Исследование и разработка способов повышения разрешающей способности вибрационной сейсморазведки

Глава 1. Постановка задач работы.

В ней обсуждается состо-яние вопроса, описание специфики ВРС (высокоразрешающей сейсморазведки) применительно к вибрационному возбуждению, и формулировки задач исследо-ваний. Общая направленность работы - повышение геологической эффективности сейсмических работ с электрогидравлическими вибраторами, широко используемых при поисках и разведке нефте - газовых месторождений.

ВРС и задача полевой методики вибросейсморазведки. Разработка высокоразрешающей сейсморазведки (ВРС) была начата еще в трудах ИФЗ (И.С. Берзон <Высокочастотная сейсмика>, 1957), продолжена Гурвичем И.И., Пота-повым О.А.; во ВНИИГеофизике - Чернявским В.Е., Кондратьевым И.К. и др., в работах Кобылкина И.А. (Волгоградская ГЭ) и его сотрудников. Необходимость ВРС определялась задачами сейсмических исследований тонкослоистых сред, которые характерны практически для всех районов России и ближнего зарубежья, необходимостью картирования малоамплитудных и сложнопостроенных объектов, поисками неструктурных ловушек углеводородов.

Если подходить к определению ВРС через решаемые ею структурные задачи, то разделение тонкослоистых пачек, выявление малоамплитудных разрывных нарушений и прослеживание зон выклинивания - все это задачи ВРС в целом. Термины <тонкослоистые>, <малоамплитудные>, сами по себе привязаны к какому - то уровню разрешенности сейсмических материалов, который был достигнут на то время, когда эти термины появились. Верхняя граница частот сейсмической записи, с которой обычно приходится иметь дело при геолого - геофизической интерпретации, находится вблизи 70Гц. Эту оценку условно можно считать границей ВРС/не-ВРС.

Помимо расширенного диапазона частот, ВРС характеризуется возможностью оценки параметров геологического разреза по динамическим характеристикам сейсмической записи, а это в свою очередь зависит от значений отношения сигнал/помеха в рассматриваемом диапазоне частот.

ВРС характеризуется комплексным подходом к повышению разрешенности сейсмических материалов на всех этапах - при полевых работах, обработке и интерпретации результатов, причём на каждом этапе ВРС имеет свою специфику. Сложившаяся практика сейсморазведки характеризуется применением отдельных приемов ВРС, и только комплексный выбор параметров работ может дать <сверхсуммарный> эффект повышения качества.

С появлением вибраторов возникла потребность в высоком разрешении вибрационной сейсморазведки - потребность в ВРВС, учитывающей и использующей специфику метода. На первых порах вибрационная сейсморазведка могла решать только кинематические задачи; с появлением более мощных вибраторов и расширением выбора возбуждаемых сигналов, можно стало использовать и динамические особенности записи. Поскольку практически все отражения - интерференционные, то первоначально превалирующая идея согласования сигнала с частотной характеристикой среды сейчас используется лишь для региональных работ (см. Кострыгин Ю.П. 2002). Для разведочных и поисковых задач ее заменила посылка сигнала с компенсацией частотно - зависимого затухания с тем, чтобы спектр полученного сейсмического импульса в дальнейшем мог быть выровнен. Это означает, что нужно выбрать такие параметры сигнала, чтобы не только получить широкую рабочую полосу частот (диапазон, где сигнал превышает помеху на временных разрезах), но и достичь определенных значений отношения сигнал/помеха - для решения динамических задач.

Различают временную и динамическую разрешенность: чем выше частота сигнала на сейсмограммах, тем выше временная разрешенность, однако точность отсчета времён может быть понижена вследствие наложения разного рода помех. Здесь нужно говорить о динамической разрешенности, которая определяется соотношением амплитуд сигнала и помехи и зависит в частности от:
1) ширины рабочей полосы частот, 2) формы спектра полезного сигнала и 3)характеристик помех. При одной и той ширине полосы частот динамическая разрешённость будет тем выше, чем ниже начальная частота, так что при выборе сигнала об этом нужно специально заботиться. Наибольшая разрешенность вибросейсмической записи будет при выравнивании спектра сейсмического импульса во всей полосе возбуждаемых частот. Выравнивание будет корректным, если рабочая полоса частот совпадает с полосой возбуждения.

Общую задачу полевой методики высокоразрешающей вибрационной сейсморазведки можно сформулировать так: в заданных сейсмогеологических условиях получить наиболее широкий спектр сейсмического сигнала на полевых сейсмограммах в диапазоне времен, соответствующих целевым интервалам геологического разреза, при значении отношения сигнал/помеха не ниже заданного уровня, имеющихся технических средствах и ограниченной стоимости работ.

Специфика решения этой задачи в том, что приходится учитывать большое число подчас взаимозависимых факторов, определяющих методику работ. Также здесь задействована сложная и подчас капризная техника, параметры которой должны поддерживаться в заданных рамках, чтобы получать предсказуемые по качеству результаты. Технология ВРВС должна включать общую идеологию, новые полевые методики, а также аппаратурно - методическое и алгоритмическое обеспечение полевых работ и обработки полученных данных.

Выбор оптимальных параметров методики. На современных блоках управления сейсмическими вибраторами (БУСВ) реализованы линейные (ЛЧМ) свип - сигналы, нелинейные (НЧМ), "программируемые" по точкам (типа ОМНИ свипов), псевдо - случайные, а также импульсные сигналы. Все они задаются своими функциями частотной развертки - F(t). Для F(t), задаваемой одной формулой, ее параметрами (выставляемыми на БУСВ) являются: 1) вид свип - сигнала, 2) начальная F1_Гц и 3) конечная F2_Гц - граничные частоты, 4) длительность свипа T_с, а также временные интервалы аподизации свипа- t1 и t2_с. Обычно t1,t2 - берутся постоянными, так что общее выражение частотной развертки ЛЧМ свипа имеет вид: F(t)=F(F1,F2,T,t). У НЧМ свипа к упомянутым 4_м добавляется 5й - параметр, задающий "степень" нелинейности. Таковы логарифмический свип F(t)=F(F1,F2,T,H,t) с параметром H_дБ/Гц или свип "дециБелл - на -октаву" с F(t)= F(F1,F2,T,Ok,t) с параметром Ok_дБ/окт.

Чаще всего используются ЛЧМ свипы. Выбор их параметров производится независимым перебором, сейсмограммы получаются низкочастотными, с хорошей прослеживаемостью отражений, но с недостаточной энергией на высоких частотах. Для компенсации частотно - зависимого затухания сейсмической энергии, существующего в геологической среде, и были созданы нелинейные свипы, энергия которых монотонно возрастает (обычно) с частотой. Однако не-зависимый перебор параметров НЧМ свипов даёт на практике не всегда прогнозируемые результаты. Трудности их выбора отмечаются во многих публикациях (см. монографию под ред. Шнеерсона М.Б., "Недра", 1998, Bridges S.Rutt 1985, Hargrove K.L. 1983). Отсутствие у геофизиков информации о свойствах НЧМ свипов приводит к появлению легенд типа: "НЧМ свип - плохой". Поэтому используются ЛЧМ свипы, свойства которых всем представляются понятными, хотя известны такие достоинства НЧМ свипов, как снижение уровня возбуждаемых низкочастотных регулярных помех и увеличение энергии на высоких частотах. У.Притчет (1999г.) пишет по этому поводу: "Появление генератора нелинейных свипов в геофизической разведке можно уподобить замене топора бензопилой у лесорубов. Следует научиться пользоваться, не покалечившись, этим острым, мощным инструментом".

Правда не очень понятно, КАК этому научиться. Здесь нужна определённая последовательность действий, приводящая к выбору оптимальных значений параметров свипов. Они должны быть согласованы со всеми другими частями и параметрами методики вибросейсмических работ - от проверок вибраторов и тестирования их сейсмических характеристик, выбора их мощности, числа в группе и количества накоплений, планирования системы наблюдений и сети отработки площади - до обработки результатов. Оптимальная методика работ должна быть адаптирована к сейсмогеологическим условиям, меняющимся по площади работ, чтобы обеспечить наилучшую разрешающую способность ВРВС по латерали. Должно также предусматриваться и создание новых методик полевых работ, учитывающих недостатки и использующих достоинства специфики вибрационного возбуждения.

Алгоритмическая поддержка методики. Выбор оптимальных параметров вибросигналов и реализация их на блоках управления требует создания алгоритмического обеспечения полевой методики, где следует выделить:
- моделирование корреляционных импульсов и спектров мощности свипов,
- поддержка перебора независимых и контроль зависимых параметров свипов по их функциям частотной развертки и спектрам мощности;
- расчет установочных (выставляемых на блоках управления) параметров частотных развёрток по задаваемым параметрам спектров мощности.

Специальное математическое обеспечение необходимо также и для поддержки новых вибросейсмических методик, разрабатываемых в общем направлении повышения разрешающей способности вибрационной сейсморазведки.

Аппаратура. Нормальная работа вибросейсмического комплекса зависит от постоянного контроля сейсмических характеристик вибраторов (действующей силы, фазовой ошибки и коэффициента гармоник), которые определяются в системе внутренней диагностики каждого вибратора. Однако для сравнения вибраторов между собой, их характеристики должны быть получены с одними и теми же калиброванными датчиками и в одних и тех же условиях. Для независимого (от БУСВ) контроля используются системы VQC (Vibrator Quality Cont-rol) - фирмы Серсель, VQS (Vibrator Quality System) и Vibra Sig (Vibrator Signature system - для контроля по радиоканалу) - фирмы Пелтон. Во ВНИИГеофизике также велась работа в этом направлении (см. гл.3).

Трудности выбора оптимальных параметров полевой методики во многом определяются диктатом производителей вибросейсмической техники, которые не учитывают потребности геофизиков из-за отсутствия взаимодействия. Должен быть расширен выбор частотных развёрток, а также созданы современные возможности формирования свипов с произвольно - заданным спектром, в том числе вычисляемым на основе результатов опытных работ.

Совершенствование обработки. Обработка вибросейсмических данных имеет свою специфику, определяемую особенностями используемых сигналов и необходимостью предварительной корреляционной обработки. Обычно она про-водится формально, хотя её функции могут быть существенно расширены.

Развитие обработки данных вибрационной сейсморазведки включает совершенствование известных и разработку новых способов. Дальнейшее использование известного комплекса программ ФИЛМЕМ прежде всего предполагает расширение круга геологических задач, решаемых по временным разрезам, а также решение новых задач на различных стадиях выполнения общего графа обработки и в сочетании с методикой полевых работ. Поскольку параметры вибросигналов известны, возможно создавать специальные способы фильтрации для уменьшения специфических шумов, связанных с конкретной методикой.