Морская сейсморазведка

Электродинамические источники упругих колебаний основаны на преобразовании электрической энергии в механические воздействия на грунт. Для них характерна высокая точность синхронизации повторных возбуждений, автономность и возможность работы при низких температурах. Их принцип действия заключается в накоплении электрической энергии генератора в емкостном накопителе, формировании на этой основе мощных импульсов тока на обмотке импульсного линейного электродвигателя. Такие источники были разработаны в ОАО "Енисейгеофизика" при поддержке ОАО "Хантымансийскгеофизика" в 1998-2002 годах На основе этих разработок в г. Минусинске начато промышленное производство импульсных электромагнитных источников под общим названием "Енисей".

Сила воздействия на грунт всех излучателей не превышает либо динамической прочности грунтов (для колесных вариантов источников), либо прочности тракторной колеи по снегу (санные варианты моделей). Практически во всех случаях работы таких источников на поверхности земли отсутствуют даже следы от плит или полозьев излучателей.

Для работы в различных условиях источники выпускаются в колесном - (КЭМ), санном (СЭМ) и водном (ВЭМ) вариантах. Общий вид одного из источников семейства " Енисей ". показан на рис. 4.13

Близкие по принципу работы невзрывные источники упругих колебаний разработаны в ОАО "Тюменнефтегеофизика" и в компании "Геосейс", эти источники получили название " Геотон ". Буксируемая группа таких источников, при производстве сейсморазведочных работ на нефть и газ в Томской области показана на рис. 4.14.

Рис. 4.13 электромагнитный сейсмический источник «Енисей КЭМ-4»

Рис. 4.14. Группа источников «Геотон» на профиле. (Томская область)

Импульсные невзрывные источники типа " Енисей " и " Геотон " в настоящее, время благодаря их высокой эффективности, достаточно широко используются при сейсморазведочных работах в условиях Западной и Восточной Сибири. Особо широкое применение они получили в тех районах ведения работ, где работа с источниками других типов практически невозможна (нефтепромыслы, охраняемые природные зоны, замерзшие озера и реки и др.). Следует специально отметить, что источники типа ВЭМ позволяют проводить сейсморазведочные работы и на незамерзающих акваториях рек, озер и водохранилищах.

4.5.3. Источники упругих колебаний для морских сейсморазведочных работ

Основным типом источников сейсмических колебаний при морских работах в настоящее время являются пневматические излучатели, которые чаще всего называют воздушными пушками (airgan). Пневматический излучатель (рис. 4.15) представляет собой металлический цилиндр с основной (1) и вспомогательной (2) камерами, подвижный шток с двумя поршнями (3), системой боковых отверстий в стенках цилиндра для выхлопа сжатого воздуха в воду (4), воздушным краном с соленоидальным приводом (5) и соединительных коммуникаций.

Рис. 4.15. Принципиальная схема воздушной пушки в поперечном разрезе:

1 – основная камера; 2 – вспомогательная камера; 3 – шток с двумя поршнями; 4 – выход воздуха (выстрел); 5 – соленоидальный клапан

В основную камеру (1) воздух высокого давления попадает, последовательно проходя вспомогательную камеру (2) и отверстие в штоке поршня. Как только источник готов к работе, так по команде из сейсмостанции поступает электрический сигнал для возбуждения упругих волн. По этому сигналу быстро открывается доступ воздуха высокого давления в подпоршневое пространство верхней части излучателя. В результате быстрого выхлопа (выхода) в воду воздуха высокого давления (до 130 - 150 бар) производится излучение упругих волн. Продолжающееся поступление сжатого воздуха из схемы питания вызывает повторное заполнение источника системы воздухом. Через некоторое время - в зависимости от объема камер и производительности компрессоров высокого давления - источник может быть готов к производству следующего выхлопа. Практически время повторной готовности составляет 6 - 10 с. Интенсивность сейсмического воздействия и форма возбуждаемого сигнала такого источника зависят как от типа конструкции источника и глубины его погружения, так и, главным образом, от объема рабочей камеры.

Реальные источники имеют объемы от 0,2 до 3 л. Линия из трех воздушных пушек на борту судна имеет вид, показанный на рис.4.16. Выхлоп воздуха высокого давления производит первичный сейсмический импульс. К сожалению, сформировавшийся в момент выхлопа воздуха в воду воздушный пузырь через некоторое время схлопывается, тем самым, вызывая второй сейсмический импульс. Это в свою очередь порождает дополнительные сейсмические волны, которые сильно осложняют анализируемое волновое поле. Поэтому для таких источников очень важно, чтобы второй импульс был как можно менее интенсивным в сравнении с первым. Среди комплекса мер, которые обычно применяются для исключения влияния повторных ударов схлопывающихся воздушных пузырей, наибольшим распространением пользуется группирование источников различной емкости и выбор оптимальной глубины их буксирования. Этими мерами обычно удается создать условия, при которых повторные сейсмические эффекты ослабляются весьма значительно.

Рис. 4.16. Гирлянда из трех воздушных пушек на борту НИС

Реальные группы источников реализуются в виде параллельно соединенных 3 - 4-х источников, подвешиваемых к специальным поплавкам и буксируемых за кормой судна. Обычно при работе по технологии 2Д (профильные наблюдения с обычной сейсмической косой) за кормой слева и справа от косы буксируются две группы синхронно работающих источников. При этом каждая группа может иметь одну или несколько линий буксируемых источников.

5. МЕТОДИКА И ТЕХНОЛОГИЯ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ

Методика сейсморазведочных работ включает в себя следующие элементы сейсморазведки: системы наблюдений, сети профилей, условия возбуждения и приема сейсмических колебаний.

Взаимное расположение пунктов возбуждения (ПВ) и пунктов приема (ПП) сейсмических волн в изучаемой среде принято называть системой наблюдений. Последовательност ь взаимного перемещения ПВ и ПП на поверхности наблюдений называют технологией наблюдений. Пункты возбуждения и приема колебаний располагаются на линиях, которые принято соответственно называть линиями пунктов возбуждения (ЛПВ ) и линиями пунктов приема (ЛПП ). Они могут пространственно совпадать и не совпадать.

В зависимости от структуры, формы и взаимного расположения линий пунктов возбуждения (ЛПВ ) и линий пунктов приема (ЛПП) сейсмических волн различают точечные, профильные и пространственные системы наблюдений. В соответствии с этим принято говорить об одномерной, двумерной и трехмерной сейсморазведке. Эти виды исследований соответственно называют D, 2D, 3Dизмерениями.

Одномерную систему наблюдений (D) часто называют способом центрального луча и применяют в настоящее время преимущественно только в морской сейсмоакустике. Для такой системы характерно предельно сближенное положение источника и приемникасейсмических колебаний. При этом записываются отраженные волны, распространяющиеся вдоль лучей, нормальных к отражающим границам.

В настоящее время значительный объем сейсморазведочных работ выполняется по системам профилей (2D измерения). Системы наблюденийпо профилю при этом могут быть продольными, когда пункты возбуждения и приема располагаются на одной линии,и непродольными, когда пункты возбуждения располагаются по линиям, отнесенным на определенное расстояние от линии пунктов приема. В зависимости от характера прослеживаемости сейсмических границ и масштаба исследований системы наблюдений по профилю могут реализовываться в виде непрерывного профилирования и в виде дискретных наблюдений (сейсмозондирований).

При решении задач в сложных сейсмогеологических условиях в настоящее время все шире применяются пространственные системы наблюдений (3D измерения). Отличительной особенностью пространственной системы наблюдений является одновременная регистрация сейсмических колебаний от ряда пунктов возбуждения на совокупности специально расположенных приемных линий, разнесенных в пространстве друг от друга на достаточно большое расстояние. Такие системы наблюдений позволяет регистрировать сейсмические волны, приходящие в пункты приема по разным направлениям, что и позволяет получать на этой основе трехмерное представление о сложно построенных геологических структурах.

В сейсморазведке при исследованиях по линейным профилям наиболее часто используются следующие системы наблюдений:

- фланговые - с пунктами возбуждения, расположенными по одну сторону базы приема - линии пунктов приема (ЛПП) - на ее конце или за ее пределами (фланговые с выносом);

- встречные фланговые - с пунктами возбуждения, расположенными на обоих концах базы приема (ЛПП) или с двух сторон за ее пределами (встречные фланговые с выносом);

- центральные - с пунктом возбуждения в центре базы приема (симметричные) и с пунктом возбуждения, смещенным к одному из краев (асимметричные).

Фланговые системы наблюдений наиболее технологичны при полевой отработке. В морских условиях они практически единственно возможны. Встречные фланговые системы менее технологичны, но обеспечивают дополнительный контроль правильности ввода статических поправок. Открывают возможность раздельного анализа различных вариантов временных разрезов, полученных несколькими вариантами их формирования: накапливание по прямой, обратной и полной встречной системам. Это позволяет на основе сравнения распознавать ложные оси синфазности на временном разрезе.

Центральные системы наблюдений представляют собой наиболее экономичную разновидность встречных систем, но требуют, как правило, применения сейсморазведочных станций повышенной канальности, что в настоящее время не является проблемой. Асимметричные центральные системы целесообразно применять при одновременном изучении отражающих горизонтов, залегающих на существенно различных глубинах.

Каждая система наблюдений помимо выше названных, качественных характеристик всегда имеет целый ряд количественных параметров. Для обозначения этих параметров в сейсморазведке существует целый ряд общепринятых в России обозначений. В то же время за рубежом для этих же параметров систем наблюдений приняты другие обозначения. Поскольку широко используемые у нас зарубежные сейсморегистрирующие комплексы имеют встроенные англоязычные программные средства проектирования систем наблюдений и контроля с их помощью за ходом выполнения полевых работ, то геофизик-оператор станции вынужден знать и понимать используемые там понятия и обозначения. По этой причине при описании количественных параметров как линейных, так и площадных систем наблюдений будут параллельно использоваться два вида обозначений.

Основными количественными характеристиками любой применяемой системы наблюдений являются:

N - (Fold) - кратность прослеживания отражающих горизонтов. Часто для краткости ее называют просто кратностью системы наблюдений;

L - база наблюдений - участок профиля, занимаемый совокупностью пунктов приема при записи сейсмических волн от одного пункта возбуждения;

S (N) - (N0) - число каналов регистрирующей аппаратуры;

Х_max, Х_mi_х - минимальное и максимальное удаление пунктов приема колебаний от пункта возбуждения упругих волн;

Δl - интервал возбуждения ( SI – Sourse Interval) упругих волн - расстояние по профилю (по линии пунктов возбуждения)между двумя соседними пунктами возбуждения упругих волн;

Δx - шаг наблюдений ( RI – Reseiver Interval) - расстояние между двумя соседними пунктами приема колебаний (по линии пунктов приема);

R - вынос (офсет) - расстояние от ближайшего пункта приема колебаний до пункта возбуждения упругих колебаний;

Шаг наблюдений (Δx)между каналами при сейсморазведочных работах на нефть и газ должен быть всегда постоянным и обеспечивать уверенную регистрацию и последующую обработку всех полезных волн заданной частоты при всех встречающихся углах наклона отражающих границ в конкретных сейсмогеологических условиях.

Указанные выше параметры системы наблюдений частично взаимосвязаны между собой. Их оптимальные численные значения выбираются на этапе проектирования работ с учетом имеющихся сведений о геологическом строении площади работ. При этом учитываются уже известные сведения об относительной интенсивности волн-помех и их кинематических свойствах. Конечно, всегда учитываются конкретные технико-экономические возможности исполнителя работ.

Применяемая система наблюдений должна по возможности обеспечивать не только изучение целевых горизонтов, но и получение информации о строении покрывающей толщи, что необходимо для учета искажающего влияния ее скоростной неоднородности на кинематические и динамические параметры волн и глубинные построения, а также для прогнозирования и вычитания многократных отраженных волн-помех.

Для понимания внутренней структуры любой системы наблюдений принято прибегать к ее графическому изображению. В нашей стране традиционно принято систему наблюдений на продольных профилях изображать либо на плоскости годографа (случай простых систем наблюдений), либо на обобщенной плоскости. Системы наблюдений на непродольных профилях и площадные системы обычно изображают на плане в виде совокупности линий профилей возбуждения и приема с обозначением расположения пунктов возбуждения.

В качестве примера на (рис.5.1) приведено изображение элемента линейной, центральной СН на плоскости годографа (а) и обобщенной плоскости (б).

Рис. 5.1. Принцип изображение системы наблюдения на плоскости годографа (а), обобщенной плоскости (б) и схема лучей отраженной волны (в)

Для изображения систем наблюдений (простых) на плоскости годографа в заданном масштабе наносят пункты возбуждения (ПВ), на рис 5.1 показан один ПВ. Над профилем, на базе наблюдения (L), в условном времени изображают годографы волн (отраженных или преломленных) с указанием индексов их пунктов возбуждения (на нашем примере это годограф t(х)). Для отраженных волн база наблюдения (L) и соответственно длинна годографа в два раза больше участка прослеженной границы, поэтому иногда годографы изображают в масштабе х/2, тогда их длинны совпадают.

Для изображения профильной системы наблюдений в сейсморазведке найдено достаточно простое и эффективное средство - анализ графического изображения системы наблюдений на обобщенной плоскости. Для такого изображения необходимо на горизонтальной линии, совпадающей с линией профиля, разместить с соблюдением горизонтального масштаба пункты возбуждения упругих колебаний. Из пунктов возбуждения колебаний под углом ± 45⁰ проводятся наклонные линии. Базы приема с профиля наблюдений проектируются в этой системе координат на проведенные лучи. При этом для центральных систем наблюдений базу приема проектируют на два луча, выходящих из соответствующего источника возбуждения под углом ± 45⁰. Для фланговой системы базу приема проектируют на один луч, выходящий под углом + 45⁰, если база приема расположена справа от пункта возбуждения, или на луч под углом - 45⁰, если база приема находится слева от пункта возбуждения. При таком способе легко изобразить СН любой сложности. Как видно из рис. 5.1 горизонтальные координаты проекций точек приема совпадают с горизонтальными координатами точек отражения, что очень важно для изображения сложных систем наблюдения.

Для обеспечения непрерывного, однократного прослеживания границы интервал возбуждения Δl должен быть в два раза меньше базы наблюдения L (рис. 5.1)т. е:

В современной сейсморазведке методом отраженных волн в основном применяются СН позволяющие многократно прослеживать границы, эта методика получила название Метод общей глубинной точки (МОГТ.) Метод был предложен в 1950 г. Уильямом Гарри. Мейном (США) (см. введение)в качестве эффективного средства ослабления многократных отраженных волн, которые являются очень сильными и трудно устранимыми помехами.Широкое практическое использование этого метода началось после внедрения цифровой обрабатывающей техники. Основным методом исследований в сейсморазведке способ МОГТ стал после полного перехода на работу с цифровой регистрирующей аппаратурой.

Принципиальную сущность метода ОСТ составляет идея многократного прослеживания от границы одних и тех же отраженных волн при различном взаимном положении источников и приемников упругих колебаний. Рассмотрим один прямолинейный профиль, расположенный на поверхности земли. На некоторой глубине находится одна плоская горизонтальная отражающая граница. Выделим на отражающей границе единственную точку D, расположенную под линией профиля. Чтобы зарегистрировать отражения от точки D источник S и приемник R должны располагаться на профиле симметрично относительно точки М, являющейся проекцией точки D на линии наблюдений. На рис. 5.2 показаны четыре из множества возможных положений источника и приемника, при которых возможна регистрация отражений от заданной глубинной точки D. Это означает, что данная схема наблюдений обеспечивает четырехкратное прослеживание отражения от глубинной точки D. При реальных работах используют большие кратности - 30, 60 и более.

Рис. 5.2. Схема формирования сейсмограммы МОГТ

Каждому сочетанию пунктов возбуждения и приема упругих волн соответствует своя сейсмическая трасса. Для получения итоговых (суммарных) сейсмических трасс высокой кратности необходимо наблюденные трассы, после введения в них различных поправок, просуммировать.

Для системы наблюдения с кратность N согласно 5.1 интервал возбуждения Δl должен быть в 2N раза меньше базы наблюдения L (рис. 5.1)т. е:

В МОГТ применяются СН с большой кратностью, для которых, согласно 5.2 интервал возбуждения Δl во много раз меньше базы наблюдения L. В связи со сложность помещения рисунков таких СН в текст, в качестве примера рассмотрим системы с малой кратностью.

Рассмотрим изображение системы наблюдения для простого примера. Пусть на основании ряда расчетов на стадии проектирования мы решили использовать фланговую систему наблюдений с выносом 100 м, со следующими количественными параметрами:

- минимальное и максимальное расстояние от пункта возбуждения Х_min = 100, Х_max = 1250м;

- интервал возбуждения упругих волн - Δl = 100 м;

Система наблюдений с выбранными параметрами на обобщенном профиле будет иметь вид, показанный на рисунке 5.2

Рис. 5.3. Фланговая система наблюдения с кратностью 6, с выносом 100 м

При этом всегда следует помнить, что в сейсморазведке принято все расстояния по профилю измерять пикетами, расстояние между которыми, как правило, принимается равным 100 м. Кроме того, необходимо, чтобы номера пикетов возрастали в направлении с запада на восток и с юга на север. При расстановке сейсмоприемников меньшим пикетам всегда должны соответствовать меньшие номера каналов. Для понимания порядка расположения каналов на выделенной расстановке указаны номера каналов. Необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что проектируемая полная кратность N = 6может быть получена только для точек профиля, находящихся правее ПК 5. Кратность наблюдений для всех точек, лежащих левее ПК 5, различна и меняется от единицы (ПК0, 0.50) до 5 ( ПК 4и 4.50). Обычно эту часть профиля называют участком набора (сброса) кратности и во всех сметных расчетах ее принимают равной средней величине. В данном случае следует считать, что часть профиля от ПК 0 до ПК5 имеет кратность, равную трем. Аналогичный участок профиля с переменной кратностью может иметь место на конце профиля. Этот участок обычно называют участком сброса (набора) кратности.

На рисунке 5.3. показаны различные выборки трасс, которые можно получить при многократных перекрытиях. Полевые многоканальные сейсмограммы получают от одного (общего) пункта возбуждения, они называются сейсмограммы ОПВ. Для получения сейсмограмм ОГТ необходимо провести выборку (сортировку) трасс из сейсмограмм ОПВ, на рис. 5.3 для трех точек показано как это производится. При выбранных параметрах системы наблюдений трассы сейсмограмм ОГТ формируются несколько по-разному для пикетов профиля с целочисленными номерами и для пикетов, номера которых имеют дробную часть.

При обработке данных МОГТ необходимы сейсмограммы, для которых общим является пункт приема – сейсмограммы ОПП, они также получаются выборкой трасс из сейсмограмм ОПВ (рис. 5.3). При производстве работ в сложных поверхностных условиях иногда приходится пропускать некоторые пикеты (на рис 5.3 это ПК-17), при этом на участке профиля падает кратность, для недопущения этого производится замещение попущенных пикетов, один из вариантов такого замещения показан на рисунке.

Из центральных систем наблюдений рассмотрим систему с параметрами, приведенными на рис. 5.4. Такие системы наиболее часто применяются в настоящее время, главное их достоинство получение полного годографа ОГТ, по которому при обработке более точно определяются скорости.

Выборки трасс для центральных систем наблюдений проводятся по выше рассмотренным принципам.

Рис. 5.4. Центральная система наблюдения с кратностью 6

При проведении сейсморазведочных работ в районах со сложными глубинными сейсмогеологическими условиями (криволинейные крутопадающие границы, резкие несогласия и т. п.) для получения объективных и достоверных сведений о геологическом строении изучаемой среды необходимо учитывать трехмерность структуры отраженного сейсмического волнового поля. Это связано с тем, что в пункты приема колебаний приходят отраженные волны, лучевые траектории которых лежат в различно ориентированных плоскостях. Если не учитывать эти особенности волнового поля при регистрации и обработке, то можно допустить серьезные ошибки при истолковании полученных результатов наблюдений. В качестве примеров таких сложно построенных геологических объектов можно назвать: неантиклинальные объекты в пологих платформенных условиях - песчаные отложения, связанные с руслами рек, каналами, клиноформами, барами, пляжами; локальные карбонатные объекты - рифы, атоллы; ловушки, приуроченные к соляным куполам или к тектоническим нарушениям и т. п.

В районах со сложными глубинными условиями при профильном варианте изучения среды сейсморазведкой 2D - продольное профилирование нередко трудно однозначно опознать волны, у которых направление распространения не лежит в вертикальной плоскости, содержащей линию профиля. Указанное обстоятельство не позволяет, не только правильно оконтурить, но иногда даже и просто обнаружить эти сложно построенные объекты.

В качестве примера на рис. 5.5 приведены временные разрезы, полученные по 2D сейсморазведке, из которых видно, что интерпретатору довольно сложно предсказать, как выглядят особенности геологического строения среды между профилями.

В сейсморазведке 3D, в отличие от работ по технологии 2D плотность точек ОГТ на единицу площади исследований резко возрастает, что дает возможность формировать куб сейсмической информации (рис. 5.6),на основе которого в последующем открываются возможности получения непрерывных сечений волнового поля во всех направлениях. В силу этого трехмерная регистрация данных позволяет достаточно надежно прослеживать относительно протяженные, но сравнительно малоразмерные в плане объекты.

Другой отличительной особенностью 3D является возможность использования на этапе обработки пространственных годографов отраженных волн, что позволяет на этапе суммирования данных поднять на порядок выше качество ослабления (подавления) как кратных волн-помех, так и случайных помех. Вышесказанное и объясняет, почему для изучения районов со сложным геологическим строением в настоящее время все более широко используется сейсморазведка с применением площадных систем наблюдений волнового поля.

Наиболее полно достоинства сейсморазведки 3D могут быть реализованы при полнократной схеме выполнения съемки. Под полнократной понимается съемка, в которой источники и приемники распределены на местности по равномерной двумерной сетке с фиксированными расстояниями между источниками и приемниками.

Современные сейсморазведочные работы по технологии 3D, как правило, выполняются по методике многократных перекрытий. Поэтому такие системы наблюдений следует проектировать таким образом, чтобы они по возможности обеспечивали достаточно равномерное покрытие всей площади работ регулярной сетью общих средних (глубинных) точек.

Группой сейсмоприемников - шаблоном (template ) называют совокупность сейсмоприемников, расположенных на нескольких линиях приема, и связанные с ней пункты возбуждения, работа которых должна быть зарегистрирована без всякого перемещения этих сейсмоприемников. Для регулярных систем наблюдений, построенных на использовании крестовой расстановки, группа сейсмоприемников образует прямоугольник, состоящий из нескольких параллельных приемных линий и одной или нескольких линий возбуждения, находящихся внутри этого прямоугольника (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Группа сейсмоприемников (шаблон) размером L_X и L_Y

1 – приемные профили (ЛПП); 2 – профиль расположения источников (ЛПВ), отрабатываемых при данном расположении шаблона; 3 - профиль расположения источников (ЛПВ), отрабатываемых при следующем положении шаблона; 4 – единичная клетка; 5 – максимальное удаление «источник – приемник» в шаблоне; 6 – область общих средних точек получаемых при данном положении шаблона

Общее число приемных линий в шаблоне (или, что то же самое, число приемников в направлении линий источников) будем обозначать через N_y Это число определяет размер группы в направлении линий источников. Длина приемных линий в шаблоне L_x,как правило, меньше (в предельном варианте равна) длины участка исследований в направлении приемных линий и определяется числом активных каналов на приемной линии. Размер шаблона определяется величинами L_x и L_y.

Максимальное расстояние "источник - приемник" Х_тах зависит от размеров группы сейсмоприемников и от вида применяемой системы наблюдений. Для фланговых систем наблюдений оно равно длине диагонали группы сейсмоприемников. Численное значение X_max выбирается в зависимости от требуемой глубины исследований в данном геологическом разрезе.

Для равномерного покрытия участка съемки бинами с заданной кратностью группа сейсмоприемников перемещается на площади по специальной технологии либо с "перекрытием линий приема", либо с "перекрытием линий источников".

Едничнои ячейкой (unit cell) — клеткой - принято называть участок съемки, ограниченный двумя соседними профилями расположения источников и двумя соседними приемными профилями (рис. 5.11).

1 - линии пунктов приема (ЛПП);2 - линии пунктов возбуждения (ЛПВ); 3 - один из бинов в клетке; 4 - центральный бин в клетке; 5 - группа бинов - супербин; 6 - наибольший минимальный вынос X_min

Наибольший минимальный вынос X_min - это максимальное расстояние в единичной клетке от источника до приемника. Это расстояние соответствует бину, расположенному в центре клетки. Данный параметр системы наблюдений контролируется глубиной залегания самого неглубоко залегающего опорного отражающего горизонта.

В целях получения количественных оценок равномерности покрытия всей площади исследований общими средними точками, при проектировании регулярных площадных систем широко используется понятие бина (рис. 5.11). Бином обычно называют прямоугольный участок площади съемки, имеющий по осям ОХи ОYсоответственно размеры:

Все средние точки которые попадают вовнутрь этого участка (бина), считаются принадлежащими одной и той же общей средней точке - ОСТ. Количество попавших общих средних точек в любой заданный бин принято называть кратностью наблюдений (Fold). Размер бина определяют исходя из целей разведки, требуемой пространственной разрешенности съемки и экономических соображений. Обычно используют прямоугольные (квадратные) бины с размером сторон от 25 до 200 м. Наиболее часто используются бины размером 25 x 25 м или 25 x 50 м.

Сейсморазведочные работы 3D, на начальном этапе своего развития (конец 70-х, 80-е годы прошлого года) проводились по очень упрощенным системам наблюдения, так как все сейсмостанции того времени были линейными и имели число каналов 48 или максимум 96. Реализовать сложные регулярные системы наблюдения с такой аппаратурой было невозможно, положение дел в корне изменилось с появлением телеметрической аппаратуры, когда ограничения на число каналов регистрации было снято.

Ниже в таблице 5.1 приведена современная классификация наземных съемок 3-D

(Джим Мюссер, директор подразделения «GMG Energy Services»)

Тип	Области применения	Преимущества	Недостатки
In-Line Swath	Открытая местность	Узкоазимутальные данные можно обрабатывать и анализировать как профильные (2-D) данные	Плохо рассчитывается статика в поперечном направлении. Высокая плотность линий приема и возбуждения. Высокая чувствительность к запретным зонам
Ортогональная съемка	Любые условия	Широкая азимутальность, что хорошо для 3-D ДМО. Лучше решается статика в поперечном направлении. Общепринятая экономичная система наблюдений	Нужно использовать алгоритмы обработки площадных данных. Нельзя использовать простые двумерные алгоритмы F-K
«Кирпичная» съемка	Открытая местность	По сравнению с ортогональной съемкой улучшается распределение минимальных удалений (в бинах) и в частности – минимальных удалений	Прерывистые (ступенчатые) линии возбуждения трудно прокладывать в лесах
Съемка с косыми линиями возбуждения	Любые условия	Улучшается общее распределение удалений в бинах, что благоприятно для AVO-анализа	Большие затраты на топогеодезические работы и расчистку линий возбуждения из-за их диагональной ориентации
«Кнопочная» система наблюдений	Открытая местность, сельскохозяйст-венные угодья, Арктика, пустыни	Большой шаг между линиями возбуждения. Эффективное использование расстановок с большим числом активных каналов	Сложно проектировать
Переменное расстояние между линиями	Любые условия	Модификация ортогональных, «кирпичных» и «косых» съемок, дающая лучшую поверхностную согласованность	Сложно проектировать
Асимметричная расстановка	Любые условия	Модификация ортогональных, «кирпичных» и «косых» съемок со сходными преимуществами, плюс большие удаления	То же самое, что и для ортогональных, «кирпичных» и «косых» съемок
Случайное положение пунктов съемки	Любые условия	Согласованность с поверхностью, отсутствие влияние системы наблюдений на регистрируемый массив данных	Сложно проектировать и отрабатывать

Каждый способ формирования систем наблюдений обладает рядом достоинств и недостатков. Основные достоинства, кроме организационно-технических, обуславливаются распределением важнейших параметров, таких как распределение кратности, удалений и азимутов. Рассмотрим некоторые из приведенных в таблице 5.1 типов съемок, с другими типами студент может ознакомится по рекомендованной литературе.

Против: Относительно дорого. Самые большие значения минимального удаления (X_min). Необходима довольно хорошая доступность местности для отработки ПВ и установки ПП.

За: Меньшие значения минимального удаления (X_min). Приемлемое распределение азимутов и удалений. Возможность лучше рассчитывать статпоправки по первым вступлениям.

Против: Необходима хорошая доступность местности для отработки ПВ и установки ПП.

За: Эффективное использование высококанальных регистрирующих систем с минимальным использованием земли под линии возбуждения.

Против: Большое количество ПВ. Требуется компьютеризованное проектирование. Распределение азимутов и удалений различается в соседних бинах.

Зигзаг (включая такие модификации как «зеркальный» зигзаг, двойной или тройной зигзаг и сдвинутый двойной зигзаг, рис. 5.15).

За: Меньшее значение минимального удаления (X_min) с хорошим распределением удалений и азимутов.

Против: Необходима открытая местность, такая как пустыни.

Расположение сети наблюдений определяется задачами работ, глубинными и поверхностными сейсмогеологическими условиями. Сети наблюдений должны быть увязаны со скважинами, расположенными на площади исследований. В сеть проектных профилей могут включаться специальные профили, проходящие через скважины. Профильные работы рекомендуется вести по прямолинейным профилям вне зависимости от рельефа местности. Излом прямолинейных профилей и работа по криволинейным профилям допускаются лишь при наличии участков местности, непреодолимых по разным причинам (требования безопасности, экологии, наличие населенных пунктов и промышленных территорий). Точки излома сейсмических профилей, как правило, рекомендуется совмещать с пунктами возбуждения. Углы излома профилей не должны, как правило, превышать 5° - 15°. Их величины подлежат обоснованию в проекте на работы. При всех видах сейсмических наблюдений профили разбиваются таким образом, чтобы их пикеты возрастали в направлении с запада на восток и с юга на север. На сейсморазведочном профиле номера каналов всегда должны возрастать с увеличением номеров пикетов профиля.

Сейсморазведочные работы 2D проводятся для целей изучения строения земной коры по отдельным профилям или сети профилей с целью решения задач на региональном, поисково - оценочном, детальном, и, иногда, даже на детализационном этапах геологоразведочного процесса. В зависимости от детальности они подразделяются на профильные и площадные. Конфигурация сети наблюдений и расстояние между отдельными профилями сети конкретной сейсмической съемки определяются целями и задачами работ и должны соответствовать конкретному этапу геологоразведочных работ на данной территории.

На региональном этапе сейсморазведочных работ изучается по отдельным протяженным профилям общее геологическое строение обширных территорий, производится оценка перспектив нефтегазоносности, выявляются и прослеживаются нефтегазоперспективные комплексы пород, определяются по различным горизонтам конфигурации крупных поднятий и прогибов, выделяются районы, представляющие интерес для постановки поисковых работ. В качестве примера на рис. 5.16 приведена схема региональных сейсморазведочных профилей на востоке Томской области.

Рис. 5.16. Схема региональных сейсморазведочных профилей на востоке Томской области. 1 – границы областей; 2 – ранее отработанные профили; 3 – сейсмические профили по программе «Восток»; 4 – глубокие скважины.

Региональные сейсмические наблюдения проводятся по методике многократного профилирования MOB, КМПВ и МПВ – ОГТ напротяженных опорных профилях. Положение и ориентировка опорных профилей определяются данными предыдущих геологических и геофизических исследований. Опорные профили должны пересекать основные крупные структурные элементы изучаемой территории и увязываться с данными скважин глубокого бурения. Рекомендуется совмещать сейсмические профили с другими геофизическими профилями (гравиразведочными, магниторазведочными и др.) с целью облегчения совместной комплексной интерпретации всех геофизических материалов. Рекомендуемые расстояния между профилями при региональных работах 5-20 км. Результаты региональных сейсморазведочных работ представляются как по отдельным профилям, в виде временных разрезов (рис. 5.17), так и в виде структурных или других карт (рис.5.18).

Рис. 5.17. Временные сейсмические разрезы по региональным профилям Предъенисейской нефтегазоносной провинции.

Рис. 5.18. Фрагмент геологической карты восточных районов Томской области со снятыми девонскими и более молодыми отложениями.

На поисковом (поисково-оценочном) этапе сейсмической разведкой выявляют перспективные на нефть и газ площади или отдельные зоны, представляющие интерес для проведения последующих детальных работ.

На первой стадии поискового этапа сейсмические работы должны выполняться с такой плотностью сети наблюдений, которая обеспечивает выявление локальных объектов путем их пересечения не менее чем двумя основными разведочными профилями. Эти профили принято располагать вкрест предполагаемого простирания изучаемых структур. Результаты наблюдений на них дают основную информацию об изучаемых геологических объектах и служат основой для построения структурных карт и схем по интересующим нас сейсмическим горизонтам. Связующие профили прокладывают перпендикулярно разведочным профилям. Они предназначаются для увязки данных в точках пересечения. Максимальное расстояние между связующими профилями, как правило, не должно превышать удвоенного расстояния между разведочными (основными) профилями. Все профили, по возможности, задают в виде прямых линий. Изометричные объекты типа соляных куполов разведывают по системе радиальных профилей с пересечением их над сводом купола. Связующие профили в этом случае прокладывают по периферии объекта. Расстояния между соседними профилями не должны превышать 0,5 предполагаемой длины большой оси структуры в сложных сейсмогеологических условиях и 0,7 - 0,8 - в простых сейсмогеологических условиях. Как правило, расстояние между профилями при поисковых работах лежит в пределах 1-5 км.

Пример поисковой сети сейсморазведочных профилей МОГТ-2Д в одном из районов Томской области показан на рис. 5.19.

Рис. 5.19. Поисковая сеть сейсморазведочных профилей МОГТ-2Д

На второй стадии поискового этапа целью сейсмических работ является выявление и локализация ранее выявленных перспективных площадей и подготовка их под глубокое поисковое бурение. При этом по результатам работ должно быть определено (рекомендовано) оптимальное местоположение глубоких скважин (пример выбора местоположения глубокой скважины на рис. 5.20).

Рис. 5.20. Временной сейсмический разрез по профилю 2Д и рекомендованная глубокая скважина (П-4).

Густота сети профилей на второй стадии поискового этапа выбирается такой, чтобы обеспечивалась достаточная точность структуры (объекта) в плане и в разрезе. При изучении структур, разбитых на отдельные блоки, каждый блок должен быть исследован с помощью самостоятельной сети профилей.

На основании теоретических исследований и обобщения материалов практики рекомендуются следующие количественные показатели сети наблюдений для разных стадий поискового этапа (таблица 5.2).

Масштаб итоговых карт	Поисковые сети, достаточные для оконтуривания структур	Оптимальные сети для подготовки структур	Предельно допустимая густота сети
1:50000	2 х (4 - 6) 0.66 - 0.75	1 х (2 - 4) 1.25 - 1.50	0.25 х (0.5 - 1.0) 5 - 6
1:100000	4 х (8 - 12) 0.33 - 0.37	2 х (4 - 6) 0.66 - 0.75	0.5 х (1 - 2) 2.5 - 3

Примечание: в числителе - расстояние между продольными и поперечными профилями в км; в знаменателе - плотность сети профилей наблюдений. в километрах, приходящихся на один квадратный километр площади исследований,

На этапе детальных работ целью сейсмических исследований является выявление и уточнение положения отдельных залежей углеводородов, прослеживание их пространственного положения, оценка свойств коллекторов интересующих нас пластов на основе совместной интерпретации сейсмических материалов и данных геофизических исследований в скважинах.

В настоящее время работы на этом этапе, как правило, выполняются с использованием пространственных систем наблюдений 3D. По материалам этих работ выполняется корректировка ранее составленных проектов разработки месторождений углеводородов. В качестве примера на рис. 5.21 показаны результаты сейсморазведочных работ проведенных на одном из месторождений Томской области по технологии 3D.

Рис. 5.21. Анимация первичного куба сейсмической информации

Сейсмическая разведка в настоящее время все успешнее применяется и для целей изучения процесса изменения конфигурации залежей углеводородов в ходе разработки месторождений путем проведения повторяющихся во времени сейсмических работ. Детальные сейсмические исследования в настоящее время проводятся преимущественно по методике площадных наблюдений на основе технологий типа 3D/4D.