Сбор сейсмических данных - Seismic data acquisition

Сбор сейсмических данных это первый из трех отдельных этапов сейсморазведки, два других - сейсмические. обработка данных и сейсмическая интерпретация.^[1] Сейсмическая съемка требует использования сейсмический источник в определенных местах для сейсморазведки, и энергия, которая проходит в недрах, как сейсмические волны генерируется источником, записывается в определенных местах на поверхности так называемыми приемниками (геофоны или гидрофоны ). ^[1]

Прежде чем можно будет получить сейсмические данные, необходимо спланировать сейсморазведку, процесс, который обычно называют план исследования. ^[2] Этот процесс включает в себя планирование различных используемых параметров обследования, например: источник тип, тип приемника, разнесение источников, разнесение приемников, количество исходных снимков, количество приемников в массиве приемников (т. е. группа приемников), количество каналов приемника в разнесении приемников, частота выборки, длина записи (заданное время, в течение которого приемник активно записывает сейсмический сигнал) и т. д. ^[1] С помощью разработанной съемки сейсмические данные могут быть записаны в виде сейсмических данных. следы, также известный как сейсмограммы, которые непосредственно представляют "реакция упругого волнового поля на скорость и контраст плотности на границах раздела слоев горной породы или отложений по мере того, как энергия проходит от источника через недра к приемнику или массиву приемников."^[3]

Параметры опроса

Типы источников для приобретения земли

Для изъятия земли могут использоваться разные типы источников в зависимости от настроек приобретения.

Взрывоопасные источники такие как динамит, являются предпочтительными сейсмическими источниками на пересеченной местности, в районах с высокой топографической изменчивостью или в экологически уязвимых районах, например болота, сельскохозяйственные угодья, горные районы и т. д.^[4] Источники такого типа должны быть закопаны (соединены) в землю, чтобы максимизировать количество сейсмической энергии, передаваемой в подповерхностный слой, а также свести к минимуму угрозы безопасности во время их детонации. Преимущество взрывных источников заключается в том, что сейсмический сигнал (известный как сейсмический импульс) является минимальная фаза то есть большая часть энергии вейвлета фокусируется в самом начале, и поэтому во время обработки сейсмических данных вейвлет имеет инверсию, которая является стабильной и причинной, и, следовательно, может использоваться в попытках удалить (деконволюция ) исходный вейвлет.^[1] Существенным недостатком использования взрывоопасных источников является то, что источник / сейсмический импульс не является точно известным и воспроизводимым, и поэтому вертикальная укладка сейсмограмм или трасс от этих отдельных снимков может привести к неоптимальным результатам (т.е. сигнал-шум не так высок, как хотелось бы).^{[нужна цитата ]} Кроме того, сейсмический вейвлет нельзя точно удалить, чтобы получить шипы или импульсы (идеальная цель - это дельта-функция Дирака ), соответствующие отражениям на сейсмограммах.^[1] Фактором, который способствует изменяющейся природе сейсмических импульсов, соответствующих взрывным источникам, является тот факт, что с каждым взрывом в заданных местах физические свойства геологической среды вблизи источника изменяются; это, следовательно, приводит к изменениям сейсмического импульса, когда он проходит через эти области.^{[нужна цитата ]}

Номад 90 вибрационный

Источники вибрации (также известные как вибросейсмические источники) являются наиболее часто используемыми сейсмическими источниками в нефтегазовой промышленности. Аспект, который отличает этот тип источника от взрывчатых веществ или других источников, заключается в том, что он предлагает прямой контроль над сейсмическим сигналом, передаваемым в подповерхностный слой, то есть энергия может передаваться в подповерхностный слой в известном диапазоне частот в течение определенного периода времени.^[5] Источники вибрации обычно включают грузовики, на которых установлены тяжелые плиты, которые неоднократно ударяются о землю для передачи сейсмической энергии в недра. ^[6] На рисунке справа показан один такой вибросейс, известный как Кочевник 90. Источники вибрации часто используются там, где необходимо исследовать обширные территории и где в районе сбора данных нет густонаселенных или густо заросших территорий; сильно изменяющаяся топография также препятствует использованию источников вибрации. ^[7] Кроме того, влажные районы также не подходят для использования источника вибрации, поскольку эти грузовики чрезвычайно тяжелые и, следовательно, имеют тенденцию к повреждению имущества на влажной местности. ^[7]

Источники падения весатакие как ударный источник, являются более простыми сейсмическими источниками, которые обычно используются для приповерхностных сейсмическая рефракция опросы.^[8] Этот тип источника часто включает только источник веса (например, молоток) и пластину (вместе с триггером для запуска записи на приемниках) и, следовательно, с точки зрения логистики возможен в большинстве мест. Его использование в основном в приповерхностных исследованиях связано с меньшими генерируемыми амплитудами и, следовательно, меньшей глубиной проникновения по сравнению с вибрационными и взрывными источниками. ^[7] Как и в случае взрывоопасных источников, источники падения веса также используют вейвлет неизвестного источника, что создает трудности в оптимальном вертикальном наложении и деконволюция.^{[нужна цитата ]}

Типы источников для морских исследований

Пневматическая пушка является наиболее часто используемым источником сейсмических данных в морской сейсморазведке с 1970-х годов.^[9] Пистолет представляет собой камеру, заполненную сжатым воздухом под высоким давлением, который быстро выпускается в воду для генерации акустического импульса (сигнала).^[9] Факторы, способствующие его обычному использованию, включают тот факт, что генерируемые импульсы являются предсказуемыми, управляемыми и, следовательно, повторяемыми.^[9] Кроме того, он использует воздух для создания источника, который легко доступен и бесплатен. Наконец, он также оказывает относительно меньшее воздействие на окружающую среду для морская жизнь по сравнению с другими морскими сейсмическими источниками; аспект, который препятствует использованию источников вибрации для морских исследований.^[9]^[10] Пневматические пистолеты обычно используются группами или массивами (то есть несколько пневматических пистолетов разного объема), чтобы максимизировать сигнал-шум и минимизировать появление пузырьковые импульсы или колебания по следам.^{[нужна цитата ]}

Тип приемника

Гидрофон

Гидрофон - это сейсмический приемник, который обычно используется для сбора морских сейсмических данных, и он чувствителен к изменениям давления, вызванным акустическими импульсами в окружающей среде. Типичные гидрофоны используют пьезоэлектрический преобразователи, которые при изменении давления создают электрический потенциал, который прямо указывает на изменения давления.^[11] Как и в случае с пневматическими пушками, гидрофоны часто также используются в группах или массивах, которые состоят из нескольких гидрофонов, соединенных вместе, чтобы обеспечить максимальную сигнал-шум.^{[нужна цитата ]}

Геофон

Геофон СМ-24

Геофон - это сейсмический приемник, который часто выбирают при съемке с суши для отслеживания скорости частиц в определенной ориентации.^[12] Геофон может быть однокомпонентный геофон который предназначен для записи p-волны (волны сжатия), или это может быть многокомпонентный геофон предназначен для записи p-волны и s-волны (поперечные волны). ^[13] Геофонам требуется достаточно сильная связь с землей, чтобы регистрировать истинное движение земли, инициированное сейсмическим сигналом. ^[14] Это имеет большое значение для высокочастотных составляющих сейсмических сигналов, которые могут быть существенно изменены относительно их фаза и амплитуда из-за плохого сцепления. ^[14] На рисунке справа показан геофон; конический штырь геофона вкопан в землю для соединения. Как и в случае с гидрофонами, геофоны часто располагаются группами, чтобы максимизировать сигнал-шум а также минимизировать влияние поверхностные волны по записанным данным. ^[1]

Интервал выборки и критерий Найквиста

Сейсмический сигнал, который должен быть записан приемниками, по сути своей непрерывный и, следовательно, должен быть дискретизированный. ^[15] Скорость, с которой этот непрерывный сигнал дискретизируется, называется интервал выборки или частота выборки (увидеть Выборка (обработка сигнала) Больше подробностей). Согласно Критерий Найквиста, частота, с которой должен быть дискретизирован сейсмический сигнал, должна быть по крайней мере равной или более чем удвоенной максимальной частотной составляющей сигнала, т.е.f_{образец} ≥ 2f_{макс, сигнал}. ^[16] Проблема, которая остается, заключается в том, что самая высокая частотная составляющая обычно неизвестна во время сбора данных, чтобы можно было рассчитать частоту дискретизации. Следовательно, оценки должны быть сделаны для максимально возможных частот, содержащихся в сигнале; обычно предпочтительны частоты выборки, превышающие эти оценки, чтобы гарантировать, что временное алиасинг не происходит. ^[17]

Длина записи

Несмотря на срок длина, длина записи относится к времени (обычно указывается в миллисекундах), в течение которого приемники активны, записывая и сохраняя сейсмический отклик геологической среды. ^[1] Это время записи обычно должно начинаться незадолго до включения источника, чтобы гарантировать, что прямые волны принимаются как первые поступления на приемники на ближних удалениях. ^[2] Кроме того, длина записи должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить регистрацию самых последних ожидаемых поступлений. ^[2] Обычно для более глубоких исследований длина записи регулируется до нескольких секунд (обычно 6 секунд). ^[1]^[18] 15–20 секунд обычно для глубоких исследований земной коры. ^[18] Поскольку записанные трассы всегда могут быть обрезаны для последующего поступления во время обработки данных, длина записи обычно предпочтительнее, чем это необходимо, а не короче. ^[2]