Т>
Основные перспективы развития невзрывной сейсморазведки связываются с широким внедрением способов, предполагающих возбуждение и регистрацию сложных сейсмических сигналов, т. е. сигналов, для которых выполняется, условие Af3(j, — Т «1, где Af3(}, — эффективная ширина спектра сигнала, Т — длительность сигнала: Использование таких сигналов в сочетании с оптимальной фильтрацией позволяет значительно повысить помехоустойчивость сейсмической разведки по отношению к некогерентным • помехамНаибольший интерес при этом представляют квазигармонические сложные сигналы, обеспечивающие возможность гибкого варьирования спектральным составом возбуждаемых колебаний.
Первые положительные результаты по практическому использованию квазигармонических сейсмических сигналов были получены в США в 1959 -1960 гг. (Д.Крауфорд, В. Дота, М. Ли). Фирма «Continental Oil Company» («Сопосо») разработала метод и аппаратуру с торговой маркой «Vibroseis». Большой вклад в разработку теории, методики, математического обеспечения и технических средстввибросейсморазведки: внесли российские учёные: И. С. Чичинин.- М-Б.Шнеерсон, А.Г.Асан-Джалалов, В. А. Бабешко, Т. М. Гродзянская, Г. П. Евчатов, Ю. П. Кострыгин, А. И. Лугинец, Ю. П. Лукашин, АМ. Седин, А. С. Шагинян, В. И. Юшин и др.
В настоящее время вибросейсмический метод получил широкое практическое применение. Этому обстоятельству способствует высокая геологическая эффективность метода, сопоставимая в большинстве случаев с эффективностью сейсмической разведки, использующей взрывные скважинные излучатели. Применение вибросейсморазведки улучшило условия труда, снизило уровень опасности работ и свело к минимуму вред, наносимый окружающей среде. Последнее обстоятельство во многих случаях является приоритетным при выборе способа возбуждения сейсмических колебаний, т.к. в настоящее время экологические службы в принципе запрещают проведение буро-взрывных работ в пределах большого числа площадей, перспективных для разведки на нефть и газ. Вместе с тем успехи, наметившиеся в последние годы в. области геологической интерпретации сейсмических материалов, выдвигают весьма жёсткие требования к качеству сейсмических записей. Поэтому исследования, направленные на развитие технологии и повышение геологической эффективности вибросейсмического метода, являются в настоящее время весьма актуальными.
Особое место в невзрывной сухопутной сейсморазведке занимает способ, основанный на возбуждении кодоимпульсных последовательностей (Г. ИМолоканов, В. В. Ивашин, Ю. П. Кострыгин, И: А. Милорадов, В. И: Роман, Ю. А. и др.). По своему физическому содержанию способ занимает промежуточное место между импульсным и вибросейсмическим методамиТак же, как и вибросейсмический метод, кодоимпульсный метод отличается повышенной помехоустойчивостью по отношению к некогерентным помехам. Вместе с тем техническая реализация кодоимпульсного возбуждения является значительно более простой. Учитывая относительную простоту конструкции и в связи с этим более низкую себестоимость кодоимпульсных излучателей, есть все основания считать, что кодоимпульсный метод, будет привлекать к себе всё большее внимание специалистов и найдёт широкое применение в сейсморазведке. Поэтому развитие технологии кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний, также как и развитие технологии вибросейсмического метода, является, безусловно, актуальным.
Целью диссертационной работы является исследование и развитие технологии вибросейсмической разведки и кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний. В соответствии с целевым назначением сформулированы задачи работы:
1. Оценка необходимой точности представления: вибросейсмических сигналов.
2. Исследование основных динамических характеристик колебательной системы вибратор-грунт в зависимости от условий возбуждения и параметров конструкции вибросейсмических излучателей.
3. Изучение основных особенностей волнового вибросейсмического поля и развитие методики вибросейсмических наблюдений? с учётом современного уровня сейсмической разведки.
4. Изучение возможности улучшения динамики вибросейсмических записей, повышения глубинности вибросейсмических исследований и снижения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ путём использования комбинированных и нелинейных развёрток.
5. Разработка способа компенсации искажений волнового вибросейсмического поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта и условий контакта излучающих плит вибраторов с.
• грунтом, не требующего резервирования энергии излучателя.
6. Выбор кодоимпульсных сигналов с учётом динамической неустойчивости излучателей, пригодных для использования в сейсмической разведке.
7. Разработка и исследование фильтров с комплексными передаточными функциями, позволяющих уменьшить мешающее влияние помех корреляционного преобразования, как в ближней, так и в дальней зонах корреляционных функций вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.
Диссертация подготовлена в основном по результатам теоретических, модельных и опытно-методических исследований, выполненных автором* в разные годы в Краснодарском филиале ВНИИГеофизики, в ПГО «Центргеофизика» (в настоящее время ФГУ ГНПП «Спецгеофизика»), В ОАО «Краснодарнефтегеофизика», в ПГО «Узбекгеофизика, а также в ООО Новосибнефтегазгеофизика».
Результаты проведённых исследований, определяющие научную значимость проделанной работы, сводятся к следующему:
1. Для наиболее: полной 3-х массовой модели вибросейсмического излучателя проведён теоретическийанализ динамических характеристик гидравлического вибратора: Наряду с теоретическим анализом колебательной t системывибратор-грунт проведены всесторонние экспериментальные исследования динамических характеристик вибросейсмических излучателей: Выполнен сравнительный анализ АЧХ вибраторов и взрывных скважинных излучателей.
2. Исследовано влияние разрядности кодирования вибросейсмической информации на уровень, помех: корреляционного преобразования при? различныхпараметрах вибросейсмических сигналов, выполнены исследования минимально допустимой разрядностиfкодирования виброграмм! в зависимости: от динамического диапазоназаписи и отношения сигнал/помеха на исходных виброграммах, а также возможности уменьшения, частоты квантования виброграмм прииспользовании высокочастотных вибросейсмических развёрток.
3. Выполнены исследования доминирующих помех, формируемых при поверхностном" возбуждении сейсмических колебанийбольшоевнимание уделено изучению особенностей волновых полей, регистрируемых привибросейсмических наблюдениях в условиях Крайнего Северасформулированы современные подходык выбору. методики вибросейсмических наблюдений (авт. св. № 940 095, № 1 023 267, № 1 539 700).
4: Проведено изучение возможности повышения эффективности вибросейсмического метода путём применения-, комбинированных и? нелинейных развёртокисследована возможность реализации оптимальной фильтрации обнаружения на этапе возбуждения колебаний (авт. св. № 1 774 301, СССР) — предложен и исследован способ уменьшения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ путём применения фазового кодирования для. непрерывных последовательностей укороченных вибросейсмических сигналов (патент № 2 102 776, Россия).
5. Исследованы принципиальные возможности использования вибросейсмического методадля решения задач, связанных с прогнозированием геологического разреза. Разработанспособ компенсации искажений волнового поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунтаи условий контакта излучающих плит вибраторов с грунтом, не требующий резервирования энергии излучателя (авт. св. № 1 805 411, СССР).
6. Проведён анализ корреляционных функций однополярных и двухполярных импульсных последовательностей? с учётом динамической неустойчивости кодоимпульсных излучателей.
7. Исследована возможность подавления корреляционного фона в ближней и дальнейзоне корреляционных функциш при использовании вибросейсмических и однополярных кодоимпульсных сигналов путём применения фильтров с комплексными передаточными функциями (патенты № 2 014 637, № 2 014 638, Россия).
Практическая значимость работы сводится к следующему:
— Полученные динамические характеристики вибросейсмических излучателей позволяют прогнозировать возможные изменения волнового поля, связанные с изменением условий возбуждения колебаний или с переходом на другой тип вибратора, а также могут быть использованы при обосновании необходимых технических характеристик вибросейсмических излучателей.
— Исследования влияния параметров вибросейсмических сигналов и динамических особенностей исходных записей на уровень помех корреляционного преобразования при различной разрядности кодирования информации, а также анализ возможности уменьшения частоты квантования виброграмм позволяет более обоснованно определять необходимую проектную точность представления вибросейсмических сигналов при создании специализированных вычислительных устройств, используемых для экспресс-контроля вибросейсмических записей, а также для цифровой передачи сигналов по радиоканалу.
— Выполненные исследования волновых вибросейсмических полей и методики наблюдений дают возможность более объективного представления природы и физических особенностей регистрируемых полей и позволяют осуществить более качественный выбор оптимальной методики вибросейсмических наблюдений.
— Проведённые исследования* комбинированных и нелинейных развёрток позволяют улучшить динамику регистрируемых колебаний, повысить комплексныйкоэффициент качества записей и при1 необходимости снизить, опасность разрушения зданий и сооружений при вибросейсмических работах.
— Разработанный способ компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний без резервирования энергии вибраторовпозволяет более эффективно по сравнению с известными способами компенсации неидентичности использовать энергию излучателя в условиях повышенного мешающего влияния некогерентных помех.
— Исследования, выполненные в области кодоимпульсного накапливания колебаний, позволяют выбрать кодоимпульсные сигналы с учётом параметров единичных импульсов и с учётом динамической неустойчивости излучателей-приемлемые для использования в сейсмической разведке, и сформулировать требования к виброимпульсным излучателям.
Предложенные и исследованные в работе фильтры с комплексными передаточными функциями позволяют уменьшить мешающее влияние корреляционного фона, как в ближней, так и в дальней зонах корреляционных функций вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов и тем самым получить первичные материалы, более пригодные для глубокойгеологической интерпретации.
Автор выносит на защиту:
1. Необходимая точность представления вибросейсмических сигналов.
2. Динамические характеристики колебательной системы вибратор-грунт. Сравнительный анализ динамических характеристик гидравлических вибраторов и взрывных скважинных излучателей.
3. Исследование волновых вибросейсмических полей и оптимизация методики вибросейсмических наблюдений.
4. Анализ возможности повышения эффективности вибросейсмического метода путём использования нелинейных и комбинированных развёрток.
5: Фильтры с комплексными передаточными функциями для подавления помех корреляционного преобразования не только в ближней, но и дальней зоне функции взаимной корреляции для вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.
6. Возможности прогнозирования геологического разреза с использованием вибросейсмического метода.
7. Анализ возможностей применения в сейсморазведке кодоимпульсных сигналов.
Работа состоит из введения, девяти глав, заключения, списка литературы из 84 наименований, 151 рисунков и 5 таблиц. Общий объём работы составляет 361 страницу машинописного текста.
Выполнению работы способствовали творческие контакты с докторами наук М. Б. Шнеерсоном, С. И. Дембицким, В. В. Ивашиным, Г. П. Евчатовым, Т. Л. Бабаджановым, А. П. Жуковым, кандидатами наук В. А. Гродзенским, В. В. Михайловым, А. И. Лугинцом, В. Я. Лапидусом, И. Г. Бинкиным, В. И. Романом.
Особо признателен автор генеральному директору ЗАО* «Геосвип».
A.Г.Асан-Джалалову и генеральному директору ЗАО «Сибнефтегазгеофизика» Б. Ф. Адамовичу за внимание и содействие в работе, а также своим ближайшим коллегам за помощь во внедрении его разработок:
B.С.Петрову, АМ. Нигматзянову, В. Н. Лаптеву, В. И. Дёмину, А. Д. Кравченко.
1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ И НЕОБХОДИМАЯ ТОЧНОСТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В результате исследований по теме диссертационной работы получены следующие основные выводы и результаты:
1. Показано, что ухудшение качества коррелограмм при уменьшении разрядности кодирования виброграмм связано главным: образом с увеличением интенсивности помех корреляционного преобразования. Основные связи между уровнем корреляционного фона для малоразрядного кодирования и параметрами вибросейсмических сигналов можно сформулировать следующим образом:
— при малоразрядном кодировании виброграмм увеличение периода квантования по времени даже в области значений At.
— при малоразрядном кодировании скосы практически не увеличивают динамический диапазон преобразования;
— несколько ослабить корреляционный фон при малоразрядном кодировании можно путём увеличения длительности зондирующего сигнала;
— только при большом числе разрядов (начиная с 7−8 разрядов) наблюдается тенденция к уменьшению уровня корреляционного фона с расширением частотного диапазона развёртки;
Установлено, что коррелограммы удовлетворительного качества при знаковом кодировании виброграмм представляется возможным получить лишь при условии D3<14 дБ и р"0,2- расширить область применения! знаковой корреляции при экспресс-контроле полевых материалов можно путём накапливания записей. При D3<35 дБ высокое качество записей представляется возможным обеспечить с использованием 4-х разрядного кодирования виброграммесли D3>35 дБ необходимо 5-, 6-разрядное кодирование исходной информации. Показано, что для сейсморазведки, задачи которой ограничены структурными построениями, искусственное удвоение частоты квантования виброграмм путём интерполяции отсчётов позволяет без ущерба для качества работ увеличить период квантования исходных виброграмм в соответствие с условием At< 1/(2,8fmax)-2. На основании исследований динамических характеристиксистемы «вибратор-грунт» показано, что:
— с увеличением инертной массы, в области низких частот наблюдается повышение интенсивности колебаний опорной плиты, поэтому чрезмерное увеличение инертной массы является нежелательнымпо мере увеличения шп амплитудно-частотные характеристики для опорной плиты становятся более равномерными за счёт относительного уменьшения резонанса в области низких частот, формируемого главным образом инерционной массой;
— значительное влияние параметров шп и ши на форму АЧХ вибратора для i смещения инерционного груза отмечается, в основном, на низких частотах, примыкающих к резонансной частотепри этом резонанс системы для инерционного груза смещается влево по мере увеличения шп и шив большой степени форма АЧХ вибратора для инерционного груза зависит от параметров ки и fHпри увеличении ки и уменьшении fH значенияАЧХ для инерционного груза возрастают, а сама характеристика системы становится более высокочастотной;
— низкочастотный резонанс смещения транспортного средства может существенно! возрастать, при увеличении массы инерционного груза, а также при уменьшении массы и площади опорной плитыочевидно, что усиление резонансных свойств колебательной системы для транспортного средства является не желательным, т.к. приводит к снижению? надёжности излучателей и ухудшению условий работы операторов вибросейсмических установок;
— резонансная частота и полоса пропускания АЧХ вибратора для опорной плиты смещаются в сторону верхних частот по мере увеличения жёсткости грунтатак, для вибратора СВ-5−150М полоса пропускания на уровне 0,7 в условиях пахоты соответствовала диапазону 17−27 Гц, для грунтов средней жёсткости 14−42 Гц и для грунтов повышенной жёсткости 18−81 Гц- - существует чётко выраженная тенденция к увеличению коэффициентов нелинейных искажений ун по мере возрастания жёсткости грунтатак для вибратора СВ-5−150М в диапазоне частот от 12 до 30 Гц максимальные значения коэффициентов ун достигали в условиях пахоты 30%, в условиях грунтов средней жёсткости 16−60% и в условиях жёстких грунтов 50−175%- на грунтах пониженной и средней жёсткости нелинейные искажения устойчиво возрастают по мере уменьшения частоты от 30 до 6 Гцна частоте 30 Гц коэффициенты ун принимали значения 4−21%, а на частотах 6−8 Гц достигали 40−100%. Важно при этом отметить, что по мере увеличении нелинейных искажений в системе вибратор-грунт отмечается уменьшение динамического диапазона корреляционного преобразования возбуждаемых сигналов. 3. Показано, что наиболее значимые модернизации вибросейсмических источников, выполненные в течение последних лет, весьма не существенно повлияли на повышение качества получаемых сейсмических материаловТакая ситуация объясняется прежде всего особенностямипостановки задачи по созданию сейсмических вибраторов. Действительно, последние годы разработчики вибраторов заняты созданием так называемых «широкополосных вибраторов», т. е вибраторов, которые в широком диапазоне частот обеспечивают одинаковое усилие на грунт. Однако при проведении сейсморазведочных работ, в основном, применяются датчики скорости смещения, и уже поэтому, так называемые широкополосные вибраторы при использовании ЛЧМ-сигналов позволяют получать относительно низкочастотные колебания. Очевидно, что при работес ЛЧМ-сигналами качество записей можно довести до уровня взрывных сейсмограмм, если резонанс колебательной системы вибратор-грунт приближается к резонансу взрывных скважинных излучателей, т. е. равен 50−60 Гц.
4. Наосновании исследований волновых вибросейсмических полей показано, что доминирующие волны Рэлея повсеместно являютсянаиболее интенсивными и многофазными помехамив основном они формируются в, нижней водонасыщенной части ЗМС и поэтому даже на участках барханного рельефа уверенно5 прослеживаются на удалениях от источника до 3−4 кмамплитуда таких помех возрастает по мере уменьшения мощности, ЗМС, поэтому не всегда^ уменьшение мощности ЗМС следует однозначно воспринимать как признак улучшения поверхностных сейсмогеологических условийПриповерхностном возбуждении — возрастает амплитуда колебаний, преломлённых от подошвы ЗМСустановлено, что указанные волны встречая на' своём пути резкие акустические границы, связанные с оврагами, плоскостями дизъюнктивных нарушенийдолинами рек и т. д., претерпевают отражения и возвращаются под разными углами кпрофилю, формируя таким образом интенсивные вторичные помехи, которые во многих случаях являются доминирующими. При сейсмических исследованиях с применением невзрывных излучателей существенное мешающее влияние на полезную запись могут оказывать микросейсмы сповышенным радиусом корреляцииустановлено, что по своейфизической природе в основном такие микросейсмы тождественны высокоамплитудным поверхностнымволнамВпервые установлено, что по мере увеличения шероховатостигрунта происходит усиление резонансных свойств колебательной системы вибраторатак, для арктического вибратора СВС24/РС27 ширина полосы пропускания на уровне 0,7 от максимальных значений АЧХ уменьшалась на 17% при шероховатости грунта L=0,2- на 33% при L=0,4 и на 54% при L=0,6- по этой-причине на шероховатом грунте возбуждаемые колебания становятся более многофазными и менее разрешёнными.
5. На основании исследований вибросейсмических полей в условиях Крайнего Севера впервые показано, что:
— в условиях Крайнего Севера' доминирующие изменения волнового вибросейсмического поля в пространстве прежде всего коррелируются с расположением гидрографической сетиустановлено, что при переходе вибраторов с суши на лёд, при условии не полного промерзания водоёма, информативность, сейсмограмм существенно уменьшается, а динамические характеристики регистрируемых колебаний ухудшаютсяизменения волновых полей, наблюдаемые при перестановке вибраторов с суши на лёд, связаны главным образом с особенностями частотных характеристик системы лёд-вода и в меньшей степени зависят от акустических свойств придонных осадков;
— заметное ухудшение динамики сейсмических записей происходит также в результате смещения с суши на лёд расстановки сейсмоприёмниковвесьма характерным для интервалов, расстановки, совпадающих с водоёмами, является формирование интенсивных высокоскоростных вторичных поверхностных волн-помех;
— при увеличении мощности снега от 5 до 105 см ухудшение качества вибросейсмических записей практически не происходитвместе с тем хорошая накатка слоя снега повышает помехоустойчивость вибросейсмического метода, существенно снижает дисперсию характеристик колебательной системы вибратор-грунт вдоль профиля и уменьшает амплитудно-частотные и фазо-частотныеискажения возбуждаемых сигналов, что, безусловно, способствует повышению эффективности сейсмической разведки;
— впервые показано, что существенное мешающее влияние на полезную запись в условиях Крайнего Севера могут оказывать обращённые вибросейсмические сигналы, формируемые в результате корреляционной свёртки опорного сигнала с импульсами, возникающими в результате самопроизвольного растрескивания льда при температурах менее -30°;
— показано, что для многих площадей, расположенных в пределах Крайнего Севера, доминирующими являются когерентные помехи, имеющие вид высокочастотного нерегулярного фонавпервые установлено, что по своей физической природе такие помехи соответствуют вторичным волноводным помехам и формируются в низкоскоростном приповерхностном слое, ограниченном сверху слоем сезонной мерзлоты.
6. На основании проведённых исследований по оптимизации методики вибросейсмических наблюдений можно сделать следующие выводы:
— не следует завышать интенсивность управляющего сигнала Апульт на входе ПЭГавпервые показано, что для грунтов средней жёсткости значения Апульт необходимо устанавливать, равными 60−70% от максимально возможного значения, а для жёстких грунтов АпуЛьтЛ-50%- качество получаемых вибросейсмических материалов в большой степени зависит от режимов эксплуатации ПЭГавпервые установлено существование устойчивой тенденции к. расширению спектров возбуждаемых вибросейсмических сигналов в сторону верхних частот по мере отпускания пружин первого каскада ПЭГа;
— впервые сформулировано положение о том, что на современномs уровне развития сейсморазведки оптимальное значение Fmax представляется возможным определить лишь на основании спектрального анализа целевых отражений на уровне временных разрезов ОГТ, полученных с применением широкополосных ЛЧМ-сигналовпоказано, что уменьшение Рщшдо 6−8 Гц позволяет в условиях низкочастотных грунтов заметно повысить разрешённость отражений и улучшить динамическую выразительность записивпервые показано, что при использовании вибраторов с повышенным износом силовой части обратные ЛЧМ-развёртки обеспечивают получение более качественных сейсмических материалов, по сравнению с прямыми ЛЧМ-развёртками;
— показано, что в условиях Западной Сибири весьма эффективно динамическое группирование вибраторовэто связано с тем обстоятельством, что поверхностные сейсмогеологические условия в Западной Сибири чрезвычайно изменчивы, вместе с тем современная полевая технология сейсморазведки практически не предполагает возможности коррекции параметров методики в процессе проведения работ, т. е. динамическое группирование вибраторов остаётся по существу одним из немногих методических приёмов, геологическую эффективность которого можно оперативно изменять с учётом качества сейсмических материаловпоказано, что для регулярных помех при условии At / Тв < 4 предельно целесообразное количество сейсмоприёмников в группе не превышает 16, если же на записи доминируют нерегулярные помехи, предельно целесообразное количество сейсмоприёмников в группе может достигать «30- при проведении вибросейсмических работ 3-D наметилась тенденция к чрезмерному уменьшению базы и элементности группирования сейсмоприёмников, в диссертации, показано, что такая тенденция методически представляется не обоснованнойпри проведении наблюдений 2-D в условиях интенсивных боковых помех предложен и опробован в производственном режиме способ, заключающийся в применении протяжённых линейных групп сейсмоприёмников с базами 150−200 м ориентированными под углом к профилю таким образом, чтобы проекция групп на линию профиля равнялась бы величине базы стандартного линейного группирования, используемого в конкретных условиях (авт. св. СССР № 1 023 267) — впервые установлено, что в отличие от протяжённых сигналов, для укороченных развёрток динамика возбуждаемых вибросейсмических сигналов не остаётся постоянной, а изменяется в зависимости от величины параметра Т, поэтому укороченные развёртки можно использовать для некоторой коррекции формы корреляционных импульсоввпервые показано, что при определении статических поправок на участках с мощностью ЗМС 10−30 м и более импульсный способ возбуждения обеспечивает, как правило, получение более достоверных данных по сравнению с вибросейсмическим методом, в связи с этим в комплект, оборудования производственной вибросейсмической партии целесообразно включать относительно простые импульсные излучателипоказано, что высокую эффективность при изучении самой верхней части разреза обеспечивают вибросейсмические наблюдения, выполненные по технологии «микро OFT».
7. Показано, что использование относительно простых комбинированных сигналов, состоящих всего из трёх развёрток одинаковой длительности и амплитуды с совпадающими значениями максимальных частот, позволяет достигнуть такой разрешённое™ колебаний, котораяприближается к предельно возможной разрешающей способности' вибросейсмического методауказанное обстоятельство даёт основание критически относиться к необходимости существенного усложнения комбинированных сигналовпоказано, что способ комбинированных сигналов позволяет, как правило, существенно улучшить динамические характеристики отражённых волн и повысить информативность сейсмической записи на временах до 2,5−3,0 с.
8. На основании исследований, выполненных с целью повышенияэффективности вибросейсмической разведки путём использования нелинейных развёрток, можно сделать следующие выводы:
— способ кусочно-линейных развёрток позволяет формировать сигналы с любым заданным спектром и в связи с этим обеспечивает наиболее эффективную реализацию самой идеи нелинейных развёртоквпервые показано, что в условиях юго-западной части Прикаспийской впадины способ высокочастотных кусочно-линейных развёрток обеспечивает повышение комплексного коэффициента качества (RPN) для надсолевых отражений, а также для отражений от границ в отложениях карбона и перми в 1,2−1,8 разаустановлено, что оптимальное количество п узкополосных ЛЧМ-сигналов в кусочно-линейной развёртке равняется 10−12;
— показано, что в отличие от комбинированных развёрток кусочно-линейные вибросейсмические развёртки позволяют формировать несколько более компактный главный максимум ФВК, однако уже на временах т>100 мс уровень пульсаций при использовании кусочно-линейных развёрток заметно превышает уровень корреляционного фона для комбинированных сигналовуказанное обстоятельство делает более предпочтительным применение комбинированных развёрток в условиях повышенного влияния помех корреляционного преобразованияпредложен и опробован в производственном режиме способ кусочно-линейных развёрток, позволяющий значительно улучшить качество регистрируемых глубоких отражений и заключающийся в формировании сигналов, амплитудный спектр ФАК которых совпадает с совокупной амплитудно-частотной характеристикой системы вибратор-грунт и среды для наиболее глубоких целевых отражений, делённой на амплитудный спектр мощности микросейсм (авт. св. СССР № 1 774 301) — такой способ является приблизительным аналогом оптимальной фильтрации обнаружения на стадии возбуждения сигналовпредложен и опробован в производственном режиме способ, позволяющий повысить безопасность зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ, и заключающийся в возбуждении разнополярных последовательностей укороченных ЛЧМ-сигналов, следующих без временных промежутков или с равными промежуткамифункция кода последовательности при этом задаётся таким образом, чтобы во временном интервале регистрации целевых отражений на коррелограмме исключалась бы компонента корреляционного фона, формируемая в связи с периодичностью сложного сигнала (патент России № 2 102 776) — задача, стоящая перед способом высокочастотных нелинейных развёрток, как правило не предполагает необходимости строгой компенсации частотных искажений сигнала в среде и системе вибратор-грунт, а заключается лишь в необходимости обеспечить достаточно высокое отношение сигнал/помеха во всём частотном диапазоне развёртки, поэтому для улучшения динамических характеристик регистрируемых колебаний наряду с кусочно-линейными развёртками могут вполне успешно применяться и другие типы нелинейных, развёртокразработана методика вибросейсмических наблюдений с использованием логарифмических развёрток для площадей Краснодарского края и с использованием степенных развёрток в условиях Бухарской ступени.
9- Впервые показано, что способ применения АРУ по виброграммам, разработанный фирмой Western Geophysical и получивший наименование «отбеливание» может сформировать ложное представление о взаимосвязях между параметрамиполевой методики и особенностями регистрируемых вибросейсмических полейприавтоматической регулировке амплитуд по виброграммамдинамические параметры полезных корреляционных импульсов в значительной степени зависят от амплитудных и временных соотношений между отражёнными волнами и доминирующими преломлёнными волнами, регистрируемыми в области первых вступлений, что приводит к возникновению «ложных» амплитудных аномалийустановлено, что в условиях относительно глубокого залегания целевых горизонтов (t>2,5−3 с) в результате использования АРУ по виброграммам при работе с прямыми ЛЧМ-развёртками происходит практическиполное подавление гармонических составляющих, расположенных левее 25 Гц и связанное с этим общее ухудшение качества сейсмических материаловдля высокочастотных нелинейных развёрток искажения сигналов. при использованииАРУ по виброграммам становятся более значительными, поэтому в этом случае применение АРУ по виброграммам в принципе не допустимо при прослеживании как глубоких, так и мелких отражений. 10. Предложен и опробован в производственном режиме фильтр с комплексными передаточными функциями, позволяющий в 25−30 раз ослабить корреляционный фон для вибросейсмических сигналов в v интервале 50−400 мс от главного максимума ФВК, а также повысить отношение сигнал/помеха для наиболее глубоких отражений на 18−28 дБ (патент России.
2 014 638) — учитывая успехи, наметившиеся в области интерпретации сейсмических материалов, можно утверждать, что необходимость применения фильтров, позволяющих ослаблять корреляционный фон, будет становиться всё более актуальной.
11. Показано, что в благоприятных условиях вибросейсмический метод способен обеспечить высокую эффективность исследований по прогнозированию геологического разреза, при этом более предпочтительным является использование широкополосных нелинейных или комбинированных развёртокустановлено, что при вибросейсмических наблюдениях динамические аномалии: отражённых волн за счёт изменения условий возбуждения могут в 2−3 раза превышать аналогичные аномалии при работе со взрывом, поэтому для повышения достоверности вибросейсмических работ ПГР чрезвычайно важно вибросейсмические комплексы: оснащать современными системами управления, обеспечивающими не только фазовуюно и амплитудно-частотную коррекцию возбуждаемых колебанийпредложен и опробован в производственном режиме способ компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний, не требующий резервирования энергии излучателя и позволяющий исключать ложные динамические аномалии, связанные с изменением физико-механических свойств грунта по профилю, не снижая при этом энергетическую эффективность используемых излучателей (Авт. св. CCGP № 1 805 411).
12- Исследованы и впервые использованы в сейсморазведке кодоимпульсные сигналы ЛИЧ, при этом показано, что основные свойства «идеальных» сигналов ЛИЧ заключаются в следующем:
— существует тенденция к уменьшению относительного уровня помех преобразования по мере смещения частотного диапазона развёрток ЛИЧ в высокочастотную областьнаиболееперспективные коды ЛИЧ характеризуются динамическим диапазоном корреляционного преобразования Д=30−40 дБпри этом практический интерес представляют развёртки, для которых нижняя частота следования импульсов не менее 10 Гц;
— ФВК кодоимпульсных сигналов ЛИЧ включают интервалы с аномально интенсивным корреляционным фономс увеличением длительности посылки Т указанные интервалы растягиваются и смещаются в сторону больших времён пропорционально Т;
— максимум преобразования кодоимпульсных сигналов ЛИЧ наиболее растянут при условии, если развёртка сформирована из импульсов с преобладающей частотойколебаний мало отличающейся от максимальной частоты кода F^;
— увеличение эффективной длительности импульсов в развёртке приводит к возрастанию интенсивности корреляционного фона.
Показано, что возможные изменения ФВКпоследовательностей/ ЛИЧ, связанные с амплитудной неидентичностью импульсов, в развёртке, заключаются в следующем:
— с увеличением р снижается вес амплитудных разрастаний, формируемых на виброграммах в высокочастотной части развёрток при fBIW ~ Fmax, поэтому, если излучатель возбуждает относительно высокочастотные единичные импульсы и fBlu «Fmax, увеличение параметра р уменьшает многофазность ФВК, т. е. повышает разрешающую способность кодоимпульсного метода;
— при возбуждении низкочастотных единичных импульсов (fBJW ~ Fmin) увеличение параметра р повышает многофазность ФВК сигнала;
— уровень помех преобразования на временах т>1−3с непрерывно уменьшается при увеличении р.
13. Показано, что наиболее перспективные коды с линейным изменением периода следования импульсов (коды ЛИП) являются аналогами перспективных кодоимпульсных последовательностей ЛИЧ и характеризуются динамическим диапазоном корреляционного преобразования, достигающим 30−40 дБ, что создаёт реальные возможности для эффективного использования этих кодов в сейсморазведкев условиях формирования низкочастотных импульсов предпочтение следует отдавать кодам ЛИЧ, в то время как для импульсов с преобладающей частотой ^ВИД^З 5 -40 Гц более эффективны коды ЛИП.
14. Предложен и испытан на моделях и реальном полевом материале фильтр с комплексными передаточными функциями, позволяющий подавлять помехи корреляционного преобразования, формируемые однополярными кодоимпульсными сигналами (патент России № 2 014 637).
15: Впервые выполнен анализ эффективностиспособа, использующего двухполярные: М-последовательности и дополнительные последовательности, формируемые ударными источниками одностороннего действия, сучётом: динамической неустойчивости излучателей. Показано, что такой способ отличается наиболее высокой эффективностью при р <0,12- в этом случае главный максимум. ФВК практически не отличается по форме от единичных импульсов в развёрткеуровень же корреляционного фона: для М-последовательностей на 5−10 дБ меньше, чем при работе с наиболее перспективными однополярными кодами ЛИЧа для. дополнительных последовательностей на 18−20 дБ меньше, чем при использовании М-последовательностей. В случае. р>0,65 кодоимпульсное возбуждение колебаний с раздельной отработкой импульсов с отрицательной? и положительной полярностью при использовании дополнительных и М-последовательностей становится не целесообразным.
Исследованиясвязанные с развитием технологии сейсмической разведки на сложных сигналах рассмотренные в диссертации, имеют значительные перспективы развития, как в теоретическом, так и в прикладном’аспектах. При этом в дальнейшем, по мнению автора, необходимо в первую очередь обратить внимание на решение следующих вопросов:
1. Поиск динамических моделей вибросейсмических излучателей, позволяющих обеспечить, резонанс системы «вибратор-грунт», близкий к резонансу взрывных скважинных источников.
2. Уточнение области применения комплексного фильтра для подавления корреляционного фона в дальних зонах корреляционных функций вибросейсмических сигналов.
3. Поиск наиболее значимых с практической точки зрения областей применения способов фазового кодирования вибросейсмических сигналов.
4. Дальнейший анализ взаимосвязей между особенностями волнового вибросейсмического поля и геоморфологией верхней части разреза в условиях Крайнего Севера.
5. Исследования по поиску наиболее целесообразных областей применения кодоимпульсного способа сейсмической разведки.
