Гайнанов Валерий Гарифьянович
Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук
|
содержание |
В этой главе анализированы возможности и ограничения многоканального сейсмоакустического профилирования для подавления основных типов помех и определения скорости волн в среде.
В первом параграфе описана технология многоканального сейсмоакустического профилирования на акваториях, разработанная при участии автора в компании ДЕКО Проект [Гайнанов и др., 2006].
Для проведения работ по методу МОГТ используется 16-канальный приемно-регистрирующий комплекс и источник типа бумер с центральной частотой излучения 1-2 кГц или спаркер с центральной частотой излучения 200-400 Гц. Шаг между приемниками - 2 м, общая длина приемной системы - 30 м. Буксировка излучателя и приемной косы осуществляется на глубине 0,4 м от поверхности воды в случае бумера и на глубине 0,8 м в случае спаркера. Кратность перекрытия составляет в среднем 16 раз при бинировании через 2 м.
Обработка данных проводится в системе [RadExPro Plus 3.6, 2005] и включает такие процедуры, как частотная фильтрация, регулировка амплитуд, скоростной анализ, суммирование по ОГТ. По мере необходимости осуществляется также ввод и коррекция статических поправок, деконволюция и двухмерная фильтрация данных [Гайнанов и др., 2007].
Многоканальные наблюдения практически во всех случаях позволяют получить более качественные временные разрезы. Это достигается не только за счет суммирования многоканальных записей, но также благодаря возможности предварительной выбраковки шумных каналов или варьированию количества суммируемых каналов в зависимости от глубины отражающих границ. Во многих случаях удается достаточно точно определять скорости сейсмических волн в осадках и строить глубинные разрезы даже в отсутствии скважин на исследуемых площадках.
Однако результаты не всегда оправдывают ожидания. Например, степень подавления кратных волн суммированием часто оказывается недостаточной для уверенного прослеживания глубоких границ, иногда глубинность исследований не превышает глубинность одноканальных наблюдений. Для того чтобы разобраться в причинах этих успехов и неудач, мы решили провести анализ результатов полевых работ, сопоставляя их с теоретическими расчетами, основы которых даны в работах [Гогоненков и др., 1975; Гольдин, 1974; Гольцман, 1964; Козлов и др., 1973; Мешбей, 1973], и проверяя собственными модельными примерами [Гайнанов, 2007; Гайнанов и Токарев, 2008].
Во втором параграфе рассматриваются свойства многоканальной косы как настраиваемой группы для подавления помех.
Частотная характеристика группы с равномерным распределением приемников для плоских волн выражается формулой [Гольцман, 1964]
 ,
где ƒ - частота; V* - кажущаяся скорость; τn = L/V* - запаздывание волны на последнем приемнике, L - длина группы, n - число приемников в группе.
В область пропускания группы попадают те волны, для которых не превышает четверти периода. Волны, для которых больше периода, группой подавляются. Так как волны, отраженные от границ на разных глубинах имеют разные запаздывания, то фиксированная группа, оптимальная для приема одних волн, не подходит для приема других.
В работе на полевых примерах показано, как при регистрации сигнала с каждого приемника отдельно можно управлять параметрами группы, подбирая для каждого интервала глубин требуемое число суммируемых каналов.
По-настоящему преимущество многоканальной регистрации проявляется при суммировании по ОГТ с вводом кинематических поправок. Лучшее подавление помех достигается веерной фильтрацией, но для исключения аляйсинг-эффекта перед веерной фильтрацией необходимо спрямить оси синфазности помехи специальными поправками [Гайнанов и Токарев, 2008].
В третьем параграфе анализируется эффективность многоканальных сейсмоакустических систем в борьбе с кратными волнами.
Получены рассчетные соотношения для определения оптимальных параметров систем наблюдений по способу ОГТ в зависимости от глубины исследуемых границ, от отношения эффективных скоростей однократных и многократных волн, от частотного состава волн (рис. 8).
На модельных и полевых примерах показана возможность подавления кратных волн до 2,5 - 4 раз. Как ожидалось, степень подавления кратных волн падает при глубинах границ, существенно превышающих длину расстановки. Но она резко падает и на малых глубинах из-за растяжения сигнала на дальних каналах после введения кинематических поправок - здесь линия допустимого растяжения сигнала (2) ограничивает длину расстановки гораздо раньше, чем она достигнет длины (1), необходимой для подавления кратных волн.
Длина расстановки, необходимая для подавления кратных волн, определяется исходя из условия, чтобы разница времен на последних суммируемых каналах была не меньше преобладающего периода волн
Линия фиксированного растяжения сигнала S, согласно [Kleyn, 1983] определяется формулой
Для проверки полученных выводов в условиях, максимально приближенных к реальным, были рассчитаны синтетические многоканальные сейсмограммы для моделей сред, близких по параметрам к сейсмогеологическим разрезам в районах работ. Эти сейсмограммы затем обрабатывались в системе RadExPro по тому же графу, что и полевые сейсмограммы, и оценивалось подавление помех. Результаты опубликованы в работах [Гайнанов, 2007; Гайнанов и Токарев, 2008].
Для большего подавления кратных волн рекомендуется применять совместно с суммированием по ОГТ одноканальные способы подавления кратных волн (рис. 9).
В четвертом параграфе оценивается эффективность скоростного анализа по многоканальным сейсмоакустическим данным.
По теоретической оценке чувствительность этой процедуры, так же, как и степень подавления кратных волн, определяется частотным составом сигнала и длиной расстановки. Но есть некоторые ньюансы:
Расчеты на модельных сейсмограммах показали низкую разрешающую способность скоростного анализа для малых глубин, что объясняется сильным растяжением сигнала с удалением и ограничением числа суммируемых каналов. В то же время оказалось, что для глубин, сравнимых с длиной расстановки, многоканальная система имеет относительно высокую избирательность по эффективным скоростям при не очень больших способностях к подавлению кратных волн. Это можно объяснить тем, что для разделения волн по скоростям достаточно, чтобы разделились соответствующие максимумы на графиках, а для подавления волн необходимо, чтобы их спектры полностью попали в полосу подавления.
На полевых данных максимумы на спектрах скоростей получаются более расплывчатыми из-за разброса времен вступлений, но в целом скорости определяются достаточно уверенно.
Выводы.
1. Многоканальная регистрация данных позволяет эффективно использовать интерференционные свойства многоэлементной сейсмоакустической косы.
2. Теоретические и модельные расчеты показывают, что при суммировании по ОГТ возможно ослабление многократных волн до 2,5-4 раз при достаточно большой длине косы и высокочастотном спектре сигнала.
3. На глубине менее 10-20 м для бумера и менее 40-70 м для спаркера невозможно эффективное подавление многократных волн суммированием по ОГТ вследствие сильного растяжения сигнала на дальних каналах после ввода кинематических поправок, возможно лишь некоторое их ослабление.
4. Скоростной анализ по сейсмограммам ОГТ возможен в более широком интервале глубин. Однако на малых глубинах точность скоростного анализа падает так же по причине сильного растяжения сигнала на дальних каналах.
5. Использованная в полевых наблюдениях коса (N=16, Δx =2 м) оптимальна для исследования разреза до глубин 30-50 м.
| 