Глава III. Методика сейсмических наблюдений.

Факторы, определяющие выбор методики работ.

 

Методика - это те общие правила, согласно которым должны быть проведены работы для решения поставленных задач. В сейсмо­разведке это означает получение таких записей, на которых наибо­лее четко могут быть выделены полезные волны и извлечена необхо­димая информация о разрезе. Методика включает в себя вопросы возбуждения, приема и регистрации сейсмических колебаний.

Полезные волны и помехи.

В сейсмическом волновом поле одновременно с полезными волнами присутствуют и помехи. Полезные волны - это те волны, которые не­сут информацию об исследуемых данным методом свойствах разреза. В методе отраженных волн - это отраженные от исследуемых границ волны, в методе преломленных волн - преломленные (головные или рефрагированные) волны и т.д. Так как все волны несут какую-то информацию, то часто те волны, которые должны быть зарегистрированы с целью извлечения по ним информации о строении разреза, называют целевымиволнами.

Помехи бывают двух видов: случайные, не связанные с источни­ком возбуждения колебаний - шумы (микросейсмы) и регулярные помехи - колебания, возбуждаемые этим же источником, которые не несут необходимую в данный момент информацию, но мешают прослеживанию полезных волн (например: поверхностные, дифрагированные и прелом­ленные волны в MOB).

Отношение сигнал/помеха - это отношение амплитуды полезного сигнала к амплитуде помехи. Амплитуду шумов обычно измеряют среднеквадратическим значе­нием. Для сопоставления сигнал также приближенно можно привести к среднеквадратическому значению.

Визуально удается прослеживать волны на сейсмограммах даже при отношении сигнал/помеха равном 1. Погрешность определения амплитуды сигнала при этом приближается к 100%. Конечно, при таком отношении сигнал/помеха нельзя определять количественные параметры сигнала: амплитуду, частотный состав и т.д. Для методов обработки, использующих количественные параметры сигнала необходимо превышение амплитуды сигнала над амплитудой помех 10 и более раз.

На отношение сигнал/помеха сейсмической записи влияют самые разные факторы. Вот некоторые из них: сейсмогеологические условия исследуемого района (геологическое строение и физические свойства пород - независимые от исследователя условия), погод­ные условия (например: при ветре и дожде уровень микросейсм резко повышается), тип и качество аппаратуры (мощность источника, чувстви­тельность приемной системы), методика работ (система наблюдений, число накоплений и т.д.).

Правильный выбор методики работ может обеспечить многократное повышение отношения сигнал/помеха. Дальнейшее увеличение этого отношения может достигаться при цифровой обработке полученных данных, однако многие современные способы обработки требуют и проведения наблюдений по специальной методике (метод общей глубинной точки, площадные системы наблюдений или 3D сейсморазведка). Поэтому именно в этом разделе вкратце рассмотрены основные физические принципы борьбы с помехами в сейсморазведке.

Способы увеличения отношения сигнал/помеха при возбужде­нии колебаний.

Один из наиболее эффективных способов повышения отношения сигнал/помеха - помещение источника в скважину (см. § 4).

Для поверхностных источников наиболее эффективны следующие способы:

1. Накопление сигналов путем многократных возбуждений коле­баний при фиксированном положении источника и приемника. Соглас­но теории информации ([5], стр. 401) амплитуда регулярных сиг­налов при суммировании возрастает как , а шумов . Отношение сигнал/шум возрастает в раз (N -количество циклов возбуждений). Рис.17 на практическом примере иллюстрирует, как при накоплении возрас­тает отношение сигнал/помеха (амплитуды сигнала на всех трассах приведены к начальному уровню путем деления трассы на N. 1 и 2 – регулярные сигналы разной амплитуды). Регулярные помехи (например: по­верхностные волны) при таком накоплении не подавляются.

2. Группирование источников. На профиле располагаются нес­колько источников таким образом, чтобы полезный сигнал, возбуж­даемый ими, принимался синфазно (или примерно синфазно), а регу­лярные помехи - в противофазе (или примерно в противофазе). При наиболее благоприятном расположении источников и приемников полезный сигнал возрастает в раз, помеха существенно подавляется. Расстояние между источниками выбирается исходя из частотного состава колебаний и кажущейся скорости полезных волн и помех. На рис.18 показано, как при группировании источников подавляется по­верхностная волна ([1], стр. 104). Так как поверхностная волна (2 на рис.18) распространя­ется по поверхности, ее кажущаяся скорость по линии профиля (вдоль группы) равна истинной скорости и достаточно мала (). Если расстояние между источниками в группе (), которое определяет разность времен вступлений поверхностных волн от соседних источников (), выбрать таким, чтобы выполнялось условие ( - видимый период колебаний частиц поверхностной волны), то поверхностные волны от этих источников суммируются противофазно, и суммарное колебание в точке приема оказывается минимальным. В то же время кажущаяся скорость отраженных волн (1 на рис.18) вдоль профиля многократно превышает их истинную скорость, так как они подходят снизу к поверхности почти перпендикулярно. Поэтому разность времен прихода для отраженных волн очень мала. Они суммируются в фазе, их амплитуда возрастает в N раз.

 

Отношение сигнал/шум при группировании источников возрастает в N раз, так как уровень шумов в точке приема остается неизменным. Поэтому группирование источников предпочтительнее накопления сигналов путем многократного возбуждения колебаний, так как при одинаковых энергетических затратах на возбуждение колебаний группирование обеспечивает в раз больший выигрыш в отношении сигнал/помеха и повышение производительности работ.