Системы наблюдений.

Вопрос о системах наблюдений можно сформулировать так: как надо выбирать длину расстановки сейсмоприемников (СП), расстояния между ними, расстояния между пунктами возбуждения (ПВ), удаления расстановки от ПВ (все это параметры систем наблюдений L,ΔL, Δх и пр), чтобы обеспечить наилучшие условия приема полезных волн (вне зоны интерференции с помехами), максимизировать отношение сигнал/помеха? Как обеспечить непрерывное прослеживание изучаемых границ при переходе от одной расстановки к другой (транспозиционную корреляцию волн без разрывов) и пр.? Наилучшая основа для выбора оптимальных систем наблюдения - волновая картина, где регистрируются и полезные волны и помехи. Ведь чтобы устранить помехи надо сначала их зарегистрировать и изучить. Основанные на изучении таких волновых картин системы наблюдений МОВ – однократное непрерывное профилирование (ОНП) с применением частотной фильтрации для подавления поверхностных волн-помех оказались пригодными только для изучения относительно небольших глубин – до 1,5 -2 км. Но для полного устранения поверхностных волн понадобился уже так называемый направленный прием.

Система ОНП, обеспечивающая непрерывное прослеживание границ отражения в системе ОТВ (общая точка возбуждения) выглядит так, как показано на рис.57.

Здесь представлена система взаимно увязанных годографов, обеспечивающая непрерывное прослеживание границы R и показаны параметры каждой расстановки, которые позволяют осуществить такое прослеживание. Возбуждение колебаний осуществляется в точках О₂, О₃ и т.д. в центре расстановки сейсмоприемников, за исключением первой О₁ (на краю профиля).

Расстановка 1: ПВ – О₁, база наблюдения (расстановка СП) – О₁О₂, прослеживаемый участок границы R₁ R₂, годограф Г₁;

Расстановка 2: ПВ – О₂, база наблюдения (расстановка СП) – О₁О₂ и О₂О₃, прослеживаемый участок границы R₂ R₃, годограф Г₂. точка R₂ прослежена дважды и осуществляет связь одного годографа с другим. Через нее проходит корреляционная трасса – последняя на предыдущей расстановке и первая на последующей. Здесь времена одинаковые, то есть имеется пара взаимных точек О₁ и О₂, где времена t₀₁ и t₀₂ одинаковы.

Расстановка 3: ПВ – О₃, база наблюдения (расстановка СП) – О₂О₃ и О₃О₄, прослеживаемый участок границы R₃ R₄, взаимные точки О₂ и О₃ , годограф Г₃ и т.д.

Расстояние между сейсмоприемниками выбирается из условия, чтобы запаздывания волны на соседних трассах не превышали Δt≤ , откуда Δх ≤ , так как λ=VT.

Расстояние между источниками ΔL выбирается так, чтобы наложение поверхностных помех было минимально возможным. «Пробивающиеся» поверхностные волны-помехи устраняют применением частотной и направленной селекции. Подобным образом может быть осуществлено однократное непрерывное профилирование ОНП, профилирование через интервал, через два интервала или их комбинация - двух-трех кратное профилирование. Однако все эти варианты «не проходят» для изучения глубоких горизонтов. Для решения такой задачи необходимо преодолеть главную помеху при регистрации записей на временах более двух секунд – кратные отраженные волны.

Каковы особенности этих кратных волн? По динамике они мало отличаются от однократных – могут быть и более высокочастотными и более низкочастотными и такими же. По кинематике отличия есть, но не такие существенные, как для поверхностных волн. Кратные волны – это, как уже говорилось, волны, испытавшие не один акт отражения от одной границы. Причем схемы распространения кратных волн могут быть самые различные (рис.44)

Упомянутые отличия наблюдаются тогда, когда скорости с глубиной возрастают (как это обычно бывает). Соотношение годографов кратных и однократных волн в системе ОТВ можно видеть на рис58.

Заметим, что волна первой кратности от глубокой границы (II) может регистрироваться одновременно с волной второй кратности от первой границы (I), но у однократной годограф положе, то есть V* больше. Различия тем более заметны, чем дальше по х отойти от ПВ. Аналитически эти различия таковы: уравнение годографа волны первой кратности от первой границы

, а волны второй кратности от нее же

, где h₂= 2hcosφ; φ₂=2φ.

Обобщая на случай n границ получим h_n=h ; φ_n= nφ. . Для волны первой кратности от второй границы уравнение времени по своей структуре будет таким же как t_1(1), но с заменой V на Vэф и H на Н эф.

Таким образом, все отличия помех и полезных волн выражаются в частотной области (различия в спектрах) и в крутизне годографов - V* (направлении прихода волн), так как V* = , где α угол подхода фронта волны к поверхности наблюдений. Поэтому селекция (выбор) волн осуществляется по этим двум признакам, то есть по частоте и по направлениям прихода волн.

Селекция по частоте чаще всего реализуется процедурой одноканальной частотной фильтрации. У поверхностных волн – помех максимум спектра находится в области 7-15 Гц, а у полезных однократных в полосе 30-40 Гц. То есть надо установить фильтры, «зарезающие» нижние частоты, или полосовой фильтр, ограничивающий также влияние микросейсм, спектр которых сдвинут в высокочастотную область (6-70 Гц). Тем самым полоса пропускания ограничивается частотами не ниже 15 Гц и не выше 50 Гц. Раньше использовались разные конструкции аналоговых фильтров, сейчас применяют частотные фильтры в цифровой форме.

Селекция по признакам направленности осуществляется многоканальными пространственно - временными фильтрами, в которых реализуются различные виды суммирования записей. Дело в том, что направленный прием может быть осуществлен только при использовании интерференционных регистрирующих систем, то есть таких, в которых колебания суммируются . Такая направленность носит название направленности второго рода. Есть еще направленность первого рода, под которой понимают чувствительность регистрирующей системы к направлениям смещений частиц в волне, то есть к характеру поляризации колебаний.Такой направленностью обладает одиночный сейсмоприемник. Поскольку у него только одна степень свободы, то поставленный вертикально он принимает продольные волны, а положенный набок – поперечные. Направленность второго рода – это чувствительность системы к направлению прихода волн, то есть к углу α, который фронт волны составляет с поверхностью наблюдений.

Основной вид направленного приема - это группирование сейсмоприемников (СП). У группы СП имеется один общий выход, где сигналы суммируются. При подходе волны по вертикали снизу (отражения от глубокой границы) сигналы складываются синфазно, то есть одновременно. В результате интенсивность суммарного сигнала возрастает в n раз, где n – число группируемых СП. Поверхностная волна, напротив, запаздывает на Δt в каждом последующем СП относительно предыдущего. Это Δt= , где Δх – расстояние между СП. Если сделать Δх равным , то сигналы будут складываться в противофазе и волна попадает в полосу гашения, иными словами подавляется. Параметры интерференционной системы – число элементов n, расстояние между элементами Δх и база группы L, равная Δх(n-1). Чем больше база группы, тем выше избирательность интерференционной системы по отношению к волнам, подходящим снизу. Другие виды интерференционных систем (направленного приема) – группирование источников, регулируемый направленный прием РНП (разновременное суммирование плюс дополнительная фильтрация) и др. Нельзя не отметить , что большой вклад в теорию и внедрение интерференционных систем возбуждения и приема сейсмических колебаний внес известный саратовский геофизик Б.И. Беспятов.

К сложным интерференционным системам, то есть к системам направленного приема, относится и современная методика многократного профилирования с последующим суммированием записей, отраженных от одной общей точки на границе. Эта методика называется МОГТ.

Лекция 11