Выбор параметров системы наблюдений

Вид системы наблюдения, ее количественные параметры, зависит от множества факторов, общий принцип проектирования рациональной системы наблюдений- это обеспечение максимальной информативности полевых наблюдений при минимальных затратах, если экономическую эффективность просчитать не сложно, то геологическую информативность оценить порой очень трудно. Основными критериями здесь служат: качество прослеживания целевых волн и превышение их амплитуд над уровнем помех.

Если амплитуда сигнала не превышает как минимум в 1,5 раза амплитуду помехи, то такой сигнал прослеживается с трудом. Поэтому изучение условий прослеживаемости целевых волн- основа выбора рациональной системы наблюдения.

Для выполнения этой задачи, перед началом работ проводят волновое зондирование с привлечением материалов ВСП.

Комплекс таких исследований позволяет установить зону прослеживаемости каждой целевой волны и интервал дистанций с наиболее благоприятными условиями.

Волновое зондирование применяется с целью детального изучения волновой картины для данных конкретных условий. При этом на продольном профиле записывают колебания с малым шагом наблюдения (5-10 м), источник располагается на одном месте, а точки наблюдения удаляются до максимально возможной дистанции, достигающей иногда 3-4 км и более. В результате получают многоканальную сейсмограмму от общей точки возбуждения, которую называют- волновым зондом.

При работах МОВ полезные волны желательно наблюдать возможно ближе к источнику. В этом случае на сейсмограммах отражения от близких границ наиболее четкие, а лучевые траектории при малых углах падения минимально отличаются от прямолинейных, что очень важно для точности структурных построений.

В то же время наблюдения в дальней зоне прослеживаемости важны тем, что на больших дистанциях годографы целевых волн и помех наиболее сильно отличаются друг от друга и соответственно волны- помехи легче отфильтровывать.

В МПВ необходим особенно тщательный анализ волновой картины во избежание грубых ошибок при прослеживании волн так как в условиях горизонтально слоистых разрезов преломленные и отраженные волны имеют иногда одинаковые годографы. Наиболее точный анализ природных волн возможен при их записи в первых вступлениях, когда помехами являются только микросейсмы.

Как правило зоны прослеживаемости преломленных волн бывают первые вступления, которые могут находится на дистанциях превосходящих глубины преломляющих границ в 5-10 раз. Поэтому МПВ- это метод с большими дистанциями.

При работе по методу непрерывного продольного профилирования в 2Д, а это одна из самых распространенных методик, самыми важными параметрами системы наблюдения являются:

-шаг ПП;

-длина сейсмической расстановки;

-количество источников в базе наблюдения;

-кратность перекрытия.

По методическим и экономическим соображениям обычно выгодны расстановки большой длины, максимально использующие протяженность зон прослеживаемости целевых волн.

Длина расстановки L определяется канальностью сейсмостанции N и шагом и шагом между ПП.

L= (N-1)

При этом L обычно бывает от 1,5 до 5 км для современных многоканальных станций.

Для малоглубинных исследований, при решении задач инженерной геологии, бывает достаточным применение сейсмостанции 24 или 12 каналов. При выборе шага каналов , приходится учитывать противоречивые обстоятельства. С одной стороны, чем больше величина , тем длиннее расстановка и соответственно выше производительность работ и ниже себестоимость, с другой стороны с увеличением шага между каналами, снижается надежность прослеживания полезных волн на фоне помех и уменьшается разрешающая способность метода при исследовании сложных геологических объектов. При хорошей стабильности формы сигнала и достаточном превышении над помехами амплитуд полезных волн, если разница времени прихода не превосходит половину периода колебаний, наблюдается уверенный прием. Это означает, что шаг наблюдения не должен превышать половины кажущейся длины волны

Отсюда видно, что переход к регистрации более высоких частот требует пропорционального сокращения шага наблюдений. Это необходимо также при наблюдении отражений от крутопадающих границ отличающихся пониженными значениями кажущихся скоростей.

В среднечастотной сейсморазведке МОВ шаг каналов составляет от 15-20 до 60-70 м. Наиболее распространена величина =50м, при которой шаг отражений всегда в 2раза меньше чем шаг наблюдений приблизительно равен 25м. Такая плотность прослеживания глубинных объектов считается достаточной при решении широкого круга задач. В то-же время при малоглубинных исследованиях, когда можно наблюдать отражения на частотах 200-300 Гц и выше, шаг ПП уменьшают до 5-10 м.

В МПВ для изучения средних и малых глубин применяют тот же шаг каналов, что и в среднечастотной сейсморазведке МОВ.

При наблюдениях волны преломленных на подошве ЗМС, шаг сейсмоприемников составляет 5-10м, причем для повышения точности результатов точки приема (ближайшие к ПВ) часто сгущают до интервалов 2-3м. Профилирование МПВ в целях глубинных исследований выполняют с увеличением шага каналов до 100-200м.

На профилях ГСЗ ПП может располагаться через 3-5 км. и более. В этом случае необходимо применение автономных регистрирующих приборов с дистанционным управлением. Количество источников, действующих с 1 расстановкой, зависит прежде всего от применяемого метода.

В МОВ работают как правило с одним источником, положение которого фиксировано относительно расстановки.

В МПВ для наблюдения нескольких целевых волн, в области их первых вступлений, приходится применять системы с несколькими парами выносных источников, каждая пара расположена симметрично с обеих сторон от базы приема обеспечивая получение встречных годографов преломленной волны.

Методику многократных перекрытий применяют для ослабления регулярных и нерегулярных волн помех, кратность перекрытия выбирают исходя из соотношения сигнала помехи на полевых записях.

В МОГТ кратность перекрытий орбычно бывает от 15-60, чаще всего 25-30. в очень редких случаях кратность бывает >60. приемные линии в площадной установке в 3Д ориентируются в крест простирания целевых горизонтов (как это делается в 2Д). В двухмерной сейсморазведке величина дистанций определяется формулой

В рациональной системе наблюдений, точки ОСТ должны равномерно покрывать исследуемую площадь.В этом случае эффективность и информативность сейсморазведки наилучшая.

В 3Д так же как и в 2Д величины дистанция одинаковы. Площадные наблюдения так же как и профильные, чаще всего обрабатываются с шагом 50м. при этом обычно составляет 50, 75 и 100м. в результате образуются сектки ОСТ следующих типовых размеров: 25х25; 25х37,5; 25х50. высокая плотность сейсмитческих данных необходима для детального исследования сложных структурных каналов.

Специальные исследования показывают, что в 3Д съемках получить требуемой соотношение сигнал-помеха можно при меньшей кратности перекрытий чем в 2Д.

Прием и запись колебаний.

На прием упругих колебаний влияют частотные характеристики сейсмоприемников и параметры группирования. В теории сейсмоприемников известно, что они с наименьшими искажениями преобразуют колебания превосходящие их собственную частоту и ослабляют низкочастотные гармоники. Это обстоятельство необходимо учитывать при выборе сейсмоприемников. Выбор собственной частоты сейсмоприемников определяется решаемыми задачами и спектром полезных и мешающих волн. Когда интенсивность низкочастотных поверхностных волн-помех очень высока, а глубина исследований не очень большая, более эффективным может быть применение сейсмоприемников с частотой f=20-30 Гц. В рудной геофизике при аналогичных условиях 40-60 Гц.

Региональные работы МПВ проводят с сейсмоприемниками с частотой f=5-10 Гц, а наиболее глубинные исследования ГСЗ выполняют специальными низкочастотными сейсмоприемниками 1-3 Гц.

Выбирая их собственную частоту следует учитывать, что поперечные волны имеют более низкочастотные спектры колебаний, чем продольные.

Важную роль играют условия установки сейсмоприемника.

Корпус приемника и окружающий грунт образуют дополнительную колебательную систему, собственная частота которой, зависит от упругих свойств грунта, массы прибора, его размеров и характеристика контакта с почвой. Эта частота возрастает при уменьшении массы приемника и увеличении поверхности его соприкосновения с почвой.

Чтобы уменьшить поглощение, упругость колебаний в наиболее рыхлом верхнем слое, приемники устанавливают в неглубоких слоях или втыкают в землю на штырях. В случае необходимости приборы устанавливают на забитые колья.

Группирование сейсмоприемников является важным приемом, особенно применяемым в МОВ и ОГТ, где на одних каналах работают до 30 сейсмоприемников.

В группе сейсмоприемники соединяют параллельно и последовательно-параллельно.

Во втором случае снижается чувствительность канала, зато уменьшается уровень электронаводок на соединительную линию. На практике используют линейные или площадные группы сейсмоприемников. Группирование приемников создает дополнительный эффект направленности.

Линейные, продольные группы сейсмоприемников подавляют низкоскоростные помехи поверхностного типа, длины волн которых измеряются единицами и десятками метров. Максимальные длины подавляемых волн определяют величину базы группы, а минимальные – шаг

L=(n-1)

n- количество каналов;

-расстояние между гирляндами.

Группированию сейсмоприемников как и источников характерен эффект низкочастотной фильтрации, который вызывает относительные сдвиги времен прихода волн к отдельным приборам группы из-за неровности рельефа и неоднородностей строения ВЧР. Этот нежелательный эффект возрастает с увеличением размера гирлянды. Поэтому с развитием высокоразрешающей сейсморазведки усиливается тенденция к сокращению размеров групп.

В МОВ группирование применяют при работах в 2Д так и в 3Д. При этом эффект линейного группирования для 2Д и 3Д различен.

При площадных работах для каждого ПП направление на различные ПВ не остаются постоянными и могут меняться пол всему кругу. При этом каждый раз меняется угол между направлением на источник и осью линейной группы колебаний. В результате существенно изменяется эффект направленности группы по отношению к регулярным волнам, как полезным волнам так и помехам, а это влияет на динамическую интерпретацию волновой картины. Поэтому в 3Д сейсморазведки целесообразно сокращать длину базы группирования приемника или, что еще лучше, переходить на их площадное группирование, которое имеет более однородную характеристику направленности.

Выбор оптимальной методики полевых работ означает правильный подбор оптимальных параметров регистрации. К оптимальным параметрам относится также шаг дискретизации, частотная фильтрация и коэффициент предварительного усиления. Шаг дискретизации ограничивает спектр записываемых колебаний, чем выше частотный спектр сейсмитческих колебаний, тем меньше должен быть , однако при этом резко возрастает объем перерабатываемой информации, что сказывается на продолжительности и стоимости работы.

Шаг дискретизации имеет ряд стандартных значений ¼; ½; 1; 2; 4 мс, от величины зависит предельная частота записываемых колебаний. Шаг дискретизации влияет на длину сейсмической записи (L) . при постоянном шаге дискретизации , длина записи L:

L = , где n-количество приемников.

Величина L должна обеспечивать запись всех полезных волн, но не быть избыточной. При работе с импульсными источниками длина меняется от долей секунды- в инженерной сейсморазведке; от 4 до 6 сек.- в нефтепоисковой.

В ГСЗ длина записи может достигать 20 секунд. При работе с вибраторами длина записи возрастает на величину длительности генерируемого сигнала, достигающей 10-15 секунд. При работе в МОГТ в 2Д сейсмостанции снабжаются двойным комплектом кос и сейсмоприемников. В процессе работ на вход усилителей сейсмостанций подключаются те каналы, которые соответствуют очередному ПВ- эти каналы называют активными. Тем самым приемная расстановка перемещается по профилю без передвижения самой станции, что повышает производительность работ. Сейсмостанция меняет свою позицию только после того, как задняя секция косы полностью обработана и переставляется вперед. В 3Д сейсморазведки площадная расстановка приемников обычно размещается на нескольких параллельных профилях, расстояние между которыми измеряется сотнями м. вдоль них раскладывают секции телеметрического кабеля к которому подключают операционные модули. К модулям подключаются группы сейсмоприемников в системе Y\O модули- шестиканальные двухсторонние, каждый из них принимает аналоговые сигналы от трех групп сейсмоприемников, расположенных на линии перед модулем и трех групп после него. При шаге каналов =50м, шаг модуля = 300м.

На всей площади 3Д поперек приемным линиям прокладывают дополнительный телеметрический кабель, который связывает приемные линии между собой и подсоединяет к центральной аппаратуре сейсмостанции. Все полевые модули обеспечиваются автономным питанием, для чего к ним присоединяют сменные аккумуляторные батареи, также как и 2Д реализуется конвейерная технология перемещения площадной базы приема. Для обеспечения такой технологии измерения, помимо активных каналов приемная линия должна иметь достаточное количество опережающих каналов, которые подключены к кабелю но еще не коммутированы на запись колебаний.

Перед записью очередной сейсмограммы компьютер с помощью специальной программы формирует блок активных каналов и требуемую систему наблюдений. В современных сейсмостанциях имеется система диагностики , тестирования и калибровки рабочих и вспомогательных каналов. Эти процедуры выполняются в автоматическом режиме, результаты контроля выводятся на дисплей.