Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор известных технологий сейсморазведочных работ на мелководных акваториях 10
1.1. Мелководные и транзитные зоны, их определения и характеристики. Особенности транзитных зон морских акваторий, рек и водохранилищ 10
1.2. Обзор технологий сейсморазведки прошлых лет на мелководье и в транзитных зонах 12
1.2.1. Сейсморазведка на мелководье с применением плавающих и донных кос, возбуждение упругих волн 13
1.2.2. «Старт-стопная» технология 34
2. Особенности возбуждения и приема упругих волн в мелком море 39
2.1. Влияние интерференционных процессов в водном слое 39
2.2. Влияние границ на динамику пульсации полости 50
2.3. Влияние близости дна 52
2.4. Влияние других факторов 57
3. Основные требования к аппаратурно-методическому комплексу при сейсморазведке в мелководных и транзитных зонах 59
3.1. Требования к источнику 59
3.2. Требования к приемно-регистрирующей аппаратуре 63
3.3. Требования к транспортным средствам 67
3.4. Системы наблюдений, обработка данных 70
4. Основные элементы современного эффективного технологического комплекса для работ в мелководных и транзитных зонах 76
4.1. Цифровые телеметрические системы 76
4.1.1. Цифровая телеметрическая система XZone Bottom Fish 76
4.1.2. Цифровая телеметрическая система XZone Marsh Line 79
4.1.3. Радиотелеметрическая система «BOX» производства компании Fairfield Industries Inc 96
4.1.4. Другие регистрирующие системы, применяемые на предельном мелководье и в транзитных зонах 98
4.2. Источники сейсмических сигналов 101
4.2.1. Источники для мелкого моря 102
4.2.2. Источники для предельного мелководья 106
4.2.3. Источники для транзитных зон Ю9
4.3. Транспортные средства 111
4.4. Навигационно-гидрографическое обеспечение работ , 116
4.5. Методика работ 117
4.6. Контроль качества сейсмических данных. Предварительная-обработка данных 120
4.7. Организация сейсморазведочных работ в мелководных и транзитных зонах 121
5. Применение разработанной технологии при сейсморазведочных работах MOIT2D 127
5.1. Акватория Азовского моря 127
5.2. Акватория Северного Каспия 132
5.3. Акватории Северных морей. 138
Заключение 144
Библиографический список 147
Приложение: Справка об объемах внедрения разработанной технологии сейсморазведки МОВ ОГТ 2D на мелководье и в транзитной зоне 155
- Обзор технологий сейсморазведки прошлых лет на мелководье и в транзитных зонах
- Влияние границ на динамику пульсации полости
- Требования к приемно-регистрирующей аппаратуре
- Цифровая телеметрическая система XZone Bottom Fish
Введение к работе
Мелководье как особый тип сейсмогеологических условий акваторий характеризуется наличием «сверхтонкого» водного слоя с характерным параметром НЛ < 0.2, влиянием которого и обусловлены особые сложности, как в приеме, так и в возбуждении упругих волн при проведении сейсмораз-ведочных работ [13, 39 и др.]. Известно, что многие нефтегазоносные районы находятся в мелководных частях шельфа, в дельтах рек, в мелководных озерах. В различных районах земного шара выявлены многочисленные месторождения углеводородов, продолжающиеся с суши через мелководную зону в глубоководные части морей.
Именно эти мелководные и переходные зоны, прибрежные полосы — ни море, ни суша - во всем мире являются и даром, и тяжелым бременем для нефтяной промышленности. Месторождения мелководных участков, прилегающих к суше, наиболее доступны для поисково-разведочного бурения и эксплуатации разрабатываемых месторождений нефти и газа, не- требуют протяженных морских трубопроводов. Эти факторы делают рентабельной* разработку даже сравнительно мелких месторождений. Вместе с тем, рассматриваемые зоны наименее всего изучены методами сейсморазведки и, несмотря на уже открытые запасы углеводородов, еще большие запасы, согласно прогнозам геологов, предстоит открыть и разведать в переходных зонах.
В 1980 — 1990 годы бурное развитие морской сейсморазведки во всем мире сопровождалось не только постоянным увеличением объемов работ, но и непрерывным повышением сложности решаемых задач, что достигалось совершенствованием всего аппаратурно-методического комплекса, в том числе и применительно к мелководью. Если в начале этого периода сейсмо-разведочные работы на предельном мелководье носили исключительный характер, или не проводились вообще, то в последнее десятилетие с появлением необходимых технических средств для возбуждения, приема и регистрации упругих волн, спутниковой навигации и привязки, а также транспортных
средств амфибийного класса начинает активно осваиваться не только предельное мелководье, но и наиболее сложная область перехода «суша-море» — транзитная зона. Необходимость разработки и внедрения новой современной технологии сейсморазведки на предельном мелководье и в транзитной зоне определяет актуальность настоящей диссертационной работы.
Цель работы: разработка и внедрение современной эффективной технологии сейсморазведки на предельном мелководье и в транзитной зоне.
Основные задачи исследований:
Анализ особенностей, определения и характеристики мелководных и транзитных зон морских акваторий, рек и водохранилищ.
Обзор существующих в мировой практике технологий, а также аппа-ратурно-методического обеспечения сейсморазведочных работ на мелководье и в транзитных зонах.
Оценка эффективности возбуждения и регистрации упругих волн в мелком море. Теоретическое и экспериментальное обоснование методики работ на мелководье и в транзитной зоне.
Разработка современной эффективной технологии сейсморазведочных работ в мелководных и транзитных зонах. Обоснование требований к основным элементам аппаратурно-методического комплекса.
5. Оценка эффективности разработанной технологии на мелководных акваториях в различных сейсмогеологических условиях.
Методы и объекты исследований. При разработке технологии применялись как теоретические методы расчета интерференционных приемных и излучающих систем, так и методы экспериментального исследования динамических характеристик механических систем, методы гидроакустических измерений при подводных «физических» взрывах, расчетно-конструктивный метод, лабораторные, полигонные и морские функциональные испытания цифровой регистрирующей аппаратуры и других технических средств, объединяемых в единый аппаратурно-методический комплекс.
Фактической основой работы явились результаты, опытно-методических и производственных работ Hi 111 «Южморгеосейс», а также результаты полевых и морских испытаний макетов, опытных и серийных образцов за период с 2000 г. по 2007 гг., созданных в ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», ООО «ПУЛЬС», «СИ Технолоджи» и др. фирмах и организациях.
Объектами исследований являлись пневматические излучатели «ПУЛЬС-6», «BOLT LL» и др., составляемые из них линейные и площадные группы, радиотелеметрические системы «BOX» фирмы «Fairfield Industries. Inc.», цифровые телеметрические системы XZone Bottom Fish и Marsh Line фирмы «СИ Технолоджи», средства связи и спутниковой привязки, специализированные транспортные средства, а также другие элементы технологического комплекса и особенности их взаимодействия;
Лабораторные испытания экспериментальных макетов и опытных образ
цов проводились на экспериментальных установках и стендах ГНЦ ФГУГП
«Южморгеология». Полигонные и морские испытания, как отдельных эле
ментов, так и всего технологического комплекса в целом проводились на на
учно-исследовательских судах и амфибийных транспортных средствах ГНЦ
ФГУГП «Южморгеология» на мелководных акваториях Черного, Азовского,
Каспийского и Баренцева морей в ходе опытно-методических работ и в по
рядке опытно-производственного, опробованиям -
Научная новизна выполненнойфаботы заключается в следующем:
Теоретически и экспериментально изучены влияния интерференционных процессов в водном слое; границ «воздух-вода», «вода-дно» m других факторов на качество сейсмических материалов, получаемых при выполнении сейсморазведочньгх-работ на мелководье и в транзитных зонах.
Сформулированы требования: ко всем элементам технологического комплекса для проведения сейсморазведочных работ на предельном мелководье и в транзитной зоне.
Разработана современная эффективная технология сейсморазведоч-ных работ для разных климатических и орогидрографических типов мелководных и транзитных зон.
Разработаны основные принципы рациональной организации сейсмо-разведочных работ в мелководных и транзитных зонах, определены основные требования к качеству полевого материала.
Практическая значимость и реализация результатов. Выводы и рекомендации, изложенные в настоящее работе, позволяют обосновать рацио-нальный выбор оборудования и технических средств полевых партий, выбор наиболее эффективной методики работ в зависимости от орогидрографических особенностей исследуемой мелководной акватории, а также обеспечить необходимый контроль и определить основные требования к качеству полевых материалов при проведении сейсморазведочных работ.
Предложенная^ автором технология сейсморазведочных работ в условиях мелководья и транзитных зон показала высокую эффективность при сейсморазведочных работах МОВ ОГТ 2D, проводимых ГНЦ ФГУГП «Южморгео-логия» в период с 2003 по 2007 годы в различных сейсмогеологическихусло-виях в акваториях Азовского, Каспийского морей, Волгоградского водохранилища, Печорской губы Баренцева моря, Обской губы Карского моря и в Камбейском заливе Индийского океана.
Основные защищаемые положения.
Теоретическая и экспериментальная изученность влияния интерференционных процессов в водном слое, границ «воздух-вода», «вода-дно» и других факторов на качество сейсмических материалов, получаемых при выполнении сейсморазведочных работ на мелководье и в транзитных зонах.
Эффективная технология сейсморазведочных работ на предельном мелководье и в транзитных зонах.
Принципы рациональной организации и проведения сейсморазведочных работ в мелководных и транзитных зонах в разных климатических и орогидрографических условиях, включая навигационно-гидрографическое
сопровождение работ, контроль качества сейсмических данных на всех этапах полевых работ.
Личный вклад автора. Все основные результаты, представленные в работе, представляющие практическую значимость, были получены лично автором, под его руководством или при его непосредственном участии.
Апробация доботр-ы. Оснсз:~:ые положения диссертации докладывались на научно-практической конференции «Геотех» (г. Саратов) в 2005 и 2007 годах, на международной конференции «Нефть и газ юга России» (г. Геленджик) в 2004, 2005, 2006 и 2007 годах, на международной конференции «Нефть и газ Арктического шельфа» (г. Мурманск) в 2005 году, на седьмых геофизических чтениях им. В.В. Федынского (Москва, ГЕОН) в 2005 г., на заседаниях научно-технических советов ГНЦ ФГУГП «Южморгеология», НИПИокеангеофйзиіси и кафедры геофизики КубГУ в 2005 — 2007гг. ^-
Публикации. Основные положения диссертационной работыи результаты исследований изложены в 8 печатных работах и в производственных отчетах по целому ряду объектов, отработанных с использованием предложенной технологии.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения, общим объемом 157 страниц текста, в том числе 5 таблиц, 63 рисунка и библиографического списка из 72 наименований.
Автор выражает глубокую признательность и благодарность за научное руководство и помощь на всех этапах от постановки задачи до выполнения работы научному руководителю профессору кафедры геофизики КубГУ, д.т.н. В.И. Гуленко, а также заведующему кафедрой геофизики КубГУ, д.т.н., профессору СИ. Дембицкому.
Автор благодарен коллегам — специалистам ГНЦ ФГУГП «Южморгеология»: к.т.н. А.П. Пронкину, д. г.-м. н. В.И. Савченко за методическое и организационное содействие и помощь при написании данной работы. Особая благодарность главному геофизику ГНЦ ФГУГП «Южморгеология» Н.В. Захарову за консультации, техническую и моральную поддержку, постоянно
оказываемые на всех этапах полевых производственных работ и в ходе подготовки диссертации.
Обзор технологий сейсморазведки прошлых лет на мелководье и в транзитных зонах
В нашей стране первые сейсморазведочные работы на предельном мелководье и в транзитной зоне были проведены в сороковых годах прошлого столетия на одной из площадей в прибрежной зоне Апшеронского полуострова (Цветаев А.А. и Шапировский Н.И., 1945) [62]. Как и в других подобных случаях, эти работы выполнялись с использованием технологии наземной сейсморазведки того времени: однократное профилирование МОВ с применением взрывов конденсированных ВВ для возбуждения упругих волн. Прием осуществлялся одиночными сеисмоприемниками, помещенными в герметичные контейнеры, для регистрации использовалась 12-канальная аналоговая сейсмостанция с дополнительными фильтрами для ослабления ре-верберационных волн, которая размещалась на моторном баркасе. Для установки сейсмоприемников и проведения взрывных работ использовались рыболовецкие лодки. В последующие годы, и особенно в последние десятилетия мелководные акватории во всем мире привлекают к себе все больший интерес в качестве объектов геологического изучения с целью поисков углеводородного сырья. Далеко вперед за эти годы шагнули и технологии сеисморазведочных работ на акваториях, в том числе и на предельном мелководье и в транзитных зонах. Рассмотрим некоторые основные варианты этих технологий.
В качестве примера вначале рассмотрим традиционные технологии, применявшиеся с 80-х годов при сейсморазведке на мелководье ведущими геофизическими фирмами.
Одна из таких технологий была реализована фирмой «Prakla-Seismos AG» (Германия), на однотипных мелководных судах «Solea» и «Manta» с осадкой около 1.3 м —рис.1, [46, 50]. Рассмотрим.ее подробнее.
При глубинах моря свыше 5—7 м фирма «Prakla-Seismos AG» применяет традиционную технологию проведения сеисморазведочных работ с использованием одного геофизического судна, на котором располагается весь аппаратурный комплекс. Работы выполняются путем отстрела фланговой системы наблюдений в режиме непрерывной буксировки приемного устройства, в качестве которого используется 48-канальная плавающая аналоговая пьезо-коса Syntrak с автоматическими регуляторами глубины буксировки DigiCOURSE. Регистрация информации осуществляется, цифровой сейсмо-станцией, установленной на борту судна.
В качестве источника возбуждения упругих волн применялась неоднородная пневматическая группа W82.S.W, которая содержит 14 излучателей VLA и VLF с объемами рабочих камер от 0.33 дм до 2.5 дм и состоит из излучатели VLA и VLF выпускались фирмой «Prakla-Seismos AG» по лицензии фирмы «Bolt Technology Corporation» (США) Рис. 1. Сейсмическое судно «Manta» - (а) и понтон-взрывпункт - (б), применяемые фирмой «Prakla-Seismos AG» при работах на мелководье двух буксируемых линий (подгрупп) левого и правого борта с базой группирования около 12 м каждая и разносом между линиями около 7 м.
Общий объем группы 22.78 дм (соответственно, 10.9 дм и 11.88 дм ), рабочее давление около 14 МПа, глубина погружения группы устанавливается с помощью поплавков и, в зависимости от глубины моря и необходимых частотных характеристик источника, может составлять от 3 до 6 м (возможно и меньше). В транспортном положении линии располагаются вдоль каждого борта, спускоподъемные операции осуществляются с помощью специальных монорельсовых устройств. Каждое судно этого типа оборудовано группой из 8 компрессоров типа 4GK115K фирмы «Юнкере» с общей производительностью около 110 л/мин сжатого воздуха при давлении 14 МПа, что обеспечивает работу всего источника с интервалом до 12 с (при работе только одной линией интервал возбуждения можно сократить до 6 с). Запуск и синхронизация излучателей группы осуществляются с помощью системы контроля и управления VZAD, также выпускаемой фирмой «Prakla-Seismos AG». На рис.2 приведены акустические характеристики этого источника — сигнал давления, зарегистрированный в дальней зоне (а), его амплитудный спектр (б), полученные в глубоком море при глубине погружения группы 3 м и ра-" бочем давлении воздуха 14 МПа [47, 48]. На рис.2 (в) схематически показана конфигурация этой группы.
Основные характеристики сигнала группы W82.S.W. при глубине погружения 3 м: амплитуда сигнала (двойной размах) 29.7 бар-м, степень гашения пульсаций 25:1. При этом следует иметь в виду, что на мелководье под влиянием отмеченных выше факторов реальные характеристики группы могут заметно отличаться от приведенных на рис.2.
В зоне предельного мелководья, при глубине моря от 2-3 м до 0.7-j-l.O м, фирма «Prakla-Seismos AG» применяет двухсудовую технологию сейсмораз-ведочных работ с использованием донной косы (Bay Cable) [49] и пневматического источника, установленного на специально оборудованном понтоне с осадкой 0.3-0.4 м -рис.2, 3. Кроме необходимой спутниковой системы при вязки, на понтоне-взрывпункте установлены, аналогичный компрессор фирмы «Юнкере» и система контроля и управления VZAD. При фиксированном положении приемного устройства, отстрел обращенной системы наблюдений производится при перемещении понтона-взрывпункта от пикета к пикету, при этом управление запуском источника осуществляется по радиоканалу.
В одном из вариантов источник для предельного мелководья представляет собой сравнительно небольшую площадную группу из 6-8 излучателей типа VLA и VLF, подвешенных на 4-х специальных поплавках, выполненных в виде надувных резиновых лодок, и буксируемых в процессе работы рядом с тем же понтоном. При необходимости ремонта или замены излучателей подъем их на палубу может выполняться с помощью 4-х небольших ручных лебедок и поворотных кран-балок с системой блоков, установленных на палубе понтона. Движение понтона в процессе работы осуществляется с помощью двух подвесных моторов, управляемых из рубки — рис.3.
При глубине моря менее 0.7-1.0 м, а также в переходной зоне «суша-море» фирма «Prakla-Seismos AG» использует суда амфибийного класса (на воздушной подушке) или специально оборудованные вертолеты, при этом в качестве источников возбуждения до недавнего времени нередко применялись взрывы детонирующего шнура «Cortex», «Aquaflex», взрывы конденсированных ВВ в скважинах или вибраторы, устанавливаемые на суше [46,51].
В начале 80-х годов прошлого века французской фирмой CGG (Compag-nie Generale de Geophysique, Франция) на базе мелкосидящих геофизических судов-катамаранов типа «Verseau», «Gemeaux» и др. с водоизмещением около 160 т и осадкой до 1.2 м был реализован сейсморазведочный аппаратурно-технологический комплекс для мелководья с глубиной моря до 1.5 м [44]. При этом на глубинах свыше 5 м работы обычно проводились с фланговой расстановкой в режиме непрерывной буксировки с использованием 24- или 48-канальных плавающих аналоговых кос AMG длиной, соответственно,
Влияние границ на динамику пульсации полости
Для всех источников типа «пульсирующая полость» - пневматических, газовых, электроискровых и др. — характерна зависимость периода пульсации полости Т (и, соответственно, преобладающей частоты возбуждаемых колебаний) от гидростатического давления Ро вида Т Ро5/6 [5, 20]. При пульсации полости вблизи жестких границ водного слоя эта зависимость нарушается, так как давление в окрестности полости, кроме постоянной составляющей, равной весу столба жидкости на данной глубине, будет иметь и переменную составляющую, в любой момент времени равную мгновенному значению собственного реверберационного фона, т.е. сумме волн давления, излучаемых бесконечной цепочкой «мнимых» источников, координаты которых могут быть получены последовательными зеркальными отображениями реального излучателя в границах водного слоя.
Анализируя,выражение (5) можно показать, что вклад реверберационно-го фона в функцию P0(t) тем больше, чем меньше глубина водного слоя и чем ближе реальный источник к его границам, при этом полное давление Po(t) в окрестности источника при Н= 2+5 ми удалении его от границ на 0.5 — 1.0 м может отличаться от величины гидростатического давления Р0 на. 20-30%, приводя к заметному изменению периода пульсации полости щ соответственно, частотного состава возбуждаемых колебаний.
Численное решение этой задачи применительно- к пневматическому излучателю было рассмотрено в работах [18, 20], где получена.система дифференциальных уравнений, позволяющая рассчитать акустические характеристики источника типа «пульсирующая полость» с учетом влияния границ водного слоя. В качестве примера на рис.21(a) приведены расчетные зависимости, иллюстрирующие влияние глубины погружения пневматического излучателя ИГП-1 на период пульсации полости при разных глубинах моря (Н= 2.0; 3.0; 5.0 м) и разных коэффициентах отражения от дна (котр = 0.3; 0.5; 0.8). Для сравнения на рис.21(6) приведена расчетная зависимость T(h), полученная при Н = 500 м, при этом кружочками показаны экспериментальные результаты, зарегистрированные от излучателя ИГП-1 на глубокой воде, когда влиянием донных отражений можно пренебречь.
Аналогичные расчетные зависимости T(h) для слоя, а также результаты эксперимента, выполненного в опытном бассейне глубиной Н = 4.3 м с излу-чателями «Сигнал-5» объемом 0.25 дм. — (а) и «Сигнал-6» объемом 2.0 дм при рабочем давлении 15 МПа, представлены на рис.22. Как видно из этих данных, вблизи границ водного слоя зависимость T(h) заметно отличается от вида Р0 5/6\ приближение источника к границе «вода-воздух» сопровождается резким уменьшением периода пульсации, в то время как вблизи дна наблюдается увеличение периода, и тем большее, чем выше коэффициент отражения от дна моря;
Близость к источнику и приемнику дна при возбуждении и приеме упругих волн на мелководье рассматривалась выше с точки зрения его влияния на интерференционные процессы и на динамику пульсации полости, как одной, из границ, участвующих в формировании многократно-отраженных (донно-кратных) волн, возникающих в водном слое. Вместе с тем, с близостью дна могут быть связаны и другие эффекты, роль которых на мелководье1 заметно возрастает.
1). Так, верхняя часть разреза на мелководье, особенно придонные отложения, часто характеризуется значительной неоднородностью физических свойств по горизонтали, связанной как с изменчивостью литологического состава отложений, наличием литологических разностей, например, в виде загазованных илов, имеющих пониженные скорости распространения упругих волн, так и с вариациями мощностей слоев, значительной распространенностью рыхлых отложений, залегающих в виде линзовидных тел, зон выклинивания реликтовых многолетне-мерзлых пород и т.п. [14, 61]. Вэтой связи, при возбуждении упругих волн в непосредственной близости от дна, отмеченные неоднородности, даже при сравнительно небольших размерах, из-за близости к источнику, становятся сопоставимыми с размерами первой зоны Френеля и оказывают существенное влияние на характеристики волны в дальней зоне, значительно ухудшая стабильность ее параметров.
3). Процесс распространения волн сравнительно большой амплитуды в слабо консолидированных рыхлых грунтах в ближней зоне излучателя является существенно нелинейным, вследствие чего потери энергии на неупругие деформации среды в окрестности излучателя на мелководье, особенно предельном, значительно возрастают. Вероятно, именно этим фактором и объясняется характер экспериментальных зависимостей на рис.22, где по мере приближения источника к границе дна, кривые E(h) заметно выполаживают-ся.
4). При размещении излучателя вблизи дна практически всегда наблюдается появление более или менее интенсивных (в зависимости от строения верхней части разреза) низкочастотных и низкоскоростных волн-помех поверхностного типа. Для сосредоточенных низкочастотных источников это приводит к тому, что волны-помехи на ближних каналах приемного устройства нередко доминируют почти во всем интервале записи и подавление их известными средствами часто оказывается недостаточно эффективным.
В качестве примера на рис.23 приведен ряд сейсмограмм, полученных на мелководье Северного Каспия (глубина моря около 5 м) с групповым пневматическим источником «Пульс-6» при разных глубинах его погружения. Как видно из этих сейсмограмм, самыми интенсивными волнами являются связанные с верхней частью разреза низкочастотные (основная энергия в полосе частот до 10-12 Гц) и низкоскоростные {V 240-h260 м/с) волны-помехи, доминирующие на ближних к пункту возбуждения каналах во всем интервале записи. Различие интенсивности полезной записи на сейсмограммах обусловлено влиянием частотной характеристики водного слоя K(co,ai,h,H) при разных глубинах погружения источника. Приемные устройства
Требования к приемно-регистрирующей аппаратуре
К приемно-регистрирующей аппаратуре, предназначенной для сейсморазведки в условиях мелководья и транзитных зон, могут быть предъявлены следующие основные требования [2, 14, 38, 62, 69 и др.]:
1. При работах в условиях мелководья с глубиной моря более 5 м по традиционной технологии морской сейсморазведки в режиме непрерывной буксировки возможно использование пьезокос с нейтральной плавучестью и соот ветствующими активными регуляторами и стабилизаторами глубины буксировки.
При работах в условиях мелководья с глубиной моря до 2—3 м с использованием «старт-стопной» технологии обычно применяются пьезокосы с утяжеленными секциями, имеющие отрицательную плавучесть и более устойчивые к постоянным динамическим нагрузкам и трению о дно, характерным для этой технологии. Еще более высокие требования к прочностным характеристикам предъявляются к донным косам, буксируемым волоком по дну.
При работе на глубинах менее 1.5 м, когда буксировка донной косы волоком по дну сильно затруднена из-за невозможности обеспечить маломерным мелкосидящим судном необходимое буксирующее усилие, конструкция косы и соответствующего грузоподъемного и такелажного оборудования должны предусматривать возможность применения «конвейерной» технологии путем быстрой смотки и размотки перемещаемых секций.
2. Как следует из сопоставления приведенных выше частотных характеристик гидрофонов и геофонов, при работах на предельном мелководье и в транзитных зонах «суша-море», при глубинах акваторий меньше 2—3 м, наиболее эффективными могут быть донные косы на основе геофонов, а еще лучше - комбинированные донные косы, конструкция которых предполагает одновременное использование гидрофонов и геофонов. В этом случае коса буксируется по дну с периодическими остановками в точках приема: в момент остановки она ложится на дно, при этом шумы буксировки отсутствуют. Так же, как и при «старт-стопной» технологии оболочка косы должна быть снабжена специальным антиабразивным защитным покрытием.
3. Как следует из теоретических оценок и экспериментальных данных, представленных в работе [2], для эффективного применения в кабельно-модульных донных косах геофонов гравитационный контакт «геофон-грунт» и время его экспозиции должны быть оптимизированы - рис.24. При этом средняя плотность приборных модулей должна быть в пределах 1.9 — 2.1 г/см3, а удельное давление отдельного модуля на донный грунт от 9 до 11 г/см . 4. Наряду с использованием в донных косах геофонов-велосиметров, регистрирующих скорость смещения упругих колебаний, еще больший интерес представляет возможность применения геофонов-акселерометров, регистрирующих ускорение смещения [26, 38], и имеющих такую же фазовую характеристику, как и у гидрофонов4, что обеспечивает лучшее согласование данных и более точную стыковку временных разрезов в переходных зонах «суша-море».
5. Существенное увеличение канальности современных телеметрических регистрирующих систем обеспечивает не только создание сверхплотных систем наблюдения, позволяющих без потери информативности данных отказаться от традиционного группирования сейсмоприемников, но и создает реальную возможность использования в донных косах многокомпонентных приемников (X, Y, Z, Р), позволяющих перейти к многокомпонентному точечному приему и более широкому применению многоволновых модификаций сейсморазведки [2, 15, 38]. Подавление низкоскоростных волн-помех, распространяющихся в придонной толще, при этом более эффективно осуществляется на этапе обработки данных, как за счет различий в кажущихся скоростях и частотном составе, так и за счет различий в поляризации колебаний [15].
6. По сравнению с аналогичными морскими или сухопутными системами регистрации современные телеметрические системы для предельного мелководья и транзитных зон должны поддерживать как минимум вдвое большее число каналов (наблюдения 2С - компоненты Z и Р), а при многокомпонентном приеме - вчетверо большее (наблюдения 4С — регистрируемые компоненты X, Y, Z и Р).
Мелководье, а особенно предельное мелководье и переход «суша-море», являются наиболее сложными видами сейсмогеологических условий, требующими использования и более сложных сейсморазведочных технологий и более громоздких приемных и излучающих систем. Серьезное освоение таких акваторий возможно лишь при комплексном решении проблемы, предполагающем, в том числе, и создание специализированных геофизических судов и носителей амфибийного класса, ориентированных на конкретную технологию и обеспечивающих её максимальную эффективность5.
1. При «старт-стопной» технологии практически весь аппаратурный комплекс — и источник, и приемно-регистрирующая аппаратура, и система спутниковой навигации - должны располагаться на одном судне, оснащенном и компрессорной станцией и соответствующим спускоподъемным оборудованием, обеспечивающим как работу источника, так и косы, буксируемой за судном. На этом же судне, осадка которого должна составлять не более 1.5 — 2.0 м, кроме обычного судового оборудования и жилых кают для обслуживающего персонала, должны находиться и геофизическая лаборатория с сейсмореги-стрирующей аппаратурой, спутниковым приемником GPS, компьютерным оборудованием для обработки полученных данных и т.п.
2. При работе на предельном мелководье с глубиной воды меньше 2-3 м по технологии «Drag Bottom» работа осуществляется с использованием донных, в том числе и цифровых телеметрических кос.
При работе в односудовом варианте с отстрелом фланговой системы наблюдений судно-носитель, на котором должен располагаться весь аппаратурный комплекс (источник, приемно-регистрирующая аппаратура и система спутниковой навигации), должно обеспечивать достаточно большое буксирующее усилие в несколько тонн, необходимое для перетаскивания косы по
Цифровая телеметрическая система XZone Bottom Fish
В 2004 году фирма «СИ Технолоджи» завершила разработку морской цифровой телеметрической приемно-регистрирующей системы Bottom Fish, первой из семейства XZone и предназначенной для морской сейсморазведки, в том числе, в условиях мелководья [40, 42].
В состав системы входят бортовое оборудование, основным элементом которого является центральная станция регистрации (ЦСР), и забортное оборудование, включающее от одной до 12 линий цифровых телеметрических кос по 960 каналов, каждая из которых содержит набор активных (приборных) секций длиной по 75 м и несколько дополнительных (бесприборных) секций -грузовых, амортизационных и др.
Центральная станция регистрации сейсмических цифровых телеметрических систем семейства XZone [42] Центральная станция регистрации (ЦСР - рис. 25) выполнена в виде стойки со встроенными в нее серверами, системой электропитания и подключенными периферийными устройствами и выполняет следующие функции: — сбор и накопление данных, получаемых от линий телеметрических кос; — промежуточную обработку данных — коррекцию фазы, фильтрацию, шумоподавление; — хранение данных и запись на внешний носитель в сейсмических форматах SEG-D (8048, 8058) или SEG-Y; — отображение и распечатку различных данных о работе системы; — калибровку, диагностику и технологический контроль системы; — управление работой системы; — прием вспомогательных данных от внешних источников — от систем синхронизации упругих волн, навигации и позиционирования. Блок-схема ЦСР семейства XZone представлена на рис. 22. Активные (приборные) секции имеют длину 75 м и содержат каждая по 6 сейсмических каналов с базой по 12.5 м. По команде с ЦСР предусмотрена возможность изменения количества гидрофонов в группе и базы их группирования с 12.5 м до 6.25 м. По желанию заказчика секции выпускаются в разных исполнениях: с плавучестью близкой к нейтральной для использования в виде плавающей- косы в режиме буксировки в водном слое и с дополнительными утяжелителями для «старт-стопного» режима или для использования в виде донной косы.
Сигналы с каждой группы гидрофонов поступают в установленный в муфте секции 6-канальный регистрирующий электронный модуль, в котором осуществляется их предварительное усиление, 24-разрядное аналого-цифровое 5-а преобразование с дискретностью от 0.25 мс до 4 мс, предварительная обработка и передача данных в коде Манчестера по телеметрической линии на ЦСР со скоростью 16 Мбит/с. Функциональная схема регистрирующего модуля телеметрической системы XZone Bottom Fish приведена на рис. 23 (а).
В состав каждой активной секции включены сквозная линия и катушка индукционной связи с системами позиционирования косы (регуляторами глубины буксировки, например, DigiCourse или RCL-3 фирмы Syntron), работающими на частоте 26-28 кГц с модуляцией FSK 2400 бит/с, а также преду смотрено посадочное место для установки исполнительного элемента системы позиционирования. Внешний вид телеметрической косы XZone Bottom Fish в транспортном положении на барабане лебедки приведен на рис. 26.
Работы 2D и 3D с буксируемой плавающей телеметрической косой проводятся по классической технологии морских сейсморазведочных работ с фланговой системой наблюдений в односудовом варианте. Для работы в этом варианте телеметрическая коса имеет нейтральную плавучесть и специально балансируется с учетом плотности и температуры воды в районе исследований.
В «старт-стопном» режиме, а также в режиме Drag Bottom исследования проводятся с утяжеленной телеметрической косой XZone Bottom Fish и выполняются практически так же, как и рассмотренные выше в разделах 1.2.1 и 1.2.2 работы с аналоговыми косами.
Для проведения инженерно-геофизических работ по методике высокоразрешающей сейсморазведки (ВРС или HR) на площадках под установку буровых платформ (выявление аномальных рыхлых зон и газовых карманов и т.п.) компанией "СИ Технолоджи" при участии специалистов ЗАО Тео-Хазар" в том же 2004 г. был разработан и внедрен в производство комплекс "Bottom Fish HR", включающий цифровую телеметрическую 24-битную косу, эквидистантную, с короткой (3,125—6,25 м) базой, с числом каналов до 384. В полевом сезоне 2004 г. было отработано на Азове и Центральном Каспии 5 площадок размерами 3x3 км и 5x5 км и получены представительные материалы хорошего качества до глубин 1-2 км с высоким разрешением, полностью обеспечившие решение поставленной геологической задачи [25].
В последующие два года телеметрические системы XZone Bottom Fish получили широкое применение при морских сейсморазведочных работах 2D и 3D на акваториях Обской и Печорской губы, Азовского, Каспийского, Баренцева, Белого, Южно-Китайского и др. морей, где с этими системами было отработано свыше 35000 км профилей. Отдельные временные разрезы, иллюстрирующие эффективность применения системы XZone Bottom Fish в тради Рис.26. Цифровая телеметрическая коса XZone Bottom Fish в транспортном положении на барабане лебедки ционной технологии, в технологии «старт-стоп» и в технологии ВРС в качестве примера приведены ниже, соответственно, на рис. 27, 28 и 29.
Следующей в семействе XZone стала разработка цифровой телеметрической приемно-регистрирующей системы Marsh Line, предназначенной для сейсморазведки в условиях предельного мелководья, транзитных зон и прилегающей суши [42, 43].
Размещение геофонов в карданном подвесе обеспечивает им необходимую ориентацию в пространстве: датчик Z — вдоль вертикальной оси, датчик X - вдоль продольной оси, датчик Y — вдоль поперечной оси. Для демпфирования собственных колебаний карданный подвес помещается в специальную жидкость, вязкость которой обеспечивает необходимую степень затухания. Массивные модули в зависимости от исполнения массой от 5.8 кг до 8.0 кг имеют надежное сцепление с грунтом, что обеспечивает высокую чувствительность приема упругих колебаний. При расстояниях между модулями от 12.5 м до 50 м максимальная длина косы составляет от 4800 м до 10000 м, при этом максимальное число модулей в линии составляет от 384 до 200, соответственно, максимальное число каналов в линии от 1536 до 800 [42].
Первоначальная раскладка телеметрической косы производится с движущегося транспортного средства (на воде — с судна или понтона при скорости до 2 узлов, на суше и отмелях — с вездехода при скорости до 5 км/ч) или, если позволяют условия местности, простым затягиванием косы на профиль. Низкое сопротивление трению в продольной оси, достигаемое конусообразным сопряжением кабель-троса и цилиндрического корпуса модуля, в большинстве случаев позволяет легко буксировать косу по дну водоемов или по суше. Система просто передвигается волоком (буксируется) транспортным средством на необходимое расстояние, и сразу после остановки она готова к работе. Жесткость и масса косы таковы, что в дальнейшем она повторяет заданную укладкой траекторию движения независимо от ветра, течения и других возмущаю щих факторов. Препятствия на профиле огибаются при помощи специального гибкого кабеля или обычного кабель-троса. В этом случае исключенные из регистрации модули играют роль репитеров.
При буксировке косы на ровной местности расстояние между модулями ограничивается длиной соединительной секции. При раскладке системы на местности с движущегося транспортного средства определение координат модулей производиться с помощью системы глобального позиционирования (GLONASS/GPS). При этом достаточно знать координаты первого и последнего модуля, положение всех остальных каналов определяется линейной интерполяцией по координатам начала и конца косы, установленной на транспортном средстве. В момент укладки модуля компьютер системы позиционирования фиксирует текущие координаты и передает их на центральную станцию регистрации (ЦСР).
Похожие диссертации на Технология сейсморазведочных работ МОВ ОГТ 2D на предельном мелководье и в транзитных зонах
