Главная » 2014»Июль»27 » Скачать Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов. Кострыгин, Юрий Петрович бесплатно
03:21
Скачать Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов. Кострыгин, Юрий Петрович бесплатно
Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов
Диссертация
Автор: Кострыгин, Юрий Петрович
Название: Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов
Справка: Кострыгин, Юрий Петрович. Исследование и развитие технологии сейсморазведки с использованием сложных зондирующих сигналов : диссертация доктора технических наук : 25.00.10 Краснодар, 2003 361 c. : 71 05-5/64
Объем: 361 стр.
Информация: Краснодар, 2003
Содержание:
Введение;
Глава 1 Основные принципы вибросейсмической разведки и необходимая точность представления вибросейсмических сигналов
11 Особенности возбуждения колебаний в режиме упругих деформаций грунта
12 Оптимальное выделение сложных сигналов
13 Линейно частотно-модулированные сигналы
14 Исследование необходимой точности представления вибросейсмических сигналов
141 Анализ влияния разрядности кодирования вибросейсмических записей на качество коррелограмм
1411 Исследование зависимости интенсивности помех преобразования от разрядности кодирования виброграмм
1412 Определение условий эффективного применения знакового кодирования виброграмм
1413 Выбор предельно допустимой разрядности кодирования виброграмм
142 Оценка необходимой минимальной частоты квантования виброграмм
Глава 2 Исследование динамических характеристик колебательной системы вибратор-грунт
21 Теоретические исследования динамических свойств силовой части электрогидравлического вибратора
211 Вывод уравнений динамики и получение операторных передаточных функций
212 Амплитудно-частотные характеристики колебательной системы вибратор-грунт для опорной плиты
213; Амплитудно-частотные характеристики колебательной системы вибратор-грунт для инерционного груза
214 Амплитудно-частотные характеристики колебательной системы вибратор-грунт для смещения массы транспортного средства;
22 Экспериментальные исследования динамических характеристик колебательной системы вибратор-грунт
221 Экспериментальные амплитудно-частотные характеристики
222 Исследование нелинейных искажений, в системе вибратор-грунт, и графики динамического диапазона корреляционного преобразования вибросейсмических сигналов
23 Пути повышения эффективности вибросейсмических излучателей
Глава 3 Изучение волновых вибросейсмических полей
31 Основные особенности волновых полей, формируемых при поверхностном возбуждении колебаний
32 Исследование особенностей волновых вибросейсмических полей, регистрируемых в условиях Крайнего Севера
33 Исследование влияния шероховатости грунта на- динамику возбуждаемых вибросейсмических колебаний
Глава 4 Совершенствование методики вибросейсмических наблюдений;
4*1 Определение режимов работы гидравлических вибраторов
42 Выбор частотного диапазона вибросейсмических развёрток
43; Группирование вибраторов
44 Группирование сейсмоприёмников
45 Выбор длительности вибросейсмических развёрток и статистическое накапливание воздействий
46 Изучение верхней части разреза
Глава'5 Оптимизация технологии способа комбинированных сигналов
5:1 Определение параметров комбинированных сигналов, применяемых с целью повышения разрешающей способности вибросейсмического метода
52 Методика полевых наблюдений с использованием высокочастотных комбинированных развёрток
53 Геологическая эффективность применения высокочастотных комбинированных развёрток
Глава 6 Исследование; возможности повышения эффективности вибросейсмической- разведки путём использования нелинейных развёрток
61 Кусочно-линейные развёртки
611 Применение; кусочно-линейных развёрток с; целью повышения разрешающей способности вибросейсмического метода
612 Сравнительный анализ эффективности применения высокочастотных кусочно-линейных и комбинированных развёрток
613 Анализ возможности применения кусочно-линейных развёрток с целью максимального увеличения глубинности вибросейсмических исследований
614 Исследование возможности применения непрерывных разнополярных последовательностей укороченных ЛЧМ-сигналов для уменьшения; опасности разрушения зданий и сооружений при; проведении вибросейсмических работ
62: Логарифмические развёртки;
63: Степенные развёртки
Глава 7 Исследование возможности повышения эффективности обработки вибросейсмических материалов
71 Восстановление спектра- регистрируемых вибросейсмических колебаний
72 Поиск алгоритмов и анализ целесообразности применения фильтров с: комплексными передаточными функциями, для; подавления корреляционного фона в дальней зоне корреляционной функции
73 О целесообразности использования' принципов следящей» фильтрации! при обработке вибросейсмических записей?
Глава; 8 Анализ возможностей применения вибросейсмического метода для решения задач прогнозирования геологического разреза (ПГР)
81 Выбор зондирующего сигнала при проведении работ ПГР
82 Оценка влияния неустойчивости амплитудно-частотных характеристик системы вибратор-грунт на' достоверность выявления динамических аномалий волнового поля:
83: Исследование возможности компенсации искажений волнового поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта, и условий контакта излучающих плит вибраторов с грунтом
Глава 9 Кодоимпульсный метод сейсморазведки
9:1 Основные принципы кодоимпульсного накапливания колебаний
92 Однополярные коды
9:2Л Анализ возможности применения1 в сейсморазведке однополярных кодов с линейным? изменением! частоты следования импульсов (коды ЛИЧ)
9:211 Выбор перспективных кодов ЛИЧ302:
9212: Поиск методических приёмов ослабления корреляционного фона при возбуждении однополярных последовательностей ЛИЧ
9213 Оценка статистического эффекта: кодоимпульсного накапливания» при использовании кодов ЛИЧ
922; Исследование однополярных кодов с линейным изменением периода следования импульсов (коды ЛИП)
923 Поиск алгоритмов фильтрации для подавления корреляционного фона, формируемого при использовании однополярных кодов 320 93: Двухполярные кодоимпульсные сигналы»329s
931 Исследование корреляционных функций двухполярных последовательностей с учётом динамической неустойчивости кодоимпульсных излучателей
932 Оценка статистического эффекта кодоимпульсного накапливания двухполярных последовательностей
Введение:
Основные перспективы развития невзрывной сейсморазведки связываются с широким внедрением способов, предполагающих возбуждение и регистрацию сложных сейсмических сигналов, т.е. сигналов, для которых выполняется, условие Af3(j,- Т » 1, где Af3(}, - эффективная ширина спектра сигнала, Т — длительность сигнала: Использование таких сигналов в сочетании с оптимальной фильтрацией позволяет значительно повысить помехоустойчивость сейсмической разведки по отношению к некогерентным • помехам; Наибольший интерес при этом представляют квазигармонические сложные сигналы, обеспечивающие возможность гибкого варьирования спектральным составом возбуждаемых колебаний.
Первые положительные результаты по практическому использованию квазигармонических сейсмических сигналов были получены в США в 1959 -1960 гг. (Д.Крауфорд, В.Дота, М.Ли). Фирма «Continental Oil Company» («Сопосо») разработала метод и аппаратуру с торговой маркой «Vibroseis». Большой вклад в разработку теории, методики, математического обеспечения и технических средств; вибросейсморазведки: внесли российские учёные: И.С.Чичинин.; М;Б.Шнеерсон, А.Г.Асан-Джалалов, В.А.Бабешко, Т.М.Гродзянская, Г.П.Евчатов, Ю.П.Кострыгин, А.И.Лугинец, Ю.П.Лукашин, АМ.Седин, А.С.Шагинян, В.И.Юшин и др.
В настоящее время вибросейсмический метод получил широкое практическое применение. Этому обстоятельству способствует высокая геологическая эффективность метода, сопоставимая в большинстве случаев с эффективностью сейсмической разведки, использующей взрывные скважинные излучатели. Применение вибросейсморазведки улучшило условия труда, снизило уровень опасности работ и свело к минимуму вред, наносимый окружающей среде. Последнее обстоятельство во многих случаях является приоритетным при выборе способа возбуждения сейсмических колебаний, т.к. в настоящее время экологические службы в принципе запрещают проведение буро-взрывных работ в пределах большого числа площадей, перспективных для разведки на нефть и газ. Вместе с тем успехи, наметившиеся в последние годы в. области геологической интерпретации сейсмических материалов, выдвигают весьма жёсткие требования к качеству сейсмических записей. Поэтому исследования, направленные на развитие технологии и повышение геологической эффективности вибросейсмического метода, являются в настоящее время весьма актуальными.
Особое место в невзрывной сухопутной сейсморазведке занимает способ, основанный на возбуждении кодоимпульсных последовательностей (Г. И; Молоканов, В. В. Ивашин, Ю. П. Кострыгин, И: А. Милорадов, В. И: Роман, Ю. А. и др.). По своему физическому содержанию способ занимает промежуточное место между импульсным и вибросейсмическим методами; Так же, как и вибросейсмический метод, кодоимпульсный метод отличается повышенной помехоустойчивостью по отношению к некогерентным помехам. Вместе с тем техническая реализация кодоимпульсного возбуждения является значительно более простой. Учитывая относительную простоту конструкции и в связи с этим более низкую себестоимость кодоимпульсных излучателей, есть все основания считать, что кодоимпульсный метод, будет привлекать к себе всё большее внимание специалистов и найдёт широкое применение в сейсморазведке. Поэтому развитие технологии кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний, также как и развитие технологии вибросейсмического метода, является, безусловно, актуальным.
Целью диссертационной работы является исследование и развитие технологии вибросейсмической разведки и кодоимпульсного накапливания сейсмических колебаний. В соответствии с целевым назначением сформулированы задачи работы:
1. Оценка необходимой точности представления: вибросейсмических сигналов.
2. Исследование основных динамических характеристик колебательной системы вибратор-грунт в зависимости от условий возбуждения и параметров конструкции вибросейсмических излучателей.
3. Изучение основных особенностей волнового вибросейсмического поля и развитие методики вибросейсмических наблюдений? с учётом современного уровня сейсмической разведки.
4. Изучение возможности улучшения динамики вибросейсмических записей, повышения глубинности вибросейсмических исследований и снижения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ путём использования комбинированных и нелинейных развёрток.
5. Разработка способа компенсации искажений волнового вибросейсмического поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта и условий контакта излучающих плит вибраторов с
• грунтом, не требующего резервирования энергии излучателя.
6. Выбор кодоимпульсных сигналов с учётом динамической неустойчивости излучателей, пригодных для использования в сейсмической разведке.
7. Разработка и исследование фильтров с комплексными передаточными функциями, позволяющих уменьшить мешающее влияние помех корреляционного преобразования, как в ближней, так и в дальней зонах корреляционных функций вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.
Диссертация подготовлена в основном по результатам теоретических, модельных и опытно-методических исследований, выполненных автором* в разные годы в Краснодарском филиале ВНИИГеофизики, в ПГО «Центргеофизика» (в настоящее время ФГУ ГНПП «Спецгеофизика»), В ОАО «Краснодарнефтегеофизика», в ПГО «Узбекгеофизика, а также в ООО Новосибнефтегазгеофизика».
Результаты проведённых исследований, определяющие научную значимость проделанной работы, сводятся к следующему:
1. Для наиболее: полной 3-х массовой модели вибросейсмического излучателя проведён теоретический; анализ динамических характеристик гидравлического вибратора: Наряду с теоретическим анализом колебательной t системы; вибратор-грунт проведены всесторонние экспериментальные исследования динамических характеристик вибросейсмических излучателей: Выполнен сравнительный анализ АЧХ вибраторов и взрывных скважинных излучателей.
2. Исследовано влияние разрядности кодирования вибросейсмической информации на уровень, помех: корреляционного преобразования при? различных; параметрах вибросейсмических сигналов, выполнены исследования минимально допустимой разрядностиfкодирования виброграмм! в зависимости: от динамического диапазона; записи и отношения сигнал/помеха на исходных виброграммах, а также возможности уменьшения, частоты квантования виброграмм при; использовании высокочастотных вибросейсмических развёрток.
3. Выполнены исследования доминирующих помех, формируемых при поверхностном» возбуждении сейсмических колебаний; большое; внимание уделено изучению особенностей волновых полей, регистрируемых при; вибросейсмических наблюдениях в условиях Крайнего Севера; сформулированы современные подходы; к выбору. методики вибросейсмических наблюдений (авт. св. №940095, №1023267, №1539700).
4: Проведено изучение возможности повышения эффективности вибросейсмического метода путём применения-, комбинированных и? нелинейных развёрток; исследована возможность реализации оптимальной фильтрации обнаружения на этапе возбуждения колебаний (авт. св. №1774301, СССР); предложен и исследован способ уменьшения опасности разрушения зданий и сооружений при проведении вибросейсмических работ путём применения фазового кодирования для. непрерывных последовательностей укороченных вибросейсмических сигналов (патент №2102776, Россия).
5. Исследованы принципиальные возможности использования вибросейсмического метода; для решения задач, связанных с прогнозированием геологического разреза. Разработан; способ компенсации искажений волнового поля, обусловленных нестабильностью упругих свойств грунта; и условий контакта излучающих плит вибраторов с грунтом, не требующий резервирования энергии излучателя (авт. св. №1805411, СССР).
6. Проведён анализ корреляционных функций однополярных и двухполярных импульсных последовательностей? с учётом динамической неустойчивости кодоимпульсных излучателей.
7. Исследована возможность подавления корреляционного фона в ближней и дальней- зоне корреляционных функциш при использовании вибросейсмических и однополярных кодоимпульсных сигналов путём применения фильтров с комплексными передаточными функциями (патенты №2014637, №2014638, Россия).
Практическая значимость работы сводится к следующему:
• Полученные динамические характеристики вибросейсмических излучателей позволяют прогнозировать возможные изменения волнового поля, связанные с изменением условий возбуждения колебаний или с переходом на другой тип вибратора, а также могут быть использованы при обосновании необходимых технических характеристик вибросейсмических излучателей.
• Исследования влияния параметров вибросейсмических сигналов и динамических особенностей исходных записей на уровень помех корреляционного преобразования при различной разрядности кодирования информации, а также анализ возможности уменьшения частоты квантования виброграмм позволяет более обоснованно определять необходимую проектную точность представления вибросейсмических сигналов при создании специализированных вычислительных устройств, используемых для экспресс-контроля вибросейсмических записей, а также для цифровой передачи сигналов по радиоканалу.
• Выполненные исследования волновых вибросейсмических полей и методики наблюдений дают возможность более объективного представления природы и физических особенностей регистрируемых полей и позволяют осуществить более качественный выбор оптимальной методики вибросейсмических наблюдений.
• Проведённые исследования* комбинированных и нелинейных развёрток позволяют улучшить динамику регистрируемых колебаний, повысить комплексный; коэффициент качества записей и при1 необходимости снизить, опасность разрушения зданий и сооружений при вибросейсмических работах.
• Разработанный способ компенсации неидентичности возбуждаемых колебаний без резервирования энергии вибраторов- позволяет более эффективно по сравнению с известными способами компенсации неидентичности использовать энергию излучателя в условиях повышенного мешающего влияния некогерентных помех.
• Исследования, выполненные в области кодоимпульсного накапливания колебаний, позволяют выбрать кодоимпульсные сигналы с учётом параметров единичных импульсов и с учётом динамической неустойчивости излучателей-приемлемые для использования в сейсмической разведке, и сформулировать требования к виброимпульсным излучателям.
Предложенные и исследованные в работе фильтры с комплексными передаточными функциями позволяют уменьшить мешающее влияние корреляционного фона, как в ближней, так и в дальней зонах корреляционных функций вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов и тем самым получить первичные материалы, более пригодные для глубокой; геологической интерпретации.
Автор выносит на защиту:
1. Необходимая точность представления вибросейсмических сигналов.
2. Динамические характеристики колебательной системы вибратор-грунт. Сравнительный анализ динамических характеристик гидравлических вибраторов и взрывных скважинных излучателей.
3. Исследование волновых вибросейсмических полей и оптимизация методики вибросейсмических наблюдений.
4. Анализ возможности повышения эффективности вибросейсмического метода путём использования нелинейных и комбинированных развёрток.
5: Фильтры с комплексными передаточными функциями для подавления помех корреляционного преобразования не только в ближней, но и дальней зоне функции взаимной корреляции для вибросейсмических и кодоимпульсных сигналов.
6. Возможности прогнозирования геологического разреза с использованием вибросейсмического метода.
7. Анализ возможностей применения в сейсморазведке кодоимпульсных сигналов.
Работа состоит из введения, девяти глав, заключения, списка литературы из 84 наименований, 151 рисунков и 5 таблиц. Общий объём работы составляет 361 страницу машинописного текста.
Выполнению работы способствовали творческие контакты с докторами наук М.Б.Шнеерсоном, С.И.Дембицким, В.В.Ивашиным, Г.П.Евчатовым, Т.Л.Бабаджановым, А.П.Жуковым, кандидатами наук В.А.Гродзенским, В.В.Михайловым, А.И.Лугинцом, В.Я.Лапидусом, И.Г.Бинкиным, В.И.Романом.
Особо признателен автор генеральному директору ЗАО* «Геосвип»
A.Г.Асан-Джалалову и генеральному директору ЗАО «Сибнефтегазгеофизика» Б.Ф.Адамовичу за внимание и содействие в работе, а также своим ближайшим коллегам за помощь во внедрении его разработок:
B.С.Петрову, АМ.Нигматзянову, В.Н.Лаптеву, В.И.Дёмину, А.Д.Кравченко.
1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ И НЕОБХОДИМАЯ ТОЧНОСТЬ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
