Методика ОГТ

Введение.

Эта методика модификация МОВ. Принципиальными достоинствами МОГТ являются:

- индивидуальность каждой  сейсмограммы ОГТ, сформированной  из трасс сейсмограмм общего  пункта возбуждения (ОПВ), не повторяющихся  ни в одной другой сейсмограмме  ОГТ;

- симметричность годографа  ОГТ отраженной волны относительно  данной средней точки и допустимость  его гиперболической аппроксимации;

- избыточность системы  многократных перекрытий.

В сейсморазведке полезные сигналы регистрируются, как правило, на фоне разнообразных помех. Выделяют группу волновых помех, которая объединяет кратные волны, возникающие на глубинных границах раздела. Кратные волны приходят по направлениям, близким к направлению прихода однократных отражений, одинаков и спектральный состав этих волн. Кратные отражения зачастую обладают меньшей эффективной скоростью, и соответственно большей крутизной годографа, чем полезные волны. При этом рассматривают годографы, которые всегда симметричны относительно начала координат независимо от угла наклона отражающей границы и типа волны - годографы ОГТ. Минимум годографа ОГТ всегда совмещен с началом координат.

1. История развития сейсморазведки

История применения сейсморазведки для поисков и разведки месторождений нефти и газа насчитывает не более 90 лет. Первые успешные опыты применения сейсморазведки для обнаружения залежей нефти  были проведены в США еще в 1924 году. В последующие годы техника и технология ведения сейсморазведочных работ непрерывно изменялись и совершенствовались. В истории развития сейсморазведки условно можно выделить четыре крупных этапа.

Первый этап (1929-1960 гг.) характеризовался интенсивным развитием и широким применением метода преломленных волн. Наивысшим достижением отечественной сейсморазведки на этом этапе стала разработка корреляционного метода преломленных волн (КМПВ) под руководством академика АН СССР  Г.А. Гамбурцева.

В послевоенные годы (1950-1975 гг.) значительно выросли аппаратурно-технические возможности геофизического приборостроения. Открылись возможности получения уверенных записей отраженных волн. На смену технологии  КМПВ приходит  технология метода отраженных волн - МОВ, разработанная на базе отечественного патента Воюцкого В.Д., полученного еще в 1923 году. Практическое применение этого метода в СССР позволило открыть и ввести в эксплуатацию целый ряд крупных (и крупнейших) нефтяных и газовых месторождений Приуралья и Западной Сибири.

Третий этап в истории отечественной и мировой сейсморазведки также связан с использованием отраженных волн  на  базе новой технологии, предложенной  американцем Г. Мэйном в 1950 году. Эта технология получила название методики общей глубинной точки - МОГТ. Основой этой методики является многократное получение сейсмических отражений от каждого элемента геологической границы и последующее их суммирование. Массовое применение методики в СССР началось в 1965 году и продолжается до сих пор. Такая технология сейсморазведочных работ в профильном варианте получила название МОГТ-2D. Успехи использования МОГТ-2D в геологоразведочном производстве, как в России, так во всем мире значительны и бесспорны.

К началу девяностых годов прошлого века созрели технические и методические условия для перехода на еще более эффективную технологию, открывшую четвертый этап в истории сейсморазведки. Эту технологию, в силу целого ряда ее принципиальных отличий, следует считать  новой фазой развития сейсморазведки. Принято называть ее пространственной (трехмерной) сейсморазведкой МОГТ-3D. Зародившись как простое усложнение технологии МОГТ-2D, постепенно эта технология приобрела специфические черты новой, оригинальной технологии и отличается от сейсморазведочных технологий первых  трех  этапов как с точки зрения сложности применяемой аппаратуры и оборудования, так и с точки зрения эффективности получаемых сейсмогеологических результатов.[3]

2. Теоретические основы метода общей глубинной точки.

2.1 Теория методики ОГТ

Методика (способ) общей глубинной точки (МОГТ) — модификация МОВ, основанная на системе многократных перекрытий и отличающаяся суммированием (накапливанием) отражений от общих участков границы при различных расположениях источников и приемников. Методика ОГТ базируется на допущении о коррелируемости волн, возбужденных удаленными на разное расстояние источниками, но отразившимися от общего участка границы. Неминуемые различия спектров разных источников и погрешности во временах при суммировании требуют понижения спектров полезных сигналов. Основное преимущество метода ОГТ состоит в возможности усиления однократно отраженных волн на фоне многократных и обменных отраженных волн путем уравнивания времен отраженных от общих глубинных точек и их суммирования. Специфические особенности метода ОГТ определяются свойствами направленности при суммировании, избыточностью данных и статистическим эффектом. Они наиболее успешно реализуются при цифровой регистрации и обработке первичных данных.

Рис. 1. Схематическое изображение элемента системы наблюдений и сейсмограммы, полученной методикой ОГТ.

А и А’ — оси синфазности отраженной однократной волны соответственно до и после введения кинематической поправки; В и В’ — ось синфазности многократной отраженной волны соответственно до и после введения кинематической поправки.

Рис. 1. иллюстрирует принцип суммирования по ОГТ на примере системы пятикратного перекрытия. Источники упругих волн и приемники располагаются на профиле симметрично проекции на нее общей глубинной точки R горизонтальной границы. Сейсмограмма, составленная из пяти записей, полученных в пунктах приема 1, 3, 5, 7, 9 (счет пунктов приема начинается от своего пункта возбуждения) при возбуждении в пунктах V, IV, III, II, I, показана над линией CD. Она образует сейсмограмму ОГТ, а годографы прокоррелированных на ней отраженных волн — годографы ОГТ. На обычно применяемых в методе ОГТ базах наблюдения, не превышающих 3 км, годограф ОГТ однократно отраженной волны достаточной точностью аппроксимируется гиперболой. При этом минимум гиперболы близок к проекции на линию наблюдения общей глубинной точки. Это свойство годографа ОГТ во многом определяет относительную простоту и эффективность обработки данных.

Для преобразования совокупности сейсмических записей во временной разрез в каждую сейсмограмму ОГТ вводят кинематические поправки, величины которых определяются скоростями сред, покрывающих отражающие границы, т. е. они рассчитываются для однократных отражений. В результате ввода поправок оси синфазностей однократных отражений трансформируются в линии t0 = const. При этом оси синфазностей регулярных волн-помех (многократных, обменных волн), кинематика которых отличается от введенных кинематических поправок, трансформируются в плавные кривые. После введения кинематических поправок трассы исправленной сейсмограммы одновременно суммируют. При этом однократно отраженные волны складываются в фазе и таким образом подчеркиваются, а регулярные помехи, и среди них в первую очередь многократно отраженные волны, складываемые с фазовыми сдвигами, ослабляются. Зная кинематические особенности волны-помехи, можно заранее рассчитать параметры системы наблюдений методом ОГТ (длину годографа ОГТ, число каналов на сейсмограмме ОГТ, равное кратности прослеживания) при которых обеспечивается требуемое ослабление помехи.

Сейсмограммы ОГТ формируют путем выборки каналов с сейсмограммы от каждого пункта возбуждения (называемых сейсмограммами общего пункта возбуждения – ОПВ) в соответствии с требованиями элемента системы, приведенного на рис. 1., где показаны: первая запись пятого пункта возбуждения, третья запись четвертого и т. д. до девятой записи первого пункта возбуждения.

Указанная процедура непрерывных выборок вдоль профиля возможна лишь при многократном перекрытии. Она соответствует наложению временных разрезов, получаемых независимо от каждого пункта возбуждения, и свидетельствует об избыточности информации, реализуемой в методе ОГТ. Эта избыточность является важной особенностью метода и лежит в основе уточнения (коррекции) статических и кинематических поправок.

Скорости, требуемые для уточнения вводимых кинематических поправок, определяют по годографам ОГТ. Для этого сейсмограммы ОГТ с рассчитанными приблизительно кинематическими поправками подвергаются разновременному суммированию с дополнительными нелинейными операциями. По суммолентам ОГТ, помимо определения эффективных скоростей однократно отраженных волн, находят кинематические особенности волн-помех для расчета параметров приемной системы. Наблюдения методом ОГТ проводят вдоль продольных профилей. Для возбуждения волн применяют взрывные и ударные источники, которые требуют наблюдений с большой (48—96) кратностью перекрытий. Обработка данных МОГТ на ЭВМ делится на ряд этапов, каждый из которых заканчивается выводом результатов для принятия решения интерпретатором

1) предварительная обработка;

2) определение оптимальных параметров  и построение окончательного  временного разреза;

З) определение скоростной модели среды;

4) построение глубинного разреза.

Системы многократных перекрытий составляют в настоящее время основу полевых наблюдений (сбора данных) в МОВ и определяют развитие метода. Суммирование по ОГТ является одной из главных и эффективных процедур обработки, которые можно реализовать на базе этих систем. Метод ОГТ является основной модификацией МОВ при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений практически во всех сейсмогеологических условиях. Однако результатам суммирования по ОГТ свойственны некоторые ограничения. К ним относятся:

а) существенное снижение частоты регистрации;

б) ослабление свойства локальности МОВ за счет увеличения объема неоднородного пространства при больших удалениях от источника, характерных для метода ОГТ и необходимых для подавления многократных волн;

в) наложение однократных отражений от близких границ вследствие свойственного им сближения осей синфазности при больших удалениях от источника;

г) чувствительность к боковым волнам, мешающим прослеживанию целевых субгоризонтальных границ вследствие расположения основного максимума пространственной характеристики направленности суммирования в плоскости, перпендикулярной к базе суммирования (профилю).

Указанные ограничения в целом обусловливают тенденцию снижения разрешающей способности МОВ. Учитывая распространенность метода ОГТ, их следует учитывать в конкретных сейсмогеологических условиях.

2.2 Особенности годографа ОГТ.

Пусть плоская отражающая граница залегает под углом φ, а покрывающая толща характеризуется скоростью v = const (рис. 2). Обозначим глубину по нормали от центра систему наблюдений до границы раздела (расстояние OO’) через h0. Тогда глубина по нормали, проведенной к границе раздела из пункта взрыва, сдвинутого от центра О системы на расстояние –х/2,

Рис. 2. Схема способа ОГТ для наклонного залегания отражающей границы.

годограф ОГТ однократно-отраженной волны для однородной покрывающей среды представляет собой гиперболу с минимумом в точке симметрии (точке ОГТ);

1)  годограф ОГТ однократно-отраженной волны для однородной покрывающей среды представляет собой гиперболу с минимумом в точке симметрии (точке ОГТ);

2)  с увеличением угла наклона границы раздела крутизна годографа ОГТ и соответственно приращение времени уменьшаются;

3)  форма годографа ОГТ не зависит от знака угла наклона границы раздела (эта особенность вытекает из принципа взаимности и является одним из главных свойств симметричной системы взрыв – прибор;

4)  для данного t0 годограф ОГТ является функцией только одного параметра – vОГТ, который называется фиктивной скоростью.

Указанные особенности означают, что для аппроксимации наблюденного годографа ОГТ гиперболой необходимо подобрать удовлетворяющее данному t0 значение vОГТ, определяемое по формуле (vОГТ=v/cosφ). Это важное следствие позволяет легко реализовать поиск оси синфазности отраженной волны путем анализа сейсмограммы ОГТ по вееру гипербол, имеющих общее значение t0 и различные vОГТ.

2.3 Интерференционная система ОГТ

В интерференционных системах процедура фильтрации состоит в суммировании сейсмических трасс вдоль заданных линий τ(х) с весами, постоянными для каждой трассы. Обычно линии суммирования соответствуют форме годографов полезных волн. Взвешенное суммирование колебаний разных трасс yn(t) является частным случаем многоканальной фильтрации, когда операторы индивидуальных фильтров hn(t) представляют собой δ-функции с амплитудами, равными весовым коэффициентам dn:

 (1)

где τm-n – разность времен суммирования колебаний на трассе m, к которой относят получаемый результат, и на трассе n.

Соотношению (1) придадим более простую форму, учитывая, что результат не зависит от положения точки т и определяется временными сдвигами трасс τn относительно произвольного начала отсчета. Получим несложную формулу, описывающую общий алгоритм интерференционных систем,

 (2)

Их разновидности отличаются характером изменения весовых коэффициентов dn и временных сдвигов τn: те и другие могут быть постоянными или переменными в пространстве, а последние, кроме того, могут изменяться и во времени.

Пусть на сейсмических трассах регистрируется идеально регулярная волна g(t,x) с годографом вступления t(x)=tn:

(3)

Подставляя это в (2), получаем выражение, описывающее колебания на выходе интерференционных системы,

(4)

 где θn=tn– τn.

Величины θn определяют отклонение годографа волны от заданной линии суммирования. Найдем спектр профильтрованных колебаний:

(5) и (6)

Если годограф регулярной волны совпадает с линией суммирования (θn≡0), то происходит синфазное сложение колебаний. Для этого случая, обозначаемого θ=0, имеем

(7)

Интерференционные системы строят с целью усиления синфазно суммируемых волн. Для достижения такого результата необходимо, чтобы H0(ω) было максимальным значением модуля функции Hθ(ω). Чаще всего применяют одинарные интерференционные системы, имеющие для всех каналов равные веса, которые можно считать единичными: dn≡1. В таком случае

(8)

В заключение отметим, что суммирование неплоских волн можно осуществлять с помощью сейсмических источников путем введения соответствующих задержек в моменты возбуждения колебаний. На практике эти виды интерференционных систем реализуют в лабораторном варианте, вводя необходимые сдвиги в записи колебаний от отдельных источников. Сдвиги можно подбирать таким образом, чтобы фронт падающей волны имел форму, оптимальную с точки зрения повышения интенсивности волн, отраженных или дифрагированных от локальных участков сейсмогеологического разреза, представляющих особый интерес. Такая методика известна как фокусирование падающей волны.[4]

Заключение.

Преимущества методики ОГТ:

- Внедрение метода ОГТ привело к существенному повышению геологической эффективности сейсморазведки во многих нефтегазонозных районах страны и позволило приступить к изучению сложнопостроенных областей в глубинных этажах разреза , и том числе структур приразломного типа в Нижнем Поволжье и на акватории Черного моря , зон стратиграфического и литологического выклинивания пород в Западном Предкавказье и в южной части Западно-Сибирской платформы , зоны сочленения Русской платформы и Предкавказья .

- При проведении полевых работ МОГТ с целью повышения эффективности получил применение ряд методических усовершенствований, основными из которых считаются: способы формирования короткого импульса с целью повышения разрешающей способности метода; системы с большими удалениями с целью лучшего ослабления кратных волн; регистрация колебаний в области низких частот с целью картирования фундамента и подсолевых горизонтов, с которыми связаны низкочастотные отраженные волны; опробование новых источников; системы с увеличенной кратностью в зонах интенсивных помех с целью их ослабления. Однако следует отметить, что объемы и уровень этих работ совершенно недостаточны.

- При обработке материалов  ОГТ, осуществляемой на аналоговых и цифровых машинах примерно в равных объемах, используются усовершенствования и дополнительные блоки, что позволяет повысить эффективность и производительность использования машин. Совершенствуются способы оптической обработки, которые применяются на разных этапах комплексной машиной обработки и дают возможность оперативно анализировать исходную сейсмическую информацию или данные обработки, а также улучшать прослеживаемость полезных волн в стадии интерпретации результатов суммирования по системам ОГТ.

Недостатки методики ОГТ:

- Производительность работ МОГТ продолжает оставаться невысокой и нужно еще много работать над использованием имеющихся резервов.

К недостаткам в области машинной обработки материалов на ЭВМ следует отнести в разных организациях в практической работе использование нескольких комплексов программ, что затрудняет обмен программами и тормозит развитие метода.

- Другим фактором, в какой-то мере сдерживающим внедрение методики ОГТ, является недостаточное в ряде случаев обоснования систем ОГТ и связанное с этим снижение эффективности сейсморазведки, отсутствие достаточно мощных ЭВМ, отвечающих современным требованиям, и специальной периферийной аппаратуры.

- Применение системы ОГТ связано с заметным удорожанием полевых работ, обусловленных их усложнением. Это обстоятельство ограничивает применение ОГТ районами, где достигается существенное повышение геологической эффективности. Но как правило решением такого недостатка может быть достигнуто путем значительного увеличения расстояния между соседними приемниками (центрами групп).