WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ и ГАЗА имени И.М. ГУБКИНА

на правах рукописи

Белоусов Александр Валерьевич Оптимизация систем наблюдений

для изучения кинематических параметров среды в сейсморазведке 3D Специальность 25.00.10 - Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный консультант:

доктор геолого-минералогических наук, профессор А. К. Урупов Москва, 2006 г.

2 Оглавление Введение.......................................................................................................................4 ГЛАВА 1. Стандартные системы наблюдений трёхмерной сейсморазведки и их основные характеристики.........................................................................................11 1.1. Основные характеристики – атрибуты (элементы) систем наблюдений 3D и их параметры............................................................................................ 11 1.2. Основные виды систем наблюдений 3D..................................................18 1.2.1. Ортогональные (крестовые) системы............................................... 21 1.2.2. Системы с наклонным расположением линий.................................32 1.2.3. Системы типа «кирпич»..................................................................... 38 1.2.4. Системы типа «зигзаг»....................................................................... 41 1.2.5. Системы с псевдослучайным расположением ПВ и/или ПП......... 43 1.2.6. Другие типы систем наблюдений......................................................43 1.2.7. Обобщение информации о системах наблюдений.......................... 45 ГЛАВА 2. Модели сред и общие критерии оптимизации систем наблюдений. 47 2.1. Кинематические модели............................................................................ 47 2.1.1. Однородная изотропная среда, горизонтальная граница................48 2.1.2. Однородная изотропная среда, наклонная граница....................... 48 2.1.3. Горизонтально-слоистая изотропная среда или ВПИ-среда, горизонтальная граница....................................................................................... 49 2.1.4. Однородные анизотропные ГПИ-среды........................................... 50 2.2. Критерии оптимизации..............................................................................50 2.3. Кратность.................................................................................................... 52 2.4. Определение границ сейсмической съёмки............................................ 55 2.5. Последовательность проектирования работ............................................ 3 ГЛАВА 3. Азимутально-офсетный анализ систем наблюдений.......................... 65 3.1. Офсетные параметры................................................................................. 65 3.1.1. Удаления «источник-приёмник»....................................................... 65 3.1.2. Группирование источников и приёмников...................................... 69 3.2. Распределение азимутов............................................................................71 3.3. Представление трасс в пространстве «азимут - удаление»....................74 3.4. Оптимизация распределений основных параметров систем наблюдений 3D..................................................................................................78 3.5. Разработка программных средств проектирования и оптимизации полевых сейсморазведочных работ.................................................................86 ГЛАВА 4. Кинематический анализ......................................................................... 89 4.1. Методика и технология кинематического анализа.................................89 4.2. Особенности подготовки данных.............................................................94 4.3. Анализ кинематических параметров и атрибутов (КПА) для реальных данных................................................................................................................ 95 Заключение.............................................................................................................. 101 Литература............................................................................................................... Введение Сейсморазведочные работы применяются на всех стадиях геолого-геофизических работ по поиску, разведке и разработке месторождений нефти и газа. В последние годы существенно выросла доля трёхмерной (3D) сейсморазведки, позволяющей получать детальные объёмные изображения земных недр и повысить эффективность исследований в области прогнозирования вещественного состава геологического разреза и его флюидоёмких свойств. Трёхмерная сейсморазведка характеризуется [7, 15]:

Высокой детальностью исследований за счет большой плотности информации на единицу площади, дающей возможность сформировать куб сейсмической записи, отображающий практическую непрерывность параметров и атрибутов волнового поля и геологической среды. Существенно большим (в 2 и более раз) эффектом подавления помех по сравнению с 2D при равной кратности накапливания. Более высокой, чем при работах 2D, надёжностью выделения и трассирования тектонических нарушений и иных границ резкого изменения рельефа отражающих поверхностей. Возможностью, в отличие от 2D, изучения характеристик среды, зависящих от направления распространения волн, т. е. пространственной многофакторной анизотропии среды. На порядок более высокой по сравнению с 2D пространственной разрешающей способностью, при возрастании стоимости работ лишь в полтора – два раза. Возможность реализации перечисленных достоинств 3D-сейсморазведки и успешного решения поставленных геологических задач во многом зависит от состава и качества первого этапа работ, который заключается в регистрации 5 волнового поля. При этом особое значение приобретают вопросы проектирования работ и, в первую очередь, обоснованного целенаправленного выбора и расчёта систем наблюдений и технологии проведения полевых работ. Большую роль в реализации возможностей 3D сейсморазведки играет обоснованный и также целенаправленный подход к конструированию алгоритма первичной обработки. Всегда ли 3D лучше, чем 2D? Можно спорить о различных аспектах этого вопроса, однако бесспорным является утверждение, что данные трёхмерных наблюдений позволяют получить более содержательную информацию об объёмном строении недр. При этом возможны выборки данных по любому заданному направлению (азимуту), т. е. получение более полной картины не только об объёмном распределении параметров среды, но и об их пространственной зависимости по сравнению с профильными наблюдениями [22]. Другими словами, в основу технологии полевых работ, обработки и интерпретации данных может быть положена анизотропная модель, более полно отражающая реальные свойства изучаемой среды. Вместе с тем, 2D-исследования в силу их меньшей сложности и трудоёмкости обладают некоторыми, главным образом, технологическими преимуществами над 3D. Цели проектирования и проведения сейсморазведки 3D должны быть определены намного точнее, чем для 2D-исследований, потому что параметры возбуждения и регистрации 3D изменить в процессе работ намного труднее по сравнению с 2D [24]. Кроме того, при работах 3D оборудование остается на земле намного дольше, чем при 2D. При этом оборудование подвергается разрушительному влиянию окружающей среды, воздействию транспорта, природных условий и представителей животного мира. Требования к пространственно-временной дискретизации данных 3D и 2D аналогичны, однако возможности существенно различны [29]. Так, при 3D 6 дискретизация возможна по двум координатам площади и составляет обычно 25 – 50 м, тогда как при 2D дискретизация производится лишь по одной из координат площади и может составлять в лучшем случае 5 – 15 м. Данные 3D в пределах каждого бина или супербина могут быть подвергнуты азимутальной дискретизации, тогда как при работах 2D такая возможность практически отсутствует. Однако всегда следует учитывать, что привнесение нового измерения в площадной сейсморазведке, заключающееся, главным образом, в учёте азимутов прихода отражённых волн, требует существенного усложнения технологии проектирования и обработки данных в связи с усложнением модели среды и пересмотра способов определения параметров, характеризующих волновое поле и саму модель. Другими словами, оптимизация системы наблюдений должна производиться с учётом выбранной модели и соответствующей методики обработки данных. Исследованиям по оптимизации систем наблюдений сейсморазведки 3D посвящены многие работы российских и зарубежных исследователей. Большое влияние на развитие представлений о системах наблюдений 3D оказали работы А.К. Урупова [15], О.А. Потапова [10]. Среди зарубежных исследований следует выделить работы Вермеера (Vermeer) [29], Кордсена (Cordsen) и Гэлбрейта (Galbraith) [24]. В большинстве работ основной упор делается на построение систем наблюдений, оптимальных с точки зрения общих представлений формирования изображений среды. Вместе с тем, представляется весьма актуальным изучение практических конфигурации расположения и групп источников и приёмников;

разработка критериев и способов оптимизации систем наблюдений, обеспечивающих всесторонний анализ кинематических параметров и атрибутов (КПА) волн, и, в связи с важностью решения структурных задач, особого внимания за 7 служивают вопросы высокоточного определения скоростей и их азимутальных и угловых зависимостей. Одним из перспективных направлений кинематического анализа является разработка способов и процедур скоростного анализа сейсмограмм ОСТ с использованием данных 3D полного оптимального спектра азимутов и удалений. Высокоточное определение зависимостей v, =v, l для лучевых эффективных скоростей возможно на основе оптимизации спектров азимутов и удалений при проектировании и проведении полевых работ и целенаправленной обработки данных. Существует также принципиальная возможность получения ценных сведений о зависимостях v, при обработке технологичных, но не оптимальных по характеру офсетно-азимутальных спектров за счёт выбора одинаковых офсетных апертур для всего диапазона азимутов. Таким образом, проведение офсетно-азимутального скоростного анализа позволяет ввести понятие скоростей в среде по направлению – v() – и углу выхода луча, изменяющимся с удалением l;

построить азимутальные индикатрисы скоростей для разных моделей и, следовательно, уточнить геологическую модель, тип и характер анизотропии в горных породах [21]. Несмотря на широкое применение методики трёхмерной сейсморазведки в последние годы, азимутальный скоростной анализ, к сожалению, не получил пока большого распространения в стандартном графе обработки данных. В данной работе содержатся результаты теоретических и экспериментальных исследований офсетно-азимутальных спектров различных систем 3D, предложены способы оптимизации систем наблюдений 3D. Разработана новая методика кинематического анализа, в том числе неоптимальных систем, и проведено её опробование на моделях и экспериментальных данных одной из площадей Западной Сибири, с использованием систем, не обладающих оптималь 8 ностью. Рассмотрены ограничения применения методики, накладываемые реальными данными. Показано, что применение разработанной методики позволяет получить ценную информацию о скоростных свойствах среды. Таким образом, выполненные исследования по оптимизации систем наблюдений и процедур азимутального скоростного анализа посвящены актуальной проблеме нефтегазовой отрасли. Цели и задачи исследования. Основной целью исследования является повышение геологической эффективности сейсморазведочных работ при помощи изучения основных характеристик систем наблюдений 3D сейсморазведки, оптимизация проектирования работ;

разработка способов выбора параметров проектных схем;

оценка влияния азимутальных распределений системы на процедуры обработки и определения кинематических параметров и атрибутов (КПА). Особое внимание уделено вопросам оценки и устранения погрешностей в определении скоростей сейсмических волн и выявлению параметров анизотропии среды. На основе выполненных исследований предложена методика проведения работ, оптимальная для оценки КПА, с помощью систем, технологичных в плане отработки. В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:

• анализ основных характеристик систем наблюдений, в первую очередь, офсетных, азимутальных и офсетно-азимутальных спектров;

оптимизация проектирования сейсморазведочных работ применительно к задачам анализа КПА;

выбор процедур обработки, учитывающих влияние азимутальных и офсетных характеристик систем наблюдений;

разработка методики определения скоростей и характера азимутальной анизотропии среды по сейсмограммам ОСТ 3D.

• • • 9 Методы исследования. К методам исследования относятся:

• Анализ основных параметров известных систем наблюдений (кратность, эффективная кратность, спектры азимутов и удалений, равномерность распределения пикетов по площади работ, изменение характеристик системы при сдвигах для компенсации потери кратности и т. п.). Математическое моделирование для определения технологически оптимальных и экономически эффективных систем. Обработка экспериментальных данных типовых площадей Западной Сибири с целью показать возможность изучения КПА с помощью стандартно используемых ортогональных систем наблюдений Разработка программных средств для реализации поставленных задач. Научная новизна. Разработаны теоретические основы проектирования • • • сейсморазведочных работ 3D и кинематического анализа параметров среды. Разработана методика и технология проектирования систем наблюдений и программные средства их реализации. Впервые установлен характер влияния систем наблюдений на результаты определения КПА. Разработаны методические рекомендации по проведению азимутального скоростного анализа, показана применимость азимутального анализа скоростей при использовании стандартных систем различной конфигурации. Определены ограничения методики и её зависимость от вида системы. Практическое значение работы. Правильный выбор параметров проектируемых систем наблюдений трёхмерной сейсморазведки позволяет повысить эффективность применения процедур обработки, данные азимутального анализа скоростей позволяют уточнить геологическую модель среды на участке работ и количественно оценить параметры анизотропии. Процедуры азимутального анализа органично включены в стандартный 10 граф обработки сейсмических данных. Разработанные методические приёмы оптимизации систем наблюдений и программные средства их реализации внедрены в практику работы ОАО «ЦГЭ», ЗАО НПЦ «ГеоСейсКонтроль» и используются при проектировании и планировании работ. Апробация работы. Результаты работы докладывались на научных конференциях СНО в 2001 г., 2004 г. Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы [1,2,3,4], в том числе получено 1 свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ [4]. Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения, содержит 105 страниц, в том числе 40 рисунков, 8 таблиц. Список литературы включает 29 наименований.

ГЛАВА 1. Стандартные системы наблюдений трёхмерной сейсморазведки и их основные характеристики В данной главе рассматриваются основные виды и параметры стандартных трёхмерных систем наблюдений, используемых в практике сейсморазведочных работ. Даются оценки эффективности каждой из систем с различных точек зрения:

• • • решение геологических задач;

технологичность;

стоимость проведения работ. Приводится глоссарий терминов, используемых на стадии проектирова ния работ.

1.1. Основные характеристики – атрибуты (элементы) систем наблюдений 3D и их параметры Основные концепции проектирования и отработки площадей любым сейсмическим методом базируются на использовании систем наблюдений. Рассмотрим основные термины, используемые при проектировании сейсмических съёмок 3D, и их сокращённые обозначения. Введение терминов представляется достаточно важным ввиду отсутствия единой системы обозначений в современной русскоязычной литературе. После названия термина приведены его условное обозначение, синонимичные термины, английский вариант и определение. Соответствия приводятся по [8, 11, 14, 15, 20]. К числу основных атрибутов (элементов) системы наблюдений относятся: Пункт приёма (ПП;

англ. - Receiver) – единичный сейсмоприёмник или центр группы сейсмоприёмников, регистрирующий упругие волны, возникшие в результате воздействия на пункте возбуждения.

12 Пункт возбуждения (ПВ;

пикет возбуждения, пикет взрыва;

англ. Shotpoint) – взрывная скважина или центр группы скважин (источник невзрывных колебаний или центр группы таких источников), в которых производится возбуждение колебаний. При отработке в динамике за пункт возбуждения принимается средняя точка между начальным (до возбуждения) и конечным (после завершения отработки физического наблюдения) положением центра группы источников. Группа ПВ – один или несколько источников, образующих единый пункт возбуждения. Группа ПП – один или несколько приёмников, образующих единый пункт приёма. Линия пунктов возбуждения (ЛПВ;

линия возбуждения, линия взрыва;

англ. - Shotline) – профиль (линия), вдоль которого эквидистантно размещаются пункты возбуждения. Линия пунктов приёма (ЛПП;

приёмная линия;

англ. - Receiver line) – профиль (линия), вдоль которого эквидистатнтно размещаются пункты приёма. Расстановка ПП (РПП;

расстановка пунктов приёма) – совокупность ПП, расположенных на одной или нескольких ЛПП. Расстановка ПВ (РПВ;

расстановка пунктов возбуждения) – совокупность ПВ, расположенных на одной или нескольких ЛПВ. Элементарное наблюдение – это наблюдение, выполненное в одном из ПП при возбуждении колебаний в одном из ПВ. С помощью каждого элементарного наблюдения регистрируется отражение от одной глубинной точки отражающей границы. Физическое наблюдение (ф.н.)– наблюдение, выполненное из одного ПВ в нескольких ПП, образующих активную расстановку ПП. Активная расстановка ПП – совокупность пунктов приёма, регистрирующих колебания от одного пункта возбуждения или группы, см. рис. 1.1, а. Активная расстановка ПВ – совокупность пунктов взрыва, отрабатывае 13 мых с единой активной расстановкой ПП. Блок наблюдений (БН) составляют активная расстановка ПП и активная расстановка ПВ, см. рис. 1.1, б. Полоса наблюдений (ПН) – образуется последовательной отработкой с постоянным шагом нескольких блоков наблюдений.

а б Рис. 1.1. Элементы системы наблюдений: а) Активная расстановка ПП из 10 ЛПП;

б) Блок наблюдений, образованный активной расстановкой ПП из 10 ЛПП и линейной активной расстановкой ПВ. ПП показаны синим цветом;

ПВ – красным.

Бин (общая глубинная площадка;

англ. - bin) – совокупность совпадающих или близкорасположенных срединных точек. Центром бина является общая срединная точка (ОСТ). Система наблюдений должна обеспечить равномерное распределение ОСТ по всей площади работ, а следовательно, непрерывное покрытие площади бинами [29].

14 К параметрам системы наблюдений относятся: Шаг ПП (ПП;

интервал ПП;

англ. - Receivers point-to-point distance) – расстояние между соседними ПП в ЛПП. Шаг ПВ (ПП;

интервал ПВ;

англ. - Shots point-to-point distance) – расстояние между соседними ПВ в ЛПВ. Шаг ЛПВ (интервал ЛПВ;

англ. - Shots Line-to-line distance) – расстояние между соседними ЛПВ. Для неортогональных систем – расстояние между соседними ЛПВ в направлении ЛПП. Шаг ЛПП (интервал ЛПП;

англ. - Receivers Line-to-line distance) – расстояние между соседними ЛПП. Кратность – число отдельных записей данного отражения, относящихся к каждому бину. Эффективная кратность – кратность, рассчитанная с учётом исключения из рассмотрения трасс, отличающихся по удалениям и азимутам менее, чем на размер бина. Этот параметр даёт общее представление о распределении уникальных выборок по площади работ и снижает влияние системы наблюдений на формирование подборок трасс в процессе обработки. Соотношение полуосей БН (англ. - aspect ratio) – для систем наблюдений с перекрытием по ЛПП вычисляется по формуле: A= где:

N ПП - число ПП в линии приёма;

ПП - шаг ПП в линии;

A xline 0.5 N ЛПП 1 ЛПП = Ainline N ПП 1 ПП (1) N ЛПП - число ЛПП в активной расстановке ПП;

ЛПП - шаг ЛПП;

Ainline, A xline - размеры блока наблюдений в направлениях ЛПП и ЛПВ соответственно.

15 Азимутальный спектр системы наблюдений – это совокупность характеристик, устанавливающих угловые зависимости между элементами системы. Азимут системы наблюдений () – угол между направлением на север и направлением ЛПП. Азимут элементарного наблюдения () – угол между направлением, ортогональным направлению ЛПП, и направлением вектора, соединяющего ПВ и ПП, по часовой стрелке. Офсетные характеристики системы – совокупность характеристических удалений (минимальное lmin, максимальное lmax, минимально-максимальное lmin max, максимально-минимальное lmax min удаления системы наблюдений). Удаление (англ. offset)– расстояние между данными ПВ и ПП, удаление отсчитывается от ПВ и относится к ОСТ. Согласно стандарту SEG [27], удаление берётся отрицательным, если вектор ПВ – ПП и вектор направления отстрела образуют тупой угол;

в данной работе мы принимаем стандартным направление отстрела с запада на восток или с юга на север в соответствии с проложением линий;

координатные четверти образуются крестами ЛПП – ЛПВ. Офсетный спектр – зависимость числа трасс от удаления. Азимутальный спектр – зависимость числа трасс от азимута. Направление inline – направление ЛПП. Направление xline – направление, ортогональное направлению ЛПП. К способам отработки систем наблюдений относятся: Перекрытие по приёмным линиям – такой способ отработки площади, при котором соседние блоки наблюдений имеют одну или несколько общих приёмных линий, а каждый ПВ отрабатывается один, и только один раз. Перекрытие по взрывным линиям – такой способ отработки площади, при котором соседние блоки наблюдений не имеют общих приёмных линий;

общими в данном случае являются ПВ, при этом каждый ПВ на площади отра 16 батывается несколько раз (в наиболее распространённых системах с одинарным перекрытием – два раза). Активная расстановка ПВ по протяжённости сопоставима с длиной приёмной линии, а один ПВ участвует в нескольких активных расстановках. Отношние сигнал/микросейсм – отношение преобладающей энергии сигнала, регистрируемого в процессе физ.наблюдения, к энергии, зарегистрированной до первых вступлений. Отношние сигнал/помеха – отношение энергии полезного сигнала к остальной энергии в течение заданного интервала времени. Часто отношение сигнал/помеха определяется также с ограничением по удалениям и выбором на одном и том же интервале наиболее и наименее зашумлённых участков. Основные офсетные и азимутальные характеристики стандартной ортогональной системы наблюдений 3D изображены на рис. 1.2. В процедурах определения КПА используются следующие понятия [13,17]: Скорость ОСТ – скорость, найденная по оси синфазности сейсмограммы ОСТ фиксированного азимута [19]. Эффективная скорость – скорость, найденная по временному полю прямой или отражённой волны в предположении однородности среды и точечного характера источника колебаний. Предельная эффективная скорость – значение эффективной скорости при нулевом удалении ПВ – ПП. Интервальная скорость – это истинная скорость, постоянная в пределах заданного интервала глубин. Истинная скорость – скорость, характеризующая дифференциальные свойства среды в каждой её точке.

17 Рис. 1.2. Основные офсетные и азимутальные характеристики БН ортогональной системы наблюдений 3D. Зелёным цветом выделен БН, состоящий из активной расстановки ПП из 8 ЛПП и активной расстановки ПВ из 24 ПВ.

1.2. Основные виды систем наблюдений 3D Рассмотрим основные типы систем наблюдений 3D, применяемых в практике сейсморазведочных работ, приведём характеристики каждой из систем и рассмотрим возможности их оптимизации в процессе проектирования и отработки. При проведении сейсморазведочных работ используется ряд систем наблюдений 3D [14, 15, 24]:

• Ортогональные (крестовые) системы, имеющие взаимно перпендикулярное расположение ЛПВ и ЛПП (рис. 1.3, а). Системы с наклонным положением ЛПВ, в которых ЛПВ расположены к ЛПП под углом, отличным от 90 (рис. 1.3, б). Системы типа «кирпич», состоящие из непрерывных параллельных ЛПП и прерывных участков ЛПВ, расположенных ортогонально ЛПП в шахматном порядке (рис. 1.3, в). Системы типа «зигзаг», представляющие собой совокупность параллельных ЛПП и зигзагообразных ЛПВ (рис. 1.3, г). Системы типа «кнопка», в которых ПП заполняют ячейки, а ЛПВ расположены прямолинейно и параллельно (рис. 1.3, д). Параллельные системы, обычно применяющиеся при морских работах, в которых ЛПВ параллельны ЛПП (рис. 1.3, е). Радиальные системы в виде ряда радиальных профилей как ПВ, так и ПП (рис. 1.4, а). Круговые системы, составленные концентрическими окружностями ЛПВ и ЛПП (рис. 1.4, б). Системы с псевдослучайным расположением пунктов, базирующиеся на одной из вышеперечисленных систем и отличающиеся от них внесением элемента случайности, т. е. случайного отклонения ПВ и ПП от их проектного положения в регулярных системах в пределах заданного радиуса отклонения (рис. 1.4, в).

• • • • • • • • а б в г д е Рис. 1.3. Примеры систем наблюдений с регулярным расположением пунктов. а) - ортогональная;

б) – с наклонным положением ЛПВ;

в) – кирпич;

г) – зигзаг;

д) – кнопка;

е) – с параллельным расположением ЛПВ относительно ЛПП. Красным показаны ПВ, синим – ПП.

а б в Рис. 1.4. Примеры систем наблюдений с непрямоугольным расположением пунктов. а) – радиальная;

б) – кольцевая;

в) – с псевдослучайным расположением пунктов. Красным цветом выделены ПВ, синим – ПП.

В связи с повсеместной практикой использования ортогональных (крестовых) систем наблюдений и наличием большого количества сейсмических данных, зарегистрированных с использованием подобных систем, основное внимание будет уделено рассмотрению их параметров. Достоинства и недостатки систем подлежат тщательному изучению с целью выявления возможностей определения и уточнения анизотропных параметров среды и построения алгоритмов определения КПА по таким системам с исключением ложных эф 21 фектов. Важной характеристикой любой системы наблюдений является размер бина, от которого зависит горизонтальная разрешающая способность исследований. При проведении съёмок в основном применяются два размера бина:

• • 25 x 25 м;

25 x 50 м. Для большинства площадей, отработанных площадными системами на блюдений, с 2000 года по настоящее время, линейный размер составляет 25 м (по сравнению с 50 м в сейсмических съёмках 1992 – 1998 гг.). Бины меньших размеров не получили промышленного применения по ряду причин. Основная причина – резкое снижение экономической эффективности при уменьшении бина без существенного повышения разрешающей способности. В работе основное внимание уделено анализу систем наблюдений с бином 25 x 25 м. При анализе характеристик каждой системы принимается в качестве стандарта восходящая нумерация линий и пунктов ПВ и ПП в направлении от левого нижнего угла площади работ (обычно в направлении с запада на восток и с юга на север). Основные расчёты систем и параметров наблюдений произведены с применением компьютерных аппаратно-программных комплексов «Пикеза» [4], «GMG Mesa Expert». 1.2.1. Ортогональные (крестовые) системы Ортогональные системы наблюдений - это наиболее часто используемый вид систем наблюдений в сейсморазведке 3D вследствие технологичности и минимальной стоимости отработки (минимальные затраты по перемещению приёмного оборудования, простота разбивки и привязки профилей.). Такие системы представляют собой совокупность взаимно перпендикулярных линий приёма и возбуждения. Шаги ЛПП и ЛПВ обычно выбираются близкими, что 22 бы обеспечить равномерное распределение сейсмических трасс по площади наблюдений. Наибольшее распространение получили центрально-симметричные ортогональные системы наблюдений, в которых блок наблюдений состоит из активной расстановки ПВ, представленной одним или несколькими пунктами возбуждения, расположенными строго в центре активной расстановки ПП, и активной расстановкой ПП в виде нескольких параллельных ЛПП. Данные системы наблюдений имеют ярко выраженные максимумы параметров в направлениях ЛПП и ЛПВ. В системах с перекрытием по линиям приёма наибольшие значения удалений приходятся на направление центральной приёмной линии - азимуты 90 и 270 градусов;

в системах с перекрытием по линиям взрыва выделяется четыре максимума - азимуты 0, 90, 180, 270 градусов (рис. 1.5). Трассы, регистрируемые от центрального ПВ вдоль центральной приёмной линии, расположены примерно эквидистантно по удалениям от ПВ, что обеспечивает равномерное распределение удалений в данном азимутальном секторе, а следовательно, успешное помехоподавление, что благоприятно для процедур обработки. Трассы, регистрируемые в секторе азимутов 45, 135, 215, 305 градусов, расположены неравномерно (относительно равномерно при рассмотрении в пространстве «удаление в квадрате»), наблюдаются сгущения и разряжения трасс по удалениям, что является одним из самых существенных недостатков крестовых систем. При рассмотрении ортогональных систем следует иметь в виду, что свойства системы повторяются с периодичностью в размер блока наблюдений, следовательно, исследование систем может проводиться на двух уровнях:

• • уровне элементарного наблюдения и бина;

уровне блока наблюдений и системы наблюдений в целом. Системы с соотношением полуосей БН A = 0.3 и менее относят к узкоа зимутальным, такие системы более благоприятны для изучения динамических параметров отражённых волн ввиду близости распределений параметров к тра А Б Рис. 1.5. Блоки наблюдений ортогональных систем и соответствующие спектры азимутов. (а) системы с перекрытием на 5 линий по ЛПП;

(б) системы с перекрытием по ЛПВ. Зелёным цветом обозначена область азимутов, ближайших к ПВ.

диционным равномерным 2D-системам. При использовании систем указанного типа требования к оснащённости сейсмопартии техническими средствами – сейсмоприёмниками и линейными телеметрическими модулями – достаточно низки. Если соотношение A полуосей больше 0.6, система является широкоазимутальной, т. к. практически все азимуты представлены соответствующими трассами. Такие системы используются для изучения параметров отражённых волн в предположении анизотропности среды [23,26]. Согласно практическому опыту [24], для решения задач общего освещения строения осадочного чехла по всей его глубине рекомендуется применять системы с соотношением полуосей, равным A = 0.85, что при заполнении трассами каждого азимутального 24 спектра в диапазоне удалений, пригодном для проведения процедур анализа, не приведёт к появлению слишком больших удалений, которые придётся исключить из процесса обработки данных из-за сильной интерференции отражений, а следовательно, отсутствия прослеживаемости сигнала. Системы с промежуточным значением соотношения полуосей (A = 0.3 – 0.6) приходится применять в связи с отсутствием необходимого оборудования, нестабильной прослеживаемостью отражений, а также в связи с неблагоприятными техническими и технологическими факторами. Основные офсетные характеристики ортогональных систем вычисляются по простым формулам:

l min= l 2l 2 x y l max min = ЛПВ 2 ЛПП2l y 2 l min max = l [ N ПП / 21 ПП l x ] 2 y (2) где:

l max= N ЛПП / 2 ЛПП l y 2[ N ПП / 21 ПП l x ] NПП – число приёмных каналов в ЛПП;

lx, ly – проекции выноса ПВ от ближайшего ПП соответственно на направления inline и xline;

lmin – минимальное удаление ПВ – ПП;

lmax min – максимально-минимальное удаление ПВ – ПП;

lmin max – минимально-максимальное удаление ПВ – ПП;

lmax – максимальное удаление ПВ – ПП. Все ортогональные системы наблюдений стандартно имеют зоны набора кратности от 500 до 1000 – 1500 м в зависимости от конфигурации расстановки. Типовые зоны набора кратности для системы с ЛПВ = 400 м, ЛПП = 300 м, ПП =ПВ = 50 м показаны на рис. 1.6. При обычно используемых размерах бина 25 x 25 м возможно примене Рис. 1.6. Зоны набора кратности в направлениях inline и xline для ортогональной системы. Расстановка 8x96, проектное значение кратности наблюдений 24.

ние систем наблюдений в широком диапазоне шагов ЛПВ и ЛПП;

так, например, кондиционные материалы на территории Западной Сибири в зависимости от кратности наблюдений получают для диапазонов ЛПВ = 200 700 м, ЛПП = 200 400 м [9]. Стандартные параметры проведения работ в последние годы сведены в Таблицу 1. Дальнейшее увеличение шагов нецелесообразно ввиду существенного преобладания в таких системах дальних удалений, характеризующихся нестабильной формой отражённого сигнала. В последние годы наблюдается тенденция уменьшения шагов линий до значений порядка 300 м, создающих трассы во всём диапазоне удалений, но несколько неравномерно. В целом, в зависимости от геологических задач, наличия оборудования, 26 сроков проведения работ и условий местности возможен выбор системы из большого числа её вариантов, каждый из которых обладает своими преимуществами и недостатками по распределению основных характеристик.

Таблица 1. Стандартные параметры ортогональных систем для территории Западной Сибири Параметр Шаг ЛПП Шаг ЛПВ Шаг ПП Шаг ПВ Размеры бина Минимальное удаление Максимальное удаление Кратность Шаг БН в ПН Шаг ПН 300 – 500 м 300 – 600 м 50 м (в исключительных случаях 25 м) 50 – 100 м 25x25, 25x50, редко 12.5x25 35.4 – 50 м 3 000 – 3 500 м 18 – 24. В последние годы – 30 и выше. 300 – 600 м 750 – 1 500 м Типовые значения Традиционно используются несколько методик отработки блоков в зависимости от конфигурации активной расстановки ПВ блока наблюдений:

• если активная расстановка ПВ представлена одной или несколькими ЛПВ, расположенными между соседними приёмными линиями, то перекрытие по приёмным линиям производится на одну линию. Данная методика обеспечивает увеличение числа дальних удалений и больший диапазон регистрируемых азимутов по сравнению со следующей, в то же время обедняются ближние удаления. если активная расстановка ПВ представлена одной или несколькими ЛПВ, расположенными между N ЛПП /2 приёмными линиями, где NЛПП – • число приёмных линий в активной расстановке ПП, то передвижение после отработки полосы наблюдений в направлении xline осуществляется на N ЛПП / 2 линий приёма. В этом случае происходит расширение спек тра удалений за счёт дальних (в связи с увеличением максимального уда 27 ления) и ближних (за счёт большего числа ПВ, формирующих группу) удалений при некотором обеднении спектра азимутов. Асимметричные блоки наблюдений в ортогональных системах целесообразно использовать:

• для ускорения набора кратности по краям площади: в таком случае отработка первых ЛПВ ведётся на полный блок наблюдений, при этом блок наблюдений остаётся неподвижным при последовательной отработке активных расстановок ПВ в полосе наблюдений;

при выходе на центрально-симметричную систему начинается передвижение расстановки;

для компенсации кратности в областях естественных и техногенных препятствий;

для определения зоны прослеживаемости сигнала в процессе опытно-методических работ. Все вышеперечисленные варианты отработки систем требуют, однако, • • существенного увеличения ресурса групп сейсмоприёмников в сейсмической партии, поэтому возможность применения методик определяется в каждом конкретном случае индивидуально. Кроме того, асимметричная расстановка содержит существенно расширенный диапазон удалений для дальних удалений, и необходимо считаться с областью прослеживаемости и относительно устойчивой формы сигнала во избежание регистрации бесполезных для обработки и интерпретации данных. Параметры наиболее часто используемых системах представлены в Таблицах 2, 3 (для бина 25 x 25 м) и Таблице 4 (для бина 25 x 50 м)1. Из приведённых таблиц следует, что в зависимости от выбора шага ЛПВ и ЛПП существенно разнятся спектры удалений в части ближних и дальних удалений;

увеличение соотношения полуосей расстановки приводит к расширению спектра даль1 См. также: Белоусов А.В. Отчёт по преддипломной практике. - М.: РГУ нефти и газа, 2001.

Таблица 2.Стандартные параметры ортогональных систем. 96 каналов на линии приёма. Бин 25 x 25.

Общие параметры:

ПП= № # шаг шаг Плотность ЛПП ЛПВ ПП ПВ 50 м Расстановка m xn БИН ПВ= 4 6 8 10 12 96 96 96 96 96 2444 2650 2965 3154 3577 2650 2965 3154 2740 3046 3230 2650 2965 3154 2850 3359 3653 2850 3359 3653 2934 3430 3718 2850 3359 3653 3089 3807 4209 3089 3807 4209 3166 3870 4266 3089 3807 4209 3359 4292 4803 3359 4292 4803 3430 4348 4854 3359 4292 25 50 м 16 24 32 40 48 18 24 30 15 20 25 12 16 20 24 32 40 18 24 30 15 20 25 12 16 20 24 32 40 18 24 30 15 20 25 12 16 20 24 32 40 18 24 30 15 20 25 12 16 х 25 Мин. удаление = 35,4 м > Наибольш. Номин. Трассы с соответств. удалениями (%) удаление кратн. <835 >2800 >3000 > 1а б в г д 2а б в г д 3а б в 4а б в 5а б в 6а б в 7а б в 8а б в 9а б в 10 а б в 11 а б в 12 а б в 13 а б в 14 а б в 15 а б в 16 а б в 300 69. 69. 36.82 28.76 22.81 19.11 16.54 28.71 22.77 19.07 27.69 21.96 18.39 28.47 22.58 18.91 23.13 18.20 15.00 23.08 18.16 14.97 22.26 17.52 14.44 22.89 18.01 14.84 19.00 14.93 12.54 18.96 14.90 12.51 18.29 14.37 12.07 18.80 14.77 12.41 16.24 13.63 10.96 16.20 12.87 10.94 15.63 11.56 10.55 16.07 12.76 10. 0.00 0.00 0.13 0.74 2.46 0.00 0.13 0.74 0.00 0.34 1.21 0.00 0.13 0.76 0.06 1.37 4.09 0.06 1.38 4.11 0.25 1.94 4.92 0.06 1.41 4.16 0.66 4.70 11.23 0.67 4.72 11.25 1.13 5.53 12.16 0.69 4.77 11.32 2.26 11.68 17.76 2.28 11.07 17.79 2.98 11.14 18.73 2.31 11.13 17. 0.00 0.00 0.00 0.14 1.00 0.00 0.00 0. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.29 0.00 0.00 0. 0.00 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0. 300 69. 52.9 6 96 8 96 10 300 69. 300 69. 36. 400 52. 69. 400 52. 52. 400 52. 400 52. 36. 500 69. 500 52. 500 500 36. 600 36. 69. 600 36. 52. 600 36. 600 36. 36. 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 100 100 100 96 96 96 96 96 96 96 96 96 100 100 100 96 96 96 96 96 96 96 96 96 100 100 100 96 96 96 96 96 96 96 96 96 100 100 100 96 96 0.00 0.00 0.00 0.02 0.00 0.00 0.29 0.01 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.14 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.44 0.09 0.00 1.92 0.75 0.09 0.00 0.00 0.00 0.45 0.09 0.00 1.93 0.76 0.10 0.00 0.00 0.00 0.68 0.16 0.00 2.40 0.99 0.17 0.00 0.00 0.00 0.46 0.09 0.00 1.96 0.77 0.10 0.09 0.00 0.00 2.32 0.99 0.20 7.47 4.68 1.83 0.09 0.00 0.00 2.33 0.99 0.20 7.48 4.69 1.83 0.25 0.00 0.00 2.81 1.23 0.28 8.11 5.10 2.08 0.09 0.00 0.00 2.36 1.01 0.21 7.53 4.72 18.52 0.85 0.19 0.00 7.78 4.95 2.21 13.23 9.68 5.87 0.86 0.19 0.00 7.37 4.69 2.09 13.24 9.70 5.88 1.20 0.35 0.00 7.42 4.75 2.17 13.94 10.21 6.21 0.87 0.20 0.00 7.41 4.72 2.11 13.30 9.73 5. Таблица 3.Стандартные параметры ортогональных систем. 96 каналов на линии приёма. Бин 25 x Общие параметры: Б ИН 25 х 25 ПП=50 м ПВ= 50 м Мин. удаление = 35,4 м шаг шаг Плотность Расстановка Наибольш. макс. Трассы с соответств. удалениями (%) ЛПП ЛПВ ПП ПВ m x n удалениератность к <835 >2800 >3000 >3200 >3500 300 300 69.4 69.4 6 108 2922 27 26.37 0.32 0.00 0.00 0.00 6 120 3199 30 24.50 5.98 1.17 0.00 0.00 8 108 3210 36 20.91 1.37 0.23 0.01 0.00 8 120 3464 40 19.43 7.28 2.31 0.36 0.00 10 108 3385 45 17.52 2.76 0.88 0.16 0.00 10 120 3627 50 16.27 8.76 3.60 1.04 0.08 300 400 69.4 52.9 6 112 3014 21 25.63 1.39 0.02 0.00 0.00 8 112 3294 28 20.33 2.77 0.52 0.04 0.00 10 112 3465 35 17.02 4.34 1.42 0.33 0.00 300 500 69.4 43 6 120 3199 18 24.29 6.19 1.21 0.00 0.00 8 120 3464 24 19.26 7.48 2.38 0.37 0.00 10 120 3627 30 16.13 8.96 3.69 1.07 0.08 300 600 69.4 36.4 6 120 3199 15 24.20 6.30 1.23 0.00 0.00 8 120 3464 20 19.19 7.59 2.42 0.38 0.00 10 120 3627 25 16.07 9.07 3.74 1.09 0.08 400 300 52.9 69.4 6 108 3104 27 21.20 1.23 0.15 0.00 0.00 6 120 3366 30 19.69 7.15 2.18 0.28 0.00 8 108 3577 36 16.68 3.62 1.42 0.44 0.03 8 120 3807 40 15.50 9.61 4.30 1.53 0.25 10 108 3854 45 13.75 6.99 3.57 1.63 0.39 10 120 4068 50 12.78 12.88 6.93 3.36 1.03 400 400 52.9 52.9 6 112 3191 21 20.61 2.63 0.42 0.00 0.00 8 112 3653 28 16.22 5.22 2.04 0.68 0.07 10 112 3924 35 13.37 8.67 4.43 2.09 0.55 400 500 52.9 43 6 120 3366 18 19.53 7.35 2.25 0.29 0.00 8 120 3807 24 15.37 9.81 4.39 1.57 0.26 10 120 4068 30 12.67 13.09 7.07 3.42 1.05 400 600 52.9 36.4 6 120 3366 15 19.45 7.46 2.29 0.30 0.00 8 120 3807 20 15.31 9.92 4.45 1.59 0.26 10 120 4068 25 12.62 13.21 7.14 3.45 1.06 500 300 43 69.4 6 108 3325 27 17.42 2.68 0.81 0.14 0.00 6 120 3571 30 16.18 8.69 3.53 1.01 0.05 8 108 4001 36 13.68 7.60 3.99 1.89 0.53 8 120 4207 40 12.71 13.45 7.37 3.65 1.19 10 108 4385 45 11.49 14.33 9.54 6.06 2.58 10 120 4575 50 10.68 19.82 13.06 8.22 3.79 500 400 43 52.9 6 112 3406 21 16.93 4.26 1.36 0.30 0.00 8 112 4068 28 13.30 9.27 4.86 2.36 0.71 10 112 4447 35 11.17 15.95 10.51 6.69 2.98 500 500 43 43 6 120 3571 18 16.04 8.89 3.63 1.04 0.06 8 120 4207 24 12.60 13.65 7.49 3.71 1.21 10 120 4575 30 10.59 20.01 13.18 8.30 3.83 500 600 43 36.4 6 120 3571 15 15.98 9.01 3.67 1.06 0.06 8 120 4207 20 12.56 13.77 7.56 3.74 1.22 10 120 4575 25 10.55 20.13 13.26 8.35 3.86 600 300 36.4 69.4 6 108 3577 27 14.88 4.90 2.21 0.79 0.06 6 120 3807 30 13.83 10.89 5.40 2.23 0.47 8 108 4465 36 11.82 14.06 9.37 6.02 2.84 8 120 4815 40 11.01 19.45 13.74 8.94 4.25 10 108 4958 45 10.05 20.85 15.48 11.31 6.91 10 120 5127 50 9.33 25.96 18.94 13.64 8.33 600 400 36.4 52.9 6 112 3653 21 14.47 6.58 2.95 1.15 0.16 8 112 4526 28 11.49 15.67 10.30 6.62 3.26 10 112 5013 35 9.76 22.39 16.47 12.01 7.34 600 500 36.4 43 6 120 3807 18 13.71 11.09 5.50 2.28 0.48 8 120 4651 24 10.89 19.75 12.94 8.19 3.99 10 120 5127 30 9.25 26.14 19.07 13.73 8.38 600 600 36.4 36.4 6 120 3807 15 13.66 11.21 5.57 2.31 0. №# 1а б в г д е 2а б в 3а б в 4а б в 5а б в г д е 6а б в 7а б в 8а б в 9а б в г д е 10 а б в 11 а б в 12 а б в 13 а б в г д е 14 а б в 15 а б в 16 а Таблица 4.Стандартные параметры ортогональных систем. 96 каналов на линии приёма. Бин 25 x Общие параметры: Б И Н 25 х 50 ПП= 50 м ПВ= 100 м Мин. удаление 56 м = шаг шаг Плотность Расстановкаудаление (макс.) <855 >2800 >3000 >3200 >3500 # ЛПП ЛПВ ПП ПВ mx n кратность 300 300 69.1 34.6 6 8 10 6 96 96 96 96 2639 2950 3137 2639 24 32 40 18 29.88 23.75 19.92 29.84 0.00 0.12 0.74 0.00 0.00 0.00 0.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0. № 1а б в 2а 69.1 26. б в 3а б в 4а б в 5а б в 6а б в 7а б в 8а б в 9а б в 10 а б в 11 а б в 12 а б в 13 а б в 14 а б в 15 а б в 16 а б в 69.1 21. 69.1 18. 52.7 34. 52.7 26. 52.7 21. 52.7 18. 42.8 34. 42.8 26. 42.8 21. 42.8 18. 36.2 34. 36.2 26. 36.2 21. 36.2 18. 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 10 6 8 96 96 100 100 100 96 96 96 96 96 96 96 96 96 100 100 100 96 96 96 96 96 96 96 96 96 100 100 100 96 96 96 96 96 96 96 96 96 100 100 100 96 96 2950 3137 2729 3031 3214 2639 2950 3137 2836 3341 3634 2836 3341 3634 2920 3413 3700 2836 3341 3634 3073 3787 4188 3073 3787 4188 3151 3851 4246 3073 3787 4188 3341 4271 4781 3341 4271 4781 3413 4328 4832 3341 4271 24 30 15 20 25 12 16 20 24 32 40 18 24 30 15 20 25 12 16 20 24 32 40 18 24 30 15 20 25 12 16 20 24 32 40 18 24 30 15 20 25 12 16 23.72 19.89 28.76 22.87 19.17 29.57 23.50 19.71 24.08 18.96 15.64 24.05 18.94 15.62 23.19 18.26 15.06 23.83 18.76 15.47 19.81 15.57 13.08 19.78 15.54 13.06 19.07 14.99 12.59 19.60 15.40 12.94 16.93 13.44 11.43 16.90 13.42 11.41 16.30 12.94 11.00 16.75 13.33 11. 0.12 0.66 0.00 0.33 1.21 0.00 0.12 0.76 0.04 1.37 4.11 0.04 1.38 4.13 0.23 1.94 4.93 0.04 1.41 4.18 0.66 4.73 12.05 0.67 4.75 11.29 1.11 5.56 12.20 0.69 4.80 11.35 2.28 11.08 17.80 2.29 11.10 17.83 6.69 11.98 31.24 2.33 11.18 17. 0.00 0.00 0.00 0.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0.00 0.27 0.02 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.43 0.10 0.00 1.88 0.79 0.09 0.00 0.00 0.00 0.44 0.11 0.00 1.89 0.80 0.09 0.00 0.00 0.00 0.66 0.18 0.00 2.34 1.04 0.16 0.00 0.00 0.00 0.44 0.11 0.00 1.91 0.81 0.09 0.09 0.00 0.00 2.27 1.03 0.19 7.39 5.14 2.09 0.09 0.00 0.00 2.28 1.04 0.19 7.41 4.76 1.79 0.23 0.00 0.00 2.74 1.28 0.26 8.01 5.18 2.02 0.09 0.00 0.00 2.31 1.05 0.20 7.44 4.79 1.81 0.82 0.23 0.00 7.28 4.74 2.04 13.13 9.75 5.81 0.83 0.23 0.00 7.29 4.75 2.05 13.15 9.77 5.82 1.15 1.31 0.00 7.86 5.17 2.27 13.82 22.83 17.27 0.85 0.24 0.00 7.35 4.79 2.07 13.20 9.80 5. 31 них удалений и обогащению спектра азимутов. Выбор той или иной системы должен обусловливаться в значительной мере распределением ближних и дальних удалений в соответствии с поставленными геологическими задачами, средние удаления имеют приблизительно одинаковое распределение для всех рассмотренных типов ортогональных систем наблюдений. Равномерность представления средних удалений делает целесообразным применение подобных систем при решении структурных задач для уточнения строения всего осадочного чехла.

Приведённые сведения об ортогональных системах свидетельствуют о том, что такие системы обладают простой конфигурацией, легко реализуемы на практике (технологичны), обладают приемлемыми азимутальными и офсетными спектрами. Однако для таких систем характерны следующие недостатки: неравномерное распределение удалений, наличие пропусков по удалениям в зонах ближних и дальних удалений при рассмотрении на уровне бинов и супербинов;

ярко выраженные максимумы азимутальных спектров и практически пустые секторы, соответствующие минимумам азимутальных спектров. Вместе с тем такие системы, несмотря на их недостатки, при оптимизации основных параметров могут быть использованы при кинематическом анализе. Вопросы оптимизации параметров рассмотрены в главе 2.

32 1.2.2. Системы с наклонным расположением линий Непрямоугольное расположение линий приема и возбуждения используется для получения более равномерного спектра удалений при сохранении непрерывности линий возбуждения. Такие виды геометрии обеспечивают возможности простой установки и сбора сейсмоприемников из-за своей сплошности, однако, в отличие от ортогональных систем, варьируются расстояния ПВ и ЛПВ, что привносит чуть больше сложностей при топографо-геодезических работах и разбивке профилей. В целом, отработке систем с наклонным положением линий не сильно удорожает съёмку, и может быть использована при необходимости обогащения спектральных характеристик системы наблюдений. В большинстве случаев изменяется азимут линий возбуждения, а не приёма, поэтому мы будем оперировать понятиями шага ПВ и шага ЛПВ, подразумевая их наклонное расположение. Если для крестовых систем одна активная расстановка определяет повторяемость характеристик системы, то в случае наклонного проложения линий повторяемость определяется азимутом. Шаг ПВ определяется следующим образом 2By (3) cos где By – размер бина в направлении xline;

– азимут ПВ= ЛПВ. Диапазон возможных значений азимута определяется требованием обеспечения непрерывной кратности, следовательно, смещения на целое число ПП после отработки каждой полосы (рис. 1.7). Таким образом, =arctg где n= 1n n (4) Рис. 1.7. К определению шага ПВ ЛПВ - число ПП в элементарной ячейке, ограниченной соседними ПП 33 линиями ПВ и ПП. В практике сейсморазведочных работ используются углы в 45° и 26.56°, что соответствует повторяемости на интервале одной и двух расстановок по вертикали соответственно. Рассмотрим влияние азимута линий возбуждения на формирование интегральных характеристик системы наблюдений на примере стандартных параметров съёмки 3D: шаг ЛПВ = шаг ЛПП = 300 м, шаг ПВ = шаг ПП = 50 м. Используем широкоазимутальную расстановку: 10 линий по 96 каналов в каждой (всего 960 каналов). Для данных характеристик возможна отработка шести схем наклонного положения ЛПВ (Таблица 5). Ограничение возможного количества вариантов рассчитано по формуле (4): ведён вариант с = 0. n= 300 16 =6 ;

=arctg, для сравнения при50 Таблица 5. Возможные параметры систем с наклонным расположением линий Азимут ЛПВ, градусы Шаг ПВ в линии, м Расстояние между ЛПВ (по перпендикуляру) - при отработке 6 ПВ в активной расстановке - при отработке 30 ПВ в активной расстановке Максимальное удаление ПВ - ПП - при отработке 6 ПВ в активной расстановке - при отработке 30 ПВ в активной расстановке 2838 3262 2839 3346 2881 3465 2882 3586 2889 3635 0 50 9,46 50,69 18,44 52,71 26,56 55,9 33,69 60,09 39,8 65,09 45 70, 300 295, 284,6 268,33 249,62 230,47 212, Смещение ПП после отработки полосы ФН 0 0 1 5 2 10 3 15 4 20 5 25 6 34 Как следует из таблицы 5, для сохранения заданных размеров бина увеличение азимута ЛПВ неизбежно приводит к увеличению расстояния между пикетами с одновременным уменьшением расстояния по перпендикуляру между линиями. Что важно, число ПВ (а следовательно, число физических наблюдений) остаётся приблизительно постоянным, и не зависит от азимута. Изменение азимутальных спектров в зависимости от азимута ЛПВ для систем с наклонным положением ЛПВ приведено на рис. 1.8. Спектры азимутов расширяются за счёт увеличения дальних удалений при отработке нескольких взрывных интервалов, в то же время при больших азимутах наблюдается существенное смещение спектра в сторону азимута ЛПВ, что приводит к некоторой неравномерности и асимметричности спектра. С точки зрения технологии отработки, безусловно, оптимальны системы с расстановкой, состоящей из N ЛПП интервалов возбуждения при отработке с перекрытием по ЛПП. Отработка с перекрытием по ЛПВ привносит дополнительную информацию лишь для дальних удалений, при этом часто уже за пределами диапазона полезных удалений (~ 3 500 м для районов Западной Сибири). Таким образом, для обогащения азимутальных спектров целесообразно использовать системы с наклонным положением ЛПВ при азимуте < 30° (выбираемая величина зависит, в основном, от требований, предъявляемых к кратности и зоне набора кратности, а также к количеству линий приема в расстановке), методика отработки – от 8 – 10 линий приёма с как минимум 24 – 30 ПВ в активной расстановке. Системы с наклонным положением линий обеспечивают также более быстрый набор кратности на краях площади работ. Кроме того, наклонное проложение линий даёт возможность увеличения шага ЛПВ, что критично в районах с ограниченными возможностями возбуждения упругих волн. Следует иметь в виду, что данный вид геометрии приводит к увеличению максимально-минимального удаления, что отражается на возмож Рис. 1.8. Азимутальные спектральные характеристики наклонных систем наблюдений. (1) 6 ПВ;

(2) 30 ПВ в активной расстановке. Азимут ЛПВ относительно ЛПП: (а) 9;

(б) 18 ;

(в) 26.56 ;

(г) 33 ;

(д) 36 ности достаточно чёткого прослеживания верхних горизонтов. Системы с наклонным положением линий возбуждения можно рассматривать как граничные между ортогональными системами и системами типа «кирпич». Сохраняя непрерывность линий ПВ, присущую первым, данные системы обладают улучшенными офсетными и азимутальными характеристиками. Сравнительный анализ иллюстрируется рисунком 1.9. Как следует из сравнения, в системах с наклонным положением линий ПВ расширен диапазон средних удалений, кроме того, представлены большие удаления, отсутствующие в стандартной ортогональной системе.

а) б) в) г) Рис. 1.9. Сравнение офсетных и азимутальных характеристик ортогональных систем (а, в) и систем с наклонным положением линий (б, г). На рис. а), б) ось абсцисс отражает удаление, ось ординат - число бинов, содержащих заданные удаления при данной кратности. На рис. в), г) по осям абсцисс и ординат отложено удаление (нулевое удаление соответствует центру полярной диаграммы) 37 Использование нескольких взрывных интервалов приводит к увеличению числа и веса ближних удалений, что важно при определении скоростных характеристик при трёхмерном анализе. Аналогичная картина наблюдается и на розе-диаграмме азимутов: средние удаления представлены большим числом трасс. Системы с наклонным положением линий, отрабатываемые с использованием блока ПВ, находящегося между соседними ЛПП, по своим азимутальным характеристикам более приближены к ортогональным системам (см. рис. 1.10 в сравнении с рис. 1.9 б, г).

а) между соседними ЛПП. (а) Гистограмма;

(б) Роза-диаграмма.

б) Рис. 1.10. Характеристики системы с наклонным положением ЛПВ. Блок ПВ расположен Характер распределения азимутов и удалений в пределах центральных полнократных бинов района работ показан на рис. 1.11.

Рис. 1.11. Офсетно-азимутальный спектр полнократного бина 38 1.2.3. Системы типа «кирпич» Системы наблюдений «кирпич» были разработан для получения более равномерных по сравнению с ортогональными системами распределений удалений. Сущность метода заключается в проектировании прерывных ЛПВ, расположенных по площади работ в порядке, близком к шахматному. При этом ЛПВ имеют ступенчатую конфигурацию. Параметр "ступень" позволяет варьировать плотность расположения ПВ на площади работ. Применительно к ортогональным системам значение ступени равно единице;

для систем типа «кирпич» значение меняется от 0.2 – 0.25 до 0.5 ЛПВ (на рис. 1.12, а, б приведены примеры систем для ступени, равной соответственно 0.5ЛПВ и 0.25ЛПВ). Увеличение значения ступени приводит к необходимости уменьшения шага ЛПВ и перепадам в спектре удалений. Двойная ступень достаточно дорога в отработке.

А Б Рис. 1.12. Примеры систем, спроектированных по методу "кирпич". (а) ступень 0.5ЛПВ;

(б) ступень 0.25ЛПВ.

39 Системы типа «кирпич» требуют уменьшенного по сравнению с ортогональными системами шага ЛПВ для обеспечения равномерной кратности. Следует отметить, что возрастающая дискретность участков ЛПВ приводит к усложнению отработки площади. Это связано как с появлением нескольких альтернативных схем нумераций линии, так и к необходимости организации большого числа переездов через кабели ЛПП в техническом плане. Основные стратегии нумерации линий для облегчения отработки приведены на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Схемы нумерации линий и пикетов в системах типа "кирпич" Существуют методики, сглаживающие дискретность линий наряду с увеличением технологичности отработки. Одним из возможных вариантов является смещение ПВ, ближайших к ЛПП, в сторону соседней ЛПВ (рис. 1.14). При этом уменьшается необходимое количество переездов через ЛПП, а следовательно, риск повреждения приёмных кабелей.

Рис. 1.14. Схема смещения ПВ, ближайших к ЛПП. Стрелками показано направление сдвига.

По сравнению с системами с наклонным положением ЛПВ системы «кирпич» имеют одно неоспоримое преимущество: значительно меньшее максимально-минимальное удаление. Для систем типа «кирпич» этот параметр рассчитывается по формуле: l max min = ЛПВ2k ЛПП 2 где k – ступень. (5) В среднем значение максимально-минимального удаления уменьшается приблизительно на 20% [24]. Таким образом, системы типа «кирпич» предоставляют [7] возможность увеличения интервала между приёмными линиями при сохранении хорошего распределения азимутов и удалений. В то же время существенно усложняется производственная отработка и разбивка профилей.

41 1.2.4. Системы типа «зигзаг» Зигзагообразное расположение пунктов возбуждения при параллельно проложенных линиях приёма позволяет получить спектры удалений, обогащённые ближними и средними удалениями, что благоприятно для задач изучения верхней части осадочного чехла – до глубин 1 000 – 1 700 м. Вид геометрии обусловливает возможность проведения работ преимущественно в пустнных районах. Применяются несколько модификаций зигзагообразных систем, отличающихся азимутальными характеристиками и распределением ближних удалений. К таким модификациям относятся:

• • • одинарный зигзаг, линии возбуждения параллельны линиям приёма;

одинарный зигзаг, линии возбуждения ортогональны линиям приёма;

зеркальный зигзаг. Вышеуказанные модификации с соответствующими распределениями удалений в виде гистограмм показаны на рис. 1.15. Для всех зигзагообразных систем с плотным расположением ЛПВ характерны практически одинаковые азимутальные характеристики, различия между системами начинают проявляться при увеличении шага ЛПВ. Следует, однако, заметить, что подобное увеличение сводит на нет преимущества, даваемые, с одной стороны, кусочногладкими линиями, унаследованными «зигзагом» от систем с наклонным расположением линий и, с другой стороны, более равномерным заполнением пространства пунктами возбуждения, характерным для систем типа «кирпич». Технологически использование зигзага обеспечивает в аналогичными ортогональными системами. Оптимально использование систем типа «зеркальный зигзаг» в слабозалесённых и пустынных районах.

2 раз меньшие переезды для источников в случае невзрывного возбуждения колебаний по сравнению с а) б) в) Рис. 1.15. Основные виды зигзагообразных систем наблюдений и их офсетные параметры: а) одинарный зигзаг, ЛПВ параллельны ЛПП;

б) одинарный зигзаг, ЛПВ ортогональны ЛПП;

в) зеркальный зигзаг. Ось абсцисс офсетного спектра отражает удаление;

ось ординат – число бинов, содержащих заданное число удалений.

43 1.2.5. Системы с псевдослучайным расположением ПВ и/или ПП Системы с псевдослучайным расположением ПВ и/или ПП применяются, главным образом, в районах с сильно развитой инфраструктурой, где нет возможности регулярного расположения линий. При этом создаются отклонения от линейного положения как для приёмных профилей, так и для профилей возбуждения. Одним из преимуществ данных систем являются сглаженные спектры азимутов и удалений, т. е. уменьшенное влияние системы наблюдений на результаты обработки данных. При проектировании работ 3D существует тенденция к созданию по возможности наиболее равномерных распределений азимутов и удалений по площади работ. Это достигается путём относительно неравномерной расстановки ПП и ПВ, при сохранении условия выполняемости работ. Иногда внесение элемента случайности сопровождается перемещением ПВ или ПП по какой-то определенной схеме. Иногда из-за поверхностных препятствий будет необходимо перемещать ПП и/или ПВ, таким образом, выполняя желаемую цель. Следовательно, основным преимуществом внесения элемента случайности является более ровное распределение удалений и азимутов. Основной недостаток таких систем заключается в неравномерности распределения кратности. Такая прерывность в кратности может привести к искажениям в процессе обработки.

1.2.6. Другие типы систем наблюдений В предыдущих разделах были рассмотрены параметры систем наблюдений, чаще всего применяющихся в практике сейсморазведочных работ. Все эти системы обеспечивают неидеальные характеристики основных параметров, но тем не менее технологичны в планировании, разбивке и отработке. Элементы 44 систем могут сочетаться друг с другом. Так, при обходе препятствий техногенного характера в крестовых системах смещение пунктов взрыва и приёма приводит к образованию локальной системы с псевдослучайным распределением характеристик. Помимо стандартно используемых систем, существует ряд геометрий, нацеленных на решение конкретной геологической задачи, чьё применение ограничено либо требованиями технического характера, либо экономического. К таким системам относят:

• системы типа «кнопка», в которых линии приёма располагаются параллельно линиям взрыва в шахматном порядке, при этом линии приёма следуют друг за другом с шагом, равным шагу ПП, а их сплошность нарушается в соответствии с характеристиками съёмки. При этом интервал разрыва сплошности равен интервалу расположения пикетов по обе стороны от разрыва. Системы типа «кнопка» обеспечивают детальное изображение участков недр по большинству азимутов, однако характер системы приводит к появлению сильной неравномерности по удалениям. В целом, система может применяться в пустынных районах для неглубокого залегающих целевых горизонтов при их сложном строении и необходимости освещения с разных азимутов. круговые системы – системы с расположением приёмных и взрывных линий по окружности или ряду концентрических окружностей. Данные системы являются идеалом для 3D-съёмок, т. к. в них представлены все азимуты и большинство удалений, однако расположение пикетов достаточно трудоёмко, а критерии выбора радиуса окружности не всегда совпадают с возможностями сейсмопартии. радиальные системы с расположением приёмных линий по радиусам окружностей. Такие системы применяются при необходимости уточнения положения соляных куполов (если известна вершина) и для уточнения параметров вокруг скважин.

• • 45 1.2.7. Обобщение информации о системах наблюдений Достоинства и недостатки каждой системы сведены в итоговую таблицу (см. Таблицу 6), дополненную в соответствии с результатами настоящих исследований и опытом зарубежных исследователей [24].

Таблица 6. Достоинства и недостатки стандартных систем наблюдений Система наблюдений Достоинства Недостатки Наличие ярко выраженных минимумов в азимутальном Ортогональная Простая геометрия. Невысокая стоимость.

Хорошее распределение уда- спектре и пустых секторов лений по всем удалениям в при азимутальном анализе. целом. Минимальное перемещение оборудования Система с на- Простая геометрия. клонным рас- Непрерывное положением линий ждения «Кирпич» взрывных линий. тов по сравнению с крестовыми системами. Небольшие значения lmin поз- ЛПВ прерывно распределены воляют проследить верхние в пространстве, что приводит горизонты. Существует увеличения шага ЛПП. Приемлемые спектры азимук усложнению топографовозможность геодизических работ. Увеличенное значение lmax min, живания верхних целевых гопроложение неоптимальное для просле возбу- Расширенный спектр азиму- ризонтов 46 Система наблюдений тов и удалений. Системы типа Эффективное использование Требование большого коли«кнопка» систем с большим количе- чества ПВ на широкой терриством каналов. и удалений. Зигзаг тории. Необходимость проложения частых ЛПП. Небольшие значения lmin поз- Сложность топографо-геодеволяют проследить верхние зических работ. горизонты. Существует Обогащённые диапазоне ний. Радиальная Возможность получить пол- Нетехнологичность ную картину отражений от ботки соляного купола и аналогичных структур. Круговая Идеальные спектры азиму- Сложность проектирования и тов и удалений практической реализации. Неустойчивость к техногенным помехам. отраувеличения шага ЛПП. в спектры удалеСложность отработки площавозможность ди для оператора. Необходимость проложения среднем частых ЛПВ. Хорошие спектры азимутов Увеличенное число каналов. Достоинства Недостатки ГЛАВА 2. Модели сред и общие критерии оптимизации систем наблюдений Задачам оптимизации систем наблюдений трёхмерной сейсморазведки в последние годы посвящено достаточно большое количество публикаций в российских и зарубежных изданиях. Основная цель оптимизации проектирования и проведения сейсморазведочных работ состоит в получении как можно более высокочастотных сигналов основных отражений, увеличении отношения сигнал / шум – в конечном итоге в ускорении и повышении эффективности процедур обработки и интерпретации при минимально возможной стоимости. В данной главе рассмотрены основные параметры систем наблюдений 3D, подлежащие оптимизации, предложены методики оптимизации характеристик систем, а также приведена последовательность выбора систем наблюдений для решения кинематических задач.

2.1. Кинематические модели Требования к системам, а следовательно, к оптимизации, зависят от геологических и физических свойств среды. Эти требования существенно различаются для разных моделей. Таким образом, непременным условием оптимизации является учёт характера изучаемого разреза. Рассмотрим следующие модели, наиболее полно отражающие характеристики геологического разреза при простоте описания: 1. однородная изотропная среда, горизонтальная граница;

2. однородная изотропная среда, наклонная граница;

3. горизонтально-слоистая изотропная среда, горизонтальная граница;

4. однородная анизотропная вертикально поперечно-изотропная (ВПИ) среда, горизонтальная отражающая граница;

5. однородная анизотропная ВПИ среда, наклонная отражающая граница;

6. однородная анизотропная горизонтально поперечно-изотропная (ГПИ) 48 среда, горизонтальная граница;

7. однородная анизотропная ГПИ среда, наклонная отражающая граница. 2.1.1. Однородная изотропная среда, горизонтальная граница Данная модель (рис. 2.1) является одной из простейших в описании;

её использование практически не накладывает ограничений на типы и параметры систем наблюдений. Очевидно, что для данной модели применимы все системы наблюдений, в связи с отсутствием анизотропии и изменения скоростных характеристик, а следовательно, одинаковыми свойствами среды по всем направлениям. Репрезентативная подРис. 2.1. Модель однородной изотропной среды с горизонтальной границей борка в одном секторе анализа позволит распространить полученные результаты на модель целиком. Наиболее экономически эффективные системы для данного вида моделей – профильные системы 2D. 2.1.2. Однородная изотропная среда, наклонная граница Данная модель (рис. 2.2), оставаясь одной из простейших, привносит усложнения в части углов падения и простирания отражающих горизонтов, что приводит к необходимости ориентирования элементов системы наблюдения относительно положения границы. Требованиям и условиям этой модели удовлетворяют все системы на 49 блюдений, с учётом расположения ЛПП в крест простирания основных тектонических элементов. Для корректного освещения свойств среды могут использоваться как узко-, так и широкоазимутальные системы наблюдений 3D, большинство азимутальных секторов анализа несёт в себе схожую информацию.

Рис. 2.2. Модель однородной изотропной среды с наклонной отражающей границей 2.1.3. Горизонтально-слоистая изотропная среда или ВПИ-среда, горизонтальная граница Выбор рассматриваемой модели (рис. 2.3) приводит к необходимости регистрации в ходе наблюдений широкого равномерного спектра при офсетного произвольном азимутальном спектре, т. к. существует зависимость КПА только от удаления. Таким образом, практически все системы с частым расположением ЛПП и ПП в Рис. 2.3. Модель изотропной горизонтально-слоистой среды 50 ЛПП удовлетворяют условиям данного вида моделей. При анализе КПА необходимо создание ряда подборок трасс одинакового удаления (ОУ) для минимальных, средних и дальних удалений и изучение скоростных характеристик по этим подборкам. 2.1.4. Однородные анизотропные ГПИ-среды В случае ГПИ-сред с эллиптической анизотропией скоростей КПА зависят только от азимутов и не зависят от удалений, следовательно, необходимо проектирование систем наблюдений с равномерным расположением ПВ и ПП по площади работ для равноточного освещения недр и возможности получения адекватных результатов азимутального скоростного анализа.

2.2. Критерии оптимизации Оптимизация систем наблюдений 3D с учётом характеристики разреза выполняется по следующим критериям [28]:

• • • • • увеличение отношения Сигнал / Шум;

равномерность освещения изучаемого пространства;

получение представления о вертикальной неоднородности и ВПИ;

получение сведений о горизонтальной неоднородности и ГПИ;

технологичность. Увеличение соотношения Сигнал / Шум достигается за счёт оптимизации кратности с учётом характера спектров удалений в системе, за счёт применения схем группирования источников и приёмников на площади работ [2]. Получение сведений о вертикальной неоднородности возможно за счёт оптимизации спектров удалений, при этом особое внимание следует уделить 51 вопросам равномерности спектра в диапазоне целевых глубин. Горизонтальная неоднородность и азимутальная анизотропия оптимизируются по критерию равномерности спектров азимутов. Формируются и анализируются подборки полного спектра азимутов и удалений, которые впоследствии разбиваются на более мелкие подборки по азимутальным секторам. Задача оптимизации в данном случае – обеспечение минимального пригодного для анализа числа трасс в каждом азимутальном секторе. В основе практического подхода к оптимизации проектирования и проведения сейсморазведочных работ лежит представление о разрешающей способности сейсморазведки. Поэтому выбор всех параметров систем наблюдений 3D основывается на твёрдо установленном размере бина. В соответствии с [15], минимальное значение линейного размера бина должно удовлетворять условию:

B x V ef, 2f sin efcos ef (6) где Bx – линейный размер бина;

vef, ef, ef – эффективные скорость, угол и азимут наклона;

f – максимальная ожидаемая частота регистрации сейсмического импульса на уровне целевого горизонта;

– азимут наблюдения. Для проведения работ в районах со сложным геологическим строением рекомендуется выбирать равные размеры бина по ортогональным направлениям. До недавнего времени в районах с близким к горизонтально-слоистым строением (углы падения горизонтов до 10 – 15) применялась технология разрежения, позволяющая использовать прямоугольные бины вместо квадратных 52 в направлении, перпендикулярном направлению падения пласта, за счёт предположения о постоянстве свойств среды (или, по крайней мере, на порядок меньшей изменчивости) в данном направлении. Однако повышающиеся требования к эффективности и геологической результативности сейсморазведочных работ, а также критерий равномерной освещённости недр съёмкой подразумевают использование квадратных бинов, это также справедливо и для целей изучения анизотропных характеристик среды. Таким образом, среди вышеприведённых общих критериев оптимизации работ необходимо особо выделить следующие требования:

• • • равномерности распределения удалений по бинам;

равномерности распределения трасс по азимутам в диапазоне 0 - 360;

равномерности распределения удалений по азимутальным секторам. Эти критерии определяют возможность проведения процедур азимуталь ного кинематического анализа и точность их результатов.

2.3. Кратность Значение проектной (полной) кратности наблюдений, определяемое как количество сейсмических трасс, попадающих в пределы бина (формирующих общую среднюю площадку) при расположении пунктов приёма и возбуждения упругих колебаний на одной плоскости, является одним из основных параметров современной сейсморазведки МОГТ 3D. При проектировании съёмки прежде всего учитывается требование равномерного распределения кратности по площади работ [11]. Рассмотрим основные соображения, приводящие к необходимости такого требования: 1. равномерное распределение кратности обеспечивает единообразное сум 53 мирование сейсмических записей при обработке по методике ОСТ, а следовательно, возможность сохранить динамику записей;

2. обеспечиваемое подавление кратных волн улучшает соотношение сигнал/шум на сейсмических записях;

3. данный параметр легче всего поддаётся визуальному контролю в процессе проведения полевых работ. Значение проектной кратности для большинства трёхмерных систем наблюдений с перекрытием по ЛПП определяется следующим образом:

Кр=Кр inlineКр xline (7) где: Крinline – кратность в направлении ЛПП, определяемая по формуле, сходной с формулой кратности 2D:

N ПП ПП 2 ЛПВ Крxline – кратность в направлении ЛПВ: Кр inline= (8) N ЛПП (9) 2 По сравнению с кратностью профильных наблюдений, кратность Кр xline = трёхмерных площадных наблюдений за счёт увеличенного веса дальних удалений для широкоазимутальных расстановок позволяет лучше подавить кратные волны и шумы на ближних удалениях. Кратность наблюдений сама по себе не является достаточным параметром для оценки возможностей системы наблюдений, её значение должно рассматриваться исключительно в комплексе с остальными параметрами, главным образом, шагами линий и пикетов и параметрами активной расстановки [25].

А Г Б Д В Е Рис. 2.4. Графики зависимостей числа бинов от кратности и соответствующие им скатерограммы кратности. А,Г – без ограничений;

Б,Д – 2 000 м;

В,Е – 1 000 м.

55 Для оценки свойств системы наблюдений по освещению целевых горизонтов используются диаграммы выборочных расчётов кратности – с ограничением максимального (реже – минимального и максимального) удаления, учитываемого при расчётах. Соответствующие эмпирические правила (см. п. 3.1.1) устанавливают связь между значением ограниченной кратности и уверенностью прослеживания границы. На рис. 2.4 приведены графики распределения числа бин по кратности (в процентном соотношении) для крестовой системы 300x300 м, размер бина 25 x 25 м. В первом случае при расчёте не ставились ограничения, график (А) и скатерограмма (Г) соответствуют проектным значениям. Система отражает возможность прослеживания нижнего целевого горизонта. Во втором случае (Б, Д) максимальное удаление ограничено 2 000 м, что приводит к понижению кратности на 10 и незначительному искажению равномерности распределения кратности, что хорошо видно на скатерограмме. Эти графики отражают влияние средних удалений. И наконец, в третьем случае (В, Е) рассмотрено ограничение в 1 000 м, чтобы показать возможность и уверенность прослеживания верхних горизонтов. Преобладающее значение кратности снизилось до 9, тем не менее распределение кратности по площади остаётся относительно равномерным, следовательно, горизонт может следиться без искажений по всей площади работ.

2.4. Определение границ сейсмической съёмки Одной из основных задач проектирования сейсмических съёмок является корректное определение и уточнения границ съёмки. Для оптимизации параметров проектирования и планирования полевых сейсморазведочных работ в пределах заданной площади возможно проведение предварительного геологического моделирования с целью определения основных параметров системы наблюдений ОСТ 3D, достаточных для решения поставленных геологических задач в части освещения целевых горизонтов недр.

56 Исходными данными для моделирования являются: 1. данные о глубинах целевых горизонтов на площади работ;

2. интервальные (пластовые) скорости продольных волн;

3. данные о планируемой конфигурации сейсмической съёмки 3D. В процессе исследования можно выделить следующие этапы: 1. Ввод исходных данных (глубины горизонтов, скоростные характеристики – по результатам интерпретации сейсмических данных;

данные о конфигурации съёмки – по финальным SPS-файлам). 2. Расчёт сеточной геологической модели. 3. Моделирование хода нормальных лучей для каждого целевого горизонта. 4. Объединение полученных областей выхода нормальных лучей на поверхность для определения области, заполнение которой необходимо приёмными / взрывными пунктами для корректного освещения данных горизонтов. Для формирования сеточной модели задаётся размер, совпадающий с размером бина (в текущей практике 25 x 25 м). Данные пересчитываются на сетку при помощи интерполяционных процедур с учётом взвешенных сумм в контрольных точках. Для сглаживания полученных значений возможно применение процедур линейной интерполяции со следующими параметрами:

v t =1t v s tv e (10) где: vs, ve - исходные значения атрибута;

vt – расчётное значение;

t – изменяется в диапазоне от 0 до 1. За пределами области точек ОСТ проектируемой съёмки модель задаётся константными значениями, соответствующими граничным значениям по горизонтам.

57 Частью расчётов по определению конфигурации границ съёмки является изучение необходимого выноса ПВ и ПП для получения данных, пригодных для проведения миграционных процедур. Расчёт достаточно прост для модели, содержащей один слой с постоянной скоростью над ним. Для более сложных моделей (наклонные горизонты, разломы, сложная тектоника и т. п.) требуется более детальное моделирование, связанное с расчётами хода нормальных лучей, имеющих своим основанием точки изучаемого горизонта и пущенных в направлении поверхности (модель «взрывающегося отражателя»). Огибающая ореолов выхода на поверхность данных лучей и будет давать площадь, которая необходимо должна быть заполнена пикетами в процессе проведения сейсмической съёмки. С каждой выбранной точки поверхности горизонта испускается конус лучей. Рассчитываются границы конуса и выпуклая область вокруг исходной точки. Эта область соответствует апертуре миграции, минимально необходимой для изображения исходной точки, в предположении, что область полностью заполнена источниками и приёмниками на поверхности (более того, эта область в идеале должна являться областью полнократных наблюдений). Для каждого целевого горизонта задаются несколько точек расчёта (или регионов расчёта), результаты расчётов суммируются и строится огибающая выпуклых областей выхода нормальных лучей на поверхность. Основными параметрами расчёта являются следующие: 1. Наибольший угол падения 2. Шаг по углам Наибольший угол падения определяет максимальный угол испускания из исходной точки горизонта. Нормальным лучам соответствует угол в 0 градусов (для расчётов принят диапазон 0 – 2 градуса). Шаг по углам определяет плотность испускания лучей по азимутам. Для 58 корректного построения конуса выбрано значение 2 градуса (соответственно, 180 лучей). В соответствии с описанной выше методикой рассчитаны параметры и необходимые зоны расположения пунктов приёма и возбуждения для моделей, осложнённых следующими структурными элементами:

• • разрывные нарушения (сброс) (рис.2.5, 2.6);

локальное поднятие (рис. 2.8). Схемы выбора точек на горизонте и соответствующие области выхода нормальных лучей на поверхность для модели разрывного нарушения представлены на рис. 2.7. Для расширения границ съёмки представляется необходимым ограничиться наибольшей апертурой от нижнего целевого горизонта (при учёте ограничения максимального значения угла испускаемых лучей в 2 градуса;

более точные результаты могут быть получены при моделировании хода лучей, отличных от нормальных). В результате выполненного моделирования установлено, что для изучения необходимого расширения границ площади показало, что: (a) существующие стандартные конфигурация расстановки источников и приёмников достаточны для изображения структур, расположенных в центре площади, до глубин порядка 2000 метров. (b) для корректного отображения нижележащих структур, а также структур, расположенных вблизи краёв площади, требуется расширение границ сейсмической съёмки Рис. 2.5. 3D-изображение геологических моделей Рис. 2.6. Моделирование хода нормальных лучей и изображение поперечного сечения структуры Рис. 2.7. Карта точек на горизонте, соответствующих основанию нормальных лучей Рис. 2.8. Лучевая плоскость для локального поднятия 2.5. Последовательность проектирования работ Существует достаточно много вариантов последовательности принятия решений при проектировании площадных сейсморазведочных работ. В соответствии с критериями оптимизации, изложенными в п. 2.2, в первую очередь должны быть сформулированы требования к вертикальной и латеральной разрешённости сейсмической записи, т. е. размер бина. В зависимости от размера бина (а следовательно, заданных шагах пунктов возбуждения и приёма) будут выбираться все остальные параметры съёмки в следующем порядке:

• определение кратности;

• • • определение направлений расположения линий приёма и возбуждения;

определение числа линий приёма в активной расстановке;

определение направления перемещения после отработки блока физ. наблюдений и полосы;

анализ волновой картины и выбор параметров группирования. Кратность съёмки при заданных размерах бина устанавливает число физ.

• наблюдений, подлежащих отработке на площади. Соотношение задаётся формулой: Кр106 Sd= NB xB y где: Sd – плотность ПВ на 1 км2 Кр – общая кратность наблюдений;

N - число каналов в активной расстановке;

Bx, By – линейные размеры бина. Рассчитанное значение Sd, в свою очередь, позволяет найти шаг линий возбуждения: 106 ЛПВ= B yS d (12) (11) Расположение взрывных линий с учётом канальности системы регистрации определяют конфигурацию съёмки. На следующем этапе определяется пространственное расположение приёмных линий в зависимости от пространственной ориентации основных структурных элементов осадочного чехла и целевых горизонтов. Направление ЛПП выбирается ортогональным направлению простирания (направлению разломов и т. п.). В основном, приёмные линии проектируются таким образом, чтобы источник не располагался непосредственно на пикете приёма.

64 Поскольку кратность, согласно формулам (7) - (9), зависит от произведения кратностей по ортогональным направлением, это оставляет возможности управления числом линий и каналов в линии при заданном общем числе каналов для достижения желаемого соотношения полуосей расстановки. Направление перемещения после отработки полосы наблюдений определяется типом перекрытия системы наблюдений, перемещение после отработки блока производится в направлении линий приёма на расстояние, равное шагу ЛПВ, т. к. перемещение в ортогональном направлении значительно более ресурсоёмко. Выбор параметров группирования определяется исходя из технической оснащённости сейсмопартии оборудованием и критериев, заданных в п. 3.1.2. Таким образом, завершена методическая часть расчётов искомой системы наблюдений. Окончательный вариант системы обусловливается также и экономическими соображениями, всегда ищется компромисс между стоимостью работ и минимально необходимой для решения поставленных геологических задач конфигурацией сейсмической съёмки.

ГЛАВА 3. Азимутально-офсетный анализ систем наблюдений 3.1. Офсетные параметры 3.1.1. Удаления «источник-приёмник» Исследования последних лет способствовали внедрению систем наблюдений 2D и 3D с расширенным спектром удалений. Больший набор удалений позволяет точнее проводить скоростной анализ и получать лучшие изображения недр при применении соответствующих методик обработки. Традиционно деление диапазона регистрируемых удалений на три блока: ближние, средние, дальние трассы, - проводится по критерию прослеживаемости различных типов волн на сейсмограмме. Так, ближним трассам соответствует диапазон удалений l minl ласть в пределах конуса помех), средним l max (об l max 3l max l (область от макси3 мального удаления конуса помех до зоны, соответствующей пересечению годографов прямой и преломленной волн), дальним 3l max l l max. Ближние и средние удаления дают информацию о верхних горизонтах осадочного чехла;

средние и дальние – о глубоко погруженных. В общем случае удаление сопоставимо с глубинами соответствующих изучаемых горизонтов. Как показано выше, различные площадные системы наблюдений существенно разнятся по характеристикам спектра удалений. Поэтому выбор той или иной системы обусловливается во многом характеристиками её спектра удалений в целевом диапазоне глубин.

66 Согласно эмпирическим правилам, установившимся в практике сейсморазведочных работ, при проектировании необходимо учитывать следующие ограничения [18,20]: 1. Максимальное удаление (т.е. расстояние от центра группы источников до центра наиболее удалённой приёмной группы) должно быть сравнимо с глубиной нижнего целевого горизонта. Удаление, однако, не следует выбирать столь большим, чтобы начали сказываться эффекты негиперболичности годографа ОСТ, а также эффекты, связанные с изменением коэффициента отражения в закритической зоне. 2. Максимальное удаление может быть увеличено до значения глубины фундамента осадочного чехла в случае, если нижний целевой горизонт, заданный в п.1., прослеживается уверенно. 3. Максимально-минимальное удаление должно быть сопоставимо с глубиной верхнего целевого горизонта. Это создаёт на сейсмограммах достаточно репрезентативную выборку в зоне ближних удалений, обеспечивающую возможность уверенного выделения верхних горизонтов. 4. Минимальное удаление следует выбирать сопоставимым с глубиной зоны малых скоростей верхней части разреза. Не следует, тем не менее, в целях подавления помех от источника, чрезмерно увеличивать минимальное удаление – это может привести к потерям полезных сведений о неоднородной верхней части разреза. Для процедур определения КПА критическими являются следующие моменты в распределении удалений: 1. Распределение трасс по удалениям в бине должно быть максимально равномерным в целях построения точных вертикальных спектров скоростей и успешного подавления кратных волн;

2. Трассы, соответствующие ближним удалениям, должны после процедур фильтрации содержать полезную информацию об основных отражающих 67 горизонтах – для осуществления экстраполяции поля эффективных скоростей и определения предельных эффективных скоростей;

3. Число трасс на ближних удалениях должно быть равно числу трасс на дальних удалениях, что обеспечивает возможность применения интегральных операторов суммирования для формирования подборок полного спектра азимутов и удалений.

Рис. 3.1. График изменения эффективной скорости с удалением ПВ-ПП (по А.К. Урупову) При определении кинематических параметров в процессе анализа необходимо учитывать зависимость эффективных скоростей от удалений ПВ – ПП. График изменения эффективной скорости с удалением приведён на рис.3.1. Индикатрисы минимальных удалений по секторам анализа приведены на рис.3.2. Из сопоставления данных рисунков следует, что в различных секторах определяются разные значения vэф, следовательно, неравномерность распределения удалений приводит к погрешностям восстановления предельных эффективных скоростей при стремлении l ->0. Одним из вариантов решения данной 68 проблемы является вовлечение в анализ подборок равного удаления по всем секторам, что даст равноудалённые точки на графике средней скорости. Кроме того, такое рассмотрение полностью исключит влияние удаления из эффективной скорости, т.е.

v эф,l v эф l l= const (13) Рис. 3.2. Индикатриса минимальных удалений для супербина, состоящего из 5x5 бинов (размер бина 25x25 м) 69 3.1.2. Группирование источников и приёмников Группирование приёмников (реже – источников или совместное группирование), служащее фильтром по кажущейся длине волны, призвано подавить наиболее характерные для участка работ волны-помехи. Эффекты группирования, помимо искомого подавления, влияют и на формирование суммарного отклика сейсмического канала, а следовательно, необходимо должны учитываться при решении задач динамической и кинематической обработки. Рассмотрение эффектов группирования в разделе «удаления» целесообразно, т. к. группа служит пространственным осреднителем регистрируемых колебаний, и при локально-дифференциальных анализах волновой картины влияние группы также должно учитываться. Опыт работ на территории Западной Сибири показывает, что в 3D случае сохраняется эффективность линейных групп на ближних к источнику возбуждения линиях приёма. На дальних каналах группа обеспечивает увеличение отклика канала. Отклик группы (без учёта фазового сдвига) определяется по формуле: R= здесь: n – число элементов в группе;

d – расстояние между соседними элементами группы;

sin nd / nsin d / (14) - кажущаяся длина волны.

Минимумы характеристики отклика будут соответствовать максимальному помехоподавлению. При выборе групп обычно исходят из следующих предположений [8,11,20]: 1. Максимальная длина группы (эффективная база наблюдений) определяется максимальным значением кажущейся длины волны волны-помехи D эф=nd где Dэф – эффективная длина группы;

n – число сейсмоприёмников в группе;

d – расстояние между сейсмоприёмниками в группе;

(15) и минимальным значением кажущейся скорости отражённых волн. Наименьшая кажущаяся длина отражённой волны должна укладываться в пределы главного лепестка характеристики направленности группы. Кроме того, база наблюдений должна быть необходимо меньше шага пунктов приёма 2. Минимальный шаг между приёмниками в группе обычно определяется внешним шумом. Максимальный шаг соответствует расстоянию, на котором внешний регистрируемый приёмниками шум остаётся некогерентным. В общем случае рекомендуется по возможности использовать большее число сейсмоприёмников с меньшим шагом. 3. Максимальное число приёмников в группе определяется из соотношения базы наблюдений и шага между приёмниками. Площадное группирование приёмников практически не применяется в настоящее время в связи с трудоёмкостью расположения и коммутации сейсмоприёмников в площадных группах. При проведении работ вибросейсмическим методом используются совмещённые группы источников и приёмников. При этом группы источников могут отрабатываться в динамике, что обусловливает повышенные требования к проектированию и расчёту эффектов подобных групп.

3.2. Распределение азимутов Распределение азимутов является той характеристикой площадных систем наблюдений, которая позволяет говорить об истинно трёхмерном отображении среды. Спектры азимутов позволяют определить наличие и характер анизотропии в среде, выявить основные закономерности изменения динамических и кинематических параметров. Регулярность построения систем наблюдений, однако, приводит к дискретно-неравномерным азимутальным подборкам (рис. 3.3), как в локальнодифференциальном, так и в интегральном планах.

А Б Рис. 3.3. Локальные и интегральные азимутальные характеристики крестовой системы. А – изображение «паук» для группы бинов. Б – спектр азимутов для всей системы наблюдений Требование равномерного распределения трасс по азимутам и удалениям выполняется только в круговых системах наблюдений, которые не могут быть использованы в практике сейсморазведочных работ на большей части территории России из-за своей нетехнологичности. Все остальные системы имеют ряд азимутальных секторов, представлен 72 ных трассами наиболее широко, чаще всего азимуты этих секторов совпадают с направлением линий приёма, ближайших к пункту взрыва. Для проведения процедур азимутального кинематического анализа в таких системах необходимо формирование подборок по секторам с учётом количества и типа трасс, попадающих в сектор анализа. Пример выделения секторов анализа приведён на рис. 3.4. На этом рисунке используются две системы секторов анализа шириной в 30 градусов каждая, смещённые друг относительно друга на 15 градусов (таким образом, перекрытие составляет полсектора). Использование такой системы позволяет дополнить набор трасс в каждом азимутальном секторе до необходимого минимума, а применение весовых функций ослабляет эффекты осреднения и неравномерность каждого сектора. Примеры весовых функций, Рис. 3.4. Наборы секторов анализа. 1 - слошная линия;

2 - пунктир распределения трасс по удалениям в пределах согласно [15,17], приведены на рис.3.5.

Рис. 3.5. Весовые функции 73 В зависимости от качества исходных данных, кратности, типа системы наблюдений выбираются различные размеры секторов анализа. Приведём таблицу выбора размера сектора анализа (Таблица 7). Из таблицы следует, что для формирования подборок, пригодных к анализу, в каждом секторе должно содержаться не менее 10 трасс.

Таблица 7. Зависимость сектора анализа от параметров системы наблюдений Тип системы на- Крат Наименьший возможблюдений ность ный сектор анализа Среднее количество трасс в каждом секторе1 0 - 360° 0 - 180° 6 – 12 3 – 10, есть пустые секторы Ортогональная < 24 наклонная / кирпич зигзаг / случайная круговая Ортогональная 24 – наклонная / кир- 48 пич зигзаг / случайная круговая Ортогональная 48 – наклонная / кир- 60 пич зигзаг / случайная радиальная Ортогональная > 60 наклонная / кирпич зигзаг / случайная радиальная 45° (при исп. весов 30°) 45° 40° 30° 30° 25 – 30° 20 – 25° 15° 25 – 30° 20° 15° 10° 15° и менее 15° и менее 15° и менее 15° и менее 4 – 8 – 6 – 12 – 12 и более 18 и более 1 Для формирования подборки анализа используются данные от нескольких рядом расположенных бинов. Значение, приведённое в таблице, необходимо умножать на число бинов, вовлечённых в сектор.

3.3. Представление трасс в пространстве «азимут - удаление» Одним из способов анализа систем наблюдений является последовательное представление трасс, соответствующих системам, для бина, супербина и системы в целом, в обобщённом пространстве «азимут-удаление». Такое представление, обладая достаточной наглядностью, позволяет проанализировать как локально-дифференциальные свойства системы, её пригодность для анализа КПА, так и интегральные характеристики системы в целом. Ниже, на рис. 3.6 и 3.7, приведены распределения трасс для следующих систем:

ортогональная (рис. 3.6, а);

система с наклонным положением ЛПВ относительно ЛПП (45) (рис. 3.6, б);

кирпич (рис. 3.7, а);

зеркальный зигзаг (рис. 3.7, б). Как следует из приведённых зависимостей, наиболее эффективны для анализа КПА подборки зигзагообразных систем, они отличаются наиболее равномерным заполнением всех удалений и азимутов трассами на уровне супербинов, а также менее регулярным по сравнению с остальными системами распределением на уровне локального бина, что позволяет привнести дополнительные данные в анализ. В то же время система в целом отличается существенными пробелами в области азимутальных секторов (- 45 - +45), по сравнению с системами типа «кирпич» и ортогональными системами. Системы с наклонным положением ЛПП относительно ЛПВ обладают наименьшим удалением в «проблемных» секторах, но наибольшая часть трасс сосредоточена в направлениях ЛПВ, что способствует наиболее глубокому изучению параметров среды по данным направлениям. Ортогональные системы имеют прерывистое распределение трасс в пространстве «азимут-удаление», особенно обеднены трассами ближние удаления.

75 Но такие системы отличаются наличием трасс во всех секторах анализа, при этом в «проблемных» азимутальных секторах, расположенных в направлении ЛПВ, максимальное удаление достигает 700 м для конфигурации системы наблюдений с шагами ЛПВ/ЛПП 300/300 м, ПВ/ПП 50/50 м. Данное обстоятельство позволяет провести не только азимутальный, но и офсетный анализ данных систем. В целом, представленные зависимости свидетельствуют о пригодности всех стандартных систем наблюдений сейсморазведки 3D к проведению процедур анализа и определения КПА;

при этом для азимутального анализа наиболее эффективными окажутся системы типа «зигзаг» и системы с наклонным положением ЛПВ относительно ЛПП, для офсетного – системы типа «кирпич» и системы с наклонным положением ЛПВ относительно ЛПП. Для всех систем целесообразно проводить анализ не на уровне отдельного локального бина ввиду не только небольшого числа трасс в бине, но и неравномерного их распределения из-за регулярных свойств системы наблюдений, а на уровне супербина. Оптимальным для сохранения локальности оценки параметров при шагах ПВ/ПП 50/50 м оказывается супербин 5x5 бинов, при кратности наблюдений 24 это соответствует 600 трассам, вовлекаемым в процедуры анализа, таким образом, необходимое число трасс представлено в каждом азимутальном секторе анализа. Ортогональные системы наблюдений обеспечивают несколько худшее распределение трасс по азимутам по сравнению с остальными системами, возможно, необходимо увеличение числа бинов, формирующих супербин для анализа КПА.

а) б) 1 2 Рис. 3.6. Изображение трасс в пространстве «Азимут-удаление». Ось абсцисс – азимут наблюдений;

ось ординат – удаление. а) Ортогональная система;

б) Система с наклонным положением ЛПВ относительно ЛПП (45 градусов). 1 - Бин. 2 - Супербин (5x5 бинов). 3 - Система наблюдений в целом.

а) б) 1 2 Рис. 3.7. Изображение трасс в пространстве «Азимут-удаление». Ось абсцисс – азимут наблюдений;

ось ординат – удаление. а) Система типа «кирпич»;

б) Система типа «зеркальный зигзаг». 1 - Бин. 2 - Супербин (5x5 бинов). 3 - Система наблюдений в целом.

3.4. Оптимизация распределений основных параметров систем наблюдений 3D Моделирование является одним из широко применяемых инструментов при проектировании сейсмических съёмок в районах со сложным геологическим строением. При моделировании эффектов наложения непосредственно системы наблюдений на геологические представления возможна существенная оптимизация параметров регистрации упругих волн, т. к. при этом принимаются во внимание неравномерные распределения параметров съёмки. Например, 24-х кратная сейсмограмма ОСТ с учётом неравномерных распределений удалений, присутствующих в случае регулярной ортогональной геометрии наблюдений (параметры системы наблюдений: ЛПВ = ЛПП = 300 м;

ПВ = ПП = 50 м, расстановка 8 x 96 каналов) в бине, для горизонтально-слоистой среды с пятью основными отражающими горизонтами имеет вид, представленный на рис. 3.8. Соответствующая таблица удалений приведена в Табл. 8, а расположение трасс в пространстве «азимут-удаление» - на рис.3.10. Близкие значения удалений и достаточно большие пробелы в данных (как по азимутам, так и по удалениям) приводят к необхоРис. 3.8. Пример модельной сейсмограммы ОСТ. Кратность 24. Красным цветом показан график теоретических первых вступлений.

димому изменению типа системы уже на этапе предварительного рассмотрения проекта съёмки. Кроме того, ортогональные системы, наиболее широко приме 79 няемые на практике в последние годы, имеют ярко выраженные направленные максимумы спектров в направлениях линий приёма. Они характеризуются, главным образом, неравномерным распределением азимутов и удалений при обеспечении равномерного покрытия площади точками ОГТ. При этом оказывается затруднительным проведение процедур трехмерного анализа данных ввиду заведомой регулярности выборки по направлениям. Чтобы компенсировать данные проблемы, был проведён анализ основных характеристик систем наблюдений 3Д (сравнительные характеристики основных систем представлены на рис. 3.8), составлены таблицы. По результатам сравнительного анализа можно сделать заключение, что для проведения азимутально-зависимых процедур следует использовать круговые системы наблюдений как единственно обеспечивающие полностью репрезентативные выборки по любым направлениям. Системы типа «зеркальный зигзаг» при несущественном удорожании проведения полевых работ отличаются более равномерным спектром удалений в диапазоне средних удалений (900 – 2 000 м для районов Западной Сибири). Вместе с тем, существуют проблемы практического плана, связанные с разбивкой профилей (потравы, рубка леса) и последовательностью отработки площади (последовательностью перемещения кос). Для решения кинематических азимутальных задач необходимо заполнение пробелов в характеристиках системы и создание опорной более-менее равномерной системы распределений азимутов и удалений. Требуемый результат не может, как показывают результаты исследований, быть достигнут в пределах одной заданной геометрии системы наблюдений.

Рис. 3.9. Сравнительные характеристики азимутов и удалений трёх основных систем наблюдений Таблица 8. Параметры модельной сейсмограммы. Азимуты и удаления. Крат. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Удаление 1111.2 829.0 565.4 363.5 353.0 545.1 806.3 1087.4 1065.1 766.2 468.6 179.0 156.8 444.0 741.3 1040.3 1163.8 898.5 663.1 502.1 494.5 645.9 877.3 1141.1 Азимут 72.99 66.90 54.90 26.55 -22.91 -53.39 -66.16 -72.57 94.04 95.63 99.23 114.80 -118.62 -99.73 -95.80 -94.13 114.10 121.92 135.77 161.10 -163.84 -137.34 -122.77 -114.59 296 296 296 296 296 296 296 296 304 304 304 304 304 304 304 304 312 312 312 312 312 312 312 312 ЛПВ 281 287 293 299 305 311 317 323 281 287 293 299 305 311 317 323 281 287 293 299 305 311 317 323 ПВ ЛПП 309 309 309 309 309 309 309 309 301 301 301 301 301 301 301 301 293 293 293 293 293 293 293 293 324 318 312 306 300 294 288 282 324 318 312 306 300 294 288 282 324 318 312 306 300 294 288 282 ПП Для составления равномерной системы наблюдений необходимо осуществить комбинирование нескольких систем, обращая внимание в основном на их офсетные и азимутальные характеристики. Действительно, если стандартная ортогональная система имеет синусообразный азимутальный спектр (рис. 1.5, а), то при рассмотрении суммарного эффекта ортогональной системы и подобной ей системы, развёрнутой относительно первой на 90 градусов (образующей встречную систему наблюдений) можно ожидать получения оптимального 82 спектра. При рассмотрении эквидистантных в отношении ЛПВ и ЛПП систем суммарная спектральная характеристика в зависимости от расстояний между линиями и пунктами возбуждения и приёма может приближаться к виду идеальной спектральной рехарактеристики. Наилучшие Рис. 3.10. Расположение трасс модельной сейсмограммы, приведённой на рис. 3.8, в пространстве "Азимут-удаление" зультаты при объеди нении взаимно-ортогональных крестовых систем наблюдений получены при расстояниях ЛПВ = ЛПП = 300 м, ПВ = ПП = 50 м. При сокращении шагов линий следует ожидать дальнейшего улучшения общей картины спектров азимутов и удалений, однако использование меньших расстояний в настоящее время экономически нецелесообразно. Следует отметить, что приём разворота уже некоторое время применяется на практике для компенсации препятствий, выдержанных по длине и ширине, там, где следует обогатить спектр азимутов, и ни одна из иных методик дострела не даёт приемлемых результатов на необходимом диапазоне удалений. Полученные данные могут обрабатываться совместно в стандартном графе обработки. Вместе с тем, лучшее качество (меньшую зашумлённость данных на участках анализа) следует учитывать при проведении фильтрационных и миграционных процедур как более приближенную к реальности.

Рис. 3.11. Схема формирования встречной системы наблюдений и расположение её трасс в пространстве "Азимут-Удаление" 84 Полученная наложением система отличается некоторой избыточностью трасс в большом диапазоне азимутов, в то же время часть дальних удалений по-прежнему остаётся неохваченной наблюдениями. Стоимость проведения работ по данной схеме наблюдений менее, чем в два раза, выше стоимости стандартных работ за счёт следующих факторов: 1. система наблюдений встречная, т. е. развёрнутая на 90 градусов система отрабатывается по системе профилей (просек) предыдущей. 2. не меняются параметры регистрации и возбуждения колебаний;

в случае эквидистантного расположения ЛПВ и ЛПП система идентична исходной;

в другом случае ЛПВ' = ЛПП и ЛПП ' = ЛПВ (штрихом обозначены параметры развёрнутой системы). 3. для изучения кинематических и анизотропных характеристик среды возможно проведение локального анализа, т.е. нет необходимости отрабатывать площадь повторно полностью – достаточно ограничиться выбором точек анализа, наиболее репрезентативных (или изменчивых) в геологическом плане. 4. проведение азимутального анализа на одной из площадей может дать информацию о необходимости осуществления подобных работ на сопредельных площадях – в зависимости от полученных геологических результатов. Основные характеристики полученной системы в сравнении с параметрами единичной (стандартной) съёмки приведены на рис.3.12. При сохранении общей картины по распределению удалений, типичных для крестовой системы, существенно обогащается спектр азимутов в районе традиционно обеднённых секторов, таким образом, что во всём диапазоне удалений выравнивается количество трасс, принадлежащее каждому сектору, и, что не менее важно, в диапазоне средних удалений также формируются подборки, содержащие примерно равное число трасс, следовательно, возможно проведение не только азимутального, но и офсетного анализа.

а) д) б) е) в) ж) г) з) Рис. 3.12. Сравнение параметров ортогональной системы(а – г) и системы, полученной наложением двух взаимно ортогональных систем (д – з): а), д) - спектры азимутов;

б), е) – спектры удалений;

в), ж) – роза-диаграмма;

г), з) – гистограмма распределения удалений.

3.5. Разработка программных средств проектирования и оптимизации полевых сейсморазведочных работ Сложность и объёмы сейсморазведочных работ 3D обусловливают необходимость создания программно-аппаратных средств расчёта и оптимизации параметров систем наблюдений. Такие средства должны отвечать следующие требованиям:

• обеспечение возможности наглядного визуального представления сейсмической съёмки и средств её конфигурирования;

обеспечение расчёта основных параметров системы наблюдений 3D;

обеспечение расчёта основных характеристик системы наблюдений 3D, как-то:

- зависимости числа трасс от азимута;

- зависимости числа трасс от удаления;

- зависимости числа бин от кратности. возможность выбора произвольного участка съёмки и определения характеристик системы в его пределах;

обеспечение контроля за методикой и технологией проектирования, планирования и проведения полевых сейсморазведочных работ;

обеспечение взаимодействия с полевыми вычислительными комплексами и телеметрическими сейсмическими станциями. Был разработан программный комплекс [4], отвечающий указанным тре • • • • • бованиям и осуществляющий следующие виды расчётов: 1 Проектирование, планирование и описание сейсмической съемки 2D, 3D: 1.1 задание сетки линий пунктов приема (ЛПП) и линий пунктов возбуждения (ЛПВ);

1.2 заполнение и редактирование таблиц ПВ, ПП и других объектов и визуальное редактирование по площади съемки.

87 1.3 импорт данных из текстовых файлов или из рапортов сейсмических станций;

1.4 ведение файлов комментариев с данными из импортируемых файлов;

1.5 создание профилей (в т.ч. криволинейных) по координатам, разбивка их на заданное количество пикетов либо через определенные расстояния 1.6 планирование отстрела и редактирование расстановок 1.7 возможность объединения в таблице нескольких проектов съемок в один проект. 2 Графическое представление введенных координат пунктов взрыва, пунктов приема, скважин, других геодезических и геофизических объектов, получение проектной схемы площади, цветовое и точечное редактирование изображения,отработка площади с различными взрывным расстановками, возможность вычисления кратности наблюдений, азимутов и удалений, азимута угла для заданного направления, расстояния между двумя точками, площади многоугольника. 3 Графический контроль введенных параметров на цветовой диаграмме. 4 Преобразование и наложение отсканированного изображения площади (карты) в формате BMP или JPEG. 5 Создание на схеме картографических объектов (озеро, река, болото), а также надписей. 6 Преобразование прямоугольной системы координат в заданную систему по N точкам c нахождением среднего преобразования по методу наименьших квадратов. 7 Создание отчетов: 7.1 SPS - файлы 7.2 Script-файлы;

7.3 произвольный текстовый файл с информацией по колонкам;

7.4 создание отчетного подпроекта для составления отчетов супервайзе 88 ра по полосам. 8 создание общего отчета съемки(в том числе по заданной площади), BINстатистики и построение графиков распределения кратности, азимутов и удалений. 9 Объединение нескольких проектов в группу проектов для одновременнго отображения на одной площади. 10 Вывод полученного изображения на печатающее устройство при задании масштаба и формата листа бумаги, а также получение изображения на одном листе бумаги. 11 Просмотр SEGY файлов сейсмических трасс. Указанное программное обеспечение позволяет обоснованно и целенаправленно подойти к выбору и расчёту параметров систем наблюдений сейсморазведки 2D и 3D, а также рассчитать основные характеристики систем наблюдений.

ГЛАВА 4. Кинематический анализ 4.1. Методика и технология кинематического анализа Данные трёхмерных наблюдений сейсморазведки содержат важную информацию о скоростях и анизотропии, не полностью используемую в стандартном графе обработки. Эта дополнительная информация позволяет определить различные азимутальные факторы (трещиноватость, сжатие и т.п.), и использование её представляется оправданным для повышения точности получаемых моделей. Основное внимание необходимо уделять корректности подбора модели среды и ошибкам, возникающим в результате неравномерного распределения азимутов и удалений при использовании систем наблюдений. Для уточнения значения скорости ОСТ в точке анализа в предположении изотропности среды целесообразно использовать азимутальное и офсетное весовое суммирование: 1 v ОСТ = v n =0 где: n – количество выборок по азимутам;

v – значение скорости по азимутальной подборке. Проведена оценка погрешностей, вносимых на этапе отработки системы наблюдений из-за неточного расположения ПВ и ПП, влияния рельефа местности и условий возбуждения и регистрации колебаний. Установлено, что применительно к условиям Западной Сибири средняя погрешность в определении скоростей колеблется от 20 до 50 м /с. Рекомендации по выбору азимутального сектора анализа в зависимости от качества данных и кратности наблюдений обобщены и представлены в Таблице 7.

(16) 90 Сейсморазведочные работы 3D предоставляют для анализа обширный материал о каждой точке изучаемой среды. Традиционный подход к оценке параметров подразумевает осреднение большого объёма данных и получение оценок лишь части параметров. При этом часто не учитываются истинно трехмерные характеристики сейсмической записи. Проведённые исследования свидетельствуют о существовании влияния азимута и удаления регистрации на большинство кинематических параметров. Методика азимутального кинематического анализа позволяет оценить локальные характеристики волнового поля и получить уточняющие значения скоростей сейсмических волн по исходным сейсмограммам ОСТ. Подобного рода анализ может проводиться в рамках графа стандартной обработки сейсмических данных, результирующие значения позволяют оптимизировать операторы суммирования и преобразования данных из временного в глубинный масштабы. Теоретические основы методики азимутального скоростного анализа способом параметрических диаграмм (СПД;

КПД - для кинематических параметров) были предложены проф. А.К. Уруповым в 60-х годах XX века для 2Дданных [12, 16]. В случае трёхмерных наблюдений и стандартно используемых систем наблюдений (ортогональная, зигзаг, кирпич и т. п.) последовательность анализа такова [3]:

• на первом этапе формируются суперподборки ОСТ, обладающие максимально широкими и равномерными спектрами азимутов и удалений. Так как вид таких подборок не зависит от методики отработки площади, а лишь от вида системы наблюдений, можно составить обобщённые диаграммы распределений искомых параметров для разных видов систем в пространстве азимут - удаление (рис. 3.11) с целью оптимального выбора трасс на этом этапе. далее выбирается размер сектора азимутального анализа и последова • 91 тельность анализа по секторам. По сформированным подборкам среднего азимута строятся вертикальные спектры скоростей и определяются значения эффективных скоростей (vОСТ()).

• на третьем этапе производится обобщение данных по секторам, построение индикатрис vОСТ для заданного события (t0 =const). По форме полученных индикатрис оцениваются характер азимутальной анизотропии в среде. Азимутальная индикатриса ОСТ имеет вид эллипса [17]:

v ОСТ = v ef где 1sin 2 efcos2 ef (17) - азимут наблюдений;

ef – эффективный угол наклона границы, ef – эффективный азимут простирания границы, vef - эффективная скорость. Блок-схема процедур азимутального кинематического анализа приведена на рис. 4.1. Кинематический анализ в значительной мере подвержен влиянию углов наклона горизонтов, что следует из уравнения индикатрисы. По минимальному значению vОСТ при = ef + можно определить угол простирания;

вкрест про стирания значение скорости ОСТ максимально, что позволяет оценить значение угла наклона горизонта в предположении однородной эффективной модели среды. С использованием индикатрис предельных скоростей по заданному региону производится пересчёт эффективных скоростей в предельные эффективные [6] и определение интервальных скоростей по формуле Урупова – Дикса для среды с плоскими несогласно залегающими границами [17]:

v 2 t 0 ef v пл= K t (18) где: означает разность параметров кровли и подошвы пласта (интервала), K – коэффициент, учитывающий углы падения и простирания и определяемый по следующей формуле в зависимости от углов падения и простирания горизонтов, а также азимута наблюдений:

K = 1sin ef ef cos ef ef (19) Полученные кинематические параметры и атрибуты волнового поля содержат дополнительную информацию о физических свойствах среды.

Рис. 4.1. Блок-схема методики проведения азимутального кинематического анализа.

4.2. Особенности подготовки данных Рассмотрим сравнительные характеристики модельных и реальных данных по ряду параметров и ограничения, накладываемые реальными данными на возможности анализа: • Тип подборки: реальные данные всегда представлены подборками ОСТ, в то время как для восстановления модели требуются подборки ОГТ (ОТО). • Распределение азимутов: реальные данные представлены неравномерным, зависящим существенно от геометрии системы наблюдений распределением, при этом сгущение данных происходит в направлении inline, для восстановления модели требуется провести посекторное суммирование, возможно, с привлечением некоторых весовых функций для получения относительно равномерного распределения по бинам. • Распределение удалений: в зависимости от типа системы наблюдений, удаления могут быть распределены относительно равномерно в пространстве l2 • Количество секторов анализа в случае реальных данных ограничено количеством трасс в азимутальном секторе, содержащем наименьшее число трасс и возможностями применения интерполяционных процедур [5]. • Тип анализа секторов: выбор азимутального сектора и методики перебора секторов (без перекрытия, с частичным / половинным перекрытием) Помимо соображений, приведённых выше, реальные данные в значительной мере осложнены статическими эффектами и влиянием ВЧР, а также условий возбуждения и приёма. Равномерное распределение азимутов и удалений, достигаемое в модельных данных интерполяцией трасс, на реальных данных недостижимо. Единственно приемлемый путь к ослаблению эффектов неравномерности – формирование суперподборок - при вовлечении в анализ всех трасс, находящихся в пределах некоторого радиуса R от точки анализа. Выбор R определяет 95 ся типом системы наблюдений, кратностью и условием локальности получаемой оценки;

минимальное значение R должно формировать в каждом секторе репрезентативные выборки трасс для проведения анализа. Для ортогональных систем наблюдений при бине 25 x 25 м R может принимать значения от 25 до 100 м в зависимости от кратности наблюдений. Системам с более равномерным распределением удалений (зигзаг, круговая) соответствуют меньшие значения R. Возможно, что перебор значений R в зависимости от целевого горизонта анализа приведёт к улучшению качества анализа, в то же время существенно возрастают затраты на интерактивную обработку. Ещё один немаловажный аспект подготовки данных – формирование максимально равномерных по удалениям подборок в каждом секторе за счёт исключения части трасс на участках с близкими значениями удалений. Следовательно, любые реальные данные, подаваемые на вход азимутально-зависимых процедур, должны пройти предварительную предобработку, основные этапы которой нацелены на устранение неравномерности выборок и подавление статических эффектов. Оптимальными для анализа следует признать данные, обработанные по стандартному графу, на этапе второй - третьей итерации определения кинематических параметров.

4.3. Анализ кинематических параметров и атрибутов (КПА) для реальных данных Для иллюстрации приведённых выше положений, а также оценки эффективности методики в целом, был проведён азимутальный кинематический анализ по одной из площадей Тюменской области Западной Сибири, отработанной по методике трёхмерных наблюдений с кратностью прослеживания 24 и следующими параметрами системы: шаг ЛПВ = 400 м, шаг ЛПП = 300 м, ПВ = ПП = 50 м, расстановка центрально-симметричная, 6 линий по 96 каналов. Район работ представляет собой слабопересеченную заболоченную рав 96 нину. Абсолютные отметки колеблются от 50,6м до 82,7м. Участок работ залесен, на возвышенных местах растут кедр, ель, береза, осина высотой до 23 м и диаметром до 30 см. Заболоченные участки покрыты кустарником и редким сосновым лесом диаметром до 10-11см.Болота встречаются на севере. Болота топкие глубиной более 2 м. Поймы рек и ручьев заболочены. Геологический разрез района работ представлен тремя комплексами пород: палеозойским фундаментом, эффузивно-осадочными образованиями промежуточного структурного этажа (ПСЭ) пермо-триасового возраста и осадочным чехлом, представленным песчано-глинисто-алевритовыми породами юрской, меловой, палеогеновой и четвертичной систем. Исходные данные осложнены статическими эффектами, обусловленными влиянием, главным образом, верхней части разреза, поэтому предобработка включала в себя итеративную коррекцию статических поправок. Стандартно регистрируемый диапазон удалений, соответствующих трассам с относительно устойчивой формой сигнала — l = 0 3 000 м. Низкая кратность наблюдений приводит к необходимости выбора достаточно большого размера сектора анализа, в данном случае 30°. Полная подборка азимутов и удалений в пределах суперподборки имела представленное на рис. 4.2 распределение. Для азимутального анализа требуется минимально порядка 600 трасс (условие наличия информации по разным удалениям в каждом секторе), что соответствует площади 5 x 5 бинов для кратности наблюдений 24. Некоторое ослабление эффектов такого осреднения достигается проведением независимых азимутальных анализов по секторам, перекрывающимся на 15°, с последующим совмещением результатов на единой индикатрисе. Изображение трасс суперподборки в пространстве (l, ) приведено на рис. 3.11. Устойчивая оценка каких-либо кинематических эффектов, как следует из рисунка, возможна лишь в пределах диапазонов удалений 50 – 700 м и 1200 – 1 600 м. Для всех остальных диапазонов удалений регистрируется обеднённый спектр азимутов, сосре Рис. 4.2. Пример суперподборки, подаваемой на вход анализа 98 доточенный, главным образом, в секторах, наиболее близких к направлению приёмных линий. На рис. 4.3 представлены полученные индикатрисы азимутальных скоростей ОСТ для разных значений t0 (значения соответствуют временам регистрации основных отражающих горизонтов: кровля верхнего мела – горизонт С – t0 = 750 мс;

кровля покурской свиты аптского яруса нижнего мела – горизонт M – t0 = 1600 мс;

кровля баженовской свиты – горизонт Б - – t0 = 2225 мс).

Рис. 4.3. Индикатрисы скоростей ОСТ.

Оценка эффективных углов падения даёт значения ef = 1 5°, что соответствует имеющимся представлениям о геологическом строении региона. По индикатрисам ОСТ были построены индикатрисы эффективных скоростей (рис. 4.4), которые затем были пересчитаны в интервальные скорости по двум 99 интервалам: (1) между кровлей верхнего мела и подошвой покурской свиты нижнего мела;

(2) между подошвой покурской свиты и кровлей баженовской свиты (рис.4.5).

1 t0=2225 мс.

Рис. 4.4. Индикатрисы эффективных скоростей CDP 7293. 1 – t0=750 мс. 2 – t0=1600 мс. 3 – Сопоставление индикатрис скоростей ОСТ и эффективных скоростей показывает, что форма индикатрисы практически не изменяется, следовательно, угол наклона горизонтов не имеет влияния на характер индикатрис, а максимумы и минимумы обусловлены анизотропией скоростей среды. Следует отметить унаследованный характер индикатрис при переходе от более старых пород к более молодым;

на больших временах индикатрисы дополнительно осложнены азимутальной анизотропией, выражающейся в побочных максимумах для секторов со средними значениями (- 30°) и (+120°). Результаты построения хорошо согласуются с результатами промышленной обработки данных и теоретических исследований [15], выделяются два направления систем трещин, в т. ч. субмеридионального направления, и их относительные повороты против часовой стрелки при переходе от древних пород к более молодым. Результаты анализа могут использоваться при интерпретации скоростных характеристик среды, процедура анализа при этом органично включается в стандартный граф обработки.

Рис. 4.5. Индикатрисы интервальных скоростей.

Заключение Основные выводы диссертационной работы сводятся к следующему: 1. Систематизированы основные параметры систем наблюдений и выработаны критерии выбора их параметров для повышения эффективности азимутального скоростного анализа и процедур определения КПА. 2. Показано, что выбор системы наблюдений оказывает существенное влияние на процедуры обработки и значения КПА: неравномерность распределения трасс по азимутальным секторам и по удалениям в пределах каждого азимутального сектора приводит к существенным погрешностям в оценке скоростей сейсмических волн и затруднению адекватной оценки их анизотропии 3. Установлено, что обоснованный целенаправленный выбор и расчёт систем наблюдений позволяет существенно улучшить характеристики систем и обеспечить учёт особенностей используемой геологической модели. 4. Разработана методика оптимизации систем наблюдений для изучения кинематических параметров среды, предусматривающая создание взаимных систем наблюдений и совместную обработку данных по всем азимутальным секторам. 5. Созданы программные средства проектирования и оптимизации систем наблюдений сейсморазведки 3D. 6. Даны рекомендации по извлечению информации о скоростях и их анизотропии, содержащейся в волновом поле трёхмерных наблюдений, но не полностью используемой в стандартном графе обработки. Эта дополнительная информация позволяет определить различные азимутальные факторы (трещиноватость, сжатие и т.п.), и использование её представляется оправданным для повышения точности получаемых моделей. 7. Разработана методика офсетно-азимутального анализа, повышающая достоверность результатов кинематического анализа, в том числе и при использовании стандартных ортогональных систем наблюдений без их оптимизации.

102 8. Показана применимость разработанной методики азимутального скоростного анализа к ортогональным системам наблюдений, установлена возможность улучшения оценки значений скоростей на основе оптимизации. Основные практические результаты исследования заключаются в следующем: Создан и внедрён в производство комплекс программ для проектирования и методического сопровождения полевых сейсморазведочных работ. Проведено опробование методики офсетно-азимутального скоростного анализа на экспериментальных данных, полученных при отработке ортогональной системы наблюдений на одной из площадей в Западной Сибири. Определена оптимальная методика обработки данных для проведения азимутального скоростного анализа.

Основные защищаемые положения: 1. Критерии оптимизации проектирования площадных систем наблюдений. 2. Методика и технология проектирования площадных систем наблюдений. 3. Программные средства проектирования и оптимизации систем наблюдений. 4. Методика офсетно-азимутального анализа.

Литература 1. Башкардин В.В., Белоусов А.В. Пакет программ для визуализации некоторых кинематических и динамических задач сейсморазведки // Тезисы докладов 55-й межвузовской научной конференции «Нефть и газ – 2001», с. 4. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2001. 2. Белоусов А.В. Оптимизация выбора параметров возбуждения и регистрации упругих волн в процессе сейсморазведочных работ // Тезисы докладов конференции «Молодежная наука нефтегазовому комплексу», 30-31 марта 2004 г.. - М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2004. 3. Белоусов А.В., Башкардин В.В. Методика азимутального кинематического и динамического анализа данных МОГТ 3D // Приборы и системы разведочной геофизики, 03/2005, с. 26 - 29. - Саратов, 2005 4. Закариев Ю.Ш., Казаков А.К., Белоусов А.В. Пакет программ ПИКЕЗА. Свидетельство об официальной регистрации № 2005612447, 2005. 5. Карасик В.М. Алгоритмы интерполяции при определении эффективных и интервальных скоростей // Прикладная геофизика, вып.90, с. 46- 56. - М.: Недра, 1978. 6. Лёвин А.Н. Предельная эффективная скорость при ОГТ для слоисто-однородных сред // Прикладная геофизика, вып.86, с.3 - 11. - М.: Недра, 1977. 7. Методические рекомендации по применению пространственной сейсморазведки 3D на разных этапах геологоразведочных работ на нефть и газ. - М.: ОАО "Центральная геофизическая экспедиция", 2000 8. Напалков Ю.В., Сердобольский Л.А. Руководство по проектированию работ сейсмическим методом ОГТ. - М.: МИНХ им. И.М. Губкина, 1980. 9. Плешкевич А.Л. Отчёт о научно-исследовательских работах по оптимизации систем наблюдений 3D на объектах деятельности НК "ЮКОС". - М.: ЗАО НПЦ "ГеоСейсКонтроль", 1997.




© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.