Введение к работе
Актуальность темы. Основные перспективы развития невзрывной сейсморазведки связываются с широким внедрением способов, предполагающих возбуждение и регистрацию сложных сейсмических сигналов, т.е. протяжённых и достаточно широкополосных сигналов. Использование таких сигналов в сочетании с оптимальной фильтрацией позволяет значительно повысить помехоустойчивость сейсмической разведки по отношению к некогерентным помехам. Наибольший интерес при этом представляют квазигармонические сигналы, обеспечивающие возможность гибкого варьирования спектром возбуждаемых колебаний.
Первые положительные результаты по практическому использованию квазигармонических сейсмических сигналов были получены в США в 1959 - 1960 г.г. (Д.Крауфорд, В Доти, М.Ли). Фирма «Continental Oil Company» («Conoco») разработала метод и аппаратуру с торговой маркой «Vibroseis». большой вклад в разработку теории, методики, математического обеспечения и технических средств вибросейсморазведки внесли российские учёные И.С.Чичинин, М.Б.Шнеерсон, А.Г.Асан-Джалалов, В.А.Бабешко, Т.М.Гродзянская, Г.П.Евчатов, Ю.П.Кострыгин, А.И.Лугинец, Ю.П.Лукашин, А.М.Седин, А.С.Шагинян, В.И.Юшин и др.
В настоящее время вибросейсмический метод получил широкое применение.
Этому обстоятельству способствует высокая геологическая эффективность метода,
сопоставимая в большинстве случаев с эффективностью сейсмической разведки,
использующей взрывные скважинные излучатели. Применение
вибросейсморазведки улучшило условия труда, снизило уровень опасности работ и свело к минимуму вред, наносимый окружающей среде. Последнее обстоятельство во многих случаях является приоритетным при выборе способа возбуждения сейсмических колебаний, т.к. в настоящее время экологические службы запрещают проведение буро-взрывных работ в пределах большого числа площадей, перспективных для разведки на нефть и газ. Вместе с тем успехи, наметившиеся в области геологической интерпретации сейсмических материалов, выдвигают весьма жёсткие требования к качеству сейсмических записей. Поэтому исследования, направленные на развитие технологии и повышение геологической эффективности вибросейсмического метода, являются в настоящее время весьма актуальными.
РОС.' НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА
Особое место в невзрывной сейсморазведке занимает способ, основанный на возбуждении кодоимпульсных последовательностей (Г. И. Молоканов, В. В. Ивашин, Ю. П. Кострыгин, И. А. Милорадов, В. И. Роман, Ю. А. и др.). По своему физическому содержанию способ занимает промежуточное место между импульсным и вибросейсмическим методами. Так же, как и вибросейсмический метод, кодоимпульсный метод отличается повышенной помехоустойчивостью по отношению к некогерентным помехам. Вместе с тем техническая реализация кодоимпульсного возбуждения является значительно более простой. Учитывая относительную простоту конструкции и в связи с этим более низкую себестоимость кодоимпульсных излучателей, есть все основания считать, что кодоимпульсный метод будет привлекать к себе всё большее внимание специалистов и найдёт широкое применение в сейсморазведке. Поэтому развитие технологчи кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний, также как и развитие технологии вибросейсмического метода, является, безу
Целью работы является повышение эффективности невзрывной сейсморазведки путём исследования и развития технологии вибросейсмической разведки и кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний.
Основные задачи исследований. 1. Исследование основных динамических характеристик колебательной системы вибратор-грунт в зависимости от условий возбуждения и параметров конструкции вибросейсмических излучателей.
-
Изучение основных особенностей волнового вибросейсмического поля и развитие методики вибросейсмических наблюдений с учетом современного уровня сейсмической разведки.
-
Изучение возможности улучшения динамики вибросейсмических записей, повышения глубинности вибросейсмических исследований и снижения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ путём использования комбинированных и нелинейных развёрток.
-
Разработка способа компенсации искажений волнового вибросейсмического поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта, не требующего резервирования энергии излучателя.
-
Выбор кодоимпульсных сигналов, пригодных для использования в сейсмической разведке, с учетом динамической неустойчивости излучателей.
-
Разработка и исследование фильтров, позволяющих уменьшить мешающее влияние помех корреляционного преобразования, как в ближней, так и в дальней зонах ФВК вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.
7. Оценка необходимой точности представления виброграмм при экспресс-
контроле вибросейсмических записей.
Научная новизна работы. 1. Для наиболее полной 3-х массовой модели проведён анализ динамических характеристик гидравлического вибратора.
2. Выполнены исследования доминирующих помех, формируемых при
поверхностном возбуждении сейсмических колебаний; большое внимание уделено
изучению особенностей волновых полей, регистрируемых при вибросейсмических
наблюдениях в условиях Крайнего Севера; сформулированы современные подходы
к выбору методики вибросейсмических наблюдений (авт. св. СССР №940095,
№1023267, №1539700).
3. Проведено изучение возможности повышения эффективности
вибросейсмического метода путём применения комбинированных и нелинейных
развёрток; исследована возможность реализации оптимальной фильтрации
обнаружения на этапе возбуждения колебаний (авт. св. №1774301, СССР);
предложен и исследован способ уменьшения опасности разрушения зданий и
сооружений при проведении вибросейсмических работ путём применения фазового
кодирования для непрерывных последовательностей укороченных вибросейсмических сигналов (патент №2102776, Россия).
4. Исследованы принципиальные возможности использования
вибросейсмического метода для решения задач, связанных с прогнозированием
геологического разреза. Разработан способ компенсации искажений волнового поля,
обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта, не требующий
резервирования энергии излучателя (авт. св. №1805411, СССР).
5. Проведён анализ корреляционных функций однополярных и двухполярных
импульсных последовательностей с учётом динамической неустойчивости
кодоимпульсных излучателей. ''
6. Исследована возможность подавления корреляционного фона в ближней' и
дальней зонах ФВК при использовании вибросейсмических и однополярных
кодоимпульсных сигналов путём применения фильтров с комплексными
передаточными функциями (патенты №2014637, №2014638, Россия). ' '
7. Исследовано влияние разрядности кодирования вибросейсмичеек'ой информации на уровень помех корреляционного преобразования при различных параметрах вибросейсмических сигналов, выполнены' исследования минимально допустимой разрядности кодирования виброграмм в зависимости от динамического диапазона записи и отношения сигнал/помеха на исходных виброграммах, а также возможности уменьшения частоты квантования виброграмм при использовании высокочастотных вибросейсмических разверток
Основные защищаемые положения
-
Динамические характеристики колебательной системы вибратор-грунт в зависимости от параметров конструкции излучателей и условий возбуждения колебаний.
-
Основные особенности волновых вибросейсмических полей и оптимизация методики наблюдений с использованием вибраторов.
3. Возможности улучшения динамики вибросейсмических записей путём
использования нелинейных и комбинированных развёрток; снижение опасности
разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ за счёт
применения последовательностей кодированных по фазе укороченных частотно-
модулированных сигналов.
-
Выбор кодоимпульсных последовательностей, пригодных1 для использования в сейсмической разведке, с учетом динамической неустойчивости излучателей.
-
Фильтры с комплексными передаточными функциями для подавления помех корреляционного преобразования не только в ближней, но и в дальней зоне ФВК для вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.
-
Возможности достоверного выделения динамических аномалий волнового поля, связанных с залежами углеводородов, по материалам вибросейсмических исследований.
-
Минимальная разрядность кодирования виброграмм при экспресс-контроле первичных материалов и минимальная частота квантования вибросейсмических записей, необходимая для получения качественных коррелограмм.
Практическая ценность работы
-
Полученные динамические характеристики вибросейсмических излучателей позволяют прогнозировать возможные изменения волнового поля, связанные с изменением условий возбуждения колебаний или с переходом на другой тип вибратора, а также могут быть использованы при обосновании необходимых технических характеристик вибросейсмических излучателей.
-
Выполненные исследования волновых вибросейсмических полей и методики наблюдений дают более объективное представление о природе регистрируемых полей и позволяют оптимизировать методику вибросейсмических наблюдений.
з '
3. Проведённые исследования комбинированных и нелинейных разверюк
позволяют улучшить динамику колебаний и при необходимости снизить опасность
разрушения зданий и сооружений при вибросейсмических работах.
4. Разработанный способ компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний
без резервирования энергии вибраторов позволяет более эффекгивно по сравнению
с известными способами компенсации неидентичности использовать энергию
излучателя в условиях повышенного мешающего влияния некогерентных помех.
-
Исследования, выполненные в области кодоимпульсного накапливания колебаний, позволяют выбрать кодоимпульсные сигналы с учётом параметров единичных импульсов и с учётом динамической неустойчивости излучателей, приемлемые для использования в сейсмической разведке, и сформулировать требования к кодоимпульсным излучателям
-
Предложенные и исследованные в работе фильтры с комплексными передаточными функциями позволяют уменьшить мешающее влияние корреляционного фона, как в ближней, так и в дальней зонах корреляционных функций вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов и тем самым получить первичные материалы, более пригодные для глубокой геологической интерпретации.
7. Исследования необходимой точности представления вибросейсмических сигналов позволяют более обоснованно определять точность задания вибросейсмических сигналов при создании специализированных вычислительных устройств, используемых для экспресс-контроля вибросейсмических записей, а также для цифровой передачи сигналов по радиоканалу.
Реализация работы в производстве
Основные теоретические и экспериментальные результаты исследований были использованы при разработке аппаратуры, оборудования и методики наблюдений для вибросейсмического и кодоимпульсного методов сейсмической разведки.
Результаты исследований динамических характеристик вибраторов использовались при обосновании характеристик источников СВ-5-150М и СВ-5-150М2. Выполненные исследования необходимой точности представления вибросейсмических сигналов были положены в основу системы контроля вибраторов, серийный выпуск которой был освоен в ПГО «Центргеофизика». Результаты исследований кусочно-линейных развёрток были использованы при создании генератора кусочно-линейных развёрток, серийный выпуск которого был также освоен в ПГО «Центргеофизика». Результаты исследований кодоимпульсного накапливания колебаний использовались при обосновании характеристик серийного кодоимпульсного источника одностороннего действия силы ИКИ-10/40.
Практические аспекты выполненных исследований изложены также в руководствах: «Методические рекомендации по работе с вибросейсмическим комплексом на базе вибратора СВ-5-150», 1981 (совместно с В.М.Косовым и Ф.П.Шепеленко); «Методические рекомендации по проведению работ вибросейсмическим методом с использованием источников СВ-5-150», 1983 (совместно с В.А.Гродзенским, М.Б.Шнеерсоном и др.); «Рекомендации по работам с вибраторами СВ-5-150, составленные на основании исследования основных динамических характеристик колебательной системы «вибратор-грунт», 1984 (совместно с Г.Г.Хачияном и А.Л.Школьницким); «Предварительные рекомендации по применению способа комбинированных сигналов с целью повышения разрешённое вибросейсмических записей» 1986; «Альбом для выбора кодов при ударно-вибрационном возбуждении сейсмических сигналов», 1987; «Рекомендации
по применению вибросейсмического метода, составленные по результатам экспериментальных исследований, выполненных в 1994-96 г.г. в Губкинском нефтегазоносном районе», 1996.
В ПГО «Центргеофизика» и ПО «Узбекгеофизика» в 1986-1991 г.г. проведено внедрение кусочно-линейных и степенных вибросейсмичсских разверток, способа оптимальной фильтрации обнаружения, реализуемого на этапе возбуждения, способа компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний без резервирования энергии излучателей и ряда других методических приёмов. В ОАО «Краснодарнефтегеофизика» в 1992-1997г. г. внедрены широкополосные логарифмические развёртки и способ снижения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ В ООО «Новосибнефтегазгеофизика» в 2001-2003г.г. при проведении вибросейсмических работ, в Губкинском нефтегазоносном районе При реализации наиболее дорогих в России сейсмических проектов 3-D внедрены комбинированные развертки.
Апробация , работы. Основные результаты диссертации' докладывались на международных и республиканских научно-технических конференциях и школах семинарах: Цимлянск, 1980; Гомель, 1985; Коканд, 1985; Москва, 1987; Киев, 1987; Гомель, 1991; Ташкент, 1992, а также на многочисленных совещаниях в производственных организациях Министерства геологии СССР и Министерства нефтяной промышленности СССР, в 1980-1992г.г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 2 монографии, 51 статья, получено 8 авторских свидетельств и 3 патента России на изобретение.
Структура и объём работы.
Диссертация состоит из введения, девяти глав, заключения и списка литературы из 84 наименований. Материал диссертации изложен на 361 странице машинописного текста, включая 151 рисунок и 5 таблиц.
Выполнению работы способствовали творческие контакты с докторами наук
М.Б.Шнеерсоном, СИ Дембицким, В.В Ивашиным, Г.П.Евчатовым,
Т.Л.Бабаджановым, А.П.Жуковым, кандидатами наук В.А.Гродзенским, В.В.Михайловым, А.И.Лугинцом, В.Я.Лапидусом, И.Г Бинкиным, В И.Романом.
Особо признателен автор генеральному директору ЗАО «Геосвип» А.Г.Асан-Джалалову и генеральному директору ЗАО «Сибнефтегазгеофизика» Б.Ф.Адамовичу за внимание и содействие в работе, а также своим ближайшим коллегам за помощь во внедрении его разработок: В.С.Петрову, А.М.Ниіматзянову, Д.Ф.Линчевскому, А.Д.Кравченко, В.Н.Лаптеву, В.И.Дёмину.
