Сбор сейсмических данных

Рабочие проводят сейсмические испытания (США, 1940-е годы)

Сбор сейсмических данных — это первый из трех отдельных этапов сейсморазведки, два других — это обработка сейсмических данных и их интерпретация. Сбор сейсмических данных требует использования сейсмического источника в определенных местах для сейсмической разведки, а энергия, которая распространяется внутри недр в виде сейсмических волн, генерируемых источником, регистрируется в определенных местах на поверхности так называемыми приемниками ( геофонами или гидрофонами) . ).

Прежде чем можно будет получить сейсмические данные, необходимо спланировать сейсмическую съемку - процесс, который обычно называют планированием съемки . Этот процесс включает в себя планирование различных используемых параметров съемки, например , типа источника , типа приемника, расстояния между источниками, расстояния между приемниками, количества снимков источника, количества приемников в решетке приемников (т. е. группы приемников), количества каналов приемников в разброс приемника, частота дискретизации , длина записи (заданное время, в течение которого приемник активно записывает сейсмический сигнал) и т. д. С помощью разработанной съемки сейсмические данные могут быть записаны в виде сейсмических трасс , также известных как сейсмограммы , которые непосредственно представляют « реакцию упругого волнового поля на контрасты скоростей и плотностей на границах слоев горных пород или отложений, когда энергия проходит от источника через недра к приемнику или приемнику » .

Параметры опроса

Типы источников для приобретения земли

Для приобретения земли могут использоваться различные типы источников в зависимости от настроек приобретения.

Взрывоопасные источники, такие как динамит, являются предпочтительными сейсмическими источниками на пересеченной местности, в районах с высокой топографической изменчивостью или в экологически чувствительных районах, например, болотах , сельскохозяйственных полях, горных регионах и т. д. Источники такого типа необходимо заглублять (связывать) с землей, чтобы максимизировать количество сейсмической энергии, передаваемой в недра, а также свести к минимуму угрозу безопасности во время ее взрыва. Преимущество взрывных источников заключается в том, что сейсмический сигнал (известный как сейсмический вейвлет ) имеет минимальную фазу , т.е. большая часть энергии вейвлета сосредоточена в его начале, и, следовательно, во время сейсмической обработки вейвлет имеет инверсию, которая является стабильной и причинной и, следовательно, может использоваться при попытках удалить ( деконволюцию ) исходный вейвлет. Существенным недостатком использования взрывных источников является то, что источник/сейсмический вейвлет точно неизвестен и воспроизводим, и поэтому вертикальное суммирование сейсмограмм или трасс из этих отдельных снимков может привести к неоптимальным результатам (т. е. сигнал/шум отношение не так высоко, как хотелось бы). Кроме того, сейсмический вейвлет невозможно точно удалить, чтобы получить выбросы или импульсы (идеальная цель — дельта-функция Дирака ), соответствующие отражениям на сейсмограммах. Фактором, который способствует различной природе сейсмических импульсов, соответствующих взрывным источникам, является тот факт, что с каждым взрывом в заданных местах физические свойства недр вблизи источника изменяются; следовательно, это приводит к изменениям в сейсмическом импульсе при его прохождении мимо этих областей.

Nomad 90 вибрирующий

Вибрационные источники (также известные как вибросейсмические источники) являются наиболее часто используемыми сейсмическими источниками в нефтегазовой промышленности. Аспект, который отличает этот тип источника от взрывчатых веществ или других источников, заключается в том, что он обеспечивает прямой контроль над сейсмическим сигналом, передаваемым в недра, т.е. энергия может передаваться в недра в известном диапазоне частот в течение определенного периода времени. Источники вибрации обычно включают в себя грузовики, оснащенные тяжелыми пластинами, которые неоднократно ударяются о землю для передачи сейсмической энергии в недра. На рисунке справа показан один из таких вибросейсов, известный как Nomad 90 . Источники вибрации часто используются там, где необходимо исследовать обширные территории и где в регионе съемки нет густонаселенных территорий или территорий с густой растительностью; Сильно меняющаяся топография также препятствует использованию источников вибрации. Кроме того, влажные регионы также неоптимальны для использования источников вибрации, поскольку эти грузовики чрезвычайно тяжелы и, следовательно, имеют тенденцию повреждать имущество на влажной местности.

Источники падения веса , такие как источник с молотком, представляют собой более простые сейсмические источники, которые обычно используются для приповерхностных сейсмических исследований рефракции. Этот тип источника часто включает в себя только источник веса (например, молоток) и пластину (вместе с триггером для инициации записи на приемниках) и, следовательно, в большинстве мест он возможен с точки зрения логистики. Его использование в основном при приповерхностных исследованиях связано с меньшими генерируемыми амплитудами и, следовательно, с меньшей глубиной проникновения по сравнению с вибрационными и взрывными источниками. Как и в случае с источниками взрывчатых веществ, источники падения веса также используют вейвлет неизвестного источника, что затрудняет оптимальное вертикальное суммирование и деконволюцию .

Типы источников для морских съемок

Пневматическая пушка является наиболее часто используемым сейсмическим источником при морской сейсмической съемке с 1970-х годов. Пневматическая пушка представляет собой камеру, наполненную сжатым воздухом под высоким давлением, который быстро выбрасывается в воду для генерации акустического импульса (сигнала). Факторы, способствующие его широкому использованию, включают тот факт, что генерируемые импульсы предсказуемы, контролируемы и, следовательно, повторяемы. Кроме того, для создания источника используется воздух, который легко доступен и бесплатен. Наконец, он также оказывает относительно меньшее воздействие на морскую жизнь на окружающую среду по сравнению с другими морскими сейсмическими источниками; аспект, который препятствует использованию источников вибрации для морских съемок. Пневматические пушки обычно используются группами или массивами (т.е. несколько пневматических пушек разного объема) для максимизации соотношения сигнал/шум и минимизации появления пузырьковых импульсов или колебаний на трассах.

Тип приемника

гидрофон

Гидрофон — это сейсмический приемник, который обычно используется при морской сейсмической съемке и чувствителен к изменениям давления, вызванным акустическими импульсами в окружающей среде. В типичных гидрофонах используются пьезоэлектрические преобразователи, которые под воздействием изменений давления создают электрический потенциал, который напрямую указывает на изменения давления. Как и в случае с пневматическими пушками, гидрофоны часто используются группами или массивами, которые состоят из нескольких гидрофонов, соединенных вместе, чтобы обеспечить максимальное соотношение сигнал/шум .

геофон

Геофон СМ-24

Геофон – это сейсмический приемник, который часто используется при съемке земель для мониторинга скорости частиц в определенной ориентации. Геофон может быть либо однокомпонентным геофоном , предназначенным для регистрации p-волн (волн сжатия), либо многокомпонентным геофоном, предназначенным для регистрации p-волн и s-волн (поперечных волн). Геофонам требуется достаточно прочная связь с землей, чтобы регистрировать истинное движение грунта, вызванное сейсмическим сигналом. Это имеет большое значение для более высокочастотных составляющих сейсмических сигналов, которые могут существенно изменяться по фазе и амплитуде из-за плохой связи. На рисунке справа показан геофон; конический шип геофона вкапывается в землю для соединения. Как и в случае с гидрофонами, геофоны часто располагаются группами, чтобы максимизировать соотношение сигнал/шум , а также минимизировать влияние поверхностных волн на записываемые данные.

Интервал выборки и критерий Найквиста

Сейсмический сигнал, который должен быть записан приемниками, по своей сути непрерывен и, следовательно, должен быть дискретизирован . Скорость, с которой этот непрерывный сигнал дискретизируется, называется интервалом дискретизации или частотой дискретизации ( см. в разделе Выборка (обработка сигнала) более подробную информацию . Согласно критерию Найквиста , частота, с которой необходимо производить выборку сейсмического сигнала, должна быть как минимум равна или более чем удвоенная максимальная частотная составляющая сигнала, т. е. f _{выборка} ≥ 2f _max,signal . Остающаяся проблема заключается в том, что во время сбора данных обычно неизвестен компонент с самой высокой частотой, чтобы можно было рассчитать частоту дискретизации. Следовательно, необходимо оценить максимально возможные частоты, содержащиеся в сигнале; обычно предпочтительны частоты дискретизации, превышающие эти оценки, чтобы гарантировать временного наложения спектров . отсутствие

Длина записи

термина Несмотря на длину , длина записи относится к продолжительности времени (обычно указанной в миллисекундах), в течение которой приемники активны, записывая и сохраняя сейсмический отклик недр. Это время записи обычно должно начинаться незадолго до включения источника, чтобы гарантировать, что прямые волны будут приняты в качестве первых вступлений на приемники, находящиеся на близком удалении. Кроме того, длина записи должна быть достаточно длинной, чтобы гарантировать запись последних ожидаемых поступлений. Обычно для более глубоких разведочных исследований длина записи корректируется до нескольких секунд (обычно 6 секунд). Для глубокого исследования земной коры обычно требуется от 15 до 20 секунд. Поскольку записанные трассы всегда можно обрезать для последующего поступления во время обработки данных, длина записи обычно предпочитается больше, чем необходимо, а не короче.