Опыт применения сейсмостанций с магнитной записью
Б. И. БЕСПЯТОВ А. И. ХРАМОЙ
Сейсмическая аппаратура ПМЗ образца 1957 г. представляет собой 27-канальную станцию, записывающую взрыв на магнитную пленку. С магнитной пленки может быть произведена перезапись при помощи перописца на бумагу. Тракт перезаписи представляет собой схему с большим набором различных регулирующих устройств. К ним относятся несколько регуляторов усиления, а также комплект смесителей и фильтров, позволяющих воспроизводить запись колебаний при различных параметрах от открытого канала до фильтрации с максимумом частотной характеристики в области 180 гц при различном смешении соседних каналов. Благодаря тому, что крутизны частотных характеристик довольно велики (до 40 дб), имеется возможность резко ограничивать полосу пропускания и тем самым осуществлять в действенной форме частотную селекцию. Эта особенность аппаратуры была оценена прежде всего. Поэтому у большинства геофизиков сложилось такое представление, что основным достоинством станций с магнитной записью является возможность использовать разные фильтрации.
Вначале магнитные станции рассматривались и использовались как удобное средство для многочастотного профилирования. В действительности же возможности развития методики сейсморазведки с использованием магнитных станций намного шире.
На основании имеющегося опыта можно назвать основные задачи, успешно решаемые при помощи промежуточной магнитной записи: изучение волновой картины, подбор параметров группирования, многочастотное профилирование.
Изучение волновой картины является весьма эффективным методическим приемом при работах в трудных сейсмогеологических условиях платформы.
Проводившееся в Саратовском и Сталинградском Поволжье в течение 1955-1957 гг. изучение волновой картины показало, что подобные работы при использовании стандартных 26-канальных станций являются весьма трудоемкими и требуют проведения большого числа взрывов различной интенсивности с приемом на различных фильтрациях. Причем в ряде случаев так и не удавалось подобрать условия для четкого выделения волн-помех и изучения их интенсивностей. Лишь в 1958 г. при помощи станции ПМЗ были достигнуты в этом направлении четкие результаты. Одной станцией ПМЗ в течение двух месяцев была изучена волновая картина на трех различных участках при сравнительно малом числе взрывов.
Благодаря широким возможностям частотной селекции и применения различных регулировок аппаратуры по материалам станции ПМЗ удалось выделить четкие регулярные волны-помехи и изучить их особенности. Эти помехи имели протяженные годографы фаз и повсеместное распространение.
При использовании среднечастотных и высокочастотных фильтраций с включенным, а в ряде случаев и при выключенном АРА эти регулярные волны-помехи обычно образуют на сейсмограмме кажущийся беспорядочный фон колебаний, что не только затрудняет, но и делает невозможным их выделение и прослеживание. Лишь подбором соответствующих фильтраций (главным образом фильтрации с полосой пропускания в пределах 20-35 гц и открытый канал) и усилений можно получить перезаписи, на которых удается проследить фронт волны-помехи или ее главные фазы, определить кажущиеся скорости волны и их изменение. Наблюдения при этом ведутся с шагом сейсмоприемников 3-5 м.
При помощи изучения волновой картины выяснилось, что в различных районах Саратовской и Сталинградской областей к числу основных трудностей относится существование интенсивных регулярных волн-помех с небольшими значениями кажущихся скоростей (v* = 200-500 м/сек).
Одним из важных этапов изучения волновой картины является определение относительных интенсивностей волн. Главное назначение его определить оптимальные условия взрыва и условия приема (среду взрыва, вес заряда, фильтрацию и др.), при которых отношение помеха - сигнал минимальное. Анализ накопленных материалов с магнитной станцией позволил более правильно и объективно определять условия взрыва. Оказалось, что на двух разобщенных участках, имеющих различную мощность ЗМС, оптимальная среда взрыва находится примерно в 8-10 м под подошвой ЗМС, что соответствует расстоянию в ¼ длины прямой волны в коренных породах при регистрации волн на среднечастотных фильтрациях.
Однако интенсивность помех в рассмотренных случаях находится еще на уровне самого сильного отражения, поэтому при взрывах даже с этих глубин качество материала при работе с одиночными сейсмоприемниками остается еще низким.
Изучение волн-помех посредством специально поставленных работ имеет принципиальное значение для совершенствования методики сейсморазведки на платформе. Такие исследования позволяют вскрывать главную причину плохой корреляции отраженных волн, что составляет основную трудность сейсмического метода в разведке платформенных структур малой амплитуды.
После того как на участке работ выявлены волны-помехи, возникает задача подавления их. Известным приемом очищения записи от помех является группирование сейсмоприемников (и взрывов). В разработке теории группирования в последнее время достигнуты значительные успехи.
Анализ направленных свойств различных групп в условиях импульсного режима сейсмических колебаний, выполненный в Нижне-Волжском филиале ВНИИГеофизика, показал, что для эффективного подавления помех недостаточно знать их кинематические данные (кажущиеся скорости), необходимо учитывать и динамическую характеристику (относительную интенсивность, доминирующую частоту волны и длительность импульса на оптимальных фильтрациях).
В результате теоретических и экспериментальных исследований по группированию была выработана рабочая схема определения параметров группирования, позволившая по отношению помеха - сигнал определять минимальное число приборов (или взрывов), а по значениям кажущихся скоростей и периода - расстояние между приборами (или взрывами).
Третьим этапом разработки методики являются подбор по установленным параметрам соответствующей группы и отработка отрезка профиля. На этом этапе вполне может применяться стандартная аппаратура, но и здесь станция ПМЗ имеет преимущества. При отработке профиля такой станцией мы можем путем перезаписей осуществлять многочастотное профилирование. Этот прием обогащает сейсмический разрез и улучшает условия корреляции.
Описанная схема наблюдений была применена в 1958 г. на нескольких участках Саратовского и Сталинградского Поволжья, отличающихся сложными сейсмогеологическими условиями, и дала положительный эффект.
Один из таких участков был выбран на Южно-Степновской площади в Саратовском Заволжье. Для этой площади характерно наличие гипсово-ангидритовой толщи, маскирующей тектонику нижележащих отложений палеозоя. Проведенными в 1955 г. сейсмическими работами удалось проследить лишь один горизонт, относящийся к поверхности пермских отложений.
Сейсмограмма на рис. 1 а иллюстрирует качество материалов того времени.
Работами 1958 г. при помощи станции ПМЗ были выявлены интенсивные помехи, занимающие на сейсмограмме широкую полосу до времени 1 сек. (рис. 1,б).
В результате изучения волновой картины в нескольких пунктах Южно-Степновского участка по лентам перезаписи, аналогичным сейсмограмме, показанной на рис. 1, б, были установлены параметры волны-помехи. Ее интенсивность (амплитуда) на фильтрации с полосой пропускания 50-90 гц оказалась в 1,5 раза больше интенсивности отражения от первой сейсмической границы - поверхности палеозоя и в 15 раз больше интенсивности отражения от поверхности нижнебашкирских отложений. Доминирующая частота оказалась равной 60-70 гц, а кажущаяся скорость v* = 0,3 - 0,2 км/сек.
По этим данным была выбрана группа сейсмоприемников, состоящая из 16 приборов, расставленных через 1 м. При помощи такой группы и применения смесителя со 100%-ным смешением трех соседних каналов были значительно подавлены помехи. На сейсмограммах, очищенных от волн-помех, отчетливо видны волны, отраженные от различных внутрипалеозойских границ. Одна такая лента приведена на рис. 1, в. Отработка профилей с применением группирования сейсмоприемников по указанной выше схеме позволила проследить несколько отражающих границ. На рис. 2. приведен отрезок профиля, на котором для сравнения даны два разреза, один из которых получен в 1955 г., а другой в 1958 г. Легко видеть значительное улучшение материала, достигнутое в результате применения станций ПМЗ и группирования.
Приведенный разрез иллюстрирует также эффективность использования многочастотного профилирования в целях получения непрерывной корреляции отражений от границ, находящихся в условиях тонкослоистого строения окружающей среды. Непрерывная корреляция отражений от пяти горизонтов в мезозое, верхнем и среднем карбоне, явилась результатом лишь совместного использования перезаписей, полученных на фильтрациях с полосой пропускания в 40-65, 50-90 и 70-110 гц. Ни на одной из перечисленных фильтраций в отдельности непрерывной уверенной корреляции этих отражений по профилю осуществить не удалось.
Стратиграфическая привязка сейсмических границ, сделанная на основании сейсмокаротажа, показывает, что прослеженные границы относятся к поверхности галогенных отложений перми, подошве этих отложений, кровле верейского горизонта (горизонт IIа) и кровле нижнебашкирских отложений (горизонт II),
На этой же площади выявлена возможность регистрации отражений от более глубоких границ. К сожалению, недостаточная чувствительность первых экземпляров станций ПМЗ не позволяет производить уверенную регистрацию отражений на времени, большем 1,5 сек.
Второй участок опытных работ был выбран вблизи Ириновской структуры в Саратовском Правобережье. Главной особенностью его является весьма высокое залегание карбонатных отложений палеозоя (глубина от 0 до 60 м). Как известно, участки с глубиной залегания поверхности известняков менее 100 м до сих пор считались недоступными для сейсморазведки. Проведенное изучение волновой картины на этом участке показало наличие интенсивной волны-помехи, природа которой связана с наличием волновода в верхней терригенной пачке пород. При помощи группирования взрывов и сейсмоприемников, подобранного по параметрам волны-помехи, удалось зафиксировать серию отражений в толще палеозоя до девона включительно. Этот результат имеет важное значение, так как открывает большие возможности сейсморазведки в условиях довольно распространенных участков высокого залегания плотных пород палеозоя.
В качестве третьего примера приведем результаты работ на Петрушинской площади Сталинградского Правобережья. На этой площади сейсморазведка ставилась неоднократно. Последняя работа относится к 1957 г., когда уже были проведены попытки применить группирование. Материалы были неудовлетворительного качества. Кроме одиночных отражающих площадок, ниже поверхности палеозоя не удалось построить ни одного горизонта. Такая картина типична для результатов сейсморазведки в центральной части Доно-Медведицкого вала.
В 1958 г. на Петрушинской площади были проведены опытные работы по схеме, описанной выше. Вначале была изучена волновая картина и выявлены помехи. Кажущаяся скорость помехи здесь оказалась равной 400-600 м/сек, преобладающая частота 60-70 гц. По значениям кажущихся скоростей эти волны сходны с теми, что отмечены на других участках, но интенсивность их в 3 раза выше интенсивности помех на Южно-Степновской площади Саратовского Заволжья. Это потребовало применения более мощных средств группирования. На основании расчетов была принята система, состоящая из группового взрыва из девяти скважин и группы приборов из 24 сейсмоприемников. Отработка профиля с применением группирования дала хороший результат. На рис. 3 дан разрез по сейсмическому профилю 1958 г. в сопоставлении с данными 1957 г.
Приведенные выше краткие сведения о результатах работ па трех различных и далеко отстоящих друг от друга участках наглядно иллюстрируют широкие возможности, которые открываются перед сейсморазведкой путем внедрения новых станций ПМЗ. Следует подчеркнуть, что необходимо наиболее эффективно использовать эти станции. Нам представляется, что достигнутые результаты говорят в пользу той схемы работ, которая была применена в 1958 г.
В дальнейшем необходимо совершенствовать станции с магнитной записью, которые пока имеют еще значительные недостатки. Прежде всего необходимо заменить существующие перописцы, имеющие недостаточный динамический диапазон, другими устройствами, например струйными самописцами. Большие перспективы имеет внедрение тонармов с передвижными магнитными головками. Опытный образец такого тонарма, изготовленный ленинградской группой СКБАНН, был испытан в мае 1959 г. в одной из сейсмических партий в Сталинградском Правобережье и дал очень интересные результаты.
В заключение необходимо остановиться на одном весьма важном вопросе. В настоящее время число сейсмических отрядов, работающих на Русской платформе методом отраженных волн, достигает примерно 70 и в дальнейшем будет увеличиваться.
Многие из них, сталкиваясь с трудными сейсмогеологическими условиями, не дают нужных результатов. Повысить эффективность сейсморазведки на таких площадях можно было бы, используя станции с магнитной записью.
Специализированные партии, вооруженные станциями ПМЗ, производя исследования на отдельных характерных участках, могут изучить волновую картину и разработать эффективную методику работ в конкретных условиях каждой зоны. По этим данным представится возможным наиболее рационально использовать большие производственные мощности сейсмических партий Урало-Поволжья.
Нижне-Волжский филиал ВНИИ Геофизика
Рис. 1. Сейсмограммы Южно-Степновской площади.
Рис. 2. Сейсмический профиль Южно-Степновской площади.
Отражающие горизонты, прослеженные: 1 - на фильтрации 70-110 гц; 2 - на фильтрации 40-65 гц; 3 - на фильтрации 50-90 гц; 4 - полученные со стандартной станцией в 1955 г.
Рис. 3. Сейсмический профиль Петрушинской площади (по Левянту).
Отражающие горизонты и отражающие площади: 1 - по данным 1958 г.; 2 - по данным 1957 г.