длительной pe
rистрации всР, и с помехой, вызванной остаточной разrрузкой
среды по прекращению работы вибраторов.
По опыту работ объединения MOryT быть предложены сле
дующие пути совершенствования виброисточников. Наиболее OT
четливо просматривается необходимость использования для
корреляции сиrналов с блока управления вибраторов (БУСВ),
передаваемых на реrистрацию по радиоканалу . А для достижения
наибольшеro эффекта вср корреляцию целесообразно проводить
с сиrналами от заrлубленных под плитой приемников, ибо сиr
нал, посылаемый в среду, может существенно отличаться от
вырабатываемоro установками!.
IПримечание редактора. Это предложение не очевидно, так как, вo
первых, оно трудно реализуемо на практике, а, во-вторых, сиmалы от
сейсмоприемников, расположенных в ближней зоне от плиты вибратора,
будут очень снльно нскажены помехами за счет резонансной характернстики
вибратор rpYHT, что приведет к снижению качества коррелоrрамм.
346
8.2.2. ОБРАБОТКЛ МАТЕРИАЛОВ
Предварительная обработка материалов в поле не ведется,
хотя необходимость в этом есть. Она выполняетСЯ районной
камеральной rруппой, входящей в состав партии обработки и
интерпретации rеофизических материалов.
ПК ЗО
40
50
'\ ' ' .
'It' 'J:I'.tll
,1'1 '1'>';' ,
ч: '. HV.":"' '
. (' 11' 1\ ",I..J, . .. ..:.. ,..... /., '1 '.
.:..,. . ."', '.:.;.:/''',./6 "".1,',,'.:)
. .\t,':....t\ ,' ...,'. ,:,,' ,..;........ :. f':
. 1; ..:. l' : i "\' '"',' I ; I ,1, ,t\
.' .,." ,}'... ........:) ." ,.'.
".. . -',_,,1, . ," I ,,,-, ",'.. ..:. :
..,....,., ", ' 'I;,. ,1,
,... I. ' .,.M'\ ;', ,,' J; r I /1Jo 'I ...t" '.',1 "'I,
.. I '. r ,.. , . ".I,.IfII"......... 1"" '1.' ,
'.,1'," '
. '........,.'1...... '.
'1;' . . I ; ;" """,. ." "
н . '. .' ",' '..'. ' ,/ . r '11 '1"
.,'j.... .; ..."
,'1 ....:., "",,;:. ;- t or;.,.
_,1'", ., ,.; ,'", r ,'. '.\ .' _ ''' ''r
. I "'..). ; .','\'
.. ";,,1 '1
05щuй
Сu<!нал
ШУМ
.10
50
40
....
,......:......... . ,
r 'J . "ln'. ... ..,-:
11118. .......,.. ""....,,, ......:.,...............'
..... ...................... " . ' .;.........".....
.. .:. .. '.:: '" ...... .. . ..
. '., ...... .. ,.. ;....,
':..
к
0,2
. .
-:.' . ".:. ..; : - .. . . ._.... ... . ........I:..... ""' .:.&.o....
О."
6
.......-...:"' ......
:--- '. .........
,. =-
у
.'... . .. ...
-0,6
. .. . ....
........,1......::... ... : . ... '... ...
"...... ' ... .,... . .. ;..;,.. .......10IlII08O __
д
0,8
,....
i :? i' .:::--:-:.:.{ '" : . .
..---.. ..... ..........."-*"'.::;......:..... . ". -
Сuенал/шум
25 50 75 25 50 75
75 f!,rц
25 50 75 2S 50 75 25 50 75 25 50 75 f!. rц
Рис. 96. ИСХОДНЫЙ и о"ончareльный временные разрезЫ и соответствующне
kOJlИчественные оцен"и параметров сиrналов, вычисленные по проrрамме
RESOL:
1(, В, У, Д целевые отражающие roРИЗ0НТЫ
347
:.::
с
с;:)
,...
,..
\7)
'"
\7)
00
'"
Q
Q.
С
1.(;)
,...
, ] r!=Ш };ti l 'i
;- ) :E : ' Et '
JjI\ \ .II!!i ';
i. \- I .' .' l ' i c : <;.; '1! i
::.) i , . .1/;: н .
.,-а.. ,'(- 'j"t'
(I. ;fi. ( т;; t ! ! I :
:-:-ё Ii: {.":'::
, ' ' ',1.. ,.'-
:. -.' .; :.: : ;
с;:)
о'>
<=
о'>
t::I
D.
С
tI.1
1::3
: i ; ;
I
; ii ' 1
ij! ,
- Й'
.t , =j!
. t? i
' il " .,.,)! f t
.' 1: . : ! , !" i' i \: /) \ \.
I . I j ' , ' , .: , ; . ' , ' н . ' , ! , ' . , ,! , . --
:. ' :. 1 :- . , . . ' . .,
1;, ';,: : - i
" I i1 i : tt 1 1 !, I
'r: i \ ' ,; : 1 !: ,/ :
i!:; (,.:
:\: i I I ::: ,.: 1 I
i;" I ': ''1. I: /,
' ; " , .
1, 1,: '.i
:=:!
!:-.
.,
. .1.
. f:
, -,
:-i ::
'"
1::3"
IQ
"
ао
С)"
IQ'
......
11:
:1
:11
=
=
Q
11:
11:
I f
о::
...... CI)
:r
11: Q)
:1 u
:118-
= CI)
= i::
ri
(
'ig
111 ..
..
u s2
CI)
!:;
= t
CI) '"
;
с! 8
=':5:
CI)
i
11
:;;
CI)::f
58-
:1 i::
8,0::
111 g!
Q)
CI) <:
:5:
..CI о::
t3"
:s:
Q ::Е
=
r..::.i
0.$
:r
::
CI.
<{
с
11: о)
:II! :а
:а ..
о)
=
:I!
:II!
11:
u
:II!
=-
t :.i
1::
01 (Q
U
:II!
11: :s:
Ef
З
о) .;!:
u о)
8.
о) t
1::
1::
.. :;:
'"
о ::r
1:: :s:
о) :::
'"
е-
о; ':!:
о
..
<: о)
о <:
1::
:i :s:
'" ':!:
8...0
1ii 11: ..
!
:.:
:1: ="
C>I :1: 0:1
r.c о) :::
о) :II! 11: !;!
CID (Q 8.
cn
D
CL 0)......
с 311:с,;з
:1: :1 1:: :::
:a 01
:1: :s: :s:
:I::::c,
=" о о)
:1: 11: ="
("; i Q.)
I0Il 8. :s:
0\0 о) 3"
oO l::
O\II::
у....="с,
c:t 11: <:1 О ...
tI:) (J ...... о
t:!' с::." t:i t:i '+J"
Стандартные rрафы обработки материалов, полученных с раз
личными типами источников, почти не различается. Основной
особенностью обработки материалов, полученных с вибраторами,
является корреляция виброrpамм и применение на этом этапе
корректирующей нуль;J>aзовой деконволюции и полосовой фильт
рации, оrpaииченной справа частотой Нейквиcrа.
Основные процедуры при обработке.
1. Проверка структуры полевых маrнитных лент с исходной
сейсмической записью с целью выявления возможных техниче
ских поrpеmностей записей.
2. Демультиплексацияисходных записей, визуализация По
левоro материала и ero редактирование.
3. Формирование заroловков трасс (при обработке в системе
СУС-3) .
4. Получение контрольноro (предварительноro) разреза OrT
и вывод отдельных сейсмоrpaмм по общим пунктам приема и
возбуждения с целью оценки качества расчетных статических
и кинематических поправок.
5. Коррекция исходных записей за rеометрическое pac
хождение и неидентичность условий возбуждения и приема, что
обеспечивает возможность выполнения последующей обработки
без применения автоматической реryлировки усиления (АРУ).
6. Подавление среднескоростных волн помех.
7. Корректирующая фильтрация записей, полученных после
подавления волн помех.
8. Коррекция стаТИ9еских поправок в автоматическом и
полуавтоматическом режимах. На особо сложных участках при
меняется ручная коррекция.
9. Оптимизация кинематических поправок.
10. Коррекция формы импульса и получение BpeMeHHoro
разреза ОП.
11. Миrоация.
12. Корректирующая фильтрация суммотрасс.
13. Коreрентная фильтрация.
Пример эффективности применяемоro rpафа обработки показан
на рис. 96, 97, 98.
Полевая партия три раза в месяц поставляет материал в
камеральную rpуппу, rдe выполняется повторная ero приемка.
Все замеченные недостатки при приемке или в процессе об
работки немедленно сообщаются в полевую партию.
Обработка и интерпретация материалов выполняется районноЙ
rpуппой, входящей в партию обработки и интерпретации, под
руководством rлавноro reофизика.
Отчет о работах сейсморазведочных партий составляетсЯ
районной камеральной rруппой.
s.2.Э. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК
Исходные статические поправки рассчитывают по преломлен
BblМ волнам с использованием полевых сейсмоrрамм или спе
циальных наблюдений МПВ.
Первый способ применяется при хорошем качестве пре
ломленной волны и rлубине залеrания преломляющей rраницы не
более половины максимальноro удаления взрыв прибор. Чаще
Bcero этот способ используется при работе с поверхностными
импульсными источниками и со взрывами в неrлубоких CKBa
х(инах.
Второй способ применяется при неrлубоком залеrании пре
ломляющей rраницы или низком качестве первых вступлений
преломленных волн, что имеет место при работе с вибраторами.
При низком качестве первых вступлений на полевых
сейсмоrpаммах и отсутствии специальных наблюдений МПВ расчет
статических поправок выполняется до roризонтальной линии
приведения с П ;1 янной скоростью.
Применение казанных выше способов обеспечивает учет
веоДНОРОДностей мой верхней части разреза (высокочастотных
составляющих статических поправок) . После их оптимизации
путем коррекции с применением специализированных проrрамм
для полноro устранения влияния верхней неоднородной толщи
(учет длиннопериодных составляющих статических поправок)
используется принятый в ПО "Та1'нефтеrеофизика" способ,
основанный на "приведении к rеолоrии" оси синфазности одноro
из верхних опорных roризонтов, положение KOTOpOro известно
по данным бурения. Для этоro конфиrурация оси синфазности
BepxHero опорноro отражения на временных разрезах по
средством ввода дополнительных временных поправок приводится
в соответствие с рельефом кровли отражающей rраницы.
На рис. 99 приведен пример временных разрезов, полученных
со статическими поправками до различных линий приведения. Из
РИсунка видно, что наиболее оптимально "приведение к reo
Лоrии" отражения К2, так как при этом устраняется влияние не
только рельефа земной поверхности и зоны малых скоростей, но
и солей KYHrypCKOro яруса (толща между отражающими rрани
цами К 1 и К 2 ).
С вибраторами, как и с rду, основной задачей являлось
Изучение структурных планов отражающих roризонтов, поиск
антиклинальных объектов. Более сложные задачи изучения
ЭРОзионных врезов, выявления и трассирования тектонических
наРушений, зон литолоrических замещений и связанных с ними
ловушек нефти решаются с их помощью успешнее, чем с им
nУльеными источниками. Например, хорошие rеолоrические pe
ЗУJIьтаты были получены в Ульяновской области в бортовой и
ОСеВОЙ ЗОнах У cть Ч еремшанскоro проrиба KaMCKO Кинельской
СИстемы, rдe удалось оконтурить известные и выявить новые
залежи нефти в карбонатных отложениях девона и карбона. Эф
351
t:::I
-<t
!()
....
I
о.
-t.>
е
<:)
:1:
!i!
':
:s:
5
о)
101
101
6-
е
6-
е
о)
.. :1:
,=
!i!
111
о 11:
а.:
...::
:r :s:
=а.
а С
а....
:1:
!51!
O)...t>
:! :1:
' ...
:1: 101
ж :1:
С с:>
.с:> ::
+' о)
II:
:s: а.
а. 5 101
о) 11101
: ,
5!3'u
:1 .
Q,j... N
a.:I:""
!i!
. 8. !
g:"'E>
. I :1:
<J ...
< 101
феКТИвно проведены детализационные работы последних лет на
Вахчисарайском и Сарайлинском месторождениях в Татарстане.
СраССком в Оренбурrcкой области, Лабитовском в Ульянов
ОЙ области.
8.1.4. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ по орrАНИЗАЦИИ
пОJIEБЫХ РАБОТ И ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
Руководство работами на профиле осуществляет rеофизик
(оператор). rеофнзик (оператор) орraнизует:
а) доставку на профиль оборудования и персонала, при этом
об1lзательным условием, принятым в ПО "Татнефтеreoфизика" ,
ПJdетс,. движение автотранспортных средств колонной:
б) размотку сейсмических кос, установку сейсмоприемников;
в) проверку и текущий ремонт сейсмокос и rирлянд сей
смоприемников; .
r) paccтaHoBKr и перемещение технолоrических машин на
п иле; \
д) охрану спедтехники и оборудования на профиле (при
необходимости) .
fеофизик (оператор) осуществляет:
а) контроль за техническим состоянием сейсмостанции,
вибраторов и друroro оборудования;
б) реrистрацию сейсмических сиmалов;
в) контроль за состоянием условий труда и техники бе
зопасности на профиле;
r) контроль за состоянием трудовой дисциплины;
д) контроль за соблюдением предусмотренных проектом
технических условий выполнения работ (параметры возбуждения,
приема, реrистрации упруrих колебаний и т.д.);
е) радиосвязь с базой партии.
В полевых партиях объединения нет должности начальника
отряда НВИ. Как правило, из числа наиболее опытных опе
Р3торов виброисточников назначается бриrадир, который помимо
ОСНовной работы выполняет следующие обязанности:
а) контроль за движением rруппы СВ на профиль, спрофиля,
на опасных участках профиля;
б) контроль за правильностью установки rруппы СВ OT
RОСИтельно ПВ;
в) контроль за соответствием параметров возбуждения
Упруrих колебаний проектным;
r) орrанизация текущеro ремонта СВ на профиле;
д) стажировка молодых специалистов операторов СВ.
Оценка качества материала в полевой партии производится
в Два этапа.
На первом этапе оценку качества материала осуществляет
изик (оператор) по сейсмоrpaммам непосредственно на
Орофиле. При несоответствии полученноro материала требо
23 Заказ М 220'
353
ваниям проекта и "Инструкции по сейсморазведке" производится
повторная отработка физической точки, при необходимости
параметры возбуждения MOryT быть изменены.
На UТOpoM этапе приемка и оценка материала осуществляется
rлавным reoфизиком (техруком) полевой партии, а в случае ero
отсутствия начальником партии.
В полевых партиях объединения имеется должность rлавноro
reoфизика (техрука) . rлавный reофизик (тех рук) принимает
участие в составлении проекта работ партии, осуществляет
контроль:
за подroтoвкой аппаратуры и оборудования к полевым pa
ботам;
з соблюдением предусмотренных проектом технических yc
ловии выполнения работ;
за состоянием условий труда и техники безопасности;
за состоянием аппаратуры и оборудования;
ведение технолоrической документации;
приемку полевых материалов;
методическое руководство работами.
В отсутствие начальника партии выполняет ero обязанности.
rлавный reoфизик (тех рук) орrанизует:
профессиональную подroтовку вновь принятых рабочих;
мероприятия по охране труда и технике безопасности;
доставку полевоro материала в обрабатывающий центр;
внедрение новых технолоrий, аппаратуры и оборудования;
информационное обеспечение персонала партии.
Контроль за работой сейсмических вибраторов проводится в
объемах и в сроки, предусмотренные инструкцией по выполнению
вибросейсмических работ.
Ежедневно проверяется амnлитудно фазовая идентичность
вибраторов и не менее двух раз в месяц в обрабатывающем
центре объединения осуществляется анализ фазовой и амnлитуд
но частотной характеристик, сиrнальной части ФВК и динами
ческий анализ ФВК.
8.3. РАЙОНЫ ПРЕДУРАльскоrо ПРОfИБА и
АКТЮБинскоrо ПРИУРАЛЬЯ 1
8.3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ
Наземные невзрывные источники получили применение при
проведении сейсморазведочных работ в южной 'части рифовой
зоны Предуральскоro проrиба и Актюбинском Приуралье в пре
делах восточноro борта Прикаспийской впадины.
Площадь обоих реrионов представляет собой холмистую степ
ную равнину, иноrда изрезанную овраrами, долинами речек и
IСейсмические работы ВblПолнеНbJ fеофизической экспеДI01Ией полевых работ
(fЭПР) "ВНИИfеофизика".
354
ручьев. Абсолютные отметки рельефа +100+150 м в рифовой зоне
Предуральскоro проrиба и +200+370 м в Актюбинском Приуралье.
Более половины площади заняты посевами сельхозкультур.
Поверхностные слои представлены тремя типами rpYHТOB (степ
JI8J[ целина, rpYHТOBbIe дороrи, пашня).
Рифовая зона Предуральскоro проrи6а относится к ero
платформенному склону и характеризуется reoлоrическим раз
резом, тИПичным для юro восточной окраины Русской платформы.
В осадочном чехле выделяются четыре литолоro стратиrрафи
ческих комплекса.
1. Терриrенно карбонатный включает
силурийские, cpeДHe и верхнедевонские
по_ения, представленные переслаиванием
ватных пород.
2. Карбонатный включает отложения BepxHero девона,
карбона и нижней перми, представленные известняками и дo
Jlомитами. У СТОЙ)lИВО выделяются два терриreнных прослоя мощ
RОСТЬЮ 30 50 м ( бобриковский И верейский roризонты.
3. Сульфатцо rалоrенный включает отложения KYHrypa в
составе филипповскоro и иреньскоro roризонтов. С комплексом
связано проявление солянокупольной тектники.
4. Терриreнный включает отложения верхней перми и
иижнеro триаса, сложенные rлинами, арrиллитами, алевролитами
и песчаниками. На их эродированной поверхности залеrают
четвертичные отложения, суrлинки, пески, rлины мощностью 2
70 м. Нефтеrазоносность связана с отложениями почти всех
подразделений девона, карбона и нижней перми.
Платформенный чехол Актюбинскоro Приуралья УGЛовно под
раЗДеляется на три структурно тектонических комплекса: под
COJIевой, соленосный и надсолевой.
В подсолевом комплексе докунryрских отложений бурением
ВСкрыта лишь ero верхняя часть, называемая oporeHHbIM
комплексом повышенной дислоцированности, включающим Tep
риreнные сероцветные молассовые отложения верхов среднеro
карбона, BepxHero карбона и нижней перми. Мощность комплекса
возрастает с запада на восток до 4 5 км. Ниже oporeHHoro
КОмплекса предполаrается развитие слабодислоцированных плат
форменных отложений, в том числе карбонатноro комплекса
BepxHero девона среднеro карбона, с которым связывают
ОСНовные перспективы нефтеrазоносности района.
Ороrенный комплекс перекрыт СОленосными отложениями кун-
rypa, формирующими СОЛЯНые купола и мульды. Надсолевой
КОМплекс представлен красноцветными терриrенными отложениями
веРхней перми и нижнеro триаса, заполняющими межкупольные
мульды,и полоroзалеrающими терриrенными отложениями мезозоя
(верхний триас мел) мощностью не более 350 м.
В рифовой зоне Предуральскоro проrи6а сейсмические работы
вь!полнялись с целью поиска и подroтовки локальных нефте
raзоперспективных структур в палеозойских отложениях дeBO
23.
рифейские, ордовик
(нижнефранские) oт
терриreнных и карбо
355
на нижней перми и неструктурных рИфоВЫХ объектов в карбо
ватных отложениях нижней перми.
Целевыми отражающими roризонтами здесь являются: roРИзонт
А кровля артинских отложений; roризонт Б кровля башкирс
ких отложений; roризонт V кровля 6обриковскоro roризонта;
roризонт Д кровля пашийскоro roризонта; roризонт Даф
кровля афонинскоro roризонта.
Интервал rлубин изучаемоro разреза 2 6 км.
Требуемая точность rлубинных построений определялась как
"максимально возможная при данном методическом уровне" и
численно никакими заданиями не определялась. Можно условно
отметить, что во всех случаях подразумевается, что OT
носительная точность структурных построений должна быть не
хуже чем 3 3,5% от rлубины залеraния целевоro roризонта.
Разрешающая способность также не устанавливалась. При pe
шенин структурных задач достиraемые средние показатели раз
решенности среднечастотной сейсморазведки считались вполне
удовлетворительными, так как rлавная задача сводилась к
корреляции опорных отражений, отстоящих друr от друrа на
100 мс и более на временном разрезе. При поисках рифовых
массивов (неструктурные образования) необходимо было обес
печить максимально возможную разрешенность при данном Tex
нико методическом оснащении работ при отношении сиrнал/по
меха не ниже 2,0.
В Актюбинском Приуралье сейсмические работы выполнялись с
целью общеro изучения rеолоrическоro строения района (pe
rиональные работы) и поиска нефтеrазоперспективных структур
(поисковые работы) в подсолевых отложениях. Целевыми ro
ризонтами являются: roризонт Пl поверхность докунryрских
нижнепермских отложений; roризонт П 2 поверхность баш-
кирско московских карбонатных отложений (KT 2); roризонт
П1 подошва карбонатноro комплекса карбона; roризонт П2д -
кровля карбонатноro комплекса KT 3 BepxHero дeBOHa TypHe;
roризонт П З подошва KT 3, кровля терриreнноro девона.
rлубины залеrания целевых roризонтов меняются в диапазоне
4 8 км. Требования по точности структурных построений и
разрешенности данных аналоrичны работам в рифовой зоне
Предуральскоro проrиба.
Полевые работы выполнялись, в основном, С вибраторами CB
5 150, импульсные источники rCK 6 использовались на вспомо
rательных работах по изучению ЗМС. Колебания реrистрирова-
лись станциями "Проrресс 3" и "Проrpесс 96".
Контроль за работой источников выполнялся по стандартНОЙ
методике с использованием штатных средств и аппаратуры.
За последние три roда (l990 1992 rr.) выполнены следующие
объемы работ с вибрационными источниками:
1990 r. 676 КМ M0I1 24. что составляет 35% общеro ООьема;
1991 r. - 858 КМ M0I1 24. что составляет 51 % общею ООьема;
1992 r. 231 КМ M0I1 24, что составляет 35% общею ООьема.
356
Кроме ТOrQ. было выполнено 112 км MOrт 24 сейсмораз
.едJCИ на поперечных волнах с импульсными источниками ЭИП 50,
Ч'fO составляет 15% общеro оБЪема. Анализ стоимостных по
JUlзателей невзрывной сейсморазведки и ее про"зводительности
показывает, что она более эффективна, чем взрывная. Так) Ha
пример, в 1992 r. стоимость 1 км взрывной сейсмораз
ведКИ МОП 24 составила 118 тыс.руб. (в ценах декабря
1992 r.), невзрывной сейсморазведки с вибраторами CB 5 150
100 тыс.руб. Производительность труда сеЙСМOQтряда взрывной
сейсморазведки составила 70 км/мес, невзрывной 80 км/мес
(MOrт 24 при шаrе rрупп сп 50 м, 96 канальная сейсмостан
ция).
Планирование работ и выбор модификации сейсморазведки
чаще Bcero производятся на основе орrанизационных критериев.
К настоящему времени для большинства реrионов опытом
предшествующих работ определены возможности как взрывн.ой,
так и невзрывной ,сейсморазведки. Для решения основной массы
стандартных за ч, за исключением специальных (BЫCOKO
разрешающая се сморазведка, реrиональные работы в крупных
депрессиях с rлу инностью до 16 20 км и др.), доказана при
менимость как взрывной, так и вибрационной модификации.
В этих условиях определяющее значение приобретают такие
факторы, как наличие источников и степень сложности орrани
зации полевых работ. Как правило, в земледельческих районах
боЛЬШ"НСТВО профилей приходится прокладывать по автодоро-
тм. В этих условиях предпочтительней невзрывные источники
(НВИ) .
В степных и полупустынных реrионах с невысоким уровнем
сельскохозяйственной освоенности используется как взрывная,
так и невзрывная модификация. При выборе учитывается co
ВОкупная информация о их rеолоrической эффективности на
основе опыта предшествующих исследований. При отсутствии
таких данных целесообразно выполнить подroтовительные экспе
риментальные исследования.
Так, в 1992 r. до принятия решения о проведении работ с
вибраторами в Западной Туркмении предварительно во взрывную
партию был направлен (временно) вибрационный отряд, который
выплнил цикл опытно методических работ по оценке воз
МОJltностей ВСР по изучению reoлоrическоro строения плат
Форменноro чехла района. По их результатам было дано
заключение о принципиальной возможности использования ВСР
ОРИ поисках нефтеrазоперспективных объектов плиоцена и
"езозойскоro комплекса отложений. Это послужило основанием
дnsr последующей постановки производственных вибросейсмиче
Ckих работ, в ходе которых идет непрерывное совершенство
ВанИе используемой методики.
При выборе взрывноro или невзрывноro варианта сейсмо
разведки в районах, rде орrанизационно возможно применение
ТOro и друroro варианта, необходим тщательный и MHOro
357
факторный анализ Индивидуально, в каждом конкретн случас.
Нередко одна и та же особенность в одном случае является
достоинством, а в друroм недостатком. М ноrие раСХОЖис
представления о достоинствах одной модификации перед друroй
в конкретных условиях оказываются неверными. В частности,
общепринято, что сейсморазведка с НВИ обеспечивает произ
водительность труда сейсмоотряда на 15 20% выше. Однако при
условии rpамотной орrанизации буровзрывных работ (что бывает
очень редко) взрывная сейсморазведка производительней, чем
невзрывная (отсутствуют потери времени на накопления). Так,
в rэпр мноrие roды наиболее высокую производительность
труда развивает сейсмоотряд взрывной сейсморазведки реrио
нальной партии с хорошей орrанизацией буровзрывных работ.
Вибрационный сейсмQOТРЯД с наилучшими показателями из всех
невзрывных партий отстает по производительности от этоro
взрывноro отряда на lO 15%.
к неверным выводам может привести и следующее, в боль
шинстве случаев верное утверждение: стоимость 1 км виб
росейсморазведки при одинаковых методических условиях на 15
25 % ниже стоимости взрывной сейсморазведки. Это дейст
вительно так. Однако столь же верно утверждение, что при
rpaMoTHoM исполнении работ взрывной и невзрывной модификаций
сейсмики качество получаемых материалов выше у взрывной
сейсморазведки (соотношение сиrнал/помеха, разрешенность) .
Для достижения TOro же качества результативных материалов
обычно повышают в 2 раза кратность вибросейсморазведки по
сравнению со взрывной сейсморазведкой. Так, при отработке в
1989 r. одной площади объемной сейсморазведки на ACTpa
ханском rазоконденсатном месторождении силами двух партий,
одна из которых была взрывная, а друrая вибрационная, для
получения более однородноro по качеству материала вибра
ционная партия реализовала систему МОП 24, а взрывная
МОП 12. При этом 1 км взрывной сейсмики был дешевле, чем
1 км вибрационной.
Поэтому еще раз необходимо подчеркнуть, что нет единоro
рецепта по выбору той или иной модификации сейсморазведки
для решения поставленной задачи. В каждом случае необходимо
проводить индивидуальный анализ и сопоставление rеолоro
экономических показателей каждой из этих модификаций.
8.3.2. МЕТОДИКА РАБОТ
Опытные работы по выбору условий возбуждения и приема
колебаний выполняются, как правило, на всех новых площадяХ
работ либо при изменении rеолоrической задачи на той же
площади.
Обычно проводятся следующие эксперименты.
А. Изучение волновоro поля, возбуждаемоro невзрывным ис
358
точником, производится на основе отработки зонда с использовани
еМ широкополосноrо ЛЧМ сиrнала при реrистрации колебаний на
одиночные приборы либо на rpуппы сейсмоприемников, стянутые "в
точку". Чаще Bcero используются шаr между сейсмоприемниками,
равный 5 м, неподвижная их расстановка и перемещающийся пункт
возбуждения. Образуется диапазон изучаемых удалений от нулево
ro до максимальноrо расстояний, который планируется для произ
водственных работ.
Б. Выбор числа накоплений и длительности управляющеro
сиmала. Опытные наблюдения выполняются путем реrистрации
колебаний либо на рабочую, либо опытную (по пункту "а")
расстановку. Колебания возбуждаются rруппой вибраторов,
число которых соответствует числу вибраторов, предусмотрен
вому в проекте для производственных работ. Используется ЛЧМ
свmал с диапазоном частоты {н {К' признанным оптимальным
для подобных задач в ходе предшествующих работ на данной или
. близких площ х. Если район работ со.вершенно новый, то ис
пользуется ши кополосный управляющий сиrнал. Параметры
rpуппирования п инимаются близкими к оптимальным для района,
полученным в зультате расчетов по материалам пункта "а",
либо по опыту предшествующих работ. Возможные отклоне
ии,. от оптимальных параметров, которые будут определены
последующими опытными работами, принципиальноro значения
не имеют.
В этом цикле опытных работ реrистрируют серию физических
наблюдений с опробованием трех пяти значений числа Ha
коплений в диапазоне от 4 до 24 с при среднем значении
длительности управляющеro сиrнала Т и трех-пяти значений Т в
диапазоне 6 16 с при среднем числе накоплений. Так как один
и тот же эффект изменения СООТНОшения сиrнал/ помеха по oт
ношению к нереryлярному фону может быть достиrнут в равной
мере изменением как N, так и Т (при больших N потребуется
меньшее т и наоборот), то задача сводится к выбору оп
тимальноro сочетания значений этих параметров.
В. Параметры rруппирования приемников и источников BЫ
бирают по результатам теоретических расчетов по характерис
ТИкам волн помех, изученным в ходе опытных работ по пунк
ту "а".
В связи с rромоздкостью изroтовления "пауков" из rрупп СП
ОПЫтные работы по сопоставлению эффективности разных rрупп
ВЫПОлняют очень редко. Если же это деJJают, то обычно из
I'OТавливают комплект опытных "пауков", представляющих rруп
пы с максимальной из принятых к опробованию базой. Остальные
базы rруппирования реализуются путем перестановки сейсмо
иемников на местности по подroтовленным шнурам шаблонам.
I-I,./IЯ возбуждения колебаний используют рабочую rруппу вибра
ТОров, располаrая их поперек профиля. Управляющий сиrнал
IQИРОКОПОЛОСНЫЙ, аналоrичный сиrналу, используемому в опытных
Работах по пункту "а".
359
't'-
1
Q'
"--
.....
)(
":1
r
U
t::S
.'....
; . ..... . ... . .' ". .... ...
.....:......
.."'"
.,. .... ,." :,'
: : : '<;'.:' . :,'.
J
€ J
..... s!
[1
U
'()
.>:..:.:......;-:..... '"
....:.........,..
., : .:.'...:::.: .....
.... ..:.. ." :'.' .. .;.. .
1
Q'
';::' -
)( 'io::
П
. "... .. .
....,..
............ . ,"
:: ...:. :.::, ..: .:;. .
". :. ... ..... .'
. : :; :.:: :..: >
.:-.........
":::0': ",,',. .... '. .
i . : 9.
.,
,
.1
......:....
"':
. .......:
.......-:7
...':'.... ..
',::..
C ::;
: : }:? \ :;::<:"
1
t\j'
'-'
--t:)
><
":I f I
., .
,..
.:::: . .. :.
. . .
.1.... .....
';.:" .',.. '. ':. ....
...;,;...;........ .......
ii [ i
.:: ;:: ..'.. : ..
:,-.
''':'',
rii\iI>:
. .
:: {: ;
'" .......... ..
. .>"':
'. ::':: ..':
. .... '"" ...........
:--, ...... ",
:=':::- : '.::'
.'
::;;. : 1 : :: :
.....
:t :::.ф ::<;. :
:..:::.:
1 ""' 1
h)
'--' :!: '--' .
tr) .1::1 I'r)
)( s:? х L: !5
d
t<,j
QI
Q,)
'"
'"
\D
'"
=
..,
:s:
=
'"
'"
о
(:1,
:s:
t::
t::
»
е-
..,
о
.. =
8,g.
(:1,=
\о'"
=8-
'" ..,
=
111
=
=
:g",
8,-
= '"
е i
»
f'o
===
..,
Q,) '"
i
(:1,,,,
=
s
'" =
о ..,
:s:»
(:I,\D
:I! ..:
01 Q,)
e
Q,)
1:;0-
:01 _
II)
.;
:I!
= -
<j.....
=
'" ,
01
М"
8.,;
... .::!!
.10
.8
<::j
Более распространена практика, Korдa пара метры rpyn
пирования сейсмоприемников принимаются по результатам Teope
тических расчетов по данным зондирования волн помех и с
учетом имеющеrocя наличия приборов в партии. В rэпр все
сейсмопартии с НВИ используют неоднородные трапецеидалЬные
rруппы.
Выбор параметров rруппирования вибраторов сводится I<
перебору нескольких значений базы rруппы обычно в диапазоне
30-100 м. Задается максимальное число вибраторов, которое
определяется оснащением отряда. Широко используется oд
нородное инеоднородное rруппирование, реализуемое пере
мещением установок в ходе накоплений (рис. 100). Реrистрация
колебаний выполняется на рабочую расстановку либо oтpa
батывается волновое зондирование с rруппами СП, стянутыми
"в точку".
f. Выбор оптимальных частотных пара метров управляющих
сиrналов. Перед этими работами ставится задача выбора
"золотой середины" между излишне широкими и узкими сиr
налами. Расширение полосы возбуждаемых частот вправо может
привести к бесполезной потере части энерrии вследствие ее
затухания в среде и невозможности выделения отражений на
фоне различных помех. Смещение полосы возбуждаемых частот
влево, как правило, приводит к возрастанию относительноro
уровня поверхностных волн.
Излишнее сужение полосы возбуждаемых частот приводит к
повышению отношения сиrнал/помеха, однако оно сопровождается
ухудшением разрешенности записей и потерей надежности BЫ
деления OCHOBHOro экстремума корреляционной функции на фоне
шумов преобразования.
На практике данный цикл опытных работ реализуют, как
правило, двумя способами.
В первом на рабочей расстановке сейсмоприемников pe
rистрируют серию (5 1 О) различных сиrналов, в которых од-
новременно изменяются {н и {.. в диапазоне, который задается
на основании спектральноro анализа записей широкополосной
посылки, полученных по работам пунктов "а" и "б".
Во втором при фиксированном {.. (близком к реально ВОЗ
можному максимуму этоro параметра) перебираются 3 5 Ba
риантов {", а затем, после выбора оптимальноro значения {",
с ним перебираются З 5- вариантов {к. После выбора опти
мальноro {.. задаются 2 З контрольных управляющих сиrна-
ла с небольшими изменениями в значениях {в.оит И {к.оит
для выбора окончательноro варианта частноro диапазона сиr-
нала.
В отдельных случаях оптимальные параметры сиrнала BЫ
бирают на основе профильных опытно методических работ MorT.
Небольшой участок профиля (5-10 км) отрабатывают МОП с
несколькими наилучшими вариантами параметров управляющих
сиrналов, выбранных по материалам опытных работ. OKOH
362
",тельный из них выбирают на основании сопоставления по
.п,ченныХ временных разрезов.
. Значительные объемы выполненных опытных работ и анализ
полученных материалов позволили обосновать и выбрать oc
новные элементы методики профильных работ.
При проведении стандартных поисковых работ она, как
правило, следующая: ЛЧМ сиrнал в полосе частот 12 56, 12
62 rц, длительностью 6 12 с, rруппирование 4-6 вибраторов на
базе 50 60 м, 8 16 накоплений.
Неоднородное rруппирование 18-24 сейсмоприемников типов
CB-IO, СВ-20 по схемам 3 линии по 6 штук в каждой со
сдвиrами между линиями на 1,5 или 2 промежутка 6х3 (2) и 4
линии по 6 штук со сдвиroм на 2 промежутка 6х4(2). База
rpуппирования 96 108 м. Реализуются фланroвые или централь
иыe системы наблюдений MorT 24 (иноrда MOrT 48) с выносом
пунктов возбуждения на 150 300 м за расстановку при шаre
между цeHTpaM rрупп приборов 50 м. Используются 48 и 96
канальные сей останции.
При решен и специальных задач, требующих повышенной
разрешенности (поиски рифовых объектов), используются ЛЧМ
снrналы полосой 16 62, 16 70 rц длительностью 12 с при числе
накоплений 8 16. База rруппирования 5 6 вибраторов 50 м,
однородное rруппирование 20 22 сейсмоприемников на базе 40
50 м. В последние roды для повышения эффективности виб
рационной сейсморазведки применяют нелинейные частотно
модулированные (НЛЧМ) управляющие сиrналы.
При поисках нижнепермских рифовых тел в рифовой зоне
Предуральскоro проrиба используются НЛЧМ сиrналы с подъемом
энерrии .в высокочастотной части спектра по кусочно линей
ному закону, близкому к экспоненте. Используется либо один
CIInIал, выбранный на основании опытных работ, либо меняю
щийся, рассчитываемый по адаптивной технолоrии вибрационной
сейсморазведки (Вибкор l). В частности, хорошие результаты
б ли получены с НЛЧМ сиrналом 201 302 392 463 544
62'" длительностью 12 с при 16 накоплениях и rруппировании
S вибраторов на базе 50 м.
В Актюбинском Приуралье стояла задача повышения rлу
бинности вибросейсморазведки за счет повышения отношения
сиrнал/помеха для подсолевых целевых roризонтов. залеrающих
на rлубинах до 9 км. В этом случае использовался НЛЧМ сиrнал
с резонансной формой распределения энерrии возбуждения в
пределах относительно узкоro диапазона частот. С этой цельtO
по материалам опытных работ оценили форму и спектральный
СОСТав целевых отражений при возбуждении колебаний ЛЧМ
СИrналом. Затем задавались несколько НЛЧМ сиrналов, форма
.Цифры над тире указывают BpeMII в секундах, в течение KOTOpOro
ПРОИсходит изменение частоты между соседними значеНИIIМИ.
363
распределенЮI энерrии у которых была близка к форме по
лученных спектров целевых волн. После сопоставления их эф
фективности был выбран и применен сиrнал со следующими Па
раметрами: 122_ 253 304 56 [ц.
8.3.3. opr АНИЗАЦИЯ РАБОТ
Проведение работ на профиле, как правило, осуществляется
сейсмоотрядом, укомплектованным сейсмостанцией, двумя тремя
автосмотками, комплектом сейсмокос, rруппами системоприем
ников ("пауки"), rруппой не взрывных источников.
Возrлавляет отряд начальник отряда (он же оператор сейс-
мостанции), который руководит ero работой, осуществляет
своевременную проверку и ремонт аппаратуры, ведет первичную
техническую документацию и учет выполненных работ, обеспе
чивает безопасное ведение работ.
Работой невзрывных источников возбуждения, как правило,
руководит или инженер rидравлик, или инженер электроник,
который выполняет указания оператора сейсмостанции по Tex
нолоrии работ, следит за соблюдением идентичности основных
параметров каждоro из работающих в rруппе источника, ведет
проверку работоспособности комплекта источников, включая
необходимые профилактические работы и тестирование источни-
ков, отвечает за соблюдение техники безопасности.
Качество полевоro материала оценивают ежедневно не-
посредственно после отработки участка профиля по полевым
перезаписям (коррелоrраммам). Окончательная оценка качества
производится после получения повальных выводов на ВЦ (в
течение 10 дней после отработки профиля). Окончательная
приемка полевых материалов производится по завершении по
левых работ специальной комиссией экспедиции.
Опыт работ экспедиции показал, что в полевой партии для
проведения приемки и оценки полевых материалов, обработки
опытных работ, принятия решений по изменению методики работ,
подroтовки материалов для сдачи в обработку на ВЦ (под
roтoBKa схем отстрела, обработка ЗМС, подсчет статических
поправок и др.) необходимо в поле иметь камеральную rруппу
в составе: один rеофизик и один техник-rеофизик.
fеофизик руководит подroтовкой материалов для передачи на
ВЦ, принимает участие в выборе методики обработки. В полевой
период он совместно с оператором вносит изменения в методику
полевых работ, участвует в проведении опытных работ, в coc
тавлении актов обмера выполненных работ и ежемесячно сдаеТ
материалы на обработку на ВЦ.
364
8.3"'. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
Обработка материалов в поле не проводится. В поле на
У ровне коррелоrpaмм осуществляется лишь контроль за Ka
чecтDом полевоro материала, и далее весь материал в опе
ративном порядке сдается на ВЦ (в течение 10 дней со дня
orработки профиля). Персональные ЭВМ в партиях отсутствуют.
Обработчик на ВЦ получает подroтовленный к обработке
материал: полевые кассеты, схемы отстрела, таблицы CTa
твческих' и кинематических поправок, соrласованный rраф об
работки. В процессе обработки reoфизик и обработчик работают
в тесном контакте. В случае возникновения вопросов или
появления брака, пропущенноro rеофизиком и выявленноro на
ВЦ, немедленно сообщается в партию.
При решении поисковых задач используется стандартный rраф
обработки сейсмических материалов, включающий демультиплек
сирование, свертку (корреляцию), повальный вывод вибросейс
MorpaMM, оце Е качества управляющих сиrналов, расчет reo
метрии, деко олюцию и полосовую фильтрацию, реryлировку
амплитуд, р акцию, получение предварительных разрезов.
Затем произв ится: анализ статических и кинематических по
правок, получение контрольноro BpeMeHHoro разреза, aBTOMa
тическая коррекция статических поправок, финальный вариант
разреза и ero миrpaция.
При решении нестандартных задач применяют дополнительные,
специальные пакеты проrрамм, направленные на повышение
отношений сиrнал/помеха и разрешенности. По завершении об
работки и интерпретации материалов reoфизик полевой (Ka
меральной> партии составляет отчет, rлаву "машинная об
работка" пишет обработчик ВЦ.
8.3.5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК
При работах с виброисточниками статические поправки
определяют путем изучения ЗМС (МПВ). В качестве источника
колебания при меняют rCK 6. Интервал между зондированиями
МПВ определяется сейсмоrеолоrическими и поверхностными
условиями участка работ и обычно составляет 0,5 1,5 Км.
Используется встречная система наблюдений, обеспечивающая
Прослеживание волн от коренных пород со скоростями 1500 м/с
и более. Применяемая методика работ обеспечивает точность
ОПределения статических поправок, равную в среднем :t2 мс,
что оказывается вполне достаточным с учетом шаrа KBaHТOBa
ния и последующеro использования процедуры АКСП.
365
8.3.б. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ
Методическим результатом последних работ в рифовой ЗОНе
П редуральскоro проrиба явилось обоснование методики виб
росейсморазведки с НЛЧМ сиrналами для поиска нижнепермских
рифов в подсолевом резрезе района. В южной части рифовой
зоны в связи с не60льшими размерами рифовых тел и наличием
осложнений волновой картины, обусловленной влиянием соля
нокупольной тектоники, выделение аномалий типа риф (АТР)
затруднено. Для повышения надежности выделения А ТР He
обходимо было повысить соотношение сиrнал/помеха и раз
решенность записи. Это было достиrнуто увеличением дли
тельности управляющеro сиrнала с 6 8 до 13 с и применением
НЛЧМ свипов, расширяющих спектр целевых отраженЩf на 5 7 rц.
в качестве наилучшеro БЬVI выбран сиrнал 201 302 392 463
544 62 (рис. 101). При этом было установлено, что при
использовании вибраторов CB 5 150 с числом накоплений до 16
и длительностью развертки до 13 с в условиях района удается
управлять спектром целевых отражений от подсолевых roри-
12 52 ЛЧМ
а
50
БО 70
80
90
о
1Z 52 НЛЧМ
1ZI 252 324 39 5 52
50 60 70 80
90
2
Рис. 101. Сопоставление временных разрезов, полученных с линейным (О),
НeJlинейными управляющими сиrналами (6, в) и системой "Вибкор" (t):
36б
. ВТOB только В диапазоне частот до 60 62 rц. Для расширения
grOfO предела необходимы более мощные источники и cy
JЦ eHHo большие длительности с;,иrналов. Представляетс!
перспективным применение адаптивнои методики с приставкои
"вибкор--l", при которой параметры НЛЧМ-сиrналов выбираются
riеременными вдоль профиля в зависимости от изменений по
pXHOCТHЫX и rлубинных сейсмоrеолоrических условий.
' , В Актюбинском Приуралье в результате опытно методических
'работ установлено, что в связи с большими rлубинами до под
солевых отложений лучшее качество материалов обеспечивается
применением резонансных НЛЧМ сиrналов типа "фильтр обнару
жения" , соrласованных со спектрами целевых отражений, по
.llYченных при достаточно широкополосных линейных развертках.
На основе разработаннои методики поиска нижнепермских
рифовых объектов выявлена и детализирована Южно Белозерская
АТЗ, переданная в 1991 r. под rлубокое бурение (рис. 102). В
'настоящее BPe на этом объекте бурится скважина N1 ЗЗ Зы
ковекая.
В пределах рифовой зоны Предуральскоro проrиба вибрацион
ная технолоrи обеспечивает изучение Bcero этажа нефтеrазо
20 Б2 НЛЧМ
2D1 ЗОZ З92 463 544 62
(J 50 60 70 80 90
2 50
ВИБКОР
60 70 80
90
12 52 rц и ЛЧМ, нлчм частотный диапазон и вид управляющих сиmалов; А,
6, Т, Д основные отражающие roРИЗ0НТЫ
367
1
2
з
""
Рис. 102. Временной разрез через Южно-Белозерс"ую аномалИЮ:
КН, А, Б, Т основные отражающие roРИЗ0НТЫ
носности, включая девонские отложения, залеrающие на rлуби
нах до 5 км. Расчетная точность структурных построений сос-
тавляет 5 7% от rлубины залеrания roризонта. Это подтверж
дается данными бурения. Так, в скв. 33 Зыковская на Южно
Белозерской А ТЗ кровля соли вскрыта на rлубине 2070 м, в то
время как по сейсмическим данным она пока за на на rлубине
2180 м.
В Актюбинском Приуралье в ходе реrиональных и поисковых
работ подтверждено существование и уточнено строение He
скольких ранее известных поднятий и вы влены две новые
структуры. Бурение на них не выполнялось. rлубина освещения
разреза в этом районе близка к пределу методических воз
можностей в данных условиях и составляет 9 10 км.
Увязка материалов вибрационной и импульсной сейсмо
разведки выполняется с учетом нуль фазовоro и минимально
фазовоro характеров реrистрируемых сиrналов. На пересечениях
профилей вносится поправка "за фазу" для импульсноro сиr
368
вала. Случаев значительных расхождений не наблюдалось. Тем
ве менее имел место один случай, коrда вибрационные и
8зрывные материалы должны были участвовать совместно в
машинной обработке. Попытки привести вибрационную запись к
вИдУ взрывной записи путем фильтрации и стратиrрафической
деконволюции не удались. В связи с этим пришлось пойти по
пparИ80ПОЛОЖНОМУ пути: привести взрывные материалы к вибра
ционным (подбором фильтраций) и после введения в первые
поправки +40 мс ("поправка за фазу") удовлетворительное
подобие временных разрезов было достиrнуто.
Большой опыт работ с невзрывными источниками колебаний
позволяет выделить их основные недостатки. Это в ряде
случаев недостаточная мощность вибраторов CB 5 150, что
оrpaничивает rлубину исследования, в частности, при ре-
rиональных работах в Центрально Прикаспийской депрессии, rде
мощность осадочноro чехла достиrает 16 20 км. Необходимо
1'акже соверш ствование системы управления и контроля за
работой вибра ора. Они должны обеспечивать возможность pa
боты с разнооб азными нелинейными управляющими сиrналами и
С широким ВЫ ром пара метров по желанию экспериментатора.
В этом отношении перспективна адаптируемая технолоrия
вибрационной сейсморазведки и аппаратура "Вибкор-l". Системы
контроля должны обеспечивать текущее тестирование вибраторов
в процессе отработки каждой физической точки с записью
результатов на маrнитоноситель для последующеro учета этих
данных при обработке.
Необходимы также хорошие источники поперечных волн. Есть
сомнение в целесообразности создания комбинированных ис
точников из за технической сложности решения универсальной
системы. В конкурентной борьбе этот источник по своим
параметрам будет уступать излучателям, возбуждающим как
чисто поперечные, так и чисто продольные волны.
8.4. ВОСТОЧНЫЙ БОРТ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ
И РАЙОН ACTPAXAHCKOrO rАЗОКОНДЕНСАтноrо
МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Районы Прикаспийской впадины и ее обрамления давно
ПРивлекают к себе внимание rеолоroв rазовиков и rеофизиков.
В Пределах этоro реrиона выполнены orpoMHble объемы reo-
Физических и буровых работ, которые привели к открытию
крупнейших месторождений уrлеводородов. По проrнозу ученых,
в недрах этоro реrиона сокрыты еще мноrие уникальные место-
РОждения нефти и rаза, что определяет непрекращающийся инте-
рес к проведению реrиональных, поисковых и детальных reo-
Физических работ на этой большой территории. С друroй
СТороны, она характеризуется чрезвычайно сложным rлубинным
24 Зак,з М 2202
369
строением, обусловленным, в первую очередь, наличием мощных
xeMoreHHblx отложений, образующих четко выраженные соляные
купола, имеющие rpибообразную форму, подвернутые КРЫЛья,
навесы и т .д. В краевых частях впадины и межкупольных зонах
соль может залеrать более спокойно. во всех случаях соляные
отложения иrрают роль испорченной оптической системы, ис
кажающей ход лучей отраженных волн и в значительной степени
затрудняющей получение достоверной информации о поведении
подсолевых roризонтов.
Наземные невзрывные источники сравнительно давно при
меняются при проведении сейсмических работ в этом реrионе и
неплохо зарекомендовали себя, обеспечив прослеживание Hak
солевых и подсолевых отражающих rраниц, значительно упростив
проведение работ и снизив ИХ стоимость. Наряду с этим
информативность невзрывной сейсмики в ряде районов оказалась
ниже взрывной в силу недостаточных rлубины освещения разреза
и разрешенности записей. Для поиска путей преодоления этих
оrраничений и повышения эффективности невзрывной сейсмики в
последние roды в пределах рассматриваемой территории были
выполнены значительные объемы опытно методических сей
смических исследований по опробованию новых методических
приемов невзрывной сейсмики и получены важные результаты по
оценке их эффективности. Результаты этих работ и составляют
содержание данноro раздела!.
Полевые работы были выполнены в пределах восточноro и
юro восточноro бортов Прикаспийской впадины (Актюбинская
и Астраханская области).
8.4.1. ВОСТОЧНЫЙ БОРТ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ
в разрезе отложений восточноro борта впадины выделено три
комплекса пород, представленных (сверху вниз) терриrенными
отложениями мезозоя и коры (надсолевые образования) , co
левыми отложениями KYHrypa и нижнепермскими верхнсдевон
скими (подсолевые) отложениями, являющимися основными объ
ектами разведки. Сейсмическими работами и бурением YCTaHOB
лено сложное строение соляных и подсолевых roризонтов с
наличием элементов соляной тектоники и тектонических Ha
рушений. В этих условиях волновые поля характеризуются
значительной латеральной изменчивостью и перерывами в про
слеживании. На волновых полях выделяется серия четких осей
синфазностей, соответствующих основным отраженным волнам от
физических rраниц раздела. Среди них выделяются: серия Haд
солевых отражений, приуроченных к различным roризонтам в
надсолевой толще отложений, отражение от поверхности соли,
являющееся маркирующим roРИЗ0НТОМ, и rруппа целевых под
'Работы выполнены сейсмическими партиями rrл "Спецrеофизика".
370
con eBbIX отражений: 111 эрозионная поверхность подсолевOI О
мпл екса пород, иуроченная к кровле артинеких отложении,
m подошва карбонатных отложений нижнеro карбона, П z и
11 отражения в подсолевом комплексе, в том числе, воз
-нo, и ero основание; в силу больших rлубин залеrания
чeтJCо й стратиrрафической привязки эти roризонты не имеют.
ТеJ{ТOиика района сложная, однако наблюдается общее MOHO
JJlllиал ьное поrружение подсолевых roризонтов с востока на
запад, разделенное реrиональными ступенями, в пределах
которых выделяются локальные поднятия по подсолевым OT
ложениям (Каратюбе, Курсай и др.). rлубины залеrания OCHOB
IDIХ подсолевых отражений изменяются по комплексным данным от
4000--4100 м дЛЯ П 1 ДО 6000 м и более для п з . Соляные
отложения образуют серии куполов различной амплитуды и самой
разнообразной формы, которые определяют и поведение Haд
c;oJIeBbIx roризонтов. fлубины залеraния кровли соли меняются
от первых сотен, метров в сводах куполов до нескольких тысяч
. меЖКУПОЛЬН t зонах. Территория восточноro борта впадины
росит полупуст нный, равнинный характер с развитием крепких
:C01Iончаков (та ыров) и свободных незакрепленных песков
барханов. Этим и определяются условия возбуждения волн с по
крхности.
При проведении исследований решали в основном методи
ческие задачи: совершенствование методики вибрационной сейс
моразведки на основе использования нелинейных управляющих
сиmалов с целью повышения частотноro состава и разрешен
насти "подсолевых" отражений и проведение работ по методике
объемной сейсморазведки (МОС) с вибрационными источниками
мя детальноro изучения структурно тектонических особен
востей подсолевых отложений. Работы выполнялись в летние
периоды 1990 1992 rr. с применением вибрационных источников
CB 5 150 и приставок для reнерирования нелинейных разверток
и станций "Проrресс З" и "Проrресс 96В". Для изучения ЗМС
lICПользовалась отдельная станция "Проrpесс" и источники fCK
6М. В соответствии с задачами и общими тенденциями развития
сейсморазведочных работ во впадине исследования выполнены с
вибрационными источниками как наиболее эффективными и эко
JIоrически чистыми для применения в условиях полупустыни. При
Постановке работ учтены результаты предшествующих работ.
Однако в связи с тем, что ранее нелинейные развертки в этом
реrионе не применялись и объемная сейсморазведка с вибра
ТОрами не проводилась, вопросы обоснования методики полевых
8аблюдений и обработки материалов приходилось решать в
ОПЫтном порядке. Специальные теоретические исследования по
обоснованию методики работ не выполнялись.
Uпытные работы по опробованию нелинейных управляющих
CIIrналов выполнены на зондирован иях по изучению волновых
ПOJlей помех и отраженных волн, а также на профилях MOrT,
kOТOpbIe отрабатывались в различных сейсмоrеолоrических
24.
371
:s: ' ,
Q,
,Q N с1
:::z
'"
=- 1'-
tт:1"""4 ;:r
::: Z о
t::
'
t....
CI)
t:: ><
(j:;s
... :::
:!'
2= 'r:»
i:S: z
:s: "а' 1..
.... 5
= ::i=
о ;./ .. с CI)
= = :!: :s:
CI) ':s: :а :i! (j g
с ::i :а 51 S
о :s: :s: ::: .. :11 ..
=O=:(j :a
a:S:><o:I :r
;Qg. 5:r
. ",,:1: :00:
1O)="'8. .0
QO=: OQ,Q:a(j
"'ial
u Q,' CI) CI)
ii =
1
1.11
1<')
't') /; /
II ! 1/1
Ii
"
::r u,
« ....."
J... :<:
Itjto..:
1::>' ':<: Itj
11'1- <::>
<::>'
ё
J/.j!(: I /
,-' /11/ \ 1,. .. '/
.... , , )' 1 '
" /' '1" j,\
с.: " . 1\
II
';1 /:.:' ;:'
<r
/ /f /,' ';,
' ,,1 ,II/,I
;:: /Ji.J.L../'
,," l' }
('/1 . 1/ 1
...:' l' I
'1 1::>
.....
.....
t\i
"
.....:<:
,t ': : /t:
....
""
1<')
i 'I'Ji'i'
:тс\}!"> I
1: 11<'> 1 ,
Itj ,
<::>' Itj 1::>
11 1:;:) ...:-
"-
/",'11, 11'
'! 1,
1" . '{
' r /!
{I f ,"
..:
.....
'"
''''
<::>
't
;:!:
11
Ii
<::>
t\J
u
"u,
,..... 1"-
:!:
.....
11
,.....
,'{ I I I <':
111 I {
//,I!,' Ii liii
/ '
(1 I J
! (, It J I )
условиях. При каждом иде работ колеб ния возбуждались одним
IfJIИ несколькими линеиными инелинеиными сиrналами с раз
личным уровнем подъема частот в cpeДHe и высокочастотных
частях принятоro сейсмическоro диапазона. Так, например, на
расстановке сейсмоприемников с шаroм 5 м, длиной 240 м и
наибольшим удалением пункта возбуждения 3800 м были приняты
колебания от трех ЛЧМ сиrналов (полосами 12-70, 16 64 и 22
70 rц) и трех НЛЧМ сиrналов (начальная частота 12 rц и три
значения подъема энерrии частот в интервале частот зо
70 rц), все длительностью 12 с. Анализ материалов, показан
ных на рис. 103 для двух временных окон и двух удалений от
пункта возбуждения, позволяет сделать вывод о том, что ис
пользование нелинейных управляющих сиrналов расширяет эф
фективную полосу частот реrистрируемых волн. По подсолевому
участку записи на временах 2,55 3,75 с результат оказался
менее выразительным, хотя наблюдалось определенное расшире-
ние спектра реrистрируемых колебаний.
. На зонда t MOB OfT также опробовались линейные и He
линейные си алы с подъемом частот в полосах зо 76, 32 78 и
48 50 rц. з спектральноro анализа трасс на временах
прослеживания подсолевых roризонтов (2,4 3, 7 с) следует, что
нелинейные развертки позволяют расширить эффективную полосу
. частот, что приводит к повышению разрешенности реrистрируе
мых волн (рис. 104). Лишь по самому rлубокому временному
интервалу (3,4 3, 7 с) не наблюдалось расширения полосы час-
тот, что, очевидно, обусловлено поrлощением волн и HeДOCTa
точной энерrией возбуждения. .
Профильные работы, выполненные с линейными инелинейными
развертками, также показали, что последние обеспечивают
получение лучших результатов, как по разрешенности записей,
так и по прослеживаемости отражающих. Некоторые результаты
профильных работ приведены на рис. 105. Из них также сле
дует эффективность нелинейных разверток.
Таким образом, исследования достаточно убедительно по
казали, что насыщение разреза волнами различноro частотноro
состава позволяет активно управлять спектральным составом
реrистрируемых волн в весьма широкой полосе времен по Haд
солевым и подсолевым отражениям. Исключение составляют самые
rлубокие части разреза, волны от которых прослеживаются на
временах, превышающих 3,5 с. Можно предположить, что OT
Рицательные результаты по управлению частотным составом этих
колебаний обусловлены не принципиальными, а техническими
ПрИЧинами. При увеличении силовых пара метров вибраторов и
ДЛительности управляющеro сиrнала можно добиться управления
и по этим колебаниям. Важное значение имеет выбор па
раметров нелинейных управляющих сиrналов по начальным
частотам, подъему энерrии в обоснованно выбранном интервале
частот и их длительности. Причем, увеличивая энерrию из
Лучения в той или иной части сейсмическоro диапазона, можно
373
Q
....
"s
,
...
"i
"
Q
'1
11
"
....
'"
I
".
'"
11
,:
е
?:'"'
s
СС!
O O'j
'"
,
tj
I'r)
::f":::;"'
L;S
- +
"<Q
'<> ....
...
g
+
$!
--::::-1:::1. ::.::
f'"'":Jt:::=.
C):)
+
'"
'"
i!
""
s!
<:>
""
...
""
<:>
s!
""
...
<:>
...
""
u
...-
<о ,.,
..,;С::
...
..,-
N
...,
'"
'"
с:
s
:а
u
:.:
U)
;f
:s:
><
.;
/1)
:::
:s:
::
:
.....
!:j
со
.....
......
....,
::!!
о
::
':
/1)
::
::
о;
:
Q,
с
;.;
с
:s:
u
::'
::
'"
....,
u
:r
'"
:а
:r
:z:
;.:
=:
!!!
;:
:s:
u
::'
r=:
::
а
'"
><
:а
::
::
/1)
><
:а
'"
/1)
а
u
=
:!
/1)
=
u
:
...
i=
u
:r
8
=
....
......
i
O:J
Q,
.. =
;./'.-;
u cd ...
' ;!
и::: :.:
:! 51 о
иио>
:.5><:iS
Q,:::
s' 5
. t> :1:
.., '" 8. '"
"'
.; , i:
&: = 5
IIOвышать или rлубину освещения разреза, или частотный состав
реrистрируемых волн.
ИЗ практики применения нелинейных разверток также сле
д'le:f, что они позволяют улучшить прослеживаемость roри
зонтов, что имеет важное значение для повышения эф
фективнОСТИ сейсморазведки. Мож но отметить, что вибрационная
сейсморазведка на основе нелинеиных сиrналов это уже дpy
roй уровень работ, Korдa требуется уrлубленный анализ ре-
зультатов предшествующих работ с повторным анализом спект-
ральноro состава волн, корреляцией виб rрамм с различными
управляющими сиrналами, теоретическии проrноз параметров
разведки и мобильная обработка материалов, которая может
быть реализована на основе полевых вычислительных комплек
сов, которые пока еще в отечественной практике работ приме
нения не получили.
Работы методом объемной сейсморазведки (МОС) были BЫ
полнены на полиroне размером 12x6,6 км с учетом результатов
ранее выполн :: н ых исследований. Исследуемая площадь была
отработана по истеме сопряженных широких профилей с ин
тервалами ме линиями возбуждения 200 м, максимальным
боковым выносом непродольных профилей 500 м в каждую CTOpO
ну и общим числом линий шесть, по три в каждую сторону. Была
выбрана система наблюдений с минимальным выносом пунктов
возбуждения 25 м и максимальным 2375 м, шаroм между пункта ми
возбуждения 100 м и центрами приемных rрупп 50 м. При такой
системе наблюдений достиrалось равномерное расположение
общих срединных точек по площади на сетке 25xlOO м. Колеба
ния возбуждались линейной rруппой из пяти вибраторов CB 5
150, расположенной на базе 50 м. Управляющий сиrнал имел
полосу 16 64 rц и длительность 1 О с. Проводилось накопление
mести сиrналов на каждом пункте возбуждения. Волны реrистри
ровались станциями "Проrресс 3 и 96В" и принимались rруппами
из последовательно соединенных 24 сейсмоприемников на базе
46 м.
Принятая методика работ учитывала следующие моменты. Для
вещения строения площади по всем основным roризонтам
разреза необходимо проводить наблюдения на минимально воз
МОЖных удалениях от пунктов возбуждения, так как с увеличе
нием выноса сокращаются области прослеживания отраженных
ВОЛн от надсолевых roризонтов, которые необходимы для об
работки и интерпретации материалов, а также для освещения
СТроения площади. С этой целью необходимо эффективное
ОСлабление низкоскоростных помех, которое достиrалось ис
ПОЛьзованием интерференционных систем при возбуждении и
Приеме колебаний, выбором достаточно высокой начальной час
ТОты развертки 06 rц) и фильтрации колебаний на записи с
частоты 14 fц. Применена была также сравнительно высокая
Кратность orT, которая также способствовала ослаблению
помех, включая корреляционный фон, и усиление целевых OT
375
:о::
с:
н,' '11.',\. ,; X(i;';"", ,', " :,'
,; . . .'. .:. I '; i . : f 1. ,. !:' " ,. t J I - . I .
".. ] \ . ! ]! _ -. ,) .'. ' I . , .. . . [: . , ','
:' '1 \P .: 1 \ ,Af:t I . ., ,." \ ,,, \,,--.,, ".
, _- . i '\ '\, ': J. '.) __ \ ' !. '"/ .. , . \ ..: \';- '. ;', ,.,.,
.' ' \ ", \ \!\,, ,;; ::'!}i:,'-';'" .:.,-- I.'-
.. "i \ ;;. ;.".,\.., ! ;,. :."(,,
_'- . . , r.. ", i '." [,' .' I .' , .
. . . . . , ,. . ',_ f '\ . -' о' r i I . !; ." .,..
,<! i, 'i:\:. .}Н'" ;,! ; "', у:,:<::\:, ,
: ; i "; l' \ \ I , .; !. ; .}.; 1},!;: ц", ...'.. .. : \.' . ,.
... ..:. .. I }: \ 1"-...'" --.,. '" .. \ . (.";' I ,;, .'.
; J:H" J ! l( !N; Ш '{, : :/\ } \\':';/':,:, ; :):
. __ ': ..'. "_ \: .} . '"l . \ . ) f '... ,," - \' ',' . I I .-
;.i;;) i \ i ;i'!! ,: (!; ;\,,'. i >:',' 'i, ::;-/ "
1. . 1. , ".' t \ .' . 1_ {. \ 4. 1 " - i 1 f . . } j' . - .; -
i ' i I " , "', f ' ,', "Н' . , , ' ,{ :'; .-' ".' ", .'...' (
,!. . Н. _' J !;; !.- \ " ';I(;i' ',\1 \' \:( S {i, l ,'; ,:,(;:;
... .,.' ..,. " ,; _ "1': i ( .... { '-'\'- ..;:.,,' } ' '. ,': .".'.;
. . :\-: '. i 1 ) .-':! .'( , -.у) J ..\ .,:. ! .:; ,\;' ''- ,> ..-:/)'
,11,. ., ",1", и.- , "" .',J,,', "",,\ ,':"-" ",'
'\i\-.- { ,,; 1\'.;- ун!, ',):"/ l ii;Н-Н :' /;".-:'
, " '; t '1'1' \1', ,,' '1 ,,- 1 ;',; " " : > , \ 1" ': ", ,i; ';
': " <f! fl. ,:: . _ :; { " . 4:!." J /.'; ; .;., : f t:. ) . :< ).'
\ i (,. _.. \ ; ' _1 i . : , \;;, ,. ;'.' . '.. i .' . , I." ...'.
it i !..:,;' .1'- ': i 1;' _t..';: ,.:;! . , _ ( ' -;'. :.'.... ; :,Y! ) н.; .'x:-:
_ '.0 _ \. I.и. , "p' ., , ... .11".H.1 ".'
!i;X,!: Щ i , \ \; \'IIФ ;. :;/), !,1,1 ёI }f::'
t ,: : 1,:: .t. _ __ I r .. .f _ .' ..'., . : : i I I f ..., .. ' ,
11. ".1 w .: / "" . . ,. [1 ._..". .-.' :. ..', .'J'
,,' ,".'" 'Т' ,,,,'.. ..,,,," "."" J""
]JfJ ШШ\ l ? i%ШЙ/ ?:ЛI:1Jli i (
,t.'jk "f --" '" . ..." .с"- - ,1"/.1 ,.\ ,..... .',.
'( ", '( ,;;>-:1' ml" 'i;':' " ;J: ;' ;: " "' '/ Н "; i ,'i,;, : ',',:: "
,,;.'," ",'" ','- ,/,'11"" ,..,,,, .... .' l' ,'. ',. ." ,,.,
,.; ";';;"';' {:,;II:,н {>,,;.:(,.{);;Й?;:) {
f>:.. 1<)
I')
1:::1
<t
с!
u
..:
:.с
. . .1 ' t .-
: \ ,& ..) _ .. J . .
'.'..: , '1 '-'" .: !//1. '..;:,.:,, . ;,:, ".i,:,.,:-)t:.....:
j-" :,' \1.. . (\ .,.)" ..' \ ,! : . : ,:.',
'.. , \ .I ( {. '.',:.' :, .',,",; \ 1,'..\',; i
,'. , \'} -'{ :. tt '-' " . , \ ' t. '.\- .. .'.'.
..' .'H' \ 'J .:':'.: '!" :<'.';.': . -\ ' '(=,\;.:;:..(
t::I '.::. .' '" : 1 1 ' , t I ,'- .' '1 't'. j . , .- , i .
,' , '", } - < ; _\) I .:= , i I .& .: '. ;.-
'.: ' ) ". ". l' , ' ! . 1.. . - .
< . '; f. . :' . ... -, .
t f. 1 :..:" .. . (== .. .. : - _ .."., :.. "... 14.,::"
, "'\ .'" , . -. ':, '!! .. . { \:- . .. \ t i'.. .
'.; - .. 1 ' ; ' 1, 1 ,.:, l,\: t , . -,;:',:H. \C \; . .,>:,':'!\;.'.
, .. ,\ ,. \ 6"_ J.I.
'. '.'.,: .:, ,\ .. ., (: ;.. f .'. ... ..' .:', :.' "': .:.. '..
'i; ;:i: I \ I ! : \ '., '. .'"'.. .' .' ': '. '_'
;'( .] ; , ' ; ' 1 ;; ;'(;'\', .:: i::, ;',' i \".:'(;\!}f;'; :;/:;,
':., , ,1..., "."' I "..,.,1, "
.),': f'('; i;{: '.t t . . .; : ; { !." ?:. }:: r: . {; , I ,: ;' J:
. '. "\ . J .". '. -. , ',. :.' ,.. . "... 1,..
t::I f \ :.1' .". \ " ,\:".' i. ...l."'.::........:"":_ ;i.. ..... ;\ .
!,. . ". . ." 1).1' l' . :. .. 1." l' I .. .... 4 "1
. "'. I I \. i .). \ I "' r. .. I i i \ i \:, а \ . < 1 , ' ',:::;'. а ; . I
. .'.',-., ' \ :'\' " .':" !{. .'\.. :' ti ,:"" '-
.. ' !. ..: ': .! i "1. 1 >..J"'. ..:f.ll( ..... I .t(..
.' .'., i '\ " .i.' : !.'.t..;,. :i(' ". J.: '; '.,'.:
,'. \ J. I : , t : I f \; \ . ' ) " ..... '! . .. . 1 . . ,
. & .. t I .' . i . . . \ . . t I . . .' .
! I !' ,. I i I , ' . t . ( .' .', - -. .' ' , }.' 1 .. ", ...
': l'
, .
1;" . .
.!.. Н
.;. ',. ... i : ;' {: J ,.-: 11" , . ';-': , ; ::. .: ;'::(.:. , {',.>
. , .... !.. . : .. i ',1 .:- .. 1.' ' .- ; [1 :' . .' . '
t . ( ;": (. t .' " " 1. .'. , " " :.' i ,t . ".1 .'.... ' ,
' : : j ; I ,, '; \ . ':. '; .... .:: ' ..Z . ' " ; : J." :: '." :
. .' . t ., ... " f I . .. .. &,'. . .. I _ _ .' . . . &
.. . . . i .'. .', 1') 1.; ..... : 8. .&' 1, & : .. .. '.
- .&.., '. . ;.' {. . . . \":. \ . .. 1 t' r .. (. .
':.'. '''.. .. ,.'. I)I." .... ,',.'''.:, a. '. .....
16)
'N-
t::I
1')-
'"
h)
u
't'-
Q,
><
:s:
:о<
о
u
jj
'"
=
':11
CI)
=
:11
=
=
=
CI)
=
CI)
::I!!
:11
Q,
=
:s:
..
u
t;
'8
'"
:s:
:s:
..
со
u)
:I:
'"
::I!!
о
::I!!
u)
о
1::
:1:
:r
...
I!!
=
111
i
>о
CI)
:11
s'
s!
>.
Q,
:11
:;j
:11
u
t;
i:
:1:
u
::r
:I:
..r
о
м
8-
l;!
Q,
><
:!
=
=
u)
::I!!
8-
111
=
u)
::I!!
е
\о
:::1
...
с
00
..ь
':1:
О
u
о
t;
о
1::
t;
:I:
..
:s:
u
..;
С..::;,
" t::!;
u I t
<:;
м
150
7чО
7ЗО
720
110
700
O 1О 2а за LJа----;:с:--5а -",'---. 6a 7D:---zВО 90--===701J?? 1Ю"7: n
.- .
...., .'
. ... - . : '. . "
:. : ' -=. .. .
. ... .... ' ..- -
>.
.' . .....:.:.. . .
. .
. . ". .
..........
..."....
. ...... .
.........
2
3
4
t,c
Рис. 106. Временной разрез, полученный при работах мое в пределах BOC
точноrо борта Прикаспийской впацины:
Plk. Пl. П2, ПЗ целеВbIе солевой и подсолеВbIС отражающис roРИЗОIIТbI
ражающих roризонтов. Сочетание оптимизированных методик
полевых наблюдений и обработки материалов, основные моменты
которой будут освещены в следующем разделе, позволили
получить материалы достаточно BbICOKOro качества. На BpeMeH
ных разрезах весьма уверенно выделяются и прослеживаются
основные целевые roризонты, включая отражение П З . Один из
типичных временных разрезов приведен на рис. 106. По резуль
татам работ построены структурные карты масштаба 1 :25 000 по
roризонтам П з , П 2 , П 1 И Р к , детально освещающие строение
исследуемой площади.
378
..4.2. РАЙОН ACTPAXAHCKOrO rA30KOHДEHCATHOrO
МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Работы в пределах ACTpaxaHcKoro месторождения были BЫ
JIOJIнены по методике объемной сейсморазведки (МОС) с целью
детальноro изучения кровли соленосной и поверхностей под
eBЫX толщ и составления проrнозной карты распределения
коллекторских свойств продуктивной толщи. Выбор района работ
OJIределялся задачаМR, стоящими перед reoлоrической службой,
,едущей бурение на Астраханском месторождении. В ero пре
делах выполнены значительные объемы сейсмических работ, в
основном в профильных модификациях, которые не в полной
мере осветили строение подсолевых, продуктивных roризонтов.
Наиболее устойчиво прослеживались волны П" а более rлубо
ре отражения ,выделялись неуверенно. Кроме тoro, волновая
картина по П0дсолевым roризонтам во MHOroM зависела от
роения соли,! Так, в пределах купола и крутых склонов Te
рялась коррел.ция подсолевых roризонтов" появлялись боковые
волны, которые осложняли волновую картину и мешали про
слеживанию целевых roризонтов. В этих условиях посчитали
целесообразным опробовать объемную модификацию сейсмо
разведки с применением вибрационных источников. Условия
проведения работ были блаroприятны, так как полупустынный
характер территории позволял реализовать достаточно ryстую
сеть профилей и не создавал больших препятствий для пе
редвижения техники в различных направлениях. В целом
сейсмоrеолоrические условия были типичными для поrруженных
районов Прикаспийской впадины, характеризующихся интенсивной
соляной тектоникой с большими rлубинами залеrания подсолевых
roризонтов. По первому подсолевому отражающему roризонту (П,
или IП) Астраханское поднятие рисуется в виде крупной по
ЛОжительной структуры амплитудой А 1200 м и размерами
175х 110 км. Вершина свода осложнена сериями небольших по
амплитудам положительных и отрицательных образований, OKOH
туривание которых часто затруднено.
Работы были выполнены с применением rpynn вибраторов CB 5
'50 сейсмостанции "Проrресс" со штатным вспомоrательным
оборудованием. Изучение параметров ЗМС проводилось методом
преломленных волн с возбуждением колебаний импульсными
источниками rCK 6M и их реrистрацией сейсмостанцией "Поиск".
В пределах месторождения отработана площадь, равная 44 км 2 ,
в пределах которой было размещено 70 профилей OrT обшей
ПРОТяженностью более 200 км. Методика проведения полевых
работ основывалась на результатах предшествующих профильных
вибросейсмических исследований. Тем не менее был выполнен
КОМПЛекс опытно методических работ, включающий уточнение
ВОЛновой картины, параметров, интерференционных систем и
Управляющеro сиrнала, выбор системы наблюдений и др. По этим
материалам было определено, что в зоне соляноro купола
379
отраженные волны выделяются в диапазоне расстояний до 3000 м
от пункта возбуждения на временах 0,2 3,0 с и имеют ВИДИМЫе
частоты 15 35 rц. Низкоскоростные волны характеризуются
скоростями v = 300+550 м/с и видимыми частотами 1O 20 rц.
Основываясь на этих данных, выбирали методику работ. Ha
блюдения выполнены по системам широких профилей. В каждую
линию входило шесть профилей с симметричным расположением
линий возбуждения и приема, расстояние между линиями Воз
буждения 100 м, максимальный боковой вынос профиля 300 м,
наибольшая поперечная база (в обе стороны от центральной
линии) 500 м, кратность наблюдения 24, общие средние точки
располаrались по площади равномерно по сетке 25 50 м.
Система наблюдений на профилях была следующей: реrи
страция колебаний велась в диапазоне удалений 12oo 3550 м от
соответствующих пунктов возбуждений, rруппирование четырех
пяти вибраторов на базе 40 50 м и 12 сейсмоприемников на
базе 44 м, расстояния между центрами rрупп соответственно
80 и 40 м, накопление шесть восемь сиrналов длительностью
12 с и частотой 16 56 rц. Кроме TOro, для дополнительноro
ослабления поверхностных волн использовалась фильтрация на
записи с rраничной частотой 14 rц. При обосновании методики
работ было обращено внимание на следующие моменты. Увеличен
вынос пунктов возбуждения за расстановку, несмотря на то,
что весь комплекс отражений прослеживается на небольших
удалениях от ПВ. Тем не менее это было сделано для лучшей
линеаризации roдоrpафов волн от подсолевых roризонтов с тем,
чтобы повысить надежность их выделения после суммирования
OrT. Применена асимметричная система наблюдений с тем, чтобы
не увеличивать чрезмерно длину roдоrрафа. Пункты возбуждения
располаrались между 72 и 73 каналами 96 канальной paccтa
новки станций. Кратность наблюдений выбрана равной 24, с
тем чтобы улучшить отношения сиrнал/помеха. Для большеro
ослабления низкоскоростных волн возникла необходимость hри
менения фильтра высоких частот при записи с rраничной час
тотой 14 rц.
Принятая методика работ обеспечила получение качествен
ных, приroдных для последующих обработки и интерпретации
материалов. В полевых условиях проводились первичная оценка
качества материалов по воспроизведениям маrнитоrрамм, расчет
статических поправок, подroтовка и отправка материала в
вычислительный центр. Материал обрабатывали в центре в три
этапа. Эти этапы: типовая обработка профильных данных; Tpex
мерная обработка, включая миrрацию; специальная обработка
для оценки коллекторских свойств подсолевых отложеNИЙ.
Типовая обработка проводилась по стандартному для виб
рационных данных rрафу, в нее включались следующие процеду
ры: демультиплексация, взаимная корреляция, восстановление
амплитуд, редакция и сортировка трасс, построение пред
варителы1'ЫХ, а затем и окончательных разрезов с откорректи-
380
ваННЫМИ по каждой линии статическими и кинематическими
правками. Основной задачей типовой обработки было получе
"не качественных временных разрезов по линиям средних точек
, сохранением динамических особенностей волн. Особое v внима
вне уделялось коррекции статических поправок по каждои линии
JlDlpoKOro профиля, определению оптимальных скоростей CYM
мнрования данных и сохранению динамических особенностей
8ОЛ н . Коррекция поправок по каждой линии обеспечивала по
лучение независимых данных, oc eHHO в u условиях наклонноro
залеrания roризонтов и изменчивои верхнеи части разреза.
Получение окончательных разрезов предусматривало пред
варительную полосовую и обратную фильтрации данных, пара
метры которых выбирались на основе спектральноro анализа
sanисей в предположении нуль фазовоro характера виброданных.
Временные ра,зрезы характеризуются высоким качеством, что
следует из П веденноro на рис. 107 примера. Трехмерная
Обработка пред сматривала миrрацию данных, снимаемых с Bpe
венных разрез в, и образование единоro куба материалов по
асей площади,. позволяющеro получать разрезы и временные
срезы по любым направлениям. В результате ЭТОй обработки
значительно улучшилась прослеживаемость roризонтов и упрос
тились волновые поля на склонах соляных куполов, а также
в зонах сочленения Haд и подсолевых отражающих roризонтов.
Специальная обработка была выполнена по центральным ли
нням с целью анализа динамических параметров волн и пре
дусматривала получение разрезов MrнoBeHHЫx амплитуд, фаз,
частот и полярности. Были рассчитаны также частотные спектры
и энерrии волн по основным отражающим roризонтам,- что поз
Воляет оценить изменения этих параметров по профилям.
Работы по МОС позволили получить большой объем данных,
который существенно превышает информацию, реализуемую при
профильных наблюдениях orT. По материалам МОС детально изу
чено строение мезокайнозойскоro CTPYKTypHOro этажа, характер
залеrания кровли соли (P1kg) , и OCHOBHOro продуктивноro
roрИзонта (Пд, сопоставляемоro с карбонатными отложениями
баmкирскоro яруса карбона, а также построены карты изохрон и
структурные карты по этим roризонтам масштаба 1 :25 000.
Анализ динамических особенностей записей и их распределение
по профилям позволили наметить определенные аномалии, их
ПРИРОда и связь с rлубинными условиями требуют дальнейшеro
ИЗучения в совокупности с новыми данными бурения и rис. Сле
дует, однако, отметить, что при увязке материалов МОС с дaH
ными взрывной сейсмики по подсолевым roризонтам были BCTpe
чены определенные трудности, обусловленные, по видимому,
раЗЛичием спектральноro состава волн и ТОнкослоистым xapaK
Те ром разреза. Эти факторы необходимо учитывать при выполне
Нии работ с вибрационным и взры.вным возбуждением волн.
В целом работы., выполненные методом объемной сейсмораз
lIедки с применением вибрационных источников колебаний, по
381
о
10
20
30
40
50
60
70
80
90
700
ПК
,""'-'...,,. ;.,,,, . ."
......... :.;. . ,,:,.
... "...
-. .
1 '"" . .- '-..
., , ...... . . . -, "",>-;-",,,,,,"",:......c. ......../.::::-.;._.._
2 ;! i il?i
.. . . ,.., ,,,--. ,, '''''/.:':'''' ''''''''';; '-"" ";;;:-
з iill' .11
:f" ' ??-...;.... ..... ':""'" :. ;; .... ""':i::;" i.......-;;. = . .....::.:.... ..,'":
"::, ;: : :-i f:!J.':" ";/:,, ::;':..".::' А ":::: '.': ':: :;'::..': ;::
. ............. l"...,,11'....... ..::.............. ......"... Io.:. "'4. :1f': : O,\"!"' ,., .....r .. .................j ,.,. r..oW" "'-. ''''''''''r..'I. O,.....JS.
. .,....'":'.;::: ,," ,. ........, -, "';'":" .""...\...."..-'.ф....."...: :....... ...r.......; . ':...:,..:,.........\...'-.7').,r .... .".
t,c
Рис. 107. Временной разрез в пределах AcтpaxaHcKoro rазоконденсатноrо
месторождения:
N, P)k. IП отражающие roРИЗ0НТЫ
казали высокую эффективность их применения в районах со
сложными сейсмоreолоrическими условиями и большими rлубинами
залеrания целевых отражающих roризонтов. Полученные резуль-
таты свидетельствуют о том, что соответствующим выбором
методики полевых наблюдений и процедур обработки данных
можно обеспечить получение временных и rлубинных разрезоВ
достаточно BblCOKOro качества, обеспечивающих интерпретацию
результатов и построение временных срезов и структурных
карт. Первые результаты динамической обработки также инте-
ресны, но они требуют дальнейшеro анализа и интерпретации
совместно с данными бурения и rис.
Предложенные и опробованные способы получения материалоВ
и их обработки по отдельным линиям также заслуживают вни
мания и практическоro использования при проведении ана-
лоrичных работ в этих и друrих районах.
382
8.5. РАЙОНЫ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТи 1
Сейсмические исследования с невзрывными источниками KO
лебаний выполняются В основном на территории Саратовской
области и частично на прилеrающих площадях Оренбурrcкой об
пасти. Большая часть территории занята сельскохозяйственными
yroдьями с мелиоративными и ирриrационными сооружениями,
которые затрудняют, а в ряде случаев делают невозможным
применение взрывных способов возбуждения сейсмических коле
баний.
В тектоническом отношении территория исследований pac
положена в пределах северной бортовой зоны и внешнеro обрам
ления Прикаспийской впадины, характеризующихся значительной
изменчивостью сейсмоrеолоrических условий, наличием xeMO
reHHblX отложений, большими rлубинами залеrания целевых под
co.iIeBblx roри нтов, тектонической диvслоцирова ностью осадоч
иоro чехла, существованием верхнеи жесткои rраницы, на
которой про сходит резкое изменение скоростей, и друrими
особенностям, ОСЛожняющими проведение сейсморазведочных
работ и понижающими их точность и достоверность. По лито
лоrическим и физическим характеристикам пород осадочный
чехол условно расчленяют на четыре крупных комплекса, rpa
иицы раздела между которыми представляют собой реrиональные
опорные отражающие roризонты: Дз - подошва карбонатных OT
ложений девона, P 1 ir подошва соленосных нижнепермских
orложений, Р 2 (Ур) подошва татарских отложений верхней
перми (кровля карбонатно сульфатно rалоrенных отложений
палеозоя). Внутри этих комплексов выделяется серия допол-
ительных отражающих roризонтов, приуроченных к терриrенным,
карбонатным и сульфатным отложениям. Зона малых скоростей
представлена переотложенными рыхлыми породами мощностью от
5 до 80 мм со скоростями продольных волн, изменяющимися
от 300 до 1400 м/с. Самая верхняя часть разреза это rpYH
ты, представленные суrлинками и пахотными землями. Рельеф
местности достаточно спокойный, за исключением балок, OBpa
roB и обрывистых береroв рек и ручьев. Сравнительно мяrкий
климат и отсутствие сильных морозов позволяют вести круrло
roДИчные полевые работы.
Поверхностные невзрывные источники при меняются на всех
этапах поисково разведочных сейсмических работ. Целевыми
roризонтами являются отражающие rраницы в отложениях вона,
карбона и нижней перми. Практически повсеместно для повыше
ния точности построения rлубоких roризонтов прослеживается
Верхняя жесткая rраница, которая является уровнем приведе
10 данном разделе использованы материалы Саратовской reофизической
педиции Нижневолжскоro научно исследовательскоro ин та reолоrии и reo
.....3ики <нвнииrп.
383
а
6
1 2 3 4
.. . .. Т. . . '... .. .. .
: '.11 i : . ..1.', .'" .... - r ,"' ". '. .-.,'O'.'.' .....,.
.. ' ". 1 '-. J';i"':jJ.t' I.:. ;. . ':'. ..;,.. .i :.;: ;:: ...-..
'.'. . ;! ,/: .-./ j . : .: 1.1 -'1'.1 ; : . ,, ,;" '!':' ".:'; .::. ", :'y;-: .?: -;; ,
. "; 1. / . .' '} .,. . . .... ." ...... ... ,.......
QP/. ; :':: ::. :.. :, 1f f::'
...h : li ,! .' '... .. ... : ) . .- K }: : . 1 .-,,;.:....
.!Iй/ :! . " .- --) ;.', _. f?;:\:' ::::;: ;.:: :
" '..' .. :::? . . '(" . ... I"/'h' ". "-:" ...:.... .7" ."",,.,
i ( ./-уZ;." :.. _'._' .&:1......
. !, - ..' . ';:) rj; ,\ - .. <..:.:....:;:.,..... .... =;.:,:
:... '..'" .-.... '" 1>IiJ V - - . .. .. ..\ ......
d '1 1 "" ,'. , ,. " \ -,.-. . . ....",. '-.
' I . 'I ':; f""'.W''?J O... -';"'.'. ..'It-:::.-....
, . '.. ' ;.. )'z' ....> .. . -. . :j:.-.:::: :>.'.. . ' ..'..'...
I I . .. '.- ' . ';".':.. ..... '- -: . ..
.; ,.. ;>...:..i. :.:.. .:... . ../G -:::# .. : . ,..
/, i 1, . ..,J.i(",...'<'::;.:.,:. . 2 ....A..:- :: . . ..,.'..
./ '! !/. &...:.'::"" .-- ;;:: _."'..""''''''
,'i 1 .;. ....j;:;f.::::' .', - :;:;"' . - . . ' . .. .
I / . : .......... " .'-, '- - , .
,. i . : ::.,r . .::.::.::: :: :: ::::: .!.- .'. ..:
,."." .
. " .
. :.,.. :. .." .
".,..........t......:,.
......... .....
21
18
15
12
9
з
о
Рис. 108. Волновые поля, ПОJlученные С импульсными (а) и вибрационными (6)
источниками
ния. rлубины залеrания целевых roризонтов меняются от первых
сот метров до 4 5 км в пределах краевых зон Прикаспийской
впадины.
Наземные невзрывны.е источники начали при меняться с
1976 r. (импульсные rазодинамические излучатели rCK) и
с 1982 r. (вибрационные установки CB 5 150), К настоящему
времени до 45% от всех объемов работ выполняется с невзрыв
ными, в основном вибрационны.ми излучателями. В пределах
площади работ невзрывны.е источники обеспечивают снижение
стоимости сейсморазведки и повышение производительности.
Планирование работ с невзрывными источниками и выбор
объектов производятся на основании результатов предыдущИХ
исследований, технических возможностей и удобства их выпол
нения. Каких либо специальных, подroтовительных работ в
настоящее время, как правило, не проводится, Ранее был Bbl
полнен большой объем опытно методических полевых наблюдений
384
о
2"
2
,
6
.' .{'"
21
, ::;-:
( :' .
18
,. ," < .
. " . i
15
12
9
...
. \(, , .' . .
"':", .,I' D",I" ., ,.. ..
,.: .. .< :}:;...;:.<
3
в связи с применением невзрывных источников, сложными сейс
моreолоrическими условиями и неоднородным качеством полевых
материалов. Значительное влияние на Hero оказывают: большой
фон кратных, частично кратных и обменных волн, связанных с
верхней жесткой rраницей (кровля палеозойских отложений) ,
изменчивость физических свойств roризонтов в разрезе палео
зоя и высокий уровень поверхностных волн.
В результате опытных работ были разработаны основы Me
ТOlIики пооведения полевых работ с невзрывными источниками и
обработки получаемых материалов, что обеспечило их высокое
kачество. Отличительные особенности методики:
применение интерференционных систем с базами возбуждения
колебаний, превышающими длины сейсмических волн и поз
ВWIяющими концентрировать излучаемую энерrию в заданном
направлении;
ослабление поверхностных волн за счет расположения из
лучателей друr от друrа на удалениях, равных половине длины
волны поверхностных волн;
перемсщение интерференционных излучающих систем на про
Филях с шаroм, равным половине длины поверхностной волны;
Применение фильтров высоких частот при реrистрации
Колебаний;
25 Заказ'" 220с
385
а
2
....,. - .
:. ::t.
.... ...:......:""
..........
:::... .:"...
;{ :' }"
.
. .:........
t,c
.......--:,... .:
-
6
..: . :r
C
't! ;
;
;:" .:-:M
0... "' I
:;':':::; ..
:;;.,: .,
7. .: ' )3 ;
.
..
.. ..,
.' .;.c...,.:-,
.
,... .
: "' -
;.'
:......:::... ..J'
,
-. .
. ..=.. ..
:_ : ::
..........'"
8
z
. .. -
.... . ....
4..... .......
;. .:::. :: . :
:: i
:-{ 5
.-.,.
:1
Рис. 109. Сейсмоrраммы, полученные при площадном (а, в) и линейном (6, с)
rруппировании источнико
а - база rpуппы 100х1ОО м, шаr перемещения 25 м, четыре накопления; 6 -
база rpуппы 100 м, четыре накопления; в база rpуппы 200х200 м, шаr пе-
ремещения 25 м, девять накоплений; t - база rpуппы 200 м, шаr l1еремещения
25 м, семь накоплений
использование протяженных суммарных баз возбуждения,
обеспечивающих высокую остроту характеристики направленности
системы для разделения волн в зонах интерференции по раз
личию в уrлах их подхода;
обработка материалов по способам, позволяющим управлятЬ
38б
JO времени остротои направленности интерференционной сис
'I"CJOII путем изменения длины суммарной базы возбуждения;
разновременное возбуждение колебаний работающими в rруп
ре импульсными источниками.
В основу разработанных методических приемов леrли опытно
..етодические исследования по изучению особенностей наб
.юодаемЫХ волновых полей, которые были выполнены на отдельных
ЗОВдИрованиях, а также на отдельных профилях MOrт. Методика
выполнения зондирований была обычной и предусматривала по
лучение сводноro одностороннеro (редко встречноro) монтажа
ceicмorpaMM. Особенности наблюдаемых волновых полей за
КдЮчаются в высоком фоне помех, их мноrooбразии и He
значительных интенсивностях отраженных волн. Волновые поля с
вибрационными источниками характеризуются, кроме тoro,
высоким уровнем корреляционных помех (рис. 108). это при
ВОДИТ к тому. что для повышения относительноro уровня oт
раженных B H от rлубоких roризонтов разреза необходимы
специальные/ методические приемы, обеспечивающие ослабление
волн от верхних roризонтов разреза (увеличение базы воз-
буждения за счет перемещения rpупп источников при накоплении
воздействий). Без них относительный уровень rлубоких oт
раженных волн не растет с увеличением числа накоплений. В
результате опытных работ предложены оптимальные rруппы
источников для различных районов работ. Так, например, для
ceBepHoro обрамления бортовой зоны Прикаспийской впадины,
характеризующейся значительными rлубинами до целевых ro
РИ30нтов и соляной тектоникой, оптимальными являются сле
дующие интерференционные системы:
количество установок 3+5;
расстояние между установками 12.5 м;
база rpуппирования вибраторов:
ДЛЯ трех источников Д 25 м;
для ПЯТИ установок 50 м;
шаr перемещения вибраторов 12,5 м;
база накопления воздействий 100 м,
Для импульсных установок rCK:
база накопления 137.5 м:
количество перемещений 4;
количество накоплений 8+12;
количество установок 5.
В условиях сложных подземных форм эффективными оказы
ваются площадные rpуппы, которые реализуются путем по
перечноro к линии профиля расположения излучателей и их
перемещения вдоль Hero (рис. 109). Шаr перемещения rруппы
Источников большоro влияния на качество материалов не OKa
зывает, несколько предпочтительней шаr, равный 25 м
(рис. 110).
25*
387
а
О..
1\
:,
;,;.
J.;...: .
:;:; . ,_'.0\\
; ;.
. }1 "'
; :
, t{
.,.:.:........ :.
;:%" .'
.....I.: ..:.::-
. ..........'.. .
Ii
,................ . . . .
.... ;:.: ....:..
2
t,c.
о
..... ,.. ;.1
.i) :
:;- -;...
.I:'::%$:. ,.
..'1... " ' '"
? . :..\
... :"
;'
"';""''''....' '''
:. : "
-;::. :;
'.... .-..;::: . .
;;... = ..
e
::-: : ::;::::-, .
:
.-."::':' "'" - J..
... -...... : . ... ...
,
(J 2 {j
1!' '-,'.' ". :
.
Рис. 110. Сейсмоrраммы, полученные при перемещениях поперечной rpYnnbI
источников ВДОЛЬ профиля:
а, б база rpуппы 100xlOO м. шаr перемещения 25 м при однородном и Tpe
уroльном распределении чувствительности; в. l. д шаr перемещения 12,5.
50 и 25 м при общей базе rpуппы 200х200 м
Выбор параметров управляющих сиrналов в вибрационной
сейсморазведке осуществлялся на основании их перебора. Кри
териями при этом были уровень реrистрируемых волн, их разре
шенность и динамический диапазон сейсмических записей. При
чем было принято, что сокращение динамическоro диапазона
приводит к улучшению качества отражений. С этих позиций оп
тимальны управляющие сиrналы со следующим диапазоном час
тот: 15 50, 15 55, а также 25 110 и зо 110 rц.
Обработка материалов невзрывной сейсморазведки про
изводится в целом по стандартным комплексам MOB Orт с учетоМ
необходимости корреляции вибросейсмических данных. Тем не
менее была показана эффективность следующих проrрамм и про
цедур обработки: высокочастотной фильтрации исходных данных;
388
о
10
20
зо
040
50
I1и
/и
а
{I
J
IJ
20
зо
qo
50
6П
70
.
.: .: :...:";' :. ;;. ;'. ' ";-\;i : . ..-.-.-
: .. ....,...,.....; ..v--.. <Ii..:: . . "::'"
.:::-"' '. "'.: , .; ,...,.. r. ..........
....,. .n. :.-. ...:. "....,...:....,... ... . ...... .........,.........$rv, ....,....,..
: . $ : ; ; ; . ';i :.:
... ....-.p
.......,..: ...:..""""""-= . _ " .....[" a '.....
, ' . ..;;;:-- -
4"' -=-- : ......" -= :::L ., . , :!: .:.
' "7 -:- .. . ; --:. :::.:
:;.:.:= : :: i;. ...
7 "' '" . ..... ....,' ,...
.. f; :; ; =i ;
' .'fI#""'... ... .. ............. ...Ао..-""'-"'......'\'t.. "
'" ........ - ... ="78-- ..:-o ................:::;: ...
;...--:---::- ---. -;.:..-- "":
.' - о'. ;;;;;;; .,. ............... ,
.- : --: :. .----- --.....;-.;:.:' ::::
.. ...... . ( . ............... ...........
..... .... :................ ....:, ."--- .. :.............-:. .......
- -. .....":' ...;..,........ ....... ..:...............
-
- ..... -::-.. ........ .... ....... =:
:w jt
Рис. 111. Временные разрезы, полученные со взрывами из мелхих схважнн (а)
и с rруппой 8ибрaroров CB S ISO (6) в платформенной части CaparoBcxoro
ПРаво6ережья
а
ю
о
О,
20
110
60
80
с
100 120 1"0
:<':: 4K :.'.. ,; ". .
0,5
..... . . ....... ". .
-:--_::;. ", 1,0
. . .
r:C 1 s
1,5
."
"
, J:' ;' i1; : \ ' ,:: 'O ': : ' '
N K C a : p & 5 . .i ':,: ' "C ' ..",. '. :6'.'; .-7: '.' : :..
nD 2 Z. : ;E , .- :.... .. . _ . cc. - .-- 2,0
Рис. 112. Временные разрезы, полученные в дальнем Саратовском Заволжье с
rруппой источников rCK (а) и взрывами из мелЮfX скважин (6)
подавления KorepeHTHbIx шумов и вычит.ания кратных волн на
материалах rcK; балансировки трасс и нормировки уровня за
писей, полученных при работах с вибраторами; исключения
влияния верхней жесткой rраницы.
Работы с наземными невзрывыыии источниками дали воз
можность получить ряд reoлоrических результатов. Примеры
профилей, полученных с различными источниками колебаний,
приведены на рис. 111, 112, 11 3. Реrиональные работы поз
волили уточнить общие черты строения западной части Бузулук
ской впадины И установить, что Камелик Чаrанская зона под
нятий, с которой на территории Оренбурrcкой области связана
промышленная нефтеrазоносность среднеro девона, продолжается
с востока в пределы дальнеro CapaToBcKoro Заволжья. Здесь
выделяется целый ряд блоков (ступеней), в приподнятых KpЫ
льях которых выделяются положительные структуры в карбоне и
девоне. Поисковые работы были выполнены в пределах восточной
части Пуrачевскоro свода и западноro борта Бузулукской
впадины. По полученным материалам по отражаюшим roризонтам в
девоне, карбоне и перми построены структурные карты масш
табов 1:50 000 и 1:100 000. В результате выявлены перспек
390
а
z
4'0
70
во пк
I
....
' .. ..
. ...:
..... ....
........ ...::' :,
f
"
2
2
20
JO
"10
jO
60
70
80ПК
-. ". .:. ,.-': , "",." ...'....,,: :" . .#",
.. .;.....\0.. . . ..... .. ..:-......,
ri:. ," :.с-..... :- . .1. ..'...:... .;. ',-:,"._' .",...,
...., " . ,. . ".:JI,' .....\:: .......
JIIIt . -, .........:,и.........:=..
..,......... l'\ . !I:. ;:'J1, ;ч-........ и
. . , . :
. . .: ,..,......,. . : ..
,."'...... ..:. . ;.. . .. . :"I .....,.."-l
: .,...-:' :' .: I -=..-... " :.", .
.,, ,..:-c....... .... ...., ... .'" " ' ............,.. ...../'"..... ...............)..::-".....,:,.
1 ... .... .,. .,.......: .. .: .....".A ...,. .
; . . := I....;. .;;......,, :.,. ...; r " . ... :.:'; ..::.. ...;.
.:. .::=-.$ ....:.t/ ..., .. I ... . :..".,.: . ...,. ....::) -::; .:; -:-:,:,..
;"I"'O'\.... ..";..........."......... -- .... ;....:\ooIr, ""...;Jf..""',.".."".... '\. .......... ........
. ::- ""'.. . J# .......)...I ..,.-'\............o(.. ",'" .' ......... , "...'!,., ""'_ JIW...-........ ...
i , -;; :; ';,' .......... ,'.., ::... : ' .. .. ,. ,". .: . ." '
.. . . J1.... t":"""....... ..... .......)'*"'...."".. ".... ............';....;:. ......'--.....\;.../..... .',"' . 'Ir.t"'
\f. ::, '7 ",.:,..;,.", ....\ \ ........... va.... 't,..4........w...'..,........I ....,:.:--.: ..
.<It..;,.. :.............. "", :... ". ..;:.. .i.... .....\.....;.. ...;,.' .. . """"'.:..:... ......... ...,;,:..
........,... ...........-:. ..," ",, "....,'.... ......,, _ . .'"1'........ "'.,. .. ' '...,...
;:; O; :;: : ,. : ..':. :;:::::-:: ..: . :
.::t':". '... '. ';. ': ..........-:-I : -.................. :... \...... . ..::: ...
... ;::::,.. .. ..,..... ...:' . :.; .:. ....-"::".:... ........ .... .:: ...;
., ::... ..... ':....... . .х...... . )iI...... ....." :..."'..............,...,. .............,.,.""'.
2 S! -:= :*. :::. .. ;..::' . .. .....
.i ,...." ,..............,. .t'="".;.-".:'\ ",,....,....,....... . w.." ""'''' ..................... 2
III i1 1$ J
1
t,C
Рис. 113. Временные разрезы, полученные в зоне бортовоro уступа с
линиями ДШ (а) и rруппой вибparoров (6)
тивные ООьекты и локальные СТРУКТУРЫ дЛЯ детальноro изучения
и подroтoвки под заложение rлубоких скважин. Мноrие из них
детальными работами подroтoвлены к бурению. По сейсмическим
данным, они представляют собой локальные поднятия, ослож
ненные флексурообразными нарушениями.
Опыт применения невзрывных источников показал, что эф
фективность их использования. в условиях CapaТOBcKoro По
волжья не везде равноценна. Так, до сих пор не получили
широкоro применения невзрывные источники во внутренней части
Прикаспийской впадины, характеризующейся большими rлубинами
до подсолевых roризонтов. Недостаточна эффективность He
взрывной сейсморазведки также в Саратовской зоне внутренней
части Прикаспия. Она связана со сложными сейсмоreoлоrиче
скими условиями этих участков (наличие узких мульд и купо
лов, малые отношения сиmал/помеха и т.д.). Эти обстоя
тельства требуют развития и совершенствования методики поле
вых работ и обработки материалов. Недостаточна эффективность
применения невзрывных источников в условиях высокоскоростной
верхней части разреза (Саратовское Правобережье), что обу
словлено наличием высокоскоростных помех и снижением уровня
отраженных волн. Решение этих вопросов связано с разработкой
остронаправленных интерференционных систем. Развитие Meтo
диц и техники работ невозможно без дальнейшеro совершенст
вования невзрывных, в первую очередь, вибрационных источ
ников в направлениях повышения их силовых параметров и
надежности, а также совершенствования систем управления
и контроля за их работой.
8.6. рАйоны БАЛТИЙСКОЙ СИНЕКлизы
8.6.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ РАБОТ
Наземные невзрывные источники начали применяться при
проведении сейсмических работ в пределах Балтийской сине
клизы в восьмидесятых roдах [5]. Сначала это были импульс
ные, а затем вибрационные источники. В последние roды зна
чительные по объему работы с невзрывными источниками (rCK 6M
и CB 5 150) были выполнены в пределах Бартскоro проrиба и
3ападно Курземскоro выступа l . Районы Балтийской синеклизы
в целом блаroприятны для применения невзрывных источников,
так как они характеризуются сравнительно небольшой мощностью
осадочной толщи, наличием четких физических rраниц раздела и
разветвленной сетью дороr, по которым MoryT быть проложены
сейсмические профили. С друroй стороны, эти районы ДOCTa
lРабоТbl проведенЬ! сейсмическими партиями rrп "Спецreофизика".
392
ТОЧНО СЛОЖНЫ для поиска и разведки локальных структур в
sвэах осадочной толщи из за необходимости детальноro pac
членения разреза и обеспечения непрерывноro прос.леживания
целевых roризонтов в условиях значительных изменений условий
ОСЗдконакопления и невыдержанности физических свойств oт
лоJlteRИЙ в roризонтальном направлении. С этих позиций Meтo
двческие и reoлоrические результаты рассматриваемых дал\....
работ представляют несомненный интерес.
Районы, rде проводились работы, приурочены к Южно
Латвийской ступени Балтийской синеклизы, в осадочном KOM
nлексе которой выделяется три структурных этажа: каледонский
(нижне и среднекембрийские терриrенные отложения и Kap
бонаты ордовика, силура и нижнеro девона), reрцинский (Kap
бонаты девонскоro возраста) и альпийский (карбонатные и
терриreнные ПОроДЫ верхней перми, терриrенные отложения
нижнеro триа ; и верхней юры). Объектами разведки являются
локальные стр ктуры в отложениях среднеro кембрия, которые
имеют неболь ие размеры и амплитуды в диапазоне 10 50 м.
Рельеф местности равнинный с отметками от +25 до +50 м
над уровнем моря. Работы можно вести практически исклю
чительно вдоль дороr, просек и насыпных дамб из за наличия
мноroчисленных озер, лесных массивов, болот и хуторов,
исключающих проложение через них профилей. Вследствие этоro
профили, как правило, имеют значительные уrлы излома. Воз
действия производились по плотным породам и асфальту (при
работах вдоль rpYHToBbIX и шоссейных дороr), насыпным rpYHTaM
(на дамбах), а также по вязким и рыхлым породам, коrда про
фили проходят по заболоченным участкам и вне дороr.
Общими задачами проводимых исследований были поиск и
разведка антиклинальных поднятий в низах осадочной толщи
и по поверхности фундамента, а также литолоrических и CТPYK
турно тектонических осложнений в разрезе.
Целевыми roризонтами являлись отражающие rраницы в op
Довике, кембрии, а также поверхность кристаллическоro
фундамента. Они залеrают на rлубинах от 1000 до 2000 м и
характеризуются временами прихода от 0,8 до 1 ,4 1,5 с.
Временной интервал между ними небольшой и не превышает О, 1
0,15 с. Для YBepeHHoro обнаружения локальных структур He
большой амплитуды допустимая поrрешность картирования
СОСтавляет :t 1 О м. Требования к разрешенности записей не
определялись, но она должна быть весьма высокой из за ТОН-
КОСЛоистоro характера разреза и малой мощности отдельных
Комплексов.
Полевые работы выполнялись с источниками rCK 6M (1986
1990 rr.) и CB 5-150 (l991 1993 rr.) и сейсмостанциями
"Проrресс 2" и "Проrресс З" со штатным вспомоrательным
оборудованием. Объемы работ составили 965 км профилей с
ИСТОчниками rCK 6M и 200 км С вибраторами. Обоснованием
для проведения работ послужили результаты предшествующих
393
съемок МОВ, по которым были намечены области осложненноro
поведения отражающих roризонтов. Предполаrалось, что более
высокий уровень сейсморазведки' на основе MOrт, цифровой
реrистрации и обработки данных обеспечит необходимую ТОч
ность разведки и приведет к открытию промышленных залежей
уrлеводородов. Решение о проведении работ сневзрывными
источниками было принято вследствие невозможности выполнения
сейсморазведки со взрывами из за сложных поверхностных
условий. На начальной стадии разведки (в 1986 r.) были BЫ
полнены в небольшом объеме рекоrносцировочные опытные работы
с невзрывными источниками с целью уточнения основных пара
метров возбуждения и приема колебаний. Положительные pe
зультаты послужили основой для последующих работ. Какие либо
теоретические и модельные исследования по обоснованию Meтo
дики проведения работ и параметров управляющих сиrналов не
выполнялись.
8:6.2. МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ РАБОТ
Выбор и обоснование методики полевых работ ПроВОДИЛИСЬ на
основании изучения особенностей волновых полей в районе
съемок, расчета параметров интерференционных систем и
экспериментальноro определения оптимальных числа накоплений,
параметров управляющих сиrналов и др.
Изучение волновой картины показало, что она в опре
деленной степени типична при возбуждении колебаний с по
верхности: значительный уровень низкоскоростных волн помех,
занимающих область, примыкающую к пункту возбуждения KO
лебаний, весьма интенсивные преломленные волны в области
первых вступлений и слабые отраженные волны с видимыми
частотами ЗО 40 rц. На основе изучения волновой картины была
выбрана методика полевых работ. При работах с rCK-6М она
была следующей: кратность наблюдений сначала 12, а затем 24,
фланroвая система с выносом 300 м, возбуждение колебаний
двумя тремя источниками на базе 25 50 м с накоплением че
тырех восьми воздействий. Прием колебаний осуществлялся
продольной однородной rруппой из 22 приборов на базе 50 м.
Расстояние между центрами rpупп 25 м. Столь небольшой шаr
между каналами обусловлен необходимостью обеспечить по
вышенную детальность разведки и прослеживание отражающих
roризонтов в условиях небольших вертикальных и roризонталь
ных размеров структур и изменчивости физических свойств OT
ложений.
При работах с вибраторами методика была аналоrичной.
Отличия заключались в том, что были применены динамические
rруппы источников с шаroм перемещения 12,5 м и rруппы при
боров уменьшены до 11 приемников на базе 25 м. Параметры
управляющих сиrналов выбраны путем перебора начальных и
394
ю
35
"О
1/5
50
55
60
с
5.1ПК
а
: : i i o
:"'.I"'''''' f
.........
, .....
... . .,,::....
СР'?
tJc
'...1.....
...... . ...
35
*0
45
50
55'
60
63 пк
о
, 1':",:,:"
.. I'::: .,:: :,:;,: ;::-:: ,..':..' ",: : i :::; .
11;;:::....
" l '
O.S
... 1"..., .
' м-м-..." .. .........
. ::- . :::::::: "
.. ..."
............ .:;..........;
.'''...М.....................,.
...........,.. .....А
...........:..........,.;.....
.......,.......
...................... ...
.
о
M E
1,0
. ..... ...
. . -----==:: . .......:. .....
.e ........ .......... ........... . .:..:... . ."'-
. . .:::=. ::-.:: :.. -::-.
::... = .. -:=.. . :--: --:... ..
..................... .::;......
....................,.... .... --== =
-:.::-...... ... . '""" "'"-' ...
ер
t,c
Рис. 114. Фрarменты предвариreльноrо (а) и О"ОНЧlП'eльноrо временных раз
резов (6) (ПР 9209):
О, Е, Ф отражающие roрИ30I:IТЫ, приуроченные к отложениям ордовика,
хембрIOl и поверхности фундамента
Конечных частот и определения отношений сиrнал/помеха. На
ЭТой основе принят ЛЧМ сиrнал полосой 20 80 rц длительностью
6 и 1 О с. Были опробованы нелинейные сиrналы в диапазоне 20
80 ru.. Однако они не дали существенноro повышения качества
материалов и разрешенности записей. Принятая методика
обеспечила получение качественных первичных материалов и
395
BpeMeHных разрезов, на которых практически непрерывно про
слеживается кровля ордовика (на временах до 1,0 с), а также
достаточно уверенно следятся ниже и вышележащие отражающие
roризонты (рис. 114).
Как отмечалось ранее, основные обьемы работ выполнены по
доротм, которые, естественно, имели значительные уrлы из
лома. В этих условиях особое внимание уделено тщательности
определения координат профилей и точек излома. Эти данные в
дальнейшем использованы при обработке материалов. Кроме
тoro, в условиях криволинейных профилей было уделено особое
внимание ориентации интерференционных систем относительно
профиля и направления на пункт возбуждения с тем, чтобы они
реально обеспечивали ослабление реryлярных помех.
8.6.3. оРrАНИ3АЦИЯ РАБОТ
Полевые работы выполнялись отдельной сейсмопартией,
укомплектованной соrласно типовому штатному расписанию. В ее
состав входило до трех дипломированных инженеров: начальники
партии и О1'ряда, а также старший reoфизик. Руководство
профилем осуществлял начальник полевоro отряда - оператор
сейсмостанции. ОН же руководил rруппой источников. Качество
материалов оценивалось в поле оператором, а затем старшим
reoфизиком или начальником партии по коэффициенту качества
Ккач -
l,Оn1+0,9n2+0,8nз
nl+n2+nЗ+ n 4
rдe nl, n2, nз, l1.t число физических точек отличноro,
хорошеro, удовлетворительноro и неудовлетворительноro ка-
чества. Положительное решение reолоrической задачи обеспе
чивалось при Ккач 0,92. При работах с rCK коэффициент
качества [Ккач]rск == 0,92 0,98, а при работах с вибраторами
[Ккач] СВ == О, 93 0, 96. Квартальные и окончательная приемки
материалов производились в течение и по окончании полевоro
сезона с представлением исходных данных и предварительных
временных разрезов.
Во время полевоro сезона в партии находился старший
reофизик или специалист, ero заменяющий. В обязанности reo
физика входило: приемка у оператора текущих полевых материа
лов, включая маrнитные ленты, аппаратурные записи, а также
проведение опытных работ и анализ получаемых материалов;
подroтoвка и отправка материалов в вычислительный центр на
обработку по соrласованному rрафу, так как в поле обработка
материалов, за исключением определения параметров 3МС и
расчета статпоправок, не велась; выдача оператору станции
ежедневных заданий на проведение работ с указанием методики
и техники отработки интервалов профиля. В случае необходи
мости внесения изменений в методику проведения работ старшиЙ
396
reoФизик сообщал об этом начальнику партии для соrласования,
а затем передавал их оператору. В поле строились схемы oт
работки профиля, нивелировочные разрезы и велся контроль за
оравильностью выполнения работ, заполнения рапортов, журна
лов и друrих документов, а также за идентичной работой
источников, которая проверялась утром, перед выездом на
орофиль, а в некоторых случаях и в середине дня. Материалы,
направляемые на ВЦ, содержали подробную информацию по сис
теме наблюдений об особенностях отработки профилей, коорди
наты точек излома, значения статических поправок, нивелиро
вочныe разрезы и друrие необходимые данные. По получении
предварительноro BpeMeHHoro разреза обработчик направлял еro
в камеральную rpуппу полевой партии, которая находилась на
базе экспедиции, для оценки качества материiiЛОВ и выбора
дальнейших процедур обработки. Окончательная обработка
материалов . сост'!.вление о!чета проводились на ВЦ экспеди
ции и каме альнои rpуппои партии по завершении полевоro
сезона. В оле обработка материалов до уровня получения
временных р зрезов не проводилась.
ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
Обработка материалов, полученных с источниками rCK,
проводилась по стандартному rрафу, обеспечивающему получе
ине временных разрезов. Несколько большее внимание было
уделено подбору фильтров на завершающем этапе с тем, чтобы
улучшить разрешение близлежащих отражающих roризонтов. Об
работка материалов вибрационной сейсморазведки предусматри
вала корреляцию данных и также в целом выполнялась по CTaH
дартному rрафу. Применялись предварительная фильтрация про
коррелированных записей в полосе частот управляющеro сиrна
ла, режекторная фильтрация на частоту 50 rц, предсказы-
вающая деконволюция с интервалом предсказания до 100 мс
И затем полосовая фильтрация. Примеры предварительной и
Окончательной обработки материалов приведены на рис. 114.
Этот временной разрез характеризует в целом качество вре-
менных разрезов. Из них следует, что ордовик представлен
наиболее четким и непрерывно прослеживающимся roризонтом.
Друrие rраницы уступают ему по надежности выделения и He
прерывности прослеживания. Поверхность фундамента xapaKTe
ризуется наиболее сложным и наименее выдержанным волновым
пакетом.
Особое внимание было уделено обработке криволинейных
профилей. Практика о показала, что при значительных уrлах
ИЗЛОМа (более 30 40 ) и их числе большем, чем 2 З на pac
становку станции, необходима дополнительная коррекция кине
матических поправок. Без нее качество материалов на BpeMeH
ных разрезах оказывается невысоким, и отражаюшие roризонты
397
t,i{ JV ?!":;/ ' i } !/)i' I ; I \ \ ': }': ; f :. : ,: ; i:,: jl:' II:. ':.'"
J t - i о'. i : /. ' .':'; t , . 1,' 1.: '.' J. :. ,{ 1_ 'iO l . . ( 1 t;
" '; 1 '."1'" .", "1. '; ,. "./, ,. . , :. , "'j'
. :.':":.'tl."1 'r;:f" I .!; , : i';t" .i':f.';'il [ , <си ,;",',.,
" I ' l t:fI<...j-iЬ: t.(.:(,I-f j .j l ",ff/'i' , ; :. .!;. i /.' i / ,;!,
-: f J. i ..':. . -.:.. J t \ 1 . . 1. :;.:.- : t. : ..; . . .. . . :.f. :'''",'''< _ 1 . ..
; f {l,H:( I ,!i, j!?'tt f " '(:';in>';- , i {f; ( .,E ;J(:' "t t'il !/ [ //'. .
, .;. ...;: . :'i.:. : : :.! l>..'.'!! ..\'1;... : t's l './ , ' _)/. :. .-i -".: . .'
1 / 1 / ' -..,,;'" !., ,'J, i ,. , !i'.:""I'" .c. ,-, " j' J ', .' '.'.'
(..,} .'j'f, t "",,:, '" j '.! f "l j 'i'; ,.; 'i," , J' .; ;,.'
I "..:r ': ti;:_ ''''''I '. t :.; е. : I r....::. i;1 -.-..", ;...;;-.",...".
. , ' .,(. {: . j'- f ' ;.r'!a: 1 ; '. . . j f j; . . ", i= ' 1 -f . 1, ,! .":;. :, ! ' .. :. '.= ;
о) i ,,'I, -- . ',.., .,.. ..." ,J j ".l '
.. . ;1 :i'.i= ',:"';1 .<.,::: Ji': :. i' ".Тh \-'= T; . :
IQ ii ' / ;;{: П{':1' ;Hf l il,r ' :::';.;l'и;1.'iJ ':f/'i/.:
,..I,,' ;,.f'; ' J i' ';" ' ; ! i l ; "i" ' l "" <;.....-о. i. t;r.
,'.' '{ Z ' . 1, ,. ! " ," '. 1',' ,. I .',.".;' ,-:- ". · \ .: " . '. .
{ill " '!Ы/М' 'i {i f ! ii;:! ,.j J.f ?'ijl.:::: k'{ I;:>:/ J
.., " . ;." '. ,-,..1 ..'., ,..1, ,.I;,, , "-".J".
:8o:';rr ; .:<,:... : O; ', '; J .il :... _. O: .. :. .:(r},f.. .:_ - ' i
:/ j "iтt-.i ' , "'-_') f.1 '" '>" I ; f ',.>i' :.::' jl" .,';'-': i t:.
'} -;,)' ,1' ''', , '1,' I j'i! . ;'.. i (;"1' ,.J: .."j' ';:j':",
r !t!y".;'ji,' !IP!( T ) I I H 8:;f \ ' . ... ':з3: i!{. :'
. 1, / \ ; ' / ' , 1 j ,.и.; '" if ,!1 : " о: Н\ ' ,':'!:, , i , (' . !) i '.' 1 , '-'."" .:
11. . _..' О: ' "1 -:. : ; . "О: ; - ; !. . -:. . . . .. - . ... '
I.r) :'1 ':. , .1J;-I<.fi ' .-. ij!::l ,f, ; ' ' : j: ::: . ' i(."
.
C:I
It)
..
"
,....,
о-
N
IQ
:ос:
t::
'"
:z:
о
r--
.....
tI:
.е-
о
Q.
t::
'"
о
;;j
:s:
\с'
.....
CI>
<J
:s:
о
.
е-
.....
It)
"
"
'"
f-o
<:.>
..8 .. . _ ,. \ .. : J i -:. ; {; '. '1: = {i ; 4 :
" f17;-1j;( ,,,;. jj::iji\\ ) ';':1 j .l'.; 1 !.:. r ,",-. ; 1 ::.. .} {::i.:
' / ' iJ'). {:5r :t:;' , (f f i ! J -:! {{ _i ":; (,:..; I . .! : .. ..L
. '1" i ' , ll. / ,'':. ".;' 1' ,', !i' 1t"', 'i'. I ' .,!.' :: , ..; '':i
. 'J :. , . 1,.': - . - ,' , " . "'.' '.' . .,}' ': I .
11',J' '", /',',"'-';1 , !,",l, f.<I:)I'[ r ', '
.j.r....f. ','., '.', i! "1 , " ,. " } ' . J - ') .., "
'.)I \ t{ i ; .,; :.t}<.'_ .f.'. i.' .1 ,;. -' -,..', l :11 : _,
... , 1 :i:)!; 1 'r. J " '.' 1 ; ' i ': : / . ";-. ';' ;J. : ;' i n: :!.-
f J .", / ';" \. t j , , .., . '. ; " .". .'
IЧ( i '. : ; J ,,' .. -,I; 1.." ,. '! i " f '. / ,E> :. О:;
{ , \ 1; ! 1/ -' i. (-'-,,' 1.', [, .: t r 1/.- <., .'.; ...' :, . :
,'1'" . ,. 1.' " . i Е I , ) ;. '1 !," , .', j . . '- . } , i .. .
'!'f L1 1 J ) Y /t'if:!('JI) 4 >l..)j ', , ,': 'f ; : 1 i //-) 1
\ci ',:}.;""'",'" . . , !'.' ! ,. 1;' .",'
'/' { 'fH ...;) '. I : 1 .. , '" Е. 1" . " .!;.' _..., "'i ".' . ': ·
.:' 'с . /; '.l'r,-., : : 1 !,": 1;'; 1.1, . ; :.!.".- ...:
f tf.'j.J '-.' . . ,., " / ' ,.. "" . II. ,!
/., " I . l' 1. . .,' , ' - f ,. .'
. / '!!. , '. <....;'.' ' ! ./-. I '{/. ".'".'i:.' :.
I . ( / ? f с; l' } 1: . а ' 1 1 . '. ., ,.0 I :: I . ... ". i -, .;-
! /I #' { 'tl: 'f. O '; if ' i" :'-ii..:'o: '..
" i" 1 ." '- . ,.' " i I ; I ..' i ,t . ., "' i ."
,::;!'.I' '.:i'1 Jt' l !i ...:; ,.' .:/ ; tJ ;.
, '! I I' "i E II1 .., :!;, !." ; ""'-' , , , ,'..
J 1 - --; -,. .. I .' 1. " , . t : .., . . ,
'. t.ii ' , :/1(':'1=-,., . . '..',";"".': t.: .::. ".
: :'1 (' 1. . ., z l:1 .I: .. f i . . t I 1/.'. . . о. ..6::''''''' " .
."I" , "l , .'..i"1 'j 1. "\'Ij.. ,1 ,;j,"\'!:,,-;:, .. ,l i 1
. , ' / ".'.. 1 ,,1 " .! , . , "" , .:. " ...,:.,;.( >','
.. }: . f l' . . 2. f . f . . ,. j . .." '. I
«1 1 JI, 1 ,..- I ij./.' ;', i :, ::"!" ,,'}:...,...
1 ! { ., ; , ' , ' н I f ; ,', "/",1; . : I J : l' . .- . 1 . .' :. '. i
I ,. . .. ," J .': /, . 1, . ... '.. '.'
.\ :, ,. . - I !, " I : . : t , . ; I ,1 ' ,";.
. \ . : . . . I : ; , .
'"
CI>
\Q
CI>
Z
::
::
CI>
<J
О
с:
ос
о
'"
<:.>
Q.
Q.
Z
::
::
<:.>
..
z
f-o
::
<:)
'"
Q.
е
.,;
It')
t:)
с:::.
...
1)
...t
v
:s:
о
суются в виде отделЬНЫХ, не стыкующихся друr с друroм осей
:Нфззностей. Повторная коррекция позволяет повысить про
TJVКeHHOCТb отражающих rраниц (рис. 115).
Материалы вибрационной сейсморазведки обрабатывались TaK
e с сохранением относителЬНЫХ амплитуд волн, по КОТОрЫМ бы-
JIJI получены динамические временные разрезы распределения
амплитуд, полярностей, фаз, средневзвешенных и MrнoBeHHЫx
частот (рис. 116, 117). Эти данные оказались интересными,
так как они позволили получить определенную дополнительную
информацию и установить, что наличие уrлеводородных флюидов
оказывает определенное влияние на распределения амплитуд
JIQ1IИ, фаз и частот.
В результате обработки материалов получены временные и
rлубинные разрезы, по которым составлены структурные схемы
и карты. Увязка материалов импульсной и вибрационной сейс
мики вызвал . некоторые трудности из за несовпадения to волн
на пересече иях профилей. Различия времен были устранены
путем их у язки С данными бурения и введения необходимых
поправок.
Статические поправки вычисляли на основании определения
параметров ЗМС по зондированиям МПВ, отрабатываемым с им
пульсными источниками. Зондирования ДЛИНОЙ 150 м располаrа
лись в среднем через 0,5 км. Использовались встречная сис
тема наблюдений и неравномерная расстановка сейсмоприемни
ков. Одноro источника rCK 6M, работающеro в режиме одиночных
воздействий, было достаточно для получения четких записей
преломленных волн от поверхности коренных отложений. Прак
тика работ показала, что при работах по криволинейным про
филям зондирования МПВ следует располаrать по обе стороны
уrла излома с общим пунктом возбуждения в точке излома.
8.6.5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ
Выполненные работы показали, что применение невзрывных
ИСТочников позволяет вести поиск и разведку полоrих плат
ФОрменных структур в низах осаДОЧНОЙ толщи в пределах Бал
ТИйской синеклизы. Методика проведения работ OrT, основанная
на применении фланroвых систем наблюдений с выносом 300 м
достаточно высокой кратности инебольшом шаrе между пунктами
приема, обеспечивает получение качественных материалов по
ПРОСЛеживаемости и разрешенности целевых отраженных волн.
Оправдано применение достаточно широкополосных управляющих
Сиrналов в полосе до 100 rц, обеспечивающих реrистрацию
отраженных волн с максимумами спектров в интервале 35 40 rц,
что можно считать вполне удовлетворительным, учитывая ис
кажения волн в процессе их возбуждения, распространения и
Приема. Не все возможности вибрационной сейсмики были дoc
таточно опробованы, так как не получили применения нелиней
399
'\I ,:\: ';::.\,;J:; ,"':':' ;1,' ,:/,', '
)lj)':":'I!;".Y:::'::\ \ :.) ,,\;,
.... ' 1 ' I 1/ i . . , . i; 11' !! '1 'i:', ::: : \ '
..... I . ',.. ' ( ,'" . ' .. '\ '. ,1 . '" 1"
, "",,,,. .jl: ',.:' " : 1 ;." J ',\: ; \
,1 ,f .,.1,1..-,', О'.' .. " ..) 1 .
.j (.' "I" ' ,:/:',;'.i' :;' :\..' ,.'
;.1.,1\1, ,'t',.J;. ,. 1/"1 i '1;:'"
.,.'".:.-;.. ',":;1" .... .: ;,;"', ; / ':, .'
/'. "'",1" ,СО;" ., О J J j ,1', ! ""
.1': . ' , _,} . : ,1-,' ! : ,\ . , }
{ ' ,,,. I ,"" . . I .' ,'1 1 , '1
)1 ",:" . . ,', . \ ./1 ,,'" ,. . i
,('/. .,. ...'" ,'. .; " '.'.1 ,'. :'1 ;, \;. J
.P!:.,;!,:,:,.:lil':'-: ';";::,r,; ./:,3.;;-;',:,;:
t:) ,:!'f!i.' ;."..\1.' . ,j. о,': '\""(1':";
/1.' ,I;:f'111! ;: ',t " / ' j. ; . '. ':,/.:i.'#,
...... ....,', .\( I ".L,'.i ".. .:. '!.
\.' I, ') ' ,1)1..', .".....t;...;. # \'.'
.;: :А; '1 :l; :I:{:, , '::::/'''. '. > ':.. I
{. ' 1 \1;' : Ir'l l !.;':/ " ,/. { 1. t . ;: " ".1. '. .
" / ;. I .. ". t. с 11 . . I .} ;,. '1 .}r)
,; 1. ':,' J:'; I " 1 I .. t .,:, ,\ ,,'
': ..: '.' 1 , . : " '!,,' : ': р, !!. 1,; j:;:" "
' \ '1 ('l/ -'/."' 1 ,{, ,t.. -.:.: ,'\: " "}
,t (I . 1(:"I! .' .", '11' ,', . ,.'..
' I. ' ), , ,...."'" ',"\' )j 11, ',," : \
1:::) "/1.', "'jl,,:J?',,/ "' . . I :'. ! :/' 1 ;: '.
<', ' . ' / ' ' 1 .'1 ,,,1' i ' " '
""'" ./1",';' 1, ,.:." ,Ц. ..'j,' '"il't ',' :
}'/I , " \r' '" 'J'" I . '." , 1 ; 1. J , . '., {.'
"" / '; , ', , '. , ,' ' " I ! 1, ;':( I
. ... . " 1. 1 " . .' .. .
/( .,)", -1' '" ',' \ II ' .: .' . .\ . .
,,:,,;, ::',,!) ;,','; ." ::,!; и" ':": 1
1//.-,..."."'1':'..'1/.' ,,,' ",','
'1:;!,f' :1- ':'; [,' : 1 "'; );' .' "J;::'t\
:;,'\.1 ) ,;;.,,,":.1, I ':"; \ :, ': ,,;;,:.
. ',"11" !t""': I' . I! ;,!/" a «"
':Jf;,\ '((':,.:!I\':' ",,\ \ t. ,' :',1.J', 'fl
'" .'1',,:'.':'\.\\1,";: .,; \ '\,,',H\.;i.
"1 ,: "';J ; \ ; 1'.') :/,\ 1, ',' I \ ': ' \ ..,. ""\'
',1.')(', j' ! '/': , " ,.1 ,.1 ' , ' 1\'" .
'1;:, " 1 ' .} , 1 11 " ) I i ," I :. , i,
:,'\. (, f "'1 I l l t t .'!t. (.
:.; '0 , ,: ,',' 1: 1,1," " ' :I:'/!" ,),
1"1 '/1" ,. , ' " .' ,,' 1 111 '., \ ' ,
',/ 'JI( ';I' '; I t, '", .'::: " \JJ: :.
,<.1) 1" '.\,,'. /" " ,.1",- ',)1' ",'. ..,
" , '('" .," 1 " ,', ,,' .J " . .() "...:,:,
) ,,,':':'.i::" I ', I!'\, , ; . / N 1I : i " 'fI( { ';)\; !""
., lI' , \ . ) 1 1. _ 1 '" .) 1." .
"',' .. ) I ' .! '1 '.. 'п" , ",,;
""\1 '1/., 1 1 ,'/ j ' l ;,' ..,.! / \ ', .,'I"",.f.t..r
1,:' ,,".' ,} ,"', ,'}., i .' о,\;.:';' ,'. !
;.:;,,' , .1)' ."', 1I I i':' \ ' ,!",' ,Чi'
1', ',1'. 't. I . '. I .I ",:' ,'H,,'/,.II:
., i ' " " 1 '1 1. \' \ '"
, ' : о, ',,( I ,1 1 ' \ 11' . t, ',. ,;
,1\.,," "1 ,j I I t .; i!..,. I.. .;,
,,"/}"' \ ' I ji:'I,..,.\/I}"
',,}. " / ' 1 ' i} -. ,i ,.1 ',11
:i l "" , " ' ' ,:i,I; III ,I/\':,
,,;1(. ,!,'.I!; lI:ф ';:,;, ,,1':.:,
': Ji,:: '.. 11: ,,' ',',:.. ,:.1:,;.;
...." " , '\ , ' ,1' , ':' "
I 111' '...."
::i. . ' 11. ,; :..
t! I ':: l' '::.
t;)
t;)
..:-
t.,
...
!r) ()
...'-.)
,==>'
4 '11'i..J' ' ''9. <-i J 1
J l i ; o 'r ;l } ':: : J ':qj:' li '" r
· .' "II1" "'oc: il t.-' :""
1) I ШЩ j :r.}':J f i:i.:: lt] I ';! '
il !J, ( ,, " 1 Ч1 'и !
.;':.1 : l;ft.ч:r .,( ;, ': "I I ' i
. :/lU /"" .'1', 11:' ,I
! ijJ .,(tr. t''' i/t i/ ,а; . jj
[(f:щ,..)!.: I" ::St' ,,V). , .,tt
M. 'r? '.fij)1.i . .'lf' ' l ' ;t.. '
'!fJ""'lr//l l,o'!1'f I :M"": 'Д;! '
" (1t j '-L fJ.i :l. \I li '..
(: lf! }{"' {Y!." \., Jf.):..\!
.. ' f; ," "О 'f."';. Ц !.". r:'It
; 'I 7. ,{ щr.t [
, .Jl. о. ,. . ) ,Д: и
: I !H ' : ig G :i ff Д lli
. t rв f1 ( I,!f f: (;,tr }rз':r
i f I I r/l !l,jл iИtj" '
'rj:l1 rr,t Jn,п.!;, 1\J....., [ :IV
f iifIiщ!\ У&1 1 t 1
11 ) f щ \r: 'iШ '\ir }r
1 1' 1 ! \ 1 f'Й У. 1 Ь j : ) r J l\lt fj
I " ;'l lti ! { .t f / .J
. , IIH I ' ' I J.'qy
.:,i (; . :} : ] / :; т '/' I H J.
'M )\ P :,' 1 / ' Ш I :1т,.(.
.\ ; Ш\f;J \I.IIМIJ.А I ll IJJ*1
OQ :i Шi :n Й f tК S .liN \ ' ! ;.o: :\! 1.\ :?ii 3
ffJ:}j'У;'М k:- j f \ 0 \J!}t< \:.
: f(g1?ttlW 1. \ ы:;[;::?
'.IL " ,1IfJ 1& ,/ H jit {f 1 ' \ ,( I ' \ ' ':,;. ;j ,:
\::) ":-"I. '," 1. П \О" .1 I '! j >\.) ' . J
)1/,. 1. ' / /' ( ' 1 1 , 'H "
4;f.>iA°}ff (;.; ' 1 HI':; .\<
\,и, I'"....J ,.z , \..,. .. C'tJ
It) с:> ...,
t:)' ' ....'
26 Заказ Н, 2202
J ,,' " '. 1" ;; ,: ..:' ", ,: ,':
," "r f )" ' ".) :,. .' .
. ',' H ' i I ., ' I ',;.:: :' . . , ".' . '1,..: :. .'
j /l,'I J 'Ji\! I'I'ii:.'.";' ',1:: '.'("..':
I } . }f; J'!'f(:JJ ;')' ('\ ) '.,. . 1"/.1 i ,и ,:-'
i И 'i' f 'i :...'JVI: //",\,.' "1,,,' ''',
U( и l _,, ,.'/ ,1, \ , '..' ;,: .
, 1. 1.)' ,:-./,' 1, ':r)l ,; ,
, ;/ ' ) jHlt1JI ':,,):t,;' '1j;)(/}
.,' r.' \fi '10M:II(/; 1", ""е , ',I,
'.' ,li(# 1 r'«щi1}i'Ч ' 'U,
',' ' i 1j t, & lf )J;;;fi jM, '
(Ш }r;,\I / I,/i",.,),',I', \1' ,
r:'/PI/! ,t',t ',i'IJ;'I',r ,,:
,', j' m ' '!"'/I * ,{: ":'''''';f IH\!;,'!/i''>!
1. 'A' " "<I !: "'r," " ,",
'\ , { ' IJ)I r 'I);', ;iJ,,'1ii:,/':;"C:,'
,} " f' ЛРi 1 \:,;;!/, ф .,;:/;i :I;-i;'
\ ' iY/ \ ' J:.r l I 1 "::::I'!I J '): I ('i ..;.,:I!
5 \\,i 1 ) I ?i;i. и АII ;I:( [; 1 liiIJ :;,:
1:i!.. ; , 1) (iJ }/"lljl.j'; r.I"1\J t \; . .'
(/А,II,'1(/ : (+,:/I \':' ,;1",",:;::::
'),.II,, ! lf/!J 1 ', { I\,...f" ' 1\ '1: " ","
")J) f: { tL rr'lll 1 11, I 11 '/1 " ..
(I ' ,, N ( J: ',1';. iii: I (/ ;:/o,J..,
'li{J Mi l, 1, j(., ') ,"',' :f" , " I
,;,.; II; 1f,j /1/ ,,, !-1" , ',' ') '. .., ,'. '1
,,.' If .:t' \)t),\,"11/1:I(f.,,' '\.. :,/1' :
1!rт ;;?I' f f;ji, ".;, Ц',lф:; i i ;';
,,}lti J @ I.!f , : l ,i s :: j 1 , \(': I' I ' , ;\: :;i' ,:
\ Q 1' )' 1'\1' "'1 ' " '/'"
fMNJfAi\ fpi//,'I"it\ : Jjl} з;{!,)::
' )' 1\;j \t,( . o{V);;I" I :'; : \\':1\ i 1 \ 1 )k ;:
I ti ni: ( 1 {' j ll:I/;\' !);)r \ Ii'i: ;'/'
l' (i! ? :\.,1'\' II,,\,!lj(i" ,', \(\!Ir" "
\' !r 1 "I;",i.ij( I ::::( j ' (1' :'\);' 1 1,\,\1,' ,',
. " '(/'( ,.\., " ,'" '.' ,',,...
( :l/f\,\! ? '" ',,,f\ , ,.,.I,'.'f(fJr-. \ t(.\' ...:" r
,(v'.i",I"""',I,I,,'," :', 1_ 1 ' ',{ I " '.
\i' с," .' jl) J 4 \' ' , . t' I '1 ,. 1', t -,
\'; '!! ,.' /';N ',; I ,: 1;, '! ".,1: . , '
, ' 'J"f/ll;./I 1; ,I ,t; 'I(II' " ';.
' } l lI /' , ).' " 1: ;, ! :: I " I ' ' 1 1, . \ . '\ 1, : j , " :.' : ' ..'
\ f"t".J,. J ,. 11' , J .
'1(:'r 1( ( ' ','i; j',"'I"::'" ":i,';/J
:(//'(;-;', I,!i",:: :J ', ,':\ 1,'11" '
f:"itJ) ',)f: 1" ',J, :\,;_ '..'.:',
" / f. ''1! ','.';',' ',1\1; ,,' ; I ,'"
1'.'1 / ;'/ 1 ,;11.,1, J",'I!',:,.. ,",
I I r f I ' I .. , '
: )., /;l/I,',J\t'll I 1'1 1,"
. /)Ij ,: :<I J . ' ':",: I I >I,, ',J
' : ,t ',';: ' , , ' 1:.11, ! ,
: ',', : '.;, ' ,О.
""
t;)
....
::а
'"
8-
'"
os
Q,
:t
.. о;
.:s; о
'" =
'"
i.&
= :s:
.., о)
:I:
Ir-, U.
.... ...
'
о....
06,
о 1>1
= а
:>< 1::
::а 1>1
u
::
=
;>,
:1: :Е
Q,(Q
'8
"t
.:s: 1:'
о :s:
2
:s: os
:><
= ::а
:1: :t
"t:t
.... с
.:1
о=:
;>, .
..,
'" <:1
p..
. )
'" :t
=
.
8-
р.. =
:.::
r:::
f;; t c:r :r
1<) ....
.::,- 10) L.
uc:
I:::t
""'
t!
2
е-...
"'1 1:::It:::>\::)
t:::>t\j
t:::>
с:::, t\j...,. ....
с:о
t:::>t:::>1::I
t:::> .::t- 10
C\I
... 117. Спепры orp8Женных волн (1) и распределение чacror (II) по од-
fIJ1I6Y из arpaбoтанных профилей:
6, в, l окна анализа соответственно 3S0 4S0 мс (девон), 700 800 мс
foрдови к ), 7S0 8S0 мс (кембрий) и 900 lOOO мс (поверхность фундамента)
вые развертки, которые моrли еще больше повысить разрешен
JP)CТЬ полученных виброданных. Заслуживают внимания материалы
JlDf8МИческой обработки, которые после их увязки с новыми
даннЫМИ бурения MOryT стать неотъемлемым этапом обработки и
интерпретации получаемых данных. Эти результаты важны по
тому I что среди сейсморазведчиков бытует мнение, что данные
вевзрыВНОЙ, в том числе и вибрационной сейсморазведки, при
NЩНЫ только для структурных построений. Полученные MaTe
риалы оiIроверrают эту точку зрения и позволяют вести дина
мическую об ботку, по крайней мере, в условиях Балтийской
.сииеклизы, арактеризующейся относительно небольшимИ rлуби
нами залеr ния целевых roризонтов. Непосредственно rеоло
I'Ические результаты работ сводятся к тому, что был изучен
об й структурный план исследуемой территории по поверхности
фундамента и отражающим roризонтам в кембрии, ордовике,
силуре и ордовике, а также выявлено, оконтурено и подroтов
лено к поисковому бурению восемь локальных поднятий с амп
литудой до 25 м и площадью до 7 8 км 2 . Почти все структуры
осложнены разрывными нарушениями по фундаменту, а иноrда
Jf по ордовику.
Заканчивая рассмотрение результатов применения невзрывных
источников, следует отметить, что их возможности еще до
конца не раскрыты. Имеется еще целый ряд методических
приемов (нелинейные развертки, одновременная работа rрупп
вибрационных источников и др.), применение которых позволит
повысить эффективность невзрывной сейсморазведки в условиях
Балтийской синеклизы.
.8.7. РАЙОНЫ КАРАКАЛПАКИИ - ПЛАТО УСТЮРТ
СУДОЧИЙ пРоrИБ. АРАЛЬСКОЕ МОРЕ, ,
ХОРЕЗМСКИЙ ОАЗИС'(РЕСПУБЛИКА УЗБЕКИСТАН)
8.7.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ
Каракалпакская. часть плато Устюрт включает две различные
тектонические и морфолоrические зоны, разделенные в рельефе
ВОСТочным чинком Устюрта - уступом субмеридиональноro про
СТирания вы сотой от 90 до 200 220 м. Чинк иrрает сущест-
" с - ба
еисмические ра ты в этих районах проводились сейсмическими партиями
rm "Спецreофизика" под руководством Р.з. Ченбарисовой.
26*
403
венную роль при проведении работ с поверхностными невзрыв
ными источниками, так как оказывает влияние на технолоrию,
методику и производительность профильных работ. Первая зона
в тектоническом отношении приурочена к Куаныш Каскалинско
му валообразному поднятию, характеризующемуся значительной
дислоцированностью осадочноro чехла и наличием в нем ло
кальных антиклинальных структур с. промышленными запасами
нефти и rаза. Залежи имеют линзовидный характер, что за
трудняет сейсмические поиски и требует высокой разрешенности
записей. rpYHTN довольно однородны и представлены уплотнен
ными рыхлокомковатыми суrлинками. Рельеф в основном paB
нинный с превышениями :t15 20 м, в пределах чинка до 50 м,
ЗМС практически отсутствует на плато. Сразу от поверхности
залеrает слой мерreлей и известняков с V r == 2200 2700 м/с.
В волновом поле доминируют интенсивные и поверхностные волны
(псевдорелеевскоro типа) с V K == 650 1050 м/с, Л К == 20 50 м,
f == 16 25 rц. Вторая зона включает Судочий проrиб и Южное
Приаралье. Поверхностные условия более разнообразны с частой
сменой состава rpYHToB: такыры, солончаки, пухляки, бар
ханные и дюнные пески. Изменение влаroнасыщенности и связ
ности rpYHToB в значительной степени влияет на условия
возбуждения. Поверхность осложнена участками кочкарников и
довольно оБШИРНЫХ трещин, поэтому пришлось использовать
бульдозер для проложения poBHOro профиля, что особенно важно
для вибраторов. В целом, rpYHTbI этой зоны достаточно блаro
приятны для невзрывных источников (НВИ). Верхняя часть раз
реза имеет двух трехслойное строение и включает в себя зону
малых скоростей мощностью 20 40 м со скоростями V == 400
600 м/с и область пониженных скоростей с V == 1200 1800 м/с.
Основные помехи связаны с поверхностными волнами, имеющимИ
V K == 300 500 м/с и Л К == 10 40 м.
Осадочный чехол представлен меловыми, юрскими, пермо
триасовыми и палеозойскими отложениями суммарной мощностью
до 4000 6000 м. Особенности разреза: частая смена фаций и
литолоrии юрских отложений, даже внутри одной площади; KO
сослоистое залеrание пачек отложений палеозоя; наличие ИН
версионных структурных форм, связанных с промежуточным
структурным этажом.
Целевыми roризонтами являются rраницы раздела в юрских
отложениях, залеrающих на rлубинах 2100 2800 м, в которых
зафиксированы мноroчисленные нефтеrазопроявления. Полевые
работы с НВИ проводились в Судочьем проrибе с целью поиска
антиклинальных структур в юрских отложениях, а на плато
Устюрт с целью повышения разрешенности данных вибрационной
сейсморазведки для выявления неантиклинальных ловушек нефти
и rаза. Отметим, что проведение работ с применением взрыв
чатых веществ или невозможно, или сильно оrраничено в силу
различных причин. Работы с НВИ были выполнены в течениС
1982 1992 rr. и носили сначала реrиональный, а затем поис
404
ковы й И поисково детальный характер. Изученность этих райо
80В сейсмическими методами невелика, а НВИ до этих pa
бот вообще не применялись, что и предопределило характер
8J111Iолняемых исследований и сравнительно большие объемы
oJIыныыx наблюдений для создания промышленной полевой MeTO
ДIIКI!.
Полевые работЫ выполнялись сначала с импульсными (rCK lO,
rcK 6), а затем с вибрационными (CB-5 150) источниками.
Реrистрация колебаний велась, соответственно, станциями
"проrpесс 2" и "Проrресс 3". В целом источники и сейсмиче
екая аппаратура работали стабильно и обеспечили получе
ре качественных первичных материалов. Вибрационные источ
вики работали достаточно стабильно со средней величиной
коэффициента использования К исп = 0,87. (Под ним понимается
отношение фактическоro количества работающих вибраторов в
rpуппе к KТНOMY') Управляющий сиmал записывался на
втором и 48 , а затем только на втором каналах сейсмостан
ЦИИ. Коррел ция проводилась, как правило, с рабочим управ
ляющим си алом. Однако в ряде случаев возникала необходи
мость корреляции с управляющим сиrналом, синтезированным на
ЭВМ. При сопоставлении материалов, прокоррелированных с
рабочим и синтетическим управляющими сиmалами обнаружилась
разница во временах реrистрации волн и форме записи коле
баний. Временной сдвиr составил 20 30 мс в сторону увеличе
ния времен при корреляции с синтетическим сиmалом. Отсюда
был сделан вывод о том, что если в задачу работ входит
построение структурных схем и карт, то целесообразно про
водить корреляцию или с рабочим, или с синтетическим управ
ляющим сиrнaлом, определив предварительно возможные BpeMeH
ные сдвиrи на участке профиля с хорошим качеством oт
ражений.
Устойчивая и надежная работа аппаратуры обеспечила
высокую производительность работ, достиrавшую при работах с
вибраторами 80 км профилей в месяц по 24 кратной системе
наблюдений MOrт.
В процессе проведения работ решались в основном CTPYK
турные задачи. Однако хорошее каче(.'Тво материалов, получае
МЫх с вибраторами, позволило получать дополнительные данные
по характеру поведения отдельных roризонтов разреза (He
соrласия, нарушения, выклинивания, клиноФормы и т.д.). В
районе работ наибольший интерес представляют нижне и cpeд
иеюрские отложения, в пределах которых линзы песчаника
насыщены нефтью или rазом. Эти особенности разреза OT
ъ..ечаются на динамических и кинематических характеристиках
Волн и на наблюдаемых волновых полях.
Основанием для постановки рассматриваемых работ были
общеreолоrические предпосыли,, а также высокие оценки перс
Dектив нефтеrазоносности отложений Судочьеro проrиба и
Apam.cKOro моря. Постановка работ с невзрывными источниками
405
диктовалась невозможностью проведения взрывной сейсмораз
ведки в районе, а также высокой эффективностью этих излуча
телей в друrих районах республики.
Проведению площадных, поисковых работ предшествовали
подroтовительные экспериментальные и теоретические исследо
вания, которые включали:
а) расчеты характеристик направленности rрупп приемников
и источников для помех с различными параметрами,
б) моделирование трасс по данным ВСП и каротажа для оп-
тимизации параметров управляющих сиrналов,
в) изучение волновых полей перед началом работ orт,
r) рекоrносцировку местности С целью выбора направления
профилей с учетом возможности их отработки, получения Ka
чественных материалов и решения reoлоrических задач.
8.7.2. МЕТОДИКА РАБОТ
8.7.2.1. Опытные работы
Методика работ строилась на основании имеющихся данных о
реrионе, результатах теоретических, модельных и экспе
риментальных исследований с учетом особенностей используемых
излучателей. В целом методика работ соответствовала основ'"
ным положениям невзрывной сейсморазведки и предусматривала
изучение особенностей наблюдаемых волновых полей, опре
деление оптимальных режимов работы излучателей, систем Ha
блюдений, интерференционных систем и Т.д. на волновых
зондированиях и коротких отрезках профилей. Волновые поля
изучались на зондированиях, которые отрабатывались по CTaH
дартным схемам: неподвижная расстановка одиночных или
установленных в точке 6 12 сейсмоприемников с шаroм 5 или
10 м и перемещающийся пункт возбуждения. При работах с виб
раторами использовалИСh широкополосные сиrналы полосой от 1 О
до 80 rц. В ряде районов оказалась эффективной отработка
зондирован ий с двух фланroв. Такая система наблюдений
необходима на площадях с резко меняющейся верхней частьЮ
разреза, что приводит к зависимости характера записи,
качества материалов и параметров помех от взаимноro рас-
положения пунктов возбуждения и приема колебаний. Зонды по
изучению волн помех отрабатывались при изменении сей-
смоrеолоrических условий, число их в Судочьем проrибе и на
Арале доходило до восьми на каждую площадь исследований.
Столь большое число зондирован ий дало возможность выявить
закономерности распространения волн помех, изменения их
параметров, соотношения сиrнал/помеха и друrие данные, KO
торые в результате позволили оптимизировать методику про
фильных наблюдений применительно к участкам работ. На местах
406
1,0
6-ЛU)l(НIIII KaHlUIbI (1 21,)
1,5 2,0
IlS
(;";,: i I!!:!tj lho ,3,i.,n;i, '. ;. ;:й;( ,'
r.:. ....: Д } t ' ;: : j li;':Л)( ....".,..::,:: [ н , : i. j
l'" .:".-<:::= \'!:":'_ ;:!:::'Ф.f.:;t";J', :-',:,,::,: :. i.,:;ii..', : :...:..; :}",:, k-7" "- : =:o.=
: Э:t}J Jf ; 1;(Яii,tЬ; kiJ z;;l(&':,; ;;E.,: 'E
";i ;,; :i;!i' ;{<. "'/:""{.';::}'; '" л.: r .:? {:.,'. У; :
l; 7.; [i: ; ' :' :{: ; ;;:;;\, . }':' ;' :'; ;;;. ,;.:, ".
_::::. .\;, .'0 :, :. :':'::',' :. ] !' -"_:!' . ':, '.:'. ,.r: ! r "I '! ': O' ' ! I' а'.. ":. ':."Y'- j .} . :'. .'. . ,_ . j
1 ' : ' Ш l tt :!1'?\ \Д& :[::;I,j;':;.;.,: ;\, (".': :";' ':'
О. .' ,_," .....I) .. .:.c .... ..._ ..\У-... :.'. ' '\."" .:: .,'.-:' О... ,О ....O -:: : _.. . - о
}i; "i); ;i!;Ш 1ШК . ( У:: Ц\;( '{:':"" :1::'IJ?;'> Т '
1.; .-::. ..:'.::::' ::;:..:.:? :w . , } ::.: x\, :;\ {' :: \iii\\)<:: ,, . :.:;;> {t.:;::::..o о. . ,.'
.' .. -.' , . ." ,,-.. . . . . . I .. . - '\ .. "\ \ о...... . ... . .. - - .. . Т. . . . . f - . -.. . .
о :', -.-'.': :. .. .п;,.'J:':;-'... . '" -... . : ._ .:' :t . _:'o: \ i.\'=: '-::-'", .t.. :;':,:- :! ,:: :o.::_'!.: -':
........ ...,... ,',' ...,.... . .... ..... ........... ..... . .
о. .. .. .,
Рис. 118. Монтаж сейсмоrрамм, ИЛЛЮСТРИРУЮЩИЙ разное качество отражений в
зависимости от расположения пункта возбуждения относительно расстановки
teiiсмоприемников:
R . расстояние пункта воэ6уждения от края расстановки
в
I
з
в
л
з
Рис. 119. Волновые картины с линейным (1) и комбинированным (I/) ynрав
ляющими сиrналами:
Линейный сиrнал 15 60 rц, т 18 с, комбинированный (l5 46 I'ц) + (22
53 rц) + (29 БО rц), т 6 с х 3
пересечения профилей целесообразно отрабатывать крестовые
зондирования для получения представлений о характере и oco
бенностях волновых помех по различным направлениям. Сейсмо
зондирования с реrистрацией отраженных волн отрабатывались
на наиболее интересных участках в пределах расположения
проектных' профилей, а также вблизи rлубоких разведочных
скважин. Целесообразно и эти зонды отрабатывать с двух
фланroв для уточнения особенностей волновой картины и выбора
фланrа для отработки профилей.
В качестве примера на рис. 118 приведены монтажи сей
CMorpaMM, записанных с противоположных фланroв и иллюстри
рующих разное качество полученных отражений в зависимости
от расположения пункта возбуждения относительно расстановки
приборов. При работах с вибраторами зонд отрабатывался с
двумя тремя управляющими сиrналами, один из которых BЫ
бирался достаточно широкополосным. Применялись также узко
408
JJOJIOCHbIe сиrналы, особенно на начальных стадиях работ. Для
оцевк и возможности повышения разрешенности записей опробо
J8JIllCЬ нелинейные и комбинированные управляющие сиmалы,
pыe дали неплохие результаты. Один из примеров улучшения
качества материалов приведен на рис. 119. Оно обусловлено
r;овцеитрацией энерrии в среднечастотной наиболее информа
тввной части сейсмическоro диапазона, а также снижением
уровня орреляционных помех за счет сложения корреляционных
ЦИИ и уменьшения длительности управляющеro сиrнала.
Материалы сейсмозондирований позволили определить ки
вематические параметры, спектральный состав и динамические
особенности полезных и мешающих волн и оптимизировать Me
ТOДIIKY профильных наблюдений.
Большое внимание при проведении работ было уделено конт-
ролю за работой источников. Для импульсных источников rCK
Jl3У:= имо ь амплитуд возбуждаемых волн от номера воз
действия в ной точке А = [(п), объема рабочей смеси и Be
ЛИЧИНЫ прот водавления в демпферном объеме, А = f(v, р);
синхронность работы источников;
влияние поверхнос ных условий на качество материалов;
влияние температурьr окружающеro воздуха на работу из
лучателей.
Для вибрационных источников определяли:
стабильность отработки частоты;
синхронность аппаратуры;
влияние поверхностных условий на качество материалов.
Результаты опытных работ, основанные на анализе Ma
териалов, показали следующее.
Зависимость амплитуд волн от номера воздействия наиболее
значительно ПРОЯЕляется на рыхлых, солончаковых и насыпных
rpYHTax. Отношения максимальных и минимальных амплитуд волн
Атах/ A min изменяются в пределах от 1,5 до 2. Полученные
завИсимости А = «n) носили типичный для rCK характер и
Позволили для каждоro участка выбрать число воздействий,
обеспечивающее наилучшие условия передачи наrрузок {'рунту.
Синхронность работы одиночных источников и их rрупп
определялась по значениям расхождения времен между MOMeH
тами их срабатывания и началом кодирования данных на CTaH
ции. По даltным мноroчисленныx наблюдений среднеквадратиче
ский разброс времен 8 = 1 ,5 2,0 мс, что может считаться
Удовлетворительным для волн с максимумом спеК'l'ра на частотах
25 30 rц. Абсолютная величина задержки времени между началом
кодирования и срабатыванием источников составляла 65 70 мс
для станций "Проrресс 2,3", что учитывалось введением соот-
ветствующей поправки при обработке материалов.
V Оптимальные режимы работы rCK 6 составили: объем смеси
1 7 = 40 45 л, давление в демпферном объеме Р 1 5
, ат ( 200-227 Па). '
409
Анализ материалов зондирований, изучения зоны малых CKO
ростей и профильных работ показал, что характер поверх
ностных отложений оказывает определенное влияние на уровень
и частотный состав возбуждаемых волн. Было установлено, что
на плотных rpYHTax (такыры и уплотненные суrлинки) спектры
волн концентрируются в полосе частот 20 30 rц, а на рыхлых
песках, "пухляках" уровень энерrии падает и спектры CMe
щаются в сторону низких частот. Установленные закuномерности
привели к тому, что при обработке материалов по определению
параметров ЗМС оценивались амплитуды и видимые частоты за
реrистрированных волн, по значениям которых делался проrноз
поверхностных условий и корректировались параметры воз
буждения: число накоплений, количество воздействий в одной
точке и даже расстояния между источниками. Аналоrичные pa
боты и проrноз методики проводился и при наблюдениях с виб-
раторами.
Надежность и устойчивость рабоТЫ rCK 6 и, в меньшей CTe
пени, вибраторов зависят от те пературы окружающеro воздуха.
При низких и высоких (t > 30 С) температурах источники ра-
ботают нестабильно, что влияет на качество получаемых Ma
териалов. Поэтому наиболее важные, с точки зрения решения
reoлоrических задач, профили отрабатывались в наиболее бла
roприятных температурных условиях, которые имели место
в мае июне и сентябре октябре.
Скорость развертки частоты у вибрационных источников
отличается от линейной в среднем на 3,0 3,5 rц в средней
части сейсмическоro диапазона. В ero краевых частях откло
нения MOryT быть более значительными. Наиболее стабильное
и закономерное изменение частоты наблюдается в полосе
18,20 45,50 I'ц.
Синхронизация блоков развертки rcp обеспечивает ка-
чественную работу оборудования, за исключением тех случаев,
коrда отдельные ее узлы выходят из строя. Тем не менее воз-
можно появление временных сдвиroв до 5 10 мс на низких (до
15 rц) частотах, при реrистрации управляющеro сиrнала на
служебном канале.
Для выявления возможных нарушений в работе rрупПЫ виб-
раторов и в соответствии с принятой системой контроля
проводился ежедневный контроль идентичности вибраторов.
Визуальная оценка работы вибраторов сопровождалась затем
построением rрафиков стабильности отработки частоты А чх
вибраторов. По этим материалам отбирали наиболее идентичные
вибраторы по А чх, обеспечивающие синхронную работу в полосе
рабочих частот.
Параметры управляющих сиrналов выбирали исходя из Ha
блюдаемой волновой картины, частотноro состава полезных и
мешающих волн, а также принятой дискретизации сиrнало в
сейсмостанцией. Нижнюю частоту развертки приняли равной 15
20 rц с тем, чтобы ослабить уровень поверхностных волн. На
410
раТО Устюрт приняли fmlП :. 18 rц, а в пойме fmln :. 16 rц.
верхняя частота была оrраничена 62 rц из за принятоro интер
J8JI8 дискретизации в 4 мс. Выбранная полоса частот от 16 до
62 fц обеспечила получение материалов достаточно хорошеro
dчества. Тем не менее применение более высокочастотных и
вeJIIIнейных разверток позволило бы, наверное, повысить раз
pelПенность реrистрируемых волн. Определенный объем работ
.IIIDОЛНИЛИ с узкополосными развертками, в р зультате чеro
бкли получены спектральные оценки основных отраженных волн.
Выла отработана полоса частот 16 60 rц сиrналами с М :. 6
8 fц и шаroм 4 rц. Результаты одноro из переборов приведены
на рис. 120. Из них следует, что верхнеюрские отражения
четко выделяются на сиrналах со средней частотой З2 З6 rц, а
IIIIжнеюрские и доюрские на частотах 20 24 rц. Среднеюрские
отражения плохо разрешаются и прослеживаются лучше на
частотах З '48 I'ц, что позволяет предположить их более
IЫСОКОчасто ный характер. Перебор узкополосных сиrналов
можно зам нить реrистрацией колебаний с широкополосным
управляющи сиrналом и последующей корреляцией зареrистри
рованных колебаний с узкополосными сиrналами, скорость из
менения частоты которых равна исходной.
Длительность управляющих сиrналов выбиралась из условия
получения наибольших отношений сиrнал/помеха. Опытные pa
боты показали, что наилучшие отношения сиrнал/ помеха при
rpуnпировании ДBYX Tpex вибраторов и частоте развертки 18 61
fц наблюдаются при длительностях управляющеro сиrнала Т :.
- 8 10 с (рис. 121). Дальнейшее увеличение длительности
cиrнaлов не приводит к повышению ЭТОro отношения.
Опробование разверток "вверх" и "вниз" по частотам по-
казало большую эффективность первых. Для разверток "вниз"
характерна меньшая стабильность отработки частот в пределах
заданной длительности и полосы частот сиrналов.
Эффективность накапливания зависит от стабильности работы
излучателей (rCK и CB 5 150) и сохранения фоРМЫ возбуждаемых
колебаний, которая определяется условиями на контакте плиты
с rpYHToM и ero поведением под действием динамических 'на-
rpузок. Выбор оптимальноro числа накоплений производился по
анализу полевых материалов и результатов их обработки.
Обобщив полученные данные, сделаем следующие основные BЫ
воды:
наибольшее увеличение интенсивностей волн и отношений
сиrнал/помеха наблюдается до 4 5 накоплений, затем рост
замедляется или прекращается (рис. 122);
вибрационные источники обеспечивают более эффективное
IlaКОпление сиrналов, чем источники rCK;
эффективность накапливания зависит от характера rpYHToB,
080 лучше на уплотненных и увлажненных илисто rлинистых
rpYHTax и в зонах такыров;
411
1 2 3 t,c
52 Ба 5Б
48 5Б 52
4ч 52 48
44
40
З2 40
28 36
2" за 28
20 28 21{
1S 2Ч 20
16 60 38
Рис. 120. КоррелОl'раммы, полученные с узкополосными управляющими сиrна
лами:
52 60. 48 56. ..,. 16 60 rц полосы частот управляющих сиrналов, 56.
52. .... 38 rц средние частоты управляющих сиrналов
(J
f!щ II lf i "l\f, ;J fК }
@ jfifilfi1 "с ШJЙ11 [Jf 1 l!
Ъ1i;!lмi t'&1;.€t iJl :ш !t!! l&
'.' -'-У. ''iI''''' \\'.)\''''''''- ''I-''_.'''''' . . ._. '__l._.__.._". .", . oA_
(f :;;"". '.:(':'7.'L1' /5f \.;.;:.:f.i.::: .{. 5 .i-::::: ;.: .:; ':/e: ...: . . =.: : ".: - -:.......v..
о'., .1...... . . . - ,.. .. . а._. ... ,. -с ./'.0. . _..."........ , ._ , ."'. .....
....;.;.:.."A...,..a..1............I.J,........'-...,..............а..,... ..".. ....... '-..:........ ... ....f'.. '. ''''.' .
...........",........... ........... ....../"-.............. ..... . . '....... .. ...t...... . ........I..& ....... ........... ...... .
. :........,... .........1""'''''''''i.'1"::':-i'. \''',''. .......: ..... ,АУ" ...110......_...... ... .....::.."....... ........ : ..
: f$ I f. & rfrдщ :;;{ й% [{Н!;j :f:%
..... ... .......... .. , ' . .....\-............... ..... ._/..... .. ......... .......... . .... :.
:j.-} :.;. ..;;.:r...... ...:\\ -1'1а-а; ,'I' .' : ::.- .::':'" I .,....;...::. "о'. :.. :,.: .:.. : .t/:. . .f:=: .:.:....' ::......
, ..."s../W..\.'.... .L I..\.._/'. . ...........1. .... , ..... ..../ .. ... ...... .. .. _
:.. ..... .... ,"'1: . :.. . t' ,'. О.' , .. .....';"';.':- ............ ......' . . ...... . . ..... ..'; ... ': . ...... .. .; ..u.'" ---.....--
.......... . l 't\......IIf. .,.. Z.../._" .,. .... .1" "".,. . ........ . . ..".. .... .::.............
....\,_ .1. .H. ,!i\.... h : .. , : .:...: __:.(=.i ::' . " ;; .. ;). 1 '1 .. '; .. :'.:' . :../
1,0 1,5 2,0 2,5 ,С
" Ас/Апом
2,0
1,6
1,!? r
....... I
0,8
6 8 10 12 Т, с
Рис. 111. Зависимость качества материалОВ (а) и отношения сиrнал/помеха
(6) от длительнбсти УПpallJUlющих сиrналов:
1 Т 6 с; 2 - Т 8 с; 3 - т 10 с; 4 Т 12 с; 1, ll, //1 - OT
IIОшеНЩl сиrнаЛ/110меха для ближних (1 24), дальних (25 48) и всех (1 48)
kallалов
*
Рис. 122. Увеличе"ие
амплитуд отраженных волн
(а) и отношений Сиr.
нал/помеха (6) с РОСТОМ
числа накоплений:
1 и 4 ДЛЯ источников
СВ-5-150, 2 и 3 ДЛЯ
источников rCK 6
а
Ar./ A ,
",. '
....:
2 h /! ! !
/ II I
2.
4
Б
в
10
пЕ.
о
Е.н
2
<r
о ж...ж--+-- """""3
,.......х.............. I I
I I
4
о
z
4
6
8
10
п !:
с увеличением числа rруппируемых источников эффективность
накапливания снижается (рис. 123);
оптимальное число накапливаний в среднем равно 6 и только
при СИЛЬНЫХ ветровых помехах целесообразно ero увеличение до
10.
rруппирование источников и сейсмоприемников повсеместно
применялось при работах MOrт. Параметры интерференционных
систем выбирались на основании расчета их характеристик
направленности и уточнялись в процессе опытных работ. Оценка
эффективности опробуемых rрупп производилась по значениям
коэффициента прослеживания К пр , который определялся OT
ношением числа трасс на сейсмоrрамме или временном разрезе с
отражениями к общему числу трасс. Лучшие результаты получены
при rруппировании 24 сейсмоприемников на базе 57 69 м, з
4 установок rCK на базе 50 75 м в пойменных участках, 4 6
rCK на базе 75 120 м на плато и 3 4 CB 5 150 на базе 50 75 м
с шаroм между ними 25 м.
В целом опытные работы позволили выбрать и обосновать
основные методические приемы проведения профильных наб
людений. Это, конечно, не означало, что в процессе их BЫ
полнения не возникала необходимость корректировки параметров
работ в связи с изменениями поверхностных условий, качества
материалов и Т.д. Но при использовании результатов опыт
414
""
,,'1
:::'1',
I ' i : ::
:'1:':1:1
, :: : :\
: .: ::
. : ' !
,::,;i:'::
..'
"'"
"0'0
'"
'"
""
.....
""
с::;
1' .'<"&': '
;rз:<'!Рf
с:::, .,.r" i;' : :
'). \, :; ,:'
) .. :; : I :
,;; ; :
j':;;:
,:J:
I ';.:1!!
: ' j'
',.)
с::,
"
.,.,
....
,',
,', .
1: ;, ";: I f i
1 1, ' ..
'. :1, :':'; if ? ;
:-.
C:J
...
"
. ::'::
", :.,.,..,.
":;,; ;
.,.,
j;::i
IQ
u
....,... .
' 1
....
::: "
:/: ! : :
"',.",
::':.;, ::
:: : :;: . .
".,;:',..
,о,,
. ."
\: : :' "
,'1
о..: "'"
':',"::;::i:
'::..;.;;:.
:.: t:.1 bli
: ;' . 'i:' ::;. "::
' :j;
w ' .::
a:I
u
N
:;.... '..
. ..,;..
, "
.:'"
.:.. :-..'; "
.......
'." '.
":,
""" ': . ' ' ,. '
ф':
U
,1")
!::
......
" ""
: . :.: '!;
'..:.,:;.
>;> :'
.... -.. '::;" :
. ''о :...-.,
j;;j
са
u
fJ')
.: . .
'. :::.:.
l1li
<11
:r
Ь
iQ
.....
: ..',
.;.,,,
.:s:
:s:
==
a.I
2
о
==
<11
е
a.I
:r
:s:
а
101
:s:
'9
00
u
00
..о
...
u
О
==
..о
a.I
...
:S:
::i
.....
.....
I
4
'"
i:
:s:
u
':S:
2
'"
а
!
i::
>.
111
8.
CI.
10
:s:
111
<11
:з
:s:
:r
s
,,'
.:s:
:s:
==
I
a.I
:r 111
:2 8-
о
j
,;:, ;
&o
l3i:з
Mo:S:
." :r
e '
... w
y!
<
,i
:S:
:t
...
а
о
:.:
'"
:t
:s:
":::
ных исследований практически не возникало проблем с выбоРОI\1
методических приемов, направленных на улучшение качеСтва
материалов.
8.7.2.2. Профильные работы
Расположение профилей определялось rеолоrическими за
дачами и условиями местности, которые во мноrих случаях при
водили к необходимости изменения первоначальных направлений
и их искривлению. Профильные работы проводились ОДНОЙ ДВумя
сейсмостанциями и 4 6 источниками по методике 24 KpaTHoro
Orт с шаroм между каналами 50 (25 м) и пунктами возбуждения
50 м. Длина расстановки составляла 2350 м. В некоторых
случаях, в основном из за поверхностных условий, наблюдались
не значительные отклонения от принятой системы наблюдений.
Опыт работ показал, что дальнейшее увеличение кратности Ma
лоэффективно из за сложных сейсмоrеолоrических условий,
частой смены условий возбуждения и приема колебаний, что
приводит к несинхронному суммированию волн. Применялись, как
правило, фланroвые системы наблюдений с выбором взаимноro
расположения пунктов возбуждения и приема колебаний в за
висимости от качества отражений. Длина ВЫНоса пунктов воз
буждения составляла 600 м, при хорошем качестве материалов
она уменьшалась до 400 м, а в районах с развитием интен
сивных высокоскоростных поверхностных волн (плато Устюрт)
вынос увеличивался до 8oo lOOO м. Профильные работы BЫ
полнены с rруппированием источников и приемников колебаний.
Высокий уровень и значительный диапазон кажущихся длин волн
помех предопределили применение протяженных rpупп с базами
до 90 м и небольшими расстояниями между сейсмоприемниками,
равными 2,5 5 м. Значительное число приборов обеспечивало
подавление нереryлярных помех, интенсивность которых была
весьма значительна. Приборы в rруппах соединялись после
довательно параллельно с тем, чтобы лучше соrласовать их
сопротивление со входом сейсмостанции. Число источников в
rруппе менялось от 2 3, в случае невозможности их размещения
на пункте возбуждения (барханы, пески, пересеченный рельеф),
до 4-5 на базе 75 100 м. Параметры управляющих сиrналов
выбирались по результатам опытных работ в полосе частот 15
61 rц при их длительности до 8 10 с. Наряду с линейными
сиrналами работы выполнялись с нелинейными, комбинированными
развертками, которые позволяли несколько улучшить качество
материалов и повысить разрешенность записей. Однако TeXHO
лоrия работ с комбинированными сиrналами оказалась TpyдoeM
кой и значительноro распространения не получила.
Районы проведения поисковых и поисково детальных работ
характеризуются наличием мноroчисленпых препятствий и
искривленных участков (с уrлами 50 90 ), связанных с He
обходимостью проложения профилей в пределах населенныХ
416
пуИКТОВ, дороr, заповедных зон и Т.д. В этих условиях
предъявляются особые требования как к системам наблюдений,
так и к параметрам возбуждения. Нецелесообразно применение
больших (> 200 300 м) выносов ПВ и баз (> 50 70 м) rpуп
пирования источников и приемников, так как они не обеспе
чивают выдержанности по направлению профилей. В пределах
сст",новки не должно быть более 1 2 изломов с уrлами
ЗО 40, так как их наличие значительно искажает волновую
картиНУ и представляет большие трудности для учета при
суммировании по OrT. Так, при больших уrлах излома (> 60
91)0) разброс точек orт вдоль интеР!lуетационноro (после об
работки по nporpaMMe СЛАЛОМ ЛАИЮ профиля достиrает
400 700 м, и происходит уменьшение кратности наблюдений.
Временные разрезы после обработки по ПJIOrpамме СЛАЛОМ
ЛАЙН требуют дополнительной коррекции кинематических
поправок, чт(У' приводит к увеличению машинноro времени. Но
даже обрабоТка с учетом сложной reометрии не rарантирует
от ошибок ри rеолоro rеофизической интерпретации разрезов,
на которых a счет криволинейности возможны сложные формы
поведения отражающих rраниц, а также неоднозначное распо-
ложение структуры в плане.
При работах в "культурных зонах" целесообразна отработка
коротких (3 5 км) прямолинейных участков С крестовыми pac
становками на пересечениях профилей. При крутых поворотах
(с обратным знаком уrла) лучше делать пропуски, а затем ин
терполировать участки через этот интервал. В условиях, коrда
невозможно проложение прямолинейных профилей, применялось
профилирование МОВ и orт малой кратности (до 6) с варьи
руемым шаroм между каналами, с применением при необходимости
встречных систем наблюдений. Специфической особенностью
района работ является наличие возвышенною уступообразноro
плато у стюрт Чинка и необходимость ero пересечения профилями
OfT. Было опробовано три способа отработки профилей,
"спускающихся" с плато Устюрт в пойменную часть. В первых
двух за основу был взят способ удлиненных roдоrрафов: с
расположением пунктов возбуждения на плато инеподвижной
расстановкой сейсмоприемников в пойме, с расположением
Пунктов возбуждения в пойме и расстановки сейсмоприемников
на плато. В третьем случае профиль отрабатывался непрерывно
по принятой методике с расположением по склону баз наб
Людений. Во всех случаях на ск..'IOне Чинка происходила потеря
кратности наблюдений. Анализ материалов (рис. 124) показал,
ЧТО наихудшим оказался второй способ из за экранирующеro
ВЛияния склона и в'озникновения боковых и поверхностных волн
с различными значениями кажущихся скоростей, что создавало
сложную интерференционную картину.
Поверхность склона разбита трещинами, широкими расщели
Вами и сложена рыхлыми, сыпучими породами. Это затрудняло
отработку профиля и приводило К необходимости изменения
27 Заказ Н, O
417
<:о
r!" .. :.=
....,.. .11. .', .',.: . t I 1': ,,'t:, С
: . \!: i':i\:".::I"""I. /';I, \ :
"'II!' '/(" "; \,;;;>'",
.:' "';<:::<, 1 1 ,,' . : . i , i!1 :, I, , ! , : ::: ,, 'I: , ': , : ,, :: ,. ::)'::
: ;,: ',;:!-, !! !:; ,\':
,:.; /.
"О ..
..
I=t
r
" \ .: \ '
':1'\ ;
'\" .
"'\'
, ,.1,
. , . I
..,t'...: .. .''''
H.' . 1.
. ' '. ;
,"
у '!
!,' ,
..'/.
..:,,/
i2
<t-
" '
fi;
'"
<::о
"'"
"'"
""
N
""
U
.....
",,",
\'1.\".
, 1:.,
а
...,
:', ':! "1\1,\\ ,1
:il:\>. \. : <::: >,1'
11 ,1
i
\ :1'
1,
,,,
.1: ........
-;.......
....
r
I
О
С
u
'"
Q,
:о:
'о
!i
'"
:s:
Q,
=
':.:
:а
==
!i
'8
(i'Q
a;
'8 ,
u о
g с
u CQ
::
:I! '"
:а 8.
-8
:: :s:
t:;Q,
:а с
Q,,,,
о :о:
!ii
u
'"'
о!.
::i .
u
о'"
с ::1
со:
t:; '"
:: :С
-&:С
о...
:E
о
а
SE
'i!.
S
..:E
,.Q :C
t:; о
g:2
C!:: ..,
... о
..; C:
N C<S
... с: :С
U I
cf(:S
а о
290
295
300
пк п, %
IJ 15
20 30 40
" о
f, rц
20
1/0
10
."
I I \ .
" I \
, 1 .,
. \
I I
! I
I
I
,"
,
I
I
I
I
,
J
20 24
32
36
40 пах,rц
5
I
I
2/:1
Рис. 125. Спектры воли, возбуждаемых rCK 6 (а), вибparoрами (6) и расп
ределение максимумов частот в интервале времен 2-2,2 с (в):
J. 2 данные rCK 6 и CB 5 150
расстановок сейсмоприемников, что необходимо было учитывать
при обработке материалов. Кроме тoro, учитывался наклон
склона и фактическое уменьшение интервалов между центрами
rpупп сейсмоприемников. Практика обработки материалов по
kазала, что неучет этих факторов приводит к ухудшению
материалов, появлению разрывов и смещений roризонтов на
временных разрезах.
Оценивая в целом методику выполненных работ, необходимо
ОТметить, что она обеспечила получение качественных Ma
териалов практически на всех ПЛОIЦадях и участках Kapa
Калпакии, достаточных для картирования основных отражаюIЦИХ
roризонтов в меловых и юрских отложениях. Особенностями ее
27* 419
а 20 311 1<0 50 60 70
80
90 700 110 720 730 7'-0 75и 76и 770 780 190 n к
. -.......... :::;:::::::::;;
.. ' : ".". 7. .::...= .
.. -;;:: ......:....=
-:.:= .=-. -= ;:; :: ..'::7...
PZ
710 780 790 ;?ОО .270 nK
. .
- , ,::-,- " = J,
., .; ;, #: ; , i : ;Pi "
Рис. 126. Временные разрезы, полученные с rCK-6 (а) и вибparoрами (6)
является широкое использование раЗЛИЧНЫХ методических прие-
мов, направленных на повышение отношений сиrнал/помеха, и
тщательный учет условий проведения работ и сейсмоreолоrиче
ской обстановки. Высокое качество материалов обеспечивается
при достаточно больших значениях коэффициента накапливания.
Значительные объемы работ, выполненные с импульсными и
вибрационными источниками колебаний на одних и тех же
и сопредельных площадях позволяют провести сопоставление
получаемых материалов. Совместное рассмотрение волновых
полей показывает, что в общем они идентичны, хотя наблюдает-
ся некоторая разница в интенсивностях отдельных волн и
временах их реrистрации. Сопоставление частотноro состава
волн показало, что вибрационные источники при управляющих
сиrнaлах полосой 16 61 rц обеспечивают более широкополос
ные по частоте волновые импульсы, чем импульсные источники
(рис. 125). Эти различия MOryT быть еще больше при исполь
зовании нелинейных управляющих сиrналов.
420
..... I'f') C"I ,....
=......... ,,' .,1\ ' I . .
:\l\Y" \ 1 1, I ',) , . 1 .- ': '. 1,." .1: ,"
n ii T' \ \1:;1 i1.\ Ф 1 } , , 'H.;i;o" ,
!i't\..... '.I:llllr". :,' , {р" 1'1' {I'\"
,Н (l' i\:\ННlШ !'\i j ':'/ ,! ( .II! /I(I ) 11.\ ,
:!"'ll'Щ"i,.!r' \ " I" II \ ,!I \ l'
. "i':t: ;\\i;{;И} i:t\ Щ ,:' '\\ !\' \ ; \ I"ii,
:.iil,""'Чl:\i 1! '!;:' "'\ \ ' ,. 'I \ ! р!,
ilwi{ \) Ш\tr:\Щ ,:I\., ,: -.\'. \., \11,1, ,\'
1: 5; J 'f\\ t i f1 j :' 1\ 1 j {\ r l ;j p :.\ .{'
, :а} 'Д I I :Й I (! r.li f J f'" ( :": J I.\;i-I ! (i/\,. '......
:..1 1 1 :;' ' : i[ i. I 1 ' .!,;;I Ili:{ !).'.", .
':' 1 ' f, V I\ Ir ' ' 11 ' Ij.:i, ' , j ll t .i, i ' , :
: . } r ;$I".I . '1.' Ii.\/I\,::; :
,{ р., , ! J'! I I . ii; :.;.J i i ,:j ' J,.;:)':.... ," 1:,
'. ' l '.Л '/r1: I' I ' р), , 1 j J !i l (.'\' ';(""
' , < . f\H \ 1 I 'rJ (1..:' 1 I ',ili!!i if,.I,; ;:;. , ,1,,',:.', i
-:j ,Цli6 : 1 t , /;тll l lf f '{Д1f!.lЩ IJI'!.';: i,'I,\
O : Ш\ t'i. ' ( /Щ t/' /I !: }';'.: i!;, j I
k'.i1. . . 1 =i;. 'Hr.: i ;;. .', i' " l,'fI'!.:: .
" ,
It:> t-o.<:I'>....tт)lt:>t-o.Q,...... \t)t-o.Q,....Q
c::s c:r с::) ... ......... ... ,,'" .. CN'" (N" ... С; t-r)".....:
f I _. . I . .. . I J I
<: . . . ,. ',. о" \: 1',il"'} "i'l
.i '; .; " " 1 ' "' 1 1: \ : ,'!,' I l -'k II:+\1 :
':I ' 1 . Ij I : 1- 1" ' 11 i " ' i "I"' 1 \I\ч,'; 4
C:J jf- \ \ . ', I ! 1 ", i f' \:" ' 1 ' . \ ';1 .\. Hi}, \1 1..
'? ; "А:,: "1;; ..1 ,\Ч ,t\}.\\\): 'I j;
C:J
....
, " " 'il \, . .' "1 ',', (;\\l\,fj,. й ,;
't-;IП U',', '1, i М\; I "1 \;\t\\\;r"p N i";J ;
...... ':{ ;: }. .. I t . :! j \ \ r!; :i;\:\ll 11 1) JI':,I . :1t1,t Щ Щ i !
}; '- : : :,! '! '1 i'j t "ii ,.;:" A I :'!i); I .,)'J,: J.i-
-,'; t I j. \ .' ,. )'1.0 . .f. \{, " . ,"
;i:' \ j j', I J . 1Ii . _ . 'rl' l ! !J,"; J,;]lj,(;Ji.;I . , .{J.}\{ '.( . ))\;I\
I t '. В." ...\ltl ; . н 4..!fr . ,;.1,':' \\
с::;
......
l' , !( i ' ' I f i"! .! \ . , I'!"":!\:'H;:'.
.' I j '. ",1 'i; 1;"; ,!!' ,11' J JI\'!.. \:!;,).:iii)\f,\ "
:1 I 1 1'! I IMl j li ( 'I!!}т' ;" т i l l 'J \ I)\:':,\:!:: \ i\i;\!(:} .
..... 'J . " , :: ,I } ." . ,' III;! \' ':!\< " , "}." ;:;:',1
., I :: .1:: I i I "'{р' : !]) .' I " H:i ; ;; f',': А ;': :'/'
Е 1. .! . . 1. '!! I .\", .' ."' О", о.;
N
j
c\j
<.с:>
......
1::1
IX:)
:;;
iI:
:;:
ОЕ
'"
..
;j
u
N
N
u
N
Sf...
..... .
>-.
=
=OQ
ob
и'
4
JOI
:t i:
.. :s:
u
=>:s:
i :s:
.. 3"
:i! 2
с.",
а
=!.
S
=,i
c.ti
'
с."!
..
OQ
и,
.,..
...
= '"
... >-;j
tI' u
>- OQ
agN
=-"7
:i'1
t')!;C '"
8,u '"
!э .. ':!:
c.
...=с.
:i! ... е
= "!...
= ОЕ
... >- >-
8 ":
c."
=:;;OQ
r..: с.,:;:
.-.IiJО
... =
. "'-Е
;! >-
Q.t::
Более высокое качество материалов, реализуемых с виб
раЦИОННЫМИ источниками, по сравнению с материалами, по
лученными импульсным (rCK) и ВзрЫВНЫМ (в мелких скважинах)
возбуждениями, подтверждается временными разрезами, полу
ченными на различных участках при использовании оптимальных
ДЛЯ каждоro метода методических приемов. На рис. 126 при
ведены временные разрезы по двум сопредельным профилям,
проложенным в одинаковых сейсмоreолоrических условиях. Раз
рез с вибраторами по сравнению с разрезом с rCK характери
зуется лучшей разрешенностью и прослеживаемостью целевых
roризоRТOВ, а также получением отражений с больших rлубин.
При сопоставлении разрезов, полученных с вибраторами и
rpупповыми взрывами в мелких скважинах также следует отдать
предпочтение первым (рис'.127). Лучшее качество сейсмических
материалов вибрационной сейсморазведки обусловлено ее более
широкими возможностями по оптимизации методики проведения
работ применительно к сейсмоreолоrическим условиям их про
ведения.
Детальное сопоставление временных разрезов, полученных с
применением импульсных и вибрационныx источников, показало,
что во временах прихода одноименных волн имеется разница,
которая может доходить до 100 мс, С большими значениями у
данных rCK. Этот сдвиr времен не остается CTpOro постоянным,
а меняется в пределах даже одной площади, что затрудняет
увязку материалов и снижает точность результирующих по
строений. В силу этих причин детальные работы выполнялись,
как правило, с одним способом возбуждения колебаний, и
только в исключительных. случаях окончательные структурные
построения выполнялись по комплексу методов.
8.7.3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК
При работах с rCK и вибраторами изучение вчр велось с
источником rCK. На всех профилях orT выполнялись спаренные
зондирования МПВ по встречной и наroняющей системам наб
людений. Спаренные зондирования имеют общий ПВ на выносе,
равном длине расстановки (или 100 м), по которому проводятся
увязка взаимных времен, их контроль и изменения по профилю.
Расстояния между спаренными зондированиями на ровной
местности составляли 1 ,o 1,5 км, уменьшаясь до 0,3 0,5 км на
участках барханных песков и резко пересеченноro рельефа.
Плотность наблюдений в среднем была 4 6 ф.н. на 1 км С
увеличением на отдельных участках до 8 1O ф.н./км. При
наблюдениях МПВ, длина расстановки составила 150 180 м с
выносами пунктов возбуждения 0,100 150 м по обе стороны от
нее. На участках пересеченноro рельефа препятствий при
менялись дополнительные пункты на удалениях 50 м. 30H
дирования МПВ приурочивались к пересечениям и концам про
422
фIIJIей, что обеспечивало контроль пара метров вчр и увели-
"..ало точность определения статических поправок. На изломах
оооФилей отрабатывалИСi? стоянки мпв на каждом из направлений
с"общим ПВ на изломе. Работы велись сейсмостанциями "Поиск"
. "Проrpecc 2,З". Увязка материалов по изучению ВЧР, no
лученныx раз.!fОЙ реrистрирующей аппаратурой, оказалась
затруднительнои в связи с различием времен подачи команды со
crанцни и удара плиты. Эта величина не только различна для
разных станций, но и меняется по профилю. Из за резких из-
менений поверхностных условий и, возможно, характера
строения ЗМС в районе работ в течение roда (из за постоянных
изменений водноro режима, строительства дамб, каналов,
климатических условий засуха, сырость и т.д.) определение
ее становится сложным и может привести к поrрешностям до
ж5 мс. П тому при проведении работ OrT в течение сезона
изучение Р должно вестись одновременно (до и сразу после
отработки рофиля) аппаратурой одноro типа (аналоroвой или
цифровой) .
Обработка материалов проводилась стандартными способами
с определением значений 10, rраничных и средних скоростей.
По ним рассчитывались статические поправки, величины He
вязок которых на пересечениях не превышали :t5 мс. Точность
определения поправок в среднем составляла 1 4 мс, что вполне
достаточно, учитывая их последующую коррекцию. По полученным
данным для всех площадей строились карты значений CTa
тических поправок, мощностей ЗМС и зоны пониженных CKOpo
стей и средних скоростей в них.
8.7.4. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
Обработка полученных материалов проводится в поле и на
вычислительном экспедиционном центре.
8.7.4.1. Полевая обработка материалов
Обработка в поле выполнялась камеральной rруппой и вклю
чала в себя следующие виды работ:
оценку качества сейсмоrрамм (коррелоrрамм) по степени
прослеживаемости целевых отраженных волн и операторской
отработки полученных материалов;
проверку состояния аппаратуры, построение А ЧХ за
реrистрированных волн, зависимостей амплитуд волн от номера
ВОздействия для импульсных источников и друrих xapaK
теристик, определяющих состояние и качество работы аппа
ратуры (контроль. сиrналов rcp по профилям и др.);
анализ результатов опытных работ с определением кине-
матических и динамических параметров зареrистрированных
Волн, построение монтаж ей сейсмоrрамм (коррелоrрамм);
423
определение статических поправок;
noдroтoBKY материалов для передачи на вычислительный
центр для обработки.
В поле обработка материалов не ведется из за отсутствия
соответствующеro оборудования, что отрицательно сказывается
на результатах работ и возможности оперативной корректировки
полевой методики и ориентации профилей.
После отработки каждоro профиля на вычислительный центр
передаются маrнитныe ленты (сейсмоrpаммы или виброrpаммы
orт), рапорты оператора, СИСтема наблюдений с нанесенными
на нее статическими поправками, особенностями отработки
профиля и поверхностных условий. Кроме TOro, на центр Ha
правляются характерные коррелоrpaммы. rеофизик-обработчик
совместно с полевым rеофизиком составляют rpаф обработки,
определяют ее параметры и намечают основные тесты, которые
необходимо провести для оптимизации конечных результатов.
При наблюдениях на криволинейных профилях обязательно пе
редаются координаты точек изломов. В этом случае к топо
reодезическим работам предъявляются повышенные требования к
точности плановой привязки и определению уrлов изломов
профилей.
8.7.4.2. Обработка материалов на вычислительном центре
Обработка материалов проводилась на эвм ПС 200, EC 1056M,
"Сайбер" по приблизительно идентичным rрафам. rраф включал
демультиплексацию и редактирование данных, корреляцию (Ma
териалов вибросейсморазведки ВСР) , АРУ (для материалов
ВСР в ряде случаев до корреляции), фильтрацию, предсказы
вающую деконволюцию с полосовой фильтрацией, ввод поправок и
суммирование по MorT для получения предварительных временных
разрезов. После этоro выполняется коррекция поправок, до-
полнительная фильтрация данных для получения окончательных
временных разрезов. Последние подверrаются миrрации и пере-
строению в rлубинные разрезы. Опыт работ показал, что на
отдельных этапах обработки необходимо тестирование пара
метров.
В последние roды материалы ВСР подверrаются динамической
обработке с получением временных разрезов с сохранением
истинныХ амплитуд и разрезов MrHoBeHHblx динамических па-
раметров (амплитуды, частоты, фазы, полярности). Последние
процедуры в основном используются при решении задач BЫ
деления локальных неоднородностей rеолоrическоro разреза.
Пример такой обработки приведен на рис. 128. В частности, по
приведенным материалам более уверенно выделяется осложнение
в районе rK 100, которое связано с нарушением по одному из
целевых roризонтов. Рассмотрим более детально основные про
цедуры обработки. Редакция исходных данных выполняется по
424
повальным выводам с целью отбраковки неработающих KaHa
лОВ, каналов в обратной полярности, определения параметров
_IOТИнrа и др. Предварительная фильтрация выполняется для
ослабления помех и повышения отношений сиrнал/помеха.
Корреляция проводится по стандартному rрафу С примене
ввем полевых или машинных управляющих сиrналов. При ис
pOJ1ЬЗOвании последних были случаи появления невязок до
40 мс из за нестабильной работы rcp. Лучшие результаты были
получены при записи управляющих сиrналов на рабочем канале
станЦИИ.
Деконволюция записей выполнялась в виде предсказывающей
фильтрации с последующей полосовой фильтрацией для YMeHb
шения фона нереryлярных помех. Для деконволюции исполь
зовалась проrpамма PRDEC (сос пс) со следующими параметрами:
интервал предсказания (PRD) 4+8 мс, окно расчета оператора
(L) lOO 50 мс, фактор шума (WF) 25%. Они позволили
пол чить учшие результаты.
koppeK ия кинематических поправок выполнялась путем
построения' спектров скоростей и перебора значений Vorr (to).
Опыт работ показал, что повсеместно необходима тщательная
скоростная коррекция из за слабой изученности района и не--
большоro количества данных ВСП.
Коррекция статических поправок проводилась по стандартным
проrраммам и их величины в среднем не превышали 4 мс. Зна
чительное внимание при обработке уделялось исследованию
спектральноro состава волн для детальноro изучения частотных
особенностей основных отраженных волн и обоснования па
раметров полосовых фильтров. На рис. 129 приведены спект
ры основных отраженных волн по плату Устюрт, которые по
казывIoт изменение их частотноro состава и позволяют опти
мизировать параметры фильтрации для улучшения качества
материалов.
Миrpация выполнялась по окончательным временным разрезам
и была обусловлена сложной тектоникой района. Проведенный
анализ показал, что оптимальными являются база суммирования,
равная З500 4000 м, и скорости, которые на 10 15% ниже
скоростей Vorr(to). Эффект от применения миrрации по плато
Устюрт показан на рис. 130.
В условиях криволинейных п илей необходимо применение
СООтветствующих Проrрамм обработки. Лучшие результаты были
получены по проrpaмме СЛАЛОМ ЛАЙН на ЭВМ "Сайбер 73".
АнаЛоrичная проrpaмма на ЭВМ EC 1056 оказалась менее эффек
ТИвной. В качестве примера на рис. 131 дано сопоставление
временных разрезов до и после применения вышеуказанной про
I'paMMbI. Эффект очевиден.
Динамическая обработка материалов проводилась после за
вершения кинематической и предусматривала изучение спект
ральных, фазовых и амплитудных особенностей записей на Bpe
Менных разрезах.
425
х: 11 l ' " II.i : 1' 11 ' \ " , , ,
С: II 1."., l' l ' .i. \'.: .11 ' I
t:I 1//:"1// ','1' "1:.'1,,11',1 ",'\1\\\ ';;" \,
.; ) ' I ','IM II ! III , ' 1 1 ' 111 '; ' i ll! , ,',I"Нфl " ;\\\\\'\'1 '1'
,1 ,1/ 11" "1,',11,11" ." ,
1/ 1 ':: о, 111',' , I I " /11, \ "" , "", ' l' "
11 ::11,;,', ,.11 ',jl".I) \ ,I \ !,' \\\ 'i"" ,
l' ' ." , ' l ' 1 1\ I I ,,1 ' , '
t:I ,11, l' 1. '
.:t ';,'" , ! !I\" 11 ," '\1.),,:.. '1:
c\f I . l' . '. ,! 1, t !
I11 I ,1 \ t'L н: О" \,.
':\: :\\\" :\ \ ' 1 " " " ;
"",,.' l' 111.
. .' tl, \\ I 1"
.\ 1.1 1I1 t : 1.111
;1 ;!I j l l ' " I . , i ",,1\11
' : ' j ' I , " ' : " \ ,. ,1,
1111':"
I ,1 l' ,,'
,r 1 ,' 11'
, ,1 .1,1 1,' '\1 :
"11 ' 'j' 1,
'1 '1 ,1 1,' i :\1',
I :
l'
i
t:I
...
i
1; ,
I "
'1), I
" ,I ill ,!' I
1', !\\ iii I
' .
11, !lI'! '1 ,!
, , ,1' I I ' ' 1 ' i l' . , '
,1'1,: I ' ,,1 " ( 11
... 11,'1 ! ,1 " / '1"
:', '1,," I ,':, I ";i
: ' I I ') : '! , ! ' ' .:
t:I 111': 1;,11' i: ' ' . 1 11/: ,11 /1,:"
, ',,: 1" I Ij'/ I l '
11 : i ; "i I J I I ! ' I{I ' 11,/1"'.',
, \ I '1 j.
,'" \ 11. 1': 11'
1I1t.::'" ,;:11 "-\ t: ",
. I I
" ':!
,jj:
(;j
...
c\j
'" .....; :-t :..
.. ,
-:.. ..... 1 . . .. :...: .. -
. ..!> .-.. . с
11. . ,. "'r '= ._
,. .. 40 ' .. w tr р",",
.., . ..
..... ..... ..
-= \
жТ
: i,
"
i
. t. ·
.
-
'" ...
f
, jI
..! .
..
,
,;.
.
.
\
'*
f'
t '!!':' ,
, . t -'-
J .: .:
-.....
c\j
1')
.'/"" '.':;!i\
.::/i:ж
t:I
j. ' i,
,,[1' ;
t:I
1:11
с..
. ," .
t:I
11
I
.' ,,! ':
. ,:'1 :
, .'; . .
c\j
1 ,: !i
,; ., j ;. i i . ! I i
' J, . "; JIJt
, I , ' ; I : .! i .. I
l ' I :/:il ,:!,' : \ i ,1::::'::'I I 'i(' I I(,
r 1, l ' \ ': ' 1 1 ' , :: I I ..' : \ t ,,' i 1; ,1 t
, , ) 1,' [' 11 ' " '1. ; 1; ;.. I I I! 1 : ',':
, \ j ! I r " j':" .' I r r I l' : I ' i,' ; . J f
1 ",1 ;":;;1: 1 ,';, ' 1 / 1 ' ,;:1;\/,'1'''''''1'' 1 '\'
'"Т!( '," ;!I: f", , ,I. ". .(: и l
'" , , '; 1" ,\ 1.:,' , J
, \, , ! ' J , 1 ) , \ : j ! ' " " \ . I . , i I i ,:., .' t
. \', \ ' 1 1 : \ I! ! . '.. ';' . l ' ; \ ; 11 '1' '. ' j {
,'" I ( l ' ,',,' ,'" '1'" " ,
, \ ; , \ j I I ' j , " 1 1 "\ \ I ; '1 ( I ' '1 (:': " I ,
';')' 11 ' / '[ '\ 1 ' I 'i!i\;':- ':":','1:;,:",',.'1
'1 \' t 'f",li!( I('!' '. \ ,', I f'
; i , : : \ 1\ ' I ( : 11 1 ,1";;, ' I J, ' ,,1': I '1' ',.'
,': ! ! I : 1 i i ':' :""" I : :, ' J '
j , : " ; : i ; . 1 ' I .' ',:: . , ." " . ; : .. r ';!"
,\;)i tJj 11 .'J ! !'t' 'I r: I'! f'l. ,'/;
1 ' \i;llj I 'i!:ll j , ! ;I;,'{'; 1:, ,'! 1"
\\1': 1 1 / 1' 11 ;;" i; l' l'
1(\1 i .I! !J'J t ';/11 11'
" I '! I 1 1 ' I , 1 1 ': " , ,1 l'
1", /11" \ . ,'"
\'1,' 11', '\':' 1\ "" 1
'\ ,'11:;'" ,:,1,. '1
\ 1 \( :": i ' \ ' ;/ 1\ ' ; i ii 11 : 1 : ' 1; : ' : ..
, I ! ;;' '1 \ 111 l' " 1 " "
' 1 ' [ ,; ,i '11 \\ .11\ I : l' , ",
': \ ,( , 1 \ ' j \ l ' \ . , (1. r \ , \ 1
I ,,\\ ',/1, 1\ , \", 111 ',' '1 1\.;,
"'>I\j c\j
,"
'1/:-"
! I
Э
:':
g
8
a
1:1' t::
S:
<j
'11: '1)
Q.I
8.
.g.
OQ .
i
е,0:I
'8
t:S:: "а
O
1011:{
1:1' ::
11: 2
0:1
I:{><
g.
e,OQ
c::
оё
N 1
"'м
'"
y
!
, ,:;
,"
, ,';\
"
"':
:; {! f; l j: :?'"!'"
. :....::.. :"О ",з :.. ;f-.. 'T .::..... . . _
.с . :... :.. :.....:2:- """"':. ," 7 = --:
T :: ; ;i< >- ;; .. , -
ii =; : : :' " ; :' ;
3 ' i '/ i; >
= lj { ;.=:: t=. ;::: . - -
15
10
5
о
Ifif 52 f,rц
а
20
80
100
1,0
60
T ,, ., ;';: i:::
т; f;i!!. { ;' ' :'2'=O:
. ::::--:i :::::,
.
. ...........::.. --=-.
Т... . .. ... .... .' .
.::: \:f j: :.: ;, :: :: C : " ;
. ...:,.;..0.".....
з {; \;; ;;f .
- ?:: ';A. (; .
:..., : ::;. >: 'i:..
. .
о
60
80
100
20
1/0
Рис. 130. Результar применения миrРIЩIIИ:
а, б временной и миrpированный разрезы
Рис. 129. Спепры ОСНОВНЫХ oт
раженнbIX волн, определенные по
материалам, получеиным на плато
у стюрт:
1, П, III отраженные волны,
реrистрируемые на временах 1, 7
1,9 с (Jз), 2,1 2,3 с (Jl+2) И
3,2 3,4 с (PZ?) соответственно
120
180
200 ПК
1110
160
." .. ...
. .. . ,
::- : = =.: . . .
1
U
. .
.
т»
n
.
. - .
Tllt
T
T
. '.
.:-;:"'
120
11{0
]60
200 ПК
180
. .. .
.._.. -
. ..
. .
lT;
jT:
I
.. ::....--:=::::-
- .:: -:-.: _ Тш
T
тВ
пr
а
ПК 8.40
о
6'
ПК80.40 ПК8.40
ПК ВD,4D
!120Л Yeo/l
UЭЛО""q имома
<720
( 90.
'.:, ' . ', ' " ::;.,:-, : .
. ". - -.'.
............... ", . ._.
1
. ...... ....... . . .
................. .. ........ . .............
... .. .. . . . . . ........
- ....:..<=-..
2
3
Рис. 131. Временные разрезы, полученные до (а) и после (6) применения
проrраммы SLALOM Line (ЭВМ "Сайбер 73")
По завершении обработки составляется отчет, в котором
участвуют сотрудники полевой сейсмопартии и вычислительноro
центра. Ответственным исполнителем является сотрудник по
левой партии.
8.7.5. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ
Выполненные в большом объеме сейсмические исследования
позволили получить определенные методические и reолоrические
результаты. Они показали возможность и целесообразность
применения наземных Jlевзрывных источников в реrионе, ox
ватывающем значительную и малоизученную ранее территорию.
Преимущества невзрывной сейсморазведки обусловлены эко
номическими и эколоrическими факторами. Кроме TOro, в ряде
районов ,применение взрывной сейсмики просто невозможно
(населенные пункты, тяжелые условия бурения, пустынные об-
ласти). Работы с импульсными и вибрационными источниками
позволили провести районирование территории по типам из-
Лучателей. Так, в пойменной части Судочьеro проrиба хорошие
результаты MOryT быть получены с импульсными источниками
типа rCK 6M и с аналоrичными им по энерrии. В пределах плато
Устюрт и Приаралъе более эффективны вибрационные ИСТОЧНИки
429
...
х: ,.,
Е" ..; 8:
ltI " 1, I ' ":/ 1/ : I ' I ",
t;.,:i;,, / Jj j: I I.llj"" " i ". ,) ш "11, <; ")'!
.g /1\ I ; / j,I/":' j !i:i :II /! l' ,',' / ' ii
' \' II II!\'; II .ч. 11 :;!i" ,/ '/11 ) /'1/: Z'!!. "r .
' 1'/ ,,' I " J " ' ) ' 1 '. . '
;,ill\('\"i\\"i J 'il:\. ,:. ' I !Y I //" , ',J"., '/':
::.! .' {,; ! ',; '., II !;JI:I' а.' .';; ," '
,.,1 \111\' I 1' \ 11' 1,. I '" '11'('(/_;' :',
t:I"' I\ ""\II! \ 1, ,,'::; ",:,"::1''/;' . t"',:
:t: " 1.,' ,,' " '1 ,," ' " 1 r ['"
., I1 1. ' ". t I ' I\i\ " ,'1 -' . '("1'
1::f '1 \ ' ,,1." , \1 ;.":.,.;,,.:, ;" ( .,, ","'" '.".:'
Е' ' 1 \ \ \" ':I\'{.' \\'\..ii'.... i'",i[' ,'j(" .;: ;;
fi\\ l' ', 'l j ', \\I\, IIII\\1 \ . ,'/1':: ' " I
..о', (, ,,\ \ \'. , ., , '.\\ \ \\\1 \ '" \'.:-11" ' 1 '
... ' \ \\.\, .\.,. \\ ,,1' . J " .,
\ \\ ,\. \\\' ,..,....}.. \,,'" :: ....
", \.',\' , \ " ,,"\ \ 'i,\\'\", ,;\', ' \ ' 11:'
tr) ,\ 1'\;,'\ \ , \\\ \ '\'''\'' i';, "1, . \,
\ .. \\ .\) c,, .' " ,.,' \ ' \\ ,\\\\, ,' .\',
1» ',,'1, ". ":)':'. \ :;{. :'. ..: \:,';;". '\
\\ '\\> 1 "" \ "\\' ..", ,,'" \\\.,>.,,\ II"'\ .1.'.',; .'
" \\,. \\\ \ \\' ,.\ . , ' , :
.',i \' .':, \ у '\J:: 11' ;i:ii:"\\\\\I' ;;: (",;1. '
',\) \ i\i,i, \ \\ .; \\\\\ \ :\\, \ ,i\\;.'\ "\: ' ] , .'.' ;
, ' ' \ , \ \ 111 '1 ' 1 ,\\ " !
' \ ,, \ " I ' \ "
',,, i \ ' ,.,/. \ ,\ '1' '
c\j :\ \ ':(ii.\\'I.jl' \I.', \ \ \ ,">'\\\;1,.'\1 ,,\',',:: ':', 'I :';
..J ,\ \\ , ! I !Iii:': I \: i\IH'\ J ' \ 1 ) . :j' . 1 1'
'::! :11 1 11 '11' I 1 1 ' ,1' ,1 1,
Зi" ,\ ',.. ,,' 11 I ' / 1
ор,!:; / '! :i:l \'1' I . tI ' 11\ ' 1::" .
:\11/ ,111 I ' 1 ':' 1'1 ':,,"!
tЧ '--; ;1,. ';, (!i. ;>II ! , 1" ,1 ';:, : 1..
r 1r"' I 'J,P,,"I\1 111i'/';', :,,,Д.. ,Iщ;
, \" l ' ,1"': , " I / i 1,1 "',I{/" ,//",
1/,': ;}II:,; ;. // :111 !II. '" /({"I':; "II '"/
Q.I' " ,11 1 1:' ' /1 " '/,' ' / ' '1 ! . !"'. ,!
t::! I '1,1 / ' ',1", '! I "" ,[, '1'; ;" I !'
" 11 / 1"1 I 'jl"'" ,1' ' 1 ,,1')1'
::l ,1 /, 1'1.: j! !; {j;:';" ,.';'1 !-fij, ;;ri{l'
!9 1 1 11 1 ,1' 11, 1 . f')' ,,1'I}' '1., ,.1.;,\::'1
....... .' 1, I ,J,j: ":. ,It l " f l;tH .f1, :.' il }.f'
'" i\\i' I " 1 1" : I I'!\ j ', 1 ;' ;>,lif' I (I,!j'::!{irш;с:rщ
0:;" '1 '\' I ;,,'1.," ,1, '} )r (p1".I. , ,
t:j \ :: I I 'i:,'i!: i.. ! '.: M\,;i!.lI,u.,:t i ;;(: /
C1l;,,!I!1 ."".1/, !,! );;' 1 ' ..,II,,>1\l,," ,
"," 'III,/II/.'II'{I I \"1""" ,\,.. \ {.;",", ('
:(, :.f \\ ":I.. '" ..}'I,../ ';.". \ '\ /;,,;,1,;";
' \ ' . 11 ,1::1 \ '1 !;,i ,\\,, \ . \ ,I ! .\ ';),' i, ,I: ., :; (i:\;\';' \'
\ I 1". \ . i \ \1' \\ ' \ :," .',,'1\\. :!;.',\'.i:) "
Il\ !;. 1\. \ 'i 1: ",,,,,;,1 ,'.,: /" ' . .
" ,ft',H \ ' j\ \ .; ;1.1., ;,\ :f;\..:, r
"" \ 11 \ 1' : ! j , i 1, ,', I "' , ! i'."! ;\:,\. :.', j ' ',' О', !,', -:1 / '
'1" ! \ '1\1"\11' " I !;,I," '),' .' I
,1 ,,\', '1 1 . \ ,1' '111' ,'j":'" ,1.
;:11': )1 1 :1 1 1' / 'I,'.I'i:1:;. .::, Т.",' "' 1 1 / .
\! I i j. I ,. I 111 ' , I i\' ,;; j: r 1 :, '
i1 1 11 ' I 1':' . . j,'I:,; .: 1 '1 {' ! ,'.. i " 1
11 . I '1 I : I I " 1 1:' р: " " ' i 1. 11 ..".'. , I
11',.' 1, l ': \ . , 1', 1, J",", ' 1 .\
..... " ," '1.' ..;1:,,11 ,[\. .
........С'4 ......;' . .
.
'"
Q,
о
::Е
'"
о
:ос
u
,Q
:а
Q,
<
.....
.....
.....
<
:1:
:1:
=
:1:
t>;
О
с:
...
'"
Q,
а
Q,
':1:
О
=
5
::Е
8-
м
""
....
CJ
:1:
с..
ло
ЗО
1 10z0J0 5 'I Б87В8 э l l ю
Рис. 133. Структурная карта по отражающему roризонту в нижней юре (1).
nЛОЩlЩь Ypra - Арал:
J профили оп, ВСМ; 2 изоrипсы отражающеro roризонта, приуроченноro к
кровле нижней юры (J1). уверенное прослеживание; 3 неуверенное прос
J1еживание roРИЗ0нта J1; 4 интерполяция roризонта J1; 5 предполаraемое
трассирование тектони>tеских нарушений; 6 линия изменения характера и
качества волновой картины (по Jз. J1+2); 7 rлубокие поисковые скважины;
8 скважины, рекомендуемые к бурению; 9 Урraйская антиклинальная
CКJ1aДKa; 10 выделенные работами ВСМ положительные структурные элементы,
представляющие разведочный интерес
из за СЛОЖНЫХ rлубинных и поверхностных сейсмоreолоrических
условий и необходимости обеспечения повышенной разрешенности
реrистрируемых волн. Во всех районах методика работ должна
учитывать особенности районов и применяемых источников воз
буждения колебаний с учетом спектральноro состава воз
буждаемых ими волн. Основные положения методики работ и
обработки материалов изложены выше. Здесь следует отметить
целесообразность более широкоro применения нелинейных
управляющих сиrналов и новых способов кинематической и ди
намической обработки данных.
Высокое качество полученных материалов позволило получить
новые данные о rеолоrическом строении районов исследований в
реrиональном и детальном планах. Наиболее существенными
результатами работ являются установление rрабенообразноro
(рифтовоro) строения Судочьеro проrиба, входящеro в Арало
Мурrабскую зону рифтовых структур, а также выявление целоro
ряда структур и уточнение их строения. В качестве примера на
рис. 132, 133 приведены временной разрез по одному из ре-
rиональных профилей и структурная карта по отражающему ro
ризонту в нижней юре, которые иллюстрируют высокую reo
лоrическую эффективность выполненных работ.
8.8. РАЙОНЫ КАЛМЫКИИ, СРЕДНЕЙ ЧАСТИ
ПРИКАСПИЙСКОЙ НИЗМЕННОСТИ, восточноrо
СКЛОНА УКРАинскоrо ЩИТА И южноrо СКЛОНА
ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЫ
8.8.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТАХ
Полевые работы в пределах указа!lНЫХ территорий BЫ
полнялись в 1990 1991 rr. четырьмя сеисмическими партиями,
из которых две были оснащены вибрационными CB 5 150 MI и
CB 101180), одна импульсными (rCK 6M) и одна взрывными
источниками колебаний. Задачи работ заключались в поисках
структурных и литолоro структурных ловушек уrлеводородов в
осадочном комплексе пород. Объекты изучения rлубокие
и мелкие roризонты в толще палеозойских и мезозойских OT
ложений. В районах с соляной тектоникой это под- и Haд
солевые roризонты. Требуемые точность и разрешенность за
писей определяются задачами и условиями проведения работ,
масштабами отчетной карты, а также rлубиной изучаемых ro
ризонтов. Как правило, в проекте на производство работ
оroваривается только масштаб отчетных структурных построе
ний, исходя из которых и с учетом опыта работ выбираются
плотность профилей и основные положения методики работ.
432
о.
Q
С
tII
:s::
=
о)
<= :J
::r
:S: Q)
'"
<= 5
о
.....
28 Заказ N! 2202
..:
..
N
о-
6
о-
:1':
Q)
... -8.0
...
u
О
..; :1': В .
:S:
м о о) !:!
о- ... u ..
о- U
i
,,\6
;.,
o.
i
..
о "
<i
:1':
..
... \6
... о;.,
u о.
о 8 .
:1': .. !:!
..: :S: u..
"' ...
u
о- i
..... ,,\6
;.,
.....0.
i
:1':
О "
<i
.. \6
g O
8 .
:1': .. !:!
:S: u ...
..: \: 111 ...
u
о- i
..... ,,\6
;.,
.....с:>.
i
..
:I':
о"
<i
"
:S: ...
=,g
"' :r <=
u\:Q,
Q, =
с: ,
ОХ<=
:I:...Q,
<i
о<> о- '00
о- о- \r)
'00 \r) ""
..... о- о-
..... "" м ""
>о о<> ..... 00
N ,... '00
('<') "" ""
о<> О о- '00
"" М ,... о-
о 00
00 о-
м \r) .....
.....
м ""
\r) о- N ":
v) :.; с5 ,...
м "" о
\r) ('<')
\r) \r) ":. >о
..; N ('<') ..;
00 00 о<> о<>
00 N о-
м
":.
\r) о ('<') ;;:;
,... N 00
('<') "" ""
м N ('<')
>о
>о "':. о-
..ё N ..... N
..... \r) о
\r) м
.....
\r)
.....
\r)
м
о
""
00
о
м
о-
о
>о
.....
N
о-
о
м
N.
.....
;;:;
о
r-:
('<')
00
.....
.....
о
м
.....
v)
.....
м
.....
\r)
м
\r)
00
о
..ё
('<')
\r)
00
v)
.....
.....
.....
::о
:io C) ':!: g.
\: >Об \:...<= 1;
<= u " i1 i1" .u.8-
.g. .... \о ",:S:" iIE :s:
S . s ;t:3' 111
.S!tII.o. . . . c58. QO
W\oI:s:V'):Ii: ЦО')Qr---О Q OO
О,'':::::' w 01 ;>. О, 01 : 01 :s: о..:::::
Z Z=<=Z Z Z= Z
С:' :SC: ...C: I с: "XC: C: I
U U U U 2U U
433
Полевые работы проводятся с применением сейсмических станций
"Проrресс-3" , "Проrресс 2ВС" и "Проrресс 968", оснащенных
дополнительными устройствами для тестирования вибраторов.
Управление источниками осуществляется с сейсмостанции по
радиоканалу.
Импульсные источники управляются системой синхронизации
возбуждения ССВ, виброисточники reнераторами сиrналов
развертки (rCp дЛЯ CB 5 150 и rc дЛЯ CB 10/180).
Некоторые показатели, иллюстрирующие эффективность работ
MorT с различными источниками колебаний приведены в табл.14,
из которой видно, что основные объемы работ в 1990 1991 rr.
выполнялись с вибрационными источниками колебаний; с 1992 r.
экспедиция отказалась от работ со взрывами вследствие их
высоких стоимости и повышенной опасности и перешла на ис
пользование вибраторов; по стоимости OДHOro километра про .
филя MOrT источники возбуждения колебаний располаrаются
в следующей последовательности: rCK 6M6, CB 5 150, взрывы и
CB 1 0/ 180; эти данные отражают сравнительную стоимость
сейсморазведочных работ, поскольку методика и условия их
проведения, а также полученные результаты весьма близки
в этих партиях.
В последние roды полевые сейсморазведочные работы BЫ
полнялись повторно на ранее изученных площадях, что упрощало
обоснование и выбор полевой методики. Тем не менее прак
тически повсеместно отрабатывались сначала волновые зон-
дирования с использованием широкополосных (1 o 11 О rц) лчм
сиrналов, а затем, особенно при работах с нчм сиrналами,
эталонные профили протяженностью 5 8 км для оценки эф
фективности опробованных методических приемав. Этим работам
предшествуют определенные модельные исследования, которые
выполняются с целью выбора наиболее оптимальных параметров
управляющих сиrналов. По материалам зондирований и про
фильных наблюдений выбирается методика работ, которая, ес-
тественно, может корректироваться в процессе их проведения.
Выбор модификации вибраторов производится с учетом их си
ловых параметров и решаемых задач; так, например, в Pec
публике Калмыкия для решения весьма тонких задач по изуче-
нию строения надсолевоro комплекса пород, залеrающеro на
сравнительно небольших rлубинах, применяются вибраторы CB 5-
150, оснащенные специальными блоками, обеспечивающими воз
буждение кусочно линейных управляющих сиrналов, что позво
ляет обоrатить спектры реrистрируемых волн высокочастотными
составляющими.
При работах в. Ростовской области, характеризующейся
сложной и весьма мощной (в среднем 45 м) ЗМС, потребовалось
использоuание вибраторов CB 1 0/180, развивающих БОльшие уси
лия, чем CB 5 150.
11::..1.2. Ut,;nVDnDlI . НVJ1Vл\' Пn)1 JYl 1 VAnhn
" J}lВРОСЕЙСМОРАЗВЕДКИ
Сейсморазведочные работы с применением вибрационных ис
'!'Очников колебаний проводятся во всех указанных выше реrио
аах в течение рsща лет, что позволило сформировать опре
деленные подходы к выбору и обоснованию элементов полевой
методики. При этом важна идеолоrия, которая кладется в ее
основу. В сейсморазведке получил применение принцип "опти
Naльности", под которым понимается некоторый комплекс Meтo
дических приемав, обеспечивщощий приемлемую по качеству
реrистрацию волн, характеризующихся определенными ycpeДHeH
8ЫМИ параметрами. В случае отклонения их от усредненных
качество реrистрации ухудшается. Однако развитие технических
. методических средств современной сейсморазведки показы
вает, что П ; евую методику не следует рассматривать отдельно
от отработ и материалов, которая позволяет существенно
8JIИЯть на к чество результирующих материалов. В этих усло
БИЯХ важно 'получать в поле такие исходные записи, которые
позволяли бы использовать все возможности последующеro
суммирования по MOrт и цифровой обработки данных. Поэтому в
основу конструирования полевой методики заложен принцип
,l универсальности", а не " оптимальности" , который позволяет
широко использовать возможности обработки и связывает ее с
полевой методикой. В данном подходе изменение полевой Meтo
дики рассматривается взаимосвязано с изменением rрафа об
работки, расширяя в целом возможности, в первую очередь,
вибрационной сейсморазведки.
С позиции "универсальности" перед полевой методикой CTa
вится задача возбуждения колебаний в целесообразно макси
мально широком диапазоне частот и реrистрация волновоro поля
с минимально возможными искажениями (девиз "не навреди")
на целесообразно широкой базе приема. Варьирование пара-
метрами переносится в сферу обработки.
При этом отпадает необходимость в корректировке условий
возбуждения и приема колебаний в связи с изменениями сей
СМоreолоrической обстановки, обеспечиваются наилучшие yc
ловия выделения волн путем изменения параметров обработки
материалов, варьирование параметрами обработки производится
более осознанно и обоснованно, так как выполняется оно на
ОСновании анализа качества временных разрезов, а не сейсмо
rpзммы МОВ.
Оценка качества материалов производится путем определения
КОмnлексноro (интервальноro) коэффициента качества (ККК),
Который рассчитывается обычно в временных окнах, равных
0,15 с, по следующей формуле [29]:
ККК = 10 х KOG х S/N х L х EN,
rДе KOG KorepeHTHOCТb; S/N - соотношение сиrнал/помеха;
w
L - разрешенность; EN динамическая выразительность (энт
ропия) .
Мноroлетний опыт использования данноro параметра показал,
что в подавляющем числе случаев он довольно точно отображает
качество материалов. Рассмотрим применение принципа "уни
версальности" при выборе параметров управляющих сиrналов
и числа накоплений.
В свое время сравнительно широкое применение получил спо
соб перебора начальной и конечной частот управляющеro сиr
нала с оценкой получаемых результатов по сейсмоrраммам МОН.
Практика опробования способа в различных районах показала,
что он не всеrда дает корректные результаты, особенно по
низкой, начальной частоте сиrнала. Более обоснованные и
устойчивые результаты получены на уровне анализа материалов
MOrт. При этом пере60р начальной частоты сиrнала можно
заменить фильтрацией полосовым фильтром с различными Ha
чальными частотами при обработке материалов. В подтверждение
этоro на рис. 134 приведены результаты определения параметра
ККК по трем отраженным волнам при пере60ре начальной частоты
сиrнала, выполненноro по сейсмоrраммам МОВ и материалам MOrT
в одном из районов Калмыкии. Характер кривых существенно
различен и показывает, что действительно оптимальными
являются минимальные значения {Н' определенные по данным
MOrT, а не по сейсмоrраммам МОВ, поскольку для первых Ha
блюдается резкое уменьшение ККК с увеличением начальной
частоты. Полученные результаты объясняются рядом причин и, в
первую очередь, более высокими значениями отношений
сиrнал/помеха, лучшей прослеживаемостью целевых волн на
разрезах MOrT и их большей зависимостью от значений началь
ной частоты развертки.
При переборе конечной, максимальной частоты управляющеro
сиrнaла {.. существенную роль иrрает спектральный состав
целевых волн. И если значения {.. выходят за ero пределы, то
их дальнейшее увеличение перестает воздействовать на BЫ
сокочастотную часть спектра. Вместе с тем рост {.. вызывает
ускорение развертки и, как следствие, сокращает фактически
реализуемый частотный диапазон, практически со стороны
только низких частот. Увеличение {.., таким образом, co
провождается процессами, схожими с теми, которые возникают
при повышении {Н' И так как основная энерrия отраженных волН
сосредоточена в области низких частот, то это ведет к yxyд
шению их динамической выразительности. Последнее часто
связывают с изменением {.., фактически же оно вызвано изме
нением скорости развертки. Вопрос же об оптимальной величине
{.. в этих условиях остается открытым. Таким образом, Meтo
дика пере60ра {н и {.. по материалам волновых зондирований
имеет указанные выше недостатки и может применяться тольКО
при работах в новых районах и необходимости получения быст
рых оценок и решений. Во всех случаях полученные результаты
436
а [ !! Ш
ккк \
Z5
5,0
о
5
7,5
5.0
2,5
60
О
20 40 ба
О
20 40 fH/u,
Рис. 134. Результarы определении параметра ККК по отраженным волнам or
иадсолевоrо (/, t = 1,6-1,7 с) и двух подсолевых (11 и 11/, t = 3,0-3,4 с
н t = 3,9-4,7 с) roрИЗОllТOв при изменениях начальной чacтorы управлиющеro
сиrнала в полевом эксперименте (а) и полосовоrо фильтра в процессе обра-
бorки мareриалов (6):
Наибольшая полоса частот управляющеro сиmала t:J.f 10 90 rц, шесть виб
раторов CB 10/180 на базе 100 м, число сейсмоприемников 21 на базе 60 м;
/ MOrт, 24, 2 - МОВ
нуждаются в оценке и коррекции с учетом последующей обра
ботки материалов MorT.
Основной же объем исследований по выбору частотных пара
М: poB снrнала необходимо перенести на этап обработки мате-
риалов MOrт. Перебор {н и {.. подменяется перебором краевых
частот полосовоro фильтра (р н и р..). Корреляция, фильтрация
и суммирование - линейные операции и с теоретических позиций
подобная подмена достаточно корректна. Экспериментальные
Исследования в целом подтверждают это положение [25, 29]. На
рис. 134 приведены результаты определения ККК при переборе
{н и Рн, ИЗ которых следует их практически полная идентич
8ОСТЬ, что подтверждает возможность выбора частотных пара
Метров развертки по результатам фильтрации полученных за
nИсей при достаточно широкополосном исходном управляющем
Сиrнале. При выборе рабочеro значения !н следует уменьшать
Определенное значение р н на 2 3 rц за счет скоса управляю
щеro сиrнала.
На практике в экспедиции применяются оба способа выбора
частотных параметров управляющих сиrналов. Первый (перебор
437
{н и {к) чаще Bcero используется при выходе в новые районы и
необходимости получения быстрых результатов. Основным яв
ляется второй способ (перебор р н и р.). При этом следует
руководствоваться принципом лучше неоправданно расширить
частотный диапазон возбуждаемых колебаний, чем неоправданно
ero сузить. Первое нейтрализуется высокой помехоустойчи
востью вибросейсмическоro метода и последующей фильтрацией,
второе необратимо. Результаты TaKoro подхода привели при
работах в Калмыкии к понижению значений р н с 20 30 rц до
10 rц и к возрастанию {.. с 37 40 rц до 55 62 rц. Понижение
{" повсеместно вызвало увеличение rлубинности исследований,
а рост {к улучшение разрешенности записи.
Исследования выявили и характерную особенность динами
ческая выразительность разных волн достиrает cBoero макси
мума обычно при одинаковых или близких значениях {н и при
существенно разных значениях {к. в частности, максимумы ККК
зафиксированы для подсолевых волн при {к (р к ) = 35 45 rц, а
для надсолевых при {к (р к ) = 50 62 rц. Поэтому в cтaндapT
ный rраф обработки была включена проrрамма, осуществляющая
переменную во времени фильтрацию в диапазоне 10-62+40 rц.
При работах с широкополосными управляющими сиrналами очень
важно свести к минимуму искажения волновоro поля, вносимые в
процессе ero реrистрации и обработки. Расширение полосы
возбуждаемых частот тorдa только эффективно, коrда оно co
провождается соответствующим обеспечением на всех уровнях
реrистрации и обработки данных, которое включает использо
вание аппаратуры с необходимыми характеристиками и комплекса
методических средств, исключающих искажение реrистрируемых
данных. В первую очередь - это сжатие баз полевоro rруппи
рования, которое, к сожалению, сопровождается ухудшением
соотношения сиrнал/помеха и, как следствие, снижением
rлубинности исследований.
Расширение фактически реализуемоro частотноro диапазона
достиrается и возбуждением нелинейных сиrналов (НЧМ). Разные
модификации метода опробовались в экспедиции с 1985 r. [26].
Ю.П. Кострыrиным был предложен способ соrласованных сиr
налов "... заключающийся в использовании нелинейных раз
верток, амплитудный спектр ФАК которых совпадает с COBO
купной амплитудно-частотной характеристикой системы "вибра
тор - rpYHT" и среды для наиболее rлубоких целевых отраже
ний" [24]. Этот способ позволил улучшить прослеживаемость
наиболее rлубоких, подсолевых волн, правда, за счет снижениЯ
качества надсолевых. В 1992 r. НЧМ развертки применялись в
производственном режиме: в Калмыкии для изучения надсолс
вой толщи и на юre Ростовской области - для изучения Haд
палеозойскоro комплекса осадков. И в том, и в друroм случае
использовались сиrналы tJ.f = 15 87 rц с кусочно линей
ным изменением частоты, которые формировались разработанноЙ
в экспедиции для виброисточников CB 5 150 М приставкой.
438
. В методических целях один из профилей Калмыкии был OT
:9аботан с тремя вариантами нелинейных сиrналов. В первом
аороеть развертки с повышением частоты постепенно пони
. -здась от 27 до 3 rц/с, во втором и третьем варьировала,
. соответственно, от 11 до 7,6 rц и от 11 до 5 rц. Для co
Dоставления этот же профиль был продублирован с ЛЧМ сиr
-вдами t.f = 15 71 rц разной длительности в режимах, обе
ечивающих равенство энерrетических затрат Т = 8 с, К = 9
в Т =о 72 с, К = 1 (здесь и далее Т длительность сиrнала,
К количество накоплений); скорость развертки, COOTBeTCT
.,енно, составляла 7 и 0,78 rц/ с. На юrе Ростовской области
сопоставление НЧМ и ЛЧМ сиrналов проведено в одинаковом
частотном диапазоне t.f = 15 87 rц. Скорость развертки в
НЧМ сиrнале варьировала от 25 до 4 rц/с, в ЛЧМ сиrнале она
составляла 8 rц/ с. На севере той же области, но уже в иных
сейсмоrеолоrических условиях было опробовано два типа He
линейны сиrналов с квадратичным (КВАДР, {н = 17 rц, D =
.. 3, N О, {к = 71 rц) и лоrарифмическим <лоr, {" = 17 rц,
D = 3, = 8, {к = 54 rц) законами изменения частоты. Они
сопоставлялись с ЛЧМ сиrналами t.f = 17 77 rц и М = 13
77 rц.
Результаты сопоставления оказались различными: явно бла
roприятными по отношению к нелинейным разверткам в Калмыкии
и не столь однозначными в Ростовской области. В Калмыкии
наивысшая динамическая выразительность надсолевых волн была
достиrнута при возбуждении НЧМ сиrнала с самой высокой из
опробованных степенью нелинейности (рис. 135); t.f = 15 42 rц
Ос), 42 57 rц Ос), 57 64 rц Ос), 64 72 rц (2с), 72 87 rц
(5с) этот сиrнал в дальнейшем и использовался в качестве
"рабочеro". По подсолевым roризонтам (П Н и Пнд качество
Материалов значительно ухудшилось. На севере Ростовской об-
ласти определяющим стало понижение начальной частоты свип
сиrнала с 17 rц (выбранной по материалам перебора {н на
уровне МОВ) дО 13 rц. в условиях выполненноro эксперимента с
{н = 17 rц максимальные значения KKIt исследованных волн были
зафиксированы при возбуждении КВАДР сиrнала, а минимальные
При возбуждении лоr сиrнала. На юrе Ростовской области эф
фективность НЧМ разверток примерно такая же, как и ЛЧМ
Сиrналов в том же частотном диапазоне.
Дадим оценку полученных результатов. В Калмыкии работы с
НЧМ сиrналами были выполнены в районах с малой мощностью
ЗМС (до 15 м) и на надсолевые, неrлубокие roризонты.
В этих условиях поrлощение высокочастотных составляющих волн
Оказалось сраilнительно небольшим и коррекция спектров излу
Чаемых волн НЧМ сиrналами позволила заметно повысить раз
рещенность волн, отраженных от верхних roризонтов. При
работах в Калмыкии уда,\ным было и то, что "скос" в начале
развертки оказался оптимальным для прослеживания надсолевых
roРизонтов. Для rлубоких, подсолевых отражений подъем
439
L
а
18900
t z
t s
!6
С7
t8
t g
t 18
.
........ ..... ._ .. ...........
..
. . . -
. .... - +.
.... . ........
.... ..
..... .. .. :-.=.:::. ' :-..:::::"""--= ,:-:--:-..
.. . '. .... ' . "".: ..
. .....:
....... . .,
,. ..:..:.:. ::::.
::....=- :
.. :"' '
....... --:::=: ::. 7:'
.-..--.... . ... ..
..... .......... _... ..........
..-..............
tzy
t y
; . :....:
".-.' .-. ... . .. .......-
.......... ....... :...
. : . .... : . -;: ; f= . ' .: .. ..
. :;; - 3 2 :. - .'
i r i
:::.:.;......: ...: :_ -
t П1
......... . ...." '. .,.........'."'......... ....
................... о". _......... . .......-
...... ...................".....................................- . ,"
.;..... ...........,............". .......... "' .....' ':::''''.=:.... .::::.."
:-:-:..': :::. . : :... =:..::;;;; --:::.z:::"":"'"
..........."............. ............ -4
..... .
t ЛМ '.
]j,1 ; ! EY )
6
21600 18900
21600
,О
. . ... . . . .
.-...::..... ...........
....... ........... .
.
. .:
:"1':'" .: "";!.....
. .
.
.
1
.
.
:. ...... . = :-
----=:.... . . ........::::: :.:: :.
, ..........
2
. . -:-. . . .
4-
.' "' .
:..:...: ---.. ........
... .'",....
. ""7 ---::::::-:. .-=-=:::..:: .
:::';::':':;.....7 =
::-- __ ;: i .. " .: .: :.--=- ;: :.
. ..',- ...... .-,'
......., .
. ......... .
'.: : : . :: . . ... -:..._..;: . ..:. .. . . . -:::: .:-"' . . . ':. .
'_: :;". .. .
j.:_, :::: zь: ; . .'. = ';::
3
.
.. ..". - .................
s
":" ...
Рис. 135. Сопоставленне фраrментов временных разрезов. полученных с ЛЧМ'
(а) и НЧМ (6) сиrналами:
а М 15 71 rц ЛЧМ, т 8 с; б М 15-42 rц (1 С), 42 57 rц (1 с).
57 64 rц (1 с). 64 72 rц (2 с), 72 87 rц (5 с). Т 10 с
:,ыокихx частот не привел к желаемым результатам. Снижение
уроВНЯ низк х частот за счет увеличения скорости развертки в
ее начальнои части и влияние скоса паryбно повлияло на про
(JIеживаемость rлубоких roризонтов, уровень которых стал
соизмерим с фоном (см. рис. 135). Условия работ в Ростовской
о6ласти (большая мощность ЗМС и значительные rлубины до
целевыХ roризонтов) не позволили улучшить разрешенность
записей за счет применения НЧМ сиrналов. Опыт работ с НЧМ-
cиrвaлами показал, что параметры сиmалов, оптимальные для
JIIIIIейных разверток, не являются таковыми для нелинейных, и
их в силу различия скоростей развертки и друrих причин
необходимо корректировать. в случае использования BЫCOKO
частотных НЧМ разверток обязательным является понижение
,., невыполнение этоro требования может привести к ошибочным
выводам относительно эффективности подобных сиrналов.
ПОВЫШ fi ие эффективности НЧМ сиrналов достиrается за счет
. концентра ии энерrии в требуемых полосах частот, которая
реализуетс путем изменения скорости развертки и увеличения
длительн и возбуждения. При работах с высокочастотными
,развертками допустимая степень ослабления низких частот в
разных сейсмоrеолоrических условиях неодинакова и в общем
случае не безrранична. В определенных, наиболее сложных
условиях, оrда реализуемое соотношение сиrнал/помеха ис
следуемых объектов невысоко, приходится, как уже отмечалось,
концентуировать энерrию не на высоких, а на низких частотах.
Проблема повышения помехоустойчивости в принципе решается
простым наращиванием длительности вибросиrнала. Однако и
на этом пути имеются оrpаничения. Обратимся к эксперименту.
На одном из профилей в Калмыкии было проведено сопоставJreние
двух вибросиmалов М = 15 71 rц длительностью 8 и 72 с,
отработанных в режиме накапливания, соответственно, девяти
И одноro воздействий. С энерreтических позиций оба сиrнала
равноценны, второй из них даже несколько более энерroемкий
за счет TOro, что в нем под "скос" попадает существенно
меньший интервал частот. В сейсмическом материале это COOT
НОшение проявилось в близости характера записи и рассчитан
иых значений отношений сиrнал/помеха (S/ N) и ККК по Haд
СОЛевым волнам (t2 t v ) (табл. 15). По подсолевым отраже
ииям (t п t п ) эти параметры оказались существенно хуже
I 11
по записям, полученным с сиrналом большей длительности.
Данные результаты предположительно связываются нами с
. ИЗменениями длительности и формы взаимно корреляционных
функций (ФЩ() сиrналов различной протяженности. При ис-
ПОЛьзовании сиrнала с Т = 72 с слабые подсолевые волны,
ОЧевидно, прослеживались на фоне еще достаточно интенсивных
корреляционных шумов от неrлубоких roризонтов, что и привело
k ухудшению их выделения на сейсмозаписях. С друroй стороны,
ПО опыту в друrих районах увеличение длительности вибросиr--
8алов с 4 до 6 с и с 6 до 12 с сопровождалось некоторым
441
Таблица 15
ХарапернCПlКН ОСНОВНЫХ отраженных волн прн разных ДJlитеЛЬНOCТIIX
ЛЧМ-снrН8JlОВ М = 15-71 rц
ВреМII т 8 с; K 9 Т 72 с K 1 =
отражений
S/N ккк S/N ккк
t2 2,628 2,552 2,651 2,610
t6 5,595 4,332 5,535 4,514
t9 3,397 3,987 3,231 4,742
tш 9,489 8,576 9,119 7,929
tlV 13,613 7,884 12,070 7.209
tv 8,901 8,255 7,653 7,657
tп 9,411 6,027 4,908 3,024
tп I 1,677 0,635 0,752 0,319
11 1,002 0,466 0,417 0,170
II
ухудшением прослеживаемости "мелких" и определенным у:Луч
шением прослеживаемости "rлубоких" 01'раженных волн. Ha
прашивается вывод о том, что существует, по видимому, опти-
мальная длительность возбуждаемоro сиrнaла, которая опре
деляется решаемыми задачами, структурой caMoro сиrнала и ero
ФВК.
Повышение отношений сиrнaл/помеха достиrается также Ha
капливанием сиrналов, которое широко используется при рабо-
тах с вибрационными источниками колебаний. Эксперименталь
ные работы по оценке эффективности накапливания были BЫ
полнены в различных районах с использованием ЛЧМ сиrналов
и моночастот с расчетами, выполненными по виброrраммам и
коррелоrраммам. Они дали неоднозначные результаты, указы-
вающие на то, что амплитуды волн увеличиваются по мере Ha
копления данных, а отношения сиrнал/помеха и ККК MOryT
возрастать, а MOryT оставаться постоянными для волн, раз-
личающихся частотным составом и исходными значениями ампли-
туд. В качестве примера на рис. 136 и 137 приведены зави
симости изменения амплитуд, S/N и ККК дЛЯ различных волн в
функции числа слаrаемых (/О, рассчитанные по сейсмоrраммам
МОВ на "рабочих" ЛЧМ--сиrнaлах в Калмыкии. Из рис. 136
следует, что для всех волн наблюдается увеличение амплитуд
ниже теоретическоro. Причем эффект накопления снижается для
более rлубоких и низкочастотных волн. Наименьшим он оказал
ся для низкочастотной помехи, что, возможно, обусловлено не-
стабильностью ее возбуждения. Расчеты S/ N и К, выполненные
по этим же материалам, показали их практическое постоянство
при увеличении числа накоплений. это же следует из визуаль.
ных оценок полученных материалов (рис. 138). Из приведенныХ
результатов следует, что при хорошем качестве исходных
материалов и невысоком уровне микросейсм накопление мало.
442
A,JA1,MID
30
25
20
15
(
10 I
5
о
5
10
15
20
25
30
к
Рис. 136. Изменение амплитуд в зависимости от формы фУНКЦИИ числа сла
raeмых для различных ВОЛН:
1 низкоскоростные помехи; 2 волна t пll ; 3 волна t п1 ; 4 волна
1'111; 5 волна 1'11
эффективно за счет избыточной помехоустойчивости вибрацион
ВОЙ сейсморазведки. При низких исходных отношениях си.r
вал/помеха накопление повышает качество отражений и улучшает
Прослеживаемость волн на коррелоrpаммах и виброrpаммах. В
ЭТой связи представляют интерес оценки 5/ N, полученные по
материалам MOrт для трех волн в различных диапазонах частот
в зависимости от числа накоплений (рис. 139) . Волна tш от
&адсолевоro roризонта имеет высокую начальную интенсивность
11 отношение 5/ N во всех диапазонах частот остается практи
чески постоянным для всех К. ДЛЯ более слабой "подсолевой"
ВОлны tп наблюдается такая же закономерность и только в
[
ПОЛосе частот 40 70 rц имеет место некоторое повышение 5/N.
Отличная картина была получена по подсолевой волне t П
ш
небольшой интенсивности. Практически во всех "рабочих" диа
443
ККК .
I ....... .......................
................t ш
3/N
'''''''' tЛl
J
\/ ............ t пI
. . I .tз
2 . := ...... : -----..tu 1,
t пл . tпл
2,0
,....
. '----........
. tnI
1 5 . ..................
'""
....... . t;,
...... ..... ..............t
. . п
. tnn
. . .t5
1 ....... . , . tN
..... t
.......... .............., 5
0,5 ""'. ................tN
о 10 20 30 1( О 10 20 30 1(
Рис. 137. Зависимость S/ N и ККК от числа накоплений:
tll, tlll, tN, tз, ts надсолевые отраженные волны, t ol , t под-
солевые отраженные волны ОП
K 3;?
з
ч
s
Б
К 7 8
1<= ,
t л t ш
t ш
t пп
Рис. 138. Выборочные коррелоrраммы, полученные при числе накоплений К =
1, 8 и 32
Ц/Ц .s/N .5/N
."""""1O 20 5 F" 2 "; АF,rц
,Ц /' 1О зо
.""""'1O 70 20 70
....,.............1O 30 ". . .20 70 . .1O 70
.....-- ' 1O 202,O /
. .1O 50 .
:::::=:-.,...... 1O 70 3 .------ . .10 30
15 / """"'30 70 1,5 ;...... . . 1O 20
20 70 2 1,0
......... 'Io 70
I ............30 70
.30 70 0.5 . .
. ."O 70 . 50 70 : }g
0,5 8 12 О '1 8 12 О '1 8 12 К
5
о
Рис. . 139. зав имость отношения s/ N от числа нах:ОПJIений:
а для в лны tlJJ, б t п , в t п ; lO 20. lO 30 и
частот фИЛЬ в 1 IJJ
т .Д. полосы
пазонах частот наблюдается рост S / N с увеличением числа
накоплений, и только в узких частотных полосах это отношение
Остается ПОСТОЯННЫМ. Не исключено, что последнее обусловлено
слишком низким уровнем сиrналов. Полученные результаты
позволили связать эффективность накапливания с интенсив
ностью реrистрируемых волн и выделить четыре их уровня.
Первый сильные отраженные волны, практически никак не
реаrирующие на накапливание; второй отраженные волны
средней интенсивности, накапливание воздействует на них в
целом также слабо, но по отношению к высокочастотным coc
тавляющим оно проявляется уже достаточно отчетливо; третий -
слабые отраженные волны, и накапливание и удлинение вибро
возбуждения вызывает существенное улучшение их прослеживае
МОСТИ и динамической выразительности; и, наконец, четвертый
уровень очень слабые колебания, сейсмостанцией они не
Воспринимаются и в силу этоro не накапливаются.
Обычно применяемое в практике виброразведки число Ha
каnливаний 8 16. Приведенные данные свидетельствуют о том,
что в относительно простых условиях (малая мощность ЗМС и
rлубина исследования до 3 с) это число накапливаний избы
ТОчно и дОстаточно сложения 1 4 воздействий. С увеличением
Мощности ЗМС и rлубинности исследования возникает необхо
ДИмость увеличения и числа накоплений воздействий. По нашим
данным, целесообразно оценивать число накоплений по вибро
rpaMMaM, а не по коррелоrраммам, поскольку они осложнены уже
побочными помехами, которые не ослабляются суммированием за
IПIсей. Микросейсмы в "чистом" виде видны только на вибро
rpaMMax, следовательно, и достаточная степень их ослабления
МОЖет контролироваться лишь по ним. Выбор к существенно
44S
осложняется изменчивостью уровня микросейсм не только по
площади, но и во времени. Поэтому достаточность накапливания
нельзя спроrнозировать, что требует экспериментальных оценок
в процессе проведения работ.
8.8.3. ОБРЛБОТКА МАТЕРИАЛОВ
Обработка материалов производится на вычислительНом
центре экспедиции под методическим руководством rлавноro
rеофизика ВЦ, начальника партии интерпретации и ведущих
rеофизиков центра и полевой сейсмопартии. По поступлению
материалов в центр выполняется предварительная оценка ero
технической отработки. Установленный брак доводится до
сведения полевой партии (ведущеro reофизика и оператора
сейсмопартии). Окончательное решение по разбраковке материа
лов принимается после получения предварительноro разреза.
В полевых условиях проводят текущий анализ материалов,
расчет априорных статических поправок и подroтовку материа
лов к обработке на ВЦ. При работах с сейсмостанциями "Проr
pecc 968" в полевых условиях выполняется корреляция. Персо
нальные ЭВМ используют для тестирования сейсмостанции и
вибраторов. На основании опыта работ и возможностей ВЦ
составлен rраф обработки материалов,u который может несколько
меняться в зависимости от условии работ и использования
импульсных или вибрационных источников. Полный rраф об
работки вибрационных материалов с корреляцией на ВЦ приведен
в табл. 16.
8.8.4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК
Статические поправки при работах с НВИ, как правило,
определяют по данным специальных зондирований МПВ, распо
лаrаемых по профилям MorT с интервалами в среднем 0,5
1,5 км. Плотность зондирования зависит от строения ЗМС и
пересеченности рельефа. Обычно наблюдения на зондированиях
ведут из нескольких ПВ по встречным системам на различных
расстояниях от расстановки. База приема меняется от 200 до
350 м в зависимости от мощности ЗМС.
В качестве источника колебаний применяются установки rCK
6М (2 шт.), реrистрация колебаний осуществляется сейсмО
станциями "Проrресс" в режиме накопления (ближние ПВ ДBa
четыре накопления, дальиие до восьми накоплений).
Данная методика определения статических поправок обычно
применяется при двухслойной модели строения ЗМС, Т.е. тоrда,
коrда в толще ЗМС отсутствуют "волноводы". В противном
случае обратная задача по наблюдениям МПВ решается HeOДHO
446
r . 11 JI И Ц а !О
W'f8Ф обpaбoтnr мareриалов
eдYpa обработки
JlЬтимексаЦИII, реryJlировка
роJ1)амм (нормировка по уровню
. CltOnЬЗlIщем окне), получение
itcJppeпoJ1)aMM, отнормированных
110 уровию В СКОЛЬЗlIщем окне
J10nYчение априорных разреэов DP,
ор, SP, ридов SP
I Название
nporpaNNbl
DMX, GAINM,
CORW,
SUMEDP,
SUMEOP,
SUMESP, SP
REPIL
lJoА&мение низко- и cpeДHeCKOpo
стных помех
ПмосоваlI и режекторнаlI фильтра FILVTX,
... деКО :! ЦИII, корректирую-- DECVТX,
.... фИJПi ЦИII ZFDEC,
<, FILVТX
КорреКЦИII к ематических поправок ТSUМ
Попучение контрольноro разреза
tосле коррекции кинематических
nonравок
ICopреКЦИII (перваlI) стаmоправок
Получение контрольноro разреза
ПOCJIе коррекции кинематических
и статических поправок
ВтораlI корреКЦИII статпоправок
Получение контрольноro разреза
ПOCJIe второй коррекции
Цолучение roриэонтальнbIX спектров
скоростей
XcnрентиаlI фильтраЦИII
ДинамическаlI обработка по оконча
тет.ным разрезам
учение предельных скоростей
ICOммексом ЦМРНП
SUME DP
PIClny,
STCOR,
PAКS
SUME DP,
SP,OP
PAКS
SUME DP
HOКSP
ЛМСОD
SND. RКRFF
NEWAR,
LIMVEU,
VELAP
Примечаиие
В OAINМ окно и уровень
записи корреКТИРУЮТСII
В зависимости от кон-
кретных сейсмоreОJlОnt
ческих условий
Оценка качества материа-
ла и априорной статики
Получение базовой моди-
фикации
Переборы с перемениыми
СКоростнЫМИ законами
Возможен вариант ручной
коррекции статпоправок
за ОР, SD
При необходимости
Интерпоетаиионный ком-
плекс ZOND. разрезы
частных сумм, разрезы
после резонансно-ко
довых фильтров
значно, и, как правило, на разрезах OrT появляются аномалии,
СВязанные с эффектом выпадения пласта. У читывая это об
СТОятельство, в последнее время статические поправки опре
деляют на основе специальной методики использования времен
ПРихода преломленных волн, реrистрируемых в первых вступ
Jlениях на сейсмоrpaммах orт, и данных опорных наблюдений в
СКважинах в отдельных точках профиля. Высокая плотность
наблюдений MOrT позволяет выделить и проследить неrлубокий
447
преломляющий roризонт и получить значения to по пРОФилям,
которые характеризуют временные аномалии в верхней части
разреза. Определенные значения to трансформируются в ап
риорные значения поканальных статических поправок на ОСНОВе
сопоставления и увязки их с данными О временах распростра
нения волн в ЗМС, определенными по скважинам или каким либо
друrим измерениям. Данная методика реализуется на персо
Н<1Льных ЭВМ и при блаroприятных условиях обеспечивает опре
деление статических поправок с ошибками, не превышающими
2 4 мс.
8.8.5. ПРИЕМКА МЛ ТЕРИЛЛОВ И КОНТРОЛЬ ЗЛ
РАБОТОЙ ИСТОЧНИКОВ
Оценка качества и приемка материалов осуществляются в
соответствии с действующей инструкцией по сейсморазведке.
Ежедневно rеофизик оператор оценивает материалы по каждому
физнаблюдению на основании просмотра полученных сейсмоrрамм
(коррелоrрамм) на экране станционноro монитора (видеоконт
рольноro устройства). Это позволяет существенно сэкономить
энерrию и материальные затраты на получение сейсмозаписей.
Одновременно визуально оценивается и качество зареrистриро
BaHHoro на одном из вспомоrательных (или рабочем) каналов
сейсмостанции опорноro сиrнала.
На электростатическую бумаry воспроизводятся, как пра
вило, ежедневные тестовые ленты и каждые шестое или ДBe
надцатое физическое наблюдение. Эти материалы с маrнитными
лентами и сменными рапортами оператора поступают в камераль
ное бюро партии для реrистрации и определения количества и
качества выполненных за день работ. В случае необходимо
сти после просмотра полученных материалов ведущий rеофизик
может принять решение о переоценке полученных физических
наблюдений. Работу источников контролируют, снимая их aM
плитудные и фазовые характеристики.
Амплитудно частотные характеристики (А ЧХ) вибраторов
определяют ежемесячно после про ведения Офилактических
работ. Для их получения в rpYHT на rлубину примерно 0,5 м
закапывают акселерометр или сейсмоприемник. Далее на эту
площадку поочередно заезжают вибраторы и производят воздей-
ствия. Сиrналы датчика от каждоro вибратора заносятся в
накопитель сейсмостанции на определенные каналы. По оконча
нии записи сиrналов от всех вибраторов результат записы
вается на ленту, а затем выводится на монитор и воспроиз
водится на электроrрафической бумаrе. По этим материалам
оценивают состояние вибраторов и их приroдность к работам.
Если амплитуды и фазы сиrналов вибраторов во всем диа
па оне рабочих частот различаются не более чем на 25 % и
10, то качество источников считается удовлетворительным.
448
()собое внимание уделяется проверке фазочастотных харак-
Jlстик (ФЧХ) вибраторов, которая проводится ежедневно и
JI)CJIe профилактики. Для снятия ФЧХ сиrналы с датчиков виб
роасорости (для CB 5 150) или ускорения (для CB 1O/180),
установленных на плите или крестовине вибратора, подаются на
,ХОд сейсмостанции и записываются на разных каналах. На один
JlЗ каналов записывается управляющий сиrнал с rcp сей-
C)lостанции.
работа вибратора считается удовлетворительной, если в
диапазоне рабочих частот фазовая неидеНТI;fЧНОСТЬ вибраторов,
а также вибраторов и rcp не превышает 1 О .
Маrнитные ленты с записью амплитудных и фазовых xapaKTe
ристик вибраторов обрабатываются также на вычислительном
центре, rде вычисляются и выводятся на бумаry А ЧХ и Ф ЧХ
в rpaфической форме. .
В экспедиции разработано и выпущено несколько экзем
пляров а9Паратуры "ПАК контроль", которая в комплексе с
видеоконтрольным устройством в полевых условиях оперативно
вычсляfтT и выводит на монитор в rрафической форме АЧХ и ФЧХ
вибраТОlIOв С дискретностью 5 rц.
в вибраторах CB 5 150 для постоянноro контроля за рабо-
той цифровоro reHepaTopa блока управления введено устройство
подсчета количества периодов опорноro сиrнала (н) , умещаю
щихся на длине развертки Т при линейном законе изменения
частоты по формуле
N = (2fи + 6.!> Т/2,
rдe N число периодов; fи - начальная частота сиrнала;
6.! приращение частоты; Т длительность развертки.
Результаты счета в визуальной форме выводятся на перед
нюю панель пульта управления вибратора, и в процессе работы
они контролируются оператором вибратора.
Для контроля следящей системы вибратора за каждый период
сиrнала вычисляется и визуально контролируется уroл paccor--
ласования между фазами onopHoro сиrнала блока управления и
датчика виброскорости (CB 5 15q) или ускорения (CB 10/180).
Контроль импульсных источников осуществляется по их фа
Зовой идентичности. Для этоro возле камеры каждой установки
устанавливают сейсмоприемники, зашунтированные резистором в
10 Ом. Сиr:налы от каждоro сейсмоприемника подаются на OT
дельные каналы сейсмостанции, записываются на маrнитную
ленту, а потом выводятся на монитор и в печать.
8.8.6. орrАНИЗАЦИЯ ПОЛЕВЫХ РАБОТ
Общее руководство и орrанизация полевых работ на профиле
ВОзлаrаются на начальника отряда. Обычно на уровне сей
Смоотряда (одноотрядная партия) это rеофизик оператор, KO
:29 Заказ JIIi! 2202
449
торый работает за пультом сейсмостанции. При двухотрядной
орraнизации партии в ее штат вводится должность OCBO
божденноro начальника отряда, в задачи KOTOporo входят
общая координация работ, обеспечение их высокой производи
тельности и получение материалов BNCOKOro качества. В KOM
петенцию освобожденноro начальника отряда входит решение
следующих вопросов:
порядок разбивки профилей и очередность их отработки;
выдача заданий топоreoдезическому и сейсмическим отрядам;
распределение техники между отрядами;
контроль техническоro состояния сейсмокомплексов в OT
рядах;
орrанизация и контроль за проведением ежемесячных MeT
ролоrических работ (проверка идентичности сейсмоприемников
или их rpупп, тестирование сейсмостанций, проверка иден
тичности работы НВИ и др.);
орrанизация доставки rCM и обедов на профиль и ряд друrих
вопросов.
При одноотрядной форме орrанизации функциональные обя
занности начальника отряда перераспределяются между Ha
чальником партии и rеофизиком оператором. Орrанизационные
вопросы решает начальник партии, а руководит работами на
профиле непосредственно начальник отряда reофизик опера
тор.
В функциональные обязанности начальника отряда (reo
физика оператора) по руководству работами на профиле входят:
контроль за техникой Оезопасности и охраной труда в сей
сморазведке;
выдача заданий смоточно размоточной бриrаде, технику
reофизику (помощнику оператора) и руководителю (обычно один
из операторов НВИ) rpYnnbl НВИ;
расположение техники на профиле в процессе работы и в
конце рабочей смены, орrанизация охраны на профиле и pa
диосвязи;
ведение установленной правилами документации по охране
труда и ТБ;
орrанизация заправки техники rCM и доставки обеда на про
филь и ряд друrих вопросов, технолоrически связанных с сей
сморазведочным производством. .
Обязанности начальника отряда НВИ:
обеспечение и орrанизация ритмичной и соrласованной pa
боты установок НВИ на профиле;
обеспечение соблюдения технолоrической дисциплины при
производстве работ;
орrанизация ведения оперативной документации на установки
НВИ;
набор и расстановка операторов, обеспечение технически
правильной эксплуатации установок, составление rрафика прО
филактических работ и ТО установок, планирование ремонтныХ
450
в межсезонный период и общее руководство ремонтными
работами, у астие в работе комиссии по приемке OTpe
онтированнои техники;
контроль правил и норм системы безопасных приемов труда,
норм пожарной безопасности на установках НВИ;
обеспечение правил и инструкций по технике безопасности
и производственной санитарии, технолоrических реrламентов,
орименение безопасных приемов труда и средств индивидуальной
защиты;
ороведение в установленные сроки первичных, периодических
и внеочередных инструктажей по ТБ.
8.8.7. КРАТКИЕ rEолоrИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ
Начиная с 1976 r. экспедицией NQ 2 ВЫПОлнены значительные
06ьeMЫ MOrт с применением невзрывных источников воз
буждени в пределах трех тектонических реrионов:
в ro западной части Прикаспийской впадины (Респуб
лика К мыкия, Хальм Танrч) отработано 25 000 км профилей
MOrт;
в северных районах Скифской эпиrерцинской ПЛИТЫ (юr
Ростовской области) отработано свыше 10 000 км профилей
MOrт;
на южном склоне Воронежской антеклизы (север Ростовской
области) отработано 9000 км профилей MOrT;
Выполненные объемы позволили уточнить rеолоrическую MO
дель исследуемых реrионов, выявить и подroтoвить под по
исковое бурение 48 нефтеrазоперспективных объектов общей
площадью 1407 км 2 , в том числе в подсолевом комплексе 21
структуру, суммарная площадь которых составляет 861 км 2 . При
ЭТОм применяемая методика и технические средства позволили
картировать не только размытую разновозрастную поверхность
подсолевоro ложа, но и ряд поверхностей размыва внутри под
солевоro комплекса отложений.
В пределах Скифской эпиrерцинской платформы установлено
значительное число нефтеrазоперспективных объектов в OT
ложениях мела, палеоrена и триаса.
На ряде подroтовленных нефтеrазоперспективных объектов
открыты промышленные залежи rаза и нефти (Патроновское,
ТИШКИНСК'.Jе, rлубокинское, Плотинское, Южно Плодовитенское и
др.1. Наиболее перспективное из них. Южно Плодовитенское
месторождение площадью 133 км 2 было подroтовлено в поисковое
бурение в 1988 r. (рис. 140). В процессе проводки N1 1 из
интервала rлубин 4419 4432 м (известняки нижнеro среднеro
карбона) было получено нефтепроявление. При испытаниях при
ток нефти на диафраrме 16,7 мм составил 623 мЗ/сут. На
рис. 140 приведен временный разрез через Южно Плодовитенское
ПОднятие, на котором отчетливо выделяется антиклинальный
29*
451
о:::.
tQ
о:::.
с6
t2
,....,.... r-.
'"ЕоО
'" N '"
c[UU
....., '--'
н
L:L:L:
,....
,.... ..
"'i:=I
,
'--'1=1
1:1-.....
с:: .
t:
>
....
4-
....
= :а
....
о. :.:
5!
56.
111 е
O)
i
8 s!
u
:а '"
Ii! о)
:а
125
51 а
:.: u
O)
t::
'
О >
0)=
:s:
=
u =
i!!8.=
O)=
g:': ..:;
=:s:=
812Х'
:.1 .. о::
u :.: о
= D. u
..
111 !:;
08.5!
g:s:><
а ",с.
'" о)
111 111
, :.: о
о t::
'
51>
D. ..
'" 1>1
CIIo::
:.:
"8.
:s:
'" D.
8,.se
:а о)
D.D.:S:
.;!; g Ef
о о s!
= '"
5 '
:s:
1'0')
ш
C\I
Ш
....
о
о)
. :а
e>...,1II
о)
... о::
. о
. '" u
u o=s:
....:
'i:':'...,реrиб ПО подсолевым roризонтам. Выполненные профильные
'. P.liOТЫ позволили выявить здесь крупное положи..тельное под
'. вsти е , осложненное рядом локальных осложнении, которое с
большой степенью вероятности позволяет предположить суще
Crвование здесь крупноro атолла.
В заключение сформулируем недостатки существующих MO
ДJlфикаций вибрационных источников. Основные из них сле
. дующие:
достаточно узкий выбор вибраторов, характеризующихся раз
JDI1IНЫМИ силовыми и частотными параметрами и смонтированных
на автомобилях, баrrи и снеroбoлотоходах:
системы управления вибраторов не отвечают современным
требованиям по reнерированию различных сиrналов, тести
рованию вибраторов и проверке их параметров;
отсутствуют системы, позволяющие адаптировать рабочие
хар истики вибраторов к физическим свойствам rpyHТOB
В р емым задачам;
Ifизкая надежность вибраторов и систем их управления;
фтсутствуют поrружные скважинные источники и вибраторы
для мноroволновой сейсморазведки.
В силу этих причин оrраничено применение вибрационной
сейсморазведки при решении задач по проrнозированию reo-
лоrическоro разреза, прямым оценкам содержания уrлеводородов
в разрезе, межскважинному просвечиванию и друrим направ-
лениям поисково разведочных работ, требующих детальноro изу
чения разреза инеискаженной реrистрации волн в широкой
ПрЛосе частот.
8.9. РАЙОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ!
Полевые сейсмические работы с невзрывными, вибрационными
источниками выполняются на всей нефтеrазоперспективной Tep
ритории Западной Сибири.
8.9.1. РАЙОНЫ ХАНТЫ-МАнсийскоrо ABTOHOMHOfO
OKPYfA
u rrп " антымансийскrеофизика" проводит работы с вибро
сеисмическими импортными комплексами с 1978 r. в различных
поверхностных условиях Ханты Мансийскоro aBТOHoMHoro oKpyra.
это поймы рек, сильнопересеченные районы Сибирских увалов
(Белоroрский материк), rде встречаются абсолютные отметки до
'На территории 3anaДНOA Сибири сейсмические работы С неварывнымн, BH
брациониыми источниками ВЫПОЛНЯЮТСЯ ДВУМЯ reoлorическими предприятиямн ЛО
"ХантыманснйcкrеофиаИК8" н ЛО" ЯмaлreoфнаИК8" .
453
230 м; залесенные слабопересеченные районы Западно Сибирской
низменности; тундровые и лесотундровые районы, зоны развития
мноroлетнемерзлых пород. В связи с особенностями климатиче
ских и поверхностных условий полевые работы проводятся
только в зимний период (декабрь апрель).
В процессе освоения вибросейсмических комплексов (ВСК)
усложнялись и reолоrические задачи, решаемые с их примене
нием. Вначале это была в основном структурная разведка, в
последующем стали решаться и задачи выявления и подroтовки
к бурению структурно литолоrических и литолоrических лову
тек. Кроме тоro, с ВСК проводят и реrиональные работы,
которые служат основой для последующих площадных работ MorT.
В общем, можно сказать, ВСК решают те же задачи, что и
взрывная сейсморазведка. Целевыми являются все отражающие
roризонты осадочноro чехла от rpаниц в верхнем мелу (rлубины
900 1200 м) до подошвы осадочноro чехла (3000 3500 М). Точ
ность работ меньше, чем при взрывной сейсморазведке, так как
не проводятся специальные работы по изучению ВЧР.
Все работы с невзрывными источниками проводятся с им
портными вибросейсмическими комплексами. Первые два ВСК были
закуплены в 1978 r. в США, в компании rEOCOPC: сейсмостанции
(48 канальные) MDS 10, вибраторы на шасси "Формост" в
комплекте с сейсмокосами и сейсмоприемниками. В 1987 r. было
закуплено 10 таких же вибраторов на шасси "Формост" в дo
полнение к устаревшим (физически) предыдущим. В 1987 r. во
Франции в фирме CGG были закуплены три виброкомплекса: 120
канальные сейсмостанции SN 358, вибраторы MEPЦ 27, сейсмо
косы и сейсмоприемники, соединенные в rирлянды по двенадцать
штук.
Кроме TOro, работают "rибридные" виброкомплексы: сейсмо
станции "Проrресс 3" с вибраторами "Формост". Управление
работой вибраторов проводится с сейсмостанции с помощью YKB
радиостанций,. устройств RCV (на сейсмостанции) и SHV (на
вибраторах) .
В зимние сезоны 1990 1991 rr. и 1991 1992 rr. в rrп
"Хантымансийскrеофизика" работали по 32 сейсморазведочные
партии, из них по четыре вибросейсморазведочных.
В 1990 1991 rr. было отработано 18 490 км сейсмопрофилей
и на них получено 215 876 физических наблюдений. Из них с
вибраторами 2950 км (16 %) и 59 000 физических наблюдений
(27 % ) .
в 1991 1992 rr. было отработано 16 024 км сейсмопрофилей
и на них получено 199 398 физических наблюдений. Из них с
вибраторами 3224 км (20 % ) и 64 445 физических наблюдений
(32%), Т.е. имеет место увеличение абсолютных и относи
тельных объемов работ с виброкомплексами.
В 1988 1989 rr. стоимость одноro километра по взрывным
сейсмопартиям составила 2915 3340 руб., по вибросейсмиче
ским 3304 руб. (при работе с комплексами фирмы CGG) ,
454
2940 руб. (работа сейсмостанции "Проrресс" с вибраторами
"Формост ").
В 1989 1990 r взрывные работы стоили 3240 4690 руб/км,
8ибросейсмические 3456 руб. (комплексы фирмы CGG). 3480 руб.
(комплексы "Проrресс" "Формост") .
ВСК применяют для решения структурных инеструктурных
задач: выделения перспективных участков для поисков уrле
водородов; выявления стратиrрафических ловушек в низах юр
ских отложений, а также литолоrических и структурно лито-
лоmческих ловушек в отложениях неокома (нижний мел).
В первые roды ВСК работали в простых районах снесложными
поверхностными условиями, затем они были направлены в район
Белоroрскоro материка (Сибирские увалы), rде работами МОВ со
взрывными источниками не были получены положительные
результаты из за сложностей с бурением (требовалась большая
rлубl.!нузаложения ВВ). Применение ВСК себя оправдало, так
как получены хорошие результаты. В дальнейшем заключе
ния о том, куда направлять работать ВСК, делали исходя из
необходимости освещения той или иной площади. Никаких под
n>ТQвительных, экспериментальных и теоретических исследова
ний не проводилось.
Кроме тоro, одна из причин направления ВСК в тот ИЛИ иной
район это необходимость закрыть большие площади в сравни
тельно короткий срок, так как ВСК обеспечивают большую
производительность, чем взрывные сейсмопартии.
В первые roды проведения работ с ВСК были проведены
большие объемы опытных работ по выбору оптимальных пара
метров возбуждения и приема колебаний (частота и длитель
ность свип сиrнала, направление развертки вверх или вниз,
минимальные расстояния источник приемник, количество накоп
лений и др.). Результаты опытных работ представлялись в виде
волновых полей, сейсмоrpамм и временных разрезов, полученных
при различных параметрах возбуждения и прИ:ема. Был сделан
вывод об оптимальности использования восходящеro по частоте
управляющеro сиrнала полосой 1O 18 rц, rруппирования 3 5
вибраторов на базе 50 80 м, смешанноro rруппирования 12 24
сейсмоприемников на базе 50 м, количества накоплений 8 16,
МИнимальноro расстояния источник приемник 500 м. Резуль
таты этих опытных работ были использованы при проектировании
и проведении производственных наблюдений (рис. 141).
В 1987 r. с поступлением виброкомплексов фирмы CGG снова
был проведен большой объем опытных работ. В результате были
выбраны следующие параметры: лоrарифмический восходящий
управляющий сиrнал частотой 15 90 rц, крутизной 15 дБ/окт,
rруппирование 3 5 вибраторов на базе 50 60 м, смешанное
rpуппирование 12 сейсмоприемников на базе 50 м, количество
накоплений 4 8, минимальный вынос пунктов возбуждения X min о:
.. 25 м. На рис. 142 приведены результаты перебора управляю
щих сиrналов с различной крутизной подъема высоких частот.
455
а
О 4
8 12 16 20 24 28 32 3б 40
" "...' .:: ..... '..'. " ';
'.
,.
,- -. '.. . ...'..', .".., "
-..
...............
0'-
.. .
. .
Рис. 141. Примеры улучшения прослеживаемости отраженных волн при rруп
пировании сейсмоприемников:
а 12 сейсмоприемников на канал, установленных в одной точке; б 12
сейсмоприемников на базе 50 м; в 24 сейсмоприемника на базе 50 м
(профиль 2 ПКПК 218.00 256.00, lи fк 15 90 rц, 3 вибратора с l1ереез
дом на базе возбуждения)
Из них следует,
жается качество
разреза.
Орrанизация работ на профиле мало отличается от работы со
взрывными источниками. Единственное существенное отличие
это то, что оператор может, меняя количество накоплений на
1 ф.н., улучшать, до известной степени, качество сейсмо
rpaMM. Оператор оценивает качество по полевым воспроизведе
ниям сейсмоrрамм, полученным на полевом корреляторе. При
этом следует заметить, что на сейсмостанциях MDS lO, "Про
rpecc" коррелятор неполноразрядный, и, следовательно, поле
вые воспроизведения полностью не отражают истинноro качества
исходноro материала. На сейсмостанции SN-358 коррелятор
456
что при крутизнах свыше
отражений и уменьшается
15 20 дБ/окт сни
rлубина освещения
о
о
4
8
12
16
20
24
28
32
36
#J
.... .....:.........
полноразрядный, что позволяет более объективно оценивать
качество полученнbI.X сейсмоrрамм.
Окончательная приемка полевых материалов производится в
камеральной экспедиции по "повальным выводам".
rеофизики в полевой партии только операторы, связь их
с ВЦ весьма слабая из за удаленности ВЦ от места проведения
работ и недостаточных мощностей ЭВМ.
Контроль за работой источников вибраторов ведется еже
дневно: снимается амплитудная и фазовая идентичность вибра
торов. Кроме TOro, на сейсмостанции SN ЗS8 имеется возмож
НОСть контролировать идентичность вибраторов непосредственно
в процеССf; работы с помощью устройства "ВИБРОЧЕК".
Машинная обработка до последнеro времени пооводилась на
rвц rлавтюменьreолоrии на ЭВМ КОММАНД, "Сайбер-172", "EC
1055", специалистами как rBU, так и rэОИ.
ДЛя материалов, полученных сейсмостанциями MDS-IO и
"Проrресс", обработка начинается с операции свертки (KOp
реляционноro сжатия зондирующеro и зареrистрированных сиr
lIалов). Для сейсмостанции SN-3S8 в этом нет необходимости,
Так как она снабжена полноразрядным коррелятором. Дальнейшая
457
о
о
Ij
8
12
16
20
211
28
.12
.16
110
' ..:.:,'7 .....
10.. .... '. '.' . . ... .
;:
......:-...;.. :- ... -:
.,. ... :::;:. : =:.....
-'
::.
Рис. 141. ПродоJIЖенис
обработка материалов принципиально мало отличается от обра
ботки материалов взрывной сейсморазведки: коррекция стати
ческих и кинематических поправок (ручная и автоматическая),
коrерентная фильтрация, получение разрезов с сохранением
отношения амплитуд. Единственно, чем отличается обработка
виброматериалов, особенно полученных в сложных районах,
это большим объемом ручной коррекции статических поправок. В
результате качество материалов, протяженность и надежность
выделения отраженных волн улучшаются (рис. 143). Применение
различных проrрамм автоматической коррекции статических
поправок (lTCOR, APCOR, DEMON, SATAN на ЭВМ "Сайбер
172", PAKS на ЭВМ EC 1055) не упрощает обработку, Т.е.
предварительно требуется ручная коррекция поправок.
В настоящее время вся обработка вибросейсмических MaTe
риалов проводилась в r. Ханты Мансийске на вычислительном
центре rеофизической экспедиции обработки информации (ВЦ
rэои) rrп "Хантымансийскrеофизика" на эrвк ПС 2000. reo
физики полевых партий в обработке не участвуют.
458
10
- .:.
.
.............
.. . :
.:-:- ': "" ""'"
j
. :=:;
- ": {f2::
":. > "":. ....
. :.;, :'
15
20
25
30 дБ
.
- .:-...
'.
.. .
: : ::' .' : - :
;::. 37.. :, j _ ':: .
...,.. , ... .. . -.............
j; ::..
: . ! !' :f.
.: ::: ....
l ft
.:.":; ; ::' ' :.. .'\ ':;'?:=
. :; ;r: . .
: g ;
.;:_ j: .::" .:.'
EE: ; Ъ
i :<:;;:: : . .,:,.: '. .
-::,:.'''''. I:;'.-: ':
. ::.-;:" :;:' .: :- . . ....
.... ...._ :_-;.:: \ . . ,;." "'.....
. ......... :;,.... ....1'..
............ ......
,., ; ......-=: .;;;:::-:::7.:
ii ;; : -:
:. .'...... . .....
.... ...,.......
fI
l: l
:..--- .. '''',-
.;.:-....,..'
;;.':
.. ..--:
..,..-
. .,.'
. .: - . . '...'"::-
':"---: -<.....
:. . :. .;;.
tl
,"
, -
", '
Рис. 142. Изменение качества мareриалов с изменением крутизны управляю
щеrо сиrнала
128
1чч
160
176
А
. .. -=:-:
.......
--
........ -.. .
. .;... ..---: " ...:'::"
-
192
208
-:. .:..... :..
. : . - j .. o .% ::;:: ;-f'"";;::-_:::-'':''-:: '"' :''' . , :
..........:-:.:..."7"'" .... .... .
.' . . . . . . . ......
....... :... ...; .:... ..:. . ". .:.. .:: ..
...... -: _-:,.. ' .' :. -:;.......... .. ....:::. . о-о. . .
1> -.... ' . "' "'''''''''.' .....:. :-. ....;:..=
;-; : < . ; f \ : ,,,,x {:i.
;
'::.: .; :[. ..:", :- ..,' "ffi':: .:..;.:. :....: . ,О.
. : J :{= 7 .J : .
....... .............:.=.: - . ... . ........... . .: :.-
6
:; t: PkJ = ":':C C ".
. . ......... . ....,.. .. . ..--_...- .: ...... ...
= ,
::.:...........
:-
li'j { ;i 1t ?
Рис. 143. У лучшеиие качества мareриалов в процессе их обработхи:
Л - предварительный разрез, Б окончательный (фраrмент профиля
ХХ. 6О-кратное перекрытие, нелинейный управляюший сиmал
18 дБ/окт)
::t? . Большую сложность при обработке материалов представлял
[ )IIOIIРОС обратной фильтрации (деконволюции). в первые roды на
' ЭВМ "Сайбер 172" обработка проводилась с применением мини
... -вльно фазовой деконволюции (так как проrрамма нуль фазовой
деконволЮЦИИ не была освоена), что было хоть и не вполне
правомерно, но повышало разрешенность сейсмических разрезов.
. В настоящее время на эrвк ПС 2000 обработка проводится
с: применением нуль фазовой деконволюции (ZEDEC).
Отчет о работах как вибросейсмических партий, так и
8ЗРЫВНЫХ составляют специалисты rэои.
Определение априорных статических поправок вопрос слож
ный, как в техническом исполнении, так и при обработке.
в сезоны 1980 1983 rr. параллельно с вибросейсмическими
комплексами работали специальные отряды по изучению ВЧР,
которые в отдельных точках профилей проводили исследования
по определению параметров ЗМС ее мощности, скорости в ЗМС
и в подстилающем слое методом преломленных волн (встречными
roдоrp ми) .
В 980-1982 rr. эти отряды были взрывными, взрывы
провод ись В скважинах rлубиной 1 м зарядами 0,8 1,2 Kr,
прием ая расстановка 300 м, 48-канальная сейсмостанция
"Поиск", неравномерное распределение приемных каналов (рас-
стояние между ближними к ПВ каналами меньше, чем между
дальними) .
В 1982 1984 rr. работы велись с источниками "падающий
rруз" , установленными на вездеходах А Т Л, изroтdвленных в
мастерских rrп "Хантымансийскrеофизика". Длина расстановки
200 м, прием велся на 40 канальную расстановку, расстояние
между каналами 5 м. OfYьeM работ отряда ВЧР был небольшой
<140 точек в 1980 1981 rr., 800 точек в 1983 1984 rr. при
5OO 9OO км сейсмопрофилей).
Скорость в ЗМС, в подстилающем. слое и мощность зме
определялись по встречным roдоrрафам вручную. В промежутках
между зондированиями, а также в те сезоны, коrда этот отряд
не работал, примерная мощность ЗМС определялась по нивели
ровочным разрезам и ороrидроrрафии местности. При этом
скорость в ЗМС бралась равной 500 м/с, в подстилающем
слое 1600 м/с.
В 1984 1985 rr., Korдa работы ВСК проводились в зоне
развития мноroлетнемерзлых пород, специальных работ по
изучению ВЧР не проводилось. Анализ априорных статических
поправок по взрывным сейсмопартиям в этом районе показал,
что они с достаточной степенью точности описываются формулой
Af = A/16OO, rде А альтитуда пункта приема. По этой фор
муде априорные статические поправки рассчитывались также и в
случае работы ВСК в пойменных районах, rдe ЗМС практически
отсутствует.
В дальнейшем (и до настоящеro времени) работы по изучению
ЗМС не проводились. Априорные статистические поправки опре
461
деляются по материалам взрывной сейсморазведки МОВ путем
расчета уравнении реrрессии 6.t {(А). На пересечениях
профилей вибро и взрывных сейсмопартий стараются брать
априорные статические поправки.
Вообще точность вибросейсмических работ оставляет желать
лучшеro по сравнению с точностью взрывных работ (см. ниже).
За время работы ВСК в rrп "Хантымансийскreофизика" Ha
коплен большой опыт применения невзрывных источников. На
основании этоro опыта можно сделать вывод о том, что ВСК
следует использовать в тех же районах и для решения тех же
задач, что и "взрывные" сейсмопартии. Наиболее удачные
результаты, с лучшим качеством материалов получены при этом
в районах с сильнопересеченной залесенной местностью и на
пойменных участках. Применение ВСК в сильнозаболоченных
районах нежелательно из за проблем с качеством первичных
материалов, а в районах развития мноroлетнемерзлых пород
из за проблем недоучета влияния ВЧР при обработке и интер
претации матеоиала. Фраrменты временных разоезов. полученных
со взрывными и вибраторами, приведены на рис. 144.
За время работы ВСК в результате их применения выявлены и
подroтовлены под поисковое и разведочное бурение несколько
десятков объектов CTPYKTYPHOro и HecTpYKTYPHoro типов.
Так, открыты месторождения Роroжниковское, rpуппа Тянов
ских, Суrмутская зона месторождений, Тянское (совместно со
взрывной сейсморазведкой), южная часть Приобской зоны
месторождений.
rлубина освещения разреза весь осадочный чехол, а также
промежуточный комплекс.
Точность структурных построений по материалам "невзрыв
ной" сейсморазведки при сопоставлении с бурением по работам
1980 1987 rr. составляет :!:.27 м (для roризонта Б - верхняя
юра), по материалам "взрывной" сейсморазведки :!:.20 м (для
тoro же интервала разреза) . В последние roды точность
структурных построений значительно выросла (в 1,5 2,5 раза)
блаroдаря применению новых методик картопостроения, учиты-
вающих неоднородности в ВЧР.
Увязку данных вибрационной и взрывной сейсморазведки
можно разделить на два этапа: увязка апри()рных статических
поправок (а впоследствии и То) и увязка волновой картины.
Об увязке априорных статических поправок было сказано
выше. Следует добавить, что одинаковые статические поправки
в точках пересечения взрывных иневзрывных профилей еще не
rарантия совпадения ТО на окончательных временных разрезах,
так как при обработке материалов ВСК выполняется большой
объем ручной коррекции статических поправок, что иноrда
значительно уменьшает То. При увязке То на уровне карт
изохрон предпочтение отдается значениям "взрывных" сейсмо
партий. Наблюдаемые различия волновых картин на разрезах
вибрационной и взрывной сейсморазведки объясняются оrрани
462
oo:t
.::r
CQ
&с
tO
v')
11')
'1)
t:!
Ir)
.;:r
'о
Q;:,
tt
'-)
IQ
.....t...
IQ
t... cdt' IQ
, " 1 1' . , ' \ '" , ' ,, '
1/" 1 1 11 .!: ,:. I /, li ' 1 1 '\\. \'\ ,,\ ,,>,:-:: ,\
,)' :1:1 . ;: , '! I '. I:; I'! l ' \ I;! , ! ,: ,j
! ... t о;; , Н 11 .'; \ \ IJ '(k "'. .S' "'\'.
. ., "' : " 1 ",' .,. ' ' \". , ,', ""
\' \1" . \; :' , \, I .Н ч; 1 (1. 1/'\ ",, y, ;:'"
, , 't: ; ': 1 ',1 1 ',:, !,." r;: " \", '{?- "' ; '.
::' ,:1" I 1, ': '::! ',' '; 1: \ 1, I :i,Ч I \\, : \\\.з:,
. \, '1\" : J' i I } 7"" r({f!' , \ , '
: ::;':-- (:)'!:":,,'!.i1,irti!llj' и.Ц {/ ,H:тH ;y;: ,{p)\}:
:. ! ';; :' '::','::::' I ,:jlIW ir ' 1,'.. J'.': I/':,.' ",:."
, ; ;." ,.; "1: '1 :1, . I (' I J .. i .,'
t,', ':' '::::\':I ii t \ \ " } :\'" 11'1(' :'"" ,
-:;':i' ::;:; .:',', :' , .;; ) 1: "1 '.H";:'..):,
i' ',' ;:::;;: <: i ' I I 11 ,',J(, ,I,,\I):'[<;., '.
L.. tN LD (.)
ct
:s:
IIJ
:о:
:s:
:1:
:r
о
t;
:s:
З
:s:
:а
:1:
11:
О
:s:
::r
IIJ
=-
10
:s:
111
11:
]
:а
11:
111
:а
=-
'"
111
О
""
:а
:1:
11:
QI
:r
>-
-:
о
t:
=
О
'"
QI
=-
=-
11:
11:
QI
!
111
IIJ
t:
о
t:
О
U
..;.
..
...
r.i
:s:
'"
ченным спектром частот управляющеro сиrнала. Особенно велики
были различия при работах с Сиrналом 1 0 48 rц в первые roды
применения ВСК. В настоящее время эти различия становятся
незначительными блаroдаря применению более широкоro лоrа
рифмическоro сиrнала (l5 90 rц), а также специальных
проrpамм обработки на ЭВМ (фазочастотная коррекция, дeKOH
волюция, коrерентная Фильтрация).
8.9.2. РАЙОНЫ ЯМАЛО НЕНЕцкоrо
ABTOHOMHOrO OKPyrA
Сейсморазведочные работы MOrT с применением вибросейс
мических источников возбуждения в Ямало Ненецком автономном
oKpyre Тюменской области проводятся с 1978 r. Исследованная
территория, включающая такие крупные месторождения уrле
водородов, как Медвежье, Песцовое, Уренroйское, Южно Русскос
и друrие, расположена в тундровых и лесотундровых зонах с
развитой rидроrрафической сетью и характеризуется сложными
поверхностными сейсмоrеолоrическими усЛовиями. Верхняя часть
разреза (ВЧР) представлена толщей мноroлетнемерзлых пород
мощностью до 200 400 м и с зонами растепления размерами от
десятков метров до нескольких километров. В поймах крупных
рек (Пур, Надым) растепленные зоны сквозные и мноroлетне
мерзлые породы отсутствуют; вблизи более мелких рек, ручьев,
озер, болот они имеют мощность в десятки и сотни метров.
Скорости прямых волн на тундровы}( участках, rде преимущест
венно распространены мноroлетнемерзлые породы, достиrают
2800 3500 м/с, а в зонах растепления 1600 1800 м/с. Такие
вариации мощностей и скоростей вызывают искажения roдо
rрафов отраженных волн до 20 40 60 мс и появление волн помех
различных типов (дифраrированные, боковые, возвратные и др).
В зонах растепления часто встречаются "плывуны", мощностью
до нескольких десятков метров. Отложения осадочноro чехла
мощностью до 4,0 4,5 км подразделяются на следующие комп
лексы (снизу вверх): триасовый, юрский, нижне и BepXHeMe
ловой, представленные в основном терриreнными породами с
прослоями уrлей, скорости в которых меняются от 3,5 4,0 до
2,0 2,5 км/с. Внутри этих комплексов прослеживается . ряд
реrионально устойчивых отражающих roризонтов.
Триасовый комплекс заполняет наиболее поrруженные участ
ки, унаследован но развивавшеroся мезозойско кайнозойскоro
осадочноro бассейна. Ero внутреннее строение характеризуют
отражения rруппы 1. .
Юрский комплекс представлен рядом субпараллельных реrио
нально выдержанных отражений (rруппы Т), связанных с rpa
ницами крупных ритмов осадконакопления. В верхней части
комплекса выделяется один из наиболее устойчивых и повсе-
местно прослеживаемый roризонт "Б", приуроченный к отложе
464
['ви ям конденсированноro покровз так называемой баженовской
ц..,
: иты.
1;. Нижнемеловой комплекс часто подразделяется на две толщи.
:. Нижняя представлена серией полоrих клиноформных отражающих
i I'Oризонтов, при мыкающих к roризонту "Б", соответствующих
, ,чимовским слоям С доказанной нефтеrазоносностью на ряде
. площадей. Верхняя толща представлена в основном спокойно
saлеrающими отложениями, с которыми связано несколько
r.реrионально прослеживаемых отражающих roризонтов (М).
l. Верхнемеловой комплекс в своей нижней части отличается
i. ,иестабильной волновой картиной, характерной для континен
тальных отложений (сложный характер), а в верхней спокой
ное строение с соrласнозалеrающими отложениями и отражающими
roризонтами (rруппы П.
Особенностью значительных территорий реrиона, rдe про
JlОДЯТСЯ сейсморазведочные работы, являются сложные поверх
i.. костные и приповерхностные условия, при которых практически
кеВОЗМQЖНО обеспечить по профилям идентичные условия воз
[' бужден я колебаний при использовании взрывов ВВ, так как
иноrда роисходит подъем зарядов 'в обводненных скважинах, их
неполн я детонация и Т.д. Трудности поrpужения зарядов,
отсутствие методов контроля за rлубиной взрывов при предва
рительной зарядке скважин привели к тому, что при исполь
З0вании взрывных источников возбуждения на ряде площадей не
были получены кондиционные временные' разрезы по наиболее
перспективным на сеroдняшний день неокомским отложениям.
Поэтому приобретенные в 1978 r. вибросейсмические комплексы
(ВСЮ в силу тoro, что посылаемая в среду энерrия более
стабильна вдоль профиля при поверхностном возбуждении, а
возбуждаемые частоты реryлируемы, были использованы на выше
указанных, наиболее сложных площадях. Кроме TOro, на MeCTO
рождениях, находящихся в эксплуатации, из за большоro числа
промышленных объектов, особенно таких пожароопасных, как
rазопроводы, применение взрывных источников возбуждения He
возможно.
Вибросейсмические исследования проводятся в зимнее время
roда после промерзания рек, озер и болот. rеолоrическими
заданиями предусматривается изучение меловых и юрских отло
жений осадочноro чехла (интервал 0,8 4,5 с), детальное pac
членение неокомских, в том числе ачимовских, и верхнеюрских
отложений, поиск и подroтовка к разведочному бурению ло
кальны.х поднятий и структурно литолоrических ловушек. Интер
вал освещаемых rлубин составляет от 600-900 м до 5 8 км,
ИЛи от O,5 0,8 до 4-6 с. В работе примеlf.ЯЮТСЯ вибро
сейсмические комплексы С сейсмостанциями MDS lO, MDS 16,
SN 358 и электроrидравлическими вибраторами MERTZ-18 и
MERTZ 27 с полным комплектом оборудования и сейсмических
Кос. Физически устаревшие сейсмостанции заменяются отечест
Венными "Проrресс З". За полевой сезон одним отрядом OT
30 Заказ N> ""11'
465
рабатывается 650 750 км профилей по методике OrT 24 или зо
KpaTHoro прослеживания. За 1991 r. в rrп "Ямалrеофизика"
отработано с ВСК 6403 км профилей <26,0% Bcero объема), в
1992 r. 6602 км <28,1 %) или в физических наблюдениях
74 898 <35,5%) и 72 606 <32,3%) соответственно. в 1991 r.
стоимость 1 км ВЗрЫВIIОro профиля составила 7637 руб., а
вибросейсмическоro 8456 руб. В 1992 r. эти показатели были
равны 105 136 и 107 557 руб. соответственно.
Методика полевых раБОт, применявшаяся в 1978 1987 rr.,
основана на результатах опытных работ, проведенных при
внедрении вибросейсмических комплексов и уточненных в про
цессе работ, которые предусматривали изучение волновых по
лей, выбор пара метров интерференционных систем, управляющих
сиrналов и системы наблюдений. Изучение волновых по ей и
анализ получаемых временных разрезов показали, что на сейс
MorpaMMax прослеживается серия устойчивых отраженных волн,
приуроченных к физическим rраницам раздела в пределах
основных структурно литолоrических комплексов. Типичная
волновая картина, на которой выделены основные отраженные
волны, приведена на рис. 145. Практика работ с вибро
комплексами показала, что качество полевых материалов во
MHOroM зависит от поверхностных условий. Традиционно полевой
материал пониженноro качества приурочен к rраницам лесных
и тундровых участков, районам с непромерзшими озерами и
старицами, зонами перехода от мерзлых к талым породам. При
этом из за влияния скоростных неоднородностей происходит
искривление осей синфазностей отраженных волн и повышение
уровня волн помех. Ухудшение качества материалов отмечается
также в начале полевоro сезона из за еще неполноro промер
зания болот и озер и в конце вследствие протаивания cHero
BOro покрова в течение рабочеro дня. Качество полевых
материалов снижается также в зонах развития тектонических
нарушений, над массивными rазовыми залежами из за рассеива
ния и поrлощения энерrии отраженных волн. Один из примеров
зависимости качества материалов от поверхностных условий
приведен на рис. 146. По результатам опытных исследований
была выбрана методика полевых работ, основные элементы
которой характеризуются следующими данными.
Параметры системы наблюдений
Тип системы. . . . . . . . .
Длина приемной линии, м. . .
Число каналов приема . . . .
Вынос пункта возбуждения, м .
Кратность системы наблюдения
Параметры приемной линии
Число сейсмоприемников в rpуппе
Фланroвая
2350
48
6OO 800
24
24
4бб
ТJtП соеД}шения приборов в rpуппе
Расстояние между приборами, м. .
Saзa rpуппы приборов, М . . . . .
Расстояние между центрами rpупп, м
Параметры возбуждения колебаний
Тип вибраторов . . .
ЧИСЛО вибраторов . . . . . .
База rpуппирования, м . . . .
Длительность свипа, с . . . .
Частотный диапазон свипа, rц
Направление евипа .
ТJfП евипа. . . .
КDHyCHOCTb свипа
Число накоплений .
Параллельно
последовательное
2
44
50
MERTZ 18
3 4
50
10 12
12 50
Вверх
Линейный
Линейный, 0,9 с
8 16
Параметры реrистрации
Сейсмостанция. . . . .
Шаr дискретизации, мс .
MDS 10
4
I
Посл приобретения сейсмостанций SN З85 с вибраторами
MER TZ-!27 и проведения дополнительных ОПЫТНЫХ работ был
уменьшен вынос пункта возбуждения до 100 м, расширен
частотный диапазон свипа до 52 54 rц дЛЯ MDS 10 и до
70 74 rц дЛЯ SN 358, применен лоrарифмический свип С
подъемом 10 15 дБ/окт. С такими или близкими параметрами
полевые работы проводятся по настоящее время.
Выбранная и опробованная методика работ обеспечила полу
чение качественных материалов, позволяющих решать CTPYKTYP
ные и неструктурные задачи в районах применения вибросейс
мических комплексов.
Контроль за работой аппаратуры и оборудования на профиле
осуществляет оператор в соответствии с установленной HopMa
тивно технической документацией. Ведется также метролоrиче
ский контроль основных параметров аппаратуры и оборудования.
Первичная оценка полевых материалов проводится оператором, а
приемка инженерами reофизиками полевых экспедиций. OKOH
чательная приемка материалов производится по завершении
сезона комиссией, назначаемой rrп "Ямалrеофизика" из reo
физиков полевой и камеральной экспедиций. К приемке пред-
ставляются первичные данные, повальные выводы сейсмоrрамм,
а также предварительные временные разрезы.
Обработку полевых материалов проводят на вычислительных
центрах rrп "Ямалrеофизика" и rлавтюменьrеолоrии. Обычно
обработку возrлавляет ответственный исполнитель отчета
старший rеофизик, технолоrическое сопровождение осуществляет
Специалист ВЦ. Весь процесс обработки условно можно раз
делить на следующие этапы:
1 й этап препроцессинr, включающий в себя ввод и дe
м:ультиплексацию полевых данных (DEMUXS), формирование базо
Вой ленты и ввод данных о rеометрии профиля (GEOM), редакция
30. 467
"
'." , .
M . . :; : т " , "
Щ/I/:',}!'/!,J .:i'".''i, ,;:::?';,,).,:..:
. , П/!!:,.' :;:>{;;,:;( ..";;.:\:'(-i;:;; y +:': T . .
/ЛI .,0.]..1"1,, 1,,1,,.,.,.,.,,,..,,, ..0".. ",1,
,Il{!', i:.,.,:ii i;" <';i): }:.):\:,J.,''"i', '/ ', }:'
JJI '/1 '.,' ',." '/'".. '. ';, "."',,; ( ':,,, ,''',
(II' :' :,,:. ,:! :::\:. ; ; .",X;J ' }(>:.;;) ".\. . I;"::":"
, /11/ ( '; 11, , "'1 1 '! '!!;' / ', , и, :, i' <r. ', ! ;; :, .I!': , ' . . . ' , '.' '"
'.. '1' ' , . tt i ..;. и '., ,
, . l 'f / '/i 1 '1, ,.:::; (1 ' ( . I ,':?' ,
, 1", '." ,!.,I'..,'"" ' ,:, ,,'С .
l/i; " '{'" ,,., "."':1" '",.,':.1':<'.:' "
;ft;/!/j/!:/f, !{;('. };'(I;'iE ,': '(Ci/'
}. Н;. .I/' I , :! }!'tH 1'( . .1; '.II! ,. . I!, \!",
,i,: \:.'f;' ;:':'.':,;:;'::Т;.;'::: Р: ;' i,.:"
'." ' Z ;, /11 ,. "1': ' I r <;"ii: /"'i' , '(i}" ; !, . i:'. ....j . .i" " \
.Iи. '. J /:'/ (/I' ':.. (';:.{ I:(.: '. J'i . \.е'" "'.
/({ f,Hll f , Н, ;lIП 1/,r,1 '!: ;:,., ';;" "
",' !ij,::/!I/('i::!" Ыi/I'JI I! Чk !!' ; ; ,
. {j'i{ i/i'i,U 1}(!j '1 ' :и Io-.-!:!.
jI}J/: ;! , 'j 1 ., ,!
"i' "j"; ,,: I.t} .,': . "'<» '. C:::)
,. ." '." "' f > ".' о;; 0.,,' , I . o."
ill}j / и',,!: 1.1:1 !i':J !IJ ;1':'"
f "С .\ l' ',. t 1,1; J ." 1, '. ,11\ ,,1.
mi ", , ,1 !"(!' /:(1 (: '1; ;(, :;
fljl : # i".!'!!: J>! 1: [Н!! ! '1,
. , N I'.r '/', I( . -J.-, :!. ""."1. . "
,,<tj .I:,,:i '1 ,;
:1' ' :1 1 " 1) ,j' 1. , ! 1 ' ,
....,.;,s:;; , "1' " '" ,1
ff} ' ,1/,( < , , ( / .' , ' . " , "
;i'" },I:I. '.: 'd
, , ,:,: !.:: !' . oB(J.>' ,
1ft. ,'[, j i о!,' ", ".: J\tI ,c,
y/".f l ( ., :',"::и:;,(:' "J O"
л1 : ,'/,:\ :;"1, 1, . , ,;;.'",' , ,'. (..
J!:: ": ,)!;:'[.::} ){,},'::;;"
L J '/I .'; '::j';'.: "' ' ,:;'.
::' ,. ./, .). ,. '.:'. ,:, ".
..1,
. '. "
:.,.. ',1-
:. i
;: .
1»'
. ,
:,"
""'
0.,,-
с"
'.'
о
......
""'
.....
':
{. 1',' ;
. .. i : ;
'."::'
с::,
t<')
.;t-
«1
"
1ё
..
о
::
о
..
1ё
::
:r
:s:
=
:s:
Е--
ori
..,
...
u
""' :s:
<:::1
.....
It)
-
с:а
'$
;;
о
е
е
><
Q,
i!
о
=
S
011
О
=:
Q,
"::1
:I!:
1< u
:3 !!:!
011 ....
111.
а..
=
!
и'"
:
\: ::
g&
:I!: '"
11: =
<J .
11:
=10
[<) ..
01
.с,
'01't
..., ::
...
t:I ,
o::t
А
Рис. 147. Обобщенные спектральные
хараперистнки отраженных волн при
взрывном (1) и вибрационном (2)
воз6уждениях
fJ 20 '10 50 80 100 {, rц
данных. При использовании сейсмостанций MDS lO и "Про
rpecc 3" дополнительно вводится процедура корреляции вибро
rpамм (YICOR>;
2 й этап получение временных разрезов; выполняется по
стандартному rрафу, в который включены следующие процедуры:
деконволюция (DECSEZ, ZEDEK, DECAN);
предварительное суммирование по orт;
ручная коррекция статических поправок по ОТВ, ОТП;
коррекция кинематических поправок (KINYC);
автоматическая коррекция статических и кинематических
поправок (Р AKSM); .
фазочастотная коррекция (CORYIN);
миrрация (MIGXT);
частотная фильтрация (FIL TR) ; используется или полосовая
для повышения соотношения сиrнал/ помеха, или треуroльная
(12, 48, 48, 70) для расширения спектра и повышения раз
решенности записи;
коreрентная фильтрация (АМСОЩ;
3 й этап получение временных разрезов с восстановленным
соотношением амплитуд (ВСА);
4 й этап скоростной анализ, проводится по проrрамме
AUTON MA TENH;
5 й этап изучение динамических характеристик разреза
при помощи ПАК преобразований (YELOG) и временных разрезов с
ВСА, выведенных способом TRFON, а также интеrральноro (НС!)
и дифференциальноro (W А УСА) амплитудно частотноro анализа.
Для приведения временных разрезов к уровню моря и учета
рельефа профиля вводится априорная статика; средняя
скорость, применяемая в расчетах, берется постоянной (2000
470
'
(.2100 м/с). Из за СИЛЬНЫХ искажений осей roдоrpафов за счет
!' CICOpocтHblX неоднородностей вчр (до 20 60 мс), количественный
". учет КОТОРЫХ в настоящее время затруднен, проrраммы aBTO
i матической коррекции остаточных статических поправок не
работают, поэтому необходимо применение ручной коррекции,
требующей больших затрат труда и времени reофизика. KoppeK
ция выполняется по разрезам ОТВ и ОТП. В наиболее сложных
., случаях используется коррекция по ансамблям сейсмоrрамм.
. Принципиальные различия в rрафе обработки между вибро
сейсмическими и взрывными материалами заключаются в при
,,' менении процедуры корреляции и различных видов деконволюции
{: и фильтрации.
" На первых этапах работ с ВСК значительное внимание yдe
;; лялось сопоставлению результатов вибрационной и взрывной
сейсморазведки. Сравнивались наблюдаемые волновые поля,
спектральные характеристики волн, сейсмоrраммы и временные
разрезы. Анализ материалов показал, что волновые картины при
ВИбраци ом и взрывном возбуждении по полезным волнам
практиче и идентичны. Выделяются и прослеживаются одни и те
же отра енные волны, времена которых различаются в силу
специф кации различных способов возбуждения колебаний и
использования корреляции вибрационных данных. Спектральные
характеристики отраженных волн в общем подобны (рис. 147).
Амплитуды частотных составляющих волн выше при взрывном
возбуждении, чем при вибрационном, а максимумы вибрационноro
импульса несколько сдвинуты в сторону высоких частот по
сравнению со взрывами. Эта разница может быть значительнее
при использовании нелинейных управляющих сиrналов с большим
подъемом высоких частот.
Сопоставление временных разрезов при различных способах
возбуждения также показывает их высокую степень сходства
(рис. 148), что и предопределило широкое применение ВСК в
реrионе. Выделяемые на временных разрезах отражающие roри
зонты, как правило, хорошо сопоставляются с данными сейсмо
каротажных и скважинных исследований и с литолоro страти
rрафическими rраницами раздела в толще осадочных пород. Один
из примеров такой привязки показан на рис. 149.
На ряде площадей, rде проводились работы со взрывными и
вибрационными источниками колебаний, была выполнена увяз
ка полученных материалов, необходимая для составления единых
структурных карт и схем. В большинстве случаев после BBeдe
ния соответствующих поправок удавалось построить единые
карты и схемы. Однако аномалии вчр, искажающие оси синфаз
настей и динамические характеристики отраженных волн,
являются основным фактором, затрудняющим опознавание волн.
Следует отметить, что мноrие результирующие карты являются
сводными и включают в себя профили, отработанные как
взрывами, так и комплексами "Вибросейс". Хорошее качество
получаемых материалов позволяет по мноrим площадям проводить
471
'-Q
t:I
;" ,; ! ' , ' 1 ' , ,;1;';;' i : '; ; I ':i ',Y : :/>};IY :; 1
';1/ '1"" "1" '.' '
;.\, ':, i !'I ':: 1: :!! ':" ,11 " ::,. ;[11,',' ',", ,:',', ','1;,';
," :. "\1,1. ':';' : ",,'" .", .. ,11
:;' ::'!"/I/! / ,"; ., ,> >';(,:,: ,). :. .,..... .,'\i;::,:
.' 1 ' 11 ':: II ;! II . )'.; .' ,;,..' , '/'/" , ...'..<1'}. .,;:: ( ,::,'." \.:'>;.:<
1 I . r .. i ; 1'" '." . .. '. .'1'
'1 ',':", " 1" !, '! \ ", I{' .\," '1'" ,'... ',,',"{ . ,', '
1 ;,' '(' I !' ,,". / " \1, ..: ili '\1 j ,.I I ' ! 1 '1. :!;..':.,::. \"; ;"
,j' . 1" 1 ' ", . 1'" .. (.' : ".")"., ,)'Ii..":
_"" ' , ; r, f i I . I l' l ' 1) !', I ) , t .' J j' .-' . t'i ,\' ,,'.'. ....
.: ;'-;, li, Р ; \ 'l i ,1 /1. '11: 1//: .) IC,;-:,: !: ;1}lt 'I'.;;':; >Ji
:. ":, '\1 1 1 "' I ' \ ! : ', ')1.'; , ;' , ';', "!; 1"ii;:f;!;; ;}\ I ';' I " l k::;: , 1:.
'., " . 1 ) \. 11 ,\ 1'" ,("('J.\ JJ '1: I '.2 "
.' 1 ,:.". '",';. !.. ' ( : ,\ ,1(1, . / '.' / '/11 / , " \ '}р:,!,
,! 1 ,' ,,: ; 1 ":1' . ,',', I "/....'11' 1 ... ", " 1 ' (. У,"
I ,:, ,'1\ '.1':(, }\ . \ (!"Ц::'(;':.\.? i:l\", ;' 1.li\\, 1
i!!' -I"! , ' jlll, '(' )\i l '\' Ч /; I 'I!ii'ill 'I ""' ll t l "н) \ , ; I ( { {j),: :,i
, I , . , "' 11 ' 1,' , ! ' ( ' 11 " ,","j' ; "' I( '{"il"
' : ' I I1 ,i,' 'i! \' 'i ' ' ( II I f ;(Ц " ; !I ',( t,
," , ,1 l ' ( '\ ',! 1 1:1"11' , :\, ;!j;', 11:;t II I ":.I'!.
!' j',: 1 1 1 ' ::11' 1 !." ( 1 1 1 1 )(, It!l,',i;Hj / 1 ') l i \' I \(,' I }" I "i
, , I ,'" ". '1' ' ! " ., , ( ," '( " ','
.;:,' j' I ":1.' l' " 1I:"!I: j ,.,'.':,':: }; ;\;. 'IЧ
. '1" ." ' '1:"'1:;:::)' .'",,' f'?
,. "
. ,,' ,11' " 11 ' :1, \'" 1 1 1; \ '1' 1 \ ".", ,11 \".;.;
.. ' " 1 : 1 1'" l' ; . 1 ', , ,:: I',!< 11 ;', ,', 1 ,i, ",I.. ; /(:...',<\\I
",' " ': 11 I ,". ,." ,1' , ,1' ,. ,; 1 ," i I l ' '\,. "1",':-"
, .1 1 : : 1 Н '\ I /, 11 \ , I 'Ijil j I I I ,! ": 1 "',]IP'"
, '" I 1,' ( ,. : !. .,, , ,1 i ,,!f' " J I ' . .."';1 .' ),'/.. !1 '" :1'
н, ,н \) t ,\ ',' 111 "" ',.' jI" !! ... '1; '
, I'I! :! "1f I .:11 , и, I / ','1 ,'f: ,'; t:H :.,t/! ,;
I t l' 1, (' \ , \ \ .. , 1 j/ ,," I ',' " ,}, , I {, . ,
, ': .,;1,,' 1" . !'I, ,""',,' i:. , t, ,, ;.,,\,!, ,,': (.' ....(., ,
; 1"1 1 11 '1'11' \ " ;"ji ','}'I"I:,.:,", ':"/ :,H: \" ' ::\\I:'\\;'1'\\''-
,\ , I \\!' 1 I I '1' 't!' '1' ," \ '1,:" . ....\,' , i.' 1, , .M
': ,,' J r " .. ",}' ,С} \\\1',\-'
" ' : "Н" !I.I ',1 I ' '.\ 1, Ц 1:, ):..ff ,),.\",,," c"'..J(
. п! ;J 'I "11(; l' l' " I ",\;1' ,,:', "'.';"1 "'1 , ' 1',\ j';'} :':"\\
I !' /' 1 " ,11 !, 1': I ' 11, '! 1, , ' ' ,. ...: '!I: .,,' '!,',;', \ ,' ( ; , \
, : .1 \ , 1 1' 1, , 1 I 1. . f ' ,\ , I )1' ' .:1' ,,') \ , J! \ ' 1 . t \ \ , 1\ ..,'.;
: i\, ' 1 i,' \ 1 .i:;I. f'j ',: 1 1 ' 1 "'; :';,ii' li l ' ,'!(>(:I,'\:O, \' ,
J \ 1 " 1 1 ! \ j I , : l' 11, I I ' ! I , \' 1 \ ,\1' .. f I ' :," ,\ , , ,,'
' 1 " 1 ',1 ' 11 I ' [ I ' ,11 1 ',;' ""' 1 '1, ", ., " ,о ','
t . , I . 1 ' l ' ' 1 J 1, \ 11 1 ! , \ ' '}'.'
\j i ';I! 1" I ,: 1 1 , :' I i : 1.' 1, " . I:;" \ 1'" l' .'!::,,"" 1/.
:1. 'ii'II I '. I II, i 11 1 ' /1 '1 \ ': i':: ,\[/I",'\i',:.:' ',11 \;jj ':):. f.;)I,
; ,',,':; 1 ,' l ' . \ " .1,. 11: " 1,1 1' 'I !' ' 1 1' ' 1 1 \' ,i ,1.. ! \\',.; ,',:' ,,:H: '
,!.; " I ''1.! ' 1 1 ' ','1 '" \1 I : 1 rt . ! ' ;'"iP'.(;'
,\\': 11!1 !I' ,: !I;,,' , ' .i\.:: " 1 1; . 1 ' ( : l ' ill: ':1;;; , ' ,' 11 . ; ) ii::,:,},;t \ I{)
" I,,! ' 1 \ . l' 1 '1 I ."" ., " '" '..'
,.:. ':' j 'li l !' I ' ; ,.; 1, " ,,' "' ! :' " , : ( ,. 11 ' " :",' ..'.'...,i!'..;I " ..) , :\.. . .. . ., , \,\
. ' 1 ' р I \ ' 1 11 ./ .,," ,\\. .
j" . / , t: j ,1, \ ,. \,11\...\.;;,\., " (.\\\! ":' .."' . : !(:: I:I
, ' 1 \ I 11, \ I ,1 l' 'I <" \(', ' ,1'" .1. " 1'....,
.. " '1. i \ .1 1' .,:: . ,. ','., ,,1 I i ,'. \ 1 :: . .. . ;i:' \: ','" .:' <. ".', ,',' . ." . '.' \
.1, '.'" , . \ 11 ' 1 ' 1 11: '1 . 1 '" ,. : 1, ,,1; " :,1' о,. ,..". '." '\" "i ';
:,',' ,,11 !I!i: ,;, I,".i I ij, ,:",\'1', 1 1\:II:',:.,',':i, ",';:"',i l '".'.,:.:}'
,:,1', :1::1,11, '11 '1:' :,' 1;, :11 ':1, ,;1,; 1\:")1/;' .;',f!," : "'::',',;..::<5
ti1
\о
О
...
О
t::
...
::IJ
о
:с
са
:а
Q,
'"
са
:s:
.....
C:I
.....
::IJ
о
:с
:с
о
:с
::r
«1
Q,
\о
:s:
=
:s:
Q,
t::
:а
:с
:с
:r
о
t::
.а
'"
'"
01
Q,
О
'"
О
:с
:с
::IJ
=':5:
i
\O
:I!
1;j d
Q,>oI
e!i!!
. :с
OC
:
...
c,j
cfg
1 . ' . '
1'\
Ij :1
i: . '.
"
"t',
\. ,
1"
[,
. 1,3
'1'
8
....
,. jj::r.:
t{{{{ ,1 '::::'
:'t'rYt 11' '.'t...,t
.............. ..............
.............. ............
. cc r. ............ :::::
.. \.I..'''.t t I " '" ...i......
":' .. ,',:"', . ....
. ( .. .. .. .. " .. . " I . . .. .. . . \ , , , ,
: j. 1 (t ;. ::::::, . , ' , , .
I 1 )tl)tlIIIIJI.H'H.
.................... .........
r (.... .,...,".................. ........
: . . : ; :::::
11' ,
.(
.
l'
rrrr rr f r:r r
. \ \ '\.'. .... " . . t t ,..... . ....
: , : :::::::::
,."... .,......
_.. .. ...\...\...........,. ..
r rrr ' " , ........
.. . ....
','
i'
I
1.
"
"
..,.
1':
....._.................. ...
..................... ..,......
.. '. .. .. .. ... . . I . . . , ....... .. .. ..
. .. . '. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .
t I I I . ' , , , . . , . . . . ; · ; .
.......tt tttL'.
:, t,c
.. ........ .
.....,....
. a " .
: ..::
.............
..........
. .. , , .. r
::a :7
:
...........
,Рис. 149. Пример сопоставления отражающих roРИ30НТОв с данными акусти
ческоro каротажа и их приВRЗка к reoлоrическому разрезу:
а - фр3l'Менты BpeMeHHoro разреза; б кривая акуетическоro каротажа; в
модельная трасса; Б, Иi. НЗ, м и r основные отражающие roризонты
динамическую обработку данных. Она предусматривает опре
деление амплитудных, энерreтических и частотных особенностей
IЮJIн, псевдоакустические преобразования и др. На рис. 150
Приведен пример такой обработки по Ханчейской локальной
ПЛощади. Сравнение сейсмических и буровых данных показало,
что выделенные по профилям амплитудные и частотные аномалии
неплохо сопоставляются с контуром raзовой залежи и притоками
!'аза по скважинам.
Полученные в целом данные по реrионам, rде применяются
виброкомплексы, показали их достаточно высокую reолоrическую
эффективность. Детальность и точность структурных построений
При использовании вибросейсмических и взрывных источников
близки и составляют 45 20 м по верхнему отражающему roри
зонту (О и 30 40 м по нижнему (Б).
Материалы вибросейсмических работ в комплексе с данными
разведочноro бурения позволяют выделять CTPYKTypHO литоло
rические ловушки в шельфовой части неокома, в ачиновской
ТОЛще, в верхнеюрских отложениях, а в ряде случаев и ниже.
rлубинность исследований с применением трех четырех вибрато
РОВ и 12 16 воздействий на одно физическое наблюдение ДOCTa
473
6391051
;,,::
t::
....
....
....
ос)
....
-: -:l
LQ
'"
=
::
:С
:а
«1
..
<.)
о
с
о
'"
:s: :s:
:s: :!':
о: oj
oj :.:
:!': О
О ...
:: :s:
ojCl.
с
'"
...
а :;;
:.:
, :.:
oj
..
...., :.:
'"
::
::
8'
о
.;
с
'" ,
...
"
... ..
а..о!ё
:.: -;;
11) :s:
2 .- 2
g :;;
=. Ь
.:: ...:>:
о .. '" 3'
ij ;;g!!j1
'5 .:s:;
5: aS
«1 s;;::
>< ...<1)0
О а:3'
с :.: :I:
I <u ...
:i! ::
:С '" ot
i5 8..i
t1: <- '" @
:;: О
:!':,:;:
CI. .8 О О
'8 :.:;
CI. ..
a := I u
:01 ,. '"
._
:r :s::C",
:: .. а ::
..
01 .:;: ::
:С io: :s: !s О
:: :: .. :.:
ot :С :!': $ ;;
g
\Oojoj
i
;
.; :s: О
<.i W ' а
es,..., f
.::
о
:С
..
:01
О
.;
чна для освещения Bcero осадочноro чехла. Нибросейсмиче
,.QlCие комплексы применялись на разведочном и детализационном
".апах работ. По полученным с ними материалам были выявлены
и подroтовлены к бурению структурные (rеолоrическое и Boc
точно Медвежье месторождения) и структурно литолоrические
,/Iовушки (Восточно Уренroйская, Непонятная и друrие rpуппы
Jlовушек) .
8.10. РАЙОНЫ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСти 1
8.10.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА РАБОТ
Сейсморазведочные работы Orт с применением вибраторов
CB 5 150 проводятся в различных районах Иркутскоro амфи
театра от платформенных территорий до краевых проrибов. Они
характеризуются мощной сложнопостроенной rалоreнно карбонат
НОЙ и подчиненной по мощности терриrенной толщами пород
венд кембрийскоro возраста. В разрезе часто присутствуют
трапповые интрузии, широко распространены туфоrенные обра ,
зования/
Отt.leчается несколько структурно--тектонических этажей, в
большинстве случаев наблюдается резкое несоответствие CTPYK
турных планов надсолевых и подсолевых roризонтов, широко
IШзвиты разрывные нарушения. Разрез высокоскоростной (4,5
5,5 м/с). Обобщенную сейсмоrеолоrическую модель можно пред
ставить следующим образом:
, ЗМС рыхлые четвертичные отложения, а также разрушенные
породы юрскоro, ордовикскоro, верхнекембрийскоro и нижне
кембрийскоro возрастов. Мощность до 40 м, скорость 400
1500 м/с. .
ЗПС (зона пониженных скоростей) представлеНа породами
надсолевой толщи мощностью 700 1 000 м со средними скоростями
2 3500 м/с.
Далее идет зона стабилизации скоростей со значениями v,
равными 4600 52OO м/с.
Резкая изменчивость и сложность сейсмоrеолоrических oco
бенностей реrиона по вертикали и латерали обуславливают
неустойчивость волновой картины в интервале записи целевых
ОТражений и затрудняют их корреляцию. Это обстоятельство
требует непрерывноro совершенствования методики полевых и
сейсморазведочных работ, приемов обработки и интерпретации
материалов.
Полевые работы проводятся как в летний период вдоль oт
СЫпных и rpYHTOBblX дороr, так и зимой по заранее подroтoв
ленным ,профилям. Как правило, качество получаемоro материала
lСейсмические работы выполняются rrп "ИркутскreОФизика"
475
в зимний период выше, что объясняется промерзанием rpYHTa,
более однородными условиями возбуждения и приема колебаний.
Перед работами ставятся задачи изучения rлубинноro CTpOC
ния по отражающим roризонтам в толще нижнекембрийских и
венд рифейских отложений, выделения поднятий, зон выклини
вания, возможных поднадвиroвых структур, перспективных на
нефть и rаз. rлубина исследования изменяется от 2500-3000 м
в платформенных условиях до 5000 м и более в условиях про
rибов с временами реrистрации отраженных волн, COOTBeTCT
венно, от 1,5 до 3 с. Расчетная точность выполняемых работ
:t(50 100) м. Работы носят как реrиональный, так и поисковый
характер.
В настоящее время используются серийные невзрывные вибра
ционные источники CB 5 150 и CB 5 150 М2 (с 1993 r.). Реrи
страция осуществляется сейсмостанциямй "Проrресс 3", обо
рудованными порядковыми корреляторами и видеоконтрольными
устройствами для просмотра сейсмических материалов.
При производстве работ с вибраторами CB 5 150 использует
ся несерийная аппаратура, обеспечивающая передачу по радио
каналу сиrнала с любоro вибратора для выборочноro контроля в
. процесс е работ. При работе с вибраторами CB 5 150 2М пра-
вильность их работы проверяется по совпадению контрольной
суммы, высвечивающейся на блоках управления.
Объемы выполненных в 1990 1992 rr. работ характеризуются
следующими показателями (табл. 17).
Из приведенных данных следует, что относительные объемы
вибрационной сейсморазведки достаточно стабильны при значи
тельном увеличении протяженности профилей, отрабатываемых по
методике 24 KpaTHoro перекрытия.
На большинстве площадей исследуемой территории положение
залежей нефти и rаза контролируется не структурными формами
ловушки, а. литолоrическим составом пород, коллекторские
свойства которых очень изменчивы. ДЛя их выделения необхо
димо получить материал BNCOKOro разрешения, по которому было
бы возможным выделение продуктивных пластов мощностью
12 15 м.
Эту задачу решают, применяя взрывную сейсморазведку. В
случае применения источников CB 5 150 реrистрируется пре
имущественно низкочастотная запись, которая не может быть
использована для выделения маломощных продуктивных пластов.
Источниками CB 5 150, CB 5 150 М2 оснащена одна из трех
экспедиций rrп "Иркутскrеофизика", проводящих сейсмораз-
ведочные работы, которая базируется в r. Братске, индуст
риальный уровень KOТOporo позволил наиболее безболезненно
освоить и обеспечить в дальнейшем стабильную работу не-
взрывных источников. Наличие в этом районе развитой дорожной
сети различноro класса позволило использовать их для про-
ведения летних работ на реrиональной стадии. Кроме тoro, при
сейсморазведочных работах в ryстонаселенных местностях с
476
, а б л и ц а 17
1<'
r I)6ьeM работ Единица 1990 r. 1991 r.
(: измере
. ния 06ьем % ко всему 06ьем % ко всему
06ьему 06ьему
" Jk;ero км 1552 19,2 1334 19,6
ф.н. 28776 17,8 26631 16,0
"
\.'8 том числе: 365,7 22,3
\ 12 Kp. км
ф.н. 3597 18,6
i 24 Kp. КМ 1098,7 20,6 1266,2 25,1
\ ф.н. 21710 18,4 24079 19,6
48 Kp. км 87,6 35,9 67,5 18,5
ф.н. 3465 36,2 2552 17,7
I:ЛpoiJo.л.жeНШ! там 17
06ьем ра6рт Единица 1992 r. 1990 1992 r.
/ измере
/ ния Объем % ко всему Объем % ко всему
06ьему 06ьему
Вcero км 819 18,8 3705 19,3
ф.н. 16462 14,6 71869 16,3
В том числе:
12 Kp. км 365,7 13,4
ф.н. 3597 9,4
24 Kp. км 788 23,0 3152,9 22,8
ф.н. 15269 17,0 61058 18,5
48 Kp. км 31 36,0 186,1 26,8
ф.н. 1193 28,S 7210 25,6
высоким уровнем промышленных помех проведение буровзрывных
работ часто невозможно или сопряжено с большими трудностями.
Сравнение эффективности работ со взрывными иневзрывными
Источниками проводится реryлярно. Результаты этих работ ча
ще свидетельствуют о том, что качество полевоro материала
равноценно. Имеются примеры получения материала более BЫCO
Koro качества при использовании виброисточников в неблаro
приятных сейсмоreолоrических условиях (на отложениях туфо
reнной формации и траппах) .
Теоретические (модельные) исследования не выполнялись.
В первые roды внедрения виброисточников в производство на
ряде площадей проведены опытные работы по выбору методики
Полевых работ в условиях Иркутскоro амфитеатра, Оптимальной
была признана следующая методика: rpулпа из четырех вибра
торов с накоплением восьми Воздействий, частотный диапазон
Свип сиrнала 12 62 rц, с длительностью развертки 1 О с.
В настоящее время эти параметры используются как cтaндapT
Вые.
477
в последние roды неоднократно выполнялись пРОФИЛЬные
наблюдения по MHoroKpaTHblM системам MOrт с целью сравнения
эффективности работ с применением невзрывных и взрывных
источников (взрывы в мелких. скважинах). В условиях раЗВИТия
на земной поверхности пород с невысокой плотностью практи
чески удается реализовать интерпретацию только в УСЛОВИях
толстослоистой модели при обоих способах воздействия. Каче
ство материала практически равноценно, хотя имеются случаи
HeKOТoporo преимущества как первоro, так и BTOporo способа.
Производственные рабоТЫ выполняются преимущественно по
фланroвой, встречно фланroвой системам 24 KpaTHoro OrT
с maroM между пунктами возбуждения 50 100м, выносом
2OO 250 м, максимальным удалением 2600 м, количеством
вибраторов до пяти, 6 8 накоплениями, длительностью сиrнала
1 О с, частотным диапазоном 12 62 rц, длиной записи 13 с и
maroM дискретизации 4 мс. При меняется линейное rруппирование
11 приборов на базе 50 м, шаr между каналами 50 м. rруп
пирование вибраторов осуществляется на небольших базах
(около 20 40 м), так как увеличение их размера до величин,
обеспечивающих заметное подавление cpeДHe и BЫCOKOCKOpoCT
ных помех в наших условиях изменчивой ЗМС и рельефа приводит
к дополнительному подавлению и так слабо интенсивных высоких
частот.
Применение нелинейных управляющих сиrналов стало возмож
ным после запуска в производство вибраторов CB 5 150 2М и в
настоящее время материалы этих опытных наблюдений находятся
в стадии обработки.
Орrанизация работ на профиле осуществляется постоянно
оператором сейсмостанции и периодически механиком по вибра
ционным установкам.
Оперативная оценка качества материала осуществляется на
базе экспедиции. Ранее в партии контроль за качеством MaTe
риала и за выполнением проектной методики работ выполнялся
старшим rеофизиком. В настоящее время в полевом отряде
ста рших rеофизиков нет и все зависит от квалификации и опыт
ности оператора.
8.10.2. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
Применяемая для наших условий методика интерпретации И
структурных построений базируется на основе пересчета эф
фективных скоростей Vorr в интервальные и пластовые скорОСТИ
от уровня, приближенноro к дневной поверхности, и мало кри
тична к точности расчета исходных статических поправок.
Поэтому статические поправки рассчитываются от уровня ДHeB
ной поверхности до линии приведения, как правило, V '"
== const == 2000 м/с. Иноrда для учета неоднородной частИ
478
разреза производится обработка первых вступлений преломлен
JIыx волн.
Ввод и препроцессорная обработка выполняются на ЭВМ ПС
2000 с прнменением процедур демультиплексации и BoccтaHOB
леНИЯ полевоro усиления.
Основной rраф обработки сейсморазведочных материалов ocy
ществляется с использованием различных систем на ЭВМ пс
2000 (СОС ПС), EC 1066 (SOURCE 170), ВК Сайбер (SOS,
SOURCE 170). На этапе сортировки трасс по orт выполняется
веерная фильтрация с целью ослабления помех в заданном диа
пазоне кажущихся скоростей, нуль.фазовая деконволюция макси
мальноro сжатия с полосовой корректирующей фильтрацией в
диапазоне частот от 6,12 до 62, 80 rц, коррекция BOCCTaHOB
пения амплитуд за эффект поrлощения. На этапе получения
предварительноro cYMMapHoro BpeMeHHoro разреза производится
введение априорных статических и кинематических поправок.
Кроме cYMMapHoro разреза, выводится однократный разрез с
максимальным удалением приборов от пунктов возбуждения для
оценки априорной коростной характеристики и уточнения
мьютинrа. Следующий этап обработки включает две три проце
дуры коррекции статики и кинематики с использованием про
rpaMM вычисления вертикальных спектров, сканирования с
постоянными скоростями. Каждая итерация завершается выводом
временно ;. разреза для анализа и оценки качества обработки.
Затем о уществляется автоматическая коррекция статических
поправок о проrpамме SA Т AN. На этом этапе при сложном
материале применяется фазооптимизированное вычисление сдвиrа
по Orт с помощью проrраммы STATCOR.
Заключительной процедурой стандартноro rpaфа обработки
является мноroканальная коrерентная фильтрация cYMMapHoro
BpeMeHHoro разреза.
Кроме стандартноro rрафа обработки на некоторых профилях
учитывается сейсмический снос с помощью проrраммы WEMIG, а
также вычисляются динамические параметры (MrнoBeHHыe фазы,
амплитуды) .
Методика полевых работ и обработки материалов обеспечи
вает получение временных и rлубинных разрезов достаточно
BNCOKOro качества. На рис. 151, 152 приведены фраrменты
временных разрезов, иллюстрирующих характер и качество по-
лучаемых материалов. Из них ВИДНО, что в разрезе выделяется
целая серия практически roризонтальных отражающих roризонтов
в интервале времен от :::: 0,4 до 2,0 с и более. Несмотря на
кажущуюся простоту разрезов на них можно выделить зоны He
СОrласия, прекращения прослеживания roризонтов, а также
участки с довольно значительными уrлами наклона осей син
фазности. На временах, больших 1 ,3 1,4 с, характер волновой
картины меняется, и на разрезах прослеживаются весьма интен
СИвные низкочастотные параллельные друr друry оси синфаз
Ностей. Изменение частотноro состава волн находит отражение
479
"-
с:.
t\I
,
х
с:
1.)
с:.
" o.j
6 с:.'
с:.
t::
o::.o::.t:>
o::. s::. c:. .:t"'i с'<
'oq: Q) со) " со с:.
...
с:
I::!
r::;
.
с:..
"
.....
с:.:
. .
!::j :
:::
а
:::
:::
'"
iI;
о
><
:о
о
:::
ё
:.<
'"
g}
:>:
<:
....;;
':: ...
;:
-е-а
о '"
o,
=5.
'" ...
::
Б
о'"
t!;::E
о
O
= :>:
'" 2
о ;!:
:а «s
,
:!
0,"'"
[
!.):S;
<11 g
>< :t
..:
'1115..
... '"
и,
I
"
J'),'
(,
r:
t
"
t,l'
;
i
!ii
f,
I
а
А
80
б{]
40
20
j,
80
70
50 50
40
30 20 10 ПК
Н4
у
................. - .
0,5
;.:>'__A .....,. ........... ... -_
. .... Б - . '. . . .
::. . M2'. . ._ : ....
.. .....Р1 . """""""'- """"""'."",
.....-...- .....
р .. ........-....-- .
2 >
Рэ
1,0
. . Р" ' .
1,5
, , ..-.. , . .......-
:::. '=- '. ,:. . p . s . f; '
,.'" . .w.-"
. '''''' ...... ...' "... ....... ......,...".".....,'" .... ....... . .:-:....
. ........ .... '""- .............- ........--..... . .........'
........... ...., .......... ........ ,- .........
.
2,0
20
40
50 f, rq
...... ......
10
20
рОqJU.ЛЬ O'fО89'
30 40 50
..:' .....,...
- -,
.....
.......... .."......
Ба
70
ПК
О,:;
cf
\-..._ .
::; ' ..:. " Р2'"
. ' . ..- :'::,. ::::::--:.' ' '
"r ...",..,..................... ..";,,......
...",.......... .......",.,.............'"" .P ..........."............... ! 1,5
'- . ...............
. '." ..:. ::
.......--.. . : ..... ..
. ....P5 . . .'
f'v, , ..-........ .... .
'...... ............... ...,.....,, ......
0II0t40.... ........'" .....,,',..... , ..
'-"-..,;.:........ ., "'..................................,..... ..
--- """""""" ................;,. .........,...--.......
,.,... .... ;;:. .;......
.... . ".. Проrpuль 070891 --;;W:: '........:......
1, {]
А
80
б{]
чо
20
Рис. 152. Фparменты временных разрезов по профилям с ра3JIИЧНЫМИ поверх
Ностными условиями и соответствующие амплитудные спектры, определенные во
BpeMeHHO : окне 0.3-1.8 с:
а профиль проходит по юрским отложениям; б по четвертичным отложениям
в долине реки; Н 4 . У, А, ... индексы основных отражающих roРИЗ0НТОВ
31 Зак"зN"2Ш
в их спектрах. С увеличением времени они становятся более
узкополосными и низкочастотными (см. рис. 152).
В последнее время практикуется применение roмоморфной
деконволюции, которая позволяет привести отраженные импульсы
к импульсам желаемой (более простой) формы и повысить раз
решенность сейсмической записи. Кроме этоro применяется
процедура предсказывающей деконволюции, ослабляющая фон
кратных волн в условиях BblCOKOCKOpocтHOro разреза и OТCYT
ствия значимой разницы в кинематических параметрах OДHO
кратных и кратных волн.
В поле производится только оценка качества полученных
записей. Обработку, включая получение коррелоrрамм, ВЫПОk
няют в r. Иркутске в составе Опытно методической экспедиции.
Преимущественно здесь же составляется отчет.
Полевая камеральная rpуппа представляет паспортную ин
формацию маrнитных лент, профилей. Паспортная информация
профиля содержит сведения о rеометрии расстановки для каж
доro физнаблюдения, альтитуды точек.
8.10.3. РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ
Применение вибрационных установок вполне оправдано и cy
ществует тенденция к увеличению объемов их использования при
улучшении их характеристик и прежде Bcero частотноro диа
пазона возбуждения, усиления их мощности. Подroтовленных к
бурению объектов по работам с виброисточниками нет. Выявле
ны: в 1990 r. Таrнинская структура площадью 510 км 2 , ампли
тудой 130 м с вероятностью Р 0,73, в 1992 r. Анrаульская
структура площадью 380 км 2 , амплитудой 300 м, с вероятностью
р 0,51.
Поrрешность построений от 50 м при поисковых исследо
ваниях и до 100 м на реrиональных работах. Абсолютная rлу
бина выявленных объектов составляет 3 4 тыс.М. Фраrменты
временных разрезов, полученных при поисковых работах, при
ведены на рис. 136. По реrиональным работам установлены
общие черты строения изучаемых территорий и прослежены
основные стратиrрафические комплексы. В качестве примера на
рис. 153 приведен участок BpeMeHHoro разреза, по которому
четко устанавливается поrружение roризонтов от Анrаульскоro
выступа в сторону Присаянскоro ropHOro обрамления.
Увязка материалов невзрывной и взрывной сейсморазведки
затруднений не вызывает. Построения бурением не проверялись.
С применением невзрывных источников CB 5 150 дЛЯ "Зима
химпрома " выполнялись сейсморазведочные работы инженерно
rеОЛОrическоro и reоэколоrическоro характера, обеспечивающие
необходимые условия сохранения окружающей среды. Составной
частью этих работ является использование сейсмическоЙ
характеристики среды для определения положения различных зон
482
с::.
с::.
с::.
""
с::.
""
""
I.Q
с::.
с::.
c\j
с::.
....
31*
=
11)
i
Q,
\о
е
е
..
е
=
Q,
е
..
е
..
1ii
<.1
=
i
<.1
:s:
Q,
t::
...
=
8-
t
IQ
:о
t::
:а
IQ
е
..
е
:001
<.1
,Q
о;
..
=
<
!3
,Q
:!
.е-
е
Q,
t::
,:!:
:а
=
,Q
:а
=
е
:s:
..
11)
,.
<"i
'"
..
'"
.;
:s:
,.
нарушений, подземных полостей, выяснения reолоrических yc
ловий подземных хранилищ, создаваемых путем вымывания в
отложениях солей полых камер, обеспеченных высокой степенью
изоляции.
Непосредственно на территории одноro химкомбината изу
чалась тектоническая обстановка в окрестностях этиленохра
НИЛИЩ, расположенных в соленосных пластах усольской свиты на
rлубине 1300 м; проводились поиски разрушенных зон в толще
интервала анrаробельской свиты и определялось качество по
крышки, создаваемой терриrенными отложениями верхоленекой
свиты для определения места строительства полиroна захоро
нения промстоков.
Применялась 12 24 кратная система наблюдений с расстоя
нием между ПВ 25 и 50 м, расстояние между каналами 25 м.
Максимальное удаление каналов оТ ПВ составляло 1375 м,
минимальное 200 м. Система наблюдений фланroвая. rруп
пирование СП 11 на базе 25 м, rруппирование источников 5
на базе 40 м. Параметры возбуждения колебаний: длина раз
вертки 10 с, частотный диапазон 12 62 fц, число накопле
ний 8, шаr дискретизации 4 мс, длина записи - 12 с.
Обработка выполнялась с использованием априорной статики,
рассчитанной со скоростью 2000 м/с от абсолютноro уровня
+500 м при плановом изменении альтитуд по профилям в пре
делах 470 500 м. Применялея стандартный rраф обработки,
принятый на предприятии для нефтеrазопоисковых работ.
В результате обработки получены следующие материалы, по
ложенные в основу интерпретации:
временные разрезы OrT;
временные разрезы orT, преобразованные в rлубинные;
временные разрезы мrновенной амплитуды.
В процессе интерпретации по разрезам orт на основе aHa
лиза волновой картины выделены тектонические нарушения,
тектонически ослабленные зоны и Т.д. Тектонические нарушения
характеризуются потерей корреляции или изменением энерrии
опорных отражений, а также участками рассеивания сейсмиче
ской радиации с высоким уровнем помех на сейсмической за
писи. Зоны и участки, выделяемые в качестве нарушений,
далеко не всеrда имеют нарушения крыльев и иноrда интер
претировались как трещины или зоны разуплотнения.
На временных разрезах MrнoBeHHЫx амплитуд проведена
цветная дифференциация амплитуд по уровням. Соответствующий
уровень амплитуд вынесен на карты по отражающим roризон
там Н! (кровля анrарской свиты), К 2 (кровля бельской свиты),
У (кровля усольской свиты) , А (осинекий пласт доломитов в
усольской свите). Получен различный диапазон амплитуд по
каждому из этих roризонтов. П редполаrалось, что увеличение
амплитуды характеризует участки с более высокой отражающей
способностью, связанной с повышением плотности пород в слое,
что может быть связано как с литолоrическим составом, так и
484
,
'е трещиноватостью пород. В целом, относительно низкий ypo
,вень амплитуд в одном слое по сравнению с друrим связывается
',е уменьшением ero плотности.
,'. Как уже отмечалось, МЫ не можем решать задачи по про
t слеживанию маломощных перспективных roризонтов из за низкоro
Е. чаетотноro диапазона применяемых выбраторов при работе в
[( платформенных условиях. Очень часто, особенно при работе на
'; rлу6инах 3 5 тыс.м, отмечается очень слабая энерrия отражен
I ' ных волн из за недостаточной мощности единичных установок.
:. Поэтому перспективы раЗБИТИЯ невзрывноЙ: сейсморазведки свя
" заны С расширением полосы частоты возбуждаемых колебаний и
! повышением силовых характеристик вибраторов. Также пред
ставляют интерес поrружные невзрывные источники до rлубин
\' 15 20 м с энерrией единичноro воздействия, эквивалентной
'. взрыву 100 r тротила. Имеющийся у нас небольшой опыт работ
t, показывает, что поrружение невзрывноro источника на rлубину
.. 1,5 м позволяет получить материалы, аналоrичные записям
взрывной сейсморазведки.
8.11. РЕЗУ ЛЬТ А ТЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОДОИМПУ ЛЬСНЫХ
ИСТОЧНИКОВ l
8. 11.1. Рбщие сведения и задачи работ
/
опJтно методические и производственные сейсморазведочные
работы с кодоимпульсными источниками ИКИ 10/40 проведены в
Ленинrрадской, Волоroдской, Костромской, н ижеroродской ,
Ульяновской и Пензенской областях России. Сравнительные
испытания ИКИ lО/40 с друrими типами и модификациями назем-
ных невзрывных источников проводились в Полтавской области
Украины.
В rеолоrическом отношении районы применения ИКИ oXBaTЫ
вают Московскую синеклизу от ее северо западноro до юro
восточноro бортов, Токмовский свод Волжско- Камской антекли
зы. Сравнительные испытания проводились в пределах Днепров
ско Донецкой впадины.
Работы с ИКИ выполняются круrлоroдично, атак как и точник
может работать в диапазоне температур от 40 С до +40 С.
Условия эксплуатации ИКИ б&ли самыми разнообразными:
местность со спокойным и резкопересеченным рельефом, лесная
и степная. П рофили прокладывались по шоссе с бетонным и
асфальтовым покрытиями, по rpYHTOBblM дороrам, по скошенным
и вспаханным полям, а также в поймах рек, по луrам и торфя
никам.
В задачу работ входило:
.Работы с кодоимnyJJbCНbIМИ источниками вьmолияются Костромской reo
физической экспеДlЩИей.
485
486
g
:-..;1
а... ...
, ':S: 1 '
:s:' .
g
8.2.a(-o s
!:i 0:1 0:1
t::;:::ж: t:: ...
':>:
=
Ё! а '" 0:1
:I' t::.. t::
.g
8-<") <")
:Eg!8:
t"';'
сс&
::::::
......
= 1 :Е
е.'"
:а
c:>.
",8-
е !
8,;
t::':S:
IU
:а
:Е
IU
tII :s:
5 :а 6 '"
:E
6. t ':>: '"
t::x88.
00
:s: tII
:s: :s:
:f:Ж:
0:1
!iE
-e-
i
х
..
:s: О
'"
:а :s:
t:: :Ж:
:s: :1'
!-00
ti
:s:
0:1
:f
:s:
t;
\с
0:1
!-о
,
'"
i tII '
\с >< :Ж:
О IU е 0:1
:s"t»
U t:: a
\с »'"
Q\ I
\1')"'"
...
I
I \I')
Q
11')...,.
SN
<")
11
8.8.
t::t::
. .
с:а
t::
t
с
:1
><
>: Q
:s: v '"
'" ':s:...... IU ..,.
:aQ':S::I'
:r 1:O,....j :s:: :S:: I
:s:O' "':E
:E :S: ':s!u
0:1 '" :1' IU.... ,
:Ж: , .... :s: '"
5!", c:>.'
8,:;!:s::ж:i::ж:
(-оt;:Ж:1i0:l0:l
e-
:s!
':>:
О
:Ж:
..
:а
с:>.
'"
..
IU
:с
I
\I')
I"I I
v-C
I II')
\O
::::1 1 11')
11')<")
<")
Q\I
<")
oo
VM
""'00
\I')
Q
Qoo
11')...,.
!::
. \о
'" '"
'" '"
Е-Е-
8.8.
рр
. \о
!1
8.8.
рр
G
t
о
с:а
t::
t
ou
':>:
О
:Ж:
..
:а
с:>.
'"
с:а
изучение rеолоrическоro строения территории;
;,' поиск И детализация локалЬНЫХ структур, перспективных на
f '" нефть и rаз в каменноуroльных и девонских отложениях. Целе
' , ' вые roризонты: верейский I'OIIИЗОНТ MOCKOBCKOro яруса среднеro
;: карбона C 2 vr, яснополянский надroризонт визейскоro яруса
f. нижнеro карбона C1;P, фаменский ярус BepxHero девона D/т,
r. сарrаевский roризонт франскоro яруса BepxHero девона Dзfr.
:: fлубины залеrания целевых roризонтов в зависимости от района
; работ изменяются от 1 до 2 км. Исходя из размеров пред
! лаrаемых структур, ошибка определения времен не должна быть
\; больше :t5 мес.
, В Костромской reофизической экспедиции, наряду с KOДO
импульсными источниками, применяются rазодинамические излу
чатели rCK 6M и взрывные способы возбуждения волн. Для со-
поставления стоимости и производительности работ в табл. 18
приведены этu сведения за 1990 1993 rr.
По результатам работ с ИКИ 10/40 было освещено поведение
целевых отражающих roризонтов по пройденным профилям и выдан
ряд перспективных объектов; в частности, в правобережной
части Ульяновскоro Поволжья выявлена неструктурная ловушка,
представляющая собой речную палеодолину (палеоврез) дo
верейскоro возраста.
Специальных исследований по планированию работ и выбору
объектов) для каждоro вида источника не проводится. Приме
няемые ;Источники rCK и ИКИ используются для решения в
основном структурных задач. Задачи по проrнозированию reo-
лоrическоro разреза выполняются с помощью взрывной сейсмо-
разведки.
8.11. 2. Методика работ
Особенности кодоимпульсных источников потребовали ВЫ-
полнения ряда специальных ОПЫТНЫХ работ, которые включали:
выбор параметров кода излучаемоro сиrнала: начальной и
Конечной частот следования импульсов и длительности посылки,
выбор опорноro сиrнала, используемоro для корреляции
кодоrрамм 1 (прямоуroльный, меандр, дельта функция, последо
вательность импульсов прямой волны),
выбор режима работ источников: импульсный (аналоrичен
rсК) или кодоимпульсный.
В основном использовались коды с линейным изменением час
тоты следования импульсов. Друrие коды и, в частности, дo
полнительные последовательности опробовались в опытном
порядке и реализовывались синтетическим путем при обработке.
lпод кодоrpaммой понимается полевая запись сиrналов с расстановки
сейсмоприемников до их корреляции (аналоr виброrpаммы).
487
I a.
Н! 1(1 f I
,, J I :
s l ::: '"
:11'" 1:: <..1 ЕО;
.. о _ \с
; з'.,. ii
i е 15 f'i е
111=1 -
Q.!5 !!i:i!
aIllISg,:i
а- i 111 11 z
eq :E.J
., ...."Io:;:s:uu
i "'N
!ii о:; 111 :Е с::>. ...:!:
;ii :S: о U
u 111 1 i .. IE
, i = g.': :z: i g,
. .. '.: ",;A\.;\'!\;\\\t\\; .).
: M;;,\:;'., .'.f :!Щ ,< ?,; ':.' :<\ :.;;":.:,,
iШ{i!11 ): k: }):\: .:\ · ) ;,:' i:\:. :>: » . \ :.-.:;;::),
"
;.!
. <\ ./. - i
. -.". r .' . I .
:-' .\
,.
: . ' : : . I , . . :: . . , .. .: . . .' . : . ' . . . .<:..}::-:.
.. /;:;;.:.i:.
'i" :rX; ::,';\! j ;f'f ';::'; {'\':\;', ji; ::i',X!. .:". '.' ,',
...
C\I
1»
qo
u t.:I <.:> <.:>
f..... c; \ ... -
<.:> .. F:'
<.) <c <:::> ""
<:::>
....,. -
" .... 11 ....
.....'"
<J '-'
....SO! I.r:> ....
<с
о, о,
..:' ......-
(' "":1.... 1. "" ....
&..,<> 1-.."
u (
<J с:::.
<:::> <C <с
::01 ......-
"
11 "":1.... f..-'" ....
.....<>
"t: :s
""''''' "" f
<> '-'
<:::> 'i>:!
<:::> <a <--.1 <с
1'"3
....,.
..... "
.... "" .....
"
I-!'
'\ I
'-' <.со "" SO!
с:::.
'"
<:::> "
.....- .... f..-'" ":> ....
"
.......
!;::! u (
с:::.
'-'
<.со с::3 '<>
'"
.... ,.
" "" .... 1-..'" "" "'-
1-..'"
'{<:::><:::><:::><:::><:::>с:::. Q::I ё! "" "<>
LQ ч:. "':>":i
а
п=4
:;: 1j
..:. :;:
", ....... "-
' ..
, '. . - .', .'
); "' :: i-i::
:;!t il
-, '-. '.
::( ::::'::\ ;; :;:::
: ;j t J:t.. . :;;:
о
.....4..... "
. ,
.. ....... '.............
.. : f/;' : :
.. :.. :. .;.: ......... .:: ..:' . ':
. . ..=..; . ..,.....:::.. ::,."
._'у: : з( . . . ':
......... ....:....::....
.с
.:-'"':
:"
.... ". <:::'""-- .
;% \
... :
.::::.:::::::-
\:;;
п=8
l}.
1! 1] ;
\ ,;;
. ..: ...-. ' :\i . ; . . . ' , : :. J : ' , : : , '
!iit i .
: :j ;tI .:'
: т 1 ;
.._. .... ..-:........1.;:"
п= 16
о
.. . :::щ : .. . t . . . ' : . . . : : ;. . . .. : :. :
Itl ;,.
1,5
. 2,0
о
11t.i ;IJ il-.
", ..': .' '. :. :-
..- "';" :.:-:: .'. ",. .... . ,::.'
j : ;t; .
1jf ;., .
.:;;:..:
0,5
1,0
.. ...' ., " . ...., .:;.:...
.. . . .: ':" ..
... ,.... " ':' . . :" . :: . ' ;.;
.-:' ..::-::>
1,5
'.
'..
..
2,0
Рис. 155. Харапер записей при импульсном (а) и кодоимпульсном (6)
возбуждении с параметрами /н /к = 5 35 fц, Т = 6 с, при числе
накоплеиий n = 4, 8 и 16
= 8.
i:t>lCo
1:Q55:i :r
j
!
(J
:а
со
f-o
о
W
t::
сс
.:
::s:
=
..
2
о
w
= .
=
i.в.
f-o
y
..
:т
::s: =
'::!: W
:Е
З!g
g G
w 1:: ::s:
'::!:
:а
= w
з! ::s:
g
i
, ...
,11:X::r CII
8. t
e- =::s:
I "
::S: I (J ::S:
а G ::S: ..
g!i
, :s: ,
i !I
1.. !
g I"::a 15..
00= 0>::1:
=
Q\
t>I
;
::S: .. ... w
.. !...
t.. :r8
:r
::S:
t;
\о
....
.8
!
=
о
.:
Q..
t;
'::!:
:а
:s: =
..,.
N
,
\о
Q
v
\о
v
N
Q
....,
,),
N
1
ох
..
.. ::S:
:l
5
ох
::S:
::f
w
=
>.
е
I
W
=
>.
0& ох
<iJa
I
I I ':S::
З!о'Х ':а
t; w =
.: '::!:
i
v v
J, N
"'''''''Q Q
rf')rf')rf') iI')....
I I I I I t
Q"'Q"''''Q\
...... ....rf')rf')
\о
,
ас
v
N
I
\о
Q
v
..D
Q
v
Q
\о
ас
I
\о
ас
I
\о
ас
v
..;
N
ас
v
8
N
6
Q
N
,
'"
Q
N
Q-
Q
'"
ох
w
(J
ь..
w ::S:
(J :l
!iE ..
а f-o
I:Q [;
I
'
О
W 1::
..
8.'"
1::
gj
491
Для и:х; использования в производственном режиме необходим
полевой полно разрядный коррелятор накопитель на базе сейс
мостанции "Проrpecс". Друrие виды ОПЫТНЫХ работ аналоrичны
для всех невзрывных источников. Это:
выбор параметров rруппировки источников (количество ис
точников, база rруппирования),
выбор количества накоплений на 1 ф.н.,
выбор кратности суммирования по Orт.
Опытные работы по выбору и обоснованию методики полевых
исследований проводились на сейсмозондированиях в типичных
сейсмоreoлоrических условиях, а также на отдельных профилях,
которые проходили последовательно с различными кодами, пара
метрами интерференционных систем и др.
На рис. 154, 155 приведены некоторые результаты опытных
работ, из которых следует:
переход от импульсноro к кодоимпульсному режиму приводит
к увеличению интенсивности возбуждаемых колебаний (см.
рис. 155);
увеличение длительности посылки не сопровождается, как
правило, пропорциональным возрастанием амплитуд волн;
частоты возбуждаемых волн практически не меняются или
меняются очень мало при переходе от импульсноro к кодо-
импульсному режиму, причем намечается тенденция к снижению
частоты, что может быть обусловлено поrрешностями синхрони
зации импульсов;
на прокоррелированных записях в области времен, больших
1 ,6 1,7 с, наблюдаются реryлярные оси синфазностей, вызван-
ные корреляционными шумами от волн, прослеживаемых в началь-
ной части записи.
Опытные работы показали, что для каждоro района необходим
выбор параметров последовательностей, числа источников и
друrих методических средств, обеспечивающих получение опти-
мально возможных первичных записей отраженных волн.
Большой объем проведенных опытных работ с ИКИ в 1984-
1987 п. позволил определить оптимальную методику работ для
различных реrионов, основные положения которой приведены
в табл. 19.
8.11.3. оРrлнизАЦИЯ ПОЛЕВЫХ РАБОТ
И ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
Руководство и орrанизация работ на профиле осуществляется
оператором сейсмостанции во взаимодействии с reофизиком по
левой партии.
fеофизик полевой партии составляет проект на проведение
работ, проводит вместе с начальником партии рекоrносцировку
местности с целью выбора базы полевой партии и проложения
профилей в натуре; принимает материалы и оценивает качество
работ; осуществляет обработку материалов МПВ и МСК, подro-
492
t тавливает и передает материалы MOfT обработчику вычисли
!: тельноro центра.
r Обработка материалов Ii поле не ведется. Обработка MaTe
, риалов MOfT, демультиплексация и ввод материалов МПВ и МСК
f проводятся на эвм ЕС-1О45; выводы материалов МПВ и МСК,
f аппаратурных текстов на ЭВМ CM 2. Обработка материалов мпв
частично проводится на персональной эвм. В полевых партиях
персональных эвм нет.
fраф обработки материалов MOfT включает следующие обяза
тельные nporpaMMbl:
ввод, демультиплексация и корреляция материалов MOrт
фЕМUХV) ;
фильтрация полосовая (FILVTX) и деконволюция ФЕСVТХ);
автоматическая коррекция статических поправок (PAKSM);
ввод постоянных кинематических поправок (KINC);
подавление коreрентноro шума (RECFIL);
коrерентная фильтрация (АМСОЩ;
нуль--фазовая деконволюция (ZFDEC).
Обработчик на центре взаимодействует с полевой партией
через rеофизика.
Отчет составляется rpуппой, состоящей из ведущеro reo
физика камеральной rруппы (ответственный руководитель), reo-
физика полевой партии и reoлоra.
Ст тические поправки определяются по методу первых вступ
лен й преломленных вол (МПВ). В опорных точках данные МПВ
конт олируются микросеисмокаротажем скважин.
очность определения статических поправок 2 5 мс по
зволяет выделять структуры амплитудой более 15 м.
Результаты работ свидетельствуют о том, что в Московской
синеклизе применение при работах с ИКИ 24 кратной системы
наблюдения и длительности посылки 12 с позволяет получить
материалы, сопоставимые со взрывным способом (рис. 156).
В правобережной части У льяновскоro Поволжья, rде про-
ведение бурения в значительной степени затруднено и взрывной
способ оrpаничен, сопоставлялись импульсно-кодовые источники
ИКИ-IО/40 и rазодинамические источники fCK 6M (рис. 157).
Результаты сопоставления свидетельствуют о преимуществах ИКИ
перед fCK 6M: более высокочастотные спектры волн и повышен-
ные отношения сиrнал/помеха.
Сравнительные испытания наземных невзрывных источников,
выполненные в одном из районов Днепровско- Донецкой впадины
(ИКИ 10/40, CB 5 150, fCK-6М и сейсмодины 4500) также
показали, что ИКИ 10/40 обеспечили получение неплохих
результатов, которые лишь несколько уступили материалам,
которые были получены с CB 5 150.
По результатам 8 абот с ИКИ 10/40 в кrэ в различных
реrионах выявлено 1 структур общей площадью 500 км 2 .
Подroтовлены под бурение три структуры площадью около
150 км 2 .
493
10210В
а
120
132
1""
156
168
180
192 19В
;i: j :;j : 1 i f:l :;i: .
. .. ......,....,.":"' ... .' .................... .
.....,.. .. -
.......... .......... - - ., .....
. .. . -. . ..
- .......
......-. -
..-:""'. -....... .......... ,........ ' .., _. ..
. .. .......- .: :-'''::::.......::. : ::; ---:. :.... -- .
..._.... ..... . .. _. .-..... 'О.,' _,. . "'__ .
_. ..;..:;. : :;. :i:;' .::::,;. f :: : ; - : . ....
:... -= ...= . 7 ": .. ......... ..,: :;::7: :::_' ....._,:,. _.
:o;
о 12 2" за 1,8 БО 72 84 96
о .:' :1 ? t f ; ,Jf {6 ; 1"t ii : ii ii i
. ...........:... ... ..........',,:.' ...""'.' ............... 'Т'. ............. ....
.' .. _ _ :-i: .:: ; ==:.,,:. ':=. :.:;;' :'" '::::' :i:':.:,:: :- ::':::: :: ... .. .. ..
.-'.... .;:.:....:,.....
, .,- ..
b \' : 3t :. :- :5]; : { : ..: :: ;=. ;
::.... . : ..;....:.: ' ;:' I . .: r
... ..
..... .
.. . ' ". . .....
.... .. ......,.,. ....
-== .' i'," = "' " ':':... . . "." '._... -=" . ::
. . .. .....,,- . .... о" ...: _...... ',"
.- .........
о
12
24
36
48
60
72
84
96
6 : f :;i 4; # #@i;f t : :E 57i
=.;. ,:.;;;-....,....
о". ...J . . ;................... :;,..,,
. ... ....- ..... ........ ,....._ ....'" ..... ',: ...... .. .7:.-"'"" -": ""
. . _. . . '"0. ........".
..:: . ..... --:. .... . . . "';"":. ''':::::.- . ... ::: :;--.' ''"7:.'
' '.#ow "' ""' :.:..'''.. ': : :: '=';;
. :::..::::---...... . . ,,: .-._.. :.. :,. "-:.:. . ............
. ..
Рис. 156. Сопостав.ление временных разрезов, полученных со взрывами в
одиночных сU8ЖIIНах (а) и ИКИ 10/4 с послсдователЬНOCТIIми длительностью
12 с (6) н 6 с (в).
Асимметричная система наблюдений, х 30-2130 М, фильтрация 14 60 rц;
взрывные работы - заряд 0,4 Kr. кратность 12; работы с ИКИ б IH
5 rц, fк 30 rц, т 12 с, кратность наблюдений 24; в lи 5 rц.
Ik 30 rц, т 6 с. кратность наблюдений 24
о
а
0,5
........; .
1,0
1,5
0,5
1,0
1,5
2,0
2
5/N
J
12
24
36
48
60
?- '!..:..- ;;;:,
.. . :: j; ;i :t ';/ '.
. ... :.
А
Пt( /9 (/67)
. .... .'
Atj[ А
10 20 30 1f0 50
х
x"-..x
2
2
19 (167) 39(187) 69(207) П,<
72
96
84
ПК 69 (207)
10 20 .30 1fO f, ru,
Рис. 157. Сопоставление материалов, полученных с ИКИ-10/40 и rCK-6М:
а и б временные разрезы, полученные с ИКИ-10/40 и с rCK 6M; в - спектры
волн, полученных с ИКИ IО/40 (}) и rCK 6M (2); l соотношение
сиrнал/помеха с ИКИ IО/40 (J) и rCK 6M (2)
rлубина освещения разреза на Московской синеклизе 2,5 км;
на Волжско Камской антеклизе 2,0 км.
Точность структурных построений в зависимости от rлубины
roризонтов на Московской синеклизе составляет 5 15 м, на
Волжско Камской антеклизе 5 20 м.
Данные взрывноro способа и кодоимпульсноro режима ИКИ
увязываются без ввода каких либо поправок. Для увязки данных
импульсноro режима ИКИ и rCK с данными взрывноro способа и
кодоимпульсноro режима требуется ввод постоянной поправки
8 10 мс. Для увязки временных разрезов эта поправка при
бавляется к статическим поправкам за пункты возбуждения.
Источники ИКИ 10/40 обладают рядом преимуществ по cpaB
нению с друrими модификациями невзрывных источников. OCHOB
ные из них следующие:
более высокочастотный состав волн по сравнению с импульс
ными источниками;
простота обслуживания и надежность конструкции;
возможность круrлоroдичной работы,
возможность работы в ИМПУЛl;>Cном режиме.
Наряду с достоинствами выя вились и некоторые недостатки
ИКИ 10/40:
ИКИ 10/40 уступают по производительности источникам типа
rCK 6M;
проходимость ИКИ 10/40 по бездорожью хуже, чем у rCK
6М;
стоимость 1 км С ИКИ 10/40 за счет применения большеro
количества источников и большеro количества накапливаемых
воздействий выше стоимости 1 км со взрывами и с rCK 6M;
кодоимпульсные источники не позволяют управлять частотой
возбуждаемых колебаний.
8.12. ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ
В УСЛОВИЯХ ЕВРОПЕйскоrо ЗАПОЛЯРЬЯ
Сейсморазведочные работы MorT с использованием вибра
ционных источников возбуждения колебаний проводились BOPKY
тинской rеофизической экспедицией на Крайнем Севере (восток
Тимано Печорской нефтеrазоносной провинции) в условиях За
полярной тундры. Район работ расположен северо восточнее
roрода Воркуты. В структурно тектоническом плане это тер-
ритория Предуральско Новоземельскоro проrиба (Коротаихинская
впадина) .
В reолоrическом строении осадочноro чехла участвуют
породы палеозойскоro и кайнозойскоro возрастов, от ордовик
ских до четвертичных. Мощность осадочноro чехла превышает
7000 м. Особенность rеолоrическоro строения данноro района
дислоцированность пород осадочноro чехла и, как следствие,
развитие блоково надвиroвой тектоники. В rеолоrическом
496
разрезе осадочноro чехла преобладают карбонатные отложения.
Терриreнные образования развиты в основании и кровле oca
дочноro чехла. Литолоrический состав и высокая степень дис
лоцированности пород определили высокие значения скоростных
параметров разреза.
Местность в районе проведения работ представляет собой
Х01lмистую, большей частью заболоченную тундру, прилеrающую
к западным склонам Полярноro Урала.
Верхняя часть разреза представлена мноroлетнемерзлыми
породами различноro литолоrическоro состава, в основном
супесями, суrлинками, песками, торфяниками. Распространение
мерзлоты имеет мозаичный характер, а мощность изменяется от
единиц до сотен метров. Еще одной особенностью этоro района
является сокращение (вплоть до полноro отсутствия на
отдельных участках) четвертичных отложений. В таких условиях
существенно оrраничиваются возможности взрывной сейсмо
разведки из за сложности бурения взрывных скважин и обеспе
чения оптимальных условий возбуждения колебаний.
Сейсморазведочные работы MOrт в данных условиях можно
проводить только В зимнее время. Это обусловлено невозмож
ностью передвижения наземных транспортных средств в друroе
время roда. Сезонная приуроченность определяет особенности
проведения сейсморазведочных работ в указанном районе. Такие
условия определяются как экстремальные (полное бездорожье,
П р сеченность местности, аномально низкая температура воз
ду а, мощный снежный покров, частые ветры, ДОСТиrающие ино
rд ураrанной силы).
Опыт работ, накопленный за мноrие roды при проведении
reoфизических исследований в Заполярье, показал, что в этих
условиях преимущество отдается вездеходному транспорту на
ryсеничном ходу с относительно небольшим удельным весом
на единицу площади опоры. В то же время в данных условиях
при соответствующей подroтовке и орrанизации сейсморазве
дочных работ довольно успешно применялись вибраторы CB 5
150, смонтированные на шасси автомобиля "Урал".
Сейсморазведочные работы с использованием вибраторов CB
5 150 проводились в зимнем сезоне в течение 1988 1991 п. За
этот период отработано свыше 1000 км профилей. Задачей работ
являлось выявление и подroтoвка к бурению объектов, пер
спективных на нефть и rаз, в отложениях перми, карбона,
девона, силура и ордовика. В задачи входило выявление и
подroтовка ловушек CTPYKTYPHOro и HecTpYKTYPHoro типов.
Целевые отражающие roризонты приурочены к контактам пород с
различными акустическими жесткостями, которые в ряде случаев
совпадают со стратиrрафическими, а чаще с литолоro
стратиrpафическими rpaницами. rлубины до отражающих roри
Зонтов изменяются в диапазоне от 1 до 10 км. Для работы в
экстремальных условиях Крайнеro Севера вибраторы CB 5 150
требуют некоторой доработки. Платформа, на которой смонти
32 Заказ М 2202
497
рована' вибрационная установка, была оборудована укрытием в
виде металлическоro каркаса, обтянутоro плотным материалом,
т .е. сама вибрационная установка размещалась в cвoero рода
кузове. Отдельные несущие конструкции тоже оказались He
достаточными для работы в экстремальных УСЛОВИЯХ. Поэтому
ряд конструкций пришлось усиливать путем наваривания допол-
нителЬНЫХ металличесКИХ пластин. После ряда доработок,
направленных на приспособление вибраторов к работе в усло
виях Крайнеro Севера, они на протяжении нескольких сезонов
работали в требуемом режиме. По сложившейся статистике при
наличии в партии семи вибраторов постоянно в рабочем coc
тоя нии находятся пять.
Сейсморазведочные работы MOrT выполнялись по следующей
методике. Применялась фланroвая система наблюдений с 24
кратным перекрытием. Расстояние между пунктами возбуждения и
приема (каналами) составило SO м. С целью уменьшения влияния
звуковых и поверхностных волн пульт возбуждения был удален
от ближайшеro реrистрирующеro канала на 300 м. При реrист
рации участвовало 48 каналов, поэтому максимальная длина
roдоrрафа составила 26S0 м.
Возбуждение упруrих колебаний осуществлялось rpуппой
вибраторов (пять шесть), расположенных вдоль линии профиля
на базе SO м. Параметры возбуждения следующие: длительность
управляющеro сиrнала 1 О с, частотный диапазон 14 62 rц,
количество накоплений на одном пункте возбуждения 16. Эти
параметры возбуждения были выбраны на начальной стадии при
проведении опытных работ. Из за относительно небольшой энер
rетической мощности вибраторов данноro типа потребовалось
производить большое количество накоплений (до 16) на каждом
пункте возбуждения.
Для реrистрации сейсмических колебаний применялись сейс
моприемники CB 20 по 11 на каждый канал и сейсмостанция
"Проrpeсс 3" с накопителем и коррелятором. Реrистрация
производилась на открытом канале с шаroм дискретизации 2 мс.
Длина реrистрации равнялась 14 с, что обеспечило длину
сейсмической записи 4 с. Проверка идентичности работы
вибраторов производилась путем тестирования по проrрамме
"Вибротест" .
Необходимость производить большое количество накоплений
существенно сказывалась на снижении производительности работ
и, как следствие. на их себестоимости. С целью увеличения
производительности необходимо в условиях Крайнеro Севера
использовать более мощные вибрационные установки с повышен
ной проходимостью. Опыт работ в аналоrичных условиях на
смежных территориях Тимано Печорской провинции (Хорейверская
впадина) с использованием зарубежных вибраторов с усилием
23 т показал, что два таких вибратора с числом накоплений
шесть обеспечивают получение уверенных отражений от всех
roризонтов осадочноro чехла.
498
Одним из существенных факторов, влияющих на результатив
иость и качество работ, является подroтовка профиля на
местности. Этот этап должен обеспечить беспрепятственное
передвижение вибраторов вдоль профиля и надежный контакт
вибрационной плиты с поверхностью rpYHTa. Последнее очень
важно, так как снежный покров в условиях тундры очень
неравномерный от десятков сантиметров на продуваемых
ветром возвышенных участках до нескольких метров в низинах и
кустарниках. Мощный покров относительно рыхлоro cHera на
таких участках является активным поrлотителем сейсмической
энерrии. Причем это происходит как на стадии возбуждения,
так и на стадии приема сейсмических волн. На рис. 158 в
качестве примера приведен фраrмент BpeMeHHoro разреза на
участке с повышенным и пониженным рельефом. В пониженных
участках толщина снежноro покрова достиrла 2 м. Как видно,
интенсивность сейсмической записи и прослеживаемость roри
зонтов на участке с МОЩНЫМ снежным покровом резко отличаются
от интенсивности и прослеживаемости на участке с повышенным
рельефом и незначительным снежным покровом. На этом примере
нarлядно демонстрируется влияние снежноro покрова на
качество результативных материалов.
Подroтовку профиля в данных условиях можно вести двумя
способами:
1) расчищать cHer вдоль трассы профиля;
2) уплотнять снежный покров.
В процесс е работ выяснилось, что первый способ мало
ективный. В условиях преобладающей ветреной поroды pac
ищенные участки быстро повторно заполняются cHeroM, а
ередвижение вибраторов становится еще более затруднитель
ным. Более эффективным способом является уплотнение снежноro
покрова несколькими проходами по трассе профиля ryсеничных
тяжелых тракторов (T 130). TaKaS( подroтовка профиля обеспе
чивает передвижение вибраторов и приводит к улучшению
качества сейсмической записи за счет уменьшения потери
энерrии вибрации на контакте плита почвенный слой. Наблю
далось также, что при использовании в данных условиях виб
раторов возникают нелинейные процессы на rранице вибратор
снежный покров почвенный слой. На возникновение таких
процессов указывает присутствие в спектре записи высших
rармоник, зареrистрированных при посылке моночастотных сиr
налов.
Обработка материалов проводилась по сложившемуся CTaH
дартному rрафу в системе СОС ПС и СЦС-3. Использование в
rрафе обработки процедур вычитания волн помех (двухмерная
фильтрация) , итеративной коррекции кинематических и стати
ческих поправок позволило получить временные разрезы с
уверенным прослеживанием отражающих roризонтов в широком
диапазоне rлубин. Один из примеров, характеризующий качество
получаемых материалов и сложность разведуемых rраниц, при
, 2*
499
"
.t:: CII
CII
t)
t:)
01
8.
101
g
i
u
i
EJ
i
::с
I g
.,/
Б
u
:1
.&
!S8.
ii
:!
=
i
=
=
5:!
=!
i
gt::
= 111
· е
= Q
U=
= =
!;!
::C
g
:1 111
=
t
u !=
r<) ..; ос! t:
"1 ;:;
...
II
",о
'( J" ; ,', I
':/..!
, "
"
:' ! I ; ' 1, .
..1' ' I i> ,:,:;.;
... . ',' ('.
" . -li ::" \;
: '\
! I I
i
"
,'. ;,'
. "
/" '::. \
"\ .... ;., ,. . .
/'.1 , \:';
:1;'.'
: '...:
:.1
, ,
,I . ,',
'(,
'" о
"f;"
','.
. ,..;
:". . , "
. ': 1:
, "
, \ I
'!I , ,; "
,
.
"о
<,
.;" .;
/",:'.;.
i :'
X:;;:\">;';J"
:.;\ ',,'
'"'
CII
. '.. j 1, l' , I JI ,1 11
II"'II." J ""'\ ',"1\", 1,1 "'
'1'1" , '1j, .' ',. ',' /./11. , ' ' ' , ' ;тr!.
'1 , 1/. .' I . l' I " , l' ., ,!
.'/ '/"!"/."':' '. I "(.'1\ " ,. ,'1.. >. 1 '1" ,
'..i< )'.'/'\::';"':" .) '.111/ '; j ': . ,. ,
',1' / ' 1 ' ". ,: ,.:,1,' /', ' ,
';1'-:; ':" \;'1','1 J I f I
" '. J '.':. :,;'.', I 1'1 \1 '
I ' '.,'" jy / " '11 ' , ,
'" ,1. ". ':11 , '.I( , "
", l' )' / ,'/'/" А 111 > I\
",/ ,:. I ,/!,/:, I 1, I '1
. ( :. / ":', / ,'.,'
;".:/(: I,,., \ ,1,1 \, I . ,,1 \1
'. ''1.j' , ': 1 '}1 I '1' \
"'/', ",,' :" ' ,\, ",
", ,1,,, " , , \
',' :'\,':,:r::. \':':'" "\\i l ,', \ ,:' I
. ,' \ ' '.\'1'.\ \ \ ' , ' \ " \\," .
.' 1,\ \ .1\\ \ \1 ,11
". ;.,', \1",\,,\ \',',' ' "\ \.:' \\ \I"
,",' ' \ ''1\ ,'\ ',' \\\' , .\\, ",.
:,1", I \ ' '" ",' Y; " , \ , \ '\\, i':' / l ' \ \ '"
" , " \\ \ ' . l ' \' I \, 1. I
" ' \. -, , \ 1'/ \ I
,/, ',/,,'," ,1 ,. 1.' ,'.,1,,\\'," / , " ,
:. (:., . у " ',.:." ' '\': ';.' 11' ( ";'':' II, "!. : 1;';
'" '" 1 ",.:' / " ','", I I
. 1 ' 1 ' J,I I11 ., .
,'1,,: ',,', '1.' , '1' "'1 l '
' , ," / " (:" l' I l' "(" {',
"'/ :,:j, "1,, ' l' " '\ 11, ' ,1','
':';',;j", 11"111 , / '1, I "\ 1 "1
:'</"1 , I'i",:, J> \ : I, ,' ;' , '1',' \ ""\ :, \ ' ,1' " \
, ", ;:'::/"':':: I. i '"\ \ \,,. ", ' \ 1 \\ \ \1, \ \ " \1',
",'1."';"1 '11 f: '" "'/"1 l ' ,\ l' ",
,1), " ",..\\ ;'., \'1 , '
, . ,', ',. 1'" ' '" \ ," \ I ,1 \ I
' " l' ,1 , ,", ,
' \ I I ! I \ ,
11, ,':, . 1(" \ \ "",' \
' "",. ':' ' " \ ',' ,
, '(, \ \'\ ',) ,\ \ ' ,
: ,р \ ",\; 1,\1., \ " ',: "' .' ,':' .' _',:!,
, ',... ,. 1.,." \, .' I : ' l' , н\
""', .,,' ,,',.' '''" \ ,'" '.,'
.' : \ I ". '1 . 'f .1 \1 \\ 1 \ .
g; .,j", .. :, ";1" ,,'.\, ' ','i ' '
/' 'c,):':I: <":;',, :' ',::, \ '\:';:', :"> :" \ ': ,: ,,1 .
"'" .,,\. "'. ' I "1 ' \, \ ".'
s\, " \ " .,'",'. :,",.\ ,1, " / '1' I . ..\ Lj.' ;...l
t::: I I , . .... , , , \1' " /. '1 ./ 'r 9 ",
' , '1.' ::,.. ": ", "1:.' '!, . '/' ,!.
g; .. .::, , 1,'" ':;\ , .', ("'1 ,,', " "'"
":,' '" ,', ':'1 ;,'. 1,1, : / ;" I I ,/" 1,
. ,11/'" "IJ,i,: '1/:,. './1
etrr
.t: .t::
"
Ii
, ,
"':1
u
.а
:;j
i
s
i
g
:z:
i
8-
11:
=-
О
::i
11:
'11:
Q
:z:
.
11:
U
:z:
::С
i
.
;...
.
'::С
:21
:z:
=
=
...,
:f
8-
:z:
CII
:1.....
!-'!
1;:8.
CIIC
'::C
C:I.
e:t
. :'j
01:1
I
<.10
i=
веден на рис. 159. Наряду с кинематикой ведется и динами
ческая обработка материалов. Получение разрезов MrнoBeHHЫx
характеристик (амплитуд, фаз) способствовало расшифровке
волновой картины и выделению аномальных зон, предположи
тельно связанных с рифовыми.
В целом, проведенные работы показали, что даже в экстре
мальных условиях Заполярья для решения поисковых задач можно
успешно применять вибраторы, в том числе и CB-5 150.
В результате работ было освещено строение осадочноro чехла
этой сложнопостроенной территории. Выявлен и подroтовлен к
бурению целый ряд структур в различных стратиrрафических
комплексах, а также намечены объекты HecTpYKTYPHoro типа.
С целью повышения эффективности вибрационной сейсмо
разведки необходимо использовать более мощные типы источни
ков (более 20 т) на ryсеничном ходу и применять более поме
хоустойчивые системы реrистрации (телеметрические).
8.13. НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
НЕТРАДиционноrо ПРИМЕНЕНИЯ
ВИБРАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ КОЛЕБАНИЙ
Основное применение наземных невзрывных источников свя
зано с возбуждением и последующей реrистрацией упруrих
сейсмических волн, распространяющихся в толще земных недр.
При этом rлавными являются времена, амплитуды и частотный
состав приходящих волн. ароцессы, происходящие в среде при
прохождении волн, как правило, остаются вне поля зрения
сейсморазведчиков. Однако в последние roды мноrие исследо
ватели обратили внимание на то, что возбуждение колебаний
вибрационными источниками, несмотря на их очень небольшую
интенсивность, оказывает определенное заметное воздействие
на уrлеводородсодержащие пласты и на баланс rазов в по
верхностных слоях. Эти исследования послужили основанием для
проведения специальных работ по нетрадиционному применению
вибрационных источников колебаний, основные результаты KOTO
рых изложены в данном разделе.
8.13.1. rЕОХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ НАД МЕСТОРОЖДЕНИЯМИ
уrЛЕВОДОРОДОВ В ПОЛЕ ВИБРАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ
СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ
Одним из перспективных направлений в создании новых Tex
нолоrий является комплексирование rаЗОrеохимических съемок и
сейсморазведочных исследований с применением мобильных сейс
мических вибраторов.
Теоретической основой TaKoro комплекса является COBpe
менная модель взаимодействия энерrии сейсмических колебаний
502
со средой, содержащей растворимые, сорбированные и окклюди
ров анны е rазы. Эффекты сорбции десорбции уrлеводородов
(УВ> наиболее контрастно проявляются в зонах rеохимических
аномалий, обусловленных потоком rазов от залежей, что по
зволяет определить их источник и оценить перспективность
нефтеrазоносности rеолоrических структур.
Залежь нефти иЛи rаза представляет собой скопление УВ,
заполняющих коллектор с единой системой пластовоro давления.
Ее образование возможно только при аккумуляции rаза или
нефти в ловушках физической или физико химической природы
(сводовые части пористых пластов, литолоrически выклини
вающиеся и тектонически экранированные пори стые пласты и
т.д.) при условии, что поток нефти и rаза со стороны площа
дей в структурные элементы ловушек будет более интенсивным,
чем их латеральная и восстающая миrрация из залежи в OKPy
жающую среду. Даже при слабом диффузионном массопереносе
через перекрывающие песчано rлинистые отложения за reoлоrи
ческое время может про изойти рассеяние в толщах пород и
атмосфере Земли rpoMaдHblX объемов природных rазов, в OCHOB
ном метана.
Диапазон использования сведений о составе природных rазов
весьма широк [32] . Они важны при поисково разведочных
работах на нефть и raз на всех этапах выполнения. Наиболее
полная информация о составе rазов может быть получена на
основе прямых rеохимических методов, при которых анализируют
rазы, содержащиеся в верхней (почвенной, орrанно минераль
ной) reохимической зоне.
В составе rазов содержатся различные уrлеводородные и
неуrлеводородные компоненты, имеющие неодинаковое происхож
ден t ' и состоящие в основном ИЗ двух rpynn rенетически раз
лич х компонентов.
породах верхней rеохимической зоны обычно обнаружи
ваются метан и ero rазообразные roмолоrи (этан, пропан,
бутан, изобутан) и в меньшей концентрации парообразные
метановые уrлеводороды CS C8 и их изомеры. Из неуrлеводо
родных компонентов определенный интерес представляют азот,
двуокись уrлерода, rелий, водород, aproH.
В ряде работ [6, 32] обосновывается возможность reнерации
орrанических соединений нефтяноro ряда в осадочном чехле
нефтеrазоносныхбассейнов в сейсмически активных областях;
Эта возможность была подтверждена лабораторными эксперимен
тами, в ходе которых моделировались условия образования
орrанических соединений нефтяноro ряда. Были получены
результаты, позволяющие однозначно утверждать, что в Mexa
нохимических реакциях на образцах пород, обоrащенных opra
никой в поле высокочастотных источников излучения, обра
зуются MHOroKoMnoHeHTHbIe смеси уrлеводородных rазов, а также
водород и друrие компоненты [6].
в середине 80 x roдов Институт физики Земли АН ссср
sоз
Сr.т.!I., 10 Ч%
100
80
ба
чо
20
о
Рис. 160. Изменение содержания
тяжелых уrлеводородов (С2-Ц) с
расстоянием от виброисточника
(приведены усредненные значении
для РaзJJичных частот)
10
ба
90 fj м
а
Ссцнв.10-ЧО/о
0,6
о
5 10 15 20 25 30
5 !о 15 20 25 f;rц
Рис. 161. Изменение "онцентрации бутилена (а) и пропилена (6) в зависи
мости от частоты возбуждаемых "олебаний:
1 2 расстояния 13 и 31 м от источника
провел натурные эксперименты с использованием в качестве
источников переменных механических наrpузок вибраторов с
усилиями от 1 О до 50 т, работавших в режиме излучения тp
монических колебаний с частотой от 1 до 50 rц, а также про
мышленных взрывов. Реакция системы подпочвенноro слоя на
взрыв заряда, эквивалентноro 550 Kr ТНТ (энерreтическая
мощность 2,5х 108 Дж), проявляется в нарушении сорбционноro
равновесия в системе "порода rаз", которое отражается на
характере изменения концентраций метана в ряду последова
тельно отбирающихся образцов подпочвенной атмосферы. Кроме
TOro, прохождение сейсмической волны также инициирует Mexa
нохимические реакции . с выходом активных радикалов.
Экспериментальные исследования с одиночным вибратором
(усилие 50 т) проводились в Белорусском Полесье. Химиче
ский состав уrлеводородных raзов в атмосфере подпочв в поле
вибросейсмическоro источника, работавшеro в различных режи
504
а.
COH,!'fO-'l-%
;
Ii О f 2
[ " т-"/,
0,03
0,01
О
6789/0
<>
...
I ,
11 п
"'''0
I I , >-----
881011 П
I
3
Рис. 162. Изменение "онцентрации метана (а) и этилена (6) по профилю при
фоновых измерениях (1) и после вибрационноrо воздействня на среду (2).
Точка П расположена за контуром нефтеносности (3), на расстоянии 5 км
мах, изменяется существенно. При этом были отмечены следую
щие основные моменты:
энерrия вибросейсмическоro поля и, как следствие, ее
влияние на образование уrлеродистых rазов в отложениях
подпочв 6 механохимических процессах быстро падает с pac
стоянием, что отражается на выходе уrлеводородных rазов
(рис. 160); наиболее интенсивно реакции идут в ближней зоне
(в paд yce 1O 15 м от оси источника);
в эlrой зоне rенерация уrлеродистых rазов С предельно на-
сышеJ;iными валентностями (СО 2 , СН4 и ero roмолоrи, олефины)
наиболее интенсивна в частотных Qнтервалах 2 4 и 17 20 rц
(рис. 161);
прекращение вибросейсмическоro воздействия на среду со-
провождается падением интенсивности механохимических реакций
и установлением сорбционноro равновесия в системе "порода
rаз".
Полученные результаты на испытательных полиroнах позво
лили предположить, что в вибросейсмическом поле на профилях,
секущих месторождения УН, проекция залежи на дневную
поверхность должна отображаться аномалиями УН в атмосфере
подпочв. Н соответствии с этим опробование метода было
начато на заведомо нефтеносных площадях. Осташковическое
нефтяное месторождение (Припятская впадина, Белоруссия)
располаrается в межсолевых карбонатных отложениях на rлубине
3,2 км. При проведении работ был использован вибрационный
источник CH 20/60, функционировавший в режиме излучения
монохроматических сиrналов частотой 20 rц сериями длитель
505
ностью 5 мин на профиле длиной около 6 км, проложенном
вкрест простирания СТРУКТУРЫ. Расстояние между пунктами
отбора проб rаза для анализа 400 500 м. В каждом пункте на
расстоянии 1 О м один от друroro закладывалось по два шурфа.
Из одних (фоНОВЫХ) образцы rаза извлекались до работы
вибратора, а из друrих после пятиминутноro непрерывноro
воздействия на среду. Методика отбора и анализа образцов
rаза аналоrична обычно применяемой при rазоrеохимической
съемке. Плотность ПОТОка сейсмической энерrии на расстоя
нии 20 м от виброисточника на частоте 20 rц составила
0,5 1,0 Дж/м 2 с.
Результаты экспериментов приведены на рис. 162, из KOTO
poro видно, что вибросейсмическое воздействие на среду при
водит примерно к трехкратному увеличению содержания в aTMO
сфере пcJдпочв СН 4 по сравнению с фоновым и появлению замет
ных концентраций С 2 Н 4 даже на том участке профиля, rде он не
был обнаружен в атмосфере подпочв из фоновых шурфов. Вибра
ционное воздействие оказывает влияние и на фракционирование
по молекулярным массам растворенных в пластовом флюиде при
родных rазов [36]. Этот процесс изучался на разрабатываемом
нефтяном месторождении Абузы (Краснодарский край). Наблюде
ния показали, что концентрации большинства индивидуальных
уrлеводородных rазов, а также СО 2 в образцах, отобранных
после воздействия на пласт, возрастают за счет резкоro
падения азота. Наиболее сильно попутные rазы нефтей обоrа
щаются СН 4 (до 20% и более), СО 2 (до 1 2%), С 2 Н 6 (до 1,5%),
C 4 H lO (до 2%).
Причину обнаруженноro эффекта молекулярноro фракциони
рования попутных rазов в поле источника можно объяснить
с позиций разделения и консолидации системы "нефть вода".
Таким образом, вибросейсмические воздействия на перекры
вающие нефтеraзовые месторождения осадочные отложения, xa
рактеризующиеся повышенным содержанием рассеянноro орrани
ческоro вещества; приводят к образованию четких rазоrео
химических аномалий в пределах контуров нефтеrазоносности, а
при воздействиях на нефтяной коллектор изменяется состав
попутных rазов нефтей, что может служить своеобразным инди
катором происходящих в продуктивной части пласта процессов
разделения фаз: вода нефть rаз.
Последнее обстоятельство представляет дополнительный ин
терес в том плане, что кроме разделения фаз вибровоздействие
способствует изменению реолоrии нефти (уменьшает ее вяз
кость), повышает проницаемость пласта, улучшает условия BЫ
теснения нефти водой (за счет снижения поверхности натяже
ния). Расчетная интенсивность сейсмическоro поля rенери
руемых объемных волн на rлубине 1200 м (залеrание нефтяноro
пласта месторождения Абузы) составляла не более 0,5х
xlO 4 Вт/м 2 . Однако даже такое слабое воздействие на упруrие
свойства коллектора и флюиды, ero насыщающие, вызывает
506
усиление в них локальных концентраций напряжения, развитие
трещиноватости, изменение проницаемости и, соответственно,
режима движения флюидов в пластовой. системе. Об этом, в
частности, свидетельствует возрастание концентрации боль
шинства индивидуальных уrлеводородных rазов в образцах,
отобранных после актов вибросейсмическоro воздействия на
продуктивный пласт месторождения Абузы.
Таким образом, получены весьма интересные результаты,
позволяющие надеяться на ТО, что комплексирование вибрацион
ной сейсморазведки с raзовой съемкой может оказаться ис
ключительно перспективным не только с точки зрения оценки
содержания уrлеводородов, но и с позиции воздействия на за
лежь и повышения процента их извлечения.
8.13.2. ВЛИЯНИЕ упруrоrо ПОЛЯ, ВОЗБУЖДАЕмоrо
ВИБРАЦИОННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ, НА ЗАЛЕЖИ уrЛЕВОДОРОДОВ
Влияние ynpyroro поля, создаваемоro вибрационными источ
никами, на залежи уrлеводородов иллюстрируется на примере
двух нефтяных месторождений, расположенных в Краснодарском
крае (Абузы и Убеженское).
Наблюдения проводили на объектах с разнородными rеолоrи
ческими условиями.
На месторождении Абузы продуктивная толща среднеro май-
копа представлена песчано rлинистыми породами, кровля ее
залеrает на rлубине около 1400 м. На Убеженском MeCTO
рождении нефтеносные песчаники и алевролиты эоцена pac
положены на rлубине около 400 м.
Воздействие осуществлялось посредством передвижных сейс
мич : ск х вибраторов CB lO/lOO и CB 20/60. Отклик системы
скваж а пласт на определенные избирательные частоты воз
дей ия установлен во всех экспериментах, rдe были постав
лены соответствующие наблюдения. Эти частоты выделяются по
возбужденным колебаниям уровня жидкости, ero смещению, а
также по характеру сейсмических колебаний, измеряемых на
дневной поверхности или скважине [22, 36].
При этом было выявлено наличие как очень узкоro диапазона
избирательных частот, так и более широкоro, а также coxpa
нение значений избирательных частот в разных циклах вибро
воздействия и их некоторое изменение при последующих циклах.
В этих экспериментах, коrда вибрационный источник был pac
положен на некотором удалении от пункта наблюдений, обнару
живалось некоторое запаздывание в вариациях отношения
"нефть вода". Эффекты вибровоздействия сохраняются в течение
достаточно длительноro . периода, превышающеro время излуче
ния. Повторные циклы наблюдений давали близкие результаты по
изменению отношений "нефть вода" после вибровоздействий.
Основные показатели вибрационноro воздействия приведены
ниже,
507
Избирательные частоты, rц ,
Содержание нефти в воде, %
до воздействия . . . . .
после воздействия . .
Удаление источника от объекта, м
Запаздывание проявлеиия эффекта, сут
Продолжительность эффекта, сут . . .
10-30
3,2 10
1O 20
1000
1
16 60
Среднее содержание нефти в пробах жидкости до вибро
воздействия было 9,7 %, а после Hero 18,9 %. п родолжитель
ность периода, в течение KOТOporo зафиксировано повышение
количества нефти в добываемой из скважины продукции, coc
тавляла от 16 сут до 2 мес и более после начала воздействия.
Нефтяная залежь представляет собой достаточно сложную
мноroкомпонентную систему (порода вода неФТь rаз). При эксп
луатации залежи эта система приобретает резко выраженные
черты неравновесности. Такая система очень чувствительна к
сейсмическим и друrим внешним воздействиям [36] , которые
способствуют устранению ее неравномерности. В соответствии с
полученными экспериментальными данными можно полаrать, что
при вибрационном воздействии на нефтяную залежь основная
роль принадлежит следующим процессам: релаксации напряжений
в насыщенной среде, которая приводит к временному или OCTa
точному изменению коллекторских свойств (возможно изменение
относительной проницаемости для воды и нефти); увеличению
фильтрации, в частности, за счет преодоления эффекта Ha
чальноro rpадиента (вероятность вовлечения в фильтрационный
поток нефти из застойных зон), иэменению вязкости нефти,
капиллярных явлений на rранице раздела "нефть вода" (и как
следствие, объединению мелких скоплений нефти в более
крупные, поступающие к забою скважины).
Результаты экспериментов дают основание для положительной
оценки перспективы использования вибрационноro воздействия в
целях повышения нефтеотдачи [36]. Эффективность вибровоз
действия в значительной степени зависит от структуры и reo
лоro промысловых условий месторождений.
9. ОСОБЕННОСТИ оРrАНИЗАЦИИ И
ПРОВЕДЕНИЯ ПОЛЕВЫХ РАБОТ
С НЕВЗРЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
Полевые работы с наземными невзрывными источниками про
водятся сейсмическими партиями или отрядами, которые по
своей орrанизации и структуре во MHOroM сходны с партиями
взрывной сейморазведки. Работы ВЫПОлняют в соответствии с
rеолоrическим заданием и техническим проектом, в которых
формулируются цель и задачи выполняемых работ, изучаемые
объекты, конечные результаты и масштабы отчетных схем и
карт. В техническом проекте подробно излаrаются rеолоrиче
ские и методические задачи работы, пути и способы их реше
ния, используемые аппаратура и оборудование, а также сроки
работ и отдельных этапов. Если работы с невзрывными источ
никами ставятся в районе впервые или с новой reолоrической
задачей, в проекте необходимо предусмотреть достаточные
объемы опытно методических исследований для выбора и обос
нования методики производственных работ. Состав и содержание
этих исследований изложены в разделе 4.
В тех случаях, коrда уже имеется опыт применения He
взрывных источников, объемы опытных работ MOryT быть COKpa
щены и оrраничены проведением отдельных экспериментов на He
которых участках профилей, различающихся rлубинными или
поверхностными сейсмоrеолоrическими условиями (предполаrае
мые зоны тектонических нарушений, выклинивания слоев и др.,
сложные формы рельефа местности, области распространения
песчаных отложений и т.д.) и характеризующихся низким каче
ством первичных материалов. Проектом определяются объемы
работ в километрах отработанных профилей или квадратных
километрах площадей и в физических точках, а также планируе
)l:ble система наблюдений и кратность наблюдений, параметры
интерференционных систем, оптимальное число излучателей и их
произведение на количество накоплений. Указываются также
минимально допустимое число одновременно работающих источ
ников и число накоплений для них. В проекте должны быть pac
смотрены также способы определения априорных статических
поправок. В технико экономической части проекта определяются
плановая производительность работ, длительности полевоro,
орrанизационноro, ликвидационноro и камеральноro периодов.
Обязательно должно быть предусмотрено время для проведения
профилактических работ, предусматривающих проверку, ремонт и
настройку источников, а также реrистрирующей и вспомот
тельной аппаратуры. Производительность работ в количестве
S09
физических точек, отрабатываемых за одну приборо/ смену, pac
считывается или по справочнику, или по действующим в opra
низации нормам, которые определяются на основании опыта
работ и достиrнутой выработки. Проект составляется таким
образом, чтобы он допускал возможности ero изменения в
течение полевоro сезона, исходя из качества получаемых
материалов и результатов работ.
Основной производственной единицей, выполняющей сейсмо
разведочные работы, является полевой сейсмический отряд.
Отсутствие буровзрывных и ликвидационных работ делает ero
более компактным, меньшим по численности и количеству TpaHC
портных средств, чем при взрывных работах. Состав отряда
определяется запроектированной методикой работ, временем их
проведения и катеroрией трудности местности, rде будут про
ложены сейсмические профили. Сейсморазведочный отряд состоит
из отдельных бриrад или звеньев, которые выполняют в про
цессе проведения сейсморазведочных исследований необходимые
рабочие процессы, объединенные едиными целью и задачами.
Полевой отряд имеет следующий примерный состав: бриrада
сейсмостанции, возrлавляемая начальником отряда, оператором
сейсмостанции; бриrада возбуждения колебаний, куда входят
операторы (водители) передвижных сейсмических установок
(источников); бриrада по размотке и смотке сейсмических
линий (кос) ; бриrада по ремонту источников и вспомоrатель
HOro оборудования; топоrрафическая бриrада, ведущая про
кладку сейсмических профилей на местности, их нивелировку и
определение координат, а при необходимости их подroтовку для
проезда транспорта. При планировании и орrанизации работ
этой бриrады очено важно, чтобы прокладка профилей опережала
их отработку. При выборе расположения профилей следует pac
полаrать их на максимально возможных удалениях от линий
электропередач и друrих ИСТQЧНИКОВ интенсивных помех или под
большими уrлами к ним. В orT оптимальны прямолинейные про
фили. Однако при наблюдениях с невзрывными источниками
профили прокладываются вдоль дороr, просек, тропинок и Т.Д.,
которые редко бывают прямыми. Поэтому топоrраф должен опре
делить уrлы искривления профилей и информироватvо ни
начальника отряда или партии. В соответствии ... принятои
схемой отработки профилей топоrраф разбивает и наносит на
карту выносные участки профилей или пункты возбуждения.
Топоrраф также докладывает начальнику отряда и наносит на
карту, схему или абрис все препятствия, опасные участки и
друrие особенности местности, которые будут осложнять про
ведение сейсмических работ; проезд и возбуждение волн He
взрывными источниками (мосты, наклон местности и неровности
на пунктах возбуждения и др.).
Особенностью невзрывных, особенно вибрационных сейсмо
партий является их мобильность и возможность быстроro
510
изменения направления и протяженности профилей, систем на-
блюдений, параметров rруппирования источников и. управляющих
сиrналов. Наиболее обоснованно и с наибольшей эффективностью
это можно сделать по результатам обработки и анализа полу
ченных в поле материалов. Поэтому очень важна их экспресс
обработка, которая может быть реализована на основе полевых
вычислительных комплексов, включающих персональную ЭВМ и
соответствующее вспомоrательное оборудование. Созданы OTe
чественные образцы TaKoro оборудования, а зарубежные компа
нии имеют такие центры, что предопределяет включение бриrады
обработки данных в состав сейсмических партий. По материа
лам, приведенным в разделе 8, следует, что отечественные
rеофизические предприятия пока еще не имеют полевых BЫ
числительных центров и очень часто rеофизика обработчика в
поле. Это затрудняет принятие оперативных решений и удлиняет
сроки, объемы и стоимость разведки, так как приходится
работать с избытком, выполняя объемы, которые моrли бы быть
использованы более рационально. По этой же причине целесо
образно в предверии выхода на новую площадь или объект про
водить рекоrносцировочные, опытные работы с тем, чтобы по
результатам обработки этих материалов спроrнозировать мето-
дику и технику полевых производственных наблюдений на сле
дующЩ4 период или сезон.
Обязанности техническоro персонaJIа невзрывной сейсмикой
партии определяются действующими инструкциями и сложившейся
практикой работ.
у спех работы сейсмической партии во MHOroM зависит от
слаженной работы начальника партии, руководителей бриrад и
всех исполнителей, единой оценки качества получаемых резуль
татов и полной взаимной информированности о ходе проводимых
исследований; С этих позиций рассмотрим, в каких направле
ниях и по каким вопросам должны контактировать между собой
основные исполнители работ. Начальник партии должен довести
до сведения всех руководителей бриrад об общих задачах BЫ
полняемых работ, сроках их проведения, ожидаемых результа
тах, а также О целях и задачах каждой бриrады, включая
взаимодействие их между собой. Начальник партии осуществляет
общее методическое и техническое руководство проводимыми
работами и ero задачами являются выполнение rеолоrическоro
задания и создание необходимых условий для получения лучших
по качеству материалов в полном объеме, в минимальные сроки
и с наименьшими затратами денежных средств. Начальник партии
вместе с rеофизиком, если он находится в сейсмопартии,
ежедневно принимают материалы от начальника полевоro отряда
или оператора сейсмостанции, давая оценку отработки каждой
физической точки и отмечая, является ли качество данных HOp
мальным, необычным хорошим или плохим. При этом они PYKO
водствуются решаемыми задачами, требованиями к качеству
материалов и возможностями обработки данных на вычислитель
511
ном цеитре. В процессе приемки материалов начальник партии
дает оценку деятельности начальника отряда и принятых им
реmений по улучmению качества отражений в нестандартных
ситуациях при изменении числа работающих источников, прео
долении препятствий, возникновении помех, появлении особен
ностей записи волн, указывающих на неожиданное или необычное
поведение целевых roризонтов и др. Все эти вопросы они
обсуждают совместно и принимают необходимые технические,
методические и орraнизационные решения по изменению системы
наблюдений, параметров управляющих сиrналов, длительности
реrистрации и числа накоплений.
rеофизик, ведущий обработку материалов на вычислительном
центре, должен в максимально короткий промежуток времени
дать оценку изменениям методики работ и сформулировать свои
предложения по улучшению качества материалов. Ему следует
также информировать руководство сейсмопартии о возможных
помехах, в том числе кратных волнах, затрудняющих выделение
целевых отражений и тех изменениях, которые нужно ввести в
методику полевых наблюдений. При получении неожиданных
результатов он должен провести их анализ, исходя из ранее
полученных данных и материалов по сопредельным площадям, и
информировать об этом руководство сейсмопартии. В свою
очередь reофизик на центре должен вместе с маrнитными
лентами получить журнал оператора или ero копию с полной и
точной информацией опараметрах реrистрации и методике
работ, а также об их изменениях, осложнениях и препятствиях
при прохождении профиля, О координатах изломов профилей
и значениях поканальных статических поправок.
Начальник полевоro отряда (оператор сейсмостанции) PYKO
водит всеми работами на профиле, определяет порядок oтpa
ботки, дает команды на переезд источников, их подroтовку и
приведение в рабочее состояние. Он принимает решения о пре
одолении всех нештатных ситуаций, контролирует качество
получаемых сейсмоrрамм и дает команду на повторную отработку
пунктов профиля, если он считает это необходимым. Ему noд
чиняются руководители всех друrих бриrад.
Начальник полевоro отряда (оператор сейсмостанции) должен
хорошо разбираться в методике невзрывной сейсморазведки,
знать основы ее помехоустойчивости с тем, чтобы принимать
правильные решения при выходе из строя источников, а также
при друrих возможных осложнениях при отработке профиля. От
начальника партии и reофизика обработчика он должен получить
необходимые сведения по целевым roризонтам, временам их
прослеживания, видимым частотам, а также по методике и
производительности работ и возможным их изменениям. Он
должен быть в курсе ближайших и перспеКТ ИВНI >I.х. планов работ с
тем, чтобы иметь время на подroтовку к ним. Желательно,
чтобы на каждый день работы начальник полевоro отряда
(оператор сейсмостанции) имел четкий и достаточно подробный
512
письменный план работ. Это особенно необходимо при проведе
нии опытных исследований. Наличие TaKoro плана исключит
мноrие неясности и вопросы, которые очень часто возникают
при приемке материалов.
Руководитель работ с невзрывными источниками осуществляет
техническое руководство и контроль за эксплуатацией и peMOH
том источников в течение полевоro и межсезонноro периодов,
если в экспедиции не орrанизован централизованный ремонт
излучателей. В последнем случае приказом по экспедиции Ha
значается руково итель работ по ремонту всех источников,
который орrанизует, контролирует и выполняет необходимые pa
боты. В течение полевоro сезона руководитель работ следит за
техническим состоянием установок, орrанизует и проводит их
техническое обслуживание, контролирует работу своей бриrады
и обеспечивает выполнение правил техники безопасности каждым
членом бриrады на всех этапах работ. При получении новых
установок руководитель контролирует их получение с завода
изroтoвителя в исправном техническом состоянии и участвует в
приемно сдаточных испытаниях. Он контролирует также KOHcep
вацию и расконсервацию источников.
Оператор передвижной сейсмической установки выполняет
работы по возбуждению упруrих колебаний в соответствии с
распоряжениями и командами оператора сейсмостанции, началь
ника сейсмическоro отряда; проверяет техническое состояние
источника; осуществляет обслуживание, ремонт и подroтовку
источника к работе; участвует в ремонтно профилактических
работах. Оператор подчиняется руководителю бриrады и обязан
неукоснительно выполнять правила техники безопасности. В
межсезонный период оператор участвует в ремонтных и peMOHT
но профилактических работах по подroтовке источников к поле
вому сезону.
Водитель, тракторист установки обеспечивает исправную
работу транспортноro средства, переезд установки к месту
работ и от пикета к пикету по профилю, проверяет техническое
состояние и ремонтирует транспортную базу источника.
Бриrада по ремонту источников обеспечивает текущий,
профилактический и срочный ремонт источников и их отдельных
узлов. Основная задача ее заключается в поддержании работо
способности источников, необходимых для нормальноro про
ведения полевых работ и получения качественных сейсмических
материалов. Проведение работ с наземными невзрывными источ
никами делает необходимым оснащение сейсмических партий
дополнительными механизмами, оборудованием и средствами для
ремонта излучателей и поддержания их в рабочем состоянии.
Фирма "Pelton", например, предлаrает следующий комплект
оборудования для сейсмопартии, использующей пять сейсмиче
ских вибраторов: блоки управления вибраторами (по числу
источников) с полным руководством, соединительными прово
.lами и акселерометрами, модули памяти управляющих сиrналов,
l." 1.11\.1 I . ] 2201
513
позволяющие применять нелинейные и псевдослучайные сиrналы,
печатающее устроиство для контроля качества rенерируемоro
сиrнала, комплект ЗИПа для блока управления вибраторами;
систему анализа качества работы вибратора и усовершенство
ванный электроrидравлический преобразователь.
При проведении работ с невзрывными источниками важное
значение имеют подroтoвка их к полевому сезону, а также
своевременный профилактический и текущий ремонт.
Ремонт и наладку установок производят в соответствии с
техническим описанием, инструкцией по эксплуатации и peKO
мендациями на производство работ с соответствующими типами
и модификациями невзрывных источников.
В межсезонный период устраняют все выявленные дефекты,
ремонтируют и заменяют вышедшие из строя детали и узлы.
Например, у импульсных rазодинамических источников разбирают
и осматривают rазовую, rидравлическую и пневматическую сис
темы, а также рабочую камеру (В К) .
Основные неполадки вибрационных иС1'очников связаны с Ha
рушением rерметичности рабочей пары и друrих элементов
rидравлической системы, с электроrидравлическим преобразо
вателем (ПЭЛ и блоками управления (БУ). Поэтому при ремонте
этим узлам уделяют особое внимание: устраняют течи масла,
заменяют вышедшие из строя резиновые уплотнительные кольца,
проверяют работоспособность насоса высокоro давления и
rидростанции в целом, промывают rидросистему повреждения
электрических цепей и датчиков управления вибратором (ДПМ,
ДПЗ, концевые выключатели и др.). Контроль за чистотой
применяемой в rидросистеме рабочей жидкости является необ
ходимым для обеспечения удовлетворительной работы вибрато
ров. Очистка рабочей жидкости только' с помощью штатных
фильтров недостаточно эффективна из за малой rрязеемкости
фильтроэлементов. Поэтому для лучшей очистки rидросистемы и
контроля за ее качеством целесообразно использовать устрой
ства cor 904A (стенд очистки масел), УМЦ 901А (установка
малоrабаритная, центробежная), ПКЖ 902 (прибор контроля
чистоты жидкости) и др.
Выполненные в межсезонный период ремонтные работы и про
филактические работы документируются в журнале по каждой
установке. Перед выездом на полевые работы на базе экспеди
ции или сейсмопартии проверяют работоспособность источников,
осуществляют пробные воздействия и запуски по радио на yдa
лениях, обеспечивающих выполнение запроектированных работ.
Особое внимание должно быть уделено проверке фазовой и
амплитудной идентичности комплекта источников. Вход в син
хронизацию вибраторов не должен превышать 4 5 фаз от начала
запуска.
Устойчивая и надежная работа излучат лей, необходимая для
получения качественных материалов, возможна только при их
нормальной идентичной работе. Поэтому поддержанию их xopo
514
шеro техническоro состояния необходимо уделять в процессе
проведения полевых работ большое внимание. Оно заключается в
реryлярном обслуживании и контроле за техническим состоянием
источников. Течи масла и подтяжка крепежных деталей ДОЛЖНЫ
устраняться и производиться сразу же после их обнаружения.
Ежедневно проверяют техническое состояние излучателей и
их фазовую идентичность. Неидентичные импульсные источники
и вибраторы к работе не допускают и направляют на ремонт.
Кроме TOro, идентичность вибраторов проверяют в процессе
проведения полевых работ при резком ухудшении качества
получаемых материалов.
В дни профилактики необходимо проводить более rлубокую
проверку техническоro состояния установок. Например, у виб
ратора следует измерить давление в rидроаккумуляторах и
провести подзаправку их инертным rазом, смазку всех необ-
ходимых узлов установок, проверку степени затяжки резьбовых
соединений, замену фильтров вибраторов, проверку реryлиров-
ки пэrа, устранение неполадок в rcp и др.
Для проведения профилактических и ремонтных работ в
партии должны быть оборудованы радио и механические MaCTep
ские с необходимым набором измерительноro и peMoHTHoro
оборудования. Например, в механической мастерской целе
сообразно иметь: сварочный arperaT, установку для очистки
масла типа cor 903A или 904А, сверлильный и токарный станки,
автокран rрузоподъемностью на 3 т или стационарную KpaH
балку с талью для демонтажа, ремонта и установки отдельных
узлов вибраторов.
При стационарных, круrлоroдичных работах на базе партии
целесообразно иметь утепленные боксы и площадки для ремонта
излучателей и обоrрева их в зимнее время roда.
При проведении работ с rазодинамическими источниками
необходимо иметь два склада для отдельноro хранения пропа
новых и кислородных баллонов, а также специально оборудо-
ванные автомашины для их пере возки на обменные пункты и
доставки на профиль. Склад для хранения кислородных баллонов
рекомендуется размещать на стапеле высотой 1,5-1,8 м, что в
значительной мере облеrчит поrрузку и разrрузку баллонов.
При хранении в вертикальном положении баллоны должны YCTa
навливаться в специально оборудованные rнезда или оrраждать
ся барьером для предохранения от падения. При хранении на
открытых площадках разрешается укладывать баллоны roризо
нтально в штабеля с прокладками из веревки, деревянных
брусьев с вырезами под баллоны между рядами. При укладке
баллонов высота штабеля не должна превышать 1,5 м; вентили
баллонов должны быть обращены в одну сторону.
На открытых площадках расстояние между местами хранения
баллонов с кислородом и пропан бутаном, а также между ними и
жилыми и производственными помещениями должны быть не менее
30 м.
JJ*
515
Технолоrия проведения профильных работ сневзрывными
источниками в общем аналоrична технолоrии работ со взрывами.
Тем не менее имеются определенные отличия, обусловленные
необходимостью более тщательноro контроля за техническим
состоянием невзрывных, особенно вибрационных источников.
Практика работ показала, что наличие в rpуппе даже одноro
источника, фазовые и амплитудные характеристики KOТOporo
выходят за пределы допустимых, приводит к заметному ухудше
нию качества получаемых материалов. Поэтому такие источники
не должны допускаться к работе и их следует отправлять на
ремонт и последующую проверку основных параметров.
Из опыта эксплуатации невзрывных источников следует, что
проверку импульсных источников на синхронность и идентич
ность можно проводить не чаще, чем раз в неделю или десять
дней. Следует ее ВЫПОЛнять также при резком ухудшении
материалов. Вибрационные источники требуют ежедневной про
верки. Целесообразно проверять фазовую идентичность вибра-
торов при работе на максимальном рабочем удалении, используя
две сейсмостанции. При этом одна из станций отьезжает на
заданное расстояние, а вторая по радиозапуску с первой
производит запись сиrналов rcp и вибраторов. Такая проверка
позволяет определить идентичность вибраторов и стабильность
срабатывания дешифраторов, Т.е. их запуска на рабочих
удалениях. Внеочередная проверка идентичности вибраторов
производится в процессе проведения полевых работ при резком
ухудшении качества получаемых материалов. Сиrналы датчиков
вибраторов записываются на маrнитную ленту и факт проверки
фиксируется в рапорте оператора сейсмостанции.
Предложены различные способы проверок фазовой идентич
ности вибраторов, которые основаны на записях сиrналов со
штатных датчиков, установленных на каждом излучателе, или
сейсмоприемников, размещаемых под плитой вибраторов, в
скважине на относительно небольшой rлубине (60 lOO м), а
также на определенном расстоянии от плиты источника [29] .
Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки.
На практике чаще применяется первый, как более простой и
требующий меньших затрат времени. Второй способ может быть
рекомендован при профилактическом обслуживании и ремонте
вибраторов.
Методика и техника проверки фазовой идентичности изложена
в инструкциях по эксплуатации вибраторов и в ряде работ по
невзрывной сейсморазведке [5, 29, 53]. Отметим одну из
работ, посвященную этому вопросу [53], из которой следует,
что при проведении работ были выявлены значительные, до
20 мс И более, невязки во временах опорных roризонтов на
пересечениях профилей. Анализ показал, что они обусловлены
рассоrласованием спаренных станций, использованием полевых и
синтетических управляющих си лов, а также значительным
изменением полосы частот излучаем х сиrналов.
516
Для исключения этих поrрешностей была предложена методика
контроля, которая предусматривала выполнение следующих
операций: 1) ежедневно перед началом работ запускается весь
комплекс и осуществляется запись на рабочую ленту ведущей
станции сиrнaлов с зашунтированных сейсмоприемников, ycтa
новленных на плитах вибраторов, а также опорных сиrналов с
пультов ведомых сейсмостанций; 2) по воспроизведению записи
оператором ведущей сейсмостанции визуально определяется
синхронность работы отдельных элементов комплекса; 3)
проводится корреляция зареrистрированных колебаний с управ
ляющим сиrналом ведущей станции и оцениваются временные
сдвиrи и форма сиrналов от каждоro источника и сейсмо-
станций: 4) по совокупности полученных данных принимается
решение о приroдности каждой установки к работе. По мере
отработки профилей получаемая информация накапливается на
маrнитных лентах и затем поступает на центр. Эти данные
обрабатываются по следующему rрафу: демультиплексирование
записей с их центрированием и фильтрацией в полосе частот
управляющеro сиrнала; вычисление и вывод функций aBТO и
взаимной корреляции между выбранным опорным сиrналом и всеми
остальными, определение временных сдвиroв между ними, оценка
их формы; определение этих значений по профилям и ввод их в
массивы статических поправок за пункты возбуждения; оценка
и оптимизация параметров управляющеro сиrнала и выдача за
ключения на параметры управляющеro сиrнала для корреляции
данных по профилям. Предложенная технолоrия позволяет по-
высить точность отсчета времени для всей совокупности данных
по площади и контролировать ero смещения, обеспечивает
увязку профилей на пересечениях и повторяемость материалов
при повторной отработке и обработке профилей.
Выполненные измерения показали, что разовая проверка не
отражает фактическоro состояния оборудования в течение
смены, которое, как оказалось, зависит от изменений темпе-
paTypHoro режима пультов управления, масла в rидросистемах
вибраторов, ИСТочников питания аппаратуры и даже количества
топлива в баках вибраторов. Дополнительные затраты на про
изводство этих работ связаны с расходами на маrнитную
ленту, время полевых наблюдений и обработку материалов.
Полевые (как правило) работы проводятся с rруппированием
источников и синхронным накоплением воздействий на каждой
физической точке. В большинстве случаев источники ставят на
пункте возбуждения друr за друroм по профилю и последова
тельно отрабатывают пикет за пикетом. Движение установок при
такой системе происходит в одну сторону, что весьма важно,
так как разворот машин на профиле зачастую неудобен и
приводит к дополнительным потравам. Расстояние между источ
никами в rруппе определяется принятой методикой работ. OT
работка физической точки может производится как с переездом
51?
излучателей в пределах базы rpуппы, так и без Hero. Довольно
часто в процесс е работ вибраторы выходят из строя. С yMeHЬ
шением числа работоспособных установок число накоплений на
каждой позиции следует увеличивать в таком соотношении,
чтобы произведение их, характеризующее результирующую
помехоустойчивость rpуппы, менялось бы не менее чем на 10%.
Методика с переездом более проrрессивна, так как она поз
воляет леrко реализовать неравномерные rpуппы, обеспечиваю
щие большую степень ослабления волн помех. Однако она co
пряжена с дополнителЬНЫМИ, хотя и небольшими, затратами
времени на переезд и возможна при хорошем техническом coc
тоянии установок и отлаженном ритме работ.
Необходимость работы на больших усилениях приемноro Ka
нала приводит к значительному уровню микросейсм и к появле
нию шумов, обусловленных взаимными влияниями в длинных
соединительных линиях сейсмических кос. В этих условиях
целесообразно незадействованные rруппы сейсмоприемников
отключать от косы с тем, чтобы снизить вероятность появления
и уровень наведенных ЭДС. Отметим, что в телеметрических
системах эта предосторожность оказывается излишней.
В районах с развитием интенсивных и медленно затухающих
поверхностных волн это может привести к искажениям, связан
ным с наложением на начала записи "хвостов" волн от преды
дущих воздействий. Поэтому при проведении опытных работ,
особенно при опробовании разверток вниз, следует определять
времена затухания волн и только после этоro устанавливать
интервалы между воздействиями и режим накоплений при
профильных наблюдениях. Наличие медленно затухающих поверх
ностных волн проверяют экспериментально. Для этоro произ
водят 8 1 О накоплений в автоматическом режиме и такое же
количество воздействий в ручном режиме, но с увеличенным в
два три раза временем между записями. Фильтры в трактах
записи и воспроизведения выключают. Если результаты накоп
ления будут одинаковы, то это rosорит об отсутствии влияния
воздействия и возможности производить профильные наблюдения
во всех режимах работы сейсмостанции. в случае присутствия
на лентах воспроизведения помех от влияния "хвостов" пре
дыдущеro воздействия на последующее следует более точно
определить время наложения "хвостов" и интервал между за
писями для исключения этих помех.
При проведении работ вдоль дороr и вблизи населенных
пунктов очень часто возникают интенсивные сетевые наводки,
которые или не всеrда удается ослабить режекторными фильт
рами, или полосы частот полезных сиrналов и помех перекрьt
ваются и применение фильтров нежелательно. В этих случаях
можно применить следующие два способа ослабления наводок
[58]. Первый основан на том, что если при сохранении линей
HOro изменения амплитуд исключить биты усиления вибрационных
данных и провести их корреляцию, то на результирующих за
518
писях уровень сетевых наводок будет значительно ослаблен.
Второй способ базируется на том, что если при четком накоп
лении воздействий весь реrистрирующий комплекс запускать от
сильной наводки в разной полярности, а затем суммировать
результаты, то это приведет к вычитанию наводок и очищению
от них полевых записей. Этот способ может быть применен при
работах с вибрационными и импульсными источниками.
Определенные трудности возникают при работах с вибрато
рами на особо жестких rpYHTax (вулканические породы без зоны
малых скоростей, лед) и на асфальте. В этих случаях под
плиты вибраторов кладется мяrкая прокладка (резина, поролон,
доска) или подсыпается cHer для TOro, чтобы сиrнал с плиты
был достаточен по амплитуде и чтобы не разрушить покрытие
дороrи.
Надежная и устойчивая работа источников во MHOroM опре
деляет качество получаемых материалов и результаты выпол
няемых исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. А.С 1035549, СССР. Способ скважинной сейсморазведки, основанный
на возбуждении колебаний путем ВОздействия буровOI'О инструмента на забой
скважины в процессе бурения /r.Л. Шехтман, М.Б. Шнеерсон / /Бюл., изоб
ретання, промышленные образцы, товарные знаки. 1983. N 30. С. 123.
2. Бабков В,Ф" Безрук В.М. Основы rpунтоведения и механики rpYH
тов. М.: Высшая школа, 1976. 328 с.
3. Брудно В.А., Кивелиди В.К, Литвин А.Л. Использование первых
вступлений на сейсмоrpаммах' МОП' дЛЯ определения статических поправок
/ /Разведочная reофизика. М.: Недра, 1989. вып. 110. С. 69 75.
4. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сиrналами. М.: Pa
дио и связь, 1985.
5. Вибрационная сейсморазведка /Под ред. М.Б. Шнеерсона. М.:
Недра, 1990.
6. Влияние тектоносейсмических процессов на образование и накоп
ление уrлеводородов /Н.В. Черский, В.П. Царев, Т.Н. Сороко и др. М.:
Недра, 1985.
7. Вялков В.Н. Вибросейсморазведка в условиях Крайнеro Севера.
Якутск: ЯНU СО ЛН СССР, 1990. 76 с.
8. Вялков В.н. Исследование возможностей повышения разрешающей
способности вибросейсморазведки на основе применения комбинированных
разверток / /Новые reолоrические и методические результаты применения
сейсморазведки МОВ в тресте "Заприкаспийre()физика": 'Темат. сб. BOk
rorpад, 1991. С. 104 123.
9. Вилков В.Н. Разработка и внедрение технолоrии совмещенных сейс
мических методов (ТССМ) на основе излучения некоррелированных вибросиr
налов / /Новые reолоrические и методические результаты применения сейс
моразведки МОВ в тресте "Заприкаспийreофизика": Темат. сб. Волrorpад,
1991. С. 86 104.
10. rаврюшин В.Б. Вибросейсморазведка на монохроматических волнах
//Недра Поволжья и Прикаспия. Наука, практика, маркетинr. 1993.
Вып. 4. С. 45 51.
11. rappoma Р. Современное состояние и новые перспективы вибра
ционной сейсморазведки: Техн. сер. 1990. N 587.
12. rонтовой И,З., Роман В.И. Электродинамические источники про
дольных и поперечных сейсмических волн / /Разведочная reофизика: Обзор
ВИЭМс. 1986.
13. rурвич И.И., БОlаник r.н. Сейсмическая разведка: Учеб. дЛЯ BY
зов. 3 e изд., перераб. и доп. М.: Недра, 1980. 551 с.
14. Евчатов r.П Искажение сиrналов на вибрационных сейсмоrpаммах
при непериодических отклонениях фазы колебаний вибратора от заданной
проrpаммы / /Вопросы вибрационноro сейсмическоro З0ндирования. - Новоси-
бирск, 1981. - С. 41 51.
15. Евчатов r.п, Крестьянова М.л. Влияние побочных колебаний виб
ратора на возбуждаемые сейсмические поля / /Реrистрация и обработка вибро-
сейсмических сиrналов. Новосибирск, 1986. С. 34 40.
16. Евчатов r-п., Михазлис Ю.В., Юшин В.И. К выбору оrибающей виб
росейсмическоro сиrнала //Вибрационная сейсморазведка на продольных
и поперечных волнах: Тр. СНИИIТИМСа. 1975. Вып. 219. С. 65 71.
17. Евчаmoв r.п, Морlунова О.В., СаlайiJaчная О.М. Возможности
комплексноro использования полей продольных и поперечных волн вибра
520
ционноro источника / /Методы расширения частотноro диапазона вибросейс-
мических колебаний: Сб. научн. тр. Новосибирск: иrиr, 1987. С. 68 75.
18. Евчатов r.П, СаzайiJач1ШЯ О.М. Кинематические особенности по
мех, связанных с периодическими отклонениями фазы колебаний вибратора от
заданной проrpаммы. Вопросы внбрационноro сейсмическоro зондирования.
Новосибирск, 1981. С. 51 58.
19. Евчатов r.П, СаzайiJач1ШЯ О.М., Васильева Н,И.
ленные воздействия в вибрационной сейсморазведке / /Техника
вибрационноro возбуждения и реrистрации сейсмических волн:
тр. Новосибирск, 1987. С. 127 135.
20. Евчатов r.п, Чичинин И.с., Юшин В.И, Лнализ помех, связанных с
поrpешностями следования вибратора заданной проrpамме / /Вибрационная
сейсморазведка на продольных и поперечных волнах. новосибирск, 1975.
вып. 216. С. 58 65.
21. Кисин И.r. О вероятном механизме вибрационных эффектов и о
виброчувствительиости насыщенных сред / /Физические основы сейсмическоro
метода. Нетрадиционная reофизика: Сб, научн. тр. - М.: Наука, 1991.
С. 210 221.
22. Кисин И.r, , СmlCЛЯнин Ю.и. О природе сейсмических эффектов на
нефтяных месторождениях //rидроreодинамические предвестники землетря
сений: Сб. научн. трудов. М.: Наука, 1984. С. 66 75.
23. Колесов с.в., ИlЮземцев А.Н., Поmanoв О.А. Управление спектром
вибросейсмическоro сиrнала: Обзор ВИЭМС. Сер, Разведочная reофизика.
1988.
Разнонаправ
и методика
Сб. научн.
24. Косmрытн Ю.П Сейсморазведка на сложных зондирующих сиrналах,
М.: Недра, 1991.
25. KocmpblzUH Ю.П., Ниzмаmзянов' А,М. Методика вибросейсмических
наблюдений с использованием комбинированных сиrналов / /Разведочная reo
физика. М.: Недра, 1989. Вып. 110. С. 14 26.
26. KocmpbIzUH Ю.П, НиzмаmзЯlЮв А,М., БойченlCО Р.в. Методика виб
росейсмической разведки с применением высокочастотных разверток / /Раз
ведочная reoфизика. М.: Недра, 1992. Вып. 114. С. 3 15.
27. Луzинец А.И. Электроrидравлические вибраторы для возбуждения
упруrих колебаний в сейсморазведке: Обзор ОНТИ ВИЭМС. Сер. Реrион., раз
вед. и промысловая reофизика. 1981. 55 с.
28. ЛюmиlCов A.r. Разработка интерференционных систем с активными
фазовыми характеристиками / /Пути повышения технико экономических пока
зателей внедрения сейсморазведки с применением невэрывных источников при
поиске и разведке полезных ископаемых. М.: Нефтеreофизика, 1987.
С. 85 94.
29. менысвичч В-Л. О некоторых вопросах методики ,,(\ II'IIMX работ в
вибросейсморазведке / /Разведочная reофизика. М.: Н\. .,. 1989.
Вью. 11 О. С. 83 91.
30. МеmoдичеСlCие рекомендации по проведению работ вибр(ксйсмическим
методом с использованием источников CB 5 150 /В.Л. rродэенский,
М.Б. Шнеерсон, И.С. Лев и др. М.: внииrеофизика, 1988. 71 с.
31. Невзрывные источники сейсмических колебаний: Справочник /Под
ред. М.Б. Шнеерсона, М.: Недра, 1992.
32. О содержании rазов в минеральном масле rидросистем /И.С. Коль
цова, В.Л. Лещенко, И.r. Михайлов и др, Вестник машиностроения. 1980.
33. О двух типах rазово reохимических элементов в поле вибрацион
HOro источника сейсмических колебаний /С.М. Лмосоs, r.И. Войтов,
r.c. Коробойник и др. ДЛН СССР. 1988. Т. 301. N 1. С. 62 66.
34. Правила безопасности при reолоroразведочных работах.
Недра, 1979.
35. Раnonoрm М.Б., Филин с.А. Исследование и коррекция фазовых
спектров вибросейсмических сиrналов: Передовой производственный И науч
но технический опыт. - М.: внииrазпром, 1989. Вып. 2.
М.:
521
36. CaдoвclCий М.А., Абасов М.Т., НиlCОJlileв А.В. Перспективы вибра
ционноro воздействия на нефтяную залежь с целью повышения нефтеотдачи:
Вести АН СССР. 1986. N 9. С. 95 99.
37. Сейс.мичеСlCий метод отраженных волн в рудных районах: Методи
ческое руководство /н.л. Караев, Ю.П. Лукашин, r.я. Рабинович и др. Л.:
Недра, 1982.
38. Сейс.мическая разведка методом поперечных и обменных волн /
Н.Н. Пузырев, л.В. Триryбов, л.ю. Бродов и др. М.: Недра, 1985. -
277 с.
39. Сейс.моразведка: Справочник reофизика.
и доп. !Под ред. В.Н. Намокомова. М.: Недра, 1991.
40. Совре.менное состояние и тенденции развития импульсноro
сейсморазведки !В.М. Роман, П.Т. Сиротенко, И.З. rонтовой, r.Л.
тюк. Обзор ВИЭМС, Сер. Per. и морск. reофизика, rеоф. методы
и разведки полезн. ископаемых. 1990,
41. Структура и ОСНОвные характеристики 96 канальнbIX структурных
сейсморазведочных станций "Проrpeсс" !В.Л. Беляев, В.Л. Бескоровайный,
л.и. IНатюк и др. / /Разработка и исследования невзрывных источников
сейсмических сиrналов. Проблемы вибрационной сейсмики. М.: внииоэнr,
1989. С. 32 37.
42. Теn.лии,кий В.А., Белов В.М., Юдинцев Е.М. Источники сейсмических
волн типа 2 "падающий rpуз" !!Повышение эффективности reофизических ис
следований в нефтеraЗОНОСНblХ районах. М.: вниrни, 1986. С. 74 79,
43. Теn.лUЦlCий В.А., Львов Е.З. Сейсмическая эффективность импульс
HblX невзрывных поверхностных источников !Прикладная reофизика. М.:
Недра, 1990. Вьш. 122. С. 63 69.
44. Typnoв п.А., Я.мnoльский А.М., rольiJшmeйн В.Л. Эксплуатация
цифровых сейсморазведочных станций "Проrpeсс" /Под ред. БЛ. Лернера.
М.: Недра, 1986. 144 с.
45. Устройство контроля работы сейсмических вибраторов (укв): PeK
ламный проспект. ВИЭМС. 1986.
46. Устройстоо контроля синфазной работы вибраторов YKC I: PeK
ламный проспект. ВИЭМС. 1986.
47. Хархута Н.Я., Васильев Ю,М. Прочность и устойчивость rpYHTOB
земляноro полотна автомобильных дороr. М.: Транспорт, 1975.
48. Ци.м.мер.ман В.В. Нелинейные свойства электроrидравлическоro виб
рационноro источника сейсмических колебаний !!Проблемы нелинейной сейс
мики. М.: Наука, 1987.
49. ЧеРlCасов ПА. Исследования возможностей повышения разрешающей
способности сейсморазведки на основе применения пьезосейсмоприемников и
накапливания слабых воздействий / !Новые reолоrические и методические pe
зультаты применения сейсморазведки МОВ в тресте "Заприкаспийreофизика":
Темат. сб. Волrorpад. 1991. С. 136 142.
50. Чичинин и-с. Вибрационное излучение сейсмических волн. М.:
Недра, 1984.
51. Шн.еерсон М.Б., ЛУtин.ец А.И., rродзенсlCUЙ В.А. Новое в технике и
методике вибрационной сейсморазведки. М. Обзор ВИЭМС, мrп 'ТеОИ/l'
форммарк". Сер. Разведочная reофизика. 1991.
52. Шн.еерсон М.Б., MaйDpoв В.В. Наземная сейсморазведка с невзрын'
ными ИСТОчниками колебаний. М.: Недра, 1980.
53. Щерба В.Т Методика контроля полевоro оборудования при работах
ВСМ / /Разведочная reофизика. М.: Недра, 1991. Вып. 111. С. 57 63.
54. Bиrger Р., Baligиet Р., Naпdot J C. New vlbrator control соп
сер! offers Industria\ use of pseudo random sweeps In popu\ated areas
/!54 th Meet. and Techn. Exib., Paris 1-5 June 1992. Techn. Programm and
Abstr. Рар /. Zeist. . 1992. Р. 56 57.
2 e
изд"
перераб.
метода
Спор
поиска
522
55, Field comparisen of shaHow seismic sources near Chino Cali
fornia /R.D. Miller, S.U. РиНап, D.W. Steep1es, I.А. Hunter / /Geophi
sics. 1992. Уо1. 57. N 5. Р. 693-709.
56. Goodfellow к. Specia1 Report, Geophisica1 activity in 1990
/ /Geophisics: The 1eading edge of exploration. 1991. Уо1. 12,
N 12. Р. 30 65.
57. Lerwill WE. Thе amplitude and phase response of а seismic
vibrator //Geophisica1 Prispecting. 1981. Уо1. 29. N 3. Р. 503
528.
58. Pritchet W.c. Лсquiriпg better seismic data. Chapman and
НаН. London, New York, 1990.
59. Rector 1. W.. Marioп В.Р. The use of drill bit energy as а
downho1e seismic source //Geophisics. 1991. Уо1. 56. N 5. - Р. 628
634.
60. Reitsch Е. Reduction of Harmonic Distortion in vibrato ry sou
rce records / /Geophisical Prospecting. 1981. Уо1. 29. N 2.
Р. 178 188,
. 61. Sallas J.J. Seismic vibrator contro1 and downgoing P wave
//Geophisics. 1984. Yol. 4V. N, 6. Р. 731 740.
62. Goиpilaid P.L Signa1 design in the "Yibroseis" technique
//Geophisics. 1984. Уо1. 49. N 4. Р. 1291 1304.
ОfЛАВЛЕНИЕ
Введение. М,Б. Шн.еерсон. . . . . .
3
1. Механические свойства rруfП'OВ и особенности их поведения под
действием динамических иarрУЗОL М.Б. Шн.еерсон. 7
1.1. Физико механические свойства rpYHTOB 7
1.2. Компрессионные характеристики rpYHТOB . . . . 10
1.3. Поведение rpYHTOB под действием вертикальных наrpузок 13
1.3.1. Вибрационные нarpузки . . . . . . . . . . . . . . 13
1.3.2. Импульсные и кодоимпульсные наrpузки ...... 14
1.4. Поведение rpунтов под действием касательных наrpузок 18
1.5. Модели rpYHTOB в невэрывной сейсморазведке 19
,2. Теория наземной иевзрывной сейсморазведки. М.Б. Ш н.еерсон. 26
2.1. Взаимодействие невэрывноro источника с rpYHTOBbJM полупрост
ранством ........................... . 26
2.2. Основные положения вибрационно сейсморазведки ........ 37
2.3. Особенности волн, реrистрируемых вневзрывной сейсморазведке. . . 42
2.4. Управляющие сиmалы, используемые в вибрационной сейсмораз
ведке, и их корреляционные функции ............ 44
2.4.1. Линейные частотно модулированные управляющие сиmалы 46
2.4.2. Нелинейные частотно модулированные сиmалы 58
2.4.2.1. Комбинированные сиmалы . . . . . 59
2.4.2.2. Нелинейные сиmалы (НЛЧМ сиmалы). . . 62
2.4.2.3. Амплитудно модулированные СИПIaЛы 66
2.4,2.4. Монохроматические (raрмонические) сиmалы 69
2.4.3. Управляющие сиmалы на основе импульсных кодовых последо
вательностей .................. 71
2.4.3.1. Однополярные кодовые последовательности 73
2.4.3.2. Знакопеременные кодовые последовательности 78
2.4.3.3. Псевдослучайные кодовые последовательности 80
3. Технические средства наземной невзрывной сейсморазведки
3.1. Общие с дения об установках для невзрывноro возбуждения KO
лебаний. М.Б. Шн.еерсон. . . . . . . . . . . . . . . . . . . ., 84
3.2. Вибрационные источники колебаний (вибраторы). М.Б. Шн.еерсон . . 89
3.2.1. Механические (эксцентриковые) вибраторы ....... 90
3.2.2. rидравлические вибраторы ............... 90
3.2,3. Фазовый и амплитудный контроль сиmалов, возбуждаемых виб
раторами . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.2.4. Фазовые соотношения между элементами вибровозбудителя виб
ратора ......................... . 117
3.2.5. Динамические характеристики rидравлическоro вибратора ... 120
3.2.6. Нелинейные искажения вибросейсмических'сиmалов .. ...125
3.3. Вибрационные источники дискретноro действия (К<JДОИМПУЛЬСНЫ8
И.ifи ви6роимпульсные излучатели). М.Б. Шнеерroн. . . . . . .. . .133
3.4, Импульсные наземные невэрывные источники. М.Б. Шн.еерсон,
В.В, Майоров . . . . . . . . . . . . . . . .
3.4.1. Механические источники
3.4,2. rазодинамические источники
524
83
. 137
.138
. .140
3.4.3. Пневматические источники . . . . . . . . . . . . . . . .143
3.4.4. Электродинамические источники . . . . . . . . . . . . . .. 149
3.5. Поrpужные невэрывные источники. В.В. Майоров, М.Б. Шн.еерсоlt . 151
'3.6. Системы управления и контроля за работой невэрывных источников 155
3.6.1. Аппаратура фирмы "Pe1ton" для контроля за работой вибра
ционных источников. кл. МитчеJUI ........... 160
3.6.1.1. Определение и коррекция фазы управляющеro сиrнала 162
3.6.1.2. Анализ работы вибратора . . . . . . 165
3.6.1.3. Система определения координат вибраторов 170
3,6,1.4. reHepaTop случайных сиrналов ..... 171
3.6.1.5, Контроль основной raрмоники сиrнала с оrpаничением вели
чины пиковоro усилия на rpyнy . . . . . . . . . 172
3.7. Система "Вибкор", А.Л. Жуков. АД. Лахотult 173
3.7.1. Алroритмическое обеспечение системы "Вибкор" 174
3.7.2, Аппаратурная реализация системы "Вибкор" ......... 177
3.8. Сейсмические станции для работы с невэрывными источниками KO
лебаний. М.Б. ШlU!ерсоlt . . . . . . . . . . . . . . 182
3.9. Особенности кодирования данных в невзрывной сейсморазведке.
М.Б. Шн.ееРСОIt . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. ...... 189
3,10. К вопросу применения сейсмопри(' ников ускорения в невэрывной
сейсморазведке. М.Б. ШlU!ерCQIt 195
4. Методика полевых работ 197
4.1. Особенности волновых полей, возбуждаемых невзрывными источ
никами. М.Б. Шн.ееРСОIt .. ................ 198
4.2, Изучение волновых полей. М.Б. Шн.ееРСОIt .. . . . . . . . . . . 207
4.3. Определение оптимальных условий возбуждения колебаний и выбор
пара метров управляющих сиrналов. М.Н Шн.ееРСОIt. . . . . . . 209
4,3.1. Определение режимов работы импульсных источников .. . . . . 209
4.3.2. Обоснование и выбор параметров управляющих сиrналов . . . . . 212
4.4. Интерференционные системы в невзрывной сейсморазведке,
М.Н Шн.еерСОIt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
4.5. Синхронное накопление колебаний. М.Б. ШнееРСОIt . . . . . . . . 226
4.6, Системы наблюдений. М.Б. Шн.еерсон. . . . . . . . . . . . . . . 230
4.7. Помехоустойчивость невэрывной сейсморазведки. М.В. Шн.еерсон .. 231
4.8. Одновременная работа нескольких rpупп вибраторов. А.П Жуков.
М.В. Шн.еерСОIt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
4.9. Адаптивная вибрационная сейсморазведка. А.П Жукоо. М.В. Шн.е
еРСОIt .. . . . . . . . . . . . ... . . . . . . . . . . . . 248
4.1 о. Определение статических поправок при работах сневзрывными
источниками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. .,. 2БО
4.10.1. Оценка точности определения статических поправок по зон
дированиям МПВ. В.Д Ермаков. ..... . . . . ., ... 262
5. Возбуждение поперечных волн поверхностными невзрывными источ
никами. НД Ермаков ............. 273
5.1. Возбуждение волн roризонтальными наrpyзками 274
5.2. Возбуждение S волн наклонными наrpУЗJ{ами ....... 276
5.3. Возбуждение поперечных волн вибрационными источниками. 281
5.4. Примеры решения reолоrических задач с поверхностными невзрыв
IIЫМИ источниками поперечных волн . . . . . . . . . . . . . " 282
б. Обработка материалов невэрывной сейсморазведки. М.В. Шltеерсон
6.1. Первый этап обработки данных
6.1.1. Редактирование записей
6.1.2. Корреляция данных . . . . .
289
290
290
292
S2S
6.2. Второй и третий этапы обработки данных ............ 295
6.3. Обратная фильтрация ви6росейсмических данных ......... 295
6.4. Применение полевых вычислителЬных средств при работах с He
взрывными источниками колебаний. А.п. Жукоо. . . . . . . 301
7. "Частотный" метоц вибрационной сейсмики. И.с. Чичuнuн . 307
7.1. Исходные формулы и обозначения . . . . . . . . . . . 307
7.2. Оптимальная фильтрация и универсальность алroритма корреля
ционноro сжатия длительных широкополосных сиrналов '. 311
7.3. Комплекс "Вибролокатор" . . . . . . . . . . . 315
7.3.1. Вибрационные источники комплекса ..... 315
7.3.2. Приемно реrистрирующая аппаратура комплекса 319
8. Применение наземных невзрывных источников в районах с различными
сейсмоrеолоrическвми условиями. . . . . . . . . . . . . . . . . . .
8.1. Районы Оренбурrcкой области (юro восток Русской платформы).
В.М. Червякоо. М,В. Кирсанов . . .
8.1.1. Общие сведения о районе и методика работ
8.1.2. Орraнизация работ .......
8.1.3. Обработка материалов .....
8.1.4. Определение статических поправок
8.1,5. Результаты работ .....
8.2. Районы республики Татарстан
эл. Халабуда. .........
8.2.1. Общие сведения о районе и методике работ
8.2.2. Обработка материалов ......
8.2.3. Определение статических поправок
8.2.4. Основные положения по орrанизации полевых работ и технике
безопасности ............
8.3. Районы Предуральскоro проrиба и Лктюбинскоro Приуралья.
B.F. Чистяков
8.3.1. Общие сведения о районе
8.3.2. Методика работ
8.3.3. Орraнизация работ
8.3.4. Обработка материалов
8.3.5. Определение статических поправок
8.3.6. Результаты работ ........ .
8.4, Восточный борт Прикаспийской впадины и район ACTpaxaHcKoro
raзоконденсатноro месторождения. н-к. Заможняя, Р.з. Чен60рисова
8.4.1. Восточный борт Прикаспийской впадины ......
8.4.2. Район Лстраханскоro rа30конденсатноro месторождения
8.5. Районы Саратовской области. В.А. Живодров
8.6. Районы Балтийской синеклизы. Р.з. Чен60рисова. М.Р. Берзин
8.6.1. Общие сведения о районе работ
8.6.2. Методика полевых работ
8.6.3. Орrанизация работ .
8.6.4. Обработка материалов
8.6.5. Результаты работ . .............
8.7. Районы Каракалпакии плато Устюрт. Судочий Проrиб. Аральское
море. Хорезмский оазис (Республика Узбекистан). Р.З. Чен60рисова
8.7.1. Общие сведения о районе
8.7,2. Методика работ
8.7.2.1. Опытные работы
8.7.2.2. Профильные работы . .
8.7.3. Определение статических попри IЮК
8.7.4. Обработка материалов .....
(восток Русской платформы).
52б
320
321
321
325
326
326
327
334
334
347
351
З53
354
354
358
364
365
365
366
369
370
379
383
392
392
394
396
397
399
403
403
406
406
416
422
423
8.7.4.1. Полевая обработка материалов .......
8.7.4.2. Обработка материалов на вычислительном центре
8.7.5. Результаты работ ..............
8.8. Районы Калмыкии, средней части Прикаспийской низменности,
восточноro склона Украинскоro щита и южноro склона Воронежской aH
теклизы. А.М. НUlмаmзЯ/f06. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 432
8.8.1. Общие сведения о работах . . . . . . . . . . . . . . . . 432
8.8.2. Основные положения методики вибросейсморазведки. в.л. Meн.b
/(Q8uч . . . . . . . . . . . . . . .
8.8.3. Обработка материалов
8.8.4. Определение статических поправок
8.8.5. Приемка материалов и контроль за работой источников
8.8.6. Орrанизация полевых работ
8.8.7. Краткие reолоrические результаты работ
8.9. Районы Западной Сибири . . . . . . .
8.9.1. Районы Ханты Мансийскоro aBToHoMHoro oKpyra. r.p. Хейфец
8.9.2. Районы Ямало Ненецкоro aBToHoMHoro oKpyra. Б.А. Дeм.uiJoв
8.10. Районы Иркутской области. В.И. Трон.дин.. А.С. Калашн.UICО8а,
r.A. Хохлов, АЯ. Лазарев ....... . 475
8.10.1. Общие сведения, задачи и методика работ . . . . . 475
8.10.2. Обработка материалов ...... . . . . . 478
8.10.3. Результаты работ ........ . . . . . 482
8.11. Результаты применения кодоимпульсных источников. А.ю. СтUШlCов 485
8.11.1. Общие сведения и задачи работ . . . . . . 485
8.11.2. Методика работ ..................... . . 487
8.11.3. Орraнизация полевых работ и обработка материалов ...... 492
8.12. Применение вибрационных источников в условиях Европейскоro
Заполярья. Л.л. НедUJUOIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496
8.13. Некоторые результаты нетрадиционноro применения вибрационных
источников колебаний. А.Н. Кацон.ис . . . . . . . . . . . . . . . . . 502
8.13.1. rеохимические эффекты над месторождениями уrлеводородов в
поле вибрационных источников сейсмических колебаний . . . . 502
8.13.2. Влияние упруroro поля, возбуждаемоro вибрационными источ
никами, на залежи уrлеводородов ............ . . . . . . 507
423
424
429
435
446
446
448
449
451
453
453
464
9. Особенности орrанизации и про ведения полевых работ с не взрывными
источниками. М.Б. Шн.еерсон.. . 509
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 520
ПРОИЗВОДСТВЕННО ПРАКТИЧЕСКОЕ ИЗДАНИI::
ТЕОРИЯ И ПРЛКТИКЛ НЛ3ЕМНОЙ НЕВ3РЫВНОЙ
СЕЙСМОРЛ3ВЕДКИ
Заведующий редакцней Т. К. Ру6uнская
Редакторы издательства В,И. Жукова, А.И. Вороновекая
Переплет художника Б.К, Силаева
Художественный редактор Н.П. Новикова
Технические редакторы r.B. Лехова, Л.Н. Фомина
Корректор Е.М. Федорова
Операторы Т.В, Зубова. M.r. Чеснокова
Изд. лиц. N2 010145 от 24.12.92. Подписано в печать с репродуцированноro ориrинал маке-
та 14.01.98. Формат 60 х 88 '/'6. rарнитура «Пресс роман». Печать офсетная. Уел. печ. л. 32,34.
УЧ. изд. л. 35,20. Тираж 800 зкз.
Заказ N2 2202/4277-2.
Набор выполнен на компьютерной технике.
ОАО «Издательство «Недра», 125047, Москва, Тверская застава, 3.
Качество печати соответствует качеству предоставленноro Ориrинап макета.
Смоленская областная ордена «Знак Почета» типоrpафия им. Смирнова.
214000, r. Смоленск, просп. им. ю. rаrарина, 2.