Основні положення вібраційної сейсморозвідки - Особливості проведення польових досліджень на
Вібраційна сейсморозвідка ґрунтується на збудженні коливань змінними навантаженнями, тривалість яких істотно більша за часи поширення відбитих або заломлених хвиль до розвідуваних меж розділу. У вібраційній сейсморозвідці основне застосування отримали навантаження, що являють собою квазігармонічні частотно-модульовані сигнали (ЧМ) тривалістю до 20-30с зі смугою частот від 6-15 до 200-250 Гц. У процесі випромінювання частота збуджуваних коливань змінюється у зазначених межах, що є необхідною умовою (репером) для подальшого стиснення інформації про виділення хвильових імпульсів і визначення часів приходу регулярних коливань. Запропоновано також модифікацію вібраційного методу, засновану на застосуванні суто гармонійних сигналів, в якій стиснення інформації досягається підсумовуванням вибірок сигналів у межах періоду коливань [6].
Поряд з ЧМ-сигналами у вібраційній сейсморозвідці отримали застосування кодові послідовності однополярних, а в ряді випадків різнополярних імпульсів, що йдуть один за одним через різні або однакові проміжки часу. Тривалості послідовностей можуть сягати кількох десятків секунд при середніх частотах проходження імпульсів 5-25 Гц. У цьому випадку репером для стиснення інформації служить або полярність імпульсів, або зміна інтервалу між ними.
Сигнали, що описують навантаження у вібраційній сейсморозвідці, називають у вітчизняній літературі керуючими чи опорними сигналами, а в американській – свіп чи свіп-сигналами. Тривалість однієї посилки керуючого сигналу набагато більше періоду хвиль при імпульсному збудженні і для нього виконується умова
F_срЧТ=1/Т Т=1 (1.2.1)
де F_ср - середня частота сигналу або проходження імпульсів;Т – тривалість сигналу або однієї послідовності імпульсів.
Під дією навантажень у середовищі збуджуються поверхневі та об'ємні (поздовжні та поперечні) хвилі, які, відбиваючись і заломлюючись на фізичних межах розділу та інтерферуючи між собою, утворюють складне, недозволене поле коливань, в якому візуально не виділяються імпульси регулярних хвиль, що відповідають відбиткам. поверхонь.
Коливання ґрунту, прийняті одиночними або груповими сейсмоприймачами, розставленими за профілем, перетворюються ними на електричні сигнали, які передаються на сейсмостанцію для запису на інформаційний носій. Відтворення цих стрічок на паперовому носії утворюють віброграми, що складаються із сукупності окремих трас - вібротрас, кожній з яких відповідає одиночний або груповий сейсмоприймач, що стоїть на профілі.
Стиснення зареєстрованих коливань хвиль проводиться на основі спеціальної обробки даних, яка може виконуватися двома, загалом, ідентичними способами: кореляційним (тимчасовим) та спектральним (частотним). Найбільше застосування отримав кореляційний спосіб обробки завдяки його простоті та більш легкої реалізованості на сучасному польовому обладнанні та ЕОМ. Кореляційний спосіб заснований на обчисленні функції взаємної кореляції (ФВК) керуючого та зареєстрованих сигналів. У статичній радіотехніці така обробка отримала назву оптимальною або узгодженою фільтрацією [7]. Оптимальний фільтр працює таким чином, що всі спектральні складові коливань затримуються на певний час і надходять на вихід одночасно, де вони складаються і утворюють інтенсивний сумарний сигнал.
Щодо вібраційної сейсморозвідки узгоджена фільтрація зводиться дознаходження нормованих значень ФВК управляючого сигналу та коливань, прийнятих сейсмоприймачами та зареєстрованих сейсмостанцією.
Математично ця операція виражається кореляційним інтегралом знаходження ФВК:
R_aS(ф)=1/T ?_0^T a(t)S(t+ф)dt (1.2.2)
де a(t) і S(t) - відповідно зареєстрований та керуючі сигнали; ф - тимчасове зрушення між ними. Послідовність значень R_aS (ф), обчислених по одній вібротрасі, утворює кореляційну трасу, які сукупність, що входить в одну віброграму, - корелограму.
Кореляційні траси та корелограми є результатами обробки первинних вібросейсмічних даних.
У сучасній сейсморозвідці обчислення ФВК проводиться в дискретній формі, що виявилося дуже зручним при цифровій реєстрації та обробці даних. Обчислення ФВК може виконуватися також спрощеним способом, наприклад шляхом підсумовування даних з тимчасовими зрушеннями однієї послідовності щодо іншої.
Вираз (1.2.2) може бути представлений у дещо іншому, важливому для розуміння особливостей вібраційної сейсморозвідки, вигляді. Справді, сигнал a(t) за відсутності перешкод описується інтегралом згортки:
де h(?) - Оператор фільтра землі, розподіл коефіцієнтів відображення по розрізу.
Підставляючи (1.2.2) у (1.2.3) та змінюючи порядок інтегрування, отримаємо:
R_(a,S) (ф)=?_0^Th(r) r_S(ф-?)d? (1.2.4)
Величина r_S (t-?) є автокореляційною функцією (ФВК) керуючого сигналу. Грунтуючись на виразі (2.1.2.4), можна скласти узагальнену модель прокорельованої вібросейсмічної траси у часовій області:
де F(ф),P(ф) і N(ф) - оператори фільтрів, що визначають спотворення хвиль при збудженні коливань, їх поширенні та прийоміреєструючою системою; h(ф) - результат кореляції адитивних перешкод з сигналом, що управляє.
де a(t) - сигнал, що посилається в землю; n(t) - адитивна перешкода
Співвідношення (1.2.5) і (1.2.6) становлять інтерес у тому плані, що вони досить наочно ілюструють особливості вібраційної сейсморозвідки та її схожість та відмінність від імпульсної. Справді у своїх інформативних частинах ці висловлювання різняться тим, що у першому перебуває згортка розподілу коефіцієнтів відбиття з ФВК управляючого сигналу, тоді як у другому - з посиланої у землю хвилею. Тобто ФВК управляючого сигналу може розглядатися як деяке імпульсне навантаження, що діє на середу. У цьому певна аналогія вібраційної сейсморозвідки з імпульсною. Відмінність результуючих даних визначатиметься тим, наскільки ФАК сигналу відрізняється від імпульсного навантаження. З цього випливає, що всі основні положення сейсморозвідки імпульсної справедливі і для вібраційної. Однак за своєю природою вібраційні сигнали після кореляції відрізняються від імпульсних. В силу основних положень сейсморозвідки хвилі, що реєструються при імпульсному збудженні коливань, завжди є причинними та мінімально-фазовими. У вібраційній сейсморозвідці прокорельовані коливання непричинні і мають нуль-або змішано-фазову форму. Їх форма визначається спотвореннями зареєстрованих вібраційних сигналів, які мають місце у процесі їх збудження, розповсюдження та реєстрації. Тому вони суттєво відрізняються від керуючого сигналу та їх взаємна кореляція даватиме змішано-фазовий, а не нуль-фазовий імпульс. У цьому одна з основних відмінностей вібраційної сейсморозвідки від імпульсної, наслідком якого є те, що часи приходу хвиль, що виділяються на сейсмограмах ікорелограми, що не збігаються між собою. Для зменшення цих відмінностей була розроблена і почала застосовуватися мінімально-фазова кореляція, яка робить подібними до хвильових імпульсів в обох модифікаціях сейсморозвідки.
Прокорельована траса є безперервним розподілом значень ФВК зареєстрованого і управляючого сигналів залежно від тимчасових зрушень між ними. Позитивні та негативні розростання кореляційної функції (залежно від знака коефіцієнта відбиття) будуть спостерігатися при тимчасових зрушеннях аналізованих коливань, які дорівнюють часом приходу відбитих хвиль при імпульсному збудженні, тобто. часом приходу регулярних хвиль відповідають максимуми (мінімуми) кореляційної функції, а тимчасові зрушення ф ФВК є аналогами часу приходу хвиль в імпульсній сейсморозвідці. Максимальні значення ф вибираються виходячи з глибини розвідки, і тому при визначенні кореляційного інтеграла вони не повинні бути меншими, ніж очікувані часи приходу хвиль від найглибших розвідуваних горизонтів.
На вигляд корелограми близькі до сейсмограм імпульсної сейсморозвідки внаслідок компактності кореляційних функцій, обумовленої перерозподілом енергії ФВК і концентрацією її в областях, приурочених до тимчасових зрушень, рівних часів приходу регулярних хвиль. Форма та поведінка кореляційних функцій визначаються параметрами вихідних сигналів та їх змінами у процесі передачі навантажень ґрунту, поширення хвиль у середовищі та їх реєстрації приймальними пристроями.
вібраційний сейсмічний сигнал збудження