Расчет параметров системы наблюдений в методе ОГТ

При проведении сейсмических на площади , где ранее выполнялись сейсмические исследования, сеть новых профилей должна частично повторять старые профили для сопоставления качества старого и нового материалов, При наличии на изучаемой площади скважин глубокого бурения они должны быть увязаны в общей сети сейсмических наблюдений , и пункты взрыва и приема должны располагаться вблизи скважин.

Профили должны быть по возможности прямолинейными с учетом минимальных сельскохозяйственных потрав. При работах по МОГТ на угол излома профиля должны быть изложены ограничения , поскольку угол наклона и направление падения границ могут быть оценены до начала полевых работ лишь приблизительно , а учет и корреляция этих величин в процессе суммирования представляют значительные трудности . Если принимать во внимание только искажение кинематики волн , то допустимый угол излома можно оценить по соотношению

α=2arcsin(vср∆t0/xmaxtgf) ,

где ∆t=2∆H/vср – приращение времени по нормали к границе ; xmax – максимальная длина годографа ; f – угол падения границы. Зависимость величины α как функции обобщенного аргумента vсрt0/tgf для различных xmax (от 0,5 до 5 км) показана на (рис.4) , который можно использовать как палетку для оценки допустимых значений угла излома профиля при конкретных предположениях о строении среды. Задавшись допустимой величиной расфазирования слагаемых импульсов ( например , ¼ периода T) , можно рассчитать значение аргумента для максимально возможного угла падения границы и минимально возможной средней скорости распространения волн. Ордината прямой с xmax при этом значении аргумента укажет величину максимально допустимого угла излома профиля.

Для установления точного расположения профилей еще во время проектирования работ проводят первую рекогносцировку. Детальную рекогносцировку осуществляют в период полевых работ.

3.2 условия возбуждения упругих волн.

При проведении сейсморазведочных работ наиболее широко используется возбуждение упругих волн с помощью взрывов зарядов твердых взрывчатых веществ (ВВ). Заряды взрываются специальными сейсмическими электрическими детонаторами (ЭДС). Они устроены так , что электрическая цепь мостика накаливания разрывается не за счет посылки в него тока и перегорания нити накаливания , а за счет взрыва заряда взрывчатого вещества. Момент разрыва электрической цепи в детонаторе передается по проводам или по радио на сейсмическую станцию , регистрируется на ней и принимается за момент возбуждения упругой волны. Отметка момента взрыва осуществляется и считывается с записи с погрешностью 0,001с.

Наиболее широкое распространение при проведении работ методом отраженных волн на суше получил способ возбуждения упругих волн с помощью взрыва заряда ВВ , погруженного в специально пробуренную взрывную скважину. Глубина погружения зарядов в скважину изменяется от первых десятков до 100 метров и больше. Глубина погружения заряда зависит от характера строения верхней части разреза. Экспериментально установлено , что заряд желательно помещать ниже подошвы ЗМС и уровня грунтовых вод в слои , сложенные влажными пластичными глинами. Чем меньше мощность ЗМС и чем ближе к земной поверхности залегают грунтовые воды , тем меньше глубина погружения заряда.

Когда мощность ЗМС большаяи грунтовые воды залегают глубоко , взрывные сква­жины приходится бурить на глубину в несколько десятков , а иногда и глубже 100 м. Наиболее глубокие скважины прихо­дится бурить при производстве работ в межгорных и предгор­ных впадинах, в пределах которых бывают часто развиты сухие песчано-галечниковые отложения с большой глубиной залега­ния грунтовых вод.

Для повышения доли энергии взрыва , идущей на образо­вание упругой волны, ствол взрывной скважины после погру­жения в него заряда ВВ заливают водой или глинистым рас­твором , осуществляя тем самым водную его закупорку. При размещении заряда в оптимальных условиях после взрыва не образуется мощной поверхностной волны и создаются более благоприятные условия для выделения и прослеживания отра­женных волн на земной поверхности. После выброса газооб­разными продуктами взрыва столба жидкости у устья взрыв­ной скважины возникает не особенно интенсивная звуковая волна. Но одновременно создается фон помех после падения на земную поверхность выброшенной из скважины жидкости и мелких раздробленных взрывом кусков горной породы.

Частотный состав колебаний , возбуждаемых при взрыве , зависит от литологического состава и физического состояния пород в очаге взрыва. Преобладающая частота возбуждаемых в очаге колебаний зависит от массы заряда ВВ , убывая с его увеличением обратно пропорционально кубическому корню из массы заряда. Но при наблюдениях вдали от источника эта зависимость почти незаметна.

Амплитуда регистрируемых колебаний также связана с мас­сой заряда. При малых зарядах эта зависимость проявляется резче , а при больших - слабее. При больших зарядах увеличе­ние их массы становится малоэффективным. В этих случаях для повышения интенсивности записи используют группиро­вание взрывов. При групповом взрыве нескольких мелких зарядов удается получить более интенсивную запись упругих волн , чем при взрыве одиночного заряда с такой же массой. Но для этого нужно обеспечить строго одновременный подрыв группы зарядов.

При однородном группировании , когда все одиночные за­ряды , входящие в группу , имеют одинаковую массу , относи­тельный уровень случайных помех , возбуждаемых групповым взрывом , уменьшается в √n большаяраз (n— число зарядов в группе) по сравнению с их уровнем (по отношению к регулярным вол­нам) при взрыве одиночного заряда с массой, равной суммар­ной массе зарядов в группе. Это действие группы называют статистическим эффектом. При групповом взрыве наблюдается также значительное повышение уровня полезного сигнала по отношению к случайным помехам , не зависящим от взрыва.

Группирование взрывов при соответствующем выборе рас­стояний между источниками в группе и их размещения может быть использовано для ослабления (подавления) регулярных помех типа прямых и поверхностных волн. Для получения ука­занных эффектов заряды в группах необходимо размещать на расстоянии нескольких метров друг от друга , чтобы образую­щиеся при взрывах зоны разрушений и остаточных деформации не соприкасались одна с другой.

Необходимо заметить , что увеличение числа зарядов в группе приводит к увеличению объема буровых работ и замедлению процесса производства сейсмических исследований. Иногда при группировании взрывов для уменьшения объема буровых работ уменьшают глубину скважин. Тем не менее , группирование взрывов всегда вызывает удорожание работ. Поэтому его следует применять лишь тогда , когда другие спо­собы и приемы улучшения качества записей прихода упругих волн оказываются неэффективными.

Возбуждение импульсными источниками.

Многочисленный опыт работ с поверхностными импульсными излучателями показывает , что необходимый сейсмический эффект и приемлемые соотношения сигнал/помеха достигаются при накоплении 16-32 воздействий. Это число накоплений эквивалентно взрывам зарядов тротила массой всего 150-300 г. Высокая сейсмическая эффективность излучателей объясняется большим коэффициентом полезного действия слабых источников , что делает перспективным их применение в сейсморазведке , особенно в способе ОГТ , когда на этапе обработки происходит N-кратное суммирование , обеспечивающее дополнительное повышение соотношения сигнал/помеха.

Под действием многократных импульсных нагрузок при оптимальном числе воздействий в одной точке упругие свойства грунта стабилизируются и амплитуды возбуждаемых колебаний остаются практически неизменными. Однако при дальнейшем приложении нагрузок разрушается структура грунта и амплитуды уменьшаются. Чем больше давление на грунт δ , тем при большем числе воздействий Nк амплитуда колебаний достигает максимума и тем меньше пологий участок кривой А=ƒ(n). Число воздействий Nк , при котором начинает уменьшаться амплитуда возбуждаемых колебаний , зависит от структуры, вещественного состава и влажности пород и для большинства реальных грунтов не превышает 5-8. При импульсных нагрузках, развиваемых газодинамическими источниками, особенно велика разница амплитуд колебаний , возбуждаемых первым (А1) и вторым (А2) ударами , величина отношения которых А2/А1 может достигать значений 1,4-1,6. Отличия между величинами А2 и А3 , А3 и А4 и т.д. значительно меньше. Поэтому при использовании наземных источников первое воздействие в заданной точке не суммируется с остальными и служит лишь для предварительного уплотнения грунта.

Перед производственными работами с использованием невзрывных источников на каждой новой площади проводят цикл работ по выбору оптимальных условий возбуждения и регистрации сейсмических волновых полей.

3.3 Условия приема упругих волн.

При импульсном возбуждении всегда стремятся создать в источнике резкий и короткий по времени импульс , достаточ­ный для образования интенсивных волн, отраженных от иссле­дуемых горизонтов. Сильными средствами воздействия на форму и длительность этих импульсов во взрывных и ударных источниках мы не располагаем. Не располагаем мы также вы­сокоэффективными средствами воздействия на отражающие , преломляющие и поглощающие свойства горных пород. Однако сейсморазведка располагает целым арсеналом методических приемов и технических средств , позволяющих в процессе воз­буждения и особенно регистрации упругих волн , а также в про­цессе обработки полученных записей наиболее ярко выделить полезные волны и подавить мешающие их выделению волны-помехи. С этой целью используются различия в направлении прихода волн разного типа к земном поверхности , в напра­влении смещения частиц среды за фронтами приходящих волн , в частотных спектрах упругих волн, в формах их годо­графов и т. п.

Упругие волны регистрируются комплектом достаточно слож­ной аппаратуры, монтируемой в специальных кузовах , устанав­ливаемых на высоко проходимых транспортных средствах - сей­смических станциях.

Комплект приборов , регистрирующих колебания почвы , вы­званные приходом упругих волн в той пли иной точке земной поверхности , называют сейсморегистрирующим (сейс­мическим) каналом. В зависимости от числа точек земной поверхности, в которых одновременно регистрируется приход упругих волн, различают 24-, 48-канальные и более сейсмостанции.

Начальным звеном сейсморегистрирующего канала является сейсмоприемник , воспринимающий колебания почвы , обус­ловленные приходом упругих волн и преобразующий их в элек­трические напряжения. Так как колебания почвы очень малы , электрические напряжения , возникающие на выходе сейсмоприемника , перед регистрацией усиливаются. С помощью пар про­водов напряжения с выхода сейсмоприемников подаются на вход усилителей , смонтированных в сейсмостанции. Для соединения сейсмоприемников с усилителями используется спе­циальный многожильный сейсмический кабель , который обычно называют сейсмической косой.

Сейсмический усилитель представляет собой электронную схему , усиливающую подаваемые на его вход напряжения в десятки тысяч раз. Он может с помощью специальных схем полуавтоматических либо автоматических ре­гуляторов усиления или амплитуд (ПРУ , ПРА , АРУ , АРА) усиливать сигналы. Усилители включают специальные схемы (фильтры) , позволяющие необходимые частотные состав­ляющие сигналов усиливать максимально , а другие — мини­мально , т. е. осуществлять их частотную фильтрацию.

Напряжения с выхода усилителя поступают на регистратор. Используется несколько способов регистрации сейсмических волн. Ранее наиболее широко использовался оптический спо­соб регистрации волн на фотобумаге. В настоящее время упру­гие волны регистрируются на магнитной пленке. В том и дру­гом способе перед началом регистрации фотобумага либо магнитная пленка приводятся в движение с помощью лентопро­тяжных механизмов. При оптическом способе регистрации на­пряжение с выхода усилителя подается на зеркальный гальва­нометр , а при магнитном способе - на магнитную головку. Когда на фотобумаге или на магнитной пленке производится непрерывная запись, волнового процесса способ записи назы­вают аналоговым. В настоящее время наибольшее примене­ние получает дискретный (прерывистый) способ записи , который обычно называют цифровым. В этом способе в двоич­ном цифровом коде регистрируются мгновенные значения ампли­туд напряжений на выходе усилителя , через равные интер­валы времени ∆t изменяющиеся от 0,001 до 0,004с. Такая операция носит название квантования по времени , а принятую при этом величину ∆t называют шагом кванто­вания. Дискретная цифровая регистрация в двоичном коде дает возможность использовать для обработки сейсмических материалов универсальные ЭВМ. Аналоговые записи могут быть обработаны на ЭВМ после их преобразования в дискрет­ную цифровую форму.

Запись колебаний почвы в одной точке земной поверхности обычно называют сейсмической трассой или дорож­кой. Совокупность сейсмических трасс , полученных в ряде смежных точек земной поверхности (либо скважины) на фото­бумаге , в наглядной аналоговой форме составляет сейсмо­грамму , а на магнитной пленке - магнитограмму. В процессе записи на сейсмограммах и магнитограммах наносятся марки времени через 0,01с , и отмечается момент возбуждения упругих волн.

Любая сейсморегистрирующая аппаратура вносит некоторые искажения в записываемый колебательный процесс. Для выде­ления и отождествления однотипных волн на соседних трассах необходимо , чтобы вносимые в них искажения на всех трассах были одинаковыми. Для этого все элементы регистрирующих каналов должны быть идентичны друг другу , а вносимые ими искажения в колебательный процесс - минимальными.

Магнитные сейсмические станции снабжаются аппаратурой , позволяющей воспроизвести запись в форме , пригодной для ее визуального рассмотрения. Это необходимо для визуального контроля за качеством записи. Воспроизведение магнитограмм производится на фото , обычную либо электростатическую бу­магу с помощью осциллографа , перописца либо матричного регистратора.

Кроме описанных узлов сейсмостанции снабжаются источ­никами питания , проводной или радиосвязью с пунктами возбу­ждения , различными контрольными панелями. В цифровых станциях имеются преобразователи аналог-код и код-аналог для преобразования аналоговой записи в цифровую и наоборот и управляющие их работой схемы (логика). Для работы с вибраторами станция имеет коррелятор. Кузова цифровых станций делаются пыленепроницаемыми и снабжаются обору­дованием для кондиционирования воздуха , что особенно важно для качественной работы магнитных станций.

3.4 выбор аппаратурных средств и спецоборудования.

Общие сведения.

Анализ алгоритмов обработки данных метода ОГТ определяет основные требования к аппаратуре. Обработка , предусматриваю­щая выборку каналов (формирование сейсмограмм ОГТ) , АРУ , введение статических и кинематических поправок, может выпол­няться на специализированных аналоговых машинах. При обра­ботке , включающей операции определения оптимальных статиче­ских и кинематических поправок , нормирование записи (ли­нейное АРУ) , различные модификации фильтрации с вычислением параметров фильтров по исходной записи , построение скоростной модели среды и преобразование временного разреза в глубинный , аппаратура должна обладать широкими возможностями , обеспечи­вающими систематическую перенастройку алгоритмов. Сложность перечисленных алгоритмов и , что особенно важно , их непрерыв­ное видоизменение в зависимости от сейсмогеологической характе­ристики исследуемого объекта обусловили выбор универсальных электронно-вычислительных машин в качестве наиболее эффектив­ного инструмента для обработки данных метода ОГТ.

Обработка данных метода ОГТ на ЭВМ позволяет оперативно реализовать полный комплекс алгоритмов , оптимизирующих про­цесс выделения полезных волн и их преобразование в разрез. Широкие возможности ЭВМ в значительной степени определили применение цифровой регистрации сейсмических данных непо­средственно в процессе проведения полевых работ.

Вместе с тем в настоящее время значительная часть сейсмиче­ской информации регистрируется аналоговыми сейсмическими станциями. Сложность сейсмогеологических условий и связанный с ними характер записи, а также тип аппаратуры , используемый для регистрации данных в поле , определяют процесс обработки и тип обрабатывающей аппаратуры. В случае аналоговой регистрацииобработка может выполняться на аналоговых и цифровых машинах , при цифровой регистрации - на цифровых машинах.

Система для цифровой обработки включает универсальную ЭВМ и ряд специализированных внешних устройств. Последние предназначены для ввода - вывода сейсмической информации , выполнения отдельных непрерывно повторяющихся вычислитель­ных операций (свертка , интеграл Фурье) со скоростью , сущест­венно превышающей скорость основного вычислителя , специали­зированных графопостроителей и просмотровых устройств. В ряде случаев весь процесс обработки реализуется двумя системами , использующими в качестве основных вычислителей ЭВМ сред­него класса (препроцессор) и ЭВМ высокого класса (основной процессор). Система , базирующаяся на ЭВМ среднего класса , применяется для ввода полевой информации , преобразования форматов, записи и ее размещения в стандартной форме на накопи­теле магнитной ленты (НМЛ)ЭВМ , воспроизведения всей инфор­мации с целью контроля полевой записи и качества ввода и ряда стандартных алгоритмических операций , обязательных для обра­ботки в любых сейсмогеологических условиях. В результате обра­ботки данных на выходе препроцессора в двоичном коде в формате основного процессора могут быть записаны исходные сейсмические колебания в последовательности каналов сейсмограммы ОПВ и сейсмограммы ОГТ , сейсмические колебания , исправленные за величину априорных статических и кинематических поправок. Воспроизведение трансформированной записи помимо анализа результатов ввода позволяют выбрать алгоритмы последующей обработки , реализуемой на основном процессоре , а также определить некоторые параметры обработки (полосу пропускания фильтров , режим АРУ и т. д.). Основной процессор , при наличии препроцессора , предназначен для выполнения главных алгорит­мических операций (определение скорректированных статических и кинематических поправок , вычисление эффективных и пластовых скоростей , фильтрация в различных модификациях , преобразо­вание временного разреза в глубинный). Поэтому в качестве основного процессора используются ЭВМ с большим быстродей­ствием (10⁶ операций в 1 с), оперативной (32—64 тыс. слов) и промежуточной(диски емкостью 10⁷ - 10⁸ слов) памятью. Исполь­зование препроцессора позволяет повысить рентабельность обра­ботки за счет выполнения ряда стандартных операций на ЭВМ , стоимость эксплуатации которой существенно ниже.

При обработке на ЭВМ аналоговой сейсмической информации обрабатывающая система оснащается специализированной аппа­ратурой ввода , главным элементом которой является блок преобра­зованиянепрерывной записи в двоичный код. Дальнейшая обра­ботка полученной таким образом цифровой записи полностьюэквивалентна обработке данных цифровой регистрации в поле. Использование для регистрации цифровых станций, формат запи­си которых совпадает с форматом НМЛ ЭВМ, исключает необходимость в специализированномвводном устройстве. Фактически процесс ввода данных сводится к установке полевой магнитофон­ной ленты на НМЛ ЭВМ. В противном случае ЭВМ оснащается буферным магнитофоном с форматом , эквивалентным формату цифровой сейсмостанции.

Специализированные устройства цифрового обрабатывающего комплекса.

Прежде чем переходить к непосредственному описанию внеш­них


29-04-2015, 00:43