RU2433425C2 - Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method - Google Patents
Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2433425C2 RU2433425C2 RU2010103092/28A RU2010103092A RU2433425C2 RU 2433425 C2 RU2433425 C2 RU 2433425C2 RU 2010103092/28 A RU2010103092/28 A RU 2010103092/28A RU 2010103092 A RU2010103092 A RU 2010103092A RU 2433425 C2 RU2433425 C2 RU 2433425C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- seismic
- signals
- signal
- channel
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области сейсмических исследований и может быть применено при поиске залежей углеводородов на суше и на континентальном шельфе.The invention relates to the field of seismic research and can be applied when searching for hydrocarbon deposits on land and on the continental shelf.
В настоящее время практически все работы, связанные с поиском углеводородов, так или иначе связаны с сейсмической разведкой. Традиционно сейсмическая разведка представляет собой регистрацию распространения в земной коре генерируемых сейсмических колебаний с последующей математической обработкой полученных данных. Известные в настоящее время приемы сейсморазведки обычно используют регистрацию прохождения сейсмических колебаний частотой более 10,0 Гц. За время использования в сейсмической разведке подобных частот достаточно широко разработано аппаратурное оформление для генерирования и регистрации подобных колебаний, а также математический аппарат для обработки данных. Для генерирования подобных колебаний преимущественно используют либо вибраторы, либо взрывы. Для проведения взрывных работ необходимо проводить бурение шпуров для закладывания взрывчатых веществ. Подобная техника резко отрицательно влияет на состояние экологии в зоне поиска. Кроме того, коэффициент успешности предсказания с использованием известных методов и приемов сейсмической разведки не превышает величины 0,5. Следовательно, по меньшей мере, каждая вторая скважина, пробуренная по заключениям традиционной сейсмической разведки нефтегазовых залежей, оказывается ошибочно заложенной. Кроме средств, потраченных напрасно на бурение скважины, при этом наносится непоправимый и необоснованный ущерб окружающей среде.Currently, almost all of the work related to the search for hydrocarbons is somehow related to seismic exploration. Traditionally, seismic exploration is the registration of the propagation of generated seismic vibrations in the earth's crust, followed by mathematical processing of the obtained data. Currently known seismic exploration techniques usually use registration of the passage of seismic vibrations with a frequency of more than 10.0 Hz. During the use of such frequencies in seismic exploration, hardware design for generating and recording such oscillations, as well as a mathematical apparatus for processing data, have been quite widely developed. Either vibrators or explosions are predominantly used to generate such vibrations. For blasting, it is necessary to drill holes for laying explosives. This technique sharply negatively affects the state of the environment in the search area. In addition, the success rate of prediction using known methods and techniques of seismic exploration does not exceed 0.5. Therefore, at least every second well drilled according to the conclusions of traditional seismic exploration of oil and gas deposits, is erroneously laid. In addition to funds spent in vain for drilling a well, irreparable and unreasonable damage to the environment is inflicted.
Известен способ вибросейсморазведки при поиске залежи углеводородов [1], в котором возбуждают сейсмические колебания вибратором, регистрируют трехкомпонентными сейсмическими приемниками сейсмический сигнал и проводят его математическую обработку, причем сейсмические колебания возбуждают в диапазоне частот 2-5 Гц в течение не менее 3 минут, регистрацию сейсмического сигнала осуществляют в течение не менее 20 минут до возбуждения сейсмических колебаний и не более чем в течение 5 минут после окончания генерирования сейсмических колебаний, в качестве сейсмического сигнала используют сейсмический фон Земли, а о наличии залежи судят по увеличению площади под кривой взаимного спектра одноименных компонент при записи сейсмического фона после возбуждения сейсмических колебаний по сравнению с записью сигнала до генерирования колебаний.There is a method of vibro-seismic exploration when searching for a hydrocarbon deposit [1], in which seismic vibrations are excited by a vibrator, a seismic signal is recorded by three-component seismic receivers and mathematically processed, and seismic vibrations are excited in a frequency range of 2-5 Hz for at least 3 minutes, registration of seismic the signal is carried out for at least 20 minutes before the excitation of seismic vibrations and no more than 5 minutes after the end of the generation of seismic vibrations , the seismic background of the Earth is used as a seismic signal, and the presence of a deposit is judged by the increase in the area under the curve of the mutual spectrum of the same components when recording a seismic background after excitation of seismic vibrations compared with recording a signal before generating oscillations.
Недостатком известного способа является низкая информативность, не позволяющая определить глубину залежи, а также сложность математического анализа полученных сигналов из-за невозможности отделения записанных помех.The disadvantage of this method is the low information content that does not allow to determine the depth of the deposit, as well as the complexity of the mathematical analysis of the received signals due to the inability to separate the recorded interference.
Известен также способ поиска залежи углеводородов [2], в котором проводят генерирование сейсмических колебаний сейсмовибратором в диапазоне от 2 до 5 Гц, регистрируют информационный сигнал с использованием трехкомпонентных приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать информационный сигнал в инфразвуковом диапазоне и расположенных на расстоянии не более 500 м друг от друга и не далее чем 500 м от сейсмовибратора, в диапазоне частот от 2 до 5 Гц одновременно по трем компонентам как до, так и во время генерирования сейсмического сигнала, а о наличии залежи углеводородов судят по появлению спектральной аномалии информационного сигнала не менее чем на одной из компонент при записи информационного сигнала во время генерирования сейсмических колебаний по сравнению с информационным сигналом, измеренным до генерирования.There is also a method of searching for hydrocarbon deposits [2], in which seismic vibrations are generated by a seismic vibrator in the range from 2 to 5 Hz, an information signal is recorded using three-component seismic oscillation receivers capable of recording an information signal in the infrasonic range and located at a distance of no more than 500 m from each other and no further than 500 m from the seismic vibrator, in the frequency range from 2 to 5 Hz simultaneously for three components both before and during the generation of the seismic signal, and the presence of hydrocarbon deposits is judged by the appearance of the spectral anomaly of the information signal on at least one of the components when recording the information signal during the generation of seismic vibrations compared with the information signal measured before generation.
Недостатком известного способа является низкая информативность, не позволяющая определить глубину залежи, а также сложность математического анализа полученных сигналов из-за невозможности отделения записанных помех.The disadvantage of this method is the low information content that does not allow to determine the depth of the deposit, as well as the complexity of the mathematical analysis of the received signals due to the inability to separate the recorded interference.
Известен способ сейсморазведки [3], включающий формирование в зонах излучения и приема сейсмических сигналов, регистрацию информационного сигнала с последующей математической обработкой полученных данных, причем сигнал регистрируют не менее чем двумя трехкомпонентными сейсмическими установками, размещенными на некотором расстоянии друг от друга.A known method of seismic exploration [3], including the formation of zones of emission and reception of seismic signals, registration of an information signal, followed by mathematical processing of the obtained data, and the signal is recorded by at least two three-component seismic installations located at some distance from each other.
Для осуществления этого способа необходимо использовать сейсмоизлучатели и проводить предварительное изучение геологического разреза в районе поиска.To implement this method, it is necessary to use seismic emitters and conduct a preliminary study of the geological section in the search area.
Также известен способ сейсморазведки при поиске нефтегазовых месторождений [4], основанный на определении длины волны L преобладающего сейсмического фона на бесперспективном участке, при которой корреляционная связь между одноименными компонентами ослабляется более чем в два раза. На исследуемом участке располагают на расстоянии L/4 не менее двух трехкомпонентных установок. Регистрируют по всем компонентам естественный сейсмический фон на частотах 1-20 Гц. О наличии месторождения судят по сдвигу в сторону низких частот максимума частотного спектра сейсмического сигнала, зарегистрированного на исследуемой площади.There is also a known method of seismic exploration when searching for oil and gas fields [4], based on determining the wavelength L of the predominant seismic background in an unpromising area, in which the correlation between the same components is weakened by more than two times. In the area under study, at least two three-component installations are located at a distance L / 4. The natural seismic background is recorded for all components at frequencies of 1-20 Hz. The presence of a field is judged by the shift towards low frequencies of the maximum frequency spectrum of the seismic signal recorded in the study area.
Однако этот способ является трудоемким из-за необходимости выполнять сейсмические исследования над бесперспективным месторождением, что требует проведения предварительных работ по выявлению такого участка, а затем выполнять сейсмические исследования над перспективным месторождением, которое может быть выявлено путем сравнения зарегистрированных сигналов над обоими участками. При этом получение объективных оценок результатов исследований возможно только при синхронной регистрации сигналов над обоими участками.However, this method is time-consuming due to the need to carry out seismic studies on a prospectless field, which requires preliminary work to identify such a site, and then perform seismic studies on a promising field, which can be detected by comparing the recorded signals over both sites. At the same time, obtaining objective estimates of research results is possible only with synchronous registration of signals over both sections.
Известен также способ сейсморазведки при поиске подземных вод [5]. Указанный способ заключается в размещении, по крайней мере, трех электрических зондов в Земле в раздельных положениях по прямой линии, пропускании через исследуемый участок Земли между первым и вторым зондом электрического тока и измерении разности потенциалов между первым и третьим зондом, а также между третьим и вторым зондом. Указанные разности потенциалов сравнивают между собой, и на основании такого сравнения определяют присутствие подземной воды.There is also known a method of seismic exploration in the search for groundwater [5]. The specified method consists in placing at least three electric probes in the Earth in separate positions in a straight line, passing through the studied area of the Earth between the first and second electric current probes and measuring the potential difference between the first and third probes, as well as between the third and second a probe. The indicated potential differences are compared with each other, and the presence of groundwater is determined based on such a comparison.
Данный способ также является трудоемким из-за необходимости выполнения буровых работ, необходимых для оборудования шахт для размещения электрических зондов, и позволяет достичь требуемой степени достоверности определения участка с перспективным месторождением при условии оборудования существенного количества шахт для размещения электрических зондов.This method is also time-consuming due to the need to perform drilling operations necessary for the equipment of the mines for the placement of electric probes, and allows you to achieve the required degree of reliability of determining the site with a promising field, provided that a significant number of mines for the placement of electric probes are equipped.
Известен также способ сейсморазведки при поиске подземных вод [6], который направлен на расширение области использования способа сейсморазведки за счет обеспечения обнаружения подземных вод (артезианских бассейнов) с использованием тех же средств.There is also a known method of seismic exploration in the search for groundwater [6], which is aimed at expanding the scope of use of the seismic exploration method by ensuring the detection of groundwater (artesian basins) using the same means.
Для решения поставленной задачи, в данном способе сейсморазведки, включающем регистрацию естественного сейсмического фона и сейсмического сигнала на исследуемом пространстве, измеренных одним и более сейсмическими комплексами, с последующей математической обработкой измеренных значений, по результатам которой судят о наличии подземных вод (артезианских бассейнов) на исследуемом пространстве, о наличии подземных вод (артезианских бассейнов) судят по существенному (в 5-10 раз) повышению уровня сейсмического фона в диапазоне частот 4-15 Гц по отношению к уровню естественного сейсмического фона на контрольных участках с гарантированным отсутствием подземных вод (артезианских бассейнов) и наличию резонансных пиковых значений уровня фона на частотах 5-13 Гц.To solve the problem, in this method of seismic exploration, which includes recording the natural seismic background and the seismic signal in the studied space, measured by one or more seismic complexes, followed by mathematical processing of the measured values, which are used to judge the presence of groundwater (artesian basins) in the studied space, the presence of groundwater (artesian pools) is judged by a significant (5-10 times) increase in the level of seismic background in the frequency range 4-15 Hz in relation to the level of natural seismic background in the control areas with a guaranteed absence of groundwater (artesian basins) and the presence of resonant peak values of the background level at frequencies of 5-13 Hz.
При этом существо способа заключается в следующем.Moreover, the essence of the method is as follows.
Предварительно на площади, находящейся вблизи места поиска подземных вод (артезианских бассейнов) и имеющей сходный геологический разрез, определяют спектральные характеристики естественного сейсмического фона Земли с помощью сейсмических комплексов, регистрируют их. Затем располагают один и более сейсмических комплексов в районе поиска подземных вод (артезианских бассейнов) и регистрируют сейсмический фон в диапазоне частот 1-20 Гц.Previously, the spectral characteristics of the Earth's natural seismic background using seismic complexes are determined on an area located near the groundwater (artesian basin) search site and having a similar geological section, and they are recorded. Then one or more seismic complexes are located in the area of groundwater search (artesian basins) and the seismic background is recorded in the frequency range 1-20 Hz.
Повторяют регистрацию сейсмического фона в других точках над местом предполагаемого нахождения подземных вод (артезианских бассейнов).Repeat the registration of seismic background at other points above the location of the alleged location of groundwater (artesian basins).
Запись сейсмического фона производят в течение 30-60 минут.The seismic background is recorded within 30-60 minutes.
О наличии подземных вод (артезианских бассейнов) судят по существенному (в 5-10 раз) повышению общего уровня сейсмического фона на исследуемом пространстве и наличию резонансных пиковых значений амплитуд сейсмического фона на частотах 5-13 Гц.The presence of groundwater (artesian basins) is judged by a significant (5-10 times) increase in the overall level of seismic background in the space under study and the presence of resonant peak values of the amplitudes of the seismic background at frequencies of 5-13 Hz.
Характерная форма сигнала в измеряемом динамическом диапазоне, его превышение над фоном (в 5-10 раз), наличие пиковых значений позволяют использовать для обнаружения подземных вод (артезианских бассейнов) однокомпонентные или двухкомпонентные сейсмические комплексы, сориентированные по соответствующим осям, с последующей математической обработкой полученных данных.The characteristic shape of the signal in the measured dynamic range, its excess over the background (5-10 times), the presence of peak values make it possible to use single-component or two-component seismic complexes oriented along the respective axes for groundwater detection (artesian basins), followed by mathematical processing of the obtained data .
Данный способ также является трудоемким из-за необходимости выполнения предварительных работ и отягощен существенной математической обработкой.This method is also time-consuming due to the need to perform preliminary work and is burdened by significant mathematical processing.
Известен также способ поиска углеводородов (варианты) и способ определения глубины залегания продуктивных пластов [7], в котором решаемая техническая задача состоит в повышении точности определения продуктивных на углеводороды пластов, в том числе и определение глубины их залегания.There is also a method of searching for hydrocarbons (options) and a method for determining the depth of productive formations [7], in which the technical task to be solved is to increase the accuracy of determining productive hydrocarbons in formations, including determining the depth of their occurrence.
Технический результат, получаемый в результате реализации способа, состоит в уменьшении количества ошибочно пробуренных скважин, а также обеспечении возможности контроля эксплуатации промысловых скважин и газохранилищ при добыче нефти и газа.The technical result obtained as a result of the implementation of the method consists in reducing the number of erroneously drilled wells, as well as providing the ability to control the operation of production wells and gas storages during oil and gas production.
Для достижения указанного технического результата по первому варианту предложено использовать способ поиска углеводородов, характеризуемый регистрацией сейсмических колебаний поверхности Земли с использованием приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать сейсмические колебания в диапазоне от 0,1 до 20 Гц, причем приемники сейсмических колебаний располагают на расстоянии от 50 до 500 м друг от друга, регистрацию проводят одновременно по всем измеряемым компонентам, разбивая временной диапазон регистрации измеренного на перспективной площади информационного сигнала на синхронизованные по времени для всех сейсмических приемников дискретные участки, проводят расчет спектральной характеристики, соответствующей каждому дискретному участку с образованием дискретной последовательности, анализируют каждый дискретный участок на наличие помехи, имеющей техногенную природу, и на наличие события, связанного с приходом сигнала от продуктивного пласта, исключают из дальнейшего рассмотрения те дискретные участки, которые не содержат события, связанного с приходом сигнала от продуктивного пласта в каждой из записей соответствующих компонент сейсмических приемников, а также дискретные участки, содержащие указанные помехи, и проводят анализ оставшихся дискретных участков с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов. При реализации способа дополнительно проводят измерение сейсмических колебаний в месте, заведомо не содержащем углеводородов, а о наличии нефти или газа судят по появлению отклонений в спектральной характеристике, по сравнению с местом, заведомо не содержащим углеводородов. Способ может быть реализован как на суше, так и на акватории, при этом соответственно сейсмические приемники располагают на суше, на дне акватории, либо заглубляя в приповерхностный слой, в водную среду, и/или на плавсредствах в местах, минимально подверженных собственным колебаниям корпуса плавсредства, причем плавсредства удалены на одинаковые расстояния от источника генерирования колебаний.To achieve the indicated technical result according to the first embodiment, it is proposed to use a hydrocarbon search method characterized by recording seismic vibrations of the Earth’s surface using seismic vibrations receivers capable of detecting seismic vibrations in the range from 0.1 to 20 Hz, and seismic vibration receivers located at a distance of 50 to 500 m from each other, registration is carried out simultaneously for all measured components, dividing the time range of registration of the measured into the prospective area of the information signal for discrete sections synchronized in time for all seismic receivers, calculate the spectral characteristics corresponding to each discrete section with the formation of a discrete sequence, analyze each discrete section for the presence of interference of anthropogenic nature, and for the presence of an event associated with the arrival of the signal from the reservoir, those discrete sections that do not contain events associated with Odom signal from the producing formation in each of the entries corresponding components of seismic receivers, and discrete regions containing said interference, and analyzed with the remaining discrete areas of judging the presence or absence of hydrocarbons. When implementing the method, seismic oscillations are additionally measured in a place that is obviously not containing hydrocarbons, and the presence of oil or gas is judged by the appearance of deviations in the spectral characteristics, compared with a place that is obviously not containing hydrocarbons. The method can be implemented both on land and in the water area, with seismic receivers respectively being located on land, in the bottom of the water area, or deepened in the surface layer, in the aquatic environment, and / or on watercraft in places minimally prone to natural vibrations of the body of the craft moreover, the watercraft are removed at equal distances from the source of oscillation generation.
Согласно второму варианту достижения указанного технического результата предложено использовать способ поиска углеводородов, характеризуемый регистрацией сейсмических колебаний поверхности Земли с использованием приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать сейсмические колебания в диапазоне от 0,1 до 20 Гц, причем проводят генерирование сейсмических колебаний источником колебаний в диапазоне от 1 до 10 Гц, приемники сейсмических колебаний располагают на расстоянии от 50 до 500 м друг от друга и от 50 до 500 м от источника сейсмических колебаний, регистрацию информационного сигнала проводят в частотах от 0,1 до 20 Гц по всем измеряемым компонентам как вовремя генерирования колебаний, а также после генерирования сейсмических колебаний, разбивая временной диапазон регистрации измеренного на перспективной площади информационного сигнала на дискретные участки, проводят расчет спектральной характеристики, соответствующей каждому дискретному участку с образованием дискретной последовательности, анализируют каждый дискретный участок на наличие помехи, имеющей техногенную природу, и на наличие события, связанного с приходом сигнала от продуктивного пласта, исключают из дальнейшего рассмотрения те дискретные участки, которые не содержат события, связанного с приходом сигнала от продуктивного пласта в каждой из записей соответствующих компонент сейсмических приемников, а также дискретные участки, содержащие указанные помехи, и проводят анализ оставшихся дискретных участков с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов. В предпочтительном варианте реализации дополнительно измеряют микросейсмический шум Земли и о наличии углеводородов судят по появлению изменений спектральной характеристики не менее чем на одной из компонент при записи сигнала во время генерирования колебаний и/или после генерирования колебаний по сравнению с информационным сигналом, измеренным до генерирования. Предложенный способ может быть реализован также и на суше, и на акватории, поэтому сейсмические приемники располагают на суше, на дне акватории и/или на плавсредствах в местах, минимально подверженных собственным колебаниям корпуса плавсредства, причем плавсредства удалены на одинаковые расстояния от источника генерирования колебаний. Во всех случаях реализации предложенного способа обычно приемники сейсмических колебаний группируют, а также синхронизируют. Кроме того, в процессе математической обработки зарегистрированных результатов преимущественно информационный сигнал разбивают на временные участки, длительностью не менее 2-3 периодов сигнала наименьшей частоты диапазона.According to the second variant of achieving the indicated technical result, it is proposed to use a hydrocarbon search method characterized by recording seismic vibrations of the Earth’s surface using seismic oscillation receivers capable of detecting seismic vibrations in the range from 0.1 to 20 Hz, and seismic oscillations are generated by the oscillation source in the range from 1 up to 10 Hz, receivers of seismic vibrations are located at a distance of 50 to 500 m from each other and from 50 to 500 m from this source cosmic vibrations, the registration of the information signal is carried out in frequencies from 0.1 to 20 Hz for all measured components both during the generation of vibrations, and also after the generation of seismic vibrations, dividing the time range of registration of the information signal measured on the prospective area into discrete sections, the spectral characteristic is calculated corresponding to each discrete section with the formation of a discrete sequence, analyze each discrete section for interference, having technogenic nature, and the presence of an event associated with the arrival of a signal from the reservoir, those discrete sections that do not contain events associated with the arrival of a signal from the reservoir in each of the records of the corresponding components of seismic receivers, as well as discrete sections, are excluded from further consideration containing these interference, and analyze the remaining discrete sections with a judgment on the presence or absence of hydrocarbons. In a preferred embodiment, the Earth’s microseismic noise is additionally measured and the presence of hydrocarbons is judged by the appearance of changes in the spectral characteristics of at least one of the components when recording a signal during oscillation generation and / or after oscillation generation compared to the information signal measured before generation. The proposed method can also be implemented both on land and in the water area; therefore, seismic receivers are located on land, in the bottom of the water area and / or on watercraft in places that are minimally prone to natural vibrations of the body of the craft, and the craft are removed at equal distances from the source of oscillation generation. In all cases of the implementation of the proposed method, usually the receivers of seismic vibrations are grouped and also synchronized. In addition, in the process of mathematical processing of the recorded results, the information signal is mainly divided into temporary sections of at least 2-3 signal periods of the lowest frequency range.
Указанный технический результат достигают также и при использовании способа определения глубины залегания продуктивных пластов, включающего размещение не менее четырех приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне частот, и регистрацию информационного сигнала, при этом в качестве информационного сигнала используют микросейсмический шум Земли, причем над предварительно выявленным очагом микросейсмической активности нефтегазового месторождения размещают в вершинах преимущественно выпуклого четырехугольника сейсмические приемники, способные регистрировать как вертикальные, так и горизонтальные инфранизкочастотные сейсмические колебания, в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, генерируемые нефтегазовым месторождением, проводят генерирование сейсмических колебаний источником колебаний в диапазоне от 1 до 10 Гц, рассчитывают спектральные плотности вертикальных, горизонтальных компонент, а также спектральные плотности кросскорреляционных функций зарегистрированных инфранизкочастотных колебаний, затем, решая обратную волновую задачу распространения акустического излучения от цилиндрически-симметричного источника, определяют глубину залегания продуктивного на углеводороды пласта.The indicated technical result is also achieved by using a method for determining the depth of productive strata, including the placement of at least four receivers of seismic vibrations capable of detecting vibrations in the infrasonic frequency range, and recording an information signal, while the Earth uses microseismic noise as an information signal, moreover, a pre-identified focus of microseismic activity of the oil and gas field is placed at the peaks mainly but of a convex quadrangle, seismic receivers capable of detecting both vertical and horizontal infra-low-frequency seismic vibrations for a period of time sufficient to record a statistically significant noise signal in the infra-low-frequency range generated by the oil and gas field, generate seismic vibrations by a vibration source in the range from 1 to 10 Hz, calculate the spectral density of the vertical, horizontal components, as well as the spectral density These cross-correlation functions of the recorded infra-low-frequency oscillations, then, solving the inverse wave problem of the propagation of acoustic radiation from a cylindrically symmetric source, determine the depth of the reservoir productive to hydrocarbons.
Для обеспечения поиска углеводородов на суше предложено согласно так называемому первому варианту следующее. Располагают над предполагаемой залежью, по меньшей мере, один приемник сейсмических колебаний, способный регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне частот, по меньшей мере, на одной компоненте, и рассчитывают одновременно всеми используемыми приемниками спектральную характеристику микросейсмического шума Земли на частотах от 0,1 до 20 Гц по всем измеряемым компонентам. Предпочтительно повторяют регистрацию в других точках над предполагаемым местом залегания углеводородов. О наличии залежи судят по изменению спектральной характеристики информационного сигнала или их различных комбинаций, позволяющих уменьшить влияние помех. В контексте данного изобретения термин "спектральные характеристики" означает функции либо их совокупность, получаемые при спектральном анализе информационного сигнала, причем указанный спектральный анализ может включать в себя как Фурье-анализ (Фурье-преобразование, Вейвлет-анализ), так и разложение информационного сигнала в ряд, сходящийся лишь асимптотически. Под информационным сигналом в контексте данной работы понимают измеренный сигнал микросейсмических колебаний, подвергшийся математической обработке согласно ряду алгоритмов, в частности приведенных ниже для очистки от помех и выделения сигнала, излученного продуктивным пластом. Например, в качестве спектральной характеристики может быть выбрана спектральная мощность измеряемых сигналов и/или кросскорреляция, или их комбинации, позволяющие уменьшить помехи. В частности, о наличии залежи судят по изменению спектральной мощности информационного сигнала на измеренных частотах, по росту корреляции информационного сигнала одноименных компонент (хотя бы одной) в различных точках наблюдения относительно информационного сигнала для участка, заведомо не содержащего углеводородов.To ensure the search for hydrocarbons on land, the following is proposed according to the so-called first embodiment. At least one seismic vibration detector capable of detecting vibrations in the infrasonic frequency range of at least one component is located above the prospective deposit, and the spectral characteristic of the Earth’s microseismic noise at frequencies from 0.1 to 20 Hz is calculated simultaneously by all the receivers used. for all measured components. Preferably, the registration is repeated at other points above the intended location of hydrocarbons. The presence of deposits is judged by the change in the spectral characteristics of the information signal or their various combinations, allowing to reduce the influence of interference. In the context of the present invention, the term “spectral characteristics” means functions or a combination thereof obtained by spectral analysis of an information signal, wherein said spectral analysis may include both Fourier analysis (Fourier transform, Wavelet analysis) and decomposition of the information signal into a series converging only asymptotically. In the context of this work, an information signal is understood to mean a measured microseismic oscillation signal that has undergone mathematical processing in accordance with a number of algorithms, in particular, those given below for clearing interference and isolating the signal emitted by the reservoir. For example, the spectral power of the measured signals and / or cross-correlation, or combinations thereof, to reduce interference can be selected as the spectral characteristic. In particular, the presence of deposits is judged by the change in the spectral power of the information signal at the measured frequencies, by the increase in the correlation of the information signal of the same name components (at least one) at different observation points relative to the information signal for a site that is obviously free of hydrocarbons.
При поиске углеводородов на акватории по рассматриваемому варианту не менее одного приемника сейсмических колебаний, способного не менее чем по одной компоненте регистрировать инфразвуковые колебания, помещают либо на дно акватории, либо, заглубляя, в водную среду, либо на борт преимущественно самоходных плавсредств и производят измерение микросейсмического шума Земли одновременно по всем измеряемым компонентам. В случае размещения приемника сейсмических колебаний на борту плавсредства следует выбирать наименее шумные в информативном диапазоне частот места плавсредства. Преимущественно регистрацию проводят в течение не менее 30 мин. Приемники размещают на дне акватории (на борту плавсредств, заглубляя в водную среду), группируя, на расстоянии примерно 50-500 м друг от друга. В этом случае пункт регистрации принято располагать на поверхности воды примерно на равном расстоянии от всех используемых приемников сейсмических колебаний.When searching for hydrocarbons in the water area according to the considered option, at least one receiver of seismic vibrations, capable of detecting infrasonic vibrations by at least one component, is placed either at the bottom of the water area, or, being buried, in the aquatic environment, or on board mainly self-propelled watercraft and measure microseismic Earth noise simultaneously for all measured components. If the receiver of seismic vibrations is placed on board the craft, the least noisy places of the craft should be chosen in the informative frequency range. Mostly registration is carried out for at least 30 minutes. The receivers are placed at the bottom of the water area (on board the boats, diving into the aquatic environment), grouping, at a distance of about 50-500 m from each other. In this case, the registration point is usually located on the surface of the water at approximately equal distance from all used receivers of seismic vibrations.
При поиске залежи углеводородов на суше по второму варианту над местом предполагаемого нахождения углеводородов располагают приемники акустических колебаний, способные регистрировать инфразвуковые колебания хотя бы по одной из компонент аналогично первому варианту, однако дополнительно производят генерацию сейсмических колебаний источником сейсмических колебаний в диапазоне от 1 до 10 Гц. Датчики располагают от 50 до 500 м от источника сейсмических колебаний, проводят запись сейсмического фона Земли в течение, предпочтительно, 20 мин, включают источник сейсмических колебаний и, не прекращая регистрации микросейсмического шума Земли, генерируют сейсмические колебания в течение примерно 3 мин. Запись микросейсмического шума Земли может быть продолжена и после прекращения генерирования колебаний.When searching for a hydrocarbon deposit on land in the second embodiment, acoustic oscillation receivers are located above the location of the alleged hydrocarbon location, capable of detecting infrasonic vibrations in at least one of the components similar to the first variant, but additionally generate seismic vibrations by a source of seismic vibrations in the range from 1 to 10 Hz. The sensors are located from 50 to 500 m from the source of seismic vibrations, record the earth's seismic background for preferably 20 minutes, turn on the source of seismic vibrations and, without stopping the recording of the Earth's microseismic noise, generate seismic vibrations for about 3 minutes. The recording of microseismic noise of the Earth can be continued even after the generation of oscillations ceases.
Обработка измеренных сейсмических колебаний происходит аналогично первому варианту, однако дополнительно о наличии залежи можно судить по появлению изменений спектральных характеристик не менее чем на одной из компонент при записи сигнала во время генерирования колебаний и/или после генерирования колебаний по сравнению с информационным сигналом, измеренным до генерирования, либо из анализа спектральных характеристик дискретных участков микросейсмического шума Земли во время/после действия вибратора. Важным этапом размещения сейсмических приемников во всех случаях измерения колебаний является их группировка, что позволяет при дальнейшей обработке сигнала уменьшить влияние шума и применить алгоритмы выделения информационного сигнала.Processing of the measured seismic vibrations occurs similarly to the first option, however, the presence of deposits can also be judged by the appearance of changes in the spectral characteristics of at least one of the components when recording a signal during oscillation generation and / or after oscillation generation compared to the information signal measured before generation or from the analysis of the spectral characteristics of discrete sections of microseismic noise of the Earth during / after the action of the vibrator. An important stage in the placement of seismic receivers in all cases of measuring oscillations is their grouping, which allows for further signal processing to reduce the influence of noise and apply algorithms for extracting the information signal.
При поиске углеводородов на акватории по второму варианту приемники сейсмических колебаний размещают аналогично первому. В остальном измерения производят аналогично измерениям на суше по второму варианту.When searching for hydrocarbons in the water area according to the second option, the receivers of seismic vibrations are placed similarly to the first. The rest of the measurements are carried out similarly to measurements on land in the second embodiment.
В рамках реализации первого и второго вариантов может быть решена задача контроля эксплуатации углеводородной залежи. Для этого над залежью выбирают точки контроля, предпочтительно располагая их вблизи эксплуатационных скважин. В выбранных точках располагают приемники сейсмических колебаний, способные регистрировать сейсмические колебания в инфразвуковом диапазоне частот не менее чем по одной из компонент. Периодически регистрируют микросейсмический шум Земли. По исчезновению аномалии спектральных характеристик на частотах 0,1-20 Гц судят о прохождении контакта вода-углеводород под точкой контроля.As part of the implementation of the first and second options, the task of controlling the operation of a hydrocarbon deposit can be solved. To do this, control points are selected over the reservoir, preferably located near production wells. At selected points, receivers of seismic vibrations are located, capable of detecting seismic vibrations in the infrasonic frequency range of at least one of the components. The microseismic noise of the Earth is periodically recorded. By the disappearance of the anomaly of spectral characteristics at frequencies of 0.1-20 Hz, the passage of the water-hydrocarbon contact under the control point is judged.
Аномальное поведение спектральных характеристик определяют любым из приведенных вариантов - без применения внешнего воздействия, анализируя поведение спектральных характеристик каждого дискретного участка разбиения временного диапазона, либо по отношению к спектральной характеристике информационного сигнала, зарегистрированного для участка, заведомо не лежащего над залежью, а также в варианте, с применением внешнего воздействия, используя те же алгоритмы обработки колебаний, но применяя их к записанному сигналу во время/после воздействия источника сейсмических колебаний, либо о переходе контакта вода-углеводород судят по появлению изменений спектральных характеристик не менее чем на одной из компонент при записи сигнала во время генерирования колебаний и/или после генерирования колебаний по сравнению с спектральными характеристиками информационного сигнала, измеренными до генерирования. Предпочтительно проводить регистрацию спектральной характеристики микросейсмического шума Земли для каждой точки в течение 40-60 мин.The anomalous behavior of the spectral characteristics is determined by any of the above options - without applying external influences, by analyzing the behavior of the spectral characteristics of each discrete section of the time range partition, or with respect to the spectral characteristic of the information signal recorded for the section that obviously does not lie above the reservoir, as well as in the variant using external influence, using the same oscillation processing algorithms, but applying them to the recorded signal during / after air The action of the source of seismic vibrations, or the transition of the water-hydrocarbon contact, is judged by the appearance of changes in the spectral characteristics of at least one of the components when recording a signal during oscillation generation and / or after oscillation generation compared to the spectral characteristics of the information signal measured before generation. It is preferable to record the spectral characteristics of the microseismic noise of the Earth for each point for 40-60 minutes.
При контроле степени заполнения подземного газохранилища природного газа выбирают точки на поверхности Земли, ориентировочно определяющие разные степени заполнения газохранилища, размещают в выбранных точках приемники сейсмических колебаний, способные не менее чем по одной компоненте регистрировать инфразвуковые колебания, и периодически регистрируют спектральную характеристику микросейсмического шума Земли, причем отсутствие аномального изменения спектральной характеристики информационного сигнала на частотах 0,1-20 Гц свидетельствует об отсутствии природного газа под точкой контроля. Для сравнения регистрируют аналогичным приемником микросейсмический шум Земли над местом, заведомо расположенным вне газохранилища. Предпочтительно выбирать точки контроля при первом заполнении газохранилища, определяя в каких местах над газохранилищем отмечено присутствие природного газа при различных количествах поданного газа. Однако в любом случае точки контроля определяют опытным путем. Возможно проведение генерирования сейсмических колебаний в процессе регистрации. В этом случае регистрацию проводят как до начала генерирования, так и во время генерирования.When controlling the degree of filling of the underground natural gas storage, points on the Earth's surface are selected that roughly determine the different degrees of filling of the gas storage, seismic vibration detectors are placed at selected points that are capable of recording infrasonic vibrations by at least one component, and the spectral characteristics of the Earth’s microseismic noise are periodically recorded, moreover the absence of an abnormal change in the spectral characteristics of the information signal at frequencies of 0.1-20 Hz stvuet the absence of natural gas under the control point. For comparison, a microseismic noise of the Earth is recorded by a similar receiver above a place obviously located outside the gas storage. It is preferable to select control points during the first filling of the gas storage, determining in which places above the gas storage the presence of natural gas is noted at various amounts of supplied gas. However, in any case, control points are determined empirically. It is possible to generate seismic vibrations during the registration process. In this case, registration is carried out both before the start of generation and during generation.
Используя, в частности, второй вариант (с генерацией), можно определять глубину залегания продуктивного на углеводороды пласта. Для этого используют не менее 4-х приемников сейсмических колебаний, способных по 3-м взаимно-перпендикулярным компонентам регистрировать инфразвуковые колебания, размещая их в вершинах четырехугольника.Using, in particular, the second option (with generation), it is possible to determine the depth of the reservoir productive for hydrocarbons. To do this, use at least 4 receivers of seismic vibrations, capable of detecting infrasound vibrations by 3 mutually perpendicular components, placing them at the vertices of the quadrangle.
Во всех приведенных вариантах реализации предлагаемого изобретения принципиальным и важным этапом является процесс фильтрации записанного временного ряда от поверхностных шумов и выделение информационного сигнала. С этой целью используют группировку (расстановку) приемников сейсмических колебаний и кросскорреляционную обработку записанного сигнала.In all of the above embodiments of the invention, a fundamental and important step is the filtering process of the recorded time series from surface noise and the selection of the information signal. For this purpose, a grouping (arrangement) of seismic oscillation receivers and cross-correlation processing of the recorded signal are used.
Для реализации вышеизложенных вариантов может быть использован приемник сейсмических колебаний, способный регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне, содержащий не менее одного датчика сейсмических колебаний, способного регистрировать инфразвуковые колебания, причем все используемые датчики расположены на жестком основании таким образом, что оси чувствительности датчиков расположены под фиксированными углами относительно плоского жесткого основания и относительно друг друга, причем каждый датчик подключен к блоку регистрации, а основание с датчиками размещено в жестком герметичном корпусе. Могут быть использованы датчики угловых и/или линейных колебаний, способные регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне частот. Преимущественно блок регистрации каждого датчика содержит последовательно соединенные предварительный усилитель сигнала, формирователь амплитудно-частотной характеристики и оконечный усилитель, причем каждый оконечный усилитель выполнен с возможностью подключения к общему регистратору.To implement the above options, a seismic oscillation receiver can be used, capable of detecting vibrations in the infrasonic range, containing at least one seismic oscillation sensor capable of detecting infrasound vibrations, all the sensors used are located on a rigid base so that the sensitivity axes of the sensors are located at fixed angles relatively flat rigid base and relative to each other, with each sensor connected to the regis unit radio and the base with the sensors placed in the rigid sealed housing. Angular and / or linear vibration sensors capable of detecting vibrations in the infrasonic frequency range can be used. Advantageously, the recording unit of each sensor comprises a pre-connected signal amplifier, an amplitude-frequency response driver and a terminal amplifier, each terminal amplifier being configured to be connected to a common recorder.
Применение изобретения позволит повысить точность и надежность определения наличия залежи углеводородов.The use of the invention will improve the accuracy and reliability of determining the presence of hydrocarbon deposits.
Однако известный способ [7] основан на гипотезе о залежи нефти как единственно возможном источнике наблюдаемой аномалии в низкочастотном диапазоне сейсмического спектра. Вместе с тем практика показывает [8], что аномальные сигналы наблюдаются при наличии других существенных неоднородностей в разрезе, в частности в виде активных тектонических нарушений или при наличии подземных рек. Аномальный сигнал наблюдается также в целевом диапазоне при неглубоком залегании фундамента в точке исследования, соизмеримом с глубиной залегания углеводородов.However, the known method [7] is based on the hypothesis of an oil deposit as the only possible source of the observed anomaly in the low-frequency range of the seismic spectrum. At the same time, practice shows [8] that anomalous signals are observed in the presence of other significant heterogeneities in the section, in particular in the form of active tectonic disturbances or in the presence of underground rivers. An abnormal signal is also observed in the target range with a shallow basement at the point of study, commensurate with the depth of hydrocarbons.
Кроме того, при размещении приемников сейсмических колебаний на плавсредствах или на глубинных горизонтах, необходимо исключать из результатов наблюдений составляющую сигнала, обусловленную шумами судоходства и скоростью подводных течений.In addition, when placing seismic oscillation receivers on boats or at deep horizons, it is necessary to exclude from the observation results the signal component due to noise of navigation and the speed of underwater currents.
В известном способе низкочастотного сейсмического зондирования для поиска и разведки залежей углеводородов (варианты) [8] задача решается способом низкочастотного сейсмического зондирования для поиска и разведки залежей углеводородов, включающим определение, по крайней мере, одной точки наблюдения на поисковой площади, размещение в точке наблюдения приемника сейсмических колебаний, проведение регистрации информационных сигналов по их измеряемым компонентам в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, проведение расчета спектральных характеристик с использованием Фурье-преобразования полученных сигналов, их анализ на наличие ложных сигналов и сигналов от продуктивного пласта с природными углеводородами, исключение из рассмотрения ложных сигналов, проведение анализа оставшихся сигналов с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов, в котором в отличие от известного способа регистрацию и запись проводят по вертикальным компонентам информационных сигналов, Фурье-преобразование вертикальных компонентов информационных сигналов проводят по их первой производной, на полученных спектрах выявляют максимум, который характеризуют местоположением на спектре в диапазоне частотIn the known method of low-frequency seismic sounding for the search and exploration of hydrocarbon deposits (options) [8], the problem is solved by the method of low-frequency seismic sounding for the search and exploration of hydrocarbon deposits, including the determination of at least one observation point in the search area, placement at the observation point of the receiver seismic vibrations, registration of information signals by their measured components for a period of time sufficient to record statistically significant a noise signal in the infra-low-frequency range, calculating the spectral characteristics using the Fourier transform of the received signals, analyzing them for the presence of false signals and signals from the reservoir with natural hydrocarbons, excluding false signals from the analysis, analyzing the remaining signals with a judgment on the presence or the absence of hydrocarbons, in which, unlike the known method, registration and recording are carried out on the vertical components of information signals, Fu rye conversion of the vertical components of information signals is carried out according to their first derivative, the maximum is determined on the obtained spectra, which is characterized by the location on the spectrum in the frequency range
Vs/H<F<Vp/H,Vs / H <F <Vp / H,
где Vs - средняя по осадочному чехлу скорость распространения поперечных сейсмических волн в точке наблюдения;where Vs is the average sedimentary cover velocity of transverse seismic waves at the observation point;
Vp - средняя по осадочному чехлу скорость распространения продольных сейсмических волн в точке наблюдения;Vp - average sedimentary cover velocity of propagation of longitudinal seismic waves at the observation point;
H - известная глубина залегания фундамента в точке наблюдения,H is the known basement depth at the observation point,
сигнал с данным максимумом принимают за соответствующий резонансу между дневной поверхностью и фундаментом ложный сигнал - сигнал от фундамента, бесперспективной точкой наблюдения признают точку со спектром, в котором присутствует сигнал от фундамента с монотонным спадом амплитуды спектра в сторону больших частот от максимума сигнала от фундамента, точку наблюдения, в спектрах сигналов которой присутствуют максимумы на частотах, больших частоты максимума сигнала от фундамента, с их равномерным расположением со смещением относительно других измерений менее чем на половину ширины своего максимума, принимают как перспективную на наличие залежей от природных углеводородов. При этом при выявлении равномерного расположения сигналов возможно их сравнение относительно сигналов других измерений с одной точки наблюдения, или относительно сигналов с других каналов их записи с этой точки наблюдения при многоканальном способе наблюдения, или относительно сигналов их записей с соседних точек наблюдения при одноканальном способе наблюдения. При наличии точек наблюдения больше одной в районе исследования сигнал от фундамента дополнительно характеризует его присутствие в большинстве точек наблюдения.a signal with this maximum is taken as a false signal corresponding to the resonance between the day surface and the foundation — a signal from the foundation, a point with a spectrum that contains a signal from the foundation with a monotonic decrease in the spectrum amplitude towards high frequencies from the maximum of the signal from the foundation is recognized as a hopeless observation point observations, in the signal spectra of which there are maxima at frequencies greater than the frequency of the maximum signal from the foundation, with their uniform arrangement with an offset relative to other measurements less than half the width of its maximum, is taken as promising for the presence of hydrocarbons from natural reservoirs. In this case, when identifying a uniform arrangement of signals, it is possible to compare them relative to signals of other measurements from one observation point, or relative to signals from other channels of their recording from this observation point with a multi-channel observation method, or relative to signals from their recordings from neighboring observation points with a single-channel observation method. If there are more observation points in the study area, the signal from the foundation additionally characterizes its presence at most observation points.
Задача решается также вторым вариантом способа низкочастотного сейсмического зондирования для поиска и разведки залежей углеводородов [8], включающем определение, по крайней мере, одной точки наблюдения на поисковой площади, размещение в точке наблюдения приемника сейсмических колебаний, проведение регистрации информационных сигналов по их измеряемым компонентам в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, проведение расчета спектральных характеристик с использованием Фурье-преобразования полученных сигналов, ее анализ на наличие ложных сигналов и сигналов от продуктивного пласта с природными углеводородами, исключение из рассмотрения ложных сигналов, проведение анализа оставшихся сигналов с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов, в котором в отличие от известного способа регистрацию и запись проводят по вертикальным компонентам информационных сигналов, Фурье-преобразование вертикальных компонентов информационных сигналов проводят по их первой производной, на полученных спектрах выявляют максимум, который характеризуют местоположением на спектре в диапазоне частотThe problem is also solved by the second variant of the method of low-frequency seismic sounding for the search and exploration of hydrocarbon deposits [8], which includes determining at least one observation point on the search area, placing seismic vibrations at the observation point of the receiver, recording information signals from their measured components in for a period of time sufficient to record a statistically significant noise signal in the infra-low-frequency range, the calculation of the spectral characteristics Using the Fourier transform of the received signals, analyzing it for the presence of false signals and signals from the reservoir with natural hydrocarbons, excluding false signals from the analysis, analyzing the remaining signals with a judgment on the presence or absence of hydrocarbons, which, unlike the known method registration and recording are carried out on the vertical components of information signals, the Fourier transform of the vertical components of information signals is carried out according to their first water, on the obtained spectra reveal the maximum, which is characterized by the location on the spectrum in the frequency range
Vs/H<F<Vp/H,Vs / H <F <Vp / H,
где Vs - средняя по осадочному чехлу скорость распространения поперечных сейсмических волн в точке наблюдения;where Vs is the average sedimentary cover velocity of transverse seismic waves at the observation point;
Vp - средняя по осадочному чехлу скорость распространения продольных сейсмических волн в точке наблюдения;Vp - average sedimentary cover velocity of propagation of longitudinal seismic waves at the observation point;
Н - известная глубина залегания фундамента в точке наблюдения,H is the known depth of the foundation at the observation point,
сигнал с данным максимумом принимают за соответствующий резонансу между дневной поверхностью и фундаментом ложный сигнал - сигнал от фундамента, бесперспективной точкой наблюдения признают точку со спектром, в котором присутствует сигнал от фундамента с монотонным спадом амплитуды спектра в сторону больших частот от максимума сигнала от фундамента, выявляют спектры сигналов, в которых присутствуют максимумы на частотах, больших частоты максимума сигнала от фундамента, указанные спектры классифицируют на две группы: 1) спектры с равномерным расположением максимумов сигналов со смещением относительно других измерений менее чем на половину ширины своего максимума, 2) спектры с неравномерным расположением максимумов сигналов со смещением относительно других измерений не менее чем на половину ширины своего максимума; точку наблюдения с сигналами со спектром первой группы определяют как перспективную на наличие залежи от природных углеводородов, сигналы со спектром второй группы определяют как ложные сигналы - сигналы от зоны возможных тектонических нарушений. При этом при выявлении равномерного или неравномерного расположения сигналов возможно их сравнение относительно сигналов других измерений с одной точки наблюдения, или относительно сигналов с других каналов их записи с этой точки наблюдения при многоканальном способе наблюдения, или относительно сигналов их записей с соседних точек наблюдения при одноканальном способе наблюдения. При наличии точек наблюдения больше одной в районе исследования сигнал от фундамента дополнительно характеризует его присутствие в большинстве точек наблюдения.a signal with this maximum is taken as a false signal corresponding to the resonance between the day surface and the foundation — the signal from the foundation, the point with the spectrum, in which there is a signal from the foundation with a monotonic decrease in the spectrum amplitude towards large frequencies from the maximum of the signal from the foundation, is recognized as a hopeless observation point spectra of signals in which there are maxima at frequencies greater than the frequency of the maximum signal from the foundation, these spectra are classified into two groups: 1) spectra with equal by the uneven arrangement of signal maxima with an offset of relative to other measurements by less than half the width of their maximum, 2) spectra with an uneven arrangement of signal maximums with an offset of other measurements by at least half the width of their maximum; the observation point with signals with a spectrum of the first group is defined as promising for the presence of deposits from natural hydrocarbons, signals with a spectrum of the second group are defined as false signals - signals from the zone of possible tectonic disturbances. In this case, when identifying a uniform or uneven arrangement of signals, it is possible to compare them relative to signals of other measurements from one observation point, or relative to signals from other channels of their recording from this observation point with a multi-channel observation method, or relative to signals from their recordings from neighboring observation points with a single-channel observation method observations. If there are more observation points in the study area, the signal from the foundation additionally characterizes its presence at most observation points.
Данный способ позволяет отграничить ложные сигналы от сигналов от продуктивного пласта и тем самым резко повысить достоверность принимаемых решений. Регистрацию и запись сигналов проводят в широком диапазоне частот 0,5-50 Гц, соответствующем диапазону глубин залегания фундамента.This method allows you to distinguish between false signals from signals from the reservoir and thereby dramatically increase the reliability of decisions. The registration and recording of signals is carried out in a wide frequency range of 0.5-50 Hz, corresponding to the range of the depths of the foundation.
Способы поиска и разведки реализованы с использованием известных аппаратных средств, например с помощью мобильного цифрового сейсмометрического комплекса «Экспресс-4» разработки КБ «Геофизприбор» РАН (г.Москва). Блок-схема мобильного многоканального сейсмометрического комплекса включает следующие основные модули:Search and reconnaissance methods are implemented using well-known hardware, for example, using the Express-4 mobile digital seismometric complex developed by the Geofizpribor Design Bureau of the Russian Academy of Sciences (Moscow). The block diagram of a mobile multi-channel seismometric complex includes the following main modules:
- комплект высокочувствительных сейсмических датчиков типа СМ-ЗКВ ADNR;- a set of highly sensitive seismic sensors of the type SM-ZKV ADNR;
- выносной распределитель с кабельными линиями связи;- remote distributor with cable communication lines;
- регистрирующий модуль с блоком фильтров и усилителей, платой аналого-цифровых преобразователей, цифроаналоговых преобразователей, компьютером;- a recording module with a block of filters and amplifiers, a board of analog-to-digital converters, digital-to-analog converters, a computer;
- GPS-приемник GARMIN 12 XL;- GPS-
- блок питания;- Power Supply;
- блок калибровки.- calibration block.
Датчики представляют собой магнитоэлектрические маятниковые сейсмоприемники, преобразующие скорость механических колебаний в электрический ток, при этом напряжение, возбуждаемое на концах рабочей обмотки приемника, пропорционально скорости колебания грунта. Регистрирующий модуль комплекса «Экспресс-4» обеспечивает прием сейсмических сигналов, их преобразование в цифровой код, регистрацию данных в различных форматах, привязку регистрируемых данных к единому времени, визуализацию входных данных, выполнение калибровки сейсмических каналов, предварительную оценку качества зарегистрированных данных. При обработке и анализе сигналов и их спектральных характеристик используются стандартные программные средства типа Mathlab версии 6.0 и выше.The sensors are magnetoelectric pendulum geophones that convert the speed of mechanical vibrations into electric current, while the voltage excited at the ends of the receiver’s working winding is proportional to the speed of the soil. The recording module of the Express-4 complex provides reception of seismic signals, their conversion to digital code, registration of data in various formats, binding of recorded data to a single time, visualization of input data, calibration of seismic channels, preliminary assessment of the quality of recorded data. When processing and analyzing signals and their spectral characteristics, standard software tools such as Mathlab version 6.0 and higher are used.
При конкретных исследованиях и натурных испытаниях были использованы три сейсмических приемника - комплект высокочувствительных сейсмических датчиков типа СМ-ЗКВ ADNR мобильного цифрового сейсмометрического комплекса «Экспресс-4» с 4 каналами записей, расположенных на расстоянии 50-100 метров друг от друга, в диапазоне частот 0,5-50 Гц, соответствующем глубине залегания фундамента 6-8 км, запись сейсмических сигналов проводили одновременно для всех каналов записей в течение не менее 400 сек, в результате приема и обработки сигналов были получены спектральные характеристики, включающие ложные сигналы от фундамента, сигналы от нарушений, сигнал от продуктивного пласта.For specific studies and field tests, three seismic receivers were used - a set of highly sensitive seismic sensors of the SM-ZKV type ADNR of the Express-4 mobile digital seismometric complex with 4 recording channels located at a distance of 50-100 meters from each other, in the frequency range 0 5-50 Hz, corresponding to a foundation depth of 6-8 km, seismic signals were recorded simultaneously for all recording channels for at least 400 seconds, as a result of signal reception and processing, Spectral characteristics including spurious signals from the foundation, the signals from disturbances, the signal from the producing formation.
Недостатком данного способа является относительно невысокая достоверность, т.к. произвести генерирование сигнала в диапазоне 0,5-1,0 Гц посредством трех однотипных сейсмических приемников, с одинаковой измерительной базой представляет собой сложную техническую задачу, особенно в морских условиях.The disadvantage of this method is the relatively low reliability, because to generate a signal in the range of 0.5-1.0 Hz by means of three seismic receivers of the same type, with the same measuring base, is a difficult technical task, especially in marine conditions.
Известен также способ сейсморазведки, включающий регистрацию естественного сейсмического фона по трем компонентам не менее чем двумя сейсмоприемниками до и после генерирования сейсмических колебаний с частотой 0,1-70 Гц, суждение о наличии нефтегазовых месторождений по увеличению площади под кривой спектра сейсмического фона по всем трем компонентам после генерирования сейсмических колебаний [9].There is also a known method of seismic exploration, which includes recording the natural seismic background from three components with at least two seismic receivers before and after generating seismic vibrations with a frequency of 0.1-70 Hz, judging the presence of oil and gas fields by increasing the area under the curve of the spectrum of seismic background for all three components after the generation of seismic vibrations [9].
Недостатком данного способа является низкая достоверность и надежность, т.к. произвести генерирование сигнала в диапазоне 0,1-1 Гц посредством двух однотипных сейсмических приемников, с одинаковой измерительной базой представляет собой сложную техническую задачу.The disadvantage of this method is the low reliability and reliability, because to generate a signal in the range of 0.1-1 Hz by means of two seismic receivers of the same type, with the same measuring base, is a difficult technical task.
В известном способе [10] решается техническая задача повышения эффективности сейсморазведки для больших глубин. Техническим результатом является увеличение глубины сейсморазведки при одновременном повышении достоверности и эффективности сейсморазведки на различных глубинах за счет использования всего частотного диапазона микросейсмического сигнала, в том числе и сверхнизких частот.The known method [10] solves the technical problem of increasing the efficiency of seismic exploration for great depths. The technical result is to increase the depth of seismic exploration while increasing the reliability and efficiency of seismic exploration at various depths through the use of the entire frequency range of the microseismic signal, including ultra-low frequencies.
При этом технический результат достигается за счет того, что в способе сейсморазведки, включающем предварительное определение дисперсионной кривой микросейсмических волн, характерной для исследуемой территории, путем проведения синхронной регистрации микросейсмических сигналов не менее чем тремя сейсмостанциями с вертикальными сейсмодатчиками с последующей оценкой по полученным данным зависимости кажущихся скоростей распространения микросейсмических волн от частоты сигнала, определение длин волн и частотного диапазона на основе анализа кажущихся скоростей, в котором микросейсмический сигнал состоит из волн Рэлея, размещение сейсмодатчиков на исследуемой территории таким образом, чтобы расстояние между ними составляло не более половины самой короткой длины волны Рэлея, определение амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмодатчиков в полосе частот микросейсмического сигнала путем одновременной регистрации микросейсмического сигнала всеми сейсмодатчиками в одной точке в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра мощности микросейсмического сигнала, с последующим определением логарифмической разности спектров всех измерительных каналов сейсмодатчиков, регистрацию микросейсмического сигнала не менее чем двумя сейсмостанциями, одна из которых установлена стационарно в центральной части исследуемой территории, а остальные перемещаются по исследуемой территории, накопление спектра мощности микросейсмического сигнала в каждой точке измерений в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра, расчет спектра пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений путем определения логарифмической разности спектра мощности для каждой точки измерений и спектра мощности микросейсмического сигнала, накопленного на сейсмостанции, установленной стационарно, в течение эквивалентного времени в тот же временной период с учетом амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмодатчиков, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине Н согласно соотношению:In this case, the technical result is achieved due to the fact that in the seismic survey method, which includes preliminary determination of the dispersion curve of microseismic waves characteristic of the study area by synchronously recording microseismic signals with at least three seismic stations with vertical seismic sensors with subsequent evaluation of the apparent velocity dependences based on the obtained data the propagation of microseismic waves from the signal frequency, the determination of wavelengths and the frequency range based on e analysis of apparent velocities, in which the microseismic signal consists of Rayleigh waves, placing seismic sensors in the study area so that the distance between them is no more than half the shortest Rayleigh wavelength, determining the amplitude non-identity of the measuring channels of the seismic sensors in the microseismic signal frequency band by simultaneously recording microseismic signal by all seismic sensors at one point for a time sufficient to establish the stationarity of the spectrum the power of the microseismic signal, with the subsequent determination of the logarithmic difference of the spectra of all measuring channels of the seismic sensors, the registration of the microseismic signal by at least two seismic stations, one of which is installed stationary in the central part of the study area, and the rest move across the study area, accumulation of the power spectrum of the microseismic signal at each point measurements for a time sufficient to establish the stationarity of the spectrum, the calculation of the spectrum of spaces variations of the microseismic signal for each measurement point by determining the logarithmic difference of the power spectrum for each measurement point and the power spectrum of the microseismic signal stored at the seismic station installed stationary for an equivalent time in the same time period, taking into account the amplitude non-identity of the measuring channels of the seismic sensors, map amplitude variations of the microseismic signal for each frequency of the spectrum of spatial variations, the binding of each gender scientific map corresponding to its depth H according to the ratio:
Н=λрК,H = λ p K
где К - экспериментально установленный числовой коэффициент, зависящий от слагающих пород,where K is the experimentally established numerical coefficient depending on the constituent rocks,
λр - длина волны Рэлея, определенная по дисперсионной кривой, м.λ p - Rayleigh wavelength, determined by the dispersion curve, m
Отличительными признаками известного способа является определение дисперсионной кривой микросейсмических волн с последующей оценкой зависимости кажущихся скоростей распространения микросейсмических волн от частоты сигнала, определение длин волн и частотного диапазона, состоящего из волн Рэлея, размещение сейсмодатчиков вышеуказанным методом, определение амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмодатчиков с последующим определением логарифмической разности спектров, регистрацию микросейсмического сигнала сейсмостанциями, одна из которых установлена стационарно, накопление спектра мощности микросейсмического сигнала до установления стационарности спектра, расчет спектра пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине согласно вышеприведенному соотношению, что позволяет увеличить глубину сейсморазведки при одновременном повышении достоверности и эффективности сейсморазведки на различных глубинах за счет использования всего частотного диапазона микросейсмического сигнала, в том числе и сверхнизких частот. Микросейсмические сигналы представлены в общем случае суммой объемных и поверхностных волн типа Лява и Рэлея. При этом энергия поверхностных волн в микросейсмическом сигнале гораздо выше энергии объемных волн и при реализации способа они не учитываются. Использование вертикальных датчиков позволяет вычленить из поверхностных волн только волны Рэлея, которые содержат нулевую моду даже в отсутствие ярких отражающих границ, в отличие от волн Лява. Размещение сейсмических датчиков на расстоянии друг от друга не более половины самой короткой длины волны Рэлея позволяет достигнуть максимальной разрешения способа по горизонтали. Учет амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмических датчиков позволяет исключить индивидуальные характеристики измерительных каналов при построении карт. Накопление спектра мощности микросейсмического сигнала в каждой точке измерений до установления стационарности спектра необходимо производить ввиду двойственности природы микросейсмического сигнала, который состоит из детерминированных цугов со случайными начальными фазами, случайными частотами, амплитудами и направлениями прихода. На достаточно больших временах эти детерминированные цуги представляют собой случайный стационарный сигнал. Именно эти стационарные характеристики, в том числе спектр мощности, определяются во время измерений. Расчет спектра пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений необходим для того, чтобы исключить влияние источников, формирующих микросейсмический сигнал. Построение карт амплитудных вариаций микросейсмического сигнала и привязку их к глубине производят для получения механических характеристик среды на различных глубинах.The distinguishing features of the known method is the determination of the dispersion curve of microseismic waves with the subsequent assessment of the dependence of the apparent propagation velocities of microseismic waves on the signal frequency, the determination of wavelengths and the frequency range consisting of Rayleigh waves, the placement of seismic sensors by the above method, the determination of the amplitude non-identity of the measuring channels of seismic sensors with the subsequent determination of the logarithmic difference of spectra, registration of a microseismic signal stations, one of which is stationary, the accumulation of the power spectrum of the microseismic signal until the spectrum is stationary, the calculation of the spectrum of spatial variations of the microseismic signal for each measurement point, the construction of a map of the amplitude variations of the microseismic signal for each frequency of the spectrum of spatial variations, the binding of each received map to its corresponding depth according to the above ratio, which allows to increase the depth of seismic exploration while increasing The reliability and effectiveness of seismic exploration at various depths through the use of the entire frequency range of the microseismic signal, including ultra-low frequencies. Microseismic signals are represented in the general case by the sum of body and surface waves of the Love and Rayleigh type. Moreover, the energy of surface waves in a microseismic signal is much higher than the energy of body waves and are not taken into account when implementing the method. The use of vertical sensors makes it possible to isolate only Rayleigh waves from the surface waves that contain the zero mode even in the absence of bright reflecting boundaries, in contrast to Love waves. Placing seismic sensors at a distance of no more than half the shortest Rayleigh wavelength allows you to achieve maximum horizontal resolution of the method. Taking into account the amplitude non-identity of the measuring channels of seismic sensors allows you to exclude the individual characteristics of the measuring channels when building maps. The accumulation of the power spectrum of the microseismic signal at each measurement point before establishing the stationarity of the spectrum must be done due to the duality of the nature of the microseismic signal, which consists of deterministic trains with random initial phases, random frequencies, amplitudes and directions of arrival. At sufficiently large times, these deterministic trains are a random stationary signal. It is these stationary characteristics, including the power spectrum, that are determined during measurements. The calculation of the spectrum of spatial variations of the microseismic signal for each measurement point is necessary in order to exclude the influence of sources forming the microseismic signal. The mapping of amplitude variations of the microseismic signal and their binding to the depth are made to obtain the mechanical characteristics of the medium at various depths.
Известный способ сейсморазведки [10] осуществляется следующим образом. Предварительно определяют дисперсионную кривую микросейсмических волн, характерную для исследуемой территории путем проведения синхронной регистрации микросейсмических сигналов не менее чем тремя сейсмостанциями с вертикальными сейсмических датчиками с последующей оценкой по полученным данным зависимости кажущихся скоростей распространения микросейсмических волн от частоты сигнала. Определяют длины волн и частотный диапазон микросейсмического сигнала на основе анализа кажущихся скоростей, в котором он состоит из волн Рэлея. Сейсмическими датчики размещают на исследуемой территории таким образом, чтобы расстояние между ними составляло не более половины самой короткой длины волны Рэлея. Затем определяют амплитудную неидентичность измерительных каналов сейсмических датчиков в полосе частот микросейсмического сигнала путем одновременной регистрации микросейсмического сигнала всеми сейсмическими датчиками в одной точке в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра мощности микросейсмического сигнала, с последующим определением логарифмической разности спектров всех измерительных каналов сейсмических датчиков. Регистрируют микросейсмический сигнал не менее чем двумя сейсмостанциями, одна из которых установлена стационарно в центральной части исследуемой территории, а остальные перемещаются по исследуемой территории. Проводят накопление спектра мощности микросейсмического сигнала в каждой точке измерений в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра. Рассчитывают спектр пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений путем определения логарифмической разности спектра мощности для каждой точки измерений и спектра мощности микросейсмического сигнала, накопленного на сейсмостанции, установленной стационарно, в течение эквивалентного времени в тот же временной период с учетом амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмических датчиков. Строят карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций. Делают привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине.The known method of seismic exploration [10] is as follows. The dispersion curve of microseismic waves characteristic of the study area is preliminarily determined by performing synchronous registration of microseismic signals by at least three seismic stations with vertical seismic sensors, followed by an assessment of the dependence of the apparent propagation velocity of microseismic waves on the signal frequency. The wavelengths and frequency range of the microseismic signal are determined based on an analysis of the apparent velocities in which it consists of Rayleigh waves. Seismic sensors are placed in the study area so that the distance between them is no more than half the shortest Rayleigh wavelength. Then, the amplitude non-identity of the measuring channels of the seismic sensors in the microseismic signal frequency band is determined by simultaneously recording the microseismic signal by all seismic sensors at one point for a time sufficient to establish the stationarity of the power spectrum of the microseismic signal, followed by determining the logarithmic difference of the spectra of all the measuring channels of the seismic sensors. A microseismic signal is recorded by at least two seismic stations, one of which is installed stationary in the central part of the study area, and the rest move around the study area. The power spectrum of the microseismic signal is accumulated at each measurement point for a time sufficient to establish the stationarity of the spectrum. The spectrum of spatial variations of the microseismic signal for each measurement point is calculated by determining the logarithmic difference of the power spectrum for each measurement point and the power spectrum of the microseismic signal accumulated at a seismic station installed stationary for an equivalent time in the same time period, taking into account the amplitude non-identity of the measuring channels of seismic sensors . Maps of amplitude variations of the microseismic signal are constructed for each frequency of the spectrum of spatial variations. Make a binding of each received card corresponding to its depth.
Значение коэффициента К устанавливают экспериментально в ходе математического моделирования на основе метода конечных элементов распространения Рэлеевских волн в неоднородном полупространстве, сложенном породами, близкими к породам вулканического происхождения.The value of the coefficient K is established experimentally in the course of mathematical modeling on the basis of the finite element method for the propagation of Rayleigh waves in an inhomogeneous half-space composed of rocks close to rocks of volcanic origin.
Использование предлагаемого способа сейсморазведки позволяет повысить достоверность сейсморазведки, дает принципиальную возможность провести сейсморазведку в местах, недоступных для применения искусственных источников, позволяет производить сейсморазведку на больших глубинах, позволяет производить сейсморазведку в режиме мониторинга без использования источников. Способ технически прост в исполнении, экологически чист, эффективен с точки зрения затрат.Using the proposed method of seismic exploration allows to increase the reliability of seismic exploration, provides a fundamental opportunity to conduct seismic surveys in places inaccessible to the use of artificial sources, allows seismic exploration at great depths, allows seismic exploration in monitoring mode without using sources. The method is technically simple to implement, environmentally friendly, cost effective.
Однако установление значения коэффициента К по экспериментальным данным, путем математического моделирования осуществляется на допущении, что значение коэффициента К соответствует значению коэффициента в неоднородном пространстве, сложенном породами, близкими к породам вулканического происхождения. В случае, если породы неоднородного пространства сложены породами не вулканического происхождения, то значение коэффициента будет отличным от принятого, что повлечет за собой существенную погрешность в конечных результатах исследований.However, the determination of the value of the coefficient K from experimental data, by mathematical modeling, is carried out on the assumption that the value of the coefficient K corresponds to the value of the coefficient in an inhomogeneous space composed of rocks close to rocks of volcanic origin. If the rocks of the heterogeneous space are composed of rocks of non-volcanic origin, then the value of the coefficient will be different from the accepted one, which will entail a significant error in the final research results.
Кроме того, при построении карт амплитудных вариаций микросейсмического сигнала используют метод триангуляции, при применении которого результаты вычислений дифференциалов различных порядков не являются достоверными.In addition, when constructing maps of the amplitude variations of the microseismic signal, the triangulation method is used, when applying which the results of calculating differentials of various orders are not reliable.
Задачей заявляемого технического решения является повышение достоверности сейсмических исследований при поиске и разведке месторождений углеводородов.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of seismic studies in the search and exploration of hydrocarbon deposits.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе сейсморазведки, включающем регистрацию естественного сейсмического фона и сейсмического сигнала на исследуемом пространстве, измеренных одним и более сейсмическими комплексами, с последующей математической обработкой измеренных значений, предварительное определение дисперсионной кривой микросейсмических волн, характерной для исследуемой территории, путем проведения синхронной регистрации микросейсмических сигналов не менее чем тремя сейсмостанциями с вертикальными сейсмическими датчиками с последующей оценкой по полученным данным зависимости кажущихся скоростей распространения микросейсмических волн от частоты сигнала, определение длин волн и частотного диапазона на основе анализа кажущихся скоростей, в котором микросейсмический сигнал состоит из волн Рэлея, размещение сейсмических датчиков на исследуемой территории таким образом, чтобы расстояние между ними составляло не более половины самой короткой длины волны Рэлея, определение амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмических датчиков в полосе частот микросейсмического сигнала путем одновременной регистрации микросейсмического сигнала всеми сейсмическими датчиками в одной точке в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра мощности микросейсмического сигнала, с последующим определением логарифмической разности спектров всех измерительных каналов сейсмических датчиков, накопление спектра мощности микросейсмического сигнала в каждой точке измерений в течение времени, достаточного для установления стационарности спектра, расчет спектра пространственных вариаций микросейсмического сигнала для каждой точки измерений путем определения логарифмической разности спектра мощности для каждой точки измерений и спектра мощности микросейсмического сигнала, накопленного на сейсмостанции, установленной стационарно, в течение эквивалентного времени в тот же временной период с учетом амплитудной неидентичности измерительных каналов сейсмических датчиков, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине; при этом выполняют регистрацию информационных сигналов по их измеряемым компонентам в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, осуществляют расчет спектральных характеристик с использованием Фурье-преобразования полученных сигналов, их анализ на наличие ложных сигналов и сигналов от продуктивного пласта с природными углеводородами, исключают из рассмотрения ложные сигналы, выполняют анализ оставшихся сигналов с вынесением суждения о наличии или отсутствии углеводородов, регистрацию и запись проводят по вертикальным компонентам информационных сигналов в диапазоне частот 0,5-50 Гц, соответствующем диапазону глубин залегания фундамента, Фурье-преобразование компонентов информационных сигналов проводят по их первой производной, на полученных спектрах выявляют максимум, который принимают за соответствующий резонансу между дневной поверхностью и фундаментом ложный сигнал - сигнал от фундамента, бесперспективной точкой наблюдения признают точку со спектром, в котором присутствует сигнал от фундамента с монотонным спадом амплитуды спектра в сторону больших частот от максимума сигнала от фундамента, точку наблюдения, в спектрах сигналов которой присутствуют максимумы на частотах, больших частоты максимума сигнала от фундамента, со смещением их относительно других измерений менее чем на половину ширины своего максимума, принимают как перспективную на наличие залежей от природных углеводородов, о наличии залежи углеводородов судят по изменению спектральной мощности информационного сигнала на измеренных частотах, в отличие от известных способов, дополнительно регистрируют давление волн цунами на дно на частотах 0,003-0,01 Гц посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, транслируют зарегистрированные сигналы по гидроакустическому каналу связи на дрейфующие станции, размещенные в исследуемых пунктах, зарегистрированные сигналы с которых по спутниковому каналу связи транслируют на опорные пункты, при этом дополнительно измеряют вариации магнитного поля на частотах 0,01-1,0 Гц, магнитную индукцию электромагнитного поля на частотах 1-200 Гц, электрическую составляющую электромагнитного поля на частотах 1-500 Гц, акустические шумы на частотах 5-50000 Гц, сейсмические шумы на частотах 0,01-20 Гц, гидродинамический шум моря на частотах 0,01-100 Гц в зонах тектонических разломов, по измеренным параметрам выполняют факторный анализ на уровнях естественного геофизического фона и геофизического фона в период фазы нахождения солнца и луны на одной небесной линии, путем построения графика амплитуд градиентов сейсмических, геодеформационных, геохимических, гидрофизических показателей при базе измерений, не превышающей 50-100 километров в средних широтах и 8-10 километров в высоких и экваториальных широтах соответственно, с ориентацией средств измерения по восьми румбам; дополнительно регистрируют сейсмические шумы на частотах 0,008-20 Гц на границе вода-грунт, при этом выделяют из спектра горизонтальных составляющих нечетные гармоники 0,003 и 0,005 Гц, а из спектра вертикальной составляющей выделяют четные гармоники 0,002, 0,004, 0,006 и 0,008 Гц, а на береговых сейсмических станциях измеряют уровень прилива; устройства регистрации размещают на глубинных горизонтах наблюдений, кратных 25 м, при максимальном горизонте наблюдений, равном 100 м, равномерно распределенных по азимуту, регистрацию гидроакустических сигналов выполняют с выделением фаз типа РР, З и Т, приход акустической волны сейсмического происхождения определяют по величине сдвига частоты рассеянного излучения, при этом посредством устройств регистрации, размещенных на удалении от прибрежной зоны, выполняют анализ низкочастотных составляющих рассеянного сигнала, используя в качестве опорных квазигармонических высокочастотных сигналов шумы судоходства, а посредством устройств регистрации, размещенных в прибрежной зоне, определяют момент появления и направление прихода сейсмических волн путем узкополосной фильтрации и спектрального анализа волн, выделение фаз типа РР, S и Т осуществляют путем узкополосной фильтрации посредством рекурсивных фильтров Баттерфорта, при этом входную фильтрацию осуществляют посредством рекурсивных фильтров с целочисленными коэффициентами, а сигналы с частотой дискретизации 100 Гц и ниже подвергают фильтрации с коэффициентами в виде чисел с плавающей запятой; регистрацию гидроакустических сигналов осуществляют посредством широкополосных донных сейсмографов с не менее чем тремя сейсмическими каналами, при этом сигналы анализируются тремя независимыми детекторами, а сигнал обнаружения вырабатывается при совпадении сигналов, по крайней мере, в двух каналах из трех; спектральный анализ выполняют как объемных волн фаз РР и S, так и поверхностных волн Лява, Рэлея и Стоунли, построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, а также привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине выполняют путем аппроксимации профиля рельефа по разрезу относительно береговой линии, а в качестве базового сплайна используют кубический сплайн с нулевыми граничными производными, при этом построение двумерной сплайн-функции производится путем тензорного произведения одномерных сплайнов; в способе определения глубины залегания продуктивных на углеводороды пластов, включающем размещение не менее четырех приемников сейсмических колебаний, способных регистрировать колебания в инфразвуковом диапазоне частот, и регистрацию информационного сигнала, при этом в качестве информационного сигнала используют микросейсмический шум Земли, над предварительно выявленным очагом микросейсмической активности нефтегазового месторождения размещают в вершинах четырехугольника сейсмические приемники, способные регистрировать как вертикальные, так и горизонтальные инфранизкочастотные сейсмические колебания, в течение промежутка времени, достаточного для записи статистически достоверного шумового сигнала в инфранизкочастотном диапазоне, генерируемые нефтегазовым месторождением, проводят генерирование сейсмических колебаний источником колебаний в диапазоне от 1 до 10 Гц, рассчитывают спектральные плотности вертикальных, горизонтальных компонент, а также спектральные плотности кросскорреляционных функций зарегистрированных инфранизкочастотных колебаний, затем, решая обратную волновую задачу распространения акустического излучения от цилиндрически-симметричного источника, определяют глубину залегания продуктивного пласта, в отличие от известных способов измерительную базу на морском дне формируют путем размещения сейсмических приемников на расстоянии не более 5 км друг от друга, с образованием равнобедренного треугольника в подводном пространстве, в вершинах которого размещены сейсмические приемники, при этом гидроакустические антенны сейсмических приемников включают четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна, при этом двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр; приемники сейсмических колебаний размещают в шельфовой зоне, вдоль линии подножия континентального склона и вдоль оси, перпендикулярной линии Гардинера по границам разлома, а в сейсмический приемник, включающий мобильный многоканальный сейсмометрический комплекс, состоящий из блока высокочувствительных сейсмических датчиков, выносного распределителя с кабельными линиями связи, регистрирующего модуля с блоком фильтров и усилителей, платы аналого-цифровых преобразователей, цифроаналоговых преобразователей, компьютера, GPS-приемника, блока питания, блока калибровки, блока обработки, анализа сигналов и их спектральных характеристик, программных средств типа Mathlab версии 6.0 и выше, в отличие от известных устройств дополнительно введены датчик обнаружения метана, соединенный своим выходом с блоком регистрации и управления, схема определения координат, соединенная своим входом-выходом с входом-выходом блока регистрации и управления, блок широкополосных преобразователей, в котором широкополосные преобразователи выполнены в виде герметичного цилиндрического сосуда, разделенного перегородкой на два отсека, заполненных электропроводящей жидкостью, перегородка снабжена отверстием, в середине и по бокам которого расположены сетчатые электроды, торцы цилиндра выполнены в виде упругих мембран, блок широкополосных преобразователей своим входом-выходом соединен с входом-выходом блока регистрации и управления, блок высокочувствительных сейсмических датчиков содержит четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна; двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр, корпус мобильного многоканального сейсмометрического комплекса выполнен из высокопрочного алюминиевого сплава с защитным покрытием в виде анодного оксидирования с многослойным лакокрасочным покрытием.The problem is solved due to the fact that in the method of seismic exploration, which includes recording the natural seismic background and seismic signal in the studied space, measured by one or more seismic complexes, followed by mathematical processing of the measured values, preliminary determination of the dispersion curve of microseismic waves characteristic of the study area, by conducting synchronous registration of microseismic signals by at least three seismic stations with vertical seismic sensors, followed by evaluation of the dependence of the apparent propagation velocities of microseismic waves on the signal frequency, determining wavelengths and the frequency range based on the analysis of apparent velocities, in which the microseismic signal consists of Rayleigh waves, placing seismic sensors in the study area so that the distance between them was no more than half of the shortest Rayleigh wavelength, the determination of the amplitude non-identity of the measuring channels of seismic sensors in the microseismic signal frequency band by simultaneously registering the microseismic signal with all seismic sensors at one point for a time sufficient to establish the stationarity of the power spectrum of the microseismic signal, followed by determining the logarithmic difference of the spectra of all measuring channels of the seismic sensors, accumulating the power spectrum of the microseismic signal at each point measurements for a time sufficient to establish the stationarity of the spectrum, even spectrum of spatial variations of the microseismic signal for each measurement point by determining the logarithmic difference of the power spectrum for each measurement point and the power spectrum of the microseismic signal accumulated at a stationary seismic station for an equivalent time in the same time period, taking into account the amplitude non-identity of the measuring channels of seismic sensors , mapping of amplitude variations of a microseismic signal for each frequency of the spatial spectrum x variations, binding each of the resultant s corresponding depth map; at the same time, information signals are recorded by their measured components for a period of time sufficient to record a statistically reliable noise signal in the infra-low-frequency range, spectral characteristics are calculated using the Fourier transform of the received signals, and they are analyzed for the presence of false signals and signals from the reservoir with natural hydrocarbons, false signals are excluded from consideration, an analysis of the remaining signals is carried out with a judgment on the presence of whether there are no hydrocarbons, registration and recording are carried out on the vertical components of the information signals in the frequency range 0.5-50 Hz, corresponding to the range of the basement depths, the Fourier transform of the components of the information signals is carried out according to their first derivative, the maximum that is taken as a false signal corresponding to the resonance between the day surface and the foundation - a signal from the foundation, the point with the spectrum at which the presence there is a signal from the foundation with a monotonic decrease in the amplitude of the spectrum towards higher frequencies from the maximum of the signal from the foundation, an observation point in the signal spectra of which there are maxima at frequencies greater than the frequency of the maximum of the signal from the foundation, with their offset relative to other measurements by less than half its width maximum, taken as promising for the presence of deposits from natural hydrocarbons, the presence of hydrocarbons is judged by the change in the spectral power of the information signal at the measured frequency In contrast to the known methods, the pressure of the tsunami waves to the bottom is additionally recorded at frequencies of 0.003-0.01 Hz using bottom seismographs with broadband seismic channels of 0.003-20 Hz, the recorded signals are transmitted via the hydroacoustic communication channel to drift stations located in the studied points registered signals from which are transmitted to reference points via a satellite communication channel, while additionally measuring magnetic field variations at frequencies of 0.01-1.0 Hz, magnetic induction is an electromagnet field at frequencies of 1-200 Hz, the electrical component of the electromagnetic field at frequencies of 1-500 Hz, acoustic noise at frequencies of 5-50000 Hz, seismic noise at frequencies of 0.01-20 Hz, hydrodynamic noise of the sea at frequencies of 0.01-100 Hz in the zones of tectonic faults, according to the measured parameters, they perform factor analysis at the levels of the natural geophysical background and geophysical background during the phase of the sun and moon being on the same sky line by plotting the amplitudes of the seismic, geodeformation, geochemical, and hydrophysical gradients iCal indicators at the base of measurements not exceeding 50-100 km in mid-latitudes and 8-10 kilometers high and equatorial latitudes, respectively, with an orientation measurement means eight rhumbs; seismic noise is additionally recorded at frequencies of 0.008-20 Hz at the water-ground boundary, while odd harmonics of 0.003 and 0.005 Hz are isolated from the spectrum of horizontal components, and even harmonics of 0.002, 0.004, 0.006 and 0.008 Hz are isolated from the spectrum of the vertical component, and at coastal seismic stations measure the level of the tide; registration devices are placed at deep observation horizons that are multiples of 25 m, with a maximum observation horizon of 100 m uniformly distributed in azimuth, hydroacoustic signals are recorded with phases such as PP, Z and T, the arrival of an acoustic wave of seismic origin is determined by the magnitude of the frequency shift scattered radiation, while using registration devices located at a distance from the coastal zone, they analyze the low-frequency components of the scattered signal using A set of reference quasiharmonic high-frequency signals of shipping noise, and using registration devices located in the coastal zone, determine the moment of arrival and direction of arrival of seismic waves by narrow-band filtering and spectral analysis of waves, phases like PP, S and T are selected by narrow-band filtering using recursive Butterfort filters while the input filtering is carried out by means of recursive filters with integer coefficients, and signals with a sampling frequency of 100 q and below are subjected to filtering with coefficients in a floating-point numbers; registration of hydroacoustic signals is carried out by means of broadband bottom seismographs with at least three seismic channels, while the signals are analyzed by three independent detectors, and the detection signal is generated when the signals coincide in at least two of the three channels; Spectral analysis is performed both of the body waves of the PP and S phases, and of the Love, Rayleigh, and Stoneley surface waves, the construction of a map of the amplitude variations of the microseismic signal for each frequency of the spectrum of spatial variations, and also the binding of each received map to its corresponding depth by approximating the profile of the relief along the section relative to the coastline, and as the base spline, a cubic spline with zero boundary derivatives is used, while the construction of a two-dimensional spline function is performed by em-dimensional tensor product spline; in a method for determining the depth of hydrocarbon-productive formations, including the placement of at least four receivers of seismic vibrations capable of detecting vibrations in the infrasonic frequency range, and recording an information signal, using the Earth's microseismic noise as an information signal above a previously identified focus of microseismic activity of oil and gas deposits are placed at the vertices of the quadrangle seismic receivers, capable of recording as in vertical and horizontal infra-low-frequency seismic vibrations, for a period of time sufficient to record a statistically significant noise signal in the infra-low-frequency range, generated by the oil and gas field, seismic vibrations are generated by a vibration source in the range from 1 to 10 Hz, spectral densities of vertical, horizontal components are calculated , as well as spectral densities of cross-correlation functions of recorded infra-low-frequency oscillations, for we, solving the inverse wave problem of the propagation of acoustic radiation from a cylindrically symmetric source, determine the depth of the reservoir, in contrast to the known methods, form the measuring base on the seabed by placing seismic receivers at a distance of no more than 5 km from each other, with the formation of an isosceles triangle in the underwater space at the top of which seismic receivers are located, while the hydroacoustic antennas of seismic receivers include four receivers acoustic signal transmitter mounted on a perforated bracket, with the formation of two single-channel and one two-channel transceivers, with the placement of antennas of single-channel transceivers at a distance of 1000 mm from each other in the end zones of the perforated bracket, while the two-channel transceiver is formed of two transceivers spaced at a distance of 50 mm from each other, one of which is located at a distance of 200 mm from the first single-channel transceiver, and the second single-channel receiver eredatchik located at a distance of 800 mm from the second one-channel transceiver, the transceivers are located on the perforated bracket to form two measuring bases, having a common center; seismic oscillation receivers are placed in the shelf zone, along the foot of the continental slope and along an axis perpendicular to the Gardiner line along the fault boundaries, and in a seismic receiver, including a mobile multi-channel seismometric complex, consisting of a block of highly sensitive seismic sensors, a remote distributor with cable communication lines, recording a module with a block of filters and amplifiers, boards of analog-to-digital converters, digital-to-analog converters, a computer, a GPS receiver, power supply, calibration unit, processing unit, analysis of signals and their spectral characteristics, software such as Mathlab version 6.0 and higher, in contrast to known devices, a methane detection sensor is additionally connected, connected to the recording and control unit by its output, and a coordinate determination circuit connected its input-output with input-output of the registration and control unit, the unit of broadband converters, in which the broadband converters are made in the form of a sealed cylindrical vessel, times equipped with a partition into two compartments filled with an electrically conductive liquid, the partition is equipped with an opening in the middle and sides of which mesh electrodes are located, the ends of the cylinder are made in the form of elastic membranes, the broadband transducer block is connected to the input and output of the recording and control unit by an input-output block highly sensitive seismic sensors contains four transceivers of acoustic signals mounted on a perforated bracket, with the formation of two single-channel and one vuhkanalnogo transceivers, antennas with the placement of single channel transceivers for a distance of 1000 mm from each other in the end zones of the perforated bracket; the two-channel transceiver is formed of two transceivers that are 50 mm apart, one of which is located 200 mm from the first single-channel transceiver, and the second single-channel transceiver is located at a distance of 800 mm from the second single-channel transceiver, the transceivers are located on a perforated bracket with the formation two measuring bases having a common center, the body of the mobile multi-channel seismometric complex is made of high-strength aluminum a mini-alloy with a protective coating in the form of anodic oxidation with a multilayer paintwork.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.
Фиг.1. Характеристики пассивных континентальных окраин континентального шельфа в соответствии со статьей 76 п.4 (a)(i) «Конвенции о континентальных шельфах» и размещение средств регистрации сейсмических сигналов. На фиг.1 позициями обозначены: береговая линия 1, континентальный шельф 2, подножие континентального шельфа 3, линия Гардинера 4, разлом 5, опорная береговая станция 6, мобильные станции 7, регистрирующие устройства 8, искусственные спутники Земли 9.Figure 1. Characteristics of the passive continental margins of the continental shelf in accordance with Article 76, paragraph 4 (a) (i) of the “Convention on the Continental Shelves” and the placement of seismic signal recording means. In figure 1, the positions indicated are: coastline 1, continental shelf 2, foot of the continental shelf 3, Gardiner line 4, fault 5, reference coast station 6, mobile stations 7, recording devices 8, artificial Earth satellites 9.
Фиг.2. Блок-схема регистрирующего устройства 8 включает блок высокочувствительных сейсмических датчиков 10, выносной распределитель 11 с кабельными линиями связи, регистрирующий модуль 12 с блоком фильтров и усилителей, плату аналого-цифровых преобразователей 13, плату цифроаналоговых преобразователей 14, компьютер 15, GPS-приемник 16, блок питания 17, блок калибровки 18, блок обработки, анализа сигналов и их спектральных характеристик 19, программных средств 20 типа Mathlab версии 6.0 и выше, датчик обнаружения метана 21, соединенный своим выходом с блоком регистрации, схему определения координат 22, соединенную своим входом-выходом с входом-выходом регистрирующего модуля, блок широкополосных преобразователей 23.Figure 2. The block diagram of the recording device 8 includes a block of highly sensitive
Фиг.3. Блок широкополосных преобразователей 23 включает три датчика, ориентированные по трем плоскостям. Каждый датчик выполнен в виде герметичного цилиндрического сосуда 24, разделенного перегородкой 25 на два отсека 26 и 27, заполненных электропроводящей жидкостью, перегородка 25 снабжена отверстием 28. В середине и по бокам цилиндрического сосуда 24 расположены сетчатые электроды 29, торцы цилиндра 30 выполнены в виде упругих мембран. Блок высокочувствительных сейсмических датчиков 10 содержит четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна. Двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр. Корпус мобильного многоканального сейсмометрического комплекса выполнен из высокопрочного алюминиевого сплава с защитным покрытием в виде анодного оксидирования с многослойным лакокрасочным покрытием.Figure 3. The block of
Мобильные станции 7 могут быть выполнены в виде плавающих средств, например в виде судовых транспортных средств или дрейфующих автономных станций. При этом мобильные станции 7 снабжены навигационными средствами измерения скорости движения, курса, координат, гидроакустическими средствами (многолучевой и промерный эхолот, гидролокатор бокового обзора, панорамный профилограф, гидроакустический канал связи), гравиметром и магнитометром.Mobile stations 7 can be made in the form of floating vehicles, for example, in the form of ship vehicles or drifting autonomous stations. In this case, the mobile stations 7 are equipped with navigation means for measuring the speed, course, coordinates, sonar (multi-beam and sounding sonar, side-scan sonar, panoramic profiler, sonar communication channel), gravimeter and magnetometer.
Блок широкополосных преобразователей 23 состоит из первичных датчиков и блока обработки. Каждый первичный датчик представляет собой герметичный цилиндрический сосуд, разделенный толстой перегородкой на два отсека, заполненных специальной электропроводящей жидкостью (водный раствор йодистого калия и йода). Чтобы жидкость могла протекать из одного отсека в другой, в центре перегородки сделано тонкое отверстие, а торцы цилиндра выполнены в виде упругих мембран (в другой конструкции вместо мембран в каждом отсеке имеются полости, заполненные инертным газом). В середине и по бокам отверстия расположены сетчатые платиновые электроды, на которые подается слабое постоянное напряжение: плюс на центральный анод и минус на катоды. В результате происходит равновесная окислительно-восстановительная реакция. При увеличении прямого напряжения ток через ячейку растет вначале быстро, затем при достижении равновесного состояния ионов при напряжении Uнас наступает ток насыщения Iнас, который меняется достаточно медленно. При достижении напряжения пробоя Uпр ток через ячейку резко увеличивается. При напряжении обратной полярности протекает малый обратный ток. Рабочая область лежит в пределах от Uнас до Uпр. Рабочую точку обычно устанавливают в средней части этой области при Up≈0,5 В. Для компенсации начального тока Iнас использованы две электролитические ячейки в одном корпусе, которые образуют дифференциальную схему, позволяющую обеспечить нулевое напряжение на выходе. При приложении механических колебаний вдоль оси цилиндра происходит перетекание инерционной жидкости через отверстие в такт колебаниям. За счет механического переноса ионов равновесное состояние нарушается, и между электродами появляется ток, пропорциональный механическому воздействию. Первичные датчики устанавливаются в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Основными преимуществами датчиков является малая чувствительность к ударам (до 30g), возможность регистрировать сигналы в вертикальном, горизонтальном и азимутальном направлении, а также малые габариты и вес, экономичное электропитание. Блок обработки осуществляет сбор, оцифровку и накопление сигналов от датчиков. Подсистема представляет собой программно-аппаратный комплекс для Intel-совместимого семейства процессоров и снабжена средствами отладки и тестирования. При этом предусмотрены три режима регистрации сигналов: непрерывный, старт-стопный по заданной программе и старт-стопный с управлением по уровню сигнала. Управление параметрами блока обработки производится по результатам экспресс-обработки сигналов на основе анализа уровня энергии и спектрального состава с помощью быстрых алгоритмов реального времени.The block of
Аппаратная часть подсистемы сбора и регистрации данных состоит из следующих основных элементов: удаленного цифрового регистратора, блока хранения точного времени, кабельного канала связи, центрального микрокомпьютера станции с накопителем на жестком магнитном диске. Рассмотрим кратко эти элементы.The hardware of the subsystem for collecting and recording data consists of the following main elements: a remote digital recorder, an accurate time storage unit, a cable communication channel, a central station microcomputer with a hard disk drive. Let us briefly consider these elements.
Удаленный цифровой регистратор представляет собой микромодульный контроллер на базе Intel-совместимого процессора NEC V25 с PCMCIA флэш-накопителем и стандартным выходным средством коммуникации на основе интерфейса RS232. Микроконтроллер содержит встроенный многоканальный АЦП с последовательным интерфейсом, программируемые таймеры, часы реального времени, порты цифрового ввода-вывода, внешние каналы аппаратного прерывания и канал прямого доступа к памяти. Отличительными особенностями используемого контроллера являются миниатюрные размеры (100×70×30 мм), малое потребление (0,5 Вт), высокая надежность и низкая стоимость.The remote digital recorder is a micromodule controller based on an Intel-compatible NEC V25 processor with a PCMCIA flash drive and a standard output communication tool based on the RS232 interface. The microcontroller contains a built-in multi-channel ADC with a serial interface, programmable timers, real-time clocks, digital I / O ports, external hardware interrupt channels and a direct memory access channel. Distinctive features of the controller used are miniature dimensions (100 × 70 × 30 mm), low consumption (0.5 W), high reliability and low cost.
Блок хранения точного времени сконструирован с использованием энергосберегающих технологий, полностью на КМОП-элементах. Используется как генератор эталонных минутных (секундных) меток для синхронизации часов микроконтроллера центрального микропроцессора.The accurate time storage unit is designed using energy-saving technologies, entirely on CMOS elements. It is used as a generator of reference minute (second) marks for synchronizing the clock of the microcontroller of the central microprocessor.
Центральный микропроцессор станции собран на базе PC-совместимого оборудования для автоматизации промышленности с использованием процессорной платы типа MicroPC фирмы Octagon Sistems (США). Примененная конструкция отвечает жестким требованиям промышленной эксплуатации, в частности способна выдерживать большие перегрузки при ударах и имеет повышенную наработку на отказ. Сохранив вычислительную мощность современного персонального компьютера, он имеет малые габариты, вес и энергопотребление (несколько единиц ватт). При этом, что особенно важно для герметичной донной станции, не требуется дополнительного охлаждения (вентилятора). Наличие 16-разрядного IDE интерфейса для накопителя на жестком магнитном диске 5 позволяет применять современные накопители повышенной емкости и соответственно увеличить время автономной работы станции, используя режим непрерывной регистрации. Система регистрации в целом оказывается полностью совместимой с PC и работает под управлением ROM-DOS (DOS 6.22).The central microprocessor of the station is assembled on the basis of PC-compatible equipment for industrial automation using a processor board such as MicroPC from Octagon Sistems (USA). The applied design meets the stringent requirements of industrial operation, in particular, it is able to withstand large overloads during impacts and has an increased MTBF. Having saved the computing power of a modern personal computer, it has small dimensions, weight and power consumption (several units of watts). Moreover, which is especially important for a sealed bottom station, additional cooling (fan) is not required. The presence of a 16-bit IDE interface for a hard disk drive 5 allows the use of modern high-capacity drives and, accordingly, increase the battery life of the station using the continuous registration mode. The registration system as a whole is fully compatible with PC and runs on ROM-DOS (DOS 6.22).
Для расширения динамического диапазона регистрируемых сигналов под каждую регистрируемую компоненту отводится два канала усиления, чувствительный и грубый, с соотношением коэффициентов усиления K1/K2=2n, где n выбирается из уровня реального сейсмического фона в месте установки станции. Таким образом, удается довести динамический диапазон станции в условиях малых помех до 130 дБ с использованием недорогого и надежного 12-разрядного АЦП.To expand the dynamic range of the recorded signals, two gain channels, sensitive and coarse, are allocated for each registered component, with a ratio of gain K 1 / K 2 = 2 n , where n is selected from the level of the real seismic background at the station installation site. Thus, it is possible to bring the dynamic range of the station under low noise conditions to 130 dB using an inexpensive and reliable 12-bit ADC.
Служба точного времени реализована на основе периодической синхронизации внутренних часов микроконтроллера ПЦР эталонными минутными метками от блока хранения точного времени 8. Так как данные регистров часов реального времени микроконтроллера могут обновляться с некоторой задержкой, то для достижения требуемой точности службы времени используются секундные метки блока хранения точного времени 18 или смесь секундных и минутных меток, которые вводятся через один из цифровых входов микроконтроллера в такт с частотой преобразования аналогового сигнала и записываются в младший бит слова АЦП. Таким образом, оцифрованные данные содержат бит пилот-сигнала, фронт которого оказывается привязанным к фронту эталонной метки с точностью не хуже одного отсчета.The exact time service is implemented on the basis of periodic synchronization of the internal clock of the PCR microcontroller with reference minute marks from the exact time storage unit 8. Since the data of the real-time clock registers of the microcontroller can be updated with a certain delay, second marks of the exact time storage unit are used to achieve the required accuracy of the
Основное время центральный микропроцессор 4 станции находится в режиме "Sleep" и включается только на время переписи данных с флэш-карты на жесткий диск и для выполнения контрольных функций по обслуживанию станции. Использование режима "Sleep" позволяет резко снизить энергозатраты станции в целом.Most of the time, the central microprocessor of 4 stations is in the "Sleep" mode and is turned on only for the time of transferring data from the flash card to the hard disk and to perform control functions for servicing the station. Using the "Sleep" mode can dramatically reduce the energy consumption of the station as a whole.
Программное обеспечение подводной станции целиком написано на языке высокого уровня Си, который вместе с тем позволяет производить тонкое управление аппаратными средствами вплоть до побитовых операций в их регистрах, характерными для ассемблера. Применение компиляторов языка Си фирмы Borland позволяет путем соответствующей настройки среды компилятора генерировать коды, в значительной степени инвариантные к типу и классу используемого IBM-совместимого компьютера. В результате программа оказывается работоспособной для всех типов процессоров, начиная с семейства 8086/8088 и кончая 80486 и Pentium.The software of the submarine station is entirely written in the high-level C language, which, at the same time, allows for fine control of the hardware up to bitwise operations in their registers specific to assembler. The use of Borland's C language compilers allows the generation of codes that are largely invariant to the type and class of the IBM-compatible computer used by appropriately adjusting the compiler environment. As a result, the program turns out to be workable for all types of processors, starting with the 8086/8088 family and ending with 80486 and Pentium.
Версия программы размещается в EPROM микроконтроллера. Запуск программы на исполнение и соответственно начало работы происходит автоматически при подаче питания на микроконтроллер.The version of the program is located in the EPROM microcontroller. The launch of the program for execution and, accordingly, the start of work occurs automatically when power is supplied to the microcontroller.
Оцифровка сейсмических сигналов происходит с использованием механизма внешних прерываний сигналами программируемого внутреннего таймера микроконтроллера. Оцифровка и сбор данных осуществляются с элементами предварительной обработки для улучшения метрологических характеристик каналов регистрации. Аналоговые сигналы цифруются на более высокой частоте, затем подвергаются цифровой фильтрации и осреднению "тройками" и "пятерками" с последующей разрядкой до получения требуемой частоты выборок. Все процедуры фильтрации в системе выполняются в реальном времени с помощью быстрых рекурсивных фильтров Баттерворта. Применяются два вида фильтров. В характерных точках программы с высокой скоростью канализации данных (например, при входной фильтрации) целесообразно использовать рекурсивные фильтры с целочисленными коэффициентами. Такие фильтры не требуют вычислений с плавающей запятой и оказываются значительно быстрее своих аналогов с "точными" коэффициентами. Однако следует учитывать, что процедура округления коэффициентов вызывает ряд известных проблем и, в частности, может привести к неустойчивости фильтра. В других характерных узлах программы, где цифровой фильтрации подлежат отсчеты с частотой дискретизации 100 Гц и ниже, оказывается возможным применять рекурсивные фильтры с "точными" коэффициентами, представленными в виде чисел с плавающей запятой. Такие фильтры более устойчивы, функционально ближе к своему аналоговому прототипу, но проигрывают в быстродействии. Рекурсивные фильтры подобного типа используются, в частности, в алгоритме детектора сейсмических сигналов. Обычно в аналоговых и цифровых устройствах лучший результат дают фильтры Баттерворта высокого порядка, полученные путем каскадного соединения звеньев второго порядка.The seismic signals are digitized using the external interrupt mechanism by the signals of the programmable internal timer of the microcontroller. Digitization and data collection are carried out with pre-processing elements to improve the metrological characteristics of the registration channels. Analog signals are digitized at a higher frequency, then digitally filtered and averaged by triples and fives, followed by discharge to obtain the desired sampling frequency. All filtering procedures in the system are performed in real time using Butterworth's fast recursive filters. Two types of filters are used. It is advisable to use recursive filters with integer coefficients at the characteristic points of a program with a high data canalization rate (for example, with input filtering). Such filters do not require floating point calculations and are much faster than their counterparts with "exact" coefficients. However, it should be noted that the procedure of rounding the coefficients causes a number of known problems and, in particular, can lead to instability of the filter. In other characteristic nodes of the program, where samples with a sampling frequency of 100 Hz and below are subject to digital filtering, it is possible to use recursive filters with "exact" coefficients, presented in the form of floating point numbers. Such filters are more stable, functionally closer to their analog prototype, but they lose in speed. Recursive filters of this type are used, in particular, in the algorithm of the detector of seismic signals. Typically, in analog and digital devices, Butterworth high-order filters obtained by cascading second-order links give the best result.
С целью увеличения времени автономности станции кроме непрерывного режима работы предусмотрен ждущий режим регистрации с краткой записью предыстории события. Для организации ждущего режима в системе используется наиболее часто применяемый для целей обнаружения сейсмических сигналов так называемый STA/LTA-детектор, использующий алгоритм отношения энергий сигналов с короткопериодным и долгопериодным усреднением. Недостатком такого детектора, как известно, является пропуск первого вступления при работе по сильно когерентному сигналу. Для улучшения характеристик детектора разработана трехканальная версия с использованием признака группового совпадения "2 из 3-х". Это означает, что данные трех сейсмических каналов анализируются тремя независимыми детекторами, а сигнал обнаружения вырабатывается только при совпадении сигналов тревоги, по крайней мере, в двух каналах из трех. Такой метод повышает надежность работы системы в ждущем режиме. В случае обнаружения события в системе вырабатывается сигнал, разрешающий сохранить предыдущий файл данных во внешней памяти, в противном случае - он стирается. Таким образом, осуществляется ждущий режим регистрации с записью фона перед событием.In order to increase the station’s autonomy time, in addition to the continuous operation mode, a standby recording mode with a brief record of the history of the event is provided. To organize the standby mode, the system uses the so-called STA / LTA detector, which is most often used for the purpose of detecting seismic signals, using the algorithm for the ratio of signal energies with short-period and long-period averaging. The disadvantage of such a detector, as you know, is to skip the first entry when working on a strongly coherent signal. To improve the characteristics of the detector, a three-channel version was developed using the group coincidence attribute “2 of 3”. This means that the data of the three seismic channels are analyzed by three independent detectors, and the detection signal is generated only when the alarms coincide in at least two of the three channels. This method increases the reliability of the system in standby mode. If an event is detected in the system, a signal is generated that allows you to save the previous data file in external memory, otherwise it is erased. Thus, the standby mode of registration is carried out with the recording of the background before the event.
Программа удаленного цифрового регистратора содержит телекоммуникационный драйвер, который поддерживает полудуплексный режим связи с центральным компьютером донной станции. Связь осуществляется на основе оригинального высокопроизводительного бинарного протокола обмена с использованием отдельных сигналов интерфейса RS232. Управление связью и накоплением данных осуществляет центральный микропроцессор станции. Программа управления поддерживает файловую организацию, принятую в DOS. Массивы данных сохраняются на жестком диске в файлах, формат которых удовлетворяет принятым станционным требованиям, и при необходимости с помощью простейшего программного супервизора формата могут быть интегрированы в любой из существующих в мировой практике форматов обмена сейсмологическими данными.The remote digital recorder program contains a telecommunication driver that supports half-duplex communication with the central computer of the bottom station. Communication is based on the original high-performance binary communication protocol using separate RS232 interface signals. Communication and data storage are controlled by the central microprocessor of the station. The management program supports the file organization adopted in DOS. Arrays of data are stored on the hard disk in files whose format meets the accepted station requirements, and if necessary, using the simplest software supervisor, the formats can be integrated into any of the seismological data exchange formats existing in the world practice.
В отличие от известных устройств, в которых применяется отдельный аналоговый регистратор с частотным диапазоном от 0,1 до 15 Гц, в применяемом устройстве использован регистратор с нижним частотным диапазоном от 0,003 Гц.Unlike known devices that use a separate analog recorder with a frequency range from 0.1 to 15 Hz, the device used uses a recorder with a lower frequency range from 0.003 Hz.
Управление работой всей станции производится с помощью центрального микропроцессора типа MicroPC, а основное накопление сигналов осуществляется на жестком диске. Все это позволило расширить частотный диапазон цифрового регистратора до 15 Гц сверху, динамический диапазон - до 120 дБ (с автоматическим переключением чувствительности на 2 поддиапазона) и полностью исключить аналоговую регистрацию.The operation of the entire station is controlled using a central microprocessor such as MicroPC, and the main accumulation of signals is carried out on the hard disk. All this made it possible to expand the frequency range of the digital recorder to 15 Hz from above, the dynamic range to 120 dB (with automatic switching of sensitivity to 2 sub-bands) and completely eliminate analog recording.
При регистрации сейсмических сигналов на дне одним из важных направлений использования широкополосных донных сейсмографов является исследование микросейсмических шумов, возбуждаемых морскими и океаническими волнами. Микросейсмы проявляются в широком диапазоне частот и служат естественным фоном, который определяет порог чувствительности сейсмографов. Посредством предлагаемого устройства также выполняется регистрация характерных микросейсмов с периодом около 6 секунд, также выявляются микросейсмы с периодами 20 и 100 секунд, что позволяет выделить как объемные Р и S волны, так и поверхностные волны Лява (колебания в диапазоне частот 0,0125-0,05 Гц) и Рэлея.When registering seismic signals at the bottom, one of the important areas of use of broadband bottom seismographs is the study of microseismic noise excited by sea and ocean waves. Microseisms appear in a wide range of frequencies and serve as a natural background that determines the sensitivity threshold of seismographs. By means of the proposed device, characteristic microseisms are also recorded with a period of about 6 seconds, microseisms with periods of 20 and 100 seconds are also detected, which makes it possible to isolate both volume P and S waves and Love surface waves (oscillations in the frequency range 0.0125-0, 05 Hz) and Rayleigh.
В тоже время возбуждение волн цунами землетрясениями в сжимаемой жидкости сопровождается генерацией гидроакустических полей в более широком частотном диапазоне, а их энергия может превышать энергию волн цунами. При этом низкочастотные поля (F<1 Гц), так же как и волны цунами, возбуждаются в основном за счет вертикальных подвижек дна в эпицентре землетрясения. Возбуждение высокочастотных гидроакустических полей (фаза Т) происходит на значительно большей площади и существенно зависит от рельефа дна. Поэтому высокочастотные гидроакустические поля содержат относительно меньше информации собственно о формах движения дна в эпицентре землетрясения.At the same time, the excitation of tsunami waves by earthquakes in a compressible fluid is accompanied by the generation of hydroacoustic fields in a wider frequency range, and their energy can exceed the energy of tsunami waves. In this case, low-frequency fields (F <1 Hz), like tsunami waves, are excited mainly due to vertical movements of the bottom in the epicenter of an earthquake. Excitation of high-frequency hydroacoustic fields (phase T) occurs over a much larger area and substantially depends on the topography of the bottom. Therefore, high-frequency hydroacoustic fields contain relatively less information per se about the forms of bottom movement in the epicenter of an earthquake.
Наличие интенсивных низкочастотных акустических полей в очаге цунами наблюдается в диапазоне 0,05-0,4 Гц, при этом основная энергия упругих колебаний превышает энергию волны цунами примерно в 300 раз (Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами. - М.: Янус - К, 2005, 360 с.).The presence of intense low-frequency acoustic fields in the tsunami focus is observed in the range of 0.05-0.4 Hz, while the main energy of elastic vibrations exceeds the tsunami wave energy by about 300 times (Levin B.V., Nosov M.A. Tsunami physics. - M .: Janus - K, 2005, 360 pp.).
На очень низких частотах (ниже 0,01 Гц), вследствие пренебрежимо малой толщины слоя океана по сравнению с длиной волны происходит непосредственное возбуждение анемобарических волн за счет перепадов атмосферного давления (Рабинович А.Б. Длинные гравитационные волны в океане: захват, резонанс, излучение.-СПб.: Гидрометеоиздат, 1993, 325 с.). Часть энергии микросейсмов, распространяющихся под малыми углами к вертикали, рассеивается в толще Земли в виде объемных волн в соответствии с законом 1/R2. Другая часть микросейсмов вследствие рефракции или отражения от нижележащих слоев возвращается к верхней границе и претерпевает повторные отражения и преобразования продольных волн в поперечные и наоборот. При этом могут образовываться поверхностные волны разных типов, которые могут распространяться на большие расстояния с малым затуханием (энергетический коэффициент затухания пропорционален 1/R). При этом образуются волны Рэлея, Стоунли и Лява. Скорость волн Рэлея всегда больше скорости звука в воде. Поэтому на достаточно высоких частотах, когда длина волны в водном слое соизмерима с глубиной океана, часть энергии волн Рэлея переходит в воду. Амплитуда волн при этом уменьшается. Оценки показывают, что влияние слоя воды при глубине океана 4 км начинает сказываться на частотах около 0,01 Гц. На частоте около 0,1 Гц волна, отраженная от поверхности жидкости, проходит на дно в противофазе, т.е. происходит максимальное подавление рэлеевской волны. Наибольшее затухание при этом претерпевает основная мода, так как ее пучность расположена на границе вода-грунт. Высшие моды затухают меньше, поскольку имеется ряд пучностей этих мод в нижележащих слоях. За счет обмена акустической энергией между жидкостью и упругим основанием при достаточной глубине океана может возникнуть и распространяться вдоль дна поверхностная волна Стоунли. При этом вдоль вертикали по обе стороны границы располагаются неоднородные затухающие волны. При глубине океана 4 км, образование волн Стоунли возможно на частотах начиная примерно с 1 Гц, а на частотах выше 10 Гц ограничивающим влиянием глубины океана можно пренебречь. Скорость волны Стоунли меньше скорости волн в воде и грунте, поэтому отсутствуют потери энергии за счет "вытекающих" волн. Отсюда следует возможность распространения волн Стоунли вдоль морского дна на большие расстояния на высоких частотах в отличие от волн Рэлея. Поверхностные волны Лява представляют собой поперечные колебания с горизонтальной поляризацией. Поэтому они не могут непосредственно возбуждаться волнами, падающими на границу из водной среды или за счет перепадов анемобарического давления. Их появление в составе микросейсмов связано с преобразованием волн Рэлея на неоднородностях земной коры, а также с сейсмической эмиссией из коры и верхней мантии.At very low frequencies (below 0.01 Hz), due to the negligibly small thickness of the ocean layer compared to the wavelength, anemobaric waves are directly excited due to atmospheric pressure drops (Rabinovich AB Long gravitational waves in the ocean: capture, resonance, radiation .-SPb .: Gidrometeoizdat, 1993, 325 p.). Part of the energy of microseisms propagating at small angles to the vertical is dissipated in the thickness of the Earth in the form of body waves in accordance with the law 1 / R 2 . The other part of microseisms due to refraction or reflection from the underlying layers returns to the upper boundary and undergoes repeated reflections and transformations of longitudinal waves into transverse and vice versa. In this case, surface waves of various types can form, which can propagate over long distances with low attenuation (the energy attenuation coefficient is proportional to 1 / R). In this case, Rayleigh, Stoneley and Love waves are formed. The speed of Rayleigh waves is always greater than the speed of sound in water. Therefore, at sufficiently high frequencies, when the wavelength in the water layer is commensurate with the depth of the ocean, part of the energy of the Rayleigh waves passes into the water. The amplitude of the waves decreases. Estimates show that the effect of the water layer at an ocean depth of 4 km begins to affect frequencies of about 0.01 Hz. At a frequency of about 0.1 Hz, the wave reflected from the surface of the liquid passes to the bottom in antiphase, i.e. the maximum suppression of the Rayleigh wave occurs. In this case, the main mode undergoes the greatest attenuation, since its antinode is located at the water-ground boundary. Higher modes attenuate less because there are a number of antinodes of these modes in the underlying layers. Due to the exchange of acoustic energy between the liquid and the elastic base at a sufficient depth of the ocean, a surface Stoneley wave can arise and propagate along the bottom. At the same time along the vertical on both sides of the boundary are inhomogeneous damped waves. With an ocean depth of 4 km, the formation of Stoneley waves is possible at frequencies starting from about 1 Hz, and at frequencies above 10 Hz the limiting effect of the depth of the ocean can be neglected. The speed of a Stoneley wave is less than the speed of waves in water and soil, so there is no energy loss due to "leaky" waves. This implies the possibility of Stoneley waves propagating along the seabed over long distances at high frequencies, in contrast to Rayleigh waves. Love surface waves are transverse vibrations with horizontal polarization. Therefore, they cannot be directly excited by waves incident on the boundary from an aqueous medium or due to drops in anemobaric pressure. Their appearance in the composition of microseisms is associated with the transformation of Rayleigh waves on inhomogeneities of the earth's crust, as well as with seismic emission from the crust and upper mantle.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Размещают средства регистрации гидроакустических сигналов, представляющие собой широкополосные донные сейсмографы непосредственно на границе вода-грунт в прибрежной зоне и на удалении от прибрежной зоны, а также на разных горизонтах по глубине с использованием для установки автономных донных станций, подводных обсерваторий, заякоренных платформ. Аналогом широкополосных сейсмографов являются широкополосные сейсмографы типа ЭХП-17, ЭХП-20.The means for recording hydroacoustic signals are placed, which are broadband bottom seismographs directly at the water-ground boundary in the coastal zone and at a distance from the coastal zone, as well as at different depth horizons using autonomous bottom stations, underwater observatories, and anchored platforms for installation. The analogue of broadband seismographs are broadband seismographs such as EHP-17, EHP-20.
На береговых мобильных станциях устанавливают широкополосные сейсмографы типа "G.Streckeisen Messgeratebau" (Швейцария) и "Guralp" (Англия), типа STS-1 и CMG-3.Broadband seismographs of the G.Streckeisen Messgeratebau type (Switzerland) and Guralp (England) type STS-1 and CMG-3 are installed on coastal mobile stations.
Измерительную базу на морском дне формируют путем размещения сейсмических приемников на расстоянии не более 5 км друг от друга, с образованием равнобедренного треугольника в подводном пространстве, в вершинах которого размещены сейсмические приемники, при этом гидроакустические антенны сейсмических приемников включают четыре приемопередатчика акустических сигналов, установленных на перфорированном кронштейне, с формированием двух одноканальных и одного двухканального приемопередатчиков, с размещением антенн одноканальных приемопередатчиков на расстоянии 1000 мм друг от друга в торцевых зонах перфорированного кронштейна; двухканальный приемопередатчик сформирован из двух приемопередатчиков, отстоящих на расстоянии 50 мм друг от друга, один из которых размещен на расстоянии 200 мм от первого одноканального приемопередатчика, а второй одноканальный приемопередатчик расположен на расстоянии 800 мм от второго одноканального приемопередатчика, приемопередатчики расположены на перфорированном кронштейне с образованием двух измерительных баз, имеющих общий центр; приемники сейсмических колебаний размещают в шельфовой зоне, вдоль линии подножия континентального склона и вдоль оси перпендикулярной линии Гардинера по границам разлома.The measuring base on the seabed is formed by placing seismic receivers at a distance of not more than 5 km from each other, with the formation of an isosceles triangle in the underwater space, at the tops of which seismic receivers are located, while the hydroacoustic antennas of seismic receivers include four transceivers of acoustic signals mounted on a perforated bracket, with the formation of two single-channel and one two-channel transceivers, with the placement of antennas of single-channel receivers transmitters at a distance of 1000 mm from each other in the end zones of the perforated bracket; the two-channel transceiver is formed of two transceivers that are 50 mm apart, one of which is located 200 mm from the first single-channel transceiver, and the second single-channel transceiver is located at a distance of 800 mm from the second single-channel transceiver, the transceivers are located on a perforated bracket with the formation two measuring bases having a common center; seismic oscillation receivers are located in the shelf zone, along the foot of the continental slope and along the axis of the perpendicular Gardiner line along the fault boundaries.
Выполняют регистрацию гидроакустических сигналов с выделением фаз типа PP, S, и Т. При этом регистрируют сейсмические шумы на частотах 0,008-20 Гц, гидродинамический шум моря на частотах 0,01-100 Гц, давление волн цунами на дно на частотах 0,01-0,01 Гц.Hydroacoustic signals are recorded with phases of the type PP, S, and T. The seismic noise at frequencies of 0.008-20 Hz, the hydrodynamic noise of the sea at frequencies of 0.01-100 Hz, the pressure of the tsunami waves at the bottom at frequencies of 0.01- 0.01 Hz.
Сигнал Т фазы, принятый в береговом клине, определяется в диапазоне частот 34…75 Гц при частоте квантования 160 Гц методом псевдодифференциального параболического уравнения, обеспечивающего выделение звуковых полей в двумерном неоднородном океане с переменными рельефом дна и профилем скорости звука с заданной точностью для любого диапазона углов скольжения локальных нормальных волн с учетом взаимодействия между ними. Так как наблюдаемый сигнал S(t) является суммой сигналов от последовательно возбуждаемых слоев, то, представляя сигнал в виде вектора столбца временных отсчетов и обозначая через si векторы-столбцы сигналов от последовательно возбуждаемых слоев, имеем S(S1, S2, … Sn), (a1, a2, …, an), ai - суть амплитуды рассеивателей. В качестве решающей статистики используют сумму квадратов амплитуд, имеющую максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры. Оценку получают методом наименьших квадратов, так как система линейных уравнений является неопределенной.The phase T signal received in the coastal wedge is determined in the frequency range 34 ... 75 Hz at a quantization frequency of 160 Hz using the pseudo-differential parabolic equation, which provides sound fields in a two-dimensional inhomogeneous ocean with variable bottom topography and sound velocity profile with a given accuracy for any angle range slip of local normal waves, taking into account the interaction between them. Since the observed signal S (t) is the sum of signals from successively excited layers, representing the signal as a vector of a column of time samples and denoting column vectors of signals from successively excited layers by s i , we have S (S 1 , S 2 , ... S n ), (a 1 , a 2 , ..., a n ), a i - the essence of the amplitude of the scatterers. As the decisive statistics, the sum of the squared amplitudes is used, which has the maximum value for the signal of the expected structure. The estimate is obtained by the least squares method, since the system of linear equations is uncertain.
Выполняя оценку для каждого момента времени, получают ее временную зависимость. Присутствие в ней максимума означает наличие в источнике ожидаемой структуры возбуждения звукового поля. При построении графика решающей статистики абсцисса глобального максимума соответствует времени прихода совокупного рассеянного сигнала. Определяют приход акустической волны сейсмического происхождения по величине сдвига частоты рассеянного излучения, при этом посредством средств регистрации, размещенных в ближней зоне от очага землетрясения на внешних станциях приема и обработки сигналов, выполняют анализ низкочастотных составляющих рассеянного сигнала, а в качестве опорных квазигармонических высокочастотных сигналов используют шумы судоходства, а посредством средств регистрации, размещенных в прибрежной зоне, определяют момент появления и направление прихода сейсмоакустических волн путем узкополосной фильтрации и спектрального анализа. Выделение фаз типа РР, S и Т осуществляют путем узкополосной фильтрации посредством рекурсивных фильтров Баттерфорта, при этом входную фильтрацию осуществляют посредством рекурсивных фильтров с целочисленными коэффициентами, а сигналы с частотой дискретизации 100 Гц и ниже подвергают фильтрации с коэффициентами в виде чисел с плавающей запятой. Регистрацию гидроакустических сигналов осуществляют посредством широкополосных донных сейсмографов с не менее чем тремя сейсмическими каналами, при этом сигналы анализируются тремя независимыми детекторами, а сигнал обнаружения вырабатывается при совпадении сигналов тревоги, по крайней мере, в двух каналах из трех. Спектральный анализ выполняют как объемных волн фаз РР и S, так и поверхностных волн Лява, Рэлея и Стоунли.Performing an assessment for each point in time, get its time dependence. The presence of a maximum in it means the presence in the source of the expected structure of the excitation of the sound field. When plotting the critical statistics of the abscissa of the global maximum, it corresponds to the time of arrival of the total scattered signal. The arrival of an acoustic wave of seismic origin is determined by the magnitude of the frequency shift of the scattered radiation, while using the recording means located in the near zone of the earthquake source at external signal receiving and processing stations, the low-frequency components of the scattered signal are analyzed, and noise is used as reference quasi-harmonic high-frequency signals shipping, and by means of registration tools located in the coastal zone, determine the moment of occurrence and direction of arrival acoustic waves by narrow-band filtering and spectral analysis. Phase separation of the PP, S, and T phases is carried out by narrow-band filtering using Butterford recursive filters, while the input filtering is performed by recursive filters with integer coefficients, and signals with a sampling frequency of 100 Hz and below are filtered with coefficients in the form of floating point numbers. Acoustic signals are recorded by means of broadband bottom seismographs with at least three seismic channels, the signals being analyzed by three independent detectors, and the detection signal is generated when the alarms coincide in at least two out of three channels. Spectral analysis is performed as body waves of the phases PP and S, and surface waves of Love, Rayleigh and Stoneley.
При регистрация сейсмических сигналов на дне одним из важных направлений использования широкополосных донных сейсмографов является исследование микросейсмических шумов, возбуждаемых морскими и океаническими волнами. Микросейсмы проявляются в широком диапазоне частот и служат естественным фоном, который определяет порог чувствительности сейсмографов. Посредством предлагаемого устройства также выполняется регистрация характерных микросейсмов с периодом около 6 секунд, также выявляются микросейсмы с периодами 20 и 100 секунд, что позволяет выделить как объемные Р и S волны, так и поверхностные волны Лява (колебания в диапазоне частот 0,0125-0,05 Гц), Рэлея и Стоунли (1-10 Гц). На береговых станциях волну Рэлея регистрируют на нулевой моде.When registering seismic signals at the bottom, one of the important areas of using broadband bottom seismographs is the study of microseismic noise excited by sea and ocean waves. Microseisms appear in a wide range of frequencies and serve as a natural background that determines the sensitivity threshold of seismographs. By means of the proposed device, characteristic microseisms are also recorded with a period of about 6 seconds, microseisms with periods of 20 and 100 seconds are also detected, which makes it possible to isolate both volume P and S waves and Love surface waves (oscillations in the frequency range 0.0125-0, 05 Hz), Rayleigh and Stoneley (1-10 Hz). At coast stations, the Rayleigh wave is recorded in the zero mode.
Новые отличительные признаки, заключающиеся в регистрации давления волн цунами на дно на частотах 0,003-0,01 Гц посредством донных сейсмографов с широкополосными сейсмическими каналами 0,003-20 Гц, транслировании зарегистрированных сигналов по гидроакустическому каналу связи на дрейфующие буи, размещенные в исследуемых пунктах, зарегистрированные сигналы с которых по спутниковому каналу связи транслируют на береговые опорные пункты, в дополнительной регистрации сейсмических шумов на частотах 0,008-20 Гц на границе вода-грунт, с выделением из спектра горизонтальных составляющих нечетных гармоник 0,003 и 0,005 Гц, а из спектра вертикальной составляющей четных гармоник 0,002, 0,004, 0,006 и 0,008 Гц, измерении уровня прилива в зоне размещения береговых опорных пунктов, позволяют получить оперативную оценку сейсмического состояния исследуемых районов с более достоверным прогнозом возможных сейсмических явлений.New distinctive features consisting in recording the pressure of tsunami waves at the bottom at frequencies of 0.003-0.01 Hz using bottom seismographs with broadband seismic channels of 0.003-20 Hz, broadcasting recorded signals through a hydroacoustic communication channel to drifting buoys located in the studied points, registered signals from which they transmit via satellite channel to coastal reference points, in additional recording of seismic noise at frequencies of 0.008-20 Hz at the water-ground boundary, with separation from The spectrum of horizontal components of odd harmonics is 0.003 and 0.005 Hz, and from the spectrum of the vertical component of even harmonics of 0.002, 0.004, 0.006 and 0.008 Hz, the measurement of the tide level in the zone of location of coastal reference points, allows you to get an operational assessment of the seismic state of the studied areas with a more reliable forecast of possible seismic phenomena.
Известные способы позволяют достичь технического результата, заключающегося в повышении достоверности, только в условиях изотропного поля, так как характер убывания интенсивности звукового сигнала по мере удаления от источника в горизонтально неоднородном поле (особенно в океане) резко отличается от той же зависимости в условиях изотропного поля. Мезомасштабные неоднородности океана (фронты, ринги) резко перестраивают звуковое поле, вызывая колебания интенсивности сигнала до 5 дБ при прогнозе дальности их действия (Д) до 10 км. Поэтому для эффективного прогноза гидроакустических условий в аномальных районах необходимо четкое установление центров и границ, а также определение параметров возмущающих образований. Неопределенность в расчете звукового поля по климатическим данным или опорному полю выражается в стандартных отклонениях реального уровня от опорного в 4-9 дБ, при Д=90 км, что соответствует погрешности в прогнозе ожидаемой дальности действия гидроакустических систем на 60-90%. Использование единственной кривой вертикального распределения скорости звука для акустических расчетов допустимо лишь на малых дистанциях (до 10 км), что крайне редко встречается в реальных условиях. По величине и направлению (знаку) горизонтального градиента вдоль трассы распространения сигнала можно судить о степени изменчивости интенсивности звукового поля на горизонте приема относительно фиксированного источника. Для расчетов акустического поля параметром является профиль скорости звука, точно совпадающий с фактическим профилем в месте расположения источника. Однако при использовании режимной информации среднеквадратический профиль, как правило, не совпадает с фактическим, что приводит к дополнительным случайным погрешностям в конечном результате.Known methods allow to achieve a technical result, which consists in increasing reliability, only in an isotropic field, since the nature of the decrease in the intensity of the sound signal with distance from the source in a horizontally inhomogeneous field (especially in the ocean) differs sharply from the same dependence in an isotropic field. Mesoscale inhomogeneities of the ocean (fronts, rings) dramatically rearrange the sound field, causing fluctuations in signal intensity up to 5 dB when predicting their range (D) up to 10 km. Therefore, for an effective forecast of hydroacoustic conditions in abnormal areas, a clear establishment of centers and boundaries, as well as determination of the parameters of disturbing formations, are necessary. Uncertainty in the calculation of the sound field by climatic data or the reference field is expressed in standard deviations of the real level from the reference at 4-9 dB, at D = 90 km, which corresponds to an error in the forecast of the expected range of hydroacoustic systems by 60-90%. The use of a single curve of the vertical distribution of the speed of sound for acoustic calculations is permissible only at short distances (up to 10 km), which is extremely rare in real conditions. By the magnitude and direction (sign) of the horizontal gradient along the signal propagation path, one can judge the degree of variability of the intensity of the sound field at the receiving horizon relative to a fixed source. For calculations of the acoustic field, the parameter is the sound velocity profile, which exactly matches the actual profile at the source location. However, when using regime information, the mean-square profile, as a rule, does not coincide with the actual one, which leads to additional random errors in the final result.
В предлагаемом способе посредством датчиков слабых сейсмических сигналов, измеряющих три компоненты (горизонтальная, вертикальная и наклонная составляющие) в диапазоне 0,008-0,1 Гц, представляющих собой велосиметры и установленных на нескольких горизонтах по глубине посредством якорных устройств, и датчиков сильных движений дна в диапазоне 0,01-20 Гц, измеряющих также три компоненты и установленных непосредственно на морском дне, регистрируют сигналы на границе раздела морская вода - морской грунт.In the proposed method, by means of sensors of weak seismic signals measuring three components (horizontal, vertical and inclined components) in the range of 0.008-0.1 Hz, which are cycle meters and installed at several horizons in depth by means of anchor devices, and sensors of strong bottom movements in the range 0.01-20 Hz, which also measure three components and are installed directly on the seabed, register signals at the seawater – sea soil interface.
В качестве измерительных средств, установленных посредством якорных устройств, могут быть использованы акустические сейсмические датчики для регистрации акустических сигналов, протонные или квантовые вариометры и магнитометры для измерения электрической и магнитной компоненты естественного электромагнитного поля земли, с выделением магнитотеллурической составляющей на фоне помех с разносом электрических и магнитных датчиков на величину Δr≤(0,013…0,025)r, (где r - расстояние между приемником и источником). При этом выделение магнитотеллурической составляющей на фоне помех существенно упрощается, так как помехи по электрическому и магнитному каналам вызваны различными источниками (являются некоррелированными) ввиду разноса датчиков на величину Δr. При этом магнитные составляющие естественного магнитного поля меньше, чем электрические зависят от характера геоэлектрического разреза вдали от горизонтальных неоднородностей.Acoustic seismic sensors for recording acoustic signals, proton or quantum variometers and magnetometers for measuring the electric and magnetic components of the earth’s natural electromagnetic field can be used as measuring tools installed by means of anchor devices, with the separation of the magnetotelluric component against a background of separation of electric and magnetic sensors by the value Δr≤ (0,013 ... 0,025) r, (where r is the distance between the receiver and the source). In this case, the separation of the magnetotelluric component against the background of interference is significantly simplified, since the interference in the electric and magnetic channels is caused by various sources (they are uncorrelated) due to the spacing of the sensors by Δr. Moreover, the magnetic components of the natural magnetic field are smaller than the electric ones depending on the nature of the geoelectric section far from horizontal inhomogeneities.
В качестве датчика магнитного поля, предназначенного для измерения, абсолютного значения магнитной индукции поля земли в морских акваториях до глубин 6000 метров, применен датчик с диапазоном измеряемой величины магнитной индукции 20000-100000 нТ.As a magnetic field sensor designed to measure the absolute value of the magnetic induction of the earth's field in marine waters to depths of 6000 meters, a sensor with a range of measured magnetic induction of 20,000-100,000 nT is used.
В конкретном исполнении акустические измерительные средства, установленные посредством якорных устройств, представляют собой комплект гидроакустических антенн.In a specific embodiment, the acoustic measuring means installed by means of anchor devices are a set of sonar antennas.
Каждая приемная гидроакустическая антенна состоит из четырех гидрофонов. Секция антенны состоит из двух одноканальных и одного двухканального модуля, располагающихся на линейном несущем кронштейне. Расстояние между приемными гидрофонами двухканального модуля составляет 50 мм. Максимальное разнесение крайних приемников на кронштейне составляет 1000 мм. Кронштейн перфорирован, что позволяет располагать приемники в непосредственной близости друг от друга для проведения фазовой калибровки и с произвольным разнесением для проведения измерений направления прихода акустического сигнала. В качестве антенн приемников использованы пьезокерамические сферы диаметром 30 мм, внутри которых размещены предварительные усилители с коэффициентом усиления 30 дБ. Сферы размещаются на стальной пластине размером 145×145×10 мм, снабженной элементами крепления и акустической заглушкой с тыльной стороны. Коэффициент подавления звукового сигнала с тыльной стороны составляет не менее 30 дБ.Each receiving hydroacoustic antenna consists of four hydrophones. The antenna section consists of two single-channel and one two-channel module, located on a linear carrier bracket. The distance between the receiving hydrophones of the two-channel module is 50 mm. The maximum spacing of the extreme receivers on the bracket is 1000 mm. The bracket is perforated, which allows the receivers to be located in close proximity to each other for phase calibration and with arbitrary spacing for measuring the direction of arrival of the acoustic signal. Piezoceramic spheres with a diameter of 30 mm were used as receiver antennas, inside which preliminary amplifiers with a gain of 30 dB were placed. The spheres are placed on a steel plate measuring 145 × 145 × 10 mm, equipped with fasteners and an acoustic plug on the back side. The suppression ratio of the audio signal from the back is at least 30 dB.
Антенный комплекс состоит из 8-канальной 2-секционной приемной гидроакустической антенны и гидроакустической излучающей антенны.The antenna complex consists of an 8-channel 2-section receiving hydroacoustic antenna and a hydroacoustic emitting antenna.
Каждая секция приемной антенны представляет собой 4-элементный неэквидистантный гидрофонный модуль, предназначенный для измерения проекции вектора прихода акустического сигнала на одну из горизонтальный осей в режиме ультракороткой базы, в пеленгационном режиме, либо для приема сигналов в режиме длинной базы на 4 рабочих частотах. Секции приемной антенны расположены в горизонтальной плоскости перпендикулярно друг к другу.Each section of the receiving antenna is a 4-element non-equidistant hydrophone module designed to measure the projection of the acoustic signal arrival vector onto one of the horizontal axes in the ultrashort base mode, in the direction finding mode, or for receiving signals in the long base mode at 4 operating frequencies. Sections of the receiving antenna are located in a horizontal plane perpendicular to each other.
Таким образом, когда все гидрофоны производят прием на одной и той же рабочей частоте, реализуется режим определения задержки и направления прихода отклика от фиксированной точки грунта, в режиме ультракороткой базы, а когда каждый из гидрофонов настроен на свою рабочую частоту, осуществляется режим измерения задержек от нескольких точек грунта в режиме длинной базы.Thus, when all hydrophones receive at the same working frequency, the mode of determining the delay and direction of arrival of the response from a fixed point of the soil is implemented in the ultrashort base mode, and when each of the hydrophones is tuned to its working frequency, the measurement mode of delays from several points of soil in the long base mode.
В качестве сейсмических датчиков, установленных непосредственно на грунте, вдоль разлома, применены акустические сейсмические датчики, представляющие собой трехкомпонентный сейсмоакустический датчик, который предназначен для преобразования третьей производной колебания грунта в электрический сигнал в частотном диапазоне 20-1000 Гц, динамический диапазон которого в полосе 1/3 октавы и центральной частотой 30 Гц составляет не менее 60 дБ, а также сейсмический приемник типа СМ-5 (велосиметр), включающий три сейсмических датчика с частотным диапазоном регистрации сейсмических сигналов 0,003-20 Гц, полный динамический диапазон не менее 120 дБ. В качестве донного датчика давления применен датчик с диапазоном до 600 атм с погрешностью измерений 0,03%.As seismic sensors installed directly on the ground along the fault, acoustic seismic sensors are used, which are a three-component seismic-acoustic sensor, which is designed to convert the third derivative of soil vibrations into an electrical signal in the frequency range of 20-1000 Hz, the dynamic range of which is in the 1 / 3 octaves and a central frequency of 30 Hz is at least 60 dB, as well as an SM-5 type seismic receiver (cycle meter), including three seismic sensors with a frequency di pazonom seismic signals 0,003-20 Hz, full dynamic range is not less than 120 dB. A sensor with a range of up to 600 atm with a measurement error of 0.03% was used as a bottom pressure sensor.
Зарегистрированные сигналы подвергаются обработке для каждого конкретного момента времени для получения временной зависимости в границах, характеризующих уровни состояния естественного геофизического поля и гидрофизических полей.The recorded signals are processed for each particular point in time to obtain a time dependence within the boundaries characterizing the state levels of the natural geophysical field and hydrophysical fields.
Устройство управления мобильной диспетчерской станции (представляющей собой судно) анализирует уровень сигналов, поступающих по гидроакустическому каналу связи от датчиков слабых сейсмических сигналов, и в случае повышения порогового уровня включает датчики сильных движений и в случае существенных вертикальных или наклонных скоростей смещения элементов движения дна формирует пакет сообщений, который по каналу спутниковой радиосвязи передается на опорный пункт. Поскольку устройство управления работает с инерцией, то для исключения потери первых вступительных сильных движений дна сигналы с выходов датчиков слабых сигналов непрерывно регистрируют в буферную память, которые затем используются для определения элементов движения судна и регистрируются в цифровом многоканальном накопителе информации. При этом пороговый уровень определяется путем усреднения за длительный период времени сейсмических шумов, поступающих с выходов датчиков слабых сейсмических сигналов.The control unit of the mobile dispatching station (which is a ship) analyzes the level of signals received through the hydroacoustic communication channel from the sensors of weak seismic signals, and in the case of raising the threshold level, includes sensors of strong movements and, in the case of significant vertical or inclined displacement speeds of the bottom movement elements, generates a message packet , which is transmitted through a satellite radio channel to a strong point. Since the control device operates with inertia, to eliminate the loss of the first introductory strong bottom motions, the signals from the outputs of the weak signal sensors are continuously recorded in the buffer memory, which are then used to determine the vessel's motion elements and recorded in a digital multi-channel information storage device. The threshold level is determined by averaging over a long period of time the seismic noise coming from the outputs of the sensors of weak seismic signals.
Принятые приемной антенной гидроакустического канала связи судна сигналы формируются в информационные пакеты для передачи на опорные пункты 10 через искусственные спутники Земли. Аналогами алгоритма преобразования данных являются методы преобразования данных, описанные в источнике: Ильин А.А., Маринич А.Н. и др. Цифровые терминалы спутниковых систем связи. - СПб., Deau, 2005, с.77-78, 89. В качестве антенны спутниковой связи на судне установлена антенна линейной поляризации в виде несимметричного полуволнового штыревого вибратора, обеспечивающая наилучшие энергетические характеристики в области малых углов места спутниковых аппаратов.The signals received by the receiving antenna of the ship’s hydroacoustic communication channel are formed into information packets for transmission to
Гидроакустический канал связи обеспечивает дальность до 8000 м с диапазоном частот сигналов переносчиков команд 7-10 кГц.The hydro-acoustic communication channel provides a range of up to 8000 m with a frequency range of signal transmitters commands 7-10 kHz.
При обработке сигналов, в качестве решающей статистики используется сумма квадратов амплитуд, имеющая максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры. Вычисления выполняются для каждого момента времени для получения временной зависимости для каждого поля. Присутствие в ней максимума означает наличие в источнике ожидаемой структуры возбуждения того или иного поля. Глобальный максимум соответствует времени прихода совокупного принятого сигнала. При достижении величины глобального максимума, равного среднему значению между амплитудами, характеризующими уровни состояния естественного геофизического и гидрофизического полей, судят о возможности наличия углеводородов в границах обследуемого пласта.When processing the signals, the sum of the squared amplitudes having the maximum value for the signal of the expected structure is used as the decisive statistic. Calculations are performed for each point in time to obtain a time dependence for each field. The presence of a maximum in it means the presence in the source of the expected structure of the excitation of a field. The global maximum corresponds to the arrival time of the cumulative received signal. Upon reaching a global maximum equal to the average value between the amplitudes characterizing the state levels of the natural geophysical and hydrophysical fields, the possibility of the presence of hydrocarbons within the boundaries of the examined formation is judged.
Выделение из спектра горизонтальных составляющих нечетных гармоник 0,003 и 0,005 Гц, а из спектра вертикальных составляющих четных гармоник 0,002, 0,004, 0,006 и 0,008 Гц с регистрацией уровня моря на береговых станциях позволяет исключить влияние микросейсмических составляющих, обусловленных в основном влиянием приливных колебаний.The separation from the spectrum of horizontal components of odd harmonics of 0.003 and 0.005 Hz, and from the spectrum of vertical components of even harmonics of 0.002, 0.004, 0.006 and 0.008 Hz with registration of sea level at coastal stations, it is possible to exclude the influence of microseismic components, mainly due to the influence of tidal fluctuations.
В качестве датчика магнитного поля, предназначенного для измерения абсолютного значения магнитной индукции поля земли в морских акваториях до глубин 6000 метров, применен датчик с диапазоном измеряемой величины магнитной индукции 20000-100000 нТ.As a magnetic field sensor designed to measure the absolute value of the magnetic induction of the earth's field in marine waters to depths of 6000 meters, a sensor with a range of measured values of magnetic induction of 20,000-100,000 nT is used.
Динамический шум моря определяется в диапазоне частот от 5 до 10 Гц посредством измерительного модуля, включающего последовательно соединенные гидрофон, предварительный усилитель, линию связи, широкополосный усилитель, анализатор спектра. Полученные сигналы о динамическом шуме моря подвергаются дискретизации и квантованию, а потом проходят спектральную обработку по алгоритму модифицированных периодограмм в следующей последовательности. Из последовательности сигналов X2(m) длиной L отсчетов вычисляют для каждой последовательностиThe dynamic noise of the sea is determined in the frequency range from 5 to 10 Hz by means of a measuring module, including a series-connected hydrophone, pre-amplifier, communication line, broadband amplifier, spectrum analyzer. The received signals about the dynamic noise of the sea are discretized and quantized, and then they undergo spectral processing using the modified periodogram algorithm in the following sequence. From a sequence of signals X 2 (m) of length L samples, calculate for each sequence
Х2(m) коэффициенты быстрого преобразования ФурьеX 2 (m) fast Fourier transform coefficients
- соответствующее окно. Далее вычисляют периодограмму I2(fk)=1/V|Х2(k)|, где fk(k/L) - частота дискретного преобразования Фурье, - энергия окна. - the corresponding window. Next, calculate the periodogram I 2 (f k ) = 1 / V | X 2 (k) |, where f k (k / L) is the frequency of the discrete Fourier transform, - window energy.
Оценка энергетического спектра выполняется как .Energy Spectrum Assessment runs as .
Динамический шум моря совпадает с частотой примерно на 5 дБ.The dynamic noise of the sea coincides with a frequency of about 5 dB.
Для решения такого рода задач необходимо непрерывную область акватории дискретизировать с помощью узлов регулярной сетки. Затем определяется граф путем задавания связи (ребра графа) на этой сетке. Возможные связи определяются путем специального индексирования узлов регулярной сетки с помощью дерева Фарея-Коши. При этом коэффициенты аппроксимации по флуктуационным полям выражаются аналитически через интегралы по фрагментам опорного поля в отдельных ячейках сетки.To solve such problems, it is necessary to discretize a continuous area of the water area using nodes of a regular grid. Then the graph is determined by setting the connection (edges of the graph) on this grid. Possible relationships are determined by special indexing of the nodes of the regular grid using the Farey-Cauchy tree. Moreover, the approximation coefficients for the fluctuation fields are expressed analytically through the integrals over the fragments of the reference field in individual grid cells.
Зарегистрированные сигналы, характеризующие вариации магнитного поля на частотах 0,01-1,0 Гц, магнитную индукцию электромагнитного поля на частотах 1-200 Гц, электрическую составляющую электромагнитного поля на частотах 1-500 Гц, акустические шумы на частотах 5-50000 Гц, сейсмические шумы на частотах 0,01-20 Гц, гидродинамический шум моря на частотах 0,01-100 Гц в зонах тектонических разломов, подвергаются обработке для каждого конкретного момента времени для получения временной зависимости в границах, характеризующих уровни состояния естественного геофизического поля и геофизического поля в период фазы нахождения солнца и луны на одной небесной линии, как геофизического поля, подверженного в данный период наибольшим максимальным возмущениям по всем составляющим геофизических и гидрофизических полей.The recorded signals characterizing the variations of the magnetic field at frequencies of 0.01-1.0 Hz, the magnetic induction of the electromagnetic field at frequencies of 1-200 Hz, the electrical component of the electromagnetic field at frequencies of 1-500 Hz, acoustic noise at frequencies of 5-50000 Hz, seismic noises at frequencies of 0.01–20 Hz, hydrodynamic noise of the sea at frequencies of 0.01–100 Hz in zones of tectonic faults, are processed for each specific point in time to obtain a time dependence within the boundaries characterizing the levels of the state of natural ge of the official field and geophysical field during the phase of the sun and moon being on the same celestial line, as a geophysical field subject to the greatest maximum disturbances in all components of geophysical and hydrophysical fields in a given period.
При обработке сигналов, в качестве решающей статистики используется сумма квадратов амплитуд, имеющая максимальное значение для сигнала ожидаемой структуры. Вычисления выполняются для каждого момента времени для получения временной зависимости для каждого поля. Присутствие в ней максимума означает наличие в источнике ожидаемой структуры возбуждения того или иного поля. Глобальный максимум соответствует времени прихода совокупного принятого сигнала. При достижении величины глобального максимума, равного среднему значению между амплитудами, характеризующими уровни состояния естественного геофизического и гидрофизического полей и геофизического поля и гидрофизического поля в период фазы нахождения солнца и луны на одной небесной линии, путем исключения акустических сигналов природного и техногенного происхождения судят о возможности наличия месторождения углеводородов.When processing the signals, the sum of the squared amplitudes having the maximum value for the signal of the expected structure is used as the decisive statistic. Calculations are performed for each point in time to obtain a time dependence for each field. The presence of a maximum in it means the presence in the source of the expected structure of the excitation of a field. The global maximum corresponds to the arrival time of the cumulative received signal. When reaching a global maximum equal to the average value between the amplitudes characterizing the state levels of the natural geophysical and hydrophysical fields and the geophysical field and the hydrophysical field during the phase of the sun and moon being on the same celestial line, by excluding acoustic signals of natural and man-made origin, they judge the possibility of hydrocarbon deposits.
В предлагаемом способе реализована технология построения картографического изображения на основе NURBS в виде итерационной экспертной автоматизированной процедуры. В качестве языка программирования использован язык MatLab. В этой системе качество построения карты определяется путем экспертного сравнения положения изолиний, вычисленных по NURBS, с положением соответствующих изогипс (изобат) на исходной карте.The proposed method implements the technology for constructing a cartographic image based on NURBS in the form of an iterative expert automated procedure. The programming language used is the MatLab language. In this system, the quality of map construction is determined by expert comparison of the position of contours calculated according to NURBS with the position of the corresponding isohypses (isobaths) on the original map.
В конкретной реализации предлагаемого способа источником информации о рельефе дна служат растровые карты.In a specific implementation of the proposed method, raster maps serve as a source of information about the bottom topography.
В общем случае при аппроксимации профиля рельефа одномерными сплайнами следует задавать значения двух первых производных в конечных точках разреза. Однако такая информация неизвестна, и получить ее на практике нельзя. Поэтому в качестве базового сплайна для аппроксимации профиля рельефа по разрезу использован простейший кубический сплайн с нулевыми граничными производными. Ввиду того что не существует никаких явно заданных двумерных сплайнов, так как нельзя построить бесконечную систему алгебраических уравнений для согласования двух первых производных по всем направлениям на смежных границах двух кусков сплайновой поверхности, то построение двумерной сплайн-функции производится с использованием тензорного произведения одномерных сплайнов. Согласование первых двух дифференциалов для смежных прямоугольных участков карты обеспечивается перекрытием областей задания смежных NURBS.In the general case, when approximating the profile of the relief with one-dimensional splines, one should specify the values of the first two derivatives at the end points of the section. However, such information is unknown, and it is impossible to obtain it in practice. Therefore, the simplest cubic spline with zero boundary derivatives was used as the base spline for approximating the relief profile along the section. Due to the fact that there are no explicitly defined two-dimensional splines, since it is impossible to construct an infinite system of algebraic equations for matching the first two derivatives in all directions at the adjacent boundaries of two pieces of a spline surface, the construction of a two-dimensional spline function is performed using the tensor product of one-dimensional splines. The matching of the first two differentials for adjacent rectangular map sections is ensured by overlapping task areas of adjacent NURBS.
Таким образом, технология построения карт в аналитическом виде на основе NURBS позволяет исключить этап триангуляции и тем самым исключить недостатки существующих технологий, применяемых в известных технических решениях. Предлагаемая реализация технологии может быть адаптирована к другим типам исходной информации, и в нее могут быть включены более сложные типы базовых сплайнов.Thus, the technology for constructing maps in an analytical form based on NURBS allows you to exclude the triangulation stage and thereby eliminate the disadvantages of existing technologies used in well-known technical solutions. The proposed implementation of the technology can be adapted to other types of source information, and more complex types of basic splines can be included in it.
Построение карты амплитудных вариаций микросейсмического сигнала для каждой частоты спектра пространственных вариаций, а также привязку каждой полученной карты соответствующей ей глубине выполняют путем аппроксимации профиля рельефа по разрезу относительно береговой линии, а в качестве базового сплайна используют кубический сплайн с нулевыми граничными производными, при этом построение двумерной сплайн-функции производится путем тензорного произведения одномерных сплайнов. При этом правомерность выявления месторождений углеводородов осуществляется путем выявления основных географических закономерностей размещения геофизических полей в пределах исследуемого региона. Поскольку многие шельфы представляют собой продолжение низменностей, приуроченных к крупным платформенным прогибам или синеклизам, то толщи, выполняющие эти прогибы, наклонены в сторону шельфа и достигают максимальной мощности именно в его пределах. Большая мощность терригенных осадков в нефтегазоносных районах является условием, благоприятствующим нефтегазоносности.The construction of a map of amplitude variations of a microseismic signal for each frequency of the spectrum of spatial variations, as well as the binding of each received map to its corresponding depth, is performed by approximating the relief profile along the section relative to the coastline, and a cubic spline with zero boundary derivatives is used as the base spline, with the construction of a two-dimensional spline functions are produced by the tensor product of one-dimensional splines. In this case, the legitimacy of identifying hydrocarbon deposits is carried out by identifying the main geographical patterns of the location of geophysical fields within the study region. Since many shelves are a continuation of the lowlands confined to large platform deflections or syneclises, the sequences performing these deflections are tilted towards the shelf and reach maximum power within it. The high power of terrigenous sediments in oil and gas regions is a favorable condition for oil and gas.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU №2045079.1. Patent RU No. 2045079.
2. Патент RU №2161809.2. Patent RU No. 2161809.
3. Авторское свидетельство SU №949574.3. Copyright certificate SU No. 949574.
4. Патент RU №2054697.4. Patent RU No. 2054697.
5. Патент WO №98/37439.5. Patent WO No. 98/37439.
6. Патент RU №230000125.6. Patent RU No. 230000125.
7. Патент RU №2251716.7. Patent RU No. 2251716.
8. Патент RU №2336541.8. Patent RU No. 2336541.
9. Патент RU №2119677.9. Patent RU No. 211,19677.
10. Патент RU №2271554.10. Patent RU No. 2271554.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103092/28A RU2433425C2 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010103092/28A RU2433425C2 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2433425C2 true RU2433425C2 (en) | 2011-11-10 |
Family
ID=44997394
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010103092/28A RU2433425C2 (en) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2433425C2 (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102749646A (en) * | 2012-07-06 | 2012-10-24 | 西安石油大学 | Method for depth-frequency analysis of Rayleigh surface waves |
RU2503036C1 (en) * | 2012-07-17 | 2013-12-27 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for offshore prospecting for hydrocarbon deposits |
CN103616714A (en) * | 2013-11-19 | 2014-03-05 | 长安大学 | Method for detecting underground cavity boundary through rayleigh surface waves |
RU2527322C1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-08-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Сибирский Научно-Исследовательский Институт Геологии, Геофизики И Минерального Сырья" | Method for geophysical exploration of hydrocarbon deposits |
RU2559046C2 (en) * | 2013-02-14 | 2015-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "Мезон" | Method of hydrocarbons prospecting |
RU2645790C1 (en) * | 2016-12-07 | 2018-02-28 | Алексей Алексеевич Цуканов | Method for definition of boundaries of sub-vertical expanded objects in geological environment |
CN110673210A (en) * | 2019-10-13 | 2020-01-10 | 东北石油大学 | Quantitative analysis and evaluation method for signal-to-noise ratio of seismic original data |
CN111649864A (en) * | 2020-06-18 | 2020-09-11 | 重庆交通大学 | Method for measuring surface wave pressure of scourable bank slope |
CN113266421A (en) * | 2021-06-01 | 2021-08-17 | 北京科技大学 | Comprehensive early warning method for full-dangerous period time and space of rock burst |
CN117348063A (en) * | 2023-10-09 | 2024-01-05 | 重庆科技学院 | Evaluation method for quantitatively representing width of reverse fault fracture zone |
-
2010
- 2010-01-29 RU RU2010103092/28A patent/RU2433425C2/en active
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102749646A (en) * | 2012-07-06 | 2012-10-24 | 西安石油大学 | Method for depth-frequency analysis of Rayleigh surface waves |
CN102749646B (en) * | 2012-07-06 | 2014-07-09 | 西安石油大学 | Method for depth-frequency analysis of Rayleigh surface waves |
RU2503036C1 (en) * | 2012-07-17 | 2013-12-27 | Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) | Method for offshore prospecting for hydrocarbon deposits |
RU2559046C2 (en) * | 2013-02-14 | 2015-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственная фирма "Мезон" | Method of hydrocarbons prospecting |
RU2527322C1 (en) * | 2013-04-12 | 2014-08-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Сибирский Научно-Исследовательский Институт Геологии, Геофизики И Минерального Сырья" | Method for geophysical exploration of hydrocarbon deposits |
CN103616714B (en) * | 2013-11-19 | 2016-03-30 | 长安大学 | Rayleigh Wave Underground cavity boundary method |
CN103616714A (en) * | 2013-11-19 | 2014-03-05 | 长安大学 | Method for detecting underground cavity boundary through rayleigh surface waves |
RU2645790C1 (en) * | 2016-12-07 | 2018-02-28 | Алексей Алексеевич Цуканов | Method for definition of boundaries of sub-vertical expanded objects in geological environment |
CN110673210A (en) * | 2019-10-13 | 2020-01-10 | 东北石油大学 | Quantitative analysis and evaluation method for signal-to-noise ratio of seismic original data |
CN110673210B (en) * | 2019-10-13 | 2021-06-04 | 东北石油大学 | Quantitative analysis and evaluation method for signal-to-noise ratio of seismic original data |
CN111649864A (en) * | 2020-06-18 | 2020-09-11 | 重庆交通大学 | Method for measuring surface wave pressure of scourable bank slope |
CN111649864B (en) * | 2020-06-18 | 2022-09-02 | 重庆交通大学 | Method for measuring surface wave pressure of scourable bank slope |
CN113266421A (en) * | 2021-06-01 | 2021-08-17 | 北京科技大学 | Comprehensive early warning method for full-dangerous period time and space of rock burst |
CN117348063A (en) * | 2023-10-09 | 2024-01-05 | 重庆科技学院 | Evaluation method for quantitatively representing width of reverse fault fracture zone |
CN117348063B (en) * | 2023-10-09 | 2024-05-17 | 重庆科技学院 | Evaluation method for quantitatively representing width of reverse fault fracture zone |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2431868C1 (en) | Method for seismic exploration when searching for hydrocarbons and seismic system for realising said method | |
RU2433425C2 (en) | Method for seismic prospecting hydrocarbons and method of determining attitude of producing formations on hydrocarbons and seismic station for realising said method | |
Kearey et al. | An introduction to geophysical exploration | |
US7773456B2 (en) | System and method for seismic data acquisition | |
Essen et al. | On the generation of secondary microseisms observed in northern and central Europe | |
EP3359982B1 (en) | Seismic sensor orientation | |
US11016213B2 (en) | Gradient-based 4D seabed acquisition positioning | |
Gorbatikov et al. | Microseismic field affected by local geological heterogeneities and microseismic sounding of the medium | |
Bachman et al. | Geoacoustic databases for matched‐field processing: Preliminary results in shallow water off San Diego, California | |
RU2436134C1 (en) | Method for rapid investigation of atmosphere, earth's surface and ocean | |
RU2434250C1 (en) | Method of detecting seismic signals on sea area when searching for underwater deposits of hydrocarbons | |
D'Alessandro et al. | The INGV's new OBS/H: analysis of the signals recorded at the Marsili submarine volcano | |
US10520615B1 (en) | Fluid resonant seismic surveying | |
CN104781699A (en) | Intra-bed source vertical seismic profiling | |
Sobisevich et al. | Fundamentals of Passive Seismohydroacoustic Methods for Arctic Shelf Investigation | |
RU2545159C1 (en) | Anchored profiling underwater observatory | |
RU2498357C1 (en) | System for microseismic probing earth's crust and seismic monitoring | |
RU2457514C1 (en) | Method of determining tsunami precursor | |
RU2468395C1 (en) | Underwater observatory | |
RU2738589C1 (en) | Method for determining tsunami hazard | |
RU2546784C2 (en) | Underwater observatory | |
US10168440B2 (en) | Method to determine optimal spacing between seismic energy sources utilizing mutual admittance | |
RU2466432C1 (en) | Method of determining probability of catastrophic phenomena | |
Weber et al. | Modeling approaches in planetary seismology | |
RU2517780C2 (en) | Method for hydrocarbon prospecting on north sea shelf |