Способ сейсмической разведки

 

Изобретение относится к сейсмическим методам исследования среды, а именно к методам обнаружения и локализации в исследуемой толще различных объектов и неоднородностей, отличающихся по своим свойствам от окружающей среды. Технический результат - повышение разрешающей способности и надежности обнаружения. Сущность изобретения: в первую из заданных точек на площадке над исследуемым участком среды устанавливают пару сейсмический излучатель - сейсмический приемник, подают один или более раз на сейсмический излучатель сигнал излучения, принимают, накапливают и регистрируют накопленные сигналы, переизлученные неоднородностями cреды. После этого перемещают зондирующую пару излучатель - приемник в следующую заданную точку наблюдения и повторяют процедуры излучения и приема сигналов последовательно во всех заданных точках площадки наблюдения. Полученную многоканальную сейсмограмму подвергают оптимальной фильтрации и затем вычисляют по ней оценки энергии сигналов, переизлученных из каждого узла заданной сетки опроса внутри среды, и по результатам обработки полученных данных судят о наличии в исследуемом участке среды неоднородностей и их конфигурации.

Изобретение относится к сейсмическим методам исследования среды, а именно к методам обнаружения и локализации в исследуемой толще различных объектов (неоднородностей), отличающихся по своим свойствам от окружающей среды.

Известен способ сейсмической разведки, включающий возбуждение сейсмических колебаний искусственными источниками, регистрацию сигналов сейсмоприемниками, распределенными на поверхности, и использование полученных сейсмограмм для извлечения информации о строении исследуемой среды (см., например, В. И. Мешбей. Сейсморазведка методом общей глубинной точки. Москва, "Недра", 1973, 152 с.).

Недостатки известного способа связаны с тем, что он ориентирован главным образом на прослеживание границ между слоями.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному является способ сейсмической разведки, включающий многократное излучение и прием сейсмических сигналов в заданных точках наблюдения, накопление переизлученных неоднородностями среды сигналов и суждение по результатам обработки полученных данных о наличии в исследуемом участке среды неоднородностей и их конфигурации (см. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. "Сейсмическая разведка", Москва, Недра, 1980 г., с. 126-129, 287, 309-311, 317, 302-321).

Недостатками способа являются то, что они также ориентированы на прослеживание в среде границ между слоями и на выявление крупномасштабных неоднородностей при невысокой разрешающей способности.

Техническая задача изобретения - повышение разрешающей способности и надежности обнаружения в исследуемой среде объектов, излучающая способность которых мала или вовсе отсутствует, и получение информации о конфигурации таких объектов.

Для достижения поставленной технической задачи в способе сейсмической разведки, включающем многократное излучение и прием сейсмических сигналов в заданных точках наблюдения, накопление переизлученных неоднородностями среды сигналов и суждение по результатам обработки полученных данных о наличии в исследуемом участке среды неоднородностей и их конфигурации, излучение и прием сейсмических сигналов осуществляют установленной над исследуемым участком среды парой сейсмический излучатель - сейсмоприемник, задают координаты сетки опроса среды, рассчитывают времена пробега волн, обеспечивающие фокусировку суммарного зондирующего луча на каждом узле сетки опроса среды, и при обработке полученных данных вычисляют оценки энергии волн, переизлученных из узлов данной сетки опроса среды.

Способ сейсмической разведки осуществляют следующим образом. На площадке наблюдения над исследуемым участком среды задают координаты М пунктов регистрации. Размещают единственную пару сейсмический излучатель - сейсмический приемник в первой из заданных точек наблюдения (m = 1,2,...,M) и выполняют один или более (r = 1,2,...,R) циклов излучения, накопления и регистрации сигналов, переизлученных неоднородностями внутри среды. Затем передвигают пару излучатель-приемник в следующую заданную точку площадки и повторяют описанную процедуру излучения и приема сейсмических сигналов до тех пор, пока не получат многоканальную сейсмограмму, включающую накопленные сейсмические записи со всех М заранее намеченных пунктов на площадке регистрации. После этого приступают к обработке полученной многоканальной сейсмограммы, которая сводится к оптимальной согласованной фильтрации сейсмограммы для усиления переизлученных сигналов, близких по форме к первичному излученному сигналу, и к сравнительной оценке энергии волн, переизлученных каждым узлом сетки опроса внутри среды. Для этого вначале задают координаты (X_i, Y_j, Z_k) точек зондирования среды (сетку опроса). На основании априорной скоростной модели среды блок управления рассчитывает времена пробега волн и энергию переизлученных сигналов.

Если в каждой из m (m = 1,2,...,M) заданных точек наблюдения излучатель R раз возбуждает сигнал f(t), то отфильтрованную согласованным фильтром с оператором L_f сейсмограмму, включающую М трасс с записями накопленных сигналов, можно представить (для стационарной линейной среды) в виде суммы сигналов, переизлученных всеми (i,j,k) узлами сетки опроса: Начальный отсчет шкалы времени на m-ой трассе совпадает с моментом излучения сигнала в m-ой точке.

В процессе последующей обработки эта М - канальная сейсмограмма используется для оценки энергии волн, переизлученных узлами заданной сетки опроса среды. При этом на основании априорной скоростной модели блок управления рассчитывает времена пробега волн ^m_ijk, обеспечивающие последовательную фокусировку суммарного зондирующего луча группы из М каналов на каждом узле сетки опроса, и вычисляет оценки энергии вторичных (переизлученных) волн. По полученной совокупности оценок судят о наличии в исследуемой среде неоднородностей и их конфигурации. Для оценки энергии переизлученных сигналов по отфильтрованной сейсмограмме в блоке управления вычисляют экспериментальные оценки отношения сигнал/помеха: здесь: m = 1,2, . . . ,M - номер пункта размещения сейсмического излучателя и сейсмоприемника; n = 1,2,...,N - номер отсчета внутри временного окна, в котором усредняются оценки энергии переизлученного сигнала, N - размер окна; X_i, Y_j, Z_k - координаты (i,j,k) узла сетки опроса;

- запись на m-ом канале отфильтрованной сейсмограммы, содержащей переизлученные волны;
L_f - оператор оптимального согласованного фильтра;
f(t) - сигнал излучения, синтезированный блоком управления;
r = 1,2,...,R - номер излучения в данном пункте m;
^mr_ijk - аддитивная помеха:
^m_ijk - временные поправки, определяемые временем распространения сигнала от сейсмического излучателя в точке m к (i,j,k) узлу (и от (i,j,k) узла к m-ому сейсмоприемнику соответственно);
^m_ijk - коэффициенты затухания амплитуд прямого и переизлученного сигнала;
_ijk - коэффициент переизлучения.

Вычисленная совокупность оценок энергии переизлученных волн {SNR_ijk} отражает картину распределения в среде неоднородностей, являющихся источниками вторичного излучения. Если в ближайшей окрестности опрашиваемой точки размещается неоднородность, то сфокусированный на этой точке суммарный зондирующий луч создаст переизлученную сферическую волну, энергия которой превысит энергию волн, переизлученных соседними точками. Если же в данной точке нет явных нарушений сплошности, то сфокусированные лучи просто разойдутся и энергия вторичного сигнала, переизлученного данной точкой, окажется сравнительно невелика. По совокупности полученных таким образом оценок энергии переизлученных сигналов { SNR_ijk} судят о наличии в исследуемом участке среды неоднородностей и их конфигурации.

Предложенный способ позволяет повысить разрешающую способность и надежность обнаружения объектов, излучающая способность которых мала или вовсе отсутствует, и отличающихся по своим свойствам от вмещающей породы, и получить объемное изображение таких объектов за счет двойной фокусировки излучающей и приемной сейсмических групп на точках опроса внутри среды, накопления и оптимальной фильтрации принимаемых сигналов.

Надежность обнаружения, точность и качество картирования неоднородностей в сильной степени зависят от достоверности априорной скоростной модели. Совмещение координат установки излучателя и сейсмоприемника позволяет использовать при обработке прямые и переизлученные волны, распространяющиеся по одной и той же траектории, благодаря чему повышается вероятность правильного обнаружения и точность картирования объектов за счет уменьшения погрешностей, связанных с априорной неопределенностью скоростной модели. Использование одного излучателя и одного приемника, перемещаемых по площадке наблюдения, вместо многоэлементной площадной группы излучателей и приемников принципиально упрощает и удешевляет исследования и повышает эффективность метода. Кроме того, в данном способе отпадает необходимость решения целого ряда сложных проблем, связанных с обеспечением строгой идентичности параметров многих излучателей и сейсмоприемников, жесткой взаимной привязки моментов возбуждения многих излучателей группы. Единой естественной точкой отсчета времени и взаимной привязки каналов на обрабатываемой сейсмограмме является фактический момент излучения сигнала в каждом пункте размещения пары излучатель-приемник.

Формула изобретения

Способ сейсмической разведки, включающий многократное излучение и прием сейсмических сигналов в заданных точках наблюдения, накопление переизлученных неоднородностями среды сигналов и суждение по результатам обработки полученных данных о наличии в исследуемом участке среды неоднородностей и их конфигурации, отличающийся тем, что излучение и прием сейсмических сигналов осуществляют установленной над исследуемым участком среды парой сейсмический излучатель - сейсмический приемник, задают координаты узлов сетки опроса среды, рассчитывают на основании скоростной модели среды времени пробега волн, обеспечивающие фокусировку суммарного зондирующего луча на каждом узле сетки опроса среды и при обработке полученных данных вычисляют оценки энергии волн, переизлученных из узлов заданной сетки опроса среды.