Теория и практика наземной невзрывной сейсморазведки - Шнеерсон М.Б.

Author: Шнеерсон М.Б.
Tags: прикладная геология и геофизика геологические методы поисков и разведки интерпретация результатов геофизические науки геология полезные ископаемые геофизика науки о земле сейсморазведка
ISBN: 5-247-03384-1
Year: 1998
Similar
Прогнозирование строительных свойств грунтов
Мерзлые торфяные грунты как основания сооружений
Восстановление разрушенных сооружений
Text
                    ТЕОРИЯ
И ПРАКТИКА
наземной
не взрывной
сейсморазведки
ТЕОРИЯ
И ПРАКТИКА
наземной
не взрывной
сейсморазведки

Под редакцией
доктора технических наук
М.Б. Шнеерсона

Москва ОАО "Издательство "Недра" 1998
УДК 550.834

ББК 26.2

Т 33

Организация-спонсор РАО “Газпром”

Теория и практика наземной невзрывной сейсмораз-
Т 33 ведки/Под редакцией М.Б. Шнеерсона. - М.: ОАО “Из-
дательство “Недра”, 1998. - 527 с.: ил.

18ВК 5-247-03384-1

Изложены физические основы, теория и практика наземной невзрыв-
ной сейсморазведки, базирующейся на применении вибрационных и им-
пульсных излучателей. Рассмотрены технические средства сейсмораз-
ведки, методика проведения полевых работ и обработки материалов. Зна-
чительное внимание уделено применению наземных невзрывных источ-
ников в районах с различными сейсмогеологическими условиями.

Для геофизиков-сейсморазведчиков, а также студентов геофизических
специальностей вузов.

18ВИ 5-247-03384-1

© Коллектив авторов, 1998

© Оформление. ОАО “Издательство “Недра”, 1998
ВВЕДЕНИЕ

В последние годы сформировалось и получило широкое при-
менение новое направление в разведочной геофизике - наземная
невзрывная сейсморазведка, которое представляет собой ком-
плекс сейсмических методов исследований, базирующийся на
возбуждении упругих волн в земле специальными механизмами и
устройствами без применения конденсированных зарядов взры-
вчатых веществ и линий детонирующего шнура. В наземной
невзрывной сейсморазведке волны возбуждаются в основном
путем приложения нагрузок непосредственно к поверхности
земли. Относительно небольшое развитие получило скважинное
невзрывное возбуждение волны, при котором нагрузки прикла-
дываются к стенкам скважины.

Невзрывная сейсморазведка основывается на тех же физи-
ческих принципах, что и взрывная, но отличается от нее спо-
собами возбуждения колебаний, более широким классом исполь-
зуемых сигналов для генерирования упругих волн в земле, а
также возможностями активного управления их спектральным
составом.

Взрыв заряда ВВ в скважине и на поверхности был первым
достаточно эффективным и широко применяемым источником упру-
гих колебаний в сейсморазведке. Тем не менее идеи по его
замене другими, более управляемыми, простыми, безопасными и
экологически чистыми источниками высказывались неоднократ-
но, в том числе и на ранних этапах развития сейсморазведки.
Но практическая реализация этой идеи стала;'возможной только
после создания и внедрения станций с магнитной записью и
значительного повышения методического и технического уровня
сейсморазведки.

В силу этих причин наземная невзрывная сейсморазведка в
нашей стране начала развиваться с середины 60-х годов,
а первые практические результаты были получены в конце
60-х - начале 70-х годов. К настоящему времени наземная
невзрывная сейсморазведка заняла прочное место в комплексе
поисково-разведочных работ на нефть, газ и другие полезные
ископаемые, а также при инженерно-геологических изысканиях.
В частности, около 40% всех работ, проводимых с целью поис-
ков и разведки нефтяных и газовых месторождений, выполняется
методами невзрывной сейсмики. В развитых капиталистических
странах этот процент выше [31, 56].

В процессе своего развития в невзрывной сейсморазведке
сформировалось два направления: импульсное и вибрационное.

Импульсная невзрывная сейсморазведка, как и взрывная,
характеризуется тем, что к поверхности земли или стенкам
важины прикладываются кратковременные нагрузки, время
действия которых значительно меньше периода возбуждаемых
колебаний. Под их действием точки среды выводятся из поло-
жения равновесия и начинают совершать собственные колебания,
амплитуда и частота которых определяются параметрами воздей-
ствующего на среду импульса, физическими и упругими свой-
ствами пород, а также массой так называемого присоединенного
объема грунта, величина которой во многом определяется ха-
рактеристиками нагрузки и среды. По своим принципам и осо-
бенностям эта модификация невзрывной сейсморазведки наиболее
близка к взрывной. Импульсная невзрывная сейсморазведка
позволила упростить производство работ и сделать их практи-
чески безопасными для обслуживающего персонала и окружающей
среды, но она не решила ряд важных вопросов по управлению
процессом возбуждения колебаний, концентрации энергии в
необходимых полосах частот, по производству работ при высо-
ком уровне нерегулярных помех и т.д. Поэтому параллельно с
импульсной развивалась вибрационная невзрывная сейсмораз-
ведка.

Вибрационная сейсморазведка основывается на длительном,
протяженном во времени возбуждении колебаний, которое может
быть реализовано или в виде квазигармонических переменных по
частоте нагрузок, или в виде последовательности силовых
импульсов, следующих друг за другом с равными или меняющи-
мися временными интервалами, величина которых соизмерима с
периодом возбуждаемых волн. Пеовое направление получило
название вибрационного, а второе - вибро- и кодоимпульсного
генерирования волн.

В обоих случаях общая длительность посылаемых в землю
сигналов, образующих одну посылку, может достигать 10 с и
более, и она значительно превышает периоды волн, регистри-
руемых в импульсной сейсморазведке.

При квазигармоническом возбуждении точки среды совершают
вынужденные колебания в соответствии с частотой внешней
нагрузки, а при виброимпульсном - собственные, которые из-за
частого следования импульсов интерферируют между собой,
образуя сложные неразрешенные волновые поля. Особенности
применяемых в вибрационной сейсморазведке нагрузок приводят
к тому, что на полевых записях не выделяются отдельные вол-
новые пакеты, соответствующие определенным физическим гра-
ницам. И для их выделения и прослеживания необходима корре-
ляционная обработка данных, которая предусматривает нахожде-
ние степени сходства между зарегистрированными сейсмостан-
цией сигналами и электрическим сигналом, определяющим изме-
нение нагрузки во времени. После корреляции получаемые
записи по своему виду и характеру очень похожи на сейсмо-
граммы при импульсном возбуждении волн.

Сравнительно быстрое развитие и широкое применение на-
земной невзрывной сейсморазведки обусловлены следующими ее
преимуществами перед взрывной сейсмикой:
-	исключение опасных, трудоемких и дорогостоящих, осо-
бенно при системах ОГТ, буровзрывных и ликвидационных работ,
что позволяет на 30-35% снизить стоимость физической точки;

-	расширение методических возможностей сейсморазведки,
особенно вибрационной, за счет управления процессом возбуж-
дения колебаний и насыщения разреза волнами требуемого
частотного состава, использования эффективных схем группи-
рования источников, проведения работ в культурных и про-
мышленных зонах, вдоль дорог и на других объектах при высо-
ком уровне промышленных помех, а также вблизи зданий
и сооружений без опасности их разрушения;

-	повышение уровня безопасности работ для обслуживающего
персонала и значительное снижение вреда, наносимого окру-
жающей среде;

-	возможность изменения полярности излучаемых колебаний и
направления частотной развертки в вибрационной невзрывной
сейсморазведке, что позволяет совмещать различные методы
(МПВ, МОВ), а также одновременно возбуждать волны двумя и
более группами излучателей с регистрацией их на одну прием-
ную линию с последующим разделением колебаний на этапе кор-
реляции данных.

Наряду с достоинствами наземная невзрывная сейсморазведка
характеризуется определенными ограничениями и недостатками,
обусловленными ее принципами и особенностями:

-	приложение нагрузок к поверхности земли, что приводит к
смещению спектров регистрируемых волн в сторону низких
частот вследствие сильного фильтрующего действия ЗМС, от-
носительно высокому уровню поверхностных волн, небольшим
отношениям сигнал/помеха;

-	усложнение методики работ, необходимое для ослабления
регулярных и нерегулярных помех и увеличения отношения сиг-
нал/помеха;

-	необходимость использования дополнительного оборудо-
вания для синхронного накопления сигналов и корреляции, а
также программ обработки, учитывающих определенные особен-
ности вибрационных сигналов (корреляция, смешанно-фазовый
характер прокоррелированных записей и др.);

-	ограниченные возможности применения невзрывных источ-
ников в условиях сильно пересеченной местности, в густом ле-
су без очистки профиля от деревьев, на болотах и топях, а
также в других нестандартных условиях.

Тем не менее преимущества невзрывной сейсморазведки пре-
валируют над недостатками, что и предопределяет ее дальней-
шее развитие и относительное увеличение объемов применения.

Работы по совершенствованию, становлению и широкому при-
менению наземной невзрывной сейсморазведки выполнены и про-
В05^тся большой гРУппой специалистов стран СНГ, которые
работают в ряде научных и научно-производственных учрежде-
нии, конструкторских бюро и заводов, а также во многих про-
зводственных геофизических организациях.
Теоретические и экспериментальные основы наземной невзры-
вной сейсморазведки освещены в ряде монографий и во многих
статьях и публикациях, но она интенсивно развивается и за
последние годы предложены и получили практическое применение
новые идеи и способы выбора характера нагрузок, управления
спектральным составом генерируемых волн, контроля за работой
источников, а также совершенствования методики и техники
работ. Эти вопросы освещены в технической литературе недо-
статочно, что сдерживает их применение, а в ряде случаев
приводит к получению негативных результатов. В силу этих
причин подготовлена настоящая монография, в которой авторы
стремились изложить основные вопросы теории и практики на-
земной невзрывной сейсморазведки, обратив наибольшее вни-
мание на новейшие достижения. Для более полного освещения
методики и техники невзрывной сейсморазведки, а также полу-
ченных результатов к работе над книгой были привлечены спе-
циалисты ряда производственных организаций, которые подго-
товили соответствующие материалы по своим регионам. Это
позволило дать более полную картину состояния работ и по-
могло составить общее представление об уровне развития на-
земной невзрывной сейсморазведки в стране.

По содержанию монография делится на две части: теорети-
ческую и практическую.

В первой - изложены физические основы и теория наземной
невзрывной сейсморазведки, а во второй - дан краткий обзор
ее технических средств, освещены вопросы методики и техники
работ, а также приведены результаты ее применения по ряду
районов с различными сейсмогеологическими условиями.

Монография написана группой ведущих специалистов в обла-
сти наземной невзрывной сейсморазведки под общей редакцией
М.Б. Шнеерсона.
1.	МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ
И ОСОБЕННОСТИ ИХ ПОВЕДЕНИЯ ПОД
ДЕЙСТВИЕМ ДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК

В наземной невзрывной сейсморазведке волны возбуждаются
путем приложения динамических, переменных во времени нагру-
зок к поверхности земли или к стенкам скважины.

При поверхностном возбуждении нагрузки воспринимаются
самыми верхними слоями земли - грунтами, представленными в
большинстве районов переотложенными, рыхлыми, слабосцемен-
тированными породами различных литологического состава и
физических свойств. В зимнее время при низких отрицательных
температурах грунты могут быть сцементированы льдом и по-
крыты слоем снега различной мощности.

Излучающим элементом наземного невзрывного источника
является жесткая металлическая плита, которая устанавлива-
ется на поверхность грунта и под действием активных или
реактивных сил выводит его из положения равновесия, воздей-
ствуя на среду.

При возбуждении волн погружными невзрывными источниками
нагрузки прикладываются к стенкам скважины или непосред-
ственно, или через обсадную колонну и воспринимаются уже
плотными, коренными, не подвергшимися эрозии породами. Излу-
чающим элементом является жесткий металлический ударник или
корпус источника, прижатые к колонне или к стенке скважины,
или струя сжатого воздуха, резко повышающая давление в зоне
расположения излучателя.

Во всех случаях принято считать, что усилия, развиваемые
невзрывными источниками, воспринимаются определенным так
называемым присоединенным объемом грунта, играющим важную
роль в теории и практике невзрывного возбуждения волн. Под
действием внешних сил в присоединенном объеме грунта возни-
кают переменные во времени объемные или сдвиговые деформа-
ции, которые передаются близлежащим слоям и приводят к обра-
зованию упругих волн, интенсивность и частотный состав кото-
рых определяются величиной и характером нагрузок, физико-
механическими свойствами пород и их поведением под действием
переменных внешних сил.

1.1.	ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГРУНТОВ

В большинстве районов грунты представлены рыхлыми отло-
жениями, образовавшимися в результате физического и хими-
ческого разрушения и вторичного отложения коренных образо-
вании. В немерзлых грунтах, как правило, выделяют твердую
фазу, состоящую из совокупности сцементированных или разроз-
ненных минеральных частиц, и газообразную, воздушную фазу,
заполняющую свободное, поровое пространство между твердыми
частицами пород. В отдельных случаях при очень высоком
уровне грунтовых вод поровое пространство может быть запол-
нено водой. Коренные породы, залегающие ниже уровня грунто-
вых вод, имеют три фазы: твердую, жидкую и газообразную.
Мерзлые и вечномерзлые грунты и породы характеризуются
более однородным строением. Промерзание грунтов сопровожда-
ется кристаллизацией воды и смерзанием частиц пород. Однако
в лед переходит не вся вода, часть ее, непосредственно при-
мыкающая к поверхности частиц, остается незамерзшей [2, 52].
С понижением температуры количество свободной воды уменьша-
ется. В силу этих причин мерзлые и вечномерзлые грунты могут
быть как однородными, так и содержать прослойки льда, разде-
ляющие грунт на отдельные агрегаты. По своим физическим
свойствам мерзлые грунты отличаются от талых. В них увели-
чивается сцепление между частицами и агрегатами грунта,
влажные грунты увеличиваются в объеме и приобретают так
называемую морозную структуру со скоплением частиц льда.
Кроме того, грунты становятся водонепроницаемыми [2].

В естественных условиях немерзлые грунты состоят либо из
отдельных обломков горных пород, сцементированных в прочную
монолитную массу (скальные и осадочные породы), либо из
частиц, не связанных друг с другом прочными связями (обло-
мочные несцементированные породы и почвы). В этом случае
пространство между частицами образует поры, объем которых
может меняться в широких пределах. Он характеризуется коэф-
фициентом пористости кп, который определяется как отношение
суммарного объема пор V к объему твердой фракции Ут в
единице объема грунта. Коэффициент пористости характеризует
способность грунта к уплотнению и для реальных грунтов лежит
в пределах от 0,2 до 2 и более. Грунты считаются рыхлыми,
если кп > 1, и плотными, если кп < 1.

Твердая компонента в грунтах представлена частицами пород
различного минералогического и гранулометрического состава,
что во многом определяет механические свойства грунта. Раз-
меры обломочных материалов могут изменяться в широких пре-
делах - от сантиметра до долей микрона. В зависимости от
преобладающего диаметра обломков грунты по гранулометриче-
скому составу подразделяются на крупнообломочные, у которых
размеры твердых частиц <1	2 мм, песчаные, у которых

<1 > 0,05 мм, пылеватые, у которых 0,005 мм -< <1 < 0,05 мм,
и глинистые - с еще меньшими размерами зерен.

По степени соединения твердых частиц между собой грунты
подразделяются на связные (плотные), у которых отдельные
частицы скреплены между собой, образуя скелет, и несвязные
(рыхлые), сыпучие грунты, которые состоят из отдельных
несцементированных между собой зерен: пески, галечники,
гравий, щебень. Связность грунтов определяется содержанием
частиц глины, которая играет роль цементирующей добавки.
Условно грунты подразделяют [47] на связные - с содержанием
глинистых частиц более 12%, слабосвязные - от 3 до 10%,
несвязные - менее 3%. Значительные объемы сейсморазведочных
работ выполняются на пахотных землях, которые в сухую погоду
представляют собой взрыхленную сыпучую среду, частицы кото-
рой не связаны между собой. Лишь в дождливое время имеет
место набухание и слипание отдельных частиц пашни. В зимнее
время частицы грунта смерзаются, образуя единую двухфазную
систему, состоящую из твердой компоненты и льда.

Механические свойства связных грунтов во многом зависят
от относительного содержания в них глинистых минералов. В
строительной практике в зависимости от процентного содержа-
ния в них глинистых частиц принята следующая упрощенная
классификация [47]: глина - 30%; суглинок - 30-1(7%; супеси -
10-3%; песок - 3%.

Глинистые грунты характеризуются высокой связностью в
маловлажном состоянии, хорошо воспринимают и передают вниз
нагрузки, деформируемость их небольшая.

Суглинки имеют довольно широкое распространение, обладают
большей связностью и передают действующие на них нагрузки
несколько хуже, чем глинистые грунты.

Супесчаные грунты обладают достаточной связностью и до-
статочно хорошо сопротивляются внешним нагрузкам.

Песчаные грунты лишены сцепления и являются типично сыпу-
чими материалами, способность которых воспринимать нагрузки
определяется степенью увлажнения.

В грунтах, особенно выше уровня грунтовых вод, всегда в
той или иной степени содержится воздух. Он заполняет поры
грунта и может находиться в свободном или защемленном со-
стоянии. В первом случае воздух свободно сообщается с атмо-
сферой и поэтому оказывает небольшое влияние на физико-
механические свойства грунтов и их поведение под действием
динамических нагрузок. Защемленный воздух с атмосферой не
сообщается и поэтому оказывает большее влияние на свойства
грунтов.

В грунтах жидкая компонента (вода) заполняет пространство
между твердыми частицами и входит в состав зерен. По своему
состоянию вода подразделяется на свободную, т.е. способную
под действием различных внешних сил перетекать из одних пор
в другие, и связную, или адсорбционную, [2], находящуюся под
действием молекулярных сил во взаимосвязи с зернами и
покрывающую их тонким слоем.

Степень насыщения порового пространства грунта водой
определяется коэффициентом водонасыщения (К, который равен
отношению количества естественной воды в порах грунта к
максимально возможному. По величине коэффициента водонасы-
Щенности грунты разделяют на маловлажные, или неводонасы-
щенные, с Жв 0,5, влажные - с 0,5 .< Жв 0,8, водонасыщен-
ные - с 0,8.

Под нагрузкой водонасыщенные грунты ведут себя как жидко-
сти, сжимаемость которых определяется водой. В неводонасы-
щенных грунтах нагрузки до 10-15 МПа воспринимаются твердой
фракцией пород. Поэтому они ведут себя как твердые тела, и
только при очень больших нагрузках сжимаемость их начинает
зависеть от сжимаемости воды. При наземном невзрывном воз-
буждении колебаний породы грунта, примыкающие к области
приложения нагрузок, лежат выше уровня грунтовых вод и по
степени заполнения их пор жидкостью относятся к неводонасы-
щенным породам. В мерзлых грунтах свободная вода, как пра-
вило, отсутствует, и они также могут быть отнесены к неводо-
насыщенным образованиям. При возбуждении волн в скважинах
окружающие породы могут иметь различные коэффициенты водо-
насыщенности.

1.2.	КОМПРЕССИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГРУНТОВ

Возбуждение волн связано с деформацией пород, которая
достигается в результате действия вертикальных, горизонталь-
ных или наклонных нагрузок, которые могут быть приложены или
к поверхности грунта, или к стенкам скважины. Характер и
величины деформаций определяются величинами нагрузок и свой-
ствами пород в зоне их действия. Они могут быть обратимыми,
упругими и необратимыми, остаточными или пластическими.

Поведение грунтов будет различным в зависимости от напра-
вления действия сил. При вертикальных, сжимающих нагрузках
происходит сближение отдельных частиц грунта, которое при-
водит к изменению его объема, при горизонтальных - имеет
место сдвиг частиц грунта без изменения объема.

Поведение грунтов при сжатии определяется законом сжи-
маемости, который устанавливает зависимость между нагрузками
(давлениями) <г и относительными деформациями поверхностных
слоев С при скорости нагружения, стремящейся к нулю:

<г = ЛО-	(1-1)

Кривые (1.1) называются компрессионными и для грунтов
определяются экспериментальным путем. Неводонасыщенные грун-
ты характеризуются свойствами упруго-пластичных сред, для
которых зависимость напряжений от деформаций при статическом
нагружении может быть представлена обобщенной кривой, изо-
браженной на рис. 1 [2,52]. На ней можно выделить три уча-
стка. Первый, наблюдаемый при относительно небольших нагруз-
ках, имеет практически линейный характер и определяет
область упругих деформаций. В его пределах грунты ведут себя
как упругие тела, у которых нагрузка и разгрузка (снятие се)
происходят по одному и тому же закону. С определенной долей
ю
рис 1. Компрессионная кривая упруго-
пластических сред:

а - при нагрузке среды; б - при ее разг-'
рузке; <Г$, Су ’ пределы упругих напряжений
и деформаций

приближения можно считать, что на этом участке выполняется
соотношение <г = Е^. Коэффициент пропорциональности между
направлением и относительной деформацией грунта для случая
его простого' продольного сжатия с возможностью бокового
расширения называется модулем упругости пород Е, который
является физической константой пород.

Грунты, отличающиеся друг от друга удельным весом, грану-
лометрическим составом, плотностью и упругими свойствами,
характеризуются различными значениями модуля упругости.
Установлено также, что модуль упругости зависит от скорости
приложения нагрузок [2]. Значения модуля упругости для неко-
торых типов грунтов приведены в табл. 1. Линейная участок
кривой (1.1) ограничивается определенными значениями напря-
жения и деформации, получившими названия пределов упругости
(<гр и упругих деформаций (^). На этом участке происходит
упругое сжатие скелета породы за счет деформации твердой
фракции грунта. При этом скелет не разрушается и после сня-
тия нагрузки все частицы возвращаются в исходное положение.
По экспериментальным данным значения <г$ оказываются неболь-
шими, не превышающими 0,1-0,3 МПа для большого класса
грунтов. Для пахотных, рыхлых и несцементированных сред они
могут быть еще меньше. Мерзлые и вечномерзлые грунты харак-
теризуются существенно большими значениями.

Второй участок кривой сжатия характеризуется нелинейной
зависимостью деформаций от напряжения. Небольшому увеличению

Таблица 1

Грунт	Модуль упругости, кг/см3	
	Статические испытания	Динамические испытания
Песок крупнозернистый Песок среднезернистый Песок мелкозернистый Суглинки  Глины	450-620 450-830 до 850 до 3000 до 2000	600-700  450-500 до 5100 до 1600
напряжения соответствует значительное изменение деформации,
т.е. грунт как бы "течет”. В грунтах происходят разрушение
отдельных выступов скелета и перекладка его частиц за счет
заполнения порового пространства обломками твердой фракции.
В результате линейная зависимость между напряжением и
деформацией нарушается и грунты ведут себя как пластические
тела, у которых при снятии нагрузок наблюдаются остаточные
деформации, уровень их определяется, в первую очередь, вели-
чиной нагрузки и физическими свойствами. Обусловлены они
тем, что вследствие разрушения скелета в грунте нет сил,
которые привели бы его в исходное, недсформированное состоя-
ние. Поэтому нагрузка и разгрузка среды происходят по разным
законам, что и показано на рис. 1. При этом модули упругости
пород при нагружении и разгружении оказываются разными.
Возможно, что вторичное сжатие до величины деформации,
достигнутой при первоначальном нагружении, происходит при-
близительно по кривой разгрузки, т.е. в результате разру-
шения и переукладки твердых фракций грунта изменяются его
физические свойства и как бы расширяется область упругих
деформаций. В этом случае поведение грунта определяется не
только действующей, но и предыдущей нагрузкой. Поэтому при
текущих нагрузках <у < <г < <г (<г	- наибольшая ранее

*	шах шах

приложенная нагрузка) грунты ведут себя приблизительно как
упругие тела. Повышение предела упругости грунтов при повтор-
ном нагружении называется упрочением грунтов, и оно имеет
важное значение в практике работ с импульсными невзрывными
источниками колебаний [52].

Третий участок компрессионной кривой характеризуется
уменьшением роста деформаций с возрастанием нагрузок и <г =
= ЛС) меняет свою кривизну. Эта область связана с дефор-
мациями уже нарушенного и уплотненного грунта, которые пол-
ностью обусловлены сжимаемостью твердой фракции. Вследствие
этого грунт по своему поведению приближается к твердому телу
с коэффициентом пропорциональности между деформациями и
нагрузками, который в ряде случаев может быть равен модулю
упругости пород [2]. Дальнейшее увеличение действующих на
грунт нагрузок приводит к его разрушению. Величина <гп, при
которой это происходит, получила название предела прочности
грунта [2, 47].

Таким образом, в грунтах под действием статических сжи-
мающих сил протекают весьма сложные процессы, зависящие от
величины нагрузок, а также от состава и строения пород,
слагающих самую верхнюю часть разреза.

Подобные явления имеют место и под действием динамических
нагрузок, развиваемых вибрационными и импульсными поверхно-
стными источниками колебаний. Однако имеются и некоторые
различия, рассматриваемые далее.
1	3 ПОВЕДЕНИЕ ГРУНТОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ
ВЕРТИКАЛЬНЫХ нагрузок

1.3.1.	ВИБРАЦИОННЫЕ НАГРУЗКИ

При приложении к поверхности земли переменных во времени
и длительных вибрационных нагрузок частицы грунта, приле-
гающие к плите излучателя, начинают совершать вынужденные
колебательные движения, которые с течением времени распро-
страняются во всем объеме пород. В большинстве случаев
удельные нагрузки, развиваемые вибрационными излучателями,
невелики (<г	0,04-0,1 МПа) и не превышают предела упругости

пород. Тем не менее даже при таких небольших нагрузках могут
возникать остаточные деформации, обусловленные действием
инерционных сил, которые из-за различий масс отдельных
частиц пород приводят к образованию в местах контактов
напряжений сдвига. Величины этих напряжений определяются
массой и ускорением частиц, которые, в свою очередь, зависят
от частоты и амплитуды внешней силы. При небольших ускоре-
ниях, не превышающих определенного предела, называемого
порогом виброуплотнения т)п, возникающие в среде напряжения
урановешиваются или силами сцепления частиц грунта, или
прочностью водно-коллоидных пленок. Вследствие этого грунт
испытывает упругие, обратимые деформации, которые исчезают
при снятии нагрузки. При больших ускорениях в грунте про-
исходят необратимые процессы, связанные с перемещением
отдельных частиц грунта, его уплотнением и образованием
остаточных деформаций.

Значения цп определяются связностью грунтов и меняются в
довольно широких пределах. Для рыхлых песков величины порога
виброуплотнения не превышают долей ускорения силы тяжести, а
для плотных - десятков. В реальных условиях после работы
вибраторов на местности не видно отпечатка штампа. И только
при вибрировании на сыпучих, практически несвязных грунтах
(пашня, сухие пески, обломочные породы и т.д.) можно увидеть
следы от работы вибраторов.

Под действием вибрационных нагрузок, так же как и под
действием стационарных сил, происходит упрочнение грунтов,
которое заключается в повышении естественного порога вибро-
уплотнения до значений ускорений, развиваемых вибратором.
Поэтому при повторных нагружениях с ускорениями, меньшими
или равными предыдущим, дополнительного уплотнения грунта не
будет.

Амплитуда и характер колебаний грунта зависят от величины
возмущающей силы, упругих свойств грунта, частоты колебаний,
массы и размеров плиты, а также от объема пород, вовлекаемых
в движение. Важное значение при этом имеет отношение между
возмущающей силой Р, развиваемой вибратором, и весом плиты с
Учетом нагружающих ее конструкций При Р < Р плита плотно
прижата к грунту, и они образуют единую систему, колеблю-
щуюся в соответствии с прилагаемой нагрузкой. Тем не менее
возможны небольшие запаздывания движения грунта относительно
плиты при изменении направления нагружения, вызванные силами
инерции пород. В тех случаях, когда Р < Р происходит отрыв
плиты излучателя от поверхности земли, что приводит к воз-
никновению ударных нагрузок, появлению искажений и к изме-
нению характера колебаний грунта. Поэтому во всех конструк-
циях вибраторов примаются меры к тому, чтобы всегда выпол-
нялось условие Р > Р.

1.3.2.	ИМПУЛЬСНЫЕ И КОДОИМПУЛЬСНЫЕ НАГРУЗКИ

Нагрузки, развиваемые импульсными и кодоимпульсными
источниками, характеризуются значительными скоростями и
амплитудами (второе для кодоимпульсных источников не ти-
пично). Поэтому на процессы, протекающие в грунтах, начинают
влиять инерционные вязкие свойства пород, что приводит к
тому, что деформации начинают отставать от напряжений, и за-
висеть от скорости напряжений, видоизменяются кривые <г =
= /Ю и значения величин <г , С и <г .

На рис. 2 приведены зависимости <г = /ХС), полученные при
разных скоростях нагружения, из которых видно, что кривые не
совпадают между собой и все больше расходятся между собой с
увеличением С- С возрастанием С одни и те же деформации
реализуются при больших <г. Поэтому при динамических
нагрузках происходит увеличение пределов упругости и осо-
бенно прочности грунтов.

Наземные импульсные невзрывные источники развивают значи-
тельные усилия, которые превышают предел упругости и прибли-
жаются, а в ряде случаев и превышают предел прочности пород.
При динамическом характере нагрузок происходит увеличение
предела прочности пород, что имеет определенное значение для
выбора характеристик излучателя, так как превышение этого
предела нежелательно из-за значительного расходования энер-
гии удара на разрушение пород. Поэтому рассмотрим основные

Рис. 2. Характер компрессионных кривых
при разных скоростях деформации:

1 -	—» .0; 2, 3 - при промежуточных

значениях С, ', п - при	—> оо
факторы, влияющие на изменение динамического предела прочно-
сти пород.

Наиболее полно этот вопрос рассмотрен в работах, посвя-
щенных сооружению покрытий, плотин и т.д. [47]. В них пока-
зано что в общем случае предел прочности зависит от связно-
сти пород, площади контактной поверхности, скорости нагру-
жения и процентного содержания глинистых частиц. Для практи-
ческих расчетов введена величина нормального предела прочно-
сти грунта <г , которая определяется экспериментально на
образцах пород, имеющих обычную влажность и плотность,
равную 0,95 от максимальной.

Значения нормального предела прочности (МПа) для
некоторых типов грунтов различной связности при
нагружении их штампом диаметром 1000 мм

Малосвязный (песчаный, супесчаный)..................................3-7

Средней связности (суглинистый) ....................................7-12

Высокой связности (тяжелосуглинистый) ..............................12-20

Весьма связный (глинистый)..........................................20-23

Эти данные относятся к насыщенным, предварительно утрам-
бованным грунтам. Ненарушенные грунты характеризуются боль-
шими величинами (г и могут быть получены, если значения из
таблицы умножить для суглинков на коэффициент 1,3-1,5, а
для тяжелых суглинков и глин - на 2,2-3. Малосвязные образо-
вания в насыпном состоянии и естественном залегании имеют
практически одинаковые пределы прочности. Усредненные зави-
симости изменения предела прочности от диаметра рабочей
плиты излучателя, скорости приложения нагрузок и содержания
глинистых частиц в грунте приведены на рис. 3, из которого
следует, что с увеличением относительного диаметра рабочей
плиты излучателя имеет место возрастание относительного
предела прочности пород. Причем вначале наблюдается практи-
чески линейное увеличение отношения <г /<г , а затем выпола-
живание кривой. Из этого следует, что при желании увеличить
предел прочности грунта нет оснований во много раз увели-
чивать диаметр излучающей плиты. Значительное влияние на
увеличение относительного предела прочности пород оказывает
скорость приложения нагрузок. Наблюдается практически линей-
ное увелчение <г с ростом скорости деформации. Наличие
такой связи оказывает определенное влияние на выбор пара-
метров импульсного излучателя. С одной стороны, нежелательно
работать за пределом прочности грунта, а с другой - для
увеличения интенсивности возбуждаемых волн необходимы боль-
шие импульсные нагрузки на среду. Содержание глинистых
частиц в грунте оказывает двоякое влияние на изменение пре-
дела прочности пород. Вначале с увеличением процентного
содержания глинистых частиц наблюдается снижение предела
Рис. 3. Увеличение нормального предела
прочности пород от относительного увели-
чения диаметра излучающей плиты (а), ско-
рости приложения нагрузок (6) и содержания
глинистых частиц (а)

I ।	।_______I-------1

О 10	20	30 Сп?/<>

Рис. 4. Экспериментально полу-
ченная зависимость между осевым
напряжением сг ,и объемной дефор-
мацией 0 при ~ 25 м/с

Рис.5. Компрессионная кривая
при повторяющихся нагрузках

прочности пород, а затем его возрастание. Обусловлено это
тем, что при небольшом содержании глина играет роль смазки,
облегчая деформацию пород. Повышение содержания глинистых
частиц сверх определенного предела приводит к обратному
эффекту за счет их цементирующего влияния, следствием чего и
является весьма резкое возрастание предела прочности пород.

Приведеные данные указывают на то, что при динамических
нагрузках предел прочности увеличивается и при скорости
деформации 15-25 м/с, развиваемой импульсными источниками,
можно ожидать 5-10-кратного увеличения значений <г по
16
сравнению с его нормальными значениями, приведенными выше.
Поэтому на грунтах средней и высокой связностей значения <г
могут быть приняты равными 3-5 МПа.

Компрессионные характеристики грунтов при динамических
нагрузках в целом аналогичны тем, которые имеют место при
статических нагружениях. Типичная кривая, полученная при
скоростях деформации С = 25 м/с, показана на рис. 4. В
начальной части кривой преобладают упругие деформации, хотя
область их невелика и выражена весьма нечетко. Далее кривая
выполаживается, что указывает на развитие в грунте пласти-
ческих деформаций. При дальнейшем увеличении нагрузок про-
должается одновременное развитие упругих и пластических
деформаций за счет переукладки твердой фракции грунта и
образования в скелете устойчивых ядер. При уменьшении
нагрузок наблюдается вначале некоторое увеличение деформации
за счет действующих в грунте инерционных сил, а затем их
уменьшение по кривой разгрузки. При полном снятии нагрузок
образуются остаточные деформации, которые меньше максималь-
ных за счет частичного разуплотнения твердой фракции грунта.
Повторное сжатие происходит, как правило, по кривой раз-
грузки, вследствие первоначальной деформации пород, пере-
укладки ее частиц и более плотной их компоновки. При неболь-
шом числе актов нагружения п 5-10 с < <г < <г₽ остаточные
деформации возрастают с номером удара и оцениваются соотно-
шением [47, 52]

= <,(1 + Ь 18п),
где и С] - деформации грунта после и-го и первого воздей-
ствий; Ь - коэффициент.

С увеличением числа актов нагружения при <г < <гтах оста-
точные деформации стабилизируются и кривые нагружения стано-
вятся все более прямолинейными и совпадающими друг с другом
(рис. 5). При этом уплотненный грунт испытывает практически
только упругие деформации, обусловленные сжатием скелета
породы.

Однако. когда п становится слишком большим, в грунте
образуется ядро конусообразной формы, которое отделяется от
основного массива грунта. После образования ядра уплотнение
пород практически приостанавливается и при дальнейшем
увеличении числа воздействий грунт "устает” и происходит его
разрушение.
1 4 ПОВЕДЕНИЕ ГРУНТОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ
КАСАТЕЛЬНЫХ НАГРУЗОК

Под действием касательных нагрузок в грунте возникают
силы, стремящиеся сдвинуть, сместить его частицы друг отно-
сительно друга в горизонтальной плоскости. Когда эти силы
превышают силы сцепления, удерживающие частицы грунта в
неподвижном состоянии, происходит их смещение без изменения
объема. Зависимость между смещениями частиц песчаного грунта
I и величинами касательных нагрузок т показана на рис. 6.
Сначала она практически линейна и достигает максимума при
определенных значениях т и I. Грунт сопротивляется дей-
ствующим на него касательным нагрузкам и деформации носят
обратимый характер. На этом участке кривой имеет место ана-
логия с вертикальными нагрузками. Затем наступает область
неупругих деформаций, которая совпровождается срезанием
частиц грунта и скольжением их друг относительно друга. При
этом грунт разрыхляется, смещения увеличиваются и деформации
носят необратимый характер. Течение грунта может происходить
при постоянных и даже уменьшающихся нагрузках. При повторном
нагружении характер процессов в целом повторяется, однако
упрочнения грунта не происходит. Очевидно, что при возбужде-
нии колебаний, оптимальной будет работа излучателя в началь-
ной линейной части кривой.

В рыхлых связных грунтах, содержащих воздух, сопроти-
вление сдвигу вначале растет довольно медленно в связи с
постепенным уплотнением пород и увеличением числа контактов
между их частицами. После того, как внешне нагрузки превысят
силы сцепления, происходит срезание грунта и он разрыхля-
ется. У плотных грунтов сопротивление сдвигу быстро возра-
стает и достигает максимума уже при небольших величинах
деформации. После срезания грунта силы сопротивления падают
и он разрушается.

Сопротивление грунтов сдвигу зависит от нормального дав-
ления, действующего на его поверхность, и возрастает с его
увеличением. В силу этих причин в источниках поперечных волн
плита массой машины прижимается к поверхности земли. Зави-
симости сопротивления сдвигу от нормального давления носит
практически прямолинейный характер, отклоняясь от него лишь
в начальной части кривой при небольшом нормальном давлении.
Вне этой зоны сопротивление грунтов сдвигу определяется
коэффициентом сдвига

И = х/р =

где тир- соответственно сдвигающее и нормальное напря-
жения; <р - угол сдвига, зависящий от величины нормального
давления. В общем виде сопротивление сдвигу можно предста-
вить уравнением

Т = р 1%<р - с>

18
РИС. 6. Зависимость величины смещений частиц
гпущ-а (1 - платный песок, 2 - рыхлый) от
^-этульных нагрузок

где с - сцепление грунта, оно не зависит от величины
нормального давления и определяется исключительно свойствами
грунтов. В реальных связных грунтах силы сцепления зависят
от следующих факторов:

-	наличия естественного цемента;

-	водно-коллоидных связей, обусловленных силами молеку-
лярного притяжения оболочек грунтовых частиц;

-	капиллярного давления;

-	механического сопротивления, возникающего при движении
твердых частиц друг относительно друга.

В сыпучих грунтах силы сцепления практически отсутствуют
или имеют небольшие значения. При наклонном приложении
нагрузок в грунтах одновременно развиваются деформации сжа-
тия и сдвига, которые приводят к изменению объема и смещению
частиц пород друг относительно друга.

Таким образом, под действием внешних сил в грунтах могут
происходить деформации сжатия и сдвига, величина и характер
которых определяются величиной и направлением нагрузок,
а также физическими свойствами пород.

1.5. МОДЕЛИ ГРУНТОВ В НЕВЗРЫВНОЙ
СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ

Рассмотрение процессов, происходящих в грунтах под дей-
ствием динамических нагрузок, показывает, что они носят
довольно сложный характер и не поддаются, в большинстве
случаев, строгому математическому описанию. С другой сто-
роны, из практики работ с невзрывными источниками следует,
что физические свойства грунтов и их поведение под действием
динамических нагрузок оказывают существенное влияние на
характер протекающих процессов и параметры возбуждаемых
волн. В этой связи для решения ряда теоретических и практи-
ческих задач возникает необходимость замены реальных грунтов
некоторыми идеализированными схемами-моделями с сосредото-
ченными элементами, учитывающими основные свойства пород.
При этом важно, чтобы выбранные модели достаточно полно
учитывали свойства пород и были бы сравнительно простыми и
2*	19
наглядными для анализа и возможности получения качественных
и желательно количественных оценок.

К настоящему времени предложено значительное число моде-
лей грунтов различной сложности, которые составлялись с уче-
том характера решаемых задач и тех процессов, которым при-
давалось наибольшее значение. Для целей невзрывной сейсмо-
разведки, очевидно, необходимо исходить из следующих основ-
ных посылок. При возбуждении колебаний на среду действует
внешняя сила, выводящая из положения равновесия определенный
объем грунта, который затем совершает вынужденные или соб-
ственные колебания в зависимости от характера внешней на-
грузки. Силы противодействия носят сложный характер, но
основные и'з них - силы инерции, которые препятствуют сме-
щению материальных частиц грунта, как при нормальных, так и
при касательных нагрузках, силы упругости, обусловленные
деформацией пород, вязкие силы, вызванные неупругими дефор-
мациями и расходом энергии на возбуждение волн. Противодей-
ствие внешним силам оказывают и силы пластичности, которые
при превышении определенного порога приводят к значительным
деформациям пород. Поэтому при выборе моделей грунта будут
учитываться именно эти силы, оказывающие наибольшее влияние
на характер поведения грунтов под действием динамических
нагрузок. Следует отметить, что пластические свойства грун-
тов при сравнительно небольших нагрузках, развиваемых
невзрывными источниками, выражены не очень сильно и вслед-
ствие трудности их учета в дальнейшем не рассматриваются.

Применительно к решению задач наземной невзрывной сейсмо-
разведки предложено два вида моделей грунтов, соответственно
для ее вибрационной и импульсной модификаций [50, 52].

В вибрационной сейсморазведке, характеризующейся неболь-
шими по интенсивности, но продолжительными во времени
нагрузками, не превышающими предела упругости пород, прини-
мают во внимание инерционные, упругие и вязкие свойства
присоединенного объема грунта и прилегающих к нему пород.
Поэтому среда заменяется механической цепочкой, состоящей из
параллельно соединенных массы т„ присоединенного объема
грунта, воспринимающего передаваемые ему усилия, упругости
Сн и демпфера Лн. Электрический аналог этой механической
системы состоит из последовательно соединенных индуктивно-
сти, емкости и омического сопротивления с импедансом [50]:
7п(ш) =	+ 1//шСн +	(1.2)

Величина 7 (ш) является комплексной, и ее значения зависят
п

от частоты. Рассматриваемая механическая (электрическая)
цепочка образует колебательный контур, который на частоте

= 1/УСнт„.

имеет резонанс и минимальное сопротивление, равное Л. При
20
этом ток в цепи (скорость смещения механических аналогов
системы) достигает максимально возможных для данной системы
значений.

Для вертикальной силы, действующей на жесткую круглую
плиту, лежащую на упругом полупространстве, компоненты
импеданса (1.2) оцениваются выражениями [50]

К - 1/С„ - 8<1-Л₽г=г0,

К = Ш-у2)ру„г2а.	(1.3)

Н	О V А

где у * отношение скоростей поперечных Ух и продольных уР
волн; р - плотность пород; го - радиус штампа; <*т и -
поправочные коэффициенты, близкие к единице, но зависящие от
частоты и у.

Следует отметить, что полученные формулы справедливы при
условии

ЫГо/у5 1,

которое для сейсмического диапазона частот при проведении
работ в типичных сейсмогеологических условиях чаще всего
выполняется. Например, для / = 30 Гц, г0 = 1 м, у5 = 200 м/с

ыг„ = 6,28x30x1 = 188	.

V	200	200

Для практических расчетов, в которых не требуется очень
большая точность, коэффициенты и могут быть приняты
равными единице. В этом случае величины из (1.3) становятся
такими:

тИ = (ЬтЪрг’,

Кн = 8(1-т2)ру^0,

Пн = 7(1-у2)рУ8^.	(1.4)

Соотношения (1.4) позволяют решать целый ряд задач, имеющих
определенное практическое значение. В частности, по ним
можно оценить резонансную частоту присоединенного объема
грунта и определить относительную величину каждого входящего
в механическую цепочку элемента.

Например, резонансная частота

шр =	/^8.

р г о

И для рассмотренного выше примера получим
Таблица 2

Грунт	С, нм/Н	Л, МН • с/м	т, кг	/р. Гц

Лед	0,23	3,25	520	1035
Мел	0,079	7	770	517
Песок	1,3	2,15	1240	162
Мягкая глина	12	0,1-0,5	1500	45

/Р = 90 Гц,
т.е. резонансная частота оказывается весьма высокой и больше
той, которая наблюдается при работах с вибрационными источ-
никами. Обусловлено это рядом причин, в том числе неучетом
массы плиты вибратора, наличие которой, как будет показано
далее, снижает резонансную частоту системы вибратор - грунт.
Тем не менее значительная резонансная частота присоединенной
массы грунта позволяет рассчитывать на возможность возбужде-
ния колебаний с весьма широкой полосой частот.

Для оценки относительных величин сопротивлений определим
их отношения из (1.4)

КЛтк = 8й/го, Л„/т„ = 7у5/г0.

В связи с тем, что всегда | гз| > |го|, эти отношения
существенно больше единицы, из чего следует, что присоеди-
ненная масса грунта играет меньшую роль, чем его жесткость и
затухание.

Определению компонент сопротивления присоединенного объе-
ма грунта посвящен ряд работ, выполненных применительно к
задачам невзрывной сейсморазведки [50, 57] и строительства.
В таблице 2 приведены оценки этих величин, заимствованные из
работы [57]. Обращает на себя внимание большой разброс зна-
чений резонансных частот, что скорее всего обусловлено
трудностями и погрешностями определения параметров, а также
разнообразием физических свойств реальных грунтов. Это заме-
чание следует иметь в виду еще и потому, что измерения резо-
нансных частот при работах с вибраторами, выполненные в раз-
личных условиях, дают устойчивые значения в полосе 25-35 Гц.

В этой связи определенный интерес могут представлять
значения упругости пород, определяемые в практике строитель-
ных работ при расчетах осадок грунтов под весом фундаментов
зданий и сооружений. По физической природе обобщенный коэф-
фициент сжатия пород аналогичен их упругости. Для квадрат-
ного штампа [47]

„ _ 0,95(1-Ц2)

Сн	аЕ

где ц - коэффициент Пуассона; а - сторона квадрата. Для
грунта с Е = 107 Н/м и штампа с а = 1 м получим Сн к
« 10-7 м/Н.	У

22
Значение Сн на один-два порядка больше тех, которые при-
ведены в табл. 2, и рассчитанные с ним значения резонансных
частот ближе к тем, которые наблюдаются на практике. Напри-
мер, для льда /р = 22 Гц.

В общем случае рассматриваемые параметры для однородного
упругого полупространства с постоянной скоростью должны
быть постоянными на всех частотах. Однако в реальных слои-
стых средах, когда скорости поперечных волн возрастают с
глубиной, значения Ск и определяемые на разных частотах,
могут не совпадать. Обусловлено это тем, что с изменением
частоты изменяется длина возбуждаемых волн, а вследствие
этого - вертикальные размеры присоединенного объема грунта.
Они будут увеличиваться или уменьшаться и захватывать слои с
различными скоростями поперечных волн, что и приведет к
изменению величин Сн и Лн. Экспериментальные работы подтвер-
ждают это положение [50].

При горизонтальных смещениях прижатой к поверхности земли
плиты вибратора сопротивление присоединенного объема грунта
может быть записано в той же форме, что и для вертикальных
нагрузок на среду [50]:

г„г(а>) ~	+ /ыщнг + 1 //&)Снг-	(1.5)

Компоненты сопротивления определяются соотношениями

/?нг = 8(1-у2) (3-2эг2)‘1рг5гоая,

т =| (1-у2) (3-2у2) 'ргоос ,
нг 4	т

кт = 1/снг = ^(РуЪсз-гу)^2^,	(1.6)

где а , а - коэффициенты, зависящие от к и близкие к еди-
нице. Из (1.6) следует, что частота резонанса

шр =т/ К„г/т„г = (гх/р) / 21

и она оказывается несколько большей, чем при вертикальном
нагружении, что трудно объяснить. Из (1.4) и (1.6) можно
определить соотношение компонент импеданса при вертикальном
и горизонтальном нагружении, считая равными коэффициенты ат
и а^:

Лн/Лкг ~ 0,9(3-2у2); тн/т.нг = ± (3-2у2);

Ки/Кнг = | (3-2у2).

Из полученных соотношений следует, что при у2 = 1/3 ком-
поненты сопротивления грунта при вертикальных и горизонталь-
ных нагрузках и одинаковых размерах излучающих плит отлича-
ются друг от друга в два-три раза.
Рис, 7. Модель грунта в случае им-
пульсного возбуждения М:

1 - инерционный элемент, 2 - упру-
гий, 3 - вязкий (демпфер)

В имульсной сейсморазведке при описании процессов взаимо-
действия источника с грунтом получила определенное приме-
нение упруговязкая инерционная модель грунта. При этом
предполагается, что удары производятся по предварительно
уплотненному грунту. Модель состоит из последовательно
соединенных пружины с жесткостью Х„1 и массы т,1, к которым
подсоединена параллельная цепочка, включающая в себя пружину
с Кя2 и демпфер /?Н1 (рис. 7). От модели грунта при вибраци-
онном возбуждении она отличается двухзвенным соединением
входящих в нее элементов, что обусловлено желанием более
детального учета происходящих процессов. Можно предложить
следующую схему работы рассматриваемой модели.

В момент приложения внешней интенсивной нагрузки происхо-
дят практически мгновенные деформации грунта и в нем разви-
ваются инерционные и упругие силы противодействия, опреде-
ляемые массой и пружиной 1. Если грунт был предварительно
хорошо уплотнен, то нагрузки и деформации связаны линейным
соотношением

<Г =

где Е\ и - динамический модуль упругости и начальная
деформация пород.

В общем случае смещения частиц среды могут выйти за
область упругих деформаций. Тогда соотношение (1.7) будет
состоять из двух слагаемых:

сг = Е1^ + Е&,

где Е2 и - модуль упругости и деформация пород за
пределом линейной зоны.

В соответствие с принятой схемой считается, что в на-
чальный момент времени элемент 2 не деформируется, так как
его сжатию препятствует демпфер 3. Однако выведенная из
положения равновесия масса М начинает совершать собственные
колебания и постепенно вовлекает в движение весь объем
грунта. Поэтому упруговязкий элемент начинает также деформи-
роваться, в нем возникают силы сопротивления, определяемые
соотношением

~ ЕгС,з + 7}^3,

где Е2 - модуль упругости второго упругого элемента модели
(2); 7} - вязкость грунта, коэффициент пропорциональности
между напряжением и скоростью смещения полюсов демпфера 3;
24
^3 - деформация пород при собственных колебаниях грунта.

Деформации Сь С и Сз, как правило, связаны со смещением
зерен и их переукладкой, которые протекают в течение конеч-
ного промежутка времени и носят необратимый характер. Общая
деформация элемента грунта в объеме присоединенной массы
грунта

С = С1 + Сг + <3.

Электрический аналог модели представляет собой контур, в
котором емкостные (упругие) и индуктивный (инерционный) эле-
менты включены параллельно, что предопределяет возможность
возникновения на определенных частотах резонанса, уровень
которого будет определяться относительной величиной зату-
хания. Практика работ с импульсным невзрывными источниками
подтверждает это предположение.

Таким образом, рассмотренная модель грунта в целом отра-
жает процессы, происходящие в грунтах при действии интен-
сивных импульсных нагрузок.

Одним из существенных недостатков модели является то, что
она не учитывает возможность образования остаточных дефор-
маций, допуская лишь запаздывание их относительно времени
приложения нагрузки. Определение параметров модели сопряжено
со значительными трудностями в связи с нестационарным харак-
тером протекающих процессов. В настоящее время отсутствуют
точные решения и можно говорить лишь о качественных оценках.
В частности, для оценок упругости пружины 2 и демпфера 3
можно использовать ранее приведенные соотношения. Практи-
ческое значение имеет оценка величины присоединенной массы.
Для ее определения могут быть использованы формулы, исполь-
зуемые в практике строительства дорожных покрытий. Как ранее
указывалось, под массой присоединенного объема грунта пони-
мается масса того объема пород, которая вовлекается в дви-
жение (деформируется) во время действия излучателя и взаимо-
действует с ним. По характеру протекающих процессов понятие
присоединенного объема грунта близко к понятию активной зоны
в дорожном строительстве [47, 52], которая определяется как
область локализации остаточных деформаций грунта при повто-
ряющихся импульсных нагрузках в процессе трамбовки дорог.
Размеры активной зоны находятся из предположения, что оста-
точные деформации локализуются в вертикальном столбике
пород, имеющем определенную глубину и основание, равное
площади плиты источника.

Глубина активной зоны зависит от диаметра штампа, давле-
ния, влажности грунта и его гранулометрического состава.
Определить ее можно, воспользовавшись известным соотношением
Для вычисления глубины активной зоны при уплотнении грунтов

А = а«/Пл (1-е’^°'/<Гр) И^/И^о,
где (1пл - диаметр плиты излучателя; Ж, - оптимальная
влажность; а и /3 - безразмерные коэффициенты.

Величина а, зависящая от скорости нагружения, уменьшаясь
с ее увеличением, принимает значения 1,1 <:	2. Коэффициент

0 = 3,7 для большинства связных грунтов [47].

При контактных давлениях, близких к динамическому пределу
прочности пород (<г/<гр = 1), и при скоростях деформаций 15-
20 м/с (а = 2) глубина активной зоны А = (2-2,5) с!пл.

Имея оценки Л, зная </пл и плотность грунта, легко опре-
делить его присоединенную массу. Например, для импульсного
излучателя, имеющего <7 = 1,5 м, присоединенная масса грунта
для пород с р = 2,6 г/см3 и Ж = Жо будет т ~ 14 000 кг.

Полученная оценка является максимальной, так как в
начальный момент действия излучателя масса равна нулю,
а затем возрастает. Поэтому можно считать, что среднее зна-
чение массы за весь период взаимодействия рабочей плиты
источника с грунтом будет вдвое меньше максимальной.

2.	ТЕОРИЯ НАЗЕМНОЙ НЕВЗРЫВНОЙ
СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Настоящая глава посвящена изложению теоретических основ
наземной невзрывной сейсморазведки. В ней рассмотрено взаи-
модействие излучающей плиты источника с грунтовым полупро-
странством и определен характер возникающих движений при
импульсном и вибрационном возбуждении, дана теория вибраци-
онной сейсморазведки с изложением особенностей применяемых
управляющих сигналов и их корреляционных функций.

2.1.	ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НЕВЗРЫВНОГО ИСТОЧНИКА

С ГРУНТОВЫМ ПОЛУПРОСТРАНСТВОМ

Излучающим элементом наземного невзрывного источника
является жесткая металлическая плита, которая под действием
активных или реактивных сил совершает вертикальные, горизон-
тальные или наклонные движения, создавая динамические на-
грузки на поверхность земли. Если считать среду в области
действия излучателя однородной, то задача возбуждения волн
наземным невзрывным источником сводится к действию силы на
поверхности упругого полупространства. В связи с тем, что
линейные размеры излучающих плит существенно меньше, чем
преобладающие длины возбуждаемых волн, реальные источники
и генерируемые ими силы могут считаться точечными.
Для упругого полупространства действие вертикальной силы
приводит к возбуждению в нем продольной (Р), поперечной (8),
поверхностной (К) и конической (Р8) волн [13]. Продольная
волна распространяется со скоростью я* и имеет наибольшую
интенсивность по вертикали в направлении действия силы. По
мере отхода от вертикали интенсивность продольной волны
уменьшается по закону косинуса и становится равной нулю
в направлении дневной поверхности.

Поперечная волна распространяется со скоростью и имеет
довольно сложное распределение интенсивностей в зависимости
от угла <р между вертикалью и направлением на точку, в
которой определяется амплитуда волн. Максимум ее будет
наблюдаться в диапазоне углов <р & 40-50, а минимум - при
углах а = агсзшСгк/ур) и вдоль свободной поверхности [13].
Распределение интенсивностей волн в пространстве под точкой
приложения силы определяется характеристикой направленности.
Теоретическая характеристика направленности для точечной
вертикальной силы, действующей на поверхности, представляет
собой окружность, вершина которой расположена в точке при-
ложения нагрузки. Реальные характеристики направленности,
полученные для некоторых модификаций источников, приведены
на рис. 8. Как видно, характеристики достаточно близки к
теоретическим, но для источников продольных волн они не-
сколько вытянуты в направлении действия силы.

Продольные и поперечные волны являются объемными и зату-
хают обратно пропорционально расстоянию от точки наблюдения
до места приложения силы.

Поверхностная волна распространяется со скоростью гк ~
и убывает от источника вдоль поверхности среды обратно про-
порционально V К. Следовательно, по мере удаления от источ-
ников колебаний поверхностные волны будут доминировать на
записях, что в целом подтверждается практикой работ с назем-
ными невзрывными источниками.

Коническая волна из-за очень небольшой интенсивности и
низких частот на сейсмограммах не выделяется, поэтому эти
волны в дальнейшем не рассматриваются.

Распределение энергии по вертикальной нагрузке между
волнами примерно следующее [52], %: продольные - 7, попе-
речные - 25, поверхностные - 68. Поэтому на сейсмограммах,
полученных при работе с наземными невзрывными источниками,
превалируют поверхностные и поперечные волны, и для выделе-
ния целевых продольных волн необходимы специальные методи-
ческие приемы.

При приложении к поверхности упругого полупространства
точечного источника горизонтальной силы в среде возникают
продольные и поперечные волны, поляризация которых опреде-
ляется направлением действия этой силы. При ее ориентации
вдоль линии профиля (ось х) в среде возникают продольная (Р)
и поперечная (8У) волны [38]. Продольная волна в вертикаль-
Рис. 8. Экспериментальные характеристики направленности импульсного ис-
точника по продольным (а, в) и поперечным (б) волнам и вибрационного
источника по продольным волнам (г)

ном направлении не излучаете^, а ее минимальные амплитуды
наблюдаются под углами 40-60 относительно вертикали. Форма
волны по фронту не меняется. Поперечная 5У волна поляризо-
вана в вертикальной плоскости и фаза ее остается постоянной
для углов с вертикалью |о| < агсзтСгх/гр). При действии
точечной горизонтальной силы перпендикулярно линии профиля
(ось у) в вертикальной плоскости, проходящей через профиль
(плоскость хОг), наблюдается только поперечная волна 5Н,
поляризованная в направлении, перпендикулярном линии профиля
с равномерной характеристикой направленности.

Волновые поля, возбуждаемые скважинными источниками, ха-
рактеризуются большей однородностью. Например, источник,
свободно размещенный в скважине, может рассматриваться как
центр расширения, который генерирует чисто продольные волны
[13]. При прижатии источника к свободной колонне или стенке
скважины картина несколько усложняется в зависимости от
направления действующей силы. При ее направлении вдоль оси
скважины будут возбуждаться поперечные волны, а по перпен-
дикуляру - продольные и поперечные волны. Эти вопросы рас-
смотрены в ряде работ [51] и здесь не анализируются.

Реальные среды, на которых проводятся работы с невзрыв-
ными источниками, в разной степени отличаются от упругого
полупространства по своим физическим свойствам. Поэтому
протекающие при возбуждении колебаний процессы могут приво-
дить к образованию волн, имеющих несколько иное распреде-
ление интенсивностей при сохранении общей качественной
картины, которая подтверждается практикой работ с невзрыв-
ными источниками колебаний.

Рассмотрим характер взаимодействия импульсных и вибра-
ционных источников с грунтовым полупространством.

Особенностью импульсных источников является то, что они
развивают кратковременные, быстро протекающие динамические
нагрузки. Вследствие этого время взаимодействия рабочей
28
плиты излучателя с грунтом оказывается небольшим, сравнимым
с периодом возбуждаемых колебаний. Однако за это время про-
исходит значительное изменение скоростей взаимодействующих
тел и среде передается конечная величина энергии, которая
расходуется на деформацию пород грунта и возбуждение упругих
колебаний. Силы, действующие в системе источник - грунт,
носят импульсный, ударный характер. В теории удара в каче-
стве меры взаимодействия тел рассматриваются не сами силы,
а их импульсы

где РуД и Р - сила и средняя сила, действующие за время
удара /Уд.

Изменение количества движения двух контактирующих тел
определяется не только их массами и скоростями, но и их
упругими свойствами, которые характеризуются коэффициентом
восстановления К. Он равен отношению разностей абсолютных
значений скоростей тел в конце и начале удара:

К = (И1-И2>/(Р1-Г2),

где г, и й - скорости тел в начале удара; ш и ц2 -
скорости тел в конце удара.

Коэффициент К меняется от единицы до нуля. При К=1 разно-
сти скоростей у обоих тел в конце и начале удара одинаковые
и удар называется абсолютно упругим. При К=С скорости соуда-
ряющихся тел в конце удара равны друг другу (ш = ы2), тела
движутся вместе и удар называется абсолютно неупругим.

Для реальных грунтов коэффициент восстановления оказы-
вается небольшим (К = 0,1-0,2) и для практических расчетов
он может быть принят равным нулю, т.е. удар рабочей плиты
импульсного источника по грунту принимается как абсолютно
неупругий и после него плита и прилегающие к ней слои грунта
движутся вместе со скоростью

Мг п VI +ти V?	< >

ш = И2 = и = —*- *-* ,	(2.1)

Л/гр+^н

где Л/гр и т„ - массы рабочей плиты и присоединенного объема
грунта.

Ударный импульс, развиваемый плитой излучателя,

I = МГр(и-п).	(2.2)

После подстановки (2.1) в (2.2) получим выражение для
импульса силы, действующего в системе плита - грунт

/ = А* г р.тд. < к? 7-Х.12.	(2.3)

М+ГИц

При ударе по неподвижному грунту (г = 0) (2.3) преобра-
зуется к виду
1 - МгрШн^г/ (Л/гр+7Ин) •

Ранее было показано, что масса присоединенного объема
грунта значительно превышает массу рабочей плиты излучателя
(Л/гр « /«и), тогда / = Л/Гру2, т.е. действующий в системе
излучатель - грунт импульс силы определяется массой плиты и
скоростью ее в момент удара. Началом его принято считать
момент времени, при котором плита начинает внедряться в
грунт. При этом грунт деформируется и в нем начинают возни-
кать силы сопротивления, которые тормозят движение плиты. В
определенный момент времени скорость движения плиты падает
до нуля, а деформации грунта достигают максимума. Этот мо-
мент времени принято считать концом удара. Выведенный из
положения равновесия присоединенный объем грунта начнет
совершать собственные колебания, возбуждая волны в среде.
Рабочая плита в механических излучателях с падающим грузом
движется вместе с грунтом, а в пневматических и электроди-
намических установках она под действием реактивных сил отры-
вается от поверхности земли. По экспериментальным данным
время активного взаимодействия рабочей плиты источника с
грунтом невелико и не превышает 10 мс. Раньше указывалось,
что удельные нагрузки, развиваемые импульсными источниками,
достигают динамического предела прочности грунтов и на по-
верхности земли остается штамп - след от рабочей плиты излу-
чателя.

При вибрационном квазигармоническом излучении плита при-
жата к поверхности грунта и вместе с ним совершает вынужден-
ные колебания большой длительности, частота которых опреде-
ляется генератором задающих, управляющих сигналов вибратора.
Интенсивность воздействия определяется силовыми параметрами
вибраторов. Во избежание отрыва плиты от поверхности грунта
при "отрицательных” нагрузках она прижимается к земле силой,
которая превышает максимальные усилия, развиваемые вибра-
тором. Удельные нагрузки, развиваемые источниками, как пра-
вило, соизмеримы с пределом упругости пород, слагающих самую
верхнюю часть разреза. Поэтому деформации в большинстве слу-
чаев носят обратимый характер и на поверхности грунта не
остается штампа. Исключения могут наблюдаться только при
работах на особо слабых грунтах (пашня, сыпучие пески и
др.). Возможно образование незначительных остаточных дефор-
маций и при работах на средних грунтах, однако выявлены они
могут быть лишь инструментальными средствами.

При генерировании последовательностей следующих друг за
другом коротких импульсов среда совершает собственные коле-
бания. Характер протекающих при этом процессов аналогичен
тем, которые имеют место при чисто импульсном возбуждении.
Различия заключаются в интенсивности воздействий, которые
существенно меньше и лежат в области упругих деформаций, и в
частоте следования ударов, интервал между которыми меньше

зо
периода собственных колебаний грунта, вследствие чего наблю-
дается интерференция волн.

Процесс возбуждения колебаний связан с взаимодействием
излучающей плиты источника с грунтом. В результате плита
вместе с прилегающим к ней объемом грунта выводится из
положения равновесия, что и приводит к образованию упругих
волн в среде. Характер возникающих при этом перемещений
определяется внешними нагрузками и свойствами грунтов, кото-
рые можно рассматривать на основании рассмотрения сил, дей-
ствующих в системе рабочая плита излучателя - грунт.

Будем считать, что жесткая, металлическая плита массой
Л/гр и площадью поперечного сечения 5 под действием перемен-
ной вертикальной силы Р(1) действует на грунт, сжимая его на
величину /.

Составим дифференциальное уравнение движения систем, рас-
смотрев силы, действующие на суммарную массу плиты и при-
соединенного объема грунта (Л/,р + тк = Л/). Для этого грунт в
точке приложения силы заменим его моделью отдельно для
импульсного и вибрационного возбуждения.

Импульсное возбуждение

При импульсных нагрузках на массу Л/ действуют силы:

М1 - инерции грунта и плиты излучателя;

С2/15 - восстановления, развиваемая элементом / модели;

- сопротивления элементов 2 и 3,
где I, I и I - ускорение, скорость и смещение; Сг и Сг -
обобщенные коэффициенты сжатия элементов 1 и 2 модели; т) -
коэффициент неупругого сопротивления грунта (коэффициент
вязкости демпфера 3).

Приравняв нулю сумму всех действующих в системе сил,
получим дифференциальное уравнение движения рабочей плиты
излучателя и присоединенной массы грунта

Л/7 + ц/2 + С15Л + С25/2 = Р(1).	(2.4)

Решение уравнения получим, приравняв правую часть уравне-
ния (2.4) нулю. Для простоты анализа будем считать, что
обобщенные коэффициенты сжатия элементов 1 и 2 модели равны
между собой. Тогда (2.4) запишется в виде

М1 + т)/2 + С81 = О,
где / = /1-ь /2.

Поделив обе части равенства на Л/, получим известное урав-
нение, определяющее поведение большого класса колебательных
механических и электрических систем,

I = 2Мг + п21 = 0,	(2.5)

где 2Л = ц/Л/, п = С8/М - затухание и собственная частота
колебательной системы.
Таким образом при импульсном возбуждении присоединенный
объем грунта совершает собственные колебания, частота кото-
рых определяется упругими свойствами среды в пункте возбуж-
дения колебаний и суммарной массой плиты и присоединенного
объема грунта. Очевидно, что и максимумы спектров возбуждае-
мых волн будут тяготеть к этим частотам. Этот вывод пред-
ставляется очень важным, так как он позволяет прогнозировать
частоты возбуждаемых и регистрируемых волн и определяет
возможности их направленного изменения. В соответствии
с (2.5) частота резонанса

а)р = п = V С8/М = V С8/(Мтр+Шн).

Отсюда следует, что для ее изменения необходимо изменить
любой из членов подкоренного выражения. Однако возможности
эти весьма ограничены. Действительно, в большинстве случаев
работы ведутся по протяженным профилям и пункты возбуждения
могут попадать на участки с самыми разнообразными поверхно-
стными условиями, а массы плиты и присоединенного объема
грунта или постоянны, или меняются по практически не зави-
сящим от нас причинам. Следует отметить и то, что изменения
массы плиты будут незначительно влиять на частоту резонанса.
Это обусловлено, как было ранее показано, превышением массы
присоединенного объема грунта массы плиты, что ограничивает
возможности изменения частоты возбуждаемых колебаний за счет
применения различных по массе плит. Поэтому для изменения,
например повышения, частоты генерируемых волн необходимо
уменьшение т„, а следовательно - сокращение размеров актив-
ной зоны. Этого можно достигнуть путем уменьшения развивае-
мых источником нагрузок, а следовательно - его энергетиче-
ских параметров. Этот вывод неплохо согласуется с резуль-
татами экспериментальных работ, из которых следует, что
маломощные источники характеризуются более высокими часто-
тами возбуждаемых колебаний. И здесь имеет место аналогия со
взрывной сейсморазведкой, в которой для повышения частоты
возбуждаемых колебаний используют небольшие заряды ВВ. Ука-
жем также и на то, что неоднократные попытки повышения
частоты возбуждаемых колебаний за счет сокращения длитель-
ности импульса не дали практически значимых результатов.
Более того, анализ материалов по ряду районов показал, что
видимые периоды и центральные частоты спектров колебаний,
генерируемых импульсными источниками с примерно одинаковой
энергией одиночного воздействия, совпадали между собой с вы-
сокой точностью [43].

Однако установить какие-либо количественные зависимости
между частотой возбуждаемых колебаний и параметрами разреза
и источников пока не удалось. И здесь более правильно гово-
рить о тенденциях, чем о каких-либо однозначных соотношениях
между частотой возбуждаемых и регистрируемых колебаний
и энергетическими характеристиками источников.
Под действием внезапно приложенной силы система плита -
грунт будет совершать собственные колебания в соответствии с
решением уравнения (2.5). Характер движения системы опреде-
ляется соотношением между затуханием Л и собственной часто-
той п. Будем считать, что п » Н, так как в большинстве
случаев работы проводятся с предварительным уплотнением
грунта. При п > Л система будет совершать затухающие коле-
бательные движения, определяемые соотношением

I = Лое'^зшОа/ + <р),	(2.6)

где ш = У п2-Н2 - частота колебаний системы.

Величины Ао и <р находятся из начальных условий. Если
вести отсчет времени от, начала движения грунта и считать,
что при I = О, I = 1о и I = 1а, то для Ао и <р будут получены
выражения

,	_ У /2 , ( /о+А /о ) 2

Ар = V Iр +	,

„2 А2
п. - Л

,8У	,	а.ъ

где /р - начальное смещение грунта.

С учетом (2.7) уравнение (2.6) преобразуется к виду

I = / # +	е-Лг81п(ы^).	(2.8)

п2 -Л2

Из (2.8) можно определить смещение грунта для любого
момента времени. Очевидно, что наибольшие смещения будут в
начальный момент времени, пока влияние затухания еще неве-
лико:

Апах = •/ Й + (-/о+^°)2 .	(2.9)

п2-Н2

Если предположить, что грунт хорошо утрамбован в точке
возбуждения,и считать, что п » /г, то (2.9) можно упростить:
/тах = 4>/И,
т.е. наибольшие смещения грунта определяются скоростью плиты
в момент взаимодействия с землей и частотой собственных
колебаний системы плита - грунт.

Заканчивая анализ работы импульсного источника, рассмот-
рим два возможных режима их работы: при 0'тах < (Г5 и <гтах >
> <т^. Для неводонасыщенных грунтов предел упругости весьма
мал и не превышает 1,5-2 МПа. Следовательно, для передачи

3 Заказ № 2202

33
Рис. 9. Зависимость относительных
амплитуд волн от площади ударной
поверхности

значительных усилий при <т < <т площадь плиты должна быть
х $

большой, что может существенно усложнить конструкцию излу-
чателя и снизить его сейсмический эффект при работе на
пашнях, песках и других неуплотненных грунтах. В подтвержде-
нии этого приведем результаты опытных работ, при которых
груз массой 65 кг сбрасывался на плиты различного диаметра.
График зависимости относительных амплитуд волн от площади
плиты в полулогарифмическом масштабе приведен на рис. 9. Из
него следует, что кривая имеет максимум и две нисходящие
ветви, наблюдаемые как при увеличении, так и при уменьшении
площади плиты и удельных нагрузок. Таким образом, существуют
оптимальные размеры контактных поверхностей, при которых
возбуждаются волны с наибольшей для данных условий интенсив-
ностью. Поэтому более обоснованным следует считать второй
режим работы импульсных излучателей, который и получил прак-
тическое применение. При его реализации контактные давления
превышают предел упругости грунта. Однако они не должны быть
намного больше динамического предела прочности пород во
избежание разрушения пород. При этом в грунтах будут наблю-
даться остаточные деформации, которые при повторных воздей-
ствиях будут уменьшаться вследствие уплотнения пород. Одно-
временно с ним будут происходить увеличение модуля упругости
пород и, как следствие этого, возрастание предела упругости
пород, что ведет к повышению интенсивности возбуждаемых
колебаний.

Важно и то, что при таком режиме работы излучателя его
эффективность в меньшей степени зависит от свойств грунта,
так как уплотнение пород приводит к усреднению условий пере-
дачи нагрузок, что важно в практической работе с импульсными
источниками. Это положение нашло повсеместное подтверждение
при применении импульсных установок.
Вибрационное возбуждение

Представив грунт моделью, состоящей из параллельно соеди-
ненных механических элементов, рассмотрим силы, действующие
в системе плита вибратора - грунт.

Будем считать, что на грунт действует сила Р =
= /ЧОзшыСО, где Р(1) и ш(0 - соответственно ее амплитуда
и частота, являющиеся в общем случае функциями времени.
Колебания, возбуждаемые плитой, имеющей массу передаются
присоединенному объему грунта с массой ти. Под действием
внешней нагрузки в грунте возникают силы сопротивления, обу-
словленные инерционными, упругими и неупругими, вязкими
свойствами пород. При этом зависимость между напряжениями и
деформациями носит линейный характер, а силы неупругого соп-
ротивления грунта пропорциональны скорости его перемещения в
процессе движения. Нетрудно показать, что} рассмотрев силы,
действующие в системе рабочая плита вибратора - грунт, полу-
чим уравнение, аналогичное (2.5), в правой части которого
будет величина внешней нагрузки

I + 2Л/ + п21 = 5ш ы(0/,

(2.10)

где 1К = т»/Л/ и п2 = С8/М - затухание и собственная частота
колебаний системы плита - грунт.

Коэффициент сжатия С при вертикальных нагрузках связан
с модулем упругости Е простым соотношением [47]

Е 1

1 -ц2 /Т ’

Сз — Э?2

где ц - коэффициент Пуассона; зе - коэффициент, зависящий от
конфигурации плиты и равный для квадратной плиты 1,06, для
круглой - 1,13.

В общем случае система плита излучателя - грунт совершает
вынужденные и собственные колебания. Однако последние быстро
затухают и, принимая во внимание значительное время прило-
жения нагрузок, поведение системы определяется ее вынужден-
ными колебаниями. Решение уравнения (2.10) -

I = А 81П(ы(0? + <₽),

где А и ф - амплитуда колебаний и сдвиг фаз между силой
и смещением.

Значения А и <р определяются соотношениями

А----

м

/ (п2-й)2(/))2+4А2й)2

2 Ай)

м 2 . .2
П -и)

(2.11)

1Е =

Решение уравнения (2.10) с учетом (2.11) -

/ = ----7=	-~д	81п ш(0/ + агс!2 2Лй)~

М V (п2-й)2 ( П ) 2 + 4А2й)2	п2-й)2

(2.12)
Рис. 10. Амплитудно-частотные
характеристики волн, заре-
гистрированные вблизи виб-
ратора:

I - луг; 2 - грунт средней
твердости; 3 - пашня после
ДОЖДЯ

Из (2.12) следует, что под действием квазипериодических
сил система плита - грунт совершает квазигармонические коле-
бания, частота и амплитуда которых определяются параметрами
внешней нагрузки и свойствами грунта. При переменных по
частоте нагрузках в системе могут наблюдаться резонансные
явления, которые наступают при сэр = п. При этом амплитуды
колебаний плиты и грунта определяются затуханием Л и могут
быть значительными. Таким образом, система вибратор - грунт
представляет собой резонансную систему, собственная частота
которой определяется как физическими свойствами пород в
точках возбуждения колебаний, так и параметрами излучателя.
Опыт работ с вибрационными источниками показывает, что
практически повсеместно наблюдается резонанс в области
частот 25-30 Гц. Имеет место также определенная зависимость
амплитудных характеристик сиистемы от строения и состава
пород. Причем амплитудно-частотные характеристики волн, сня-
тые в непосредственной близости от плиты вибратора, уже
имеют сложный вид с четко выраженным резонансом в указанной
полосе частот (рис. 10). В ряде случаев на повышенных часто-
тах 60-80 Гц наблюдается второй всплеск амплитуд волн, что
указывает на наличие еще одной механической системы со своей
резонансной частотой.

Резонансная частота системы определяется соотношением

ш - 1/	.	(2.13)

р	Со

Нетрудно видеть, что с увеличением М эта частота
уменьшается и происходит смещение резонанса в сторону низких
частот. Поэтому масса плиты у высокочастотных вибраторов
выбирается минимально возможной. Соотношение (2.13) опре-
деляет принципиальную возможность изменения собственных
частот вибрационных систем путем соответствующего подбора
входящих в него величин.
В соответствии с (2.12) наибольшие смещения и напряжения
в грунте

/	= —----- сг = Е

тах М 2Лшр ’ тах д /о ’

где 1о - вертикальный размер присоединенного объема грунта,
Ея - динамический модуль упругости пород.

Кодоимпульсное возбуждение

При кодоимпульсном генерировании волн к поверхности земли
прикладывается последовательность следующих друг за другом
коротких импульсов. В этом случае система плита излучателя -
грунт совершает собственные колебания, которые повторяются в
соответствии с частотой следования импульсов. Поэтому харак-
тер поведения частиц грунта определяется уравнением (2.5).
Частота собственных колебаний системы зависит от свойств
пород грунта и суммарной массы его присоединенного объема и
плиты. Как правило, собственные частоты системы при кодо-
импульсном возбуждении выше, чем при импульсном. Обусловлено
это тем, что энергетические, силовые параметры кодоимпуль-
сных источников намного ниже импульсных и в результате при-
соединенная масса грунта у первых значительно меньше, чем у
вторых. Это и приводит к повышению частоты волн, возбуж-
даемых кодоимпульсными источниками, что повсеместно подтвер-
ждается на практике.

Анализ процессов взаимодействия плиты излучателя с
грунтом при импульсном и вибрационном возбуждении колебаний
позволил установить их сходства и различия. Сходство их
заключается в том, что в передаче нагрузок существенную роль
играют физические свойства присоединенного объема грунта,
которые совместно с массой плиты излучателя определяют
частоту наибольших перемещений элементов системы. При им-
пульсном и кодоимпульсном возбуждении - частоту собственных
колебаний, а при вибрационном - частоту резонанса. Отличие
вибрационного возбуждения от импульсного заключается в том,
что в первом случае система совершает вынужденные колебания
с частотой внешней нагрузки, а во втором - собственные.
Именно в этом заложены потенциальные возможности направлен-
ного управления частотами возбуждаемых и регистрируемых волн
в вибрационной сейсморазведке. В этом одна из причин ее
интенсивного развития и широкого практического применения.

2.2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ВИБРАЦИОННОЙ
СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Вибрационная сейсморазведка основывается на возбуждении
колебаний переменными нагрузками, длительность которых
существенно больше времен распространения отраженных или
преломленных волн до разведуемых границ раздела. В вибра-
ционной сейсморазведке основное применение получили нагруз-
ки, представляющие собой квазигармонические частотно-моду-
лированные сигналы (ЧМ) длительностью до 20-30 с с полосой
частот от 10-15 до 200-250 Гц. В процессе излучения частота
возбуждаемых колебаний изменяется в указанных пределах, что
является необходимым условием (репером) для последующего
сжатия информации выделения волновых импульсов и определения
времен прихода регулярных колебаний. Предложена также моди-
фикация вибрационного метода, основанная на применении чисто
гармонических сигналов, в которой сжатие информации дости-
гается суммированием выборок сигналов в пределах периода
колебаний [10].

Наряду с ЧМ-сигналами в вибрационной сейсморазведке полу-
чили применение кодовые последовательности однополярных, а в
ряде случаев разнополярных импульсов, следующих друг за
другом через разные или одинаковые промежутки времени. Дли-
тельности последовательностей могут доходить до нескольких
десятков секунд при средних частотах следования импульсов
5-25 Гц. В этом случае репером для сжатия информации служит
или полярность импульсов, или изменение временного интервала
между ними.

Сигналы, описывающие нагрузки в вибрационной сейсмораз-
ведке, называют в отечественной литературе управляющими или
опорными сигналами, а в американской - свип или свип-
сигналами. Длительность одной посылки управляющего сигнала
во много раз больше периода волн при импульсном возбуждении
и для него выполняется условие

Р-Т » 1,

где Р - средняя частота сигнала или следования импульсов;
Т - длительность сигнала или одной последовательности
импульсов.

По этому признаку сигналы вибрационной сейсморазведки
относятся к числу "сложных” и отличаются от "простых”
колебаний импульсной сейсморазведки, для которых

Рср-Т = | Т = 1,

где Р.р и Т - средняя частота и период колебаний волн.

Под действием "сложных” нагрузок в среде возбуждаются
поверхностные и объемные (продольные и поперечные) волны,
которые, отражаясь и преломляясь на физических границах раз-
дела и интерферируя между собой, образуют сложное, неразре-
шенное поле колебаний, в котором визуально не выделяются
импульсы регулярных волн, соответствующих отражающим и пре-
ломляющим поверхностям.

Колебания почвы, принятые одиночными или групповыми сей-
смоприемниками, расставленными по профилю, преобразуются ими
38
в электрические сигналы, которые передаются на сейсмостанцию
для записи на магнитную ленту. Воспроизведения этих лент на
бумажном носителе образуют виброграммы, состоящие из сово-
купности отдельных трасс - вибрострасс, каждой из которых
соответствует одиночный или групповой сейсмоприемник,
стоящий на профиле.

Сжатие зарегистрированных колебаний волн производится на
основе специальной обработки данных, которая может выпол-
няться двумя, в общем, идентичными способами: корреляционным
(временным) и спектральным (частотным). Наибольшее применение
получил корреляционный способ обработки благодаря его про-
стоте и более легкой реализуемости на современных полевом
оборудовании и ЭВМ. Основные положения спектрального способа
изложены в разд. 7. Корреляционный способ основан на вычи-
слении функции взаимной корреляции (ФВК) управляющего и
зарегистрированных сигналов. В статической радиотехнике
такая обработка получила название оптимальной или согласо-
ванной фильтрацией [4]. Оптимальный фильтр работает таким
образом, что все спектральные составляющие колебаний задер-
живаются на определенное время и поступают на его выход
одновременно, где они складываются и образуют интенсивный
суммарный сигнал.

Применительно к вибрационной сейсморазведке согласованная
фильтрация сводится к нахождению нормированных значений ФВК
управляющего сигнала и колебаний, принятых сейсмоприемниками
и зарегистрированных сейсмостанцией.

Математически эта операция выражается корреляционным
интегралом нахождения ФВК

1 Т

К _(т) = | т а(05((+т)Л,	(2.14)

а,3 Т п

где а(0 и 5(0 - соответственно зарегистрированный и упра-
вляющие сигналы; т - временный сдвиг между ними. Последо-
вательность значений /?о$(т), вычисленных по одной вибро-
трассе, образует корреляционную трассу, а их совокупность,
входящая в одну виброграмму, - коррелограмму.

Корреляционные трассы и коррелограммы являются резуль-
татами обработки первичных вибросейсмических данных.

В современной сейсморазведке вычисление ФВК производится
в дискретной форме, что оказалось очень удобным при цифровой
регистрации и обработке данных. Вычисление ФВК может выпол-
няться также упрощенным способом, например путем суммиро-
вания данных с временными сдвигами одной последовательности
относительно другой.

Выражение (2.14) может быть представлено в несколько
ином, важном для понимания особенностей вибрационной сейсмо-
разведки, виде. Действительно, сигнал а(/) при отсутствии
помех описывается интегралом свертки

со

а(0 = 1 Л(0)5(/ - 9Н0,	(2.15)

О

где Л(0) - оператор фильтра земли, распределение коэффици-
ентов отражения по разрезу.

Подставляя (2.15) в (2.14) и меняя порядок интегрирова-
ния, получим

Т	оо

К „(т) = т Л(0) т 8(1 - 9)8(1 + 9)<11<19,
а'Ь ‘ О	О

т

К = -Г А(0)г„(т - 0)6/0,	(2.16)

а,Л 0 о

где

г„(/-0) = | Т 8(1 - 9)8(1 + 9) (11.

5	7 О

Величина	г $(1-9)	представляет собой автокорреляционную

функцию (ФВК) управляющего сигнала.

Основываясь на выражении (2.16), можно составить обобщен-
ную модель прокоррелированной вибросейсмической трассы во
временной области

/?а5(т) = г5(т)хЛ(т)*Лт)*Р(т)*#(т)+Л*(т),	(2.17)

где Р(т), Р(т) и тУ(т) - операторы фильтров, определяющих
искажение волн при возбуждении колебаний, их распространении
и приеме регистрирующей системой; Л*(т)	- результат

корреляции аддитивных помех с управляющим сигналом.

Из (2.17) следует, что информативной является та часть
коррелограммы, которая определяется сверткой ФВК управляю-
щего сигнала с распределением коэффициентов отражения по
разрезу. Остальная ее часть формируется действием помех,
влияние которых должно быть сведено к минимуму, что и опре-
деляет основное содержание многих методических, аппаратурных
и технических приемов и средств современной сейсморазведки.
Отметим, что по аналогии с (2.17) модельная сейсмическая
трасса в импульсной сейсморазведке записывается следующим
образом:

5(т) = а(1)*к(1)*Р(1)*Р(1)*1У(1)+п(1),	(2.18)

где а(1) - посылаемый в землю сигнал; п(1) - аддитивная
помеха.

Соотношения (2.17) и (2.18) представляют интерес в том
плане, что они достаточно наглядно иллюстрируют особенности
вибрационной сейсморазведки и ее сходство и отличие от
импульсной. Действительно в своих информативных частях
(2.17) и (2.18) различаются тем, что в первом находится
свертка распределения коэффициентов отражения с ФВК упра-
вляющего сигнала, а во втором - с посылаемой в землю волной.
То есть ФВК управляющего сигнала может рассматриваться как
некоторая импульсная нагрузка, действующая на среду. В этом
определенная аналогия вибрационной сейсморазведки с импуль-
сной. Различие результирующих данных будет определяться тем,
насколько ФАК сигнала отличается от импульсной нагрузки. Из
этого следует, что все основные положения импульсной сейсмо-
разведки справедливы и для вибрационной. Однако по своей
природе вибрационные сигналы после корреляции отличаются от
импульсных. В силу основополагающих положений сейсморазведки
волны, регистрируемые при импульсном возбуждении колебаний,
всегда являются причинными и минимально-фазовыми. В вибра-
ционной сейсморазведке прокоррелированные колебания
непричинные и имеют нуль- или смешанно-фазовую форму. Их
форма определяется искажениями зарегистрированных вибрацион-
ных сигналов, которые имеют место в процессе их возбуждения,
распространения и регистрации. Поэтому они существенно отли-
чаются от управляющего сигнала и их взаимная корреляция
будет давать смешанно-фазовый, а не нуль-фазовый импульс. В
этом одно из основных отличий вибрационной сейсморазведки от
импульсной, следствием которого является то, что времена
прихода волн, выделяемых на сейсмограммах и коррелограммах,
не совпадают между собой. Для уменьшения этих различий была
разработана и начала применяться минимально-фазовая корре-
ляция, которая делает подобными волновые импульсы в обеих
модификациях сейсморазведки.

Прокоррелированная трасса представляет собой непрерывное
распределение значений ФВК зарегистрированного и управляю-
щего сигналов в зависимости от временных сдвигов между ними.
Положительные и отрицательные разрастания корреляционной
функции (в зависимости от знака коэффициента отражения) будут
наблюдаться при временных сдвигах анализируемых колебаний,
которые равны временам прихода отраженных волн при импуль-
сном возбуждении, т.е. временам прихода регулярных волн
соответствуют максимумы (минимумы) корреляционной функции, а
временные сдвиги т ФВК являются аналогами времени прихода
волн в импульсной сейсморазведке. Максимальные значения т
выбираются исходя из глубины разведки, и поэтому при опре-
делении корреляционного интеграла они не должны быть меньше,
чем ожидаемые времена прихода волн от самых глубоких разве-
ду емых горизонтов.

По внешнему виду коррелограммы близки к сейсмограммам
импульсной сейсморазведки вследствие компактности корреля-
ционных функций, обусловленной перераспределением энергии ФВК
и концентрацией ее в областях, приуроченных к временным
сдвигам, равным временам прихода регулярных волн. Форма и
поведение корреляционных функций определяются параметрами
исходных сигналов и их изменениями в процессе передачи на-
грузок грунту, распространения волн в среде и их регистрации
приемными устройствами.

2.3.	ОСОБЕННОСТИ ВОЛН, РЕГИСТРИРУЕМЫХ
В НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ

Регистрируемые в сейсморазведке колебания представляют
собой временные функции, которые могут быть представлены
бесконечной суммой косинусоид, каждая из которых характе-
ризуется амплитудой А^, частотой и фазовым углом <рк
(А^соз + <рк). Зависимости амплитуды и фазы от частоты
определяют соответственно амплитудный и фазовый спектры
заданной временной последовательности. Причем функции с од-
ним и тем же амплитудным спектром могут иметь различные фа-
зовые спектры. В импульсной сейсморазведке все регистрируе-
мые волны имеют временные аналоги, гармонические составляю-
щие которых на каждой частоте обладают минимально возможны-
ми фазовыми сдвигами <рк. Такие сигналы получили название
минимально-фазовых или причинных, каузальных. Они достаточно
точно отражают принципы импульсной сейсморазведки, которые
заключаются в том, что прикладываемые к земле нагрузки имеют
только одно направление, нагрузка среды происходит с большей
скоростью, чем разгрузка, и между возбуждением и приемом
колебаний всегда существует конечный положительный интервал
времени.

Известен целый ряд приближенных и строгих определений
минимально-фазовых сигналов [13, 39]. Например, это такие
сигналы, у которых энергия сосредоточена в начальной части
волнового пакета, или они обладают принципом причинности
(каузальности), т.е. до момента прихода волны амплитуды ее
равны нулю и время регистрации выделяемого на записи макси-
мума или минимума всегда больше времени вступления волны.
Волны в процессе распространения и приема сейсмоприемниками
претерпевают значительные искажения, но природы своей не
меняют и остаются минимально-фазовыми. Обусловлено это тем,
что физически реализуемые фильтры, к которым относятся
Земля, сейсмоприемники, усилители сейсмостанции, гальвано-
метры и системы записи колебаний на магнитоносители, явля-
ются причинными, принципиально не изменяют фазовых характе-
ристик сигналов.

С появлением вибрационной сейсморазведки картина усложни-
лась. Появилось два вида сигналов: колебания до корреляции и
после нее. Принятые сейсмоприемниками и зарегистрированные
42
Рис. 11. Корреляционные осигналы со
сдвигами фаз 90 (а) и 0 (б):
1, 2 - области основного и побочных
максимумов

сейсмостанцией записи-виброграммы являются минимально-
фазовыми и каузальными. Однако после корреляции они теряют
это свойство и перестают быть минимально-фазовыми. В подраз-
деле 2.2 показано, что корреляционные функции, которые опи-
сывают волновые поля в методе "Вибросейс”, в идеале являются
симметричными относительно временных сдвигов, равных вре-
менам прихода регулярных волн. Такие функции получили назва-
ние нуль-фазовых, и так как их ненулевые значения наблюда-
ются по обе стороны от центрального сдвига (т.е. и в отри-
цательной области времен, временных сдвигов), то они уже не
являются причинными, каузальными, т.е. информация о наличии
волн присутствует как бы и в отрицательном времени, до
времен, определяющих моменты их прихода. В этом особенность
прокбррелированных вибрационных сигналов. В общем случае у
нуль-фазовых сигналов сдвиг фаз может быть любым, но посто-
янным для всех частотных составляющих. Наиболее простыми и
чаще всего реализуемыми на практике являются нуль-фазовые
сигналы с нулевым или 90-градусным сдвигами фаз.

Нуль-фазовый сигнал с нулевым сдвигом может быть пред-
ставлен интегралом Фурье в виде косинусоидального ряда с
различными амплитудами Л, но с нулевыми сдвигами фаз. Вслед-
ствие этого сигнал будет симметричным с максимумом в центре
симметрии.

Нуль-фазовые сигналы со сдвигом фаз 90 также могут быть
представлены интегралом Фурье, частртные компоненты которого
уже имеют фазовые углы, равные 90 . При этом ряд становится
не косинусоидальным, а синусоидальным с соответствующей сим-
метрией на нулевых или центральных временах. В этом случае
нулевому сдвигу фаз соответствует не максимум корреляцион-
ного импульса, а переход его через ноль. По обе стороны от
него располагаются два симметричных (рис. 11) экстремума
корреляционной функции. На практике предпочтение отдают
первому виду сигналов.

В процессе распространения и регистрации волны претер-
певают частотные и фазовые искажения, вследствие чего кор-
реляция. их с искаженным управляющим сигналом дает резуль-
тирующие временные последовательности, у которых частотные
компоненты могут иметь различные фазовые углы. Такие коле-
бания называют смешанно-фазовыми, и у них фазовые углы лежат
в пределах от 0 до 90 . В частности, если нуль-фазовый
сигнал пропустить через минимально-фазовый фильтр, то он
преобразуется в смешанно-фазовое колебание. Определить фазу
волны по полевым записям, да еще осложненным помехами,
бывает достаточно сложно. Следует иметь в виду, что при
съемках, выполняемых одними вибраторами, можно не определять
фазы, а ограничиться установлением и введением постоянной
временной поправки на этапе интерпретации. Сложнее решается
задача, когда на одной площади ведутся работы с импульсными
и вибрационными источниками колебаний. В связи с тем, что
земля, сейсмоприемники и аналоговые фильтры сейсмостанции
являются минимально-фазовыми, то целесообразно применить
минимально-фазовую корреляцию и последующую обработку, что
позволит получить наибольшее сходство вибрационных мате-
риалов с импульсными. При желании можно иметь нуль-фазовую
корреляцию, лучшие материалы реализуются в этом случае,
когда управляющий сигнал профильтрован почти так же, как и
колебания с профиля. Поэтому, когда необходима и нуль-
фазовая, и минимально-фазовая корреляции, целесообразно
иметь фильтрованный и нефильтрованный управляющий сигнал.

2.4.	УПРАВЛЯЮЩИЕ СИГНАЛЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ
В ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ,
И ИХ КОРРЕЛЯЦИОННЫЕ ФУНКЦИИ

Вибрационная сейсморазведка оперирует с корреляционными
временными функциями, которые составляют массивы данных,
идущих в обработку и отображаемых на предварительных и ре-
зультирующих временных и глубинных разрезах.

Теория корреляционных функций разработана достаточно
подробно и изложена в ряде работ [4, 52], поэтому ограни-
чимся рассмотрением лишь основных положений применительно
к сигналам, используемым в вибрационной сейсморазведке.

Корреляционные функции (ФВК и ФАК) определяют степень
сходства различных или идентичных между собой сигналов. Они
также характеризуют реакцию фильтра, согласованного с
некоторым сигналом а(1), если на его вход подано колебание
5(0- Из определения корреляционных функций следует, что при
длительности управляющего сигнала Т область ненулевых
значений ФВК и ФАК

т = 2Т.

Корреляционные функции являются симметричными функциями
своего аргумента т. Для взаимно корреляционных функций центр
симметрии реализуется при некоторых величинах т., при
которых имеет место наибольшая степень сходства сравниваемых
сигналов, а для автокорреляционных функций при т - 0. В этих
точках функции достигают своих экстремальных значений,
которые будучи нормированы, равны соответственно 5(т)	1

и г„(0) = 1. Вне их Я „(т) и г„(т) принимают промежуточные

О	и, м	О

значения. В общем случае корреляционные функции представляют
собой переодические функции вида зш 2/2 и состоят из
основного, центрального и побочных корреляционных максимумов
и минимумов, относительные значения длительности и взаимное
расположение которых определяются формой, частотой и
протяженностью управляющих, посылаемых в землю сигналов (см.
рис. 11). Эти свойства корреляционных функций определяют
возможности выделения и раздельной регистрации регулярных
волн различной интенсивности, которые зависят от амплитуды и
периодов основных максимумов, а также от относительного
уровня побочных максимумов, являющихся помехами и образующих
так называемый корреляционный шум, фон на коррелограммах
("импульсных” сейсмограммах), затрудняющий выделение слабых
регулярных волн.

В вибрационной сейсморазведке, как и в импульсной, суще-
ствуют такие понятия, как разрешающая способность и дина-
мический диапазон регистрации, которые будут рассмотрены
дальше. Здесь же отметим, что под разрешающей способностью
понимается возможность раздельной регистрации следующих друг
за другом отраженных или преломленных волн, а под динами-
ческим диапазоном - способность выделить на коррелограммах и
временных разрезах волны различной интенсивности. Эти основ-
ные критерии, определяющие эффективность метода, во многом
зависят от формы и характера корреляционных функций, от
того, насколько уверенно выражены на них основные максимумы,
обусловленные регистрацией целевых волн от разведуемых гори-
зонтов. Действительно, если волны следуют друг за другом с
временными интервалами, большими, чем периоды основных
максимумов корреляционной функции, то они будут интерфери-
ровать между собой и разрешения или не будет, или оно будет
неполным.

Возможность регистрации отраженных волн различной интен-
сивности, или динамический диапазон вибрационной сейсмораз-
ведки, определяется уровнем побочных экстремумов корреля-
ционной функции. Если уровень корреляционных шумов, образо-
ванный приходом сильных волн, превышает интенсивность интер-
ферирующего с этими шумами основного максимума от слабого
отражения, то оно не сможет быть выделено на сейсмограммах.

Таким образом, ширина и интенсивность основных максимумов
корреляционной функции, а также уровень корреляционных шумов
определяют эффективность приема в вибрационной сейсмораз-
ведке. Поэтому естественно стремление к выбору таких упра-
вляющих сигналов, корреляционные функции которых в наиболь-
шей степени удовлетворяли бы вышеуказанным требованиям.
Идеальными являются управляющие сигналы, корреляционные
функции которых имеют только узкий основной максимум и нуле-
вые корреляционные шумы [4]. Однако реализация их в классе
квазигармонических сигналов невозможна, тем не менее поиск
наилучших сигналов, в наибольшей степени удовлетворяющих
требованиям вибрационной сейсморазведки, идет непрерывно.
Этим объясняется довольно значительное число модификаций
управляющих сигналов, предложенных для применения. Это ли-
нейные и нелинейные квазигармонические частотно-модулиро-
ванные сигналы рзличной длительности, моночастотные сигналы,
а также кодовые последовательности однополярных и разнопо-
лярных импульсов.

Наибольшее практическое применение получили квазигармо-
нические частотно-модулированные управляющие сигналы, кото-
рые и рассматриваются первыми.

2.4.1.	ЛИНЕЙНЫЕ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫЕ
УПРАВЛЯЮЩИЕ СИГНАЛЫ

В общем случае сигналы с изменяющейся во времени частотой
могут быть представлены в виде

5(0 = Л(0соз[2пш(0< + <р(0],

где А(1) - переменная во времени амплитуда сигнала; ш(0 и
ш(1) - функции, определяющие частоту сигнала и его фазу.
Среди этих сигналов доминируют линейные, которые характери-
зуются тем, что скорость изменения частоты постоянна и опре-
деляется соотношением

Ш(О = 271/к + /31,

где /н - начальная скорость сигнала; /3 - скорость нарастания
частоты.

Величина /3 определяется только параметрами сигнала:

,8 = Т.Р/Т = (Д - М/Т,	(2.19)

где &Р и - полоса частот управляющего сигнала и его
конечная частота; Т - длительность управляющего сигнала.

Для ЛЧМ-сигналов с заданными характеристиками скорость
изменения частоты постоянна и во время излучения плавно
возрастает или убывает, вследствие чего каждое ее значение в
пределах частотного диапазона встречается только один раз.
При постоянной амплитуде А(1) = Ао ЛЧМ-сигналы обеспечивают
одинаковое излучение на каждой частоте.

В работе [23] показано, что в этом случае спектр мощности
управляющего сигнала Р(ш) постоянен и обратно пропорционален
скорости развертки по частоте:

Р(ш) ~ 1/В.	(2.20)

46
ЛЧМ-сигналы определяются четырьмя независимыми парамет-
рами: длительностью Т, начальной частотой /н, скоростью
изменения частоты р, или любым другим частотным параметром
(конечной частотой Д, полосой частот Л/7 или средней часто-
той /ср), а также амплитудой сигнала и законом ее изменения.
Остальные параметры сигнала, которые можно получить, уже
зависимы. В практике вибрационной сейсморазведки чаще всего
задают начальную и конечные частоты, а также длительность
управляющего сигнала. Другие часто используемые характери-
стики, такие как средняя частота сигнала, полоса частот или
отношение максимальной и начальной частот, являются уже
производными.

Управляющие сигналы, у которых скорость изменения частоты
не остается постоянной во времени излучения, называются
нелинейными (НЧМ). Для них характерна неравномерная плот-
ность излучения колебаний в пределах частотного диапазона
сигнала, что следует из (2.20). Этим обосновывается их при-
менение в вибрационной сейсморазведке для компенсации
частотных искажений сигналов, которые имеют место при воз-
буждении колебаний, их распространения и регистрации.

В общем случае ЛЧМ-сигналы записываются в виде

5(0 = А(0соз{2п[/-Н + (А -	+ ?(1)}

или

5(0 = А(0соз[2п(/н( + АГ/2/2Т) + <р(0.	(2.21)

Сигнал 5(0 является конечным, и он однозначно определен
в пределах своей длительности. Сигналы с А(0 = сопз! и В =
= &РТ » 1 имеют практически прямоугольные спектры в задан-
ной полосе частот. В области краевых частот амплитудные
составляющие спектра убывают по гиперболическому закону 1//.
Особенностью спектральных характеристик ЛЧМ-сигналов с
А(0 = СОП51 является то, что на частотах, близких к /н и
/к, наблюдаются высокочастотные осцилляции амплитуд, которые
обусловлены разрывами огибающей спектра сигналов в его на-
чале и конце (явление Гиббса). С увеличением полосы частот и
уменьшением скорости их изменения уровень пульсации снижа-
ется и спектр становится более однородным [56]. Значительное
ослабление их возможно путем сглаживания огибающей управляю-
щего сигнала, которое широко используется в вибрационной
сейсморазведке.

В подразделе 2.2 было показано, что информационная часть
прокоррелированной трассы определяется автокорреляционной
функцией управляющего сигнала и распределением коэффициентов
отражения по разрезу. Поэтому рассмотрим более подробно ФАК
ЛЧМ-сигналов.

Нормированная автокорреляционная функция г^(т) с доста-
точной точностью описывается выражением [4]
51п ГлЛ/т(т-т)/т] ...

г8(т) = лД/т(т-т)/т 008

2пт / +
1'к

Д/,(т-т)]~|
2т •

При временных сдвигах т « Т - это выражение преобразуется к
виду

“»2" V-	<2-22)

где /ср = (/и + /к)/2 - средняя частота управляющего
сигнала.

Выражение (2.22) представляет собой амплитудно-
модулированное гармоническое колебание с несущей соз 2п /ср
и огибающей зш лД/7т/(лД/’/т).

Характер поведения автокорреляционной функции определя-
ется интерференцией несущей и огибающей, каждая из которых
представляет собой гармоническое колебание, но с разными
частотами, так как /ср * ДЛ При т = 0 оба сомножителя при-
нимают наибольшие значения, равные единице, образуя основной
максимум автокорреляционной функции. По мере увеличения т
несущая и огибающая расходятся вследствие различий /«, и ДК

Проанализируем раздельно поведение несущей и огибающей.

Несущая представляет собой гармоническое косинусоидальное
колебание с частотой /ср. Ее нулевые значения будут при
2п /ср т' = к я/2,
где к = 1, 3, 5, 7, ..., 2и-1, при этом
т = А/4 /ср.

Первое нулевое значение несущей будет при к = 1 и

= 1/4 /ср.

Огибающая автокорреляционной функции является синусоидой
частоты Д/7 с уменьшающейся амплитудой. Она принимает нулевые
значения при ДРс" п = тп, где т = 1, 2, 3, 4, ... . При этом
т" = щ/Р.

Первый нуль огибающей наблюдается при т/' = 1/Д/7.

Для сигналов, применяемых в сейсморазведке, выполняется
условие

1/Д/7 = т,* > т/ = 1/4 /сР.

Поэтому первое нулевое значение несущей наступает раньше
нуля огибающей и именно поведение несущей при т < 1/4/ср
определяет частоту и форму корреляционной функции в области
ее основного максимума.

Удвоенная величина 2т, = 1/2/ср характеризует длитель-
ность основного максимума автокорреляционной функции. Следо-
вательно, регулярные колебания на коррелограммах будут иметь
48
видимые периоды, тяготеющие к величине Т = 1//ср. Таким
образом, меняя /ср, можно в принципе управлять частотой
регулярных волн на коррелограммах, а следовательно, и сте-
пенью их разрешения. В этом - одно из основных достоинств и
преимуществ вибрационной сейсморазведки на основе квазигар-
монических ЛЧМ-сигналов. Естественно, что спектры регулярных
волн, определенные по коррелограммам в конечном временном
окне, будут иметь резонансный характер с максимумами на
частотах, тяготеющих к средней частоте упрвляющего сигнала.
Это обусловлено физической природой корреляционных функций.
В реальных условиях искажающее влияние различных факторов
приводит к тому, что спектры зарегистрированных волн оказы-
ваются уже спектров управляющих сигналов вследствие погло-
щения и искажения частотных составляющих колебаний. В
результате частоты волн на коррелограммах отличаются от
средних частот управляющих сигналов, как правило, в меньшую
сторону. Разница частот может служить оценкой искажения
частотного состава колебаний средой, а также быть критерием
степени восстановления спектральных характеристик волн в
результате применения различных методических приемов при
проведении полевых наблюдений и обработке материалов.

С увеличением временного сдвига т ФАК принимает сложный
характер благодаря интерференции несущей и огибающей. Спек-
тральные характеристики ФАК определяются областью временного
анализа. Если вычислить спектр в большом временном окне т ~
~ 2Т, то он будет иметь квазипрямоугольную форму, несколько
осложненную в краевых частях, и полосу частот АЁ. При огра-
ничении области анализа зоной основного максимума и приле-
гающих участков ФАК спектр, как указывалось ранее, будет
иметь резонансный характер с максимумом на средней частоте
управляющего сигнала.

Информативной частью ФАК является область ее основного
максимума, в связи с чем проанализируем ее поведение в его
пределах. В связи с тем, что период несущей меньше периода
огибающей, в пределах последнего возможно несколько осцил-
ляций несущей, число их определяется соотношением между Л/7 и
/ср. Это в свою очередь оказывает влияние на характер пред-
ставления волн на коррелограммах. Для иллюстрации на рис. 12
приведены ФАК, рассчитанные для трех управляющих сигналов с
одинаковыми /ср, но различными ЛЁ. Из рисунка следует, что
в случае узкополосного исходного сигнала волны на коррело-
грамме будут представлены серией фаз, что естественно снизит
разрешающую способность метода. На широкополосных сигналах
картина становится существенно иной, и та же самая волна
будет представлена более компактным импульсом. Для его
оценки рассмотрим отношение

I = Т/'/тГ = 4/ср/ДТ7 = 2(1+/т.п//тах)/(1-/т,п//тах),	(2.23)

график которого приведен на рис. 13. Для широкополосных
6

а

//

0,5

О

-0,5

Рис. 12. Автокорреляционные функции, рассчитанные для сигналов с полосами

Аг = 95 Гц (а), 75 Гц (6) и 10 Гц (в) и средней частотой ~'52 Гц:

1,2- области основного и побочных максимумов

Рис. 13. Зависимость I = /(т"/Т ) от
отношения /т1п//т»х
управляющих сигналов /га1П « Хтах и стремится к 2, т.е. в
одной четверти периода огибающей будет три четверти периода
несущей. Это минимально возможное число колебаний несущей в
периоде огибающей, и ФАК стремится к своей наиболее компакт-
ной форме, обеспечивая наибольшее возможное разрешение волн.
В реальных условиях оно не реализуемо, поэтому рассмотрим
характер поведения при возможных текущих значениях
/тш/Хтах- Из приведенного на рис. 13 графика следует, что
при /тт/Хтах < 0,2-0,25, соответствующих изменениям частоты
на 2-2,25 октавы, значения I < 3, и они мало отличаются от
своего минимального значения, равного 2. При больших значе-
ниях Хтт/Хтах кривая (2.23) резко идет вверх, что указывает
на снижение компактности автокорреляционной функции и уве-
личение числа осцилляций несущей в пределах одного периода
огибающей. Анализируя характер поведения этой кривой, можно
выбрать область приемлемых значений величин I и Хтт/Хтах.
Рисунок 13 наглядно иллюстрирует зависимость формы и харак-
тера поведения ФАК в области основного максимума от отноше-
ния Хт1п/Хтах. Из него видно, что при сохранении периода
колебаний форма волнового пакета существенно меняется с
изменением величины I.

Таким образом, анализ полученных данных показывает, что
форма записи регистрируемых на коррелограммах колебаний и их
видимые частоты определяются реальным частотным диапазоном
зарегистрированных волн. При этом частота волн определяется
средней частотой управляющего сигнала, а компактность волно-
вого пакета - его полосой частот. Следовательно, предельная
разрешающая способность вибрационной сейсморазведки на ЛЧМ-
сигналах может быть достигнута лишь при использовании упра-
вляющих сигналов с полосой в две октавы и более и с макси-
мально возможными Хер- Отсюда понятно известное в практике
вибрационной сейсморазведки стремление к тому, чтобы полоса
частот управляющего сигнала была бы не менее двух октав.
Выше были рассмотрены крайние значения параметров управляю-
щих сигналов и их влияние на форму корреляционной функции.
Представляет интерес более детальный анализ разрешающей спо-
собности вибрационной сейсморазведки. С этой целью были
выполнены модельные исследования по определению зависимости
предельной разрешающей способности для двух интерферирующих
сигналов разной амплитуды, образованных на границах раздела
с однополярными и разнополярными коэффициентами отражений.
На рисунке 14 приведены результаты счета в виде кривых,
иллюстрирующих степень разрешения двух волн, представленную
разницей времен между импульсами в функции частотных пара-
метров управляющего сигнала. Кривые получены на основании
обобщения модельных тестов, представляющих собой свертку
автокорреляций управляющих сигналов с заданной импульсной
сейсмограммой, у которой от трассы к трассе постоянно увели-
чивалось временное расстояние между коэффициентами отраже-

4*

51
ний. На рисунке 14 по оси ординат отложены значения Дт,
начиная с которых интерферирующие импульсы коррелограмм пол-
ностью разрешаются (по критерию: промежуточная фаза не пре-
вышает 0,5 от максимальных значений составляющих интерфе-
ренцию сигналов), а по оси абсцисс - частотные параметры
управляющих сигналов. Индексами кривых являются соотношения
и знаки амплитуд коэффициентов отражения.

Отметим некоторые особенности поведения предельной раз-
решающей способности в зависимости от частотных параметров
сигнала и конкретного распределения амплитуд и фаз коэффи-
циентов отражения. Как и следовало ожидать, в целом разре-
шающая способность повышается (уменьшаются значения Дт) с
расширением полосы частот и увеличением /ср, что нашло отра-
жение в изменении отношения Д/7/ср. Из поведения кривых
также следует, что несколько большее влияние на разрешен-
ность оказывает средняя частота управляющего сигнала. Вибра-
ционные сигналы с Д/7/ср < 0,8 разрешаются приблизительно
при одном и том же Дт независимо от полярности и соотношения
амплитуд коэффициентов отражения. Для больших значений
△^7/ср наблюдается заметное расхождение значений времен Дт
полного разрешения в зависимости от полярности и соотношения
амплитуд А1 и А2. Например, при Д/7/ср = 1,06 величина Дт
для разнополярного варианта с одинаковыми амплитудами (Л*.
Л1) примерно на 12 мс больше, чем для однополярного варианта
(Л!, А2). Чтобы достичь такого же разрешения, как при одно-
полярном распределении коэффициентов, необходимо применять
сигналы с большим в 1,3 раза отношением Д/7/ср.

Расхождения в значениях Дт при фиксированных Д/7/ср
наблюдаются также и в зависимости от конкретного соотношения
амплитуд коэффициентов отражений.

Приведенные кривые дают достаточно полное представление о
предельной разрешающей способности вибрационной сейсмораз-
ведки для наиболее широко применяемых на практике частотных
параметров ЛЧМ-сигналов. По этим данным, зная пластовые ско-
рости, можно оценить размеры геологического объекта исследо-
ваний, которые могут быть полностью разрешены при данном
частотном диапазоне сигнала и, наоборот, зная размеры
объекта и скорости, можно рассчитать нужный частотный диапа-
зон для его разрешения. Этот подход используется в адаптив-
ной вибрационной сейсморазведке, основные положения которой
рассмотрены в подразд. 1.9.

Здесь необходимо отметить, что полученные соотношения
справедливы для того случая, когда спектры зарегистрирован-
ных управляющих сигналов идентичны между собой. При невыпол-
нении этого условия необходимо вносить соответствующие
поправки в полученные соотношения.

Область автокорреляционной функции за пределом основного
максимума также оказывает определенное влияние на эффектив-
ность вибрационной сейсморазведки. Обусловлено это тем, что
4?,мс

84-

76 -

88-

60-

52 ~

44 -

36 -

28-

20-40 25-55 20-50	20-65	20-80	12-62

30(0,033) 40(0,025) 35(0,028)	42,5(0,023) 50(0,020) 37(0,027) Рср(Гср)

Рис. 14. Зависимость предельной разрешающей способности ВСР от параметров
управляющего сигнала, соотношений: амплитуд и полярностей коэффициентов:

А?7 - /тш - /тах - диапазон; Еи, Гк - начальная и конечная частоты; Еср -
средняя частота; - 1/Т7^; Ат - временной интервал между отражениями
при их полном разрешении
в этой зоне наблюдаются осцилляции корреляционной функции,
которые образуют фон помех, снижающих динамический диапазон
прокоррелированных записей. Естественно, что эти помехи
обусловлены в основном максимумами огибающей корреляционной
функции, которые расположены посередине между ее нулями,
т.е. при

пкЕт" = тп/2,	(2.24)

где т = 3, 5, 7, 9, ..., откуда т" = тЦЬГ.

Следовательно, чем больше АТ7, тем быстрее уменьшаются
значения побочных максимумов ФАК и в соответствии с (2.22) и
(2.24) относительные значения максимумов огибающей образуют
последовательность чисел

II -Ь• 1г|Т1">1 - Ь 

где индекс у х" определяет порядковый номер побочного
максимума. По абсолютной величине г(Т1") = 0,212, г(х2") =
= 0,127, г(т3") = 0,092 ..., т.е. первый побочный максимум
меньше основного приблизительно на 14 дБ, второй - на 18 дБ,
третий - на 21 дБ, четвертый - на 23 дБ и т.д. По мере уда-
ления от основного максимума скорость спадания амплитуд
побочных разрастаний корреляционной функции уменьшается, с
чем и связан сравнительно небольшой динамический диапазон
вибрационной сейсморазведки. Из полученных соотношений
следует, что амплитуды побочных максимумов для ЛЧМ-сигналов
с прямоугольным спектром определяются полосой частот упра-
вляющего сигнала, уменьшаясь с ее увеличением. Для полутора-
двухоктавных сигналов отношение максимумов корреляционных
сигналов на временах т., х с достаточной точностью оцени-
вается величиной Р = А./А. = 20 1в(т /т(.).

Таким образом, заканчивая рассмотрение особенностей
автокорреляционных функций ЛЧМ-сигналов, следует отметить,
что ФАК может быть разделена на две области. Первая -
ближняя или центральная зона, которая охватывает основной
максимум ФАК и ближайшие к нему ее значения до первого
бокового максимума огибающей, т.е.

_ _3_	<	< _3_

2&Р	< т 4	.

Эта зона характеризуется тем, что в ней сосредоточена основ-
ная (до 90%) часть энергии ФАК, определяемая уровнем ее
амплитуд, и что она определяет форму записи волновых пакетов
на коррелограммах и предельную разрешающую способность
вибрационной сейсморазведки. Последняя зависит от полосы
частот и средней частоты управляющего сигнала.

Вторая - дальняя зона автокорреляционной функции, опреде-
ляется значениями
Амплитуды сигналов ФАК в этой зоне характеризуют уровень
шумов корреляционной функции, специфических помех вибрацион-
ной сейсморазведки, которые обусловлены ее природой и осо-
бенностями применяемых управляющих сигналов. Наличие побоч-
ных максимумов корреляционной функции ограничивает динами-
ческий диапазон вибрационной сейсморазведки, затрудняет, а в
ряде случаев делает невозможным выделение слабых полезных
сигналов на фоне корреляционных шумов, образованных приходом
интенсивных регулярных волн-помех или отражений. Причем ни
увеличение числа одновременно работающих излучателей, ни
повышение их энергии не приводит к увеличению динамического
диапазона. Он может быть увеличен только уменьшением интен-
сивности волн, чаще всего помех, путем применения соответ-
ствующих интерференционных систем.

В определении динамического диапазона вибрационной
сейсморазведки существует два подхода. Первый - заключается
в том, что при его оценке учитываются все помехи (регулярные
и нерегулярные), которые присутствуют на записях и мешают
выделению полезных волн. Второй - отличается тем, что при
оценке динамического диапазона учитываются только помехи,
обусловленные особенностями вибросейсмического метода: шумы
корреляционного преобразования, а также помехи, вызванные
нестабильной работой вибратора и его отклонениями от частоты
развертки. С точки зрения теории более обоснован второй
подход, так как он позволяет оценить динамический диапазон
метода, отвлекаясь от общих проблем проведения работ в
конкретном районе. Однако с позиций экспериментатора, кото-
рому важно обеспечить уверенное выделение и прослеживание
целевых горизонтов, верен первый критерий. Двоякий подход к
оценке динамического диапазона вибрационной сейсморазведки
нашел отражение в его определении.

Динамический диапазон корреляционной функции или корре-
ляционного преобразования [30]

О = 20 18[А(0)/А(т)], или О = 20 1ё[А(0)/<т],

где А(0) - максимальная амплитуда ФАК управляющего сигнала;
А(т) и <г - текущая амплитуда ФАК или ее среднеквадратичное
значение в определенной полосе временных сдвигов.

Динамический диапазон трассы может быть представлен ее
текущим и средним значениями

О = 20 1ё[АтахМ(Т)], или О = 20 1ё [Ат«/А(т)],

где Агаах - максимальная амплитуда волны в заданном волновом
импульсе; А(т) и А(т) - амплитуды волн при определенном
временном сдвиге или во временном окне.

Оценку динамического диапазона обычно производят по
нескольким перекрывающимся или следующим друг за другом
55
участкам коррелограммы равной длительности. Оценки динами-
ческого диапазона, выполненные различными авторами [4, 15,
27]Л показывают, что для наиболее употребляемых ЛЧМ-сигналов
он не превышает 40-70 дБ (при т = 0,5-4 с), а для отдельных
случаев - 30-40 дБ. Возможны его локальные существенно боль-
шие значения. В этой связи определенный интерес представляют
оценки динамического диапазона сейсмических записей, выпол-
ненные по виброграммам и коррелограммам [5]. Виброграммы
были получены с одним, двумя и тремя вибраторами. Оценки
динамического диапазона записей по виброграммам показали,
что он увеличивается при использовании большего числа вибра-
торов. Это естественно, так как при этом увеличивается уро-
вень полезных сигналов при сохранении интенсивности помех.
Динамический же диапазон сигналов, определенный по соответ-
ствующим коррелограммам, практически не зависел от числа
работающих вибраторов, что вполне понятно, если считать, что
на записях превалируют шумы преобразования. Это убедительно
доказывает, что для расширения динамического диапазона
вибрационной сейсморазведки необходимо уменьшить уровень
помех преобразования, которые обусловлены формой спектра
управляющего сигнала. А форма спектра сигнала и его корре-
ляционная функция связаны между собой преобразованием Фурье,
что позволяет достаточно строго решать задачу об оптимизации
спектра управляющего сигнала. Аналогичные решения имеют
место в теории группирования, где они детально рассмотрены и
проанализированы [16]. По аналогии с этой теорией оптимиза-
ция управляющих сигналов реализуется на основе трансформации
их спектров. Рассмотрим следующие случаи [16].

1.	Сигнал с прямоугольным спектром (ЛЧМ-сигнал).

Сигналы, спектры которых имеют прямоугольную форму вида
5,(0,) = Г5°	1Ш1 '' “п”

Л ’ (О	|Ш| > Огр,

в соответствии с обратным преобразованием Фурье имеют во
временной области аналог, относительные значения которого
определяются соотношением

КМ = 50 5 7 -^^- ,	(2.25)

огр?

где 5о - амплитуда спектра сигнала; о^ - граничная круговая
частота.

Сопоставляя (2.25) с (2.22) видим, что они в предполо-
жении т <—* I и пД/1 = Огр идентичны друг другу. В этом
случае функция КМ наиболее компактна в области основного
максимума, но она имеет относительно больший уровень корре-
ляционных помех.

2.	Сигналы с трапецеидальной огибающей спектра.

Управляющий сигнал с полосой частот пД/1 = о^ и трапе-
цеидальной огибающей представим в виде свертки двух вспомо-
56
гательных функций 5' (ш) и 5//(ш), каждая из которых имеет
прямоугольную огибающую и граничные частоты, равные соответ-
ственно о>1 и ш2:

00

$2(ы) = I 5' (0)-5" (Ш-0Ы0,

-00

где 5'' (ш) =

Ы < Ы1.
р| > («П;



|ш| 4 <^2,
I и | > Ш2;

Ш1 > й>2	й>гр “ Ь>1 + 0>2.

Обратное преобразование Фурье от свертки спектров двух
сигналов приводит к произведению их временных аналогов

Х2(П =

51ПЫ1( 5ШЫ2{
а>11ы21

(2.26)

Из (2.26) следует, что в дальней зоне значения функции

К2(() будут определяться произведением 5111	‘ —

каждый из сомножителей которого меньше единицы. Следова-
тельно, управляющие сигналы с трапецеидальной огибающей
спектра обеспечивают более низкий уровень корреляционных
шумов и лучший динамический диапазон, чем стандартные ЛЧМ-
сигналы.

При ь>1 = ш2 получается сигнал с треугольной огибающей
спектра, который характеризуется весьма малым уровнем помех
преобразования и (2.26) преобразуется к виду

(8 I	2

( и>1 )

(51 п 2тсДгт|2
гпДгт ) '

При низком уровне корреляционных помех этот сигнал имеет тот
недостаток, что энергия его используется только наполовину,
что практически исключает применение управляющих сигналов с
такими огибающими. Достоинства сигналов с треугольным спек-
тром могут быть частично реализованы на этапе обработки. При
этом в землю посылаются ЛЧМ-колебания с прямоугольной оги-
бающей, а корреляция производится с опорным сигналом,
имеющим треугольный спектр в заданном диапазоне частот.

Еще лучшие результаты по ослаблению корреляционных шумов
можно получить при использовании сигналов, имеющих трапе-
цеидальную огибающую со сглаженными краями, которая реали-
зуется путем свертки функций с прямоугольной и трапецеидаль-
ной огибающими спектров. При этом уровень корреляционных
шумов определяется величиной К/^, где - граничная
частота огибающей управляющего сигнала, К - коэффициент,
существенно меньший единицы.

Таким образом, сглаживание спектра управляющего сигнала
приводит к уменьшению уровня корреляционных шумов. Поэтому в
вибрационной сейсморазведке на ЛЧМ-сигналах повсеместно
применяются управляющие сигналы с трапецеидальной огибающей,
позволяющие снизить уровень корреляционных шумов при
относительно небольшом уменьшении энергии, направляемой в
грунт. Так, в вибраторах СВ-5-150 использован экспоненциаль-
ный закон нарастания и спада уровня управляющего сигнала:

5(0 = Л(1-е'10’4'), 0 I < 0,5 с;

5(0 = А, 0,5 < I < Т-0,5 с;

5(0 = А	т > I > Т-0,5.

Изменение формы управляющего сигнала возможно также путем
применения специальных сглаживающих фильтров. Однако они
широкого применения в вибрационной сейсморазведке не полу-
чили из-за потерь полезной энергии колебаний.

2.4.2.	НЕЛИНЕЙНЫЕ ЧАСТОТНО-МОДУЛИРОВАННЫЕ
СИГНАЛЫ

Результаты применения вибрационной сейсморазведки и
анализ получаемых материалов убедительно доказывают, что
спектры регистрируемых волн и управляющих сигналов суще-
ственно отличаются друг от друга. В результате происходит
сужение спектров регистрируемых сигналов, и они приобретают
резонансную форму с максимумами на частотах до 25-30 Гц, что
снижает разрешающую способность вибрационной сейсморазведки,
т.е. необходимо выравнивание спектров регистрируемых волн.
Вибрационная сейсморазведка, в отличие от импульсной, позво-
ляет в определенных пределах управлять частотным составом
возбуждаемых волн, изменяя их энергетический уровень в за-
данных полосах частот. Имеется три способа решения этой
задачи. Первый способ заключается в том, что в процессе
накопления воздействий возбуждаются управляющие сигналы,
имеющие различные полосы частот. Очевидно, что при накопле-
нии воздействий произойдет сложение интенсивностей волн и
суммарный спектр накопленного сигнала будет неравномерным с
подъемами на тех частотах, которые присутствовали на всех
исходных посылках. Это так называемые комбинированные сигна-
лы [8, 24, 25], которые получили определенное практическое
применение и показали свою эффективность.

Второй способ коррекции спектров возбуждаемых и регистри-
руемых колебаний вытекает из того, что в соответствии с
58
(2.20) спектр мощности управляющего сигнала и скорость
изменения частоты связаны между собой обратной зависимостью:
при уменьшении скорости развертки увеличивается амплитуда
спектра сигнала и наоборот, т.е. меняя скорость развертки
частоты управляющего сигнала, можно увеличивать или умень-
шать уровень энергии посылаемых в землю сигналов. Управляю-
щие сигналы с переменной скоростью развертки получили назва-
ние нелинейных.

Третий возможный способ управления спектрами возбуждаемых
колебаний заключается в изменении амплитуды управляющего
сигнала при постоянной скорости развертки, что приведет к
соответствующему изменению уровня возбуждаемых колебаний.
Известно несколько реализаций этого способа, основанных на
модуляции амплитуды управляющего сигнала некоторой низко-
частотной функцией с заданными фиксированными параметрами,
на изменении амплитуды сигнала в зависимости от уровня воз-
буждаемых вибратором колебаний и др.

В общем плане все способы управления спектрами волн
реализуются на основе сигналов, которые можно отнести к
разряду нелинейных. Основным признаком нелинейных сигналов
является то, что формируемые ими управляющие развертки имеют
неравномерные спектры в полосе генерируемых частот.

Наиболее широкое применение получили сигналы с переменной
скоростью изменения частоты в связи с тем, что с их помощью
во многих районах удалось значительно улучшить качество
материалов и повысить разрешающую способность вибрационной
сейсморазведки.

2.4.2.1.	Комбинированные сигналы

Первыми из нелинейных сигналов были комбинированные раз-
вертки, которые вначале были предложены для снижения уровня
корреляционных шумов, а затем для коррекции спектров реги-
стрируемых волн и решения ряда других задач. Комбинированные
сигналы состоят из двух или более стандартных ЛЧМ-сигналов -
сегментов, которые имеют или различные полосы частот, или
длительности, или скорости изменения частоты. Сегменты сле-
дуют друг за другом или непрерывно, или с временными интер-
валами, необходимыми для регистрации возбуждаемых ими коле-
баний. На рис. 15 показаны обычные и возможные комбиниро-
ванные управляющие сигналы, имеющие одинаковый суммарный
частотный диапазон, но различную форму огибающих. Как видно
из рисунка, спектр суммарного комбинированного управляющего
сигнала будет равен сумме спектров отдельных сегментов, что
обеспечивает генерирование волн заданного спектрального
состава.

Спектр отдельных сегментов определяется его частотным
диапазоном и скоростью изменения частоты. Возможны комби-
нации сегментов с различными спектрами, которые выбираются в
Рис. 15. Обычный (а) и комбинированный (6) управляющие сигналы:
1-4 - сегменты комбинированного сигнала

зависимости от решаемых задач. Обработка материалов заклю-
чается в нахождении функций взаимной корреляции зарегистри-
рованных сигналов от каждого сегмента со своим управляющим
сигналом и последующем суммировании ФВК. В результате сло-
жения происходит повышение амплитуды регулярных волн вслед-
ствие синфазного сложения колебаний, изменение частоты
(увеличение или уменьшение) основного максимума и ослабление
помех преобразования вследствие разного расположения побоч-
ных максимумов по оси времен. В предположении случайного
распределения минимумов и максимумов относительный уровень
корреляционных шумов должен уменьшаться в тГ~п раз, где п -
число сегментов комбинированного управляющего сигнала.

В тех случаях, когда необходимо полное разделение отра-
жений и их корреляционных шумов от двух или нескольких сей-
смических объектов, целесообразно применение относительно
коротких управляющих сигналов, длительность которых должна
быть меньше, чем время между интерферирующими колебаниями.
Это обосновывает использование управляющих сигналов малой
длительности, которые, однако, менее эффективны в энергети-
ческом отношении. Этот недостаток может быть компенсирован
накоплением коротких сигналов. Поэтому комбинированные
управляющие сигналы, состоящие из последовательности корот-
ких сигналов, нашли определенное применение. В частности,
когда слабые отражения со временем регистрации 1 с и более
следуют за интенсивными преломленными волнами, эффективны
комбинированные управляющие сигналы, состоящие из небольших
по длительности (до 1 с) сегментов. В этом случае общая
длительность корреляционной функции будет меньше 2 с, что
обеспечит раздельную во времени регистрацию отраженных волн
и корреляционных шумов от интенсивных преломленных волн.
Значительное ослабление корреляционных шумов может быть
достигнуто при изменении полярности сегментов комбинирован-
ного сигнала в соответствии с законом дополнительных кодовых
последовательностей [52], особенности которых рассмотрены
далее. Применение комбинированных управляющих сигналов
сопряжено с определенными технологическими трудностями,
связанными, в первую очередь, с необходимостью раздельной
Таблица 3

Номер вибратора	/и, Гц	А, Гц	Т, с	3 - Д/-/Т, Гц/с
1	99	19	8	10
2	99	39	6	10
3	99	49	5	10
4	99	59	4	10

регистрации сигналов от каждого сегмента и последующей кор-
реляцией. В развитии идеи комбинированных сигналов были
предложены такие их модификации, которые не требуют раздель-
ных возбуждения и регистрации волн.

Первая из них [9] основана на том, что все сегменты
комбинированного сигнала имеют одинаковые минимальную или
максимальную частоту и скорость развертки. Но длительности
каждого сегмента устанавливают разные в зависимости от той
формы суммарного спектра управляющего сигнала, которую хотят
получить, т.е. способ предполагает одновременное включение
группы вибраторов и разновременное отключение каждого из
них.

При желании усилить верхние частоты начальной выбирают
максимальную частоту, с которой начинает работать группа
вибраторов. Время работы каждого вибратора или их подгруппы
рассчитывают на основании анализа спектров волн, определен-
ных в достаточно широком окне и полученных при широкопо-
лосном управляющем сигнале. Если необходимо, производят
вначале усреднение спектров, а затем представление их в виде
прямоугольников (по числу вибраторов) разной высоты. Время
работы вибратора находят как величину, обратную высоте
соответствующего прямоугольника. При этом один или несколько
вибраторов работают в течение всего времени и генерируют
наиболее широкополосный сигнал. В работе [9] приведен пример
работы такой группы из четырех вибраторов, позволившей
поднять уровень высоких частот (табл. 3).

При одинаковом числе накоплений суммарный спектр такого
комбинированного сигнала будет представлять собой комбинацию
из четырех поставленных друг на друга прямоугольников равной
высоты, имеющих одинаковые максимальные и разные минималь-
ные частоты. Если необходимо увеличить уровень излучаемой
энергии в области низких частот, то выбирают группу источ-
ников, которые начинают одновременно генерировать минималь-
ную частоту, а затем отключаются через разные промежутки
времени. Так как скорости разверток у всех вибраторов оди-
наковые, то корреляция производится за один раз с наиболее
широкополосным и длительным по времени сигналом. Этот способ
коррелированных сигналов достаточно прост и не требует спе-
циального оборудования. Недостатком его является неполное
использование энергетических возможностей вибраторов.
Второй модификацией комбинированных сигналов, также не
требующей раздельного возбуждения и регистрации волн, явля-
ется способ, получивший название ”синхрокомби” [23]. Особен-
ностью его является то, что частотный диапазон управляющего
сигнала разбивается на несколько неперекрывающихся (возможно^
стыкующихся) участков, каждый из которых генерируется своей
группой вибраторов. В связи с тем, что по частоте сегменты
не перекрываются, взаимные помехи не возникают. Сигнал для
корреляции синтезируется путем последовательной записи на
рабочий канал станции частей управляющего сигнала. Синхро-
комби требует поэтому работы в режиме накоплений, для воз-
можности получения сложного сигнала для корреляции. Резуль-
тирующую коррелограмму получают путем корреляции виброграмм
с суммарным управляющим сигналом.

Выше отмечалось, что комбинированные сигналы получили
определенное развитие и позволили повысить качество мате-
риалов, несмотря на трудности их применения. Однако в
настоящее время они уступают место сигналам с переменной
скоростью изменения частоты (нелинейные сигналы).

2.4.2.2.	Нелинейные сигналы (НЛЧМ-сигналы)

В настоящее время предложен и получил промышленное при-
менение целый ряд управляющих сигналов, у которых скорость
изменения частоты меняется в процессе их излучения. Такие
сигналы назвали нелинейными частотно-модулированными, НЛЧМ-
или НЧМ-сигналами. Основное назначение этих сигналов - повы-
шение общего уровня закачиваемых в землю колебаний в выбран-
ной полосе частот. Предложено несколько модификаций нелиней-
ных управляющих сигналов: логарифмические, степенные с раз-
личной величиной показателя степени и сегментные, кусочно-
непрерывные.

Логарифмические управляющие сигналы

В общем виде выражение амплитуды волны, прошедшей опре-
деленный путь в земле, будет

А(<1) = Аоек/а,

где Ао - начальная амплитуда частотной компоненты в
источнике, не зависящая от частоты; / - частота; <1 - путь
волны в земле; К - константа, пропорциональная коэффициенту
поглощения волн в земле.

Как известно, энергия излучения вибратора в некоторой
полосе частот пропорциональна времени ее излучения и обрат-
но пропорциональна скорости изменения частоты. Очевидно,
что для компенсации поглощения земли необходимо, чтобы
уменьшение амплитуды сигналов компенсировалось снижением
62
скорости развертки. Для этого должно выполняться следующее
условие:

е'С/-Л/е//« С1,	(2.27)

где <11/(1/ - величина, обратная скорости изменения частоты;
С1 - некоторая постоянная.

Из этого условия можно найти закон изменения частоты.
Перепишем (2.27) в виде

е С/- <1/ = Л/С1

и после интегрирования в пределах от I = 0 до I = I получим

1 Гес/«) . ес/.1 „ г.	(2.28)

С I	I С1

где /и - начальная частота при I = 0; /(I) - частота при
I « I.

Из (2.28) следует, что

ДО - ± 1п^~ + ес/н].	(2.29)

В этом выражении нам неизвестна константа С\, которую можно
определить, задав начальную и конечную частоты и длитель-
ность управляющего сигнала. Конечная частота
Л.11п[и + ес/.].

где Д и г - конечная частота и длительность сигнала. Найдем
из этого выражения Сг.

рр/ч _	 рС/н

е - С1 + е ,

С1 = 7^7^ •	(2 30)

Подставив (2.30) в (2.29), получим выражение для текущей
частоты управляющего сигнала;

ДО = ± 1п[|(ес/к-ес/н) + ес/и].	(2.31)

После несложных преобразований (2.31) может иметь вид

ДО = # + М1п(Г+^),

где Щ и № - коэффициенты, зависящие от частотных пара-
метров и длительности управляющего сигнала, а также коэффи-
циента поглощения волн в земле.

Из приведенного соотношения следует, что изменение часто-
ты происходит по логарифмическому закону и потому такие
управляющие сигналы получили название логарифмических. Они
довольно широко применяются и реализованы в различных систе-
мах управления вибраторами.
Например, в блоке управления вибратора СВ-10-180 применен
управляющий сигнал

ЛО = Л + У- 1п[1 + г),
где I) и ТУ - параметры, изменяющие степень нелинейности
управляющего сигнала и выбираемые в пределах О > 0,	4 15.

В блоках управления фирмы ”Техаз 1п51гшпеп15” изменение
частоты сигнала определяется соотношением [58]

(Л-/н)1па+1)
1п(Т+1

Фирма ”Ре11оп” [58] использует несколько иной подход к
выбору нелинейных управляющих сигналов. Нелинейный сигнал
формируется путем изменения времени отработки одной октавы
линейного управляющего сигнала, которая задается в децибе-
лах. Число децибел указывает, во сколько раз больше или
меньше времени тратится на излучение второй, третьей и
четвертой октав по сравнению с длительностью первой, прини-
маемой за единицу. Например, для нелинейного управляющего
сигнала + 6 дБ на излучение второй, третьей и четвертой
октав тратится время, соответственно в 4, 16 и 64 раза боль-
шее, чем на первую, а для сигнала - 6 дБ скорость изменения
частоты уменьшается соответственно в 2, 4 и 8 раз при сохра-
нении постоянной времени излучения каждой октавы. Значения
времен излучения каждой октавы в пределах от +15 до -15 дБ
приводятся в специальной таблице. По своим характеристикам
эти сигналы близки к логарифмическим [58].

Степенные управляющие сигналы

Наряду с логарифмическими сигналами в ряде систем реали-
зованы степенные управляющие сигналы, которые определяются
уравнением

Л

ЛО = Л + Л -4 ,

где Я - коэффициент, зависящий от параметров управляющего
сигнала; п - показатель степени, определяющий закон измене-
ния частоты, который может принимать значения как большие,
так и меньшие единицы, при п = 1 нелинейный сигнал трансфор-
мируется в линейный. При п < 1 увеличивается время отработки
на высоких частотах, что ведет к их подъему, а при п > 1 -
на низких. Поэтому на практике чаще используются дробные
значения показателя п. Степенной управляющий сигнал, реали-
зованный в вибраторе СВ-5-150М2:

ЛО = /н
Показатель степени изменяется в пределах 0,3 < п < 3.
Следует отметить, что при крайних значениях п происходит
очень резкое нарастание или уменьшение времен разверток на
низких и высоких частотах, поэтому их использование нежела-
тельно.

Кусочно-непрерывные (сегментные) управляющие сигналы

Рассмотренные выше управляющие сигналы могут быть отне-
сены к разряду функциональных, поскольку изменения частоты
происходят по определенному назначенному закону. Однако
имеющиеся данные по спектральному составу волн в ближней и
дальней от вибратора зонах показывают, что изменения ампли-
туд различных частотных составляющих волн происходят, как
правило, по весьма сложным законам, не укладывающимся в
рамки изменений частоты, определяемых простыми зависимо-
стями. Более детальный учет особенностей спектральных харак-
теристик регистрируемых волн может быть реализован на основе
представления управляющего сигнала в виде последовательности
линейных участков, у каждого из которых свой закон изменения
частоты. В точках излома, называемых узловыми, задаются
амплитуда и частота. В пределах выделенных участков измене-
ние скорости происходит по линейному закону, определяемому
оператором. Пример формирования кусочно-непрерывного нели-
нейного сигнала показан на рис. 16.

Практическая реализация таких сигналов возможна различ-
ными способами. В отечественной системе управления сейсми-
ческими вибраторами (УСВ-1) "сигнал” делится на 10 узловых
точек и в каждой задаются значения частоты и времени развер-
ток, которые вводятся в память устройства через пульт упра-
вления. После этого устройство само рассчитывает закон изме-
нения частоты и генерирует сигнал для управления работой
вибратора. В некоторых других системах число узловых точек
увеличено до 16, что позволяет более дробно расчленить упра-

Рис. 16. Кусочно-непрерывный нелинейный сигнал (а) и
его спектр (б)

5 Заказ №2202

65
вляющий сигнал. Опыт применения кусочно-непрерывных сигналов
показал, что они удобны в эксплуатации и позволяют весьма
гибко управлять параметрами сигнала. Кроме того, они оказа-
лись удобными для применения в системе ”Вибкор”, в которой
реализована автоматическая коррекция параметров управляющих
сигналов.

2.4.2.З.	Амплитудно-модулированные сигналы

Определенные возможности по изменению спектрального
состава возбуждаемых и регистрируемых волн связаны с исполь-
зованием управляющих сигналов, у которых амплитуда меняется
по определенному закону, так называемые амплитудно-модули-
рованные сигналы. Особенность их заключается в том, что
следствием модуляции амплитуды является расширение спектра
сигнала за счет образования комбинационных частот. Простей-
шим амплитудно-модулированным сигналом является ЛЧМ-сигнал,
у которого амплитуда промодулирована гармонической косину-
соидальной функцией вида

Г к	1"

А(0 = 1 у(соз 2тг/м/ + 1) ,
где /м и к - частота и глубина модуляции; I - текущее время;
п - показатель степени, определяющий остроту основного мак-
симума ФАК.

Выбирая значения этих параметров, можно реализовать раз-
личные формы огибающей, что позволяет снизить уровень корре-
ляционных шумов, повысить среднюю частоту возбуждаемых волн
и др. Определенным преимуществом амплитудно-модулйрованных
сигналов является то, что они позволяют применять довольно
узкие по частоте управляющие сигналы, полоса которых расши-
ряется за счет модуляции амплитуд. Это облегчает условия
эксплуатации вибраторов, что в ряде случаев может иметь
значение. Один из модельных примеров, иллюстрирующий возмож-
ности амплитудной модуляции, приведен на рис. 17. На нем
приведены ФАК и спектры линейных (трассы 7 и 9) амплитудно-
модулированных сигналов, имеющих полосы частот 14 - 50, 18 -
50 и 20 - 50 Гц и частоты модуляции 8 и 10 Гц (трассы 1-6).
Обращает на себя внимание расширение спектра модулированных
сигналов и соответственно пониженный уровень корреляционного
фона. Частота основного максимума ФАК не изменилась в связи
с тем, что центральная частота спектра сигналов осталась на
месте. Повышение разрешенности сигналов достигается за счет
выбора низкочастотной модуляции, у которой частота является
величиной обратной длительности сигнала. В этом случае
модуляция производится таким образом, чтобы со временем
развертки амплитуда управляющего сигнала увеличивалась и
достигала максимума в конце развертки. Результаты применения
таких управляющих сигналов оказались неплохими, они имеют
5

т = О,Э

п =1,0

Рис. 17. Функции автокорреляции (а) и спектры (б) амплитудно-моду-
лированных сигналов
Рис. 18. Спектры (а) и функции автокорреляции (б) нелинейных сигналов

определенные перспективы в тех случаях, когда достаточен
уровень возбуждаемых колебаний. Обусловлено это тем, что при
модуляции управляющего сигнала происходит уменьшение ампли-
туд, что может отрицательно сказаться на интенсивности реги-
стрируемых волн. В силу этих причин, а также необходимости
создания специального оборудования амплитудно-модулированные
сигналы широкого применения пока не получили.

Особенностью квазигармонических сигналов является то, что
сами сигналы и их корреляционные функции связаны между собой
определенными функциональными зависимостями. В силу этого
изменение спектра сигнала ведет к трансформации его корре-
ляционной функции. Это свойство необходимо учитывать при
использовании нелинейных сигналов. Так, подъем высоких
частот приводит к увеличению частоты осцилляции автокорре-
68
ляционной функции и наоборот. Некоторые примеры спектральных
характеристик сигналов и их ФАК приведены на рис. 18 [62]. В
ряде случаев эти эффекты могут быть нежелательны. Однако
плавных подъемов в сторону высоких частот не следует опа-
саться в связи с тем, что фильтрующее действие среды во всех
случаях будет нивелировать уровень высокочастотных соста-
вляющих отражений и осцилляции корреляционных функций будут
в пределах допустимых. Следует избегать резких амплитудных
аномалий в узкой полосе частот (см. рис. 18), которые
приведут к нежелательному звону корреляционных функций и к
ухудшению качества материалов.	/

В данном разделе были рассмотрены основные модификации
квазигармонических сигналов. Наряду с ними предложен и опро-
бован еще целый ряд управляющих сигналов, которые обладают
определенными возможностями. Однако они не получили широкого
применения и перспективы их использования не ясны, потому
что не очевидны их преимущества, и они требуют создания
специальной аппаратуры.

2.4.2.4.	Монохроматические (гармонические) сигналы

Идея о применении монохроматических сигналов в сейсмо-
разведке высказывалась неоднократно. Она привлекает относи-
тельной простотой реализации, возможностью выбора частоты
возбуждаемых колебаний, исходя из условий наилучшей разре-
шенности волн, оптимизации параметров группирования и усло-
вий работы вибратора. Однако реализация таких сигналов счи-
талась невозможной из-за того, что не ясно было, как можно
сжать зарегистрированные сигналы и свести их к коротким
импульсам, соответствующим регулярным волнам. Однако такой
способ сжатия колебаний, возбуждаемых гармоническим излуча-
телем, был предложен [10], он основывается на нахождении
интеграла от синусоидальной функции

1 + пТ/2

Е =	/ [а 5ш(ш( +

I

ИЛИ

1 + пТ/2

А = I [а з\п(ы1 +	(2.32)

I

где а, Т, а> - амплитуда, период и частота гармонического
сигнала; п - число периодов сигнала.

В (2.32) Е * 0 при любом п, а А = 0 при п четном, А * 0
при п нечетном.

Суть предложенного способа заключается в следующем. Если
в пункт приема приходит "чистая” неинтерференционная волна,
то интегралы (2.32) будут или постоянными, или равны нулю. В
результате сейсмической записи не будет. В реальных условиях
имеет место интерференция различных волн, в том числе и
отраженных, что будет приводить к дерегуляризации данных.
В результате в зонах интерференции волн интегралы (2.32)
будут переменными величинами, отличными от нуля, и появятся
сейсмические записи, превалирующие частоты которых будут
определяться исходной частотой управляющего сигнала. Способ
реализуется путем последовательного нахождения одного из
вышеуказанных интегралов через промежутки времени, равные
выбранному интервалу дискретизации. Вычисленная величина
представляет собой одно значение сейсмической записи. И так
находятся все точки сейсмограммы, т.е. операция нахождения
интеграла является аналогом корреляции в обычной модификации
метода "Вибросейс”. Выполненные модельные исследования и
первые полевые эксперименты дали обнадеживающие, неплохие
результаты [10].

По сравнению с нестандартными управляющими сигналами,
сигналы монохроматические имеют следующие достоинства и
недостатки. К первым относится простота реализации, облегче-
ние условий эксплуатации вибраторов, возможный выбор опти-
мальных частот возбуждаемых колебаний. Ко вторым - суще-
ственно более низкая помехоустойчивость способа по нерегу-
лярным помехам, которая определяется интервалом дискрети-
зации и числом периодов при вычислении интегралов, необхо-
димость создания специальной аппаратуры и возможное усложне-
ние методики работ.

Объем работ, выполненный с использованием монохромати-
ческих сигналов пока невелик и особенности способа, как
положительные, так и отрицательные, не установлены. Оче-
видно, что перспективы его развития во многом будут опреде-
ляться результатами опробования в различных условиях.

Таким образом, управляющие сигналы на основе синусоидаль-
ных колебаний представлены большой группой модификаций,
которые непрерывно развиваются и совершенствуются. По срав-
нению с другими сигналами основное их достоинство заключает-
ся в относительной простоте реализации и в принципиальной
возможности управления спектрами возбуждаемых и регистри-
руемых волн.

Благодаря этому они нашли наибольшее применение в вибра-
ционной сейсморазведке. Тем не менее это не единственные
управляющие сигналы. Наряду с ЧМ-сигналами используются
кодовые последовательности импульсов, основные разновидности
которых рассмотрены далее.
2.4.3.	УПРАВЛЯЮЩИЕ СИГНАЛЫ НА ОСНОВЕ ИМПУЛЬСНЫХ
КОДОВЫХ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЕЙ

В практике сейсморазведочных работ определенное приме-
нение получили управляющие сигналы, которые представляют
собой последовательность коротких импульсов равной ампли-
туды, следующих друг за другом через различные или постоян-
ные промежутки времени. Интервал следования импульсов суще-
ственно меньше периодов применяемых в сейсморазведке волн,
что приводит к тому, что точки среды совершают сложные
интерференционные колебания и на полевых записях невозможно
выделить импульсы, соответствующие определенным границам
раздела. Чтобы упростить волновую картину и сжать сигналы,
используют корреляционную обработку материалов, реализуемую
в двух модификациях. Это или нахождение корреляционного
интеграла, или суммирование данных с временными сдвигами,
которое применительно к последовательностям импульсов иден-
тично первому [5, 24]. В качестве управляющего сигнала
используется функция кода - временное положение импульсов,
при котором отличные от нуля значения имеют только те точки,
которые соответствуют положению импульсов на оси времени.
Аналогичное суммирование ведется с временными сдвигами заре-
гистрированной трассы, равными интервалам между импульсами.

По способу выделения волн на первичных записях кодо-
импульсное возбуждение эквивалентно вибрационному, так как
трассы после корреляции представляют собой распределение
коэффициентов корреляции в функции временных сдвигов между
зарегистрированными колебаниями и функцией кода импульсной
последовательности. Поэтому сейсморазведка на основе импуль-
сных последовательностей получила еще название вибрационной
сейсморазведки дискретного действия. Первичные записи до
корреляции называются виброграммами, а после корреляции -
коррелограммами. Тем не менее между этими двумя модифика-
циями вибрационной сейсморазведки имеется одно принципиаль-
ное различие. Оно заключается в том, что при вибрационном
возбуждении точки среды совершают вынужденные колебания, а
при кодоимпульсном - собственные, параметры которых, и в
первую очередь преобладающие частоты, определяются физиче-
скими свойствами пород в точках работы источника и величиной
действующей на среду силы или импульса силы. Частота коле-
баний практически не зависит от функции кода и длительности
импульсов. На ранних этапах развития импульсного возбуждения
были определенные надежды на то, что можно будет изменять
частоту возбуждаемых волн, варьируя длительностью импульса.
Но практика и теоретические проработки [43] показали, что
частота колебаний остается постоянной для импульсов, значи-
тельно отличающихся друг от друга по длительности, т.е. при
работах с кодовыми последовательностями мы лишены возмож-
ности активно воздействовать на частоты возбуждаемых и реги-
стрируемых волн. И в этом кодоимпульсное возбуждение усту-
пает вибрационному. Определенное повышение частоты регистри-
руемых волн при работах с кодоимпульсными источниками обу-
словлено тем, что интенсивность его одиночного воздействия
невелика и она существенно меньше, чем у чисто импульсного
излучателя. Вследствие этого уменьшается присоединенная
масса и повышается собственная частота системы излучатель -
грунт.

Вибротрасса в предположении наличия только отраженных
волн при дискретном возбуждении записывается следующим обра-
зом [5]’

где а... - форма волны от единичного воздействия излучателя;
К(1) - функция кода; Л(0 - импульсная реакция среды -
распределение во времени коэффициентов отражений (отклик
среды); Р(1) - оператор фильтра земли; п(0 - аддитивные
помехи; * - знак свертки.

Обработка виброграмм производится на основе нахождения
степени сходства посылаемых в среду и зарегистрированных
сигналов путем вычисления корреляционного интеграла. В ре-
зультате корреляции происходит временное сжатие колебаний и
виброграммы преобразуются в импульсные сейсмограммы - корре-
лограммы. Соответственно модель корреляционной трассы описы-
вается выражением

Л(0 = а...(П*А(О*К(-0*Л(О*Е(0+п(О*А(-0 =

= а... (О	*Л(0 *Г(()+п* К(1),

где г^(1) - автокорреляционная функция последовательности.

Полученное выражение аналогично тому, которое характе-
ризует прокоррелированную трассу в вибрационной сейсмораз-
ведке. Различаются они величинами а... (О и

В свете полученного выражения рассмотрим особенности ФАК
кодоимпульсной трассы. Нормированное значение функции авто-
корреляции выражается соотношением

где а - амплитуда импульсов последовательностей; - число
импульсов последовательности; п - номер импульса последо-
вательности; т - номер текущего значения автокорреляционной
функции, который изменяется от 0 до IV.

Значения г^(0 образуют не непрерывную, а дискретную, так
называемую решетчатую [4] функцию, ненулевые значения кото-
рой следуют через определенные промежутки времени, зависящие
от интервала следования импульсов в последовательности.
Автокорреляционная функция (2.33) имеет основной максимум и
области побочных или корреляционных максимумов, которые
72
примыкают к ней. При нулевом сдвиге между последовательно-
стями наблюдается самое большое значение ФАК, уменьшающееся
по мере увеличения смещения функций друг относительно друга.
Уровень побочных максимумов определяется характером кодовой
последовательности и здесь имеет место аналогия с вибраци-
онной сейсморазведкой на ЧМ-сигналах. Анализ показал, что
спектр кода представляет собой фактически равномерную
функцию в весьма широкой полосе частот, слабо зависящей от
параметров кодовой последовательности. Следовательно^ форма
волны на коррелограммах во многом определяется начальным
импульсом и его искажениями в процессе распространения в
земле и мало зависит от спектра функции кода последователь-
ности. Поэтому разрешающая способность сейсморазведки с
применением кодовых последовательностей в большей степени
определяется формой возбуждаемого сигнала, а динамический
диапазон - уровнем побочных максимумов ФАК.

2.4.3.1.	Однополярные кодовые последовательности

Наибольшее применение в невзрывной сейсморазведке полу-
чили кодовые посылки, представляющие собой последователь-
ности импульсов одного знака, следующие друг за другом через
разные промежутки времени. Такие последовательности получили
название однополярных. Последовательность импульсов может
быть представлена в виде [4]

= а1’ а2’ ап’

где а. - амплитуды прикладываемых к поверхности импульсов. В
общем случае величины а. могут быть постоянными и перемен-
ными, но чаще всего предполагается, что а. = сопзТ, хотя
экспериментальные работы показывают, что это условие выпол-
няется не всегда [24].

Промежуток времени т. между импульсами определяется
соотношением
т. = р(ОЕо,
где То - начальный, минимальный временный интервал; р(1) -
переменная величина, определяемая временным законом следо-
вания импульсов в посылке.

Практическое применение получили последовательности, у
которых частота или период следования импульсов подчинены
или случайному закону, или линейно увеличиваются (уменьшают-
ся) во времени [24]. В соответствии с этим р(1) представляет
собой или комбинацию случайных чисел, или числовые ряды с
возрастающими или убывающими членами. В общем виде ее можно
рассматривать как временную последовательность, элементы ко-
торой принимают значения 1 или 0 и следуют через одинаковые
а

импульс

И

спектры

промежутки времени. Например, [а ]... = 101001000100001.
Общая длительность таких последовательностей Т = (м-1)т0,
где п - общее число символов в посылке, т0 - средний времен-
ной интервал между импульсами. На практике п достаточно
велико, вследствие чего длительности посылок превышают вре-
мена прихода волн, отраженных от самых глубоких разведы-
ваемых горизонтов, и в результате виброграммы, как отмеча-
74
Рис. 19. Исходный сигнал и функции взаимной корреляции его с кодовыми
последовательностями, имеющими различные начальные и конечные частоты.
Форма сигнала (а) и его спектры (б); ФВК (в); спектры кодов (/) и ФВК
сигнала с последовательностями (2); параметром является полоса частот
последовательности

лось ранее, носят сложный, неразрешенный характер, на них,
как правило, регулярные отраженные волны выделить практи-
чески невозможно.

Автокорреляционные функции однополярных кодовых после-
довательностей представляют собой решетчатую функцию с
основным и побочными максимумами. Максимальное значение ФАК
определяется числом импульсов в посылке и при а = сопз!
равно па, т.е. в п раз увеличивается интенсивность регуляр-
ных волн. При этом помеха со случайным распределением фаз
возрастет в V п, что определяет выигрыш в отношении
сигнал/помеха.

Разрешающая способность определяется формой возбуждаемых
колебаний и мало зависит от функции кода последовательно-
стей. Для более точной оценки влияния параметров кодового
управляющего сигнала на спектральный состав возбуждаемых
волн были выполнены специальные модельные исследования,
которые предусматривали следующее. Выбирался исходный
сигнал, который сворачивался с различными кодовыми последо-
вательностями, имеющими различные начальные и конечные
частоты, а также интервал их изменения. Длительность после-
довательностей выбиралась постоянной (6 с), а в качестве
начального сигнала брали импульс Берлаге со средней частотой
30 Гц и реальный сигнал, зарегистрированный от кодоимпуль-
сного источника на задернованном грунте. Затем для получен-
ных временных последовательностей вычислялись функции взаим-
ной корреляции и по ним определялись формы корреляционных
импульсов и их спектры. При оценке полученных результатов
анализировались: исходный сигнал и его спектр, спектры кодов
сигналов, а также центральные взаимно корреляционные импуль-
сы и их спектры. На рис. 19 приведены результаты счета для
последовательностей с меняющимися начальными и конечными
частотами для импульса с максимумом спектра на частоте
30 Гц. Из приведенных данных следует, что основное влияние
на спектральный состав максимума ФАК оказывает частотный
состав исходного сигнала. Спектр последовательностей оказы-
вается практически равномерным с некоторым подъемом в пре-
делах частотного диапазона развертки и практического влияния
на спектральный состав максимума ФВК не оказывает. Поэтому,
в отличие от квазигармонического вибрационного возбуждения,
между параметрами кодовой посылки и возбуждаемым сигналом
нет прямой зависимости, что исключает возможность управления
спектральным составом генерируемых волн.

Полученные результаты сводятся к следующим основным поло-
жениям, общим для всех модификаций кодоимпульсных сигналов

1.	Спектр и форма возбуждаемых кодоймпульсным источником
колебаний зависят от спектра и формы единичного воздействия.

2.	Разрешающая способность кодоимпульсного метода не на-
ходится в прямой зависимости от частотного диапазона.

3.	Спектр кода имеет существенно большую ширину, чем
частотный диапазон кода, и характеризуется неравномерной
сложной формой.

4.	Эффективная часть спектра корреляционных импульсов в
некоторой степени зависит от соотношения и взаимного поло-
жения на частотной оси спектров единичного воздействия и
кода, и чем больше равномерная часть спектра кода совпадает
со спектром единичного воздействия, тем спектр основного
максимума ФВК шире и импульс компактнее.

Побочные максимумы корреляционных функций однополярных
кодовых последовательностей определяют динамический диапазон
регистрируемых сигналов на коррелограммах. Их относительный
уровень характеризует возможность выделения слабых сигналов
на фоне корреляционных помех от интенсивных регулярных волн.
Вопросам анализа уровня помех корреляционного преобразования
посвящено значительное число работ [4, 24], поэтому огра-
ничимся изложением основных результатов, имеющих практиче-
ское для сейсморазведки значение.

В сейсморазведке применение получили последовательности с
большим числом импульсов (п > 60-80). Такие последователь-
ности характеризуются тем, что средний относительный уровень
помех корреляционного преобразования может быть оценен вели-
чиной 1/ п, т.е. чем больше число элементов в последова-
тельности, тем значительнее динамический диапазон и меньше
амплитуды побочных максимумов. По имеющимся оценкам [4, 5,
24] наилучшие по параметрам последовательности характери-
зуются динамическим диапазоном О = 30-40 дБ. Особенностью
однополярных последовательностей является то, что на опре-
деленных временах интервала от основного максимума ФВК
наблюдаются области аномального увеличения помех преобразо-
вания, зоны "вспучивания”, в пределах которых г(1) > 1/ V п.
Обусловлено это тем, что в процессе корреляции происходит
наложение откликов от следующих друг за другом импульсов, в
результате относительный уровень побочных максимумов увели-
чивается. Условие отсутствия наложения импульсов для одно-
полярной последовательности с линейно изменяющимися интер-
валами между импульсами определяется соотношением [24]

I < Т,	(2.34)

2 п

где п и Т - число импульсов в последовательности и ее общая
длительность; < - длительность импульса.

Из (2.34) следует

п 2Т/1^

и для Т = 6 с и I = 0,005 с

п < / 12/0,005* =	24000* = 49.

Следовательно, для последовательностей с числом импульсов
меньше 50 не будет наблюдаться их наложения. Область начала
разрастания амплитуд промежуточных максимумов определяется
соотношением [24]

(р = т /т1„(С-1) / (/тах_/тт) ,

где /тт И /тах минимальная и максимальная частоты следо-
вания импульсов; С - кратность частот совмещенных интерва-
лов, как правило, С = 2.

Например, для последовательности с Т = 6 с, /тах = 40 Гц
И /тт = 15 Гц вспучивание будет наблюдаться, начиная с
времени
(р - 6-15/25 = 3,6 (с).

Варьируя параметрами последовательности, можно сместить
область вспучивания за рабочую полосу времен целевых отра-
женных волн. Обобщая имеющиеся материалы и учитывая вышепри-
веденные оценки, можно утверждать, что в классе однополярных
кодовых последовательностей нет сигналов, которые могли бы
обеспечить уровень корреляционных шумов, меньший 1/ ^~п.

Таким образом, однополярные кодовые последовательности
имеют определенные ограничения по уровню корреляционных
шумов. Исходя из полученных соотношений, для достижения
динамического диапазона 40 дБ и более необходимы однополяр-
ные последовательности с числом импульсов п > 10000, что
естественно вызывает определенные трудности в практической
реализации столь длинных кодовых последовательностей и при-
водит к большим затратам времени на их возбуждение.

Значительные перспективы расширения динамического диапа-
зона вибрационной сейсморазведки за счет снижения уровня
корреляционных шумов открываются при использовании знакопе-
ременных кодовых импульсных последовательностей (ЗКП) в
качестве управляющих сигналов.

2.4.З.2.	Знакопеременные кодовые последовательности

В настоящее время известно довольно большое число знако-
переменных импульсных последовательностей с пониженным уров-
нем корреляционных шумов. Это М-последовательности, коды
Баркера, составные дополнительные последовательности и др.
[4]. Наиболее перспективными для применения в сейсморазведке
являются дополнительные последовательности, которые в идеале
имеют нулевые корреляционные шумы и позволяют увеличить
динамический диапазон вибрационной сейсморазведки до уровня
импульсной [5].

Дополнительные последовательности состоят из двух серий
посылок одинаковой длины, у которых импульсы располагаются
через равные промежутки времени и принимают значения +1 или
-1, т.е. они являются эквидистантными последовательностями.
Распределение знаков импульсов в каждой серии таково, что
сумма их автокорреляционных функций равна нулю везде, кроме
т = 0:

л<т>-7<г,>- 0 5^5 +2...............

где г(т) и 7(т) - нормированные значения автокорреляционных
функций каждой из посылок, образующих составную последова-
тельность. Составные дополнительные последовательности
строятся таким образом, что число парных произведений им-
пульсов из обеих серий посылок последовательного и отрица-
тельного знаков должно быть одинаковым. Если первая серия
имеет вид {а } - 1, 1, то вторая должна быть {а^ = 1, -1.

При таком распределении положительных и отрицательных им-
пульсов число парных произведений положительного и отрица-
тельного знаков одинаково. Нетрудно показать, что значения
автокорреляционных функций для этой простейшей последова-
тельности будут равны соответственно 1, 2, 1 и -1, 2, -1, а
их нормированная сумма будет равна 0, 2, 0. Наращивание
дополнительных последовательностей производится на основе их
композиции [4] путем последовательного присоединения к
первой серии второй. При этом в первой строке новой серии
знаки не изменяются, а во второй - выбираются на основе
равенства чисел парных произведений положительного и отри-
цательного знаков при условии, что в первой половине второй
серии распределение знаков взято из первой серии предыдущей
последовательности. Например, составная последовательность
на четыре импульса в каждой серии будет иметь вид
{ап} = 1	1	1-1

{ап} =1	1-1	1

Функция автокорреляции каждой серии и их нормированная
сумма:

г(т) =	-10	14	10-1,

7(т) =	10-14-101,

г(т)+г(т) = 00	0400	0.

Таким образом, сумма автокорреляционных функций равна
нулю везде, кроме точки с нулевым сдвигом. По такому прин-
ципу могут быть построены последовательности на 8, 16, 32,
64 и т.д. импульсов. Использование таких сигналов равно-
сильно генерированию волн некоторой импульсной нагрузкой,
что и обеспечивает достижение динамического диапазона,
реализуемого при импульсном возбуждении колебаний. В этом
сходство между двумя способами генерирования волн, а разли-
чие - в том, что при импульсном возбуждении сигналы являются
минимально-фазовыми, при кодоимпульсном - изначально нуль-
фазовыми (после корреляции без учета искажения сигналов), а
с учетом возможных искажений - смешанно-фазовыми. Форма
корреляционного сигнала в областях основных максимумов опре-
деляется собственными процессами, протекающими при передаче
нагрузок земле, и этот вопрос был рассмотрен ранее.

Необходимым условием достижения нулевых корреляционных
шумов является полная идентичность равенства сигналов, воз-
буждаемых положительными и отрицательными импульсами. Прак-
тическая реализация составных, дополнительных последова-
тельностей может быть двоякой. Первая - связана с возбужде-
нием положительных и отрицательных импульсов за счет прижима
плиты излучателя массой транспортного средства и ее раз-
грузки под действием развиваемых источником направленных
вверх сил. При этом необходима идентичность работы излуча-
теля при создании разнонаправленных вертикальных нагрузок.
Их неидентичность приведет к возникновению корреляционных
помех. Расчеты показали, что при нарушении равенства ампли-
туд разного знака в отношениях 0,5:0,7 и 0,9 возникают
помехи, уровень которых относительно основного максимума
меняется соответственно от 7 до 1%. Экспериментальные
работы с серийными и специально разработанными источниками
показали, что в реальных условиях достигнуть точного равен-
ства амплитуд положительных и отрицательных импульсов прак-
тически невозможно в силу ряда причин: различная реакция
грунта на положительные и отрицательные импульсные нагрузки,
изменение физических свойств грунта по профилю, неидентичная
работа излучателей и т.д. Из-за этого не удавалось снизить
уровень корреляционных помех до -40 - -45 дБ.

В этой связи был предложен способ реализации дополни-
тельных последовательностей, ориентированный на использо-
вание импульсов только одного знака (сжатия) и изменения
полярности сейсмостанции [40]. На каждом пункте возбуждение
колебаний производится в два приема. Сначала возбуждаются и
регистрируются только положительные импульсы с пропуском
моментов времен, соответствующих положениям отрицательных
воздействий. Затем меняется полярность сейсмостанции и отра-
батывается вторая серия посылок, соответствующая отрицатель-
ным импульсам. Суммарная запись будет соответствовать полной
дополнительной последовательности, содержащей положительные
и отрицательные импульсы. Этот способ реализован на практике
и показал неплохие результаты, несмотря на некоторое услож-
нение работ.

2.4.З.З.	Псевдослучайные кодовые последовательности

Корреляционная обработка, основанная на определении сте-
пени сходства двух и более колебаний, позволяет использо-
вать в целях сейсмической разведки целый ряд шумоподобных
сигналов, генерируемых промышленными установками, двигате-
лями и другими механическими установками. Такие сигналы,
приложенные к поверхности или к внутренним точкам земли,
создают сложное волновое поле, в котором после корреляцион-
ной обработки могут быть выделены регулярные составляющие,
соответствующие объемным волнам от глубинных границ раздела.
По своей структуре псевдослучайные, шумоподобные сигналы
характеризуются практически равномерным спектром в пределах
определенной полосы частот и различными значениями амплитуд,
определяемыми энергетическими характеристиками источника
колебаний. Колебания, воздействующие на среду и зарегистри-
рованные в течение заданного времени, принимаются в качестве
управляющих сигналов для последующей корреляции. Длитель-
80
ность их зависит от уровня возбуждаемых колебаний и должна
обеспечивать достаточную глубину освещения разреза.

Волны, возбуждаемые шумоподобными источниками, принима-
ются и регистрируются сейсмостанцией, а затем обрабатываются
в обычном для "Вибросейса” порядке. Система наблюдений и
схема отработки в каждом конкретном случае определяются
расположением источника колебаний, его особенностями, воз-
можностями перемещения и другими факторами.

В настоящее время известны практические примеры исполь-
зования шумоподобных сигналов в сейсморазведке.

Определенное применение получили работы с использованием
вращающего бурового долота в качестве источника сейсмических
колебаний [1, 59]. Идея и физические основы этого способа
достаточно просты. Шарошечные и лопастные долота в процессе
бурения производят удары по забою, за счет перекатывания
зубчатых колес по породе или скалывания ее частиц, что и
приводит к возбуждению волн в среде. В принципе они создают
последовательности импульсов, частота следования которых
определяется частотой вращения инструмента, числом и раз-
мерами зубчатых колес, твердостью пород и т.д. Расчеты и
выполненные эксперименты показывают, что частота следования
импульсов лежит в сейсмическом диапазоне и может меняться от
единиц до сотен герц. В общем случае она в определенной сте-
пени стабильна и определяется режимом бурения. В работе [1]
предложено для получения более компактного корреляционного
импульса менять режим бурения, тем самым генерируя последо-
вательности импульсов с переменной частотой следования. Этот
временной ряд и принимается в качестве управляющего сигнала.
Однако имеются определенные трудности в его регистрации. Они
связаны с тем, что практически невозможно передать на по-
верхность электрические сигналы от датчика, установленного
непосредственно на буровом долоте. Поэтому необходимы аль-
тернативы. Устанавливают датчик на вертлюге или роторе и его
сигналы принимают в качестве управляющих. Возможны и другие
решения, но все они используют косвенные методы получения
управляющих сигналов.

Корреляционные функции шумоподобных сигналов имеют основ-
ные максимумы, соответствующие регулярным волнам, и корре-
ляционные шумы, уровень которых определяется особенностями
исходных сигналов. Имеются положительные результаты приме-
нения бурового долота в качестве источника сейсмических волн
в работах по обращенному ВСП. Перспективность этого напра-
вления не вызывает сомнений, так как оно позволяет получать
технологическую и геологическую информацию в процессе буре-
ния, что имеет важное значение при определении в простран-
стве положения забоя скважины, прогнозировании разреза на
глубину и т.д. В перспективе возможно создание автоматизи-
рованных установок, обеспечивающих текущую обработку и
интерпретацию получаемых данных на месте проведения работ.

6 Заказ № 2202
Другим примером использования шумоподобных сигналов в
сейсморазведке является возбуждение колебаний вращающимся
винтом судна. В обычной практике стремятся уменьшить шумы,
а в этом случае стоит обратная задача, которая может быть
решена созданием винта специальной формы, способствующей
возникновению кавитационного эффекта в жидкости. Образую-
щиеся при кавитации пузырьки воздуха создают последователь-
ности импульсов, которые генерируют волны давления в жид-
кости, а затем и в среде. Эксперименты показали, что возбуж-
даемые колебания характеризуются заметной интенсивностью и
значительной полосой частот в пределах сейсмического диа-
пазона.

Возможны и другие способы использования шумоподобных
сигналов, связанные с регистрацией волн от горнодобывающих
машин в штольнях и скважинах. Во всех случаях принцип оста-
ется единым: регистрируются исходные и распространяющиеся в
земле колебания и проводится их корреляционная обработка,
позволяющая выделить регулярные компоненты поля, обусловлен-
ные объемными волнами, среди которых могут быть устойчивые
отражения от границ раздела, представляющих разведочный
интерес. В этой связи определенные возможности могут иметь и
нерегулярные колебания, связанные с микросейсмами и другими
нестационарными естественными полями.

В заключение рассмотрим одну из реализаций псевдослу-
чайных управляющих сигналов, которая нашла применение при
работах вблизи зданий и сооружений.

Особенностью работ на ЛЧМ-сигналах является то, что на
частотах 20-30 Гц наблюдаются резонанс в системе вибратор -
грунт и связанное с ним резкое увеличение интенсивности
поверхностных волн, которое может приводить к повреждению
близлежащих построек и подземных коммуникаций. Для их предо-
твращения необходимо снизить уровень вибрации на этих часто-
тах и увеличить время их прохождения.

С этой целью было предложено [11] использовать псевдо-
случайные управляющие сигналы, которые, имея спектр частот-
но-модулированных сигналов, отличались бы от них неравномер-
ным распределением амплитуд и быстрым прохождением области
резонанса.

Псевдослучайный сигнал моделируется следующим образом.
Берется случайная знаковая последовательность определенной
длительности со значениями амплитуд +1 и -1 и свертывается с
нуль-фазовым сигналом заданного спектра. В результате во
временной области получается колебание с неравномерным
распределением амплитуд, которое и используют в качестве
управляющего сигнала. В частотной области спектр результи-
рующего сигнала будет совпадать со спектром модулирующего
нуль-фазового сигнала, так как спектр знаковой последова-
тельности близок к равномерному.

Псевдослучайные кодовые последовательности на основе
знакопеременного ряда в небольшом объеме были опробованы с
использованием импортного оборудования. Автокорреляционные
функции этих и ЛЧМ-сигналов аналогичны друг другу. Основное
различие заключается в том, что корреляционные шумы у
псевдослучайных сигналов больше, чем у ЛЧМ-сигналов^ и наблю-
даются области их разрастания на определенных временных
сдвигах по аналогии с вышерассмотренными кодовыми последо-
вательностями. Это вполне закономерно, так как в основе
псевдослучайного сигнала лежит случайная кодовая последова-
тельность. Повышенный уровень корреляционных помех проявился
также на полевых записях, на которых выделяются наклонные
оси синфазностей, обусловленные, очевидно, шумами корреляции
от интенсивных волн, прослеживаемых в первых вступлениях.
Спектры прямой и преломленных волн практически идентичны
друг другу, а спектры управляющих сигналов подобны. Спектр
псевдослучайной последовательности характеризуется наличием
выбросов и большей неравномерностью по сравнению со спектром
ЛЧМ-сигнала.

В отечественной практике эти сигналы пока применения не
получили. Зарубежные фирмы с вниманием отнеслись к этой
методике. Фирмы ”8егзе1” и ”РеИоп” внесли в свои блоки
управления вибраторами режим работы с псевдослучайными
последовательностями. По имеющимся зарубежным публикациям их
использование связывают с проведением работ в городах и про-
мышленных зонах. Так, в работе [54] указывается на то, что с
применением псевдослучайных последовательностей были полу-
чены материалы, идентичные таковым со стандартными частотно-
модулированными сигналами. При этом указывается, что исполь-
зование этой модификации управляющих сигналов позволяет в
культурных зонах генерировать больше низкочастотных коле-
баний, чем использование линейных сигналов при том же уровне
вибрации.

3.	ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА НАЗЕМНОЙ
НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Широкое внедрение наземной невзрывной сейсморазведки пот-
ребовало создания специализированного оборудования и аппара-
туры для возбуждения и регистрации колебаний, а также обра-
ботки получаемых данных. В комплекс технических средств на-
земной невзрывной сейсморазведки входят источники упру-
гих колебаний, регистрирующая аппаратура, оснащенная сис-
темами для синхронного накопления (накопители) и корреля-
ционной обработки (корреляторы) сигналов, а также специаль-
ные устройства для управления и контроля за работой источ-
ников, включая запись на магнитную ленту управляющего сиг-
нала. Принцип действия и технические характеристики отечест-
венных и зарубежных источников для невзрывного возбуждения
колебаний, а также специализированной аппаратуры для их
управления и контроля и регистрации колебаний достаточно
подробно изложены в ряде последних публикаций [31, 51].
Поэтому далее приведены лишь основные сведения по техниче-
ским средствам наземной невзрывной сейсморазведки.

Представляют интерес также вопросы приема колебаний в не-
взрывной сейсморазведке, которые в общем виде рассмотрены
в конце данного раздела.

3.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ УСТАНОВКАХ ДЛЯ
НЕВЗРЫВНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИИ

В практике наземной невзрывной сейсморазведки промышлен-
ное применение получила целая гамма излучателей, различаю-
щихся характером возбуждаемых колебаний, видом преобразуемой
в механические воздействия на грунт энергии, принципом
действия, энергетическими параметрами, а также некоторыми
другими эксплуатационными характеристиками (диапазон рабочих
температур, транспортные базы и др.). Для всех наземных
источников общим является то, что развиваемые нагрузки при-
кладываются непосредственно к поверхности земли. В последнее
время появились скважинные невзрывные источники, обеспечи-
вающие возбуждение колебаний под зоной малых скоростей без
использования зарядов конденсированных взрывчатых веществ.

Классификация отечественных наземных невзрывных источни-
ков приведена в табл. 4. В нее не вошли скважинные невзрыв-
ные источники, поскольку они характеризуются существенно
меньшими энергетическими параметрами, чем наземные, и отли-
чаются от них конструкцией и принципом действия. Тем не ме-
нее скважинные источники по силовым параметрам могут быть
условно отнесены к установкам четвертой и частично третьей
групп.

В соответствии с принятой классификацией источники под-
разделяются на типы, группы и модификации.

Тип излучателя определяет характер передаваемых грунту
нагрузок, по нему установки делятся на импульсные и вибра-
ционные. Импульсные источники развивают и передают грунту
кратковременные нагрузки, продолжительность которых меньше
периода возбуждаемых колебаний. Вибрационные источники гене-
рируют переменные нагрузки, общая длительность которых су-
щественно больше временной глубины разведки. Они подразде-
ляются на два подтипа: источники непрерывного и дискретного
действия. Первые - возбуждают квазигармонические нагрузки
плавно меняющейся частоты, вторые - последовательности импу-
Таблица 4

Тип источника	Группа	Модификация по принципу действия	Модификация по направ- лению воздействия
Вибрационный	Первая	Гидравлический, механи- ческий (эксцентриковый)	Вертикальное, горизонтальное
	Вторая	Гидравлический	Вертикальное
Вибрационный дискретного действия	Вторая	Электроиндукционный	Вертикальное, горизонтальное
Импульсный	Первая	Пневматический (газо- динамический) , механический	Вертикальное
	Вторая	Пневматический, электродинамический	Вертикальное, горизонтальное, наклонное
	Третья	Пневматический, электродинамический	Вертикальное, горизонтальное
	Четвер-	Пневматический,	Вертикальное,
	тая	механический, электродинамический	горизонтальное

льсов, следующих друг за другом через равные или одинаковые
промежутки времени. Это так называемые кодоимпульсные или
виброимпульсные источники.

Группа излучателя характеризует его силовые или энергети-
ческие параметры, т.е. интенсивность возбуждаемых колебаний.
При этом импульсные источники характеризуются расчетной
энергией воздействия или импульсом силы, а вибрационные -
силой воздействия на грунт. По этим параметрам источники де-
лятся на четыре группы, от более к менее мощным: первая,
вторая, третья и четвертая для освещения глубин соответст-
венно до 5-7, 3-5, 2 км и менее 2 км. Последние нашли при-
менение в малоглубинной сейсмике при работах на твердые по-
лезные ископаемые, воду и инженерно-геологических изыска-
ниях.

Модификация излучателя определяет направление воздействий
и вид преобразуемой энергии (принцип действия). В зависимос-
ти от направления приложения нагрузок и типов возбуждаемых
волн параметрический ряд определяет тип модификации источни-
ков: источники вертикального (В), горизонтального (Г) и ком-
бинированного (К) действий, соответственно для возбуждения
продольных, поперечных и одновременно тех и других волн.

По виду преобразуемой энергии и принципу действия источ-
ники делятся на механические, гидравлические (электрогид-
равлические), пневматические (газодинамические) и электри-
ческие.

Механические источники - это, при импульсном возбуждении,
установки, использующие энергию падающего груза (в том числе
молотка), а при вибрационном - излучатели, в которых вращаю-
щиеся неуравновешенные массы (эксцентриковые, дебалансные
двигатели) создают вертикально и горизонтально направленные
силы, прикладываемые к поверхности земли.

Гидравлические источники - это вибрационные излучатели, в
которых используется энергия жидкости, поступающей в рабочие
полости цилиндра с поршнем под переменным по величине и нап-
равлению давлением.

Пневматические (газодинамические) источники - импульсные
установки, в которых используется энергия сжатого воздуха
или детонаций горючей смеси пропан-кислород, бензин-
кислород.

Электрические источники - это импульсные или кодоимпульс-
ные установки, в которых запасенная в конденсаторах энергия
преобразуется в редкие единичные или частые удары, воздейст-
вующие на среду. По способу преобразования энергии электри-
ческие источники подразделяются на электродинамические,
электромагнитные и электроиндукционные.

В электродинамических источниках (импульсных) преобразо-
вание электрической энергии в механическую происходит при
взаимодействии токов в обмотках ротора и статора, которые
могут иметь цилиндрическую или плоскую форму.

В электромагнитных источниках механические силы возникают
при взаимодействии магнитного поля тока обмотки с ферромаг-
нитным телом. В электроиндукционных источниках (кодоим-
пульсные излучатели) механические силы инициируются при
взаимодействии магнитного поля обмотки возбуждения с током,
индуцированным в короткозамкнутом контуре. Существуют еще
электрогидравлические скважинные источники, основанные на
энергии разряда тока в жидкости, в результате которого соз-
дается короткий, но весьма интенсивный импульс давления,
который через раствор, заполняющий скважину, передается
окружающей среде.

Эффективность работы невзрывного источника определяется
его сейсмическими и эксплуатационными характеристиками.
Основные из них следующие.

Синхронность воздействий

Под синхронностью понимается разброс времени между пода-
чей электрического импульса на работу, записываемого на маг-
нитоноситель станции и передаваемого на источник, и воз-
действием на грунт. Разброс времени определяет возможность
работы излучателя в режиме синхронного накопления воздейст-
вий, и он должен находиться в обратном соотношении с макси-
мальной частотой возбуждаемых колебаний. Чем выше частота,
тем меньше допустимый разброс времен воздействий, действие
его в принципе аналогично работе фильтра с заданной верхней
частотой среза. Например, для волн с максимумом спектра 20-
35 Гц (наибольшая частота '70 Гц) разброс времени до ±2 мс
может считаться приемлемым, а для частоты 60-65 Гц (макси-
86
мальная частота 'МЗО Гц) будет уже недостаточным. Большин-
ство типов и модификаций источников обеспечивает необходимую
синхронизацию воздействий и работу в режиме их синхронного
накопления. Исключение составляют импульсные механические
источники, синхронизация воздействий которых осуществляется
путем работы станции в ждущем режиме и запуском ее от мо-
мента производства удара, т.е. наоборот по сравнению с рабо-
той других источников.

Повторяемость воздействий

Под этим параметром понимается идентичность по форме
волн, возбуждаемых при последовательных воздействиях на каж-
дом пункте возбуждения. Сохранение формы записи колебаний
также необходимо для эффективного накопления сигналов. Иден-
тичность их зависит от ряда факторов, в том числе и не зави-
симых от экспериментатора. Но конструкция излучателя и выб-
ранная методика работ должны обеспечить выполнение этого
требования. Исключения могут встретиться при повторных уда-
рах на очень мягких грунтах. Тогда следует принять специаль-
ные меры, вплоть до минимального сокращения числа воздейст-
вий в одной точке.

Частотный состав возбуждаемых волн

Под этим параметром понимается видимая частота или часто-
та максимума спектра возбуждаемых волн. В среднем они наблю-
даются в полосе частот от 20-22 до 30-35 Гц и зависят от
конструкции и параметров излучателей, а также от поверхност-
ных условий. Ранее отмечалось, что с уменьшением энергии
излучателя наблюдается увеличение резонансной частоты коле-
баний, что является следствием уменьшения присоединенного
объема грунта.

Интенсивность возбуждаемых колебаний

Под интенсивностью возбуждаемых колебаний понимаются ве-
личины их амплитуд при одиночном воздействии импульсного
излучателя или одной посылке вибрационной установки после
процедуры взаимной корреляции волн. Интенсивность является
важным параметром излучателя. Выполненные в разное время
сравнительные испытания источников позволили проранжировать
их по амплитудам возбуждаемых волн [52]. Следует отметить,
что за рубежом сравнительные испытания источников носят
весьма регулярный характер [55]. У нас последние испытания
с весьма ограниченным числом источников (ГСК-6, ИКИ-10/
/40, сейсмодин 4-800 и вибраторы СВ-5-150) были выполнены
в 1986 г.
Температурный диапазон и мобильность источника

Под этими характеристиками понимается возможность работы
источника в различных климатических условиях. Большие объемы
работ выполняются в условиях полного или частичного бездоро-
жья и при низких отрицательных температурах. Поэтому все ти-
пы и модификации невзрывных источников монтируются на
транспортных базах высокой проходимости, на которые устанав-
ливают сам излучатель и необходимое вспомогательное оборудо-
вание, что обеспечивает полную автономность источника. Для
работы в северных районах используют специальные транспорт-
ные средства - гусеничные, снегоболотоходы, обладающие
сверхвысокой проходимостью и низким удельным давлением на
грунт.

Сейсморазведочные работы проводятся со сравнительно не-
большим числом модификаций наземных невзрывных источников.
Это вибраторы, пневматические (газодинамические), электроди-
намические и электроиндукционные излучатели. В очень неболь-
ших объемах, большей частью при изучении малых глубин, при-
меняются механические излучатели - установки с падающим гру-

Таблица 5

Источники	Абсолютные (в км профилей) и относительные (%) объемы применения при наземных работах МОВ на нефть и газ в 1988-1991 гг.			
	1988		1989	
Взрывные	151962	43	188979	50,1
Вибраторы	161954	46	183211	48,5
Пневматические	30066	8,5	4519	1,2
Газодинамические	563	0,2	-	-
Падающий груз	7343	2,3	669	0,2
Итого	351888	100	377378	100

Продолжение табл. 5

Источники	Абсолютные (в км профилей) и относительные (%) объемы применения при наземных работах МОВ на нефть и газ в 1988-1991 гг.			
	1990		1991	
Взрывные	185765	57	184382	37,4
Вибраторы	125789	38,6	222378	61,8
Пневматические	13511	4,2	2484	0,7
Газодинамические	-	-	-	-
Падающий груз	499	0,2	419	0,1
Итого	325564	100	359663	100
зом и молотки. Наиболее полные данные, характеризующие
объемы и стоимость геофизических, в том числе и сейсмических
работ, приведены в ежегодных обзорах по геофизической ак-
тивности в различных странах мира, за исключением стран СНГ,
Восточной Европы, Северной Кореи и Китая [56]. Объемы работ,
выполненные в период 1988-1990 гг. с различными источниками
колебаний, приведены в табл. 5. Из нее следует, что взрывной
и вибрационный способы возбуждения колебаний занимают доми-
нирующее положение. В 1988 г. первенствовали вибраторы
(46%), а затем взрывы (до 57% в 1990 г.), что обусловлено,
возможно, трудностями применения вибрационных источников в
особо сложных условиях, в которых развиваются поисковые ра-
боты (джунгли, болота, леса и др.). Остальные модификации
невзрывных источников используются в существенно меньших
объемах. Широкое развитие вибрационной сейсморазведки за
рубежом объясняется, по нашему мнению, большим выбором вы-
сокочастотных и надежных вибраторов, способных работать в
самых различных условиях, а также значительно более низкими
ценами, которые надо платить за использование земли вследст-
вие практически полного исключения вреда, наносимого окру-
жающей среде.

В отечественной наземной сейсморазведке объемы применения
невзрывных источников достигли ~ 40% (от общего километража
профилей) при работах на нефть и газ. Основные объемы выпол-
няются с вибрационными и газодинамическими источниками в
относительных объемах по ~ 50%. Сравнительно небольшое при-
менение получили электроиндукционные и электромеханические
излучатели.

Тенденция развития нашей невзрывной сейсморазведки подоб-
на зарубежной. Все большее применение получают вибрационные
излучатели, несмотря на их большую стоимость и сложность в
эксплуатации. Объясняется это такими факторами, как лучшее
качество получаемых материалов, возможность активного влия-
ния на частоту регистрируемых волн и др. Поэтому можно в
ближайшие годы ожидать дальнейшее увеличение объемов вибра-
ционной сейсморазведки.

3.2.	ВИБРАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ КОЛЕБАНИЙ
(ВИБРАТОРЫ)

Вибрационные источники колебаний представлены тремя моди-
фикациями: механические (эксцентриковые), гидравлические
(электрогидравлические) и электроиндукционные. Последние
возбуждают последовательные импульсы и рассмотрены отдельно.
3.2.1.	МЕХАНИЧЕСКИЕ (ЭКСЦЕНТРИКОВЫЕ) ВИБРАТОРЫ

Эксцентриковые установки были первыми, с которых началось
развитие вибрационной сейсморазведки в США и в нашей стране.
За основу была взята конструкция трамбовки, у которой верти-
кальная сила возникает за счет вращения пар с дебалансами,
установленных на общем основании - платформе. В зависимости
от направления вращения колес и расположения дебалансов
одна и та же установка способна возбуждать вертикальные и
горизонтальные нагрузки, которые передаются поверхности зем-
ли через общее основание. Изменение частоты посылаемых в
землю колебаний достигается увеличением или уменьшением час-
тоты вращения колес. На основе эксцентриковых вибраторов
реализована система ”Вибролокатор”, получившая применение в
частотном методе вибросейсморазведки. В разделе, посвящен-
ном этому методу, приведено описание ”вибролокатора”.

Эксцентриковые вибролокаторы применялись также в сейсмо-
разведочном комплексе для разведки малых глубин (ВСК-1 и
ВСК-2). В настоящее время они не выпускаются, так как эти
комплексы не используются из-за сложности управления, малой
надежности и трудностей в обеспечении стабильной, синхронной
работы излучателей.

Особенностью эксцентриковых установок является то, что
развиваемые ими усилия на среду увеличиваются с возраста-
нием частоты вращения дебалансов по квадратичному закону,
т.е. с повышением частоты возбуждаемых колебаний увеличи-
вается сила, действующая на поверхности грунта. В принципе
это положительное качество эксцентриковых вибраторов, так
как у вибраторов других модификаций имеет место другая зако-
номерность. Однако реализация этого положительного качества
эксцентриковых вибраторов наталкивается на определенные
трудности из-за необходимости иметь пригруз большой массы во
избежание отрыва рабочей плиты излучателя от поверхности
земли. Поэтому используются специальные системы, ограничи-
вающие рост силы с увеличением частоты. Например, в источни-
ках вибролокатора имеется специальное следящее устройство,
которое уменьшает или увеличивает эксцентриситет, чтобы
обеспечить приблизительное постоянство действующей на землю
силы и не допустить чрезмерного увеличения.

3.2.2.	ГИДРАВЛИЧЕСКИЕ ВИБРАТОРЫ

В вибрационной сейсморазведке при проведении поисково-
разведочных работ исключительное применение получили гидрав-
лические системы на основе сервопривода. Эти источники ха-
рактеризуются следующими качествами:

наименьшими габаритами и энергопотреблением на единицу
мощности;
стабильностью частотных характеристик при изменяющихся
нагрузках;

сравнительной простотой регулировки колебаний по частоте
и амплитуде;

широким применением элементов гидропривода в промышлен-
ности и возможностью использования серийно выпускаемых узлов
деталей.

Наряду с достоинствами эти установки имеют определенные
недостатки, обусловленные сложностью их конструкции, а сле-
довательно и обслуживания, неизбежными утечками жидкости,
для ограничения которых необходимы специальные профилакти-
ческие мероприятия, и др. Однако достоинства гидравли-
ческих вибраторов превалируют и они широко применяются
практически во всех странах, где ведутся работы на нефть
и газ.

Попытки создания наземных вибраторов для сейсморазведки
на основе других энергопреобразующих систем и принципов ре-
зультатов не дали. Были разработаны, изготовлены и опробова-
ны макеты вибраторов на основе электропривода. Но из-за
большой массы, сложной конструкции излучателя и отдельных
его частей эти установки пока развития не получили.

Рабочим элементом гидравлического вибратора является виб-
ровозбудитель (рис. 20), представляющий собой массивный ци-
линдр 4, играющий роль инерционной массы, внутри которого
помещен поршень 5, соединенный с опорной плитой источника 6,
которая в процессе излучения колебаний прижимается внешней
силой к поверхности земли. Чаще всего для этого используется
масса транспортной базы источника, и для того, чтобы плита
не отрывалась от поверхности земли, статическая нагрузка на
нее выбирается большей или равной силе, развиваемой излуча-
телем. Поршень с опорной плитой приводится в движение путем
попеременной подачи масла в верхнюю и нижнюю полости гидро-
цилиндра через золотники первого (2) и второго (3) каскадов
электрогидравлического преобразователя 1. На входе он имеет
катушку, на которую подаются переменное напряжение или ток,
частота и амплитуда которого изменяется в соответствии с
принятыми параметрами управляющего сигнала. Помещение стерж-
ня в катушке приводит в действие золотник первого каскада,
который управляет потоками жидкости, нагнетаемой насосом в
систему. Одновременно с нагнетанием в одну полость из проти-
воположной происходит его слив. Действующая на поршень сила
равняется произведению его площади на разность давлений над
и под поршнем:

р + (РА - Рв}8'

где рА и рв - давления в полостях гидроцилиндра; 5 - актив-
ная площадь поршня.

В зарубежной литературе эта сила получила название пико-
вой. В большинстве случаев считается, что наибольшая ампли-
Рис. 20. Возбудитель вибраций с двухкаскадным электрогидравлическим пре-
образователем:

1 - электрогидравлический преобразователь; 2 - золотник первого каскада;

3 - золотник второго каскада; 4 - гидроцилиндр; 5 - поршень возбудителя
вибрации; 6 - датчик положения золотника; 7 - гидроцилиндр подъема и
опускания плиты; 8 - опорная плита; —> сливная линия; «— напорная линия
туда действующей на поршень силы постоянна на всех частотах.
На практике, как будет показано дальше, она уменьшается с
увеличением частоты. Размеры нагнетательных и сливных
отверстий меняются золотниковым механизмом в соответствии с
амплитудой управляющего сигнала, чем и достигается возбужде-
ние переменных по времени колебаний. При этом поршень и ци-
линдр совершают возвратно-поступательные движения, которые
через плиту передаются грунту и возбуждают упругие волны в
земле. В вибраторах продольных волн вибровозбудитель уста-
новлен вертикально, что и определяет направление приложения
нагрузок к поверхности земли. Отрицательные нагрузки реали-
зуются за счет действующей вверх силы и частичной разгрузки
плиты, прижатой к поверхности земли массой транспортного
средства.

Для возбуждения поперечных волн вибровозбудитель распола-
гается горизонтально, обеспечивая передачу грунту касатель-
ных усилий. Плита на нижней поверхности имеет зубья и также
прижимается массой машины к поверхности земли для обеспече-
ния необходимого контакта ее с грунтом.

В вибраторах, обеспечивающих одновременное возбуждение
продольных и поперечных волн разной поляризации, вибровоз-
будитель располагается под углом к поверхности земли в раз-
личных азимутах [58].

Все отечественные и зарубежные электрогидравлические виб-
раторы имеют единый принцип действия и отличаются друг от
друга пиковыми усилиями, частотным диапазоном, транспортными
базами и некоторыми другими характеристиками.

Усилия, развиваемые вибровозбудителем, преобразуются в
сейсмические волны через рабочую плиту вибратора, которая
вместе с присоединенным объемом грунта образует механическую
систему, включающую упругие и инерционные элементы. Наличие
их приводит к тому, что процесс перехода механической энер-
гии в сейсмическую носит частотно-зависимый характер с резо-
нансом на определенной частоте.

Активная составляющая сейсмической мощности Р, развивае-
мой возбудителем вибраций, определяется соотношением

Р = гРсозАф/2,

где 2 - скорость перемещения плиты; Г - толкающее усилие;
Аф - фазовый сдвиг между 2 и Г.

Оптимальным будет такой режим работы вибратора, при кото-
ром фазовый угол равен нулю, и он реализуется на частоте ре-
зонанса. С этих позиций очень перспективны так называемые
резонансные вибраторы, для которых во всей полосе частот фа-
зовый угол равен нулю. Однако, как будет показано далее,
реализация такого режима работы вибратора наталкивается на
ряд трудностей. Экспериментальные работы также показали
на значительные препятствия, возникающие при создании таких
вибраторов [50].
Сердцем гидравлического вибратора является преобразова-
тель электрогидравлический (ПЭГ), от надежной и правильной
работы которого зависит работа вибратора. Первоначально при-
менялись золотниковые преобразователи (см. рис. 20). Им на
смену пришли преобразователи с сопло-заслонкой, которые ра-
ботают при меньших входных напряжениях и обеспечивают более
устойчивую работу вибратора.

Преобразователи - гидроусилители с сопло-заслонкой
используются в отечественных (СВ-5-150М2) и ряде зарубежных
вибраторов. Принцип действия такого гидроусилителя показан
на рис. 21.

Входным каскадом является электромеханический преобразо-
ватель с заслонкой, помещенной между двумя щелевыми дроссе-
лями, установленными на пути потоков жидкости. Эта система
образует первый каскад гидроусилителя, который управляет ра-
ботой золотниковых пар. При отсутствии управляющего сигнала
заслонка находится в среднем положении, обеспечивая равенст-
во проходящих потоков жидкости по обе стороны от нее. При
подаче маломощного электрического управляющего сигнала на
электромеханический преобразователь гидроусилителя в виде
разности напряжений А (7 = 171 - 17г заслонка отклоняется от
среднего положения. В результате равенство потоков жидкости
нарушается, что ведет к повышению давления в одной из полос-
тей гидроцилиндра и к смещению золотника второго, а затем
и выходного третьего каскада.

В связи с тем, что масса заслонки выбирается небольшой,
преобразователь становится лучше управляемым во всем сейс-
мическом диапазоне частот, в том числе при значениях, боль-
ших 150-200 Гц.

Обязательным условием успешной работы вибратора является
движение опорной плиты, синхронное с изменением напряжения
управляющего сигнала, подаваемого на ПЭГ. Для этого исполь-
зуют специальные системы фазовой коррекции, включающие в се-
бя приборы ускорения или скорости, расположенные на опорной
плите и инерционной массе, а также датчики перемещений - на
золотнике и инерционной массе, электронные схемы, анализи-
рующие поступающие сигналы и выдающие сигналы управления,
корректирующие движение опорной плиты.

Проанализируем работу вибратора, используя метод электро-
механических аналогий. При этом будем исходить из следующих
положений.

1.	Давление, или усилие, в полостях гидроцилиндра вибро-
возбудителя меняется по квазисинусоидальному закону, ампли-
туда которого остается постоянной во всем диапазоне генери-
руемых частот.

2.	Амплитудно-частотные характеристики вибратора, опреде-
ляемые по записям стандартных сейсмоприсмников, установлен-
ных от него в "ближней” и "дальней” зонах, носят резонанс-
ный характер с максимумом в полосе частот 20-35 Гц. Кроме
94
Рис. 21. Усилитель элект-
рогидравлический с соплом-
заслонкой:
]	- электромеханический

преобразователь; 2 - под-
вижная заслонка; 3 - сопло;
4 - первый каскад; 5
датчик обратной связи; 6 -
гидроцилиндр; 7 - дроссель;
8 - золотник

Рис. 22. Механическая модель вибратора (а) и его электромеханический
аналог (б):

Мин, Мпл, тн - инерционная масса (масса корпуса гидроцилиндра), масса
плиты с поршнем и присоединенного объема грунта соответственно; Сн, Сж -
сжимаемость присоединенного объема грунта и рабочей жидкости; Ср - до-
полнительная упругость для обеспечения резонансного режима работы виб-
ратора
того, наблюдается незначительный подъем амплитуд на частотах
60-80 Гц.

3.	Волны, возбуждаемые вибраторами, регистрируются сейс-
моприемниками, выходное напряжение которых пропорционально
скоростям смещения частиц грунта.

Схема гидравлического вибратора, работающего на нагруз-
ку - грунт, приведена на рис. 22. Основу его составляет
гидравлический цилиндр двустороннего действия с поршнем,
который жестко связан с излучающей, опорной плитой. Гидро-
цилиндр вместе с поршнем и рабочей жидкостью является кана-
лом передачи нагрузок и подвержен влиянию внутренних помех,
что приводит к искажению передаваемых ими усилий. Помехами
являются нелинейные процессы, имеющие место в гидроприводе и
грунте, а также паразитная упругость жидкости, обусловлен-
ная наличием в ней нерастворенной газовой составляющей воз-
духа. Он проникает в жидкость через свободную поверхность
масла, а также через негерметичные соединения трубопроводов
и уплотнения. Пузырьки воздуха, попадая в зону высокого
давления, уменьшаются в объеме, образуя стабильную газожид-
костную эмульсию, что делает рабочую жидкость двухфазной и
сжимаемой. Газовая компонента равномерно распределена по
объему рабочей жидкости. Она также концентрируется на по-
верхностях элементов гидросистемы и в микротрещинах. Объем-
ная концентрация нерастворенного газа может меняться в
довольно широких пределах, от 3,5 до 20% [32]. Наличие
газовой компоненты приводит к тому, что под действием
внешней нагрузки (сжатие) в двухфазных смесях вначале про-
исходит сжатие воздуха в пузырьках, затем его частичное
растворение в масле. В результате жидкость становится сжи-
маемой, что влияет на работу вибратора, особенно в верхней
части сейсмического диапазона частот, и что следует учиты-
вать при анализе его работы.

Теоретические расчеты показывают, что с увеличением про-
центного содержания нерастворенной газовой компоненты наблю-
даются:

увеличение длительности переходных процессов;

смещение максимумов амплитудно-частотных характеристик
вибровозбудителя в сторону низких частот и значительное су-
жение полосы рабочих частот гидроприводов.

Некоторые характеристики, иллюстрирующие влияние газо-
содержания жидкости на работу гидропривода, приведены на
рис. 23.

Сжимаемость жидкости предлагается учитывать путем введе-
ния упругих элементов между поршнем и гидроцилиндром, через
которые как бы передаются усилия инерционной массе и плите.
При этом пренебрегают силами трения, действующими в гидро-
системе, а массу жидкости считают входящей в массу поршня.

Сейсмической нагрузкой вибратора является грунт, предс-
тавленный рассмотренной ранее моделью, состоящей из последо-
96
Рис. 23. Амплитудно-частотные
характеристики движения инер-
ционной массы в зависимости от
газосодержания жидкости (Г):
/, 2, 3 - Г - 0,0005; 0,05;
0,2

вательно соединенных массы присоединенного объема грунта ти,
упругости Сн и активного сопротивления Кп. На схеме не пока-
заны элементы прижима рабочей плиты к грунту, потому что они
рассчитываются таким образом, чтобы практически не влияли на
работу вибратора в сейсмическом диапазоне частот от 10-12 Гц
и более.

Электромеханический аналог вибратора нагрузкой приведен
на рис. 22. Электрический генератор, развивающий напряжение
17, нагружен на два параллельно соединенных контура, из кото-
рых первый включает в себя электрические аналоги инерционной
массы и упругости, учитывающей сжимаемость жидкости (Мхн и
Сж), и второй - аналог плиты со штоком (Мпл) и присоединен-
ного объема грунта - нагрузки (ти, Сн и /?„)• Наличие двух
электрических контуров с индуктивными и емкостными сопротив-
лениями предопределяет возможность существования двух резо-
нансных частот, на которых ток в цепи нагрузки будет иметь
максимальные значения. В соответствии с принятой системой
аналогий ток соответствует скорости смещения механических
элементов.

Инерционная масса и упругость жидкости образуют первый
контур с комплексным сопротивлением

2ИН = уй)А/ин/(1 - й>Л/ннСж).

Оно оказывает шунтирующее действие на генератор, уменьшая
ток в цепи нагрузки /н, а следовательно, и сейсмический
эффект вибратора. Действительно, при ш —» 0 Хнн —» 0 и ток в
цепи нагрузки будет стремиться к нулю. По мере повышения
частоты комплексное сопротивление первого контура возрастает
и его шунтирующее действие уменьшается. Этим объясняется по-
ведение левой, дорезонансной, ветви амплитудно-частотной ха-
рактеристики вибратора. Для повышения эффективности работы
вибратора в низкочастотной части сейсмического диапазона
необходимо увеличивать инерционную массу. Эта тенденция

7 Заказ № 2202

97
отчетливо прослеживается в конструкции современных вибрато-
ров. Инерционная масса может быть определена из простого
соотношения

Мик = /-0/(4я2/21п2),

где Ро - амплитуда силы, действующей на поршень; /в» - ми-
нимальная частота развертки управляющего сигнала; 2 - макси-
мальное перемещение инерционной массы относительно поршня.

Например, для вибратора с усилием 25000 кг, начальной
частотой 8 Гц и ходом ±2 см Мян ~ 2440 кг. При заданных
инерционной массе и наибольшем ходе поршня может быть опре-
делена минимальная частота:

= Л//4п2Л/нн2.*

В области высоких частот сопротивление первого контура может
быть представлено в виде:

2НН = -1/(/шСж).

Оно носит емкостный характер, определяется сжимаемостью
жидкости и также не должно быть очень малым. Сжимаемость
жидкости зависит от площади поршня гидроцилиндра (5), модуля
упругости жидкости (Е) и ее действующего объема (V) в по-
лостях гйдроцилиндра [48]:

Сж = У/(Е82).

Для ее уменьшения необходимо увеличивать площадь поршня и
уменьшать объем рабочей жидкости. Заслуживает внимания пос-
ледний способ, так как с увеличением частоты рабочий ход
поршня уменьшается, что позволяет сократить рабочий, дейст-
вующий объем жидкости. В этом случае сжимаемость жидкости
уменьшается, что приводит к расширению амплитудно-частотной
характеристики в области высоких частот. Известен ряд реше-
ний, реализующих эту идею в высокочастотных вибраторах.

Комплексное сопротивление 2НН имеет максимум на частоте

<_____1—/______1-. / .

/р 2Я V Мин Сж

На этой частоте наступает резонанс тока, сопротивление кон-
тура увеличивается и ток в нагрузке возрастает, что ведет к
повышению сейсмического эффекта вибратора. Приняв V =
= 5-Ю'4 м3, Е - 15 10е Н/м, 5 - 10'4 м2, М - 2-10 кг,
получим

Л =	- = 62 (Гц),

6,28*4 103'
что неплохо согласуется с экспериментальными данными.
Второй электрический контур образован последовательно
соединенными электрическими аналогами массы плиты и нагрузки
грунта.

Ток в этой цепи

/„ - 1//(2„ + Л>Л/„л),

где 2Н - сопротивление нагрузки; Мпя - масса плиты.

После простых преобразований получим

/н в	” ^2(Л/пл + Я1и)Сн + /уСи-Ли] •

Анализ этого соотношения показывает следующее.

На низких частотах преобладающее влияние на величину тока
в нагрузке оказывают упругие характеристики присоединенного
объема грунта. При этом ток нагрузки возрастает с увеличе-
нием частоты до некоторого максимального значениял определяе-
мого соотношением 1 - са2(Л/Пл + тн)Сн = 0.

На этой частоте имеет место резонанс напряжения и ток
нагрузки

Л = I -
тах

При этом

й)р *= 1 / (А/пл +

Таким образом, на частоте резонанса наблюдается максимум
тока нагрузки и отсутствует сдвиг фаз между ним и напряже-
нием, развиваемым генератором. Этот режим является оптималь-
ным, однако для его реализации в пределах всей полосы час-
тот возбуждаемых колебаний необходимо выполнение определен-
ных условий, которые будут рассмотрены далее. Резонансу
соответствует максимум амплитудно-частотной характеристики
вибратора, который наблюдается повсеместно на частотах 20-
30 Гц. Для расширения эффективной полосы частот возбуждаемых
колебаний необходимо смещение резонанса в верхнюю часть
сейсмического диапазона. С этой целью следует уменьшить
величину Мпл + ти, что может быть достигнуто снижением массы
и размеров плиты. Эта тенденция отчетливо прослеживается в
конструкциях современных высокочастотных вибраторов, она
проявляется в увеличении отношения инерционной массы к массе
плиты. Например, это отношение у среднечастотного вибратора
”Меп 12” с полосой частот 6-180 Гц равно 1,18, а у вибра-
тора ”Мегг 18/612” с полосой частот 10-250 Гц состав-
ляет 3,5.

Резонансный режим работы вибратора интересен еще и тем,
что позволяет получить оценки физических свойств грунта в
точках возбуждения колебаний. Действительно, частота резо-
нанса определяется упругими свойствами присоединенного объе-
ма грунта и его массой, нахождение которых может служить
мостом к физическим свойствам пород.

За частотой резонанса наблюдается снижение тока нагрузки,
7*	99
и его величина начинает определяться инерционными элементами
системы. Действительно, на повышенных частотах и^(Млл + тн)х
хСи » 1 и ток нагрузки

I = и/[К + л>(МпЛ + тн)|.

Наблюдается спад характеристики вибратора и на его фоне мо-
жет наблюдаться некоторый подъем, обусловленный резонансом
за счет сжимаемости жидкости.

Таким образом, ток нагрузки является переменной величи-
ной, зависимой от частоты и параметров присоединенного объе-
ма грунта.

В соответствии с изменением тока нагрузки будет меняться
скорость колебаний плиты и присоединенного объема грунта, а
следовательно, и интенсивность возбуждаемых и регистрируемых
сейсмоприемниками волн, что находит подтверждение в форме
амплитудно-частотной характеристики вибратора и спектрах
регистрируемых волн. Это положение имеет принципиальное зна-
чение в понимании особенностей излучения волн вибрационными
источниками, так как они, работая в режиме постоянной ампли-
туды силы, не обеспечивают равномерной характеристики по
скорости, а следовательно, и по амплитудам волн, регистри-
руемых стандартными сейсмоприемниками скорости смещения час-
тиц грунта.

Выше отмечалась привлекательность работы вибратора в ре-
зонансном режиме во всем диапазоне частот излучаемых колеба-
ний. Для его реализации необходима конструкция вибратора с
переменными упругими и инерционными элементами. Наиболее
просто эта задача может быть решена путем введения дополни-
тельной, меняющейся с частотой упругости (пружины) между
инерционной массой и плитой [50].

Проанализируем получаемые при этом решения. Для этого
введем дополнительный упругий емкостный элемент Ср в элект-
ромеханический аналог вибратора, расположив его в соответст-
вии со схемой излучателя между генератором и инерционной
массой (см. рис. 22).

Довольно сложные расчеты позволяют получить следующее вы-
ражение для модуля тока нагрузки:

I/ I = У(й>МинСпК)2 -г (ЫА/„) СпА)2

г2 - и2к2

где .АГ — Л/инСр + МмСх 1л Ь = Ср2н +	- и)2АЛ<н2нСж0р.

Очевидно, что ток нагрузки будет иметь максимум при Ь =
= и>2К.

Из этого соотношения определим зависимость частоты от С:

Ь)2 — ------и.(-ж__________________

Л^нн-2нСжСр + Л/инСр + Л/И„СЖ
Полученное выражение достаточно сложно, поэтому упростим
его, считая, что Сж » Ср и Л/Нн2„СжСр > МИИСР и МККСЖ. Это
обосновано тем, что вводимая дополнительная упругость должна
быть более сжимаемой, чем жидкость, и сопротивление нагрузки
весьма велико. Тогда

л/ии^иСжСр	л^инСр	р л/ина>2

Из последнего соотношения следует, что для обеспечения
резонансного режима работы вибратора во всем частотном диа-
пазоне излучаемых колебаний необходимо, чтобы упругость сог-
ласующего элемента менялась обратно пропорционально квадрату
частоты. Теоретические и экспериментальные исследования по-
казывают, что практически реализация такой конструкции виб-
ровозбудителя при скорости развертки управляющего сигнала
5 Гц/с и более сопряжена со значительными трудностями [50].
Этим можно объяснить отсутствие промышленных образцов сейс-
мических вибраторов, работающих в резонансном режиме в поло-
се частот от 10-15 до 100-150 Гц.

Подведем основные итоги. Вибрационный источник сейсмичес-
ких колебаний, работающий на нагрузку в виде присоединенного
объема грунта, представляет собой довольно сложную механи-
ческую систему, амплитудно-частотная характеристика которой
имеет резонансную форму. Анализ работы системы вибратор -
грунт возможен на основе метода электромеханических анало-
гий, который позволяет получить достаточно простые и нагляд-
ные решения, объясняющие характер протекающих в системе про-
цессов, оценить влияние каждого элемента системы на ее вы-
ходные характеристики, в том числе и на относительный уро-
вень возбуждаемых волн в различных частях сейсмического диа-
пазона частот.

Конструкции отечественных вибраторов СВ-5-150 и СВ-10-100
весьма подробно освещены в работах [5, 31, 27]. Поэтому да-
лее приведем описание лишь основных систем и узлов устано-
вок. Общий вид источника СВ-5-150 показан на рис. 24. В сос-
тав вибрационного гидравлического источника входят гидрав-
лическая, пневматическая и электрическая системы.

Гидравлическая система (рис. 25)
обеспечивает полный рабочий цикл вибратора, включающего
опускание вибровозбудителя с опорной плитой на грунт и
подъем его, вывешивание задней тележки транспортного средст-
ва на плите для прижатия ее к грунту, подачу жидкости в ра-
бочие полости цилиндров для возбуждения колебаний и перевод
источника в транспортное положение. Жидкость в гидросистеме
приводится в движение и нагнетается насосом 1РНАС-125/320,
который включает в себя аксиально-поршневой насос высокого
давления, механизм регулирования подачи и вспомогательный
насос низкого давления.

Принцип действия основного насоса состоит в следующем: в
Рис. 24. Сейсмический вибратор СВ-5-150:

1 - насосная станция; 2 - возбудитель вибрации; 3 - плита опорная; 4 -
фиксаторы; 5 - гидроцилиндр; 6 - насос; 7 - коллектор; 8 - гидропне-
вмоаккумуляторы; 9 - масляный распределитель; 10 - блок управления, ра-
диостанция; 11 - масляный бак; 12 - преобразователь электрогидравличес-
кий; 13 - плита; 14 - пневмоопоры

неподвижном корпусе вдоль ведущего вала и параллельно ему по
окружности расположены девять поршней (плунжеров) с гидро-
статически разгруженными подпятниками, которые совершают
возвратно-поступательные движения при вращении вала. Концы
поршней выполнены в виде шаровых шарниров, подшипниками
скольжения которых служат соответствующие опоры. Последние
прикреплены к наклонной шайбе, которая может совершать воз-
вратно-поступательные движения. С помощью устройства регу-
лирования хода движения угол наклона шайбы может меняться в
пределах ±15 от среднего положения. От угла наклона шайбы
зависит величина хода поршней и количество нагнетаемой рабо-
чей жидкости, что позволяет регулировать ее расход в зависи-
мости от частоты колебаний вибровозбудителя и поддерживать
постоянным давление в гидросистеме. В этом особенность
аксиально-поршневых насосов и именно поэтому они применяются
в вибраторе. Рассмотрим принцип его работы. Будем считать,
что стандартный сейсмический вибратор работает в режиме пос-
тоянной максимальной силы воздействия на грунт во всем час-
тотном диапазоне возбуждаемых колебаний:

Р = /’осозац,

где Ра - амплитуда силы; о> - круговая частота колебаний; I -
текущее время.

При этом амплитуда ускорения ао возбудителя вибраций так-
же постоянна, а его максимальные скорости Уо и смещения 5о
определяются соотношениями
Рис. 25. Гидравлическая система:

/ - насос; 2 - фильтры масляные; 3 - коллектор; 4 - манометры; 5 - гид-
ропневмоаккумуляторы; 6 - масляный бак; 7 - кран; 8 - реле давления; 9 -
охладитель; 10 - термометр; 11 - клапан предохранительный; 12 - обратный
клапан; 14 - цилиндры фиксаторов; 15 - гидрораспределитель; 16 - клапан
предохранительный; 17 - первый каскад усилителя; 18 - второй каскад уси-
лителя; 19 - ПЭГ; 20 - возбудитель вибрации; 21 - гидроцилиндр спуско-
подъемного механизма; 22 - механизм вывешивания массы; 23 - мультипли-
катор; 24 - золотник мультипликатора

Уо = ао/(2тг/о), х = а0/(4тг2/г).	(3.1)

Из уравнений (3.1) следует, что перемещения поршня и
инерционной массы возбудителя вибрации с ростом частоты
уменьшаются и это приводит к соответствующему снижению рас-
хода жидкости, которую следует нагнетать в полости гидроци-
линдра. Чтобы при этом не происходило непредусмотренного
увеличения давления в вибраторах, используются аксиально-
поршневые насосы с регулируемым потоком, которые поддержи-
вают постоянным давление в нагнетаемой линии.

Поток отфильтрованной рабочей жидкости высокого давления
поступает в коллектор, проходит через обратный клапан и раз-
ветвляется на линии, которые подходят к пневмоаккумулятору
гидрораспределителя, реле давления, предохранительно-раз-
грузочному клапану ПЭГУ и механизму вывешивания.

Одним из основных элементов гидравлической системы
является электрогидравлический преобразователь (ПЭГ, ВПЭГ),
который в соответствии с изменениями электрического сигнала,
подаваемого на его катушку, изменяет направление и величину
потока жидкости, подаваемой в рабочие полости рабочего гид-
роцилиндра. Из нескольких возможных конструкций преобразова-
телей в вибраторах применяют двух- и трехкаскадные устройст-
ва золотникового типа (см. рис. 20 и 21).

В преобразователе поток жидкости управляется цилиндричес-
кими золотниками, которые могут смещаться относительно свое-
го среднего положения. В двухкаскадном ПЭГе перемещение зо-
лотника первого каскада осуществляется подвижной катушкой
электромагнита, который жестко связан с ним. Переменное
напряжение меняющейся частоты подается на катушку электро-
магнита с выхода блока управления вибратора. Золотник перво-
го каскада управляет потоком жидкости низкого давления, ко-
торое приводит в движение золотник второго каскада, который
попеременно соединяет полости рабочего гидроцилиндра то с
напорной линией высокого давления, то со сливом. Центровка
золотников выполняется с помощью пружин и регулировочных
винтов.

В отсутствие электрического управляющего сигнала на под-
вижной катушке ПЭГа золотник первого каскада под действием
пружин находится в среднем положении. В этом случае масло
попадает в торцевые полости золотника второго каскада, но
так как давление в обеих полостях одинаково, золотник нахо-
дится в равновесии, закрывая напорные линии. Если сигнал по-
дается на обмотку ПЭГа, то он смещает якорь и связанный с
ним распределительный золотник первого каскада гидроусилите-
ля на величину, пропорциональную входному сигналу. Это при-
водит к изменению зазора в торцевых полостях распределитель-
ного золотника первого каскада и тем самым обеспечивает
доступ рабочей жидкости в одну из торцевых полостей распре-
делительного золотника второго каскада гидроусилителя. Под
действием давления рабочей жидкости золотник смещается и че-
рез каналы соединяет одну полость гидроцилиндра с напорной
линией, а другую - со сливом. При этом инерционная масса
смещается на величину, пропорциональную входному сигналу.
При перемещении золотника первого каскада гидроусилителя в
противоположную сторону распределительный золотник второго
каскада и инерционная масса смещаются в обратную сторону на
величину, пропорциональную входному сигналу. Таким образом,
инерционная масса перемещается с частотой и амплитудой, про-
порциональными входному сигналу.

Общий коэффициент усиления гидроусилителя достигает 50-
80 тыс., а иногда и больше. Столь высокий коэффициент уси-
ления достигается возможностью пропускания жидкости под
104
высоким давлением через распределительный золотник. Для
коррекции входного сигнала на золотнике установлен датчик
положения золотника, состоящий из электромагнитной катушки и
сердечника, соединенного гибкой связью с золотником второго
каскада.

Достоинством гидравлических усилителей с подпружиненным
золотником является их относительная легкая настройка за
счет сжатия или отпускания пружин, которая выполняется с по-
мощью регулировочных винтов. Влияние напряжения этих пружин
достаточно велико, отпускание пружин ведет к изменению
интенсивности возбуждаемых колебаний.

В трехкаскадном преобразователе на входе стоит сопло-
заслонка, управляющая потоками жидкости, поступающими в зо-
лотники, которые образуют второй и третий каскады гидроуси-
лителя. Системы с сопло-заслонкой имеют то преимущество, что
на входе может быть использован маломощный электрический ко-
мандный сигнал от задающей электронной аппаратуры. Этот сиг-
нал подается на электромеханический преобразователь в виде
разности напряжений, в результате чего происходит отклонение
заслонки. До ее отклонения обе дросселирующие ветви имеют
одинаковые сопротивления и пропускают одинаковые количества
жидкости. Как только заслонка начинает приближаться к соплу,
расход через него уменьшается. Расход другой ветви увеличи-
вается. При этом возникает неравенство давлений в узловых
точках ветвей. Эта разница давлений вызывает смещение золот-
ника, что в конечном итоге приводит в действие гидроцилиндр.

Если в такой системе на выходе исполнительного механизма
предусмотрен датчик обратной связи, сигнализирующий об
исполнении поданной команды напряжением 1/к, ослабляющим
сигнал на выходе, то она будет представлять гидравлическую
следящую систему.

В гидросистему введено несколько блокирующих цепей, пре-
дохраняющих ее от перегрузок при повышении давления сверх
установленного. Работоспособность гидросистемы критична к
чистоте масла. Для его очистки установлены десятимикронные
фильтры в линиях низкого давления, после теплообменника
(масляного радиатора), и в линии управления, перед первым
каскадом ПЭГа. В некоторых импортных установках используются
трехмикронные фильтры.

Важную роль в системе играет теплообменник - масляный ра-
диатор, который служит для охлаждения рабочей жидкости грд-
росистемы и поддержания ее температуры в пределах 40-50 С.
Известно, что при высокой температуре вязкость жидкости
снижается и увеличивается возможность появления утечек, а
при низкой - вязкость жидкости соответственно становится
больше, вследствие чего возрастают механические потери.

При чрезмерном повышении температуры и снижении вязкости
жидкости возникает переход к граничному трению в нагруженных
парах. При этом ускоряется процесс изнашивания уплотняющих
колец и происходит деструкция жидкости. Теплообменники уста-
новлены на сливной магистрали.

Для удобства эксплуатации вибратора в зимних условиях в
конструкции источника предусмотрена соединительная муфта,
которая соединяет или разъединяет двигатель насосной станции
с основным насосом. Она экономит ресурс насоса, который сос-
тавляет всего 6000 часов, и обеспечивает повышенную техноло-
гичность работы при эксплуатации в зимних условиях. Важную
роль в работе гидравлической системы играют гидроаккумулято-
ры. Они служат для выравнивания потока жидкости в гидросис-
теме и создают запас напора жидкости в паузах ее потребления
и повышают отдачу ее в систему в период кратковременного
увеличения расхода. Гидроаккумулятор представляет собой зак-
рытый металлический сосуд с двумя полостями для жидкости и
воздуха, разделенными резиновой диафрагмой, снабженный кла-
паном и зарядным устройством для заполнения газовой полости
азотом.

Устройство спуска-подъема предназначено для перевода виб-
ратора из транспортного положения в рабочее и обратно. В не-
го входят электрические и механические узлы, которые обеспе-
чивают синхронность работы.

В систему подъема и опускания плиты входит также
устройство фиксации возбудителя вибрации, которое предназна-
чено для удержания ВВ и опорной плиты во время транспорти-
ровки в верхнем положении. Перевод вибратора из транспорт-
ного положения в рабочее будет заблокирован, если рычаги
фиксатора не выйдут из зацепления и не освободят ВВ.

Пневматическая система предназначе-
на для создания подпора в гидросистеме вибратора и обеспе-
чения необходимого давления в пневмоамортизаторах опорной
плиты.

Пневмоамортизатор представляет собой резервуар с возду-
хом, подключенный к воздуховоду и снабженный ниппельным кла-
паном. Он состоит из резиновой оболочки, защитной рубашки,
поршня, обратного клапана и соединительного трубопровода.

С помощью четырех пневмоамортизаторов, размещенных на
опорной плите, рама вибратора предохраняется от воздействия
реактивных сил при работе возбудителя вибрации.

Электрическая система вибратора
состоит из комплекса устройств и приборов, обеспечивающих
управление работой вибратора и отдельных его узлов, синхрон-
ность их работы, а также выработку электрического управляю-
щего сигнала переменной частоты, преобразование его в меха-
нические колебания с необходимой точностью и электропитание
основных узлов и приборов.

Блок управления возбудителем вибрации (рис. 26) включает
в себя усилитель - преобразователь электрогидравлический
(ПЭГ), датчики премещений массы, золотника и скорости плиты.
Работа начинается с выработки сигнала радиозапуска. Сигнал
106
Рис. 26. Система управления возбудителем вибрации:

1 - блок управления; 2 - возбудитель вибрации; 3 - лицевая панель блока;
4 - дешифратор радиозапуска; 5 - генератор задающего сигнала; б - циф-
ровой регулятор фазы; 7 - следящий фильтр; 8 - контроллер ПЭГ; 9 - пре-
образователь аналог - код; 10 - датчик положения золотника; 11 - датчик
положения массы; 12 - датчик виброскорости; 13 - ПЭГ; 14 - опорная плита;
15 - подмагничивание; 16 - баланс; 17 - ручной запуск

синхрокода преобразуется дешифратором радиозапуска 4 в ко-
роткий импульс, который запускает генератор задающего сиг-
нала 5, параметры которого заранее устанавливаются на лице-
вой панели БУ 3. С одного из выходов генератора задающего
сигнала 5 последовательность высокочастотных импульсов через
цифровой регулятор фазы 6 поступает на вход преобразователя
код - аналог, где преобразуется в синусоидальное напряжение
переменной частоты с заданными параметрами.

Выходной сигнал преобразователя код - аналог 9 поступает
на первый вход контроллера 8. На второй его вход подается
напряжение, балансируемое ручным управлением /6 положением
инерционной массы. Сигналы обратных связей по положению
инерционной массы 11 и золотника 10 поступают соответственно
на третий и четвертый входы контроллера ПЭГа 8.

Процесс преобразования задающего электрического сигнала в
механические колебания опорной плиты сопровождается фазовыми
искажениями. Это приводит к тому, что выходные механические
колебания опорной плиты вибратора отличаются по фазе от
электрического сигнала, поступающего на вход ПЭГа, и содер-
жат колебания высших гармоник. Использование обратных связей
по положениям массы и золотника уменьшает до некоторой сте-
пени фазовые искажения. Для достижения фазовой, идентичности
всех вибраторов в систему управления вибратором включены
устройства фазовой синхронизации: цифровой регулятор фазы,
фильтр следящий 7 и датчик скорости или ускорения 12, уста-
новленный на опорной плите 14. Перестройка фазы выходных ко-
лебаний вибратора осуществляется по внутреннему опорному
сигналу, который благодаря стабилизации генератора задающе-
го сигнала и синхронному запуску идентичен на всех вибра-
торах.

Колебания опорной плиты вибратора преобразуются в элект-
рические сигналы датчика 12. В них выделяется первая гармо-
ника, которая подается на один из входов цифрового регуля-
тора фазы и сравнивается с внутренним опорным сигналом пря-
моугольной формы той же частоты. Сигнал ошибки после преоб-
разования воздействует на фазовращатель и вызывает соот-
ветствующее изменение управляющего сигнала, которое и ком-
пенсирует ошибку по фазе. При работе системы фазовой синхро-
низации управляющий сигнал, поступающий на ПЭГ, всегда будет
отличаться по фазе от сигнала с плиты на величину фазовой
ошибки.

В вибраторе предусмотрено наличие двух обратных связей,
по положению золотника (ДПЗ) и положению массы (ДМП), обес-
печивающее поддержание заданного положения инерционной массы
и распределительного золотника возбудителя вибраций. Датчики
ДПЗ и ДПМ, оба трансформаторного типа, отличаются друг от
друга размерами и представляют собой катушку, внутри кото-
рой помещен сердечник. При центральном расположении сердеч-
ника ЭДС вторичных обмоток равны между собой и суммарная вы-
ходная ЭДС равна нулю, так как обмотки включены встречно.
При смещении сердечника меняется индуктивность катушки и ме-
няемся ЭДС, характеризуя величину отклонения, а фаза (0 или
180 по отношению к фазе напряжения возбуждения) - сторону
отклонения. Датчики питаются от ГНЧ, вырабатывающего сину-
соидальный сигнал высокой частоты (около 7 кГц) и строб-
импульс для управления схемами выборки данных.

Для уменьшения корреляционных шумов в блоке предусмотрен-
но схемное решение для изменения амплитуды сигнала в начале
и в конце развертки - "конус”. Длительность линейно изменяю-
щегося участка выходного напряжения может регулироваться
подстроечным резистором. Как правило, это время устанавли-
вается равным 0,5 с.

Блок управления вибрации работает и получает управляющие
сигналы с генератора сейсмической развертки (ГСП), который
устанавливается на сейсмостанции. Запуск вибратора или их
группы производится по радиоканалу. Синхронность запуска
обеспечивается применением кодированного сигнала с большей
информационной избыточностью, обеспечивающей высокую надеж-
ность выделения полезного сигнала на фоне помех.

ГСР обеспечивает работу в одном из трех режимов:

ручного запуска;

дистанционного запуска;

автономного запуска.

Режим ручного запуска применяется во время подготовки
вибросейсмического комплекса к работе.

Режим дистанционного запуска используется при работе виб-
росейсмического комплекса в режиме накопления. В этом случае
сигнал на работу генерируется автоматически самим ГСР после
окончания предыдущей записи.

Режим автономного запуска служит в основном для проведе-
ния наладочных и поверочных работ.

Гидравлические вибрационные источники выпускаются рядом
отечественных и зарубежных фирм (США, Франция, Китай). Как
указывалось ранее, все они имеют общий принцип действия и
отличаются развиваемыми усилиями и транспортными базами.
Современные тенденции развития сейсморазведки, связанные с
повышением ее разрешающей способности, глубины разведки,
использованием поперечных волн и др., находят свое отражение
в последних конструкциях и рабочих параметрах вибраторов.
Проанализируем основные технические характеристики вибра-
ционных источников [51].

В таблице 6 приведены параметры вибраторов, выпускаемых
основными зарубежными фирмами. Из нее следует, что последние
модификации излучателей характеризуются:

увеличением пиковых усилий;

расширением полосы частот генерируемых волн до 180-200
и 250 Гц (М18, М26);

уменьшением отношения массы рабочей плиты к инерционной
массе вибровозбудителя;

широким использованием специализированных транспортных
средств со свободной средней частью, что обеспечивает опти-
мальные конструкцию вибровозбудителя и его расположение;

наличием модификаций источников, позволяющих возбуждать
продольные и поперечные волны.

Отмеченные особенности конструкции вибраторов отражают
тенденции развития современной сейсморазведки и направлены
на повышение ее эффективности.

Переход на использование специализированных транспортных
средств обусловлен стремлением иметь свободный центр для
размещения вибровозбудителя, позволяющий разместить инер-
ционную массу непосредственно над рабочей плитой. При ее
низком расположении существенно повышается жесткость конст-
рукции, уменьшаются изгибные деформации и появляется возмож-
ность увеличения инерционной массы по отношению к массам
поршня и плиты, повышающего эффективность работы вибратора
на высоких частотах. Кроме того, использование специализиро-
ванных транспортных средств с гидравлическим приводом на  ко-
лесные двигатели позволило ограничиться установкой одного
двигателя с приводом на масляные насосы для перемещения виб-
ратора и генерирования волн. Следует отметить, что в новых
отечественных вибраторах (СВ-5-150М2) вибровозбудитель также
приближен к излучающей плите, что улучшило их амплитудно-
частотные характеристики. В ряде конструкций вибраторов при-
меняют не прямоугольные, а овальные излучающие плиты, кото-
о

Таблица б

Основные характеристики вибраторов фирмы “ЕеШп^"

Марка вибратора	Пиковая сила, кН	Сила  прижима^ кН	Минималь* ная час- тота уп- равляюще- го сигна- ла, Гц	Размеры плиты, см	Масса плиты, кг	Реактив- ная мас- са, кг	Отноше- ние ре- активной массы к массе плиты	Площадь поршня, 2 СМ	Ход поршня; см	Транспортная база

У-600СВВ	75000	135900	6	93,3x212,1	1700			33,2	5,1	Багги
У-900	105000	135900	5	93,3x212,1	-	1770	-	45,6	10,2	Автомобиль
У-1100	135000	15629	5	93,3x212,1	-	1770	-	58,6	10,2	Снегоболотоход
У-2400	217640	18120	10	-	-	3035	-	103,3	10,2	Автомобиль
У-3000 СВ	275000	-	8	112x234	1721	3624	2,1	130,4	10,2	Багги

Основные характеристики вибраторов фирмы “ЫПоп“ (“УеаШгп")

Марка вибратора	Пиковая сила, кН	Сила прижима, кН	Частот- ный диа- пазон уп- равляюще- го сигна- ла, Гц	Размеры плиты, см	Масса плиты, кг	Масса реактив- ная, кг	Отноше- ние ре- активной массы к массе плиты	Площадь поршня, см2	Ход порш- ня, см	Транс- порт- ная база	Габариты источника
1Л8-321	277000	26762	6,4	112x241	1724	3384	1,96		9,8	Багги	926x289x310
1Л8-334	149000	-	5-250	119X233	1584	3142	2,00	-	9,8	-	-
1Л8-344	196000	-	5-250	119x233	1584	3142	2,00	-	9,8	-	-
ЕК8-351	244500	23590	5-250	119x233	1584	3505	2,20	109,7	9,8	Багги	926x289x310
1Л8-362	275000	-	5-250	119x233	1694	3505	2,06	-	9,8	-	•
Продолжение табл. 6

Основные характеристики вибраторов фирмы “Мегх“

Марка вибра- тора	Пико- вая сила, кН	Сила прижима, кН	Частот- ный диа- пазон, Гц	Габариты плиты, см	Масса плиты, кг	Реак- тив- ная мас- са, кг	Отноше- ние ре- актив- ной массы к мас- се плиты	Площадь поршня,	Ход порш* ня, см	Транс- порт- ная база	Габариты вибратора, см	Тип воз- буж- дае- мой вол- ны

М12/602	136,220	176,90	6-150	120x 239x13,0	1769	2087	1,18	64,6	10,16	Багги	-	Р
М12/607  М13/608	136,080	190,50	6-180	120x239x13,0	1769	2087	1,18	64,6	10,16	Снего- болото- ход	655x330,2x301,6	Р
	140,000	181,44	3-80	-	3630	4821	1,33	13,1x2	20,32	Багги	-	Р
М18/612	181,200	188,89	10-250	120X152X10,6	771	3062	4,00	95,1	3,80	То же	859x295x317,5	Р
М18/612	136,080	188,89	4-100	120x152x10,6	771	2722	3,50	95,1	17,80		859x259x317,5	Р
М18НД/612 226,800		226,80	5-250	122x213x13,0	1202	4198	3,50	107,6	5,08		859x295x317,5	Р
М22/613	136,080	147,42	8-180	122x213x13,0	1225	2087	1,70	64,6	7,60	п	815X272X267	Р
М25/602	197,945	204,12	7-200	118x229x15,0	1996	3084	1,55	95,7	7,60		830x249x290	Р
М25/606	201,850	204,12	7-180	122x239x15,0	2041	3084	1,51	95,7	7,60	Автомо- биль	-	Р
М26/619	272,160	272,16	7-250	130x178x15,0	1270	4218	3,30	127,9	5,10	То же	925X244X337	Р
М26/620	272,160  138,800	272,16	7-250  4-100	130x178x15,0	1270	4218  2722	3,30  2,10	127,9  64,5	5,10  17,80	Багги	983x305x376	8
М27/6	226,800	235,80	7-180	118x229x15,0	2041	3084	1,51	110,6	7,60	То же	884X274X318	Р
В8Х	200,720	204,12	5-250		3062		1,01	95,16	10,16	Автомо-		Р
	136,080	172,37	4-100	122x213,3x12,7	2721	3084	1,13	64,5	17,80	биль		8
рые обеспечивают более равномерное перемещение всей излучаю-
щей поверхности и снижение изгибных деформаций.

Вибраторы, предназначенные для работы в северных районах,
монтируются на специальных транспортных средствах - снего-
болотоходах, приспособленных для работы в экстремальных
условиях при значительном снежном покрове. Они оснащены ши-
рокими резинометаллическими гусеницами, что позволяет сни-
зить давление на грунт до 0,3 кг/см2.

Несмотря на то, что конструкция гидравлических вибраторов
может считаться разработанной весьма детально, продолжаются
исследования по их усовершенствованию и созданию новых моди-
фикаций. Среди предлагаемых технических решений можно выде-
лить следующие [51]:

расширение полосы частот возбуждаемых колебаний;

разработка универсальных вибраторов для возбуждения про-
дольных и поперечных волн на основе одного вибровозбудителя.

Рассмотрим эти технические предложения.

Расширение рабочей полосы частот гидравлического вибрато-
ра представляет собой непростую задачу, которая решается
улучшением системы управления источником, повышением его
энергетических возможностей, а также внесением изменений в
конструкцию вибровозбудителей. Одно из них - уменьшение
объема рабочих полостей рабочего гидроцилиндра с увеличением
частоты. В большинстве случаев жидкость считают несжимаемой.
Однако при значительных давлениях и на частотах больше 70 Гц
начинают проявляться упругие свойства жидкости, обусловлен-
ные наличием в ней частиц нерастворенного воздуха. Сжимае-
мость жидкости зависит от действующего объема рабочей жид-
кости в полостях гидроцилиндра, уменьшаясь с уменьшением
его объема. Поэтому целесообразно выбирать его минимальным и
уменьшать с увеличением частоты развертки. Такая возможность
имеется. На вибраторах с ростом частоты рабочий ход цилиндра
относительно поршня уменьшается по квадратичному закону.
Поэтому уменьшение активного объема жидкости в рабочих по-
лостях гидропривода ведет к увеличению ее жесткости, а сле-
довательно, должно улучшить амплитудно-частотные характе-
ристики вибраторов. Однако эта идея пока на практике не
реализована.

Создание универсальных источников для возбуждения продо-
льных и поперечных волн продолжает привлекать к себе внима-
ние конструкторов. Предложено два пути решения этой задачи.
Первый заключается в том, что на вибраторе может монтиро-
ваться вертикальный или горизонтальный вибровозбудитель,
обеспечивающий возбуждение соответственно продольных или по-
перечных волн. Эта идея реализована в некоторых модификациях
вибраторов (М18НД). Второй - предусматривает наклонное рас-
положение вибровозбудителя, что позволяет возбуждать одно-
временно продольные и поперечные волны, интенсивность кото-
рых определяется углом наклона приложения силы к поверхности
земли. Совершенствование вибрационных источников продолжает-
ся и необходимость повышения эффективности сейсморазведки
приведет к созданию новых модификаций вибраторов. Например,
для малоглубинной сейсморазведки фирма IV! [51] рекламирует
несколько модификаций небольших вибраторов, монтируемых на
сравнительно легких транспортных средствах. Одна из наиболее
совершенных моделей позволяет работать в диапазоне от 10 до
550 Гц с различными линейными и нелинейными развертками. По
данным фирмы, АХЧ силы выглядит следующим образом: 10 Гц -
4,5 кН, в интервале 70-150 Гц - Т1 кН, 250 Гц - 9 кН,
550 Гц - 1,6 кН. Тип транспортной базы выбирается из двух
условий: первое - чисто геофизическое, предполагающее за-
данную глубинность исследований, поскольку пиковое усилие не
может быть более 90% силы, придавливающей плиту к грунту;
второе - связано с условиями эксплуатации и транспортировки.
Разработаны специальные модификации на тяжелых и легких
полуприцепах с максимальными силами около 30 и 14 кН соот-
ветственно; частотный диапазон 10-190 Гц. Оригинальным ре-
шением в этих установках является то, что грузом, придавли-
вающим плиту к грунту, являются бочки, при работе заполнен-
ные водой до заданного веса. Рекламируется и источник с Р =
= 10 кН, монтируемый на полугрузовом автомобиле, при работе
опускаемый на грунт, а при переездах затягиваемый в кузов
с помощью гидравлических шкивов.

3.2.3.	ФАЗОВЫЙ И АМПЛИТУДНЫЙ КОНТРОЛЬ СИГНАЛОВ,
ВОЗБУЖДАЕМЫХ ВИБРАТОРАМИ

Вопросам фазового, а в последнее время и амплитудного
контроля за работой вибраторов и излучаемых ими колебаний
уделяется значительное внимание. Обусловлено это тем, что от
них во многом зависит эффективность выполняемых работ. Зна-
чение вопросов контроля возрастает, особенно при решении
тонких, неструктурных задач, требующих получения высокораз-
решенных записей и изучения динамических характеристик отра-
женных волн, когда необходимо быть уверенным в том, что ано-
малии амплитуд обусловлены глубинными факторами, а не сбоя-
ми в работе вибратора или отрывом плиты излучателя от по-
верхности грунта. Эти вопросы специфичны для работы в режиме
возбуждения квазисинусоидальных колебаний в связи с тем, что
наличие инерционных и упругих элементов в системе вибратор -
среда приводит к возникновению зависимых от частоты фазовых
Сдвигов в ее отдельных звеньях и элементах. Поэтому задача
состоит в обеспечении такого излучения вибрационных колеба-
ний, при котором волны, отраженные от погруженных слоев зем-
ли, после корреляции с управляющим сигналом давали бы нуль-
фазовые или минимально-фазовые импульсы с нулевыми или 90-

8 Заказ ХЬ 2202

ИЗ
градусными сдвигами фаз. Для этого и необходима фазовая кор-
рекция генерируемых колебаний.

Широкое применение получила система фазового контроля,
при которой сигналы, снимаемые с датчика ускорения или ско-
рости, установленного на плите вибратора, попериодно или че-
рез определенные промежутки времени сопоставляются с соот-
ветствующими выборками управляющего сигнала. В результате
определяется сдвиг фаз между ними, и соответствующий ему
сигнал подается на фазовращатель, который корректирует фазу
управляющего сиграла. Точность фазовой синхронизации состав-
ляла раньше ±10 , а теперь - ±6 . Эта система фазовой кор-
рекции и основанные на ней различные решения изложены в ряде
работ [5, 31] и поэтому здесь не рассматриваются. Отметим,
что в основе этого принципа синхронизации лежит предположе-
ние о том, что излучение колебаний, при котором движения ра-
бочей плиты вибратора согласованы с изменениями управляющего
сигнала, обеспечивает достижение желаемых результатов, т.е.
вибрации рабочей плиты вместе с верхними слоями земли соот-
ветствуют смещениям частиц среды на глубине. Но это было бы
так, если бы процесс распространения волн в земле определял-
ся бы только не зависимым от частоты поглощением. В реальных
условиях наличие реактивных составляющих в среде приводит к
образованию фазовых сдвигов волн. Кроме того, сигналы с пли-
ты носят очень искаженный характер, особенно на низких час-
тотах, что также затрудняет проведение коррекции движения
плиты по этим сигналам. В этой связи было предложено [57]
корректировать работу вибратора по сигналам акселерометра,
установленного на инерционной массе вибратора. Этот способ
синхронизации давал лучшие и более стабильные результаты.
Преимущества его заключались и в том, что сигналы, снимаемые
с инерционной массы, существенно меньше искажены, чем сиг-
налы с плиты, за счет того, что инерционная масса не ограни-
чена в своих движениях и может свободно перемещаться вверх-
вниз относительно центрального положения.

Однако экспериментальные работы показали, что волны, за-
регистрированные в дальней от вибратора зоне, имеют фазовые
отличия от излучаемых колебаний. Причем сдвиг фаз увеличи-
вается с ростом частоты, что свидетельствует о влиянии реак-
тивных составляющих импеданса земли на распространение волн.
В силу ряда причин эта система широкого распространения не
получила, хотя во многих современных системах управления
вибраторами предусмотрена фазовая коррекция по сигналам,
снимаемым с реактивной массы.

В настоящее время практически на всех вибраторах реализо-
вана фазовая синхронизация по силе воздействия на землю
(грунт), так называемая ”(огсе соп1го1е”. Эта система осно-
вывается на работе О.Р. МШег и Н. Ригзеу, которые показа-
ли, что время между напряжением, приложенным к поверхности
грунтового изотропного полупространства, и смещениями на
Рис. 27. Схема вибровоз-
будителя

фронте волны в дальней зоне равно естественному запаздыванию
волн за счет их распространения от точки возбуждения до
пункта приема. Это понятно, так как если предположить гармо-
нический характер действующих в системе нагрузок, то ускоре-
ние (сила) и смещение выражаются одной функцией (зш или
соз) с постоянным сдвигом фаз, не зависимым от частоты коле-
баний. Последующими исследованиями [61] было показано, что
сила воздействия рабочей плиты вибратора на землю может быть
измерена как взвешенная сумма ускорений инерционной массы и
рабочей плиты. Усилия, развиваемые в отдельности плитой
и инерционной массой, не характеризуют силу, развиваемую
вибратором.

Для получения выражений силы воздействия вибратора на
грунт составим уравнение движения отдельных элементов вибро-
возбудителя в соответствии с механической моделью вибратора,
показанной на рис. 27 [61]. На реактивную массу действуют
активная сила Р*, направленная вверх, и силы противодейст-
вия, обусловленные инерцией массы, упругостью и вязкостью
жидкости:

"Л = М X + ЯЛх - Хпл) + ^а(Х - Хпл),	(3.1)

т т	м	м

где Мт и хт - масса и ускорение инерционной массы; Вл и -
вязкая и упругая константы жидкости; х , х,., хпл и хпл -
т м

смещение и скорость смещения реактивной массы и плиты.

На плиту действуют активная сила, направленная вниз, сила
воздействия на грунт, инерционная сила и силы сопротивления
жидкости вибровозбудителя:

Р* = Р+ А/плХпл - ОЛХт - Хпл) - КЛх - Хпл),
в	т	т

где Р - сила воздействия на землю; Л/пл, хпл - масса и уско-

рение плиты; Хпл, х - скорость и смещение плиты.

Если сложить оба уравнения, то получим

О = Р + Л/плХпл + X
8	т т

Или
~ Р “ М х + МпяХпл*	(3.2)

8 т т

Уравнение (3.2) определяет силу воздействия вибратора на
грунт, которая не зависит ни от упругих, ни от вязких
свойств масла, заполняющего цилиндр вибровозбудителя. Этим
она отличается от исходных уравнений. Практически сила воз-
действия на грунт находится сложением масштабированных сиг-
налов с двух акселерометров, установленных на плите и на
массе в соответствии с разницей их масс [61]. Этот суммарный
сигнал и используется в качестве обратного для фазовой синх-
ронизации работы вибратора. Синхронизация по сигналам с дат-
чиков, установленных только на плите или на инерционной мас-
се, не свободна от влияния свойств жидкости, которые у каж-
дого вибратора могут быть разными. Поэтому возможны такие
ситуации, при которых два вибратора или более будут синхро-
низированы по отношению к своим сигналам с плиты или с инер-
ционной массы, но они не будут идентичны между собой, что
приведет к искажению складываемых волн при группировании
излучателей. Экспериментальные работы [61] подтвердили, что
использование сигналов силы воздействия на грунт для фазово-
го контроля вибратора обеспечивает получение лучших резуль-
татов. Тем не менее современные системы управления позволяют
осуществить контроль синхронизации вибраторов по любому из
трех возможных сигналов, выбираемых по результатам опытных
работ.

В последние годы сигналы, соответствующие силе воздейст-
вия на землю, используются для контроля за уровнем колеба-
ний, возбуждаемых вибраторами. Обусловлено это следующими
причинами.

Особенностью последних модификаций вибраторов является
то, что они монтируются на специализированных транспортных
средствах, гидрофицированных шасси, что позволяет иметь одну
двигательную установку, обеспечивающую или работу вибратора,
или перемещение его по профилю или по дороге. В результате
снизились общая масса вибратора и естественно пригруз плиты,
которая стала равной или даже меньшей пиковой силы, разви-
ваемой вибратором. Как следствие., появилась реальная возмож-
ность отрыва плиты от поверхности земли на частоте резонан-
са. Последнее крайне нежелательно из-за возможности появле-
ния ударных нагрузок и значительного возрастания уровня не-
линейных искажений. Особенно опасно это явление при работе
на грунтах с высокой добротностью (). Во избежание этого
предложено непрерывно регистрировать силу воздействия на
землю и автоматически поддерживать ее постоянной на опреде-
ленном уровне, который выбирается равным 0,6-0,8 от макси-
мального. Действие системы контроля уровня вибрации основано
на задании определенного порога силы и на непрерывном срав-
нении ее текущего значения с пороговым. При повышении порога
вырабатывается корректирующее напряжение, которое подается
116
на электрогидравлический преобразователь, уменьшая ход зо-
лотника. До и за резонансом, когда сила меньше порогового
значения, система автоматического контроля увеличивает ход
золотника и силу воздействия на землю, делая тем самым
амплитудно-частотную характеристику более равномерной. Воз-
можности поддержания силы вибратора на пороговом уровне
определяются производительностью насоса и мощностью двигате-
льной установки. По имеющимся данным, лучшие образцы вибра-
торов способны поддерживать постоянство силы в полосе частот
от 15-20 до 160-170 Гц при пороге 0,7-0,8 от максимального
значения силы.

Таким образом, система контроля вибрации по силе воз-
действия на землю позволяет полностью использовать мощност-
ные возможности вибраторов при работе на низких и высоких
частотах, она должна всегда использоваться, когда применяют-
ся установки с высоким отношением пиковой силы к величине
пригруза.

3.2.4.	ФАЗОВЫЕ СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ЭЛЕМЕНТАМИ
ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЯ ВИБРАТОРА

Одним из необходимых условий успешной работы вибратора
является соответствие движения рабочей плиты излучателя
управляющему сигналу, которое получило название фазовой
синхронизации. Современные системы управления и контроля
обеспечивают ошибку синхронизации, не превышающую ±6°С во
всем частотном диапазоне излучаемых сигналов. При этом отно-
сительные перемещения плиты и инерционной массы, как прави-
ло, не рассматриваются и не регламентируются. Однако изуче-
ние особенностей поведения этих элементов вибратора
представляет определенный интерес для анализа работы излуча-
теля. В идеальном случае сдвиг ф^з между инерционной массой
и плитой должен быть равен 180 , так как инерционная масса
является как бы упором, относительно которого совершает
возвратно-поступательные движения плита с присоединенным
объемом грунта. В реальных условиях вследствие наличия инер-
ционных и упругих элементов в системе вибратор - грунт
взаимные перемещения инерционной массы (корпуса гидроцилинд-
ра) и плиты (поршень гидроцилиндра с плитой) носят более
сложный характер. Для их анализа обратимся к методу электро-
механических аналогий. На рис. 22 приведен электромеханичес-
кий аналог вибратора с грунтом. Следуя ему, выражения для
токов в цепях инерционной массы и излучающей плиты с нагруз-
кой могут быть записаны следующим образом:

г = Е . = ______________<Е________

и 7н ]ЫМ?+\1 ]ЫСк+К '

где Л/ии - масса инерционного элемента вибровозбудителя; =
= Мая + тн; Е - ЭДС, развиваемая генератором; тя, Сн и Лн -
сопротивления присоединенного объема грунта.

Сжимаемостью жидкости пренебрегаем из-за того, что она
при не очень высоких частотах (до 100 Гц) не оказывает су-
щественного влияния на характер протекающих процессов. В
этом случае вектор тока в цеп^с реактивной массы отстает от
вектора напряжения (Е) на 90 во всем частотном диапазоне
излучаемых сигналов. Поэтому сдвиг фаз между скоростью сме-
щения инерционной массы и действующей силой (управляющим
сигналом) должен быть постоянным. В реальных условиях это
положение может не выполняться из-за влияния упругих свойств
жидкости и других возможных искажающих факторов, обусловлен-
ных, в частности, трением, вихревым характером движения жид-
кости в гидросистеме вибратора и др. Этим определяется инте-
рес к измерению вышеуказанного сдвига фаз. Если сдвиг фаз
между управляющим сигналом ^скоростью смещения инерционной
массы постоянен и равен 90 во всем частотном диапазоне
излучаемых сигналов, то это указывает на незначительное
влияние сжимаемости жидкости, на правильнуюои стабильную ра-
боту вибратора. Если сдвиг фаз не равен 90 и меняет свою
величину, то это является следствием влияния вышеуказанных
причин на работу вибратора, и необходимо оценить их роль
в процессе излучения колебаний. Может быть, достаточно нес-
колько сузить полосу излучаемых частот для уменьшения влия-
ния сжимаемости жидкости, сменить масло в гидросистеме или
уменьшить скорость развертки. Таким образом, полученные дан-
ные и их анализ позволяют глубже оценить работу вибратора
и влияние погрешностей и найти пути их устранения.

В цепи нагрузки, имеющей комплексное сопротивление, сдвиг
фаз между током (скорость смещения плиты) и напряжением
(управляющий сигнал) носит частотно-зависимый характер и
определяется упругими и инерционными элементами. Фазовый
угол между ними определяется отношением мнимой и действите-
льной компонент сопротивления

1&Р = (уА/е - 1/ыСн)/Лн	(3.3)

и может принимать любые значения в пределах 0 - 180° в зави-
симости от частоты, параметров вибратора (Мии) и нагрузки
(Сн, ти). Рассмотрим характер его изменения в функции часто-
ты, считая остальные величины постоянными и от нее не зави-
сящими.

В области нулевых частот (со 0) фазовый угол определяет-
ся упругим сопротивлением, так как инерционная компонента
/иМ^. -* 0. При этом -оо и ф —» я/2. Вектор тока в цепи
нагрузки опережает вектор напряжения на 90°, что показано на
рис. 28. Сдвиг фаз межд^ скоростями смещения инерционной
массы и плиты равен 180 , и если бы они перемещались, то
двигались бы в противофазе. На частоте ш ~ 0 излучения не
а

4 г

/н/

Рис. 28. Векторная диаграмма токов и напряжения в цепях электромехани-
ческого аналога вибратора (а) и график изменения углов между управляющим
сигналом Е и током /н в цепи нагрузки аналога (6):

/нн - вектор тока в цепи инерционной массы; /Н1. /«з - векторы тока
в цепи нагрузки на частотах 0 и со, /и2 - на частоте резонанса

происходит, так как мощность, развиваемая вибратором, равна
нулю: Р = 1/2 1„ Есоз 90 = 0. Этим объясняется то, что
амплитудно-частотные характеристики имеют нулевые значения
на частоте <о -> 0.

По мере увеличения частоты числитель в (3.3) начинает
увеличиваться, а сдвиг фаз между током в цепи нагрузки и
управляющим сигналом, а также током в цепи инерционной мас-
сы - уменьшаться. При этом мощность^ отдаваемая вибратором,
будет расти за счет того, что <р < 90 и соз у * 0. На час-
тоте, когда реактивные сопротивления станут равными друг
другу -	__________

= 1/шСи и шр	Сн,

наступает резонанс, при котором сдвиг фаз между током в цепи
нагрузки и управляющим сигналом равен 0. Векторы тока /„ и
напряжения Е совпадают между собой и излучение вибратора бу-
дет максимальным:

Р = М21ИЕ.

На частоте резонанса сдвиг фаз между токами в цепях нагрузки
и инерционной массы равен 90°. При дальнейшем росте частоты
сопротивление нагрузки носит все более инерционный характер,
и векторы токов в цепях нагрузки и инерционной массы продол-
жают сближаться между собой. На частоте —» оо

<Р -* тг/2

и вектор тока нагрузки отстает от вектора напряжения на 90°
и начинает совпадать с направлением тока в цепи инерционной
массы (см. рис. 28). Оба вектора токов становятся параллель-
ными друг другу, и инерционная масса и плита будут двигаться
синфазно. Очевидно, что излучения волн в среду не будет, так
как в системе действуют только реактивные силы

р = 1/2 /„ Есозф —* 0, так как <р -* п/2 и созу —* 0.

Таким образом, фазовый угол между скоростями смещений плиты
и инерционной массой меняется в пределах от п до 0 при изме-
нении частоты от 0 до м.	о

На частоте резонанса угол между токами равен 90 . Полу-
ченные соотношения справедливы для идеальных условий и
отсутствия каких-либо искажающих факторов. Поэтому реальные,
экспериментальные кривые изменения фазового угла с частотой
могут отличаться от теоретических, что будет указывать на
возможные погрешности в работе вибратора.

3.2.5.	ДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО
ВИБРАТОРА

Сейсмические характеристики вибратора, определяющие
эффективность его работы, во многом зависят от характера и
особенностей процессов, протекающих в вибровозбудителе при
нагнетании в его полости и сливе из них рабочей жидкости.
Эти вопросы практически не рассматривались и их изложению
посвящен настоящий подраздел, который базируется на спе-
циально выполненных экспериментальных работах на вибраторе
СВ-5-150*. Они предусматривали установку датчиков расхода и
давления в магистрали питания вибровозбудителя, давления
в рабочих полостях гидроцилиндра и измерения соответствующих
величин в процессе излучения колебаний в полосе частот 10-
60 Гц и 10-260 Гц.

Известно, что действующее в вибровозбудителе рабочее уси-
лие равно произведению активной площади поршня на разность
давлений над и под ним. Жидкость нагнетается в цилиндр виб-
ровозбудителя аксиально-поршневым насосом со специальным ре-
гулятором, обеспечивающим, с одной стороны, постоянство мощ-
ностных характеристик насоса, а с другой - ограничение дав-
ления жидкости в системе при изменении частоты в процессе
работы вибратора [27]. Последнее необходимо из-за того, что
с увеличением частоты поток уменьшается, что может вести
к недопустимому увеличению давления жидкости в системе.

На рис. 29 приведены экспериментальные кривые изменения
давления (кривые 1 и 2) и расхода (кривые 3 и 4) в зависи-
мости от частоты для двух управляющих сигналов. Из них сле-
дует, что давление в системе поддерживается постоянным, а
расход падает до практически одинаковых величин в конце раз-
вертки. Постоянство давления объясняется наличием соответст-
вующего регулятора в насосе, а уменьшение расхода обусловле-

*Работы выполнены И.И. Степуниным.
120
Рис. 30. Кривые изменения мощности с частотой для двух управляющих сиг-
налов

но особенностью работы вибратора, которая заключается в том,
что при сохранении постоянной амплитуды давления скорость
уменьшается в 1/а> раз, что и ведет к снижению расхода () =
в 5т, где 5 и V - площадь поперечного сечения потока жид-
кости и ее скорость.

Произведение давления на расход определяет мощность пото-
ка жидкости, проходящей в данном сечении трубопровода. При-
менительно к работе вибратора это будет мощность, затрачи-
ваемая на приведение в движение инерционной массы и поршня
с рабочей плитой. Очевидно, что при постоянном давлении и
уменьшающемся с частотой потоке мощность привода также будет
уменьшаться, что находит свое отражение на соответствующих
кривых, рассчитанных по значениям расхода и давления и при-
веденных на рис. 30. Уменьшение мощности с ростом частоты,
естественно, ведет к снижению КПД вибратора.

Следующим важным фактором, оказывающим значительное
влияние на эффективность работы вибратора, является харак-
тер изменения давления в полостях гидроцилиндра. Обычно
принято считать, что амплитуда давления постоянна во всем
рабочем диапазоне, а его текущие значения меняются по ква-
зигармоническоцу закону в соответствии с управляющим сиг-
налом. При этом, если в одной полости давление максимальное,
то в другой - минимальное. Экспериментальные кривые, по-
строенные по измерениям давления в полостях вибровозбу-
дителя, носят довольно сложный искаженный характер и только
в общем согласуются с вышесказанными положениями. Особенно
велики искажения на низких частотах. На кривых давления
выделяется основная гармоника, соответствующая частоте уп-
равляющего сигнала, на которую накладываются локальные ис-
кажения, изменяющие форму кривых. В области низких частот
(до 30-33 Гц) наблюдается одностороннее ограничение кривых
давления по уровню, что ведет к их несимметричности и, ес-
тественно, отрицательно сказывается на работе вибраторов.

С увеличением частоты форма кривых давления приближается
к синусоидальной, и уровень искажений уменьшается. В качест-
ве примера на рис. 31 приведены кривые изменения давления
в верхней и нижней полостях цилиндров на частотах 17, 40 и
70 Гц, на них хорошо видны указанные выше особенности.
Следует отметить, что последние находят свое отображение в
работе вибратора и приводят к появлению нелинейных искажений
возбуждаемых сигналов, которые рассмотрены далее. Поведение
кривых давления, измеренного в полостях гидроцилиндра, в
сочетании с другими данными указывает на то, что искажения
носят двоякий характер. Они обусловлены процессами, проис-
ходящими в самой гидравлической системе вибратора и при
передаче нагрузок грунту. Наибольшие искажения в виде огра-
ничения кривых давления на низких частотах вызваны тем, что
смещения грунта ограничены упругими деформациями, которые
меньше тех перемещений, которые должны иметь место в вибро-
возбудителе. С ростом частоты взаимные смещения плиты и
инерционной массы уменьшаются, становятся сравнимыми с уп-
ругими деформациями грунта, и кривые давления становятся
более симметричными.

Другие искажения, которые значительно меньше по величине,
обусловлены работой гидросистемы, и, как правило, они мало
зависят от частоты. Более подробно вопросы нелинейных иска-
122
ГП ГП ГП ГП ГП ГП ГП гп ГП (в т т (в т т т т гл гп т гл гл гп т гп гл гп глгп гп гп гп гп ф ф фф гп гп ф ф гп гп гп гп гп гп Ф гп гп гп гп гп гп т гл т т гп т

гп гптгптгп гп гп гп гптгп гптгп гп гптгп гп гп гп тгп гптгп гпгптттгпгпгпгпгпгптгпгп глгп глгп глгп глгп гл пкпгпгш

Рис. 31. Кривые изменения давления в верхней (7) и нижней (2) полостях
вибровозбудителя на частотах 17 Гц (а), 40 Гц (6) и 70 Гц (в)

жений возбуждаемых сигналов рассмотрены в следующем подраз-
деле.

Анализируя характер полученных кривых давления, необхо-
димо отметить и то, что с ростом частоты наблюдаются умень-
шение абсолютных величин давления и повышение противодавле-
ния. Действительно, на рис. 31 видно, как с частотой умень-
шаются амплитуды (размах) кривых и увеличиваются минимальные
значения давления. Это может быть обусловлено тем, что с
увеличением частоты возрастает скорость перемещения золотни-
ков и соответственно уменьшается время, в течение которого
полости гидроцилиндра оказываются соединенными с напорной и
сливной системами жидкости. В результате она не успевает на-
полнить одну полость и полностью освободить противоположную,
и усилия, развиваемые вибратором, с частотой уменьшаются,
что, естественно, снижает его сейсмическую эффективность.

Таким образом, полученные и приведенные экспериментальные
данные указывают на следующие особенности работы вибратора:
с увеличением частоты наблюдается уменьшение расхода жид-
кости, мощности КПД излучателя при относительно постоянном
давлении жидкости в системе, поддерживаемом аксиально-
поршневым насосом с наклонной шайбой;

кривые давления в полостях гидроцилиндра носят сложный,
искаженный характер, особенно на низких частотах (до 30-
35 Гц).

Отмеченные недостатки в работе гидравлических вибраторов
могут быть устранены только путем изменения их конструкции.
Очевидно, что для компенсации уменьшения давления в рабочих
полостях гидроцилиндра и мощности излучения необходимо повы-
шать расход жидкости и давления в системе. В частности, ре-
гулятор аксиально-поршневого насоса должен быть отрегулиро-
ван на поддержание постоянной мощности потока жидкости, а
гидросистема - не допускать чрезмерного повышения давления
с ростом частоты. Такой режим работы вибратора позволит
снизить уровень нелинейных искажений. Действительно, одной
из основных причин появления нелинейных искажений является
недопустимо большой ход цилиндра относительно поршня на
низких частотах. Он выбирается значительным для того, чтобы
обеспечить необходимые перемещения вибропары на высоких
частотах. Поэтому более оптимальна такая конструкция вибра-
тора, у которой этот ход или постоянен, или существенно
меньше изменяется с увеличением частоты. Силу можно пред-
ставить в виде

Р = тосо = тгы2,
где т - масса движущихся частей вибровозбудителя; ао -
амплитуда ускорения; г - амплитуда перемещения цилиндра
относительно поршня.

Тогда

г = Р/ты2,

и для того, чтобы перемещение не зависело от частоты, необ-
ходимо, чтобы Р = Риг или хотя бы Р = Ры, а это ведет к уве-
личению давления с ростом частоты. Реализация этого положе-
ния требует изменения конструкции гидравлического вибратора.

Необходимо отметить, что определенные усилия сделаны в
этом направлении. Система контроля силы воздействия на зем-
лю, реализуемая в последних конструкциях вибраторов, в опре-
деленной степени решает эту проблему. Тем не менее она нс
обеспечивает полной компенсации падения давления с частотой,
и реализация принципов, рассмотренных выше, позволит повы-
сить сейсмическую эффективность вибрационных источников на
основе гидропривода.

3.2.6.	НЕЛИНЕЙНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ
СИГНАЛОВ

Возбуждение сейсмических колебаний вибрационными источни-
ками колебаний в большинстве случаев сопровождается нелиней-
ными процессами, которые возникают в самих установках и в
системе передачи нагрузок грунту. Их наличие отрицательно
влияет на эффективность вибрационной сейсморазведки из-за
снижения уровня колебаний основной частоты, нерационального
расходования энергии и генерирования помех, которые мешают
выделению полезных волн.

Вопросы нелинейных искажений вибрационных сигналов анали-
зировались и рассматривались в ряде работ отечественных и
зарубежных авторов [48, 60]. Предложены также способы их
ослабления [60]. Тем не менее изучение природы нелинейных
искажений, их количественные оценки и поиски путей их умень-
шения представляют практический и научный интерес.

Нелинейные искажения, возникающие в процессе возбуждения
сейсмических колебаний гидравлическими вибраторами, обуслов-
лены следующими двумя основными причинами: нелинейным харак-
тером взаимодействия рабочей плиты вибратора с грунтом при
передаче силового воздействия на среду и нелинейными процес-
сами в гидравлическом механизме вибратора, возникающими при
создании переменных усилий в вибровозбудителе. Рассмотрим их
более подробно.

Плита со штоком, поршнем и гидроцилиндром, инерционной
массой образует единую механическую систему, приводимую в
движение внутренними переменными по величине силами. В ре-
зультате поршень с плитой движутся в одну сторону, а инер-
ционная масса - в другую. При этом если последняя может сво-
бодно перемещаться вверх и вниз от центрального положения,
то поршень с плитой ограничены в своем движении сопротивле-
нием грунта. При расчете вибраторов в качестве одного из па-
раметров задается взаимное перемещение поршня и гидро-
цилиндра (ход поршня), которое они должны иметь на самой
низкой частоте. В связи с тем, что ход поршня с ростом час-
тоты уменьшается обратно пропорционально ее квадрату, то он
выбирается значительным, чтобы и на высоких частотах он имел
заметные значения. Для многих конструкций вибраторов переме-
щения поршня и массы могут достигать 4-5 см, и во всех слу-
чаях он превышает предел упругих деформаций грунта. В ре-
зультате инерционная масса свободно перемещается вверх и
вниз, а поршень с плитой ограничены в своем движении, что
и приводит к искажению формы возбуждаемых колебаний. Они
становятся несимметричными, осложненными высшими гармоника-
ми. Их уровень определяется ходом поршня относительно инер-
ционной массы и компрессионными характеристиками грунта в
районе работ и практически не должны зависеть от мощностных
характеристик вибратора. С увеличением частоты возбуждаемых
колебаний перемещения плиты уменьшаются и, начиная с какой-
то частоты, становятся равными, а затем и меньшими предела
упругости пород грунта. Это должно приводить к снижению
уровня высших, четных гармоник с ростом частоты.

Оценки уровня нелинейных искажений, возникающих при пере-
даче нагрузок грунту, могут быть получены на основании ана-
лиза сигналов, снимаемых с датчиков (сейсмоприемник или
акселерометр), установленных на плите. Обусловлено это тем,
что плита прижата к поверхности грунта и совершает с ним
синфазные колебания. Все отклонения от нормальных перемеще-
ний плиты и грунта будут фиксироваться датчиками, размещен-
ными на поверхности рабочей плиты.

Вторая причина нелинейных искажений вызвана тем, что в
гидравлическом преобразователе вибратора расход жидкости че-
рез рабочие кромки золотника и рост давления в полостях гид-
роцилиндра связаны нелинейной зависимостью с электрическими
сигналами, поступающими на вход золотника, и с перемещениями
его рабочих элементов. В результате выходные сигналы вибро-
возбудителя отличаются от входных и возникают нелинейные
искажения генерируемых волн.

В силу симметричности конструкции гидропривода его нели-
нейность выражается в появлении нечетных гармоник [48].
Интенсивность высших гармоник, связанных с работой гидропри-
вода, может быть оценена на основании анализа электрических
сигналов, снимаемых с датчиков ускорения или скорости, уста-
новленных на инерционной массе вибровозбудителя. Обусловлено
это тем, что, как было указано ранее, перемещения инерцион-
ной массы не ограничены сопротивлением грунта, и она может
свободно перемещаться относительно своего центрального поло-
жения.

Следовательно, измеряя и анализируя сигналы, снимаемые с
датчиков, установленных на рабочей плите вибратора и его
инерционной массе, можно разделить нелинейные искажения,
обусловленные вышеуказанными причинами, и оценить их относи-
тельный уровень. Для подтверждения этого предположения и
оценки уровня нелинейных искажений были выполнены специаль-
ные измерения на вибраторе СВ-5-150М2 с отечественным и
импортным (фирмы ”А11аз”) гидропреобразователями, а так-
же использованы результаты экспериментов А.И. Лугинца и
И.Б. Крылова.

На рабочей плите и инерционной массе вибратора СВ-5-150М2
были установлены тарированные акселерометры, сигналы с кото-
рых записывались в память ЭВМ. Кроме того, на сейсмостанции
регистрировались сигналы с сейсмоприемников. Характеристики
вибраторов снимались на моночастотах в диапазоне от 10 до
126
1

Рис. 32. Сигналы, зарегистрированные с датчиков на плите (а) и массе (6),
вибратора на частотах 10 Гц </), 30 Гц (2) и 90 Гц (3);

/ и 7/ - первая и высшие гармоники
150 Гц и на управляющих сигналах с полосой 12-64 и 5-150 Гц
на грунте и асфальте.

Обработка материалов заключалась в оценке и анализе сиг-
налов с датчиков и определении уровня нелинейных искажений.
Приведем основные результаты выполненных экспериментов. В
качестве примера на рис. 32 приведены типичные кривые уровня
сигналов на плите и инерционной массе, полученные на часто-
128
тах 10, 30 и 90 Гц. На асфальте кривые имеют аналогичный ха-
рактер. Анализ кривых показал следующее:

кривые, характеризующие движение плиты вибратора и его
инерционной массы, носят сложный характер; на них уверенно
выделяются вторые, третьи и более высокие гармоники во всей
полосе регистрируемых частот (до 250 Гц), а также промежу-
точные максимумы, связанные, очевидно, с обертонами;

9 Заказ №2202	129
Рис. 33. Зависимость уровня второй
гармоники от частоты:

сигналы с датчиков на плите (/, 2) и
реактивной массе (3, 4) при работе
вибратора на грунте (1, 3) и на ас-
фальте (2, 4)

Рис. 34. Зависимость уровня
третьей гармоники от частоты:
сигналы с датчиков на плите (/,
2) и инерционной массе (3, 4) при
работе вибратора на грунте (/, 3)
и на асфальте (2, 4)

уровень нелинейных искажений в целом снижается с ростом
частоты, однако наблюдается в отдельных случаях его повыше-
ние;

нелинейные искажения инерционной массы весьма резко убы-
вают с частотой и характеризуются небольшими значениями на
частотах свыше 60-70 Гц;

интенсивность нелинейных искажений на плите в среднем на
порядок выше, чем на реактивной массе;

на низких частотах вторая и третья гармоники могут пре-
восходить первую, а третья - вторую, что происходит, не-
видимому, за счет резонансных явлений на контакте.

Отмеченные закономерности в общем сохраняются и при рабо-
те вибратора с развертками по частоте.

Более детальный анализ был проведен по определению уров-
ней второй и третьей гармоник при работах на грунте и
асфальте. На рис. 33, 34 приведены кривые изменения второй
гармоники сигналов с плиты и реактивной массы на грунте и
асфальте для вибратора с сервоусилителем ”А11аз” и отечест-
венным. Из них видно, что и при работе на грунте и асфальте
вторая гармоника с плиты довольно резко убывает с частотой в
области до 30-40 Гц, а затем спад замедляется, что является
следствием перемещения плиты уже в области упругих деформа-
ций грунта. Амплитуда второй гармоники на асфальте несколько
выше, чем на грунте, в области частот до 30 Гц, а затем кар-
тина меняется. Это находит объяснение также в том, что
асфальт жестче, чем грунт, и его предел упругости меньше.
Нелинейные искажения на реактивной массе ниже, чем на плите,
и они в меньшей степени зависят от частоты. На асфальте уро-
вень искажений несколько выше, чем на грунте. На рис. 34
приведены кривые, характеризующие изменения третьей гармони-
ки. Как и в случае второй гармоники, искажения на плите
130
Таблица 7

Коэффициент нелинейных искажений сигналов с инерционной
массы и опорной плиты

Частота, Гц	СВ-10/180		СВ-16/150	
	Инерционная масса	Опорная плита	Инерционная масса	Опорная плита
5	47	395	18	278
10	29	279	21	210
15	26	121	21	108
20	27	93	21	103
25	33	78	24	63
30	29	66	23	43
35	28	65	25	45
45	33	76	30	67
55	27	74	24	53
65	12	52	13	43
75	11	29	11	45
85	-	-	-	

больше, чем на массе, а разница между ними при работе на
грунте и асфальте незначительна, что может рассматриваться
как подтверждение того, что третья гармоника в большей сте-
пени обусловлена работой самого вибратора и в меньшей сте-
пени - характером грунта.

В целом аналогичные материалы были получены А.И. Лугинцом
и И.Б. Крыловым, которые измеряли уровень нелинейных искаже-
ний по сигналам, снимаемым с датчиков плиты и массы, уста-
новленных на вибраторах СВ-10/180 и СВ-16/150 НПО "Сейсмо-
техника” в полосе частот от 5 до 85 Гц. Эти данные приведены
в табл. 7. Из них также следует, что искажения на плите бо-
льше, чем на инерционной массе, и последние в меньшей степе-
ни изменяются с частотой.

Обобщая полученные результаты, можно констатировать, что
они укладываются в единую схему, указывающую на следую-
щее:

сигналы, возбуждаемые вибраторами, осложнены весьма
интенсивными гармоническими составляющими, уровень которых
снижается с ростом частоты за счет уменьшения амплитуд пере-
мещений плиты;

наибольшую интенсивность имеют искажения, обусловленные
взаимодействием плиты вибратора с грунтом, и на низких час-
тотах на порядок и более превосходят уровень гармоник, воз-
никающих в гидросистеме вибратора.

Для ослабления уровня нелинейных искажений было предложе-
но несколько способов [48, 60]:

снижение уровня вибраций, который оказался в целом ма-
лоэффективным, а в ряде случаев наблюдался даже рост гармо-
ник с уменьшением амплитуды управляющего сигнала;

введение в управляющий сигнал высших гармоник с регули-
руемыми амплитудами и фазами, компенсирующих возникающие в
системе искажения (способ дал неплохие результаты на моде-
лях, но оказался практически непригодным на практике и рас-
пространения не получил из-за сложности и неоднозначности
расчета компенсирующих сигналов и необходимости создания
специальной аппаратуры)

изменение фазы излучаемых и принимаемых сигналов [60],
которые приводят к самокомпенсации гармоник при сложении
виброграмм (этот способ опробован и дал неплохие результаты,
однако пока широкого применения не получил, тем не менее в
конструкциях всех отечественных вибраторов заложена возмож-
ность изменения фазы управляющего сигнала).

выбор направления развертки и длительности управляющих
сигналов с тем, чтобы помехи, обусловленные гармониками,
располагались за пределами информативной части коррелограм-
мы.

Основным недостатком большинства способов подавления гар-
моник является то, что они основаны на компенсации, а не на
изначальном уменьшении.

Из полученных результатов следует, что один из возможных
путей уменьшения уровня нелинейных искажений связан со сни-
жением перемещения плиты вибратора (хода поршня) на низких
рабочих частотах с тем, чтобы они соответствовали упругим
деформациям пород грунта. Однако при этом перемещения плиты
на высоких частотах будут очень небольшими, что приведет к
сужению частотного диапазона излучаемых сигналов и снижению
эффективности работы вибратора вследствие влияния сжимаемос-
ти жидкости и других нежелательных процессов. Для реализации
такого режима работы вибратора необходима такая конструкция
вибратора, у которой рабочий ход плиты был бы постоянным или
практически постоянным в пределах рабочих частот излучаемых
сигналов. Одно из возможных решений, как показано ранее,
связано с увеличением силового усилия вибратора с частотой,
что позволит стабилизировать смещения плиты относительно
инерционной массы.

Данные об уровнях нелинейных искажений и их изменений с
частотой генерируемых волн позволяют получить определенные
количественные оценки, характеризующие физические свойства
пород на пункте возбуждения колебаний. Будем считать, что
для гидравлических вибраторов выполняется условие

/ = /тах(/ти/ /)2,

где I и /тах - перемещения поршня на текущей (/) и минималь-
ной (/тт) частотах.

Предположим, что по характеру поведения кривых изменения
уровня высших гармоник определена некоторая частота /., на
132
которой перемещения плиты близки к упругим деформациям грун-
та, тогда

I.	= /тах (/пип//Э •

На основании закона Гука можно записать

/ .	Е1та х ( /т1п Л

с =	------— [—Г

где О - напряжение; Е - модуль упругости; Ь - некоторый вер-
тикальный размер столбика грунта под плитой вибратора, отно-
сительно которого определяются упругие деформации пород.

Из этого соотношения определим величину

е _ _Е_ = С (21 Ъ

Е I та х /т1п

Этот параметр связан с модулем упругости пород на пунктах
возбуждения колебаний и в определенной степени должен харак-
теризовать их физические свойства. Изменение этого параметра
будет говорить об изменении физических свойств поверхностных
отложений и условий возбуждения колебаний. Такая информация
может быть полезна при анализе полученных результатов и
оценке достоверности аномалий по уровню и частотному составу
зарегистрированных волн. Для получения этих данных необходи-
мы соответствующие технические средства, создание которых
возможно на основе штатного оборудования вибраторов.

3.3.	ВИБРАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ ДИСКРЕТНОГО
ДЕЙСТВИЯ (КОДОИМПУЛЬСНЫЕ ИЛИ
ВИБРОИМПУЛЬСНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ)

Вибрационные источники дискретного действия или кодоимпу-
льсные (виброимпульсные источники) обеспечивают приложение к
поверхности земли последовательностей однополярных коротких
импульсов, следующих друг за другом с переменными или пос-
тоянными временными интервалами. Известно несколько модифи-
каций таких источников.

В системе ”М1ше $още”, предназначенной для разведки
неглубоких горизонтов, в том числе изучения верхней части
разреза при работах с вибраторами, в качестве источников
используются серийные ручные вибромолоты для уплотнения
грунта при строительстве. У них дроссельный рычаг переобору-
дован на большие перемещения заслонки, а на трамбовочной
плите закреплен сейсмоприемник, сигналы от которого подаются
на сейсмостанцию и регистрируются в качестве опорных. В про-
цессе работы оператор, перемещая заслонку, меняет частоту
следования ударов, обеспечивая их случайный характер, в
среднем за 1 с производится 10 ударов. Энергия одного удара
равна 65 Дж. В течение одной посылки производится от 300 до
1000 и более воздействий. Полученные записи регистрируются
и коррелируются с сигналами на плите излучателя, образуя
обычные по виду записи.

В нашей стране для возбуждения последовательностей
импульсов были предложены и получили определенное применение
электроиндукционные источники, получившие название ИКИ, -
источник кодоимпульсный [12, 31].

Отметим следующие их преимущества перед вибрационными
источниками:

простота конструкции и обслуживания;

небольшая величина усилия в импульсе, что ведет к повыше-
нию частоты возбуждаемых колебаний по сравнению с импульсны-
ми источниками;

наличие гидротрансформатора, который уменьшает перемеще-
ния рабочей плиты, повышая эффективность работы источника.

Наряду с этим кодоимпульсные источники имеют следующие
основные недостатки:

невозможность управления частотой возбуждаемых колебаний
и изменения полярности импульсов;

сравнительно высокий уровень помех корреляционного преоб-
разования и наличие областей с повышенным фоном шумов, для
ослабления которых необходимо применять специальные последо-
вательности импульсов.

Наибольшую известность получили три модификации таких
источников:

ИКИ-10/40 - излучатель, развивающий усилие до 105 Н в
импульсе с максимальной частотой следования до 40 Гц;

ИКИ-2 - установка, имеющая на одной транспортной базе
три излучателя с суммарным усилием в импульсе до 3,6 -105Н
и частотой развертки до 15 Гц;

ИКИГ-1 - установка, смонтированная на тракторе Т-170 и
предназначенная для возбуждения поперечных волн в северных
районах.

Промышленное применение получил источник ИКИ-10/40. Оста-
льные модификации используются пока в опытном порядке. Раз-
рабатываются также следующие модификации ИКИ, предназначен-
ные для работ в зимних условиях. Принцип действия и
устройство этих источников освещены в ряде работ [31, 12],
поэтому ограничимся их кратким описанием.

Источник ИКИ-10/40 состоит из следующих основных узлов:
линейный импульсный электродвигатель (ЛИЭД), устройство пе-
редачи нагрузок грунту, синхронный генератор, блок конден-
саторов, систем управления и разряда. Линейный импульсный
электродвигатель (рис. 35) имеет индукторы 1 с магнитопрово-
дом и обмотками, якорь 2, демпферы 3, ресиверы 4, опорный
цилиндр 5, клапаны 6, инертную массу 7 и пружину 8. Особен-
ностью конструкции ЛИЭД является наличие гидротрансформато-
ра, через который усилия, возникающие в двигателе, передают-
Рис. 35. Схема линейного импульсного электродвигателя:

1 - индуктор; 2 - якорь; 3 - демпфер; 4 - ресивер; 5 - опорный цилиндр.
6 - клапан; 7 - инертная масса; 8 - пружина; А - полость ресивера; Б -
полость масляного трансформатора

ся земле. Трансформатор имеет коэффициент преобразования,
равный 10 что приводит к соответствующему увеличению усилия,
приложенного к поверхности земли, и уменьшению перемещений
опорного цилиндра до 1-3 мм, соизмеримых с упругими деформа-
циями грунта, что повышает КПД излучателя. При подаче импу-
льса тока на обмотку индуктора в короткозамкнутой обмотке
якоря наводится ЭДС. В результате взаимодействия образовав-
шихся магнитных полей возникает импульс силы, который сме-
щает вниз якорь, сжимает пружину 8 и повышает давление в по-
лости Б масляного трансформатора. Под действием этого давле-
ния опорный цилиндр смещается вниз и через основание двига-
теля передает усилие грунту, возбуждая в земле сейсмические
волны. После прекращения подачи тока якорь под действием
возвратной пружины, сил сопротивления демпфера, инертной
массы и обратной реакции земли возвращается в исходное поло-
жение.

Все узлы источника ИКИ-10/40 смонтированы на автомобиле
ЗИЛ 131А, двигатель которого обеспечивает работу источника.
Для этого он через коробку отбора мощности вращает синхрон-
ный генератор, и током с генератора заряжается батарея кон-
денсаторов. Для производства воздействий блоком управления
вырабатывается соответствующий сигнал, который подключает
батарею конденсаторов через тиристорный коммутатор к обмотке
индуктора ЛИЭД. Момент начала работы источника передается по
радио в виде кода с сейсмостанции.

Практика работ с источниками ИКИ-10/40 показала, что
амплитуды импульсов уменьшаются по мере увеличения частоты
их следования, что в определенной степени обусловлено огра-
ниченной энергией излучателя [24]. По экспериментальным
оценкам, амплитуды импульсов определяются степенной функцией
А = КГ0'65, где / - частота следования импульсов; К - коэф-
фициент.

Амплитудная неидентичность импульсов приводит к усложне-
нию взаимокорреляционной функции, что следует учитывать в
процессе работ при выборе параметров кодовых последователь-
ностей.

Технические характеристики ИКИ-10/40 [31]

Максимальное усилие в импульсе, кН.................................. 100

Диапазон регулирования длительности импульса, мс .................. 8-12

Диапазон регулирования длительности посылки, с ...............	.	3-32

Диапазон изменения частоты следования воздействий в посылке,
Гц................................................................. 3-40

Погрешность синхронизации воздействий в посылке, мс ............. +1

Напряжение заряда конденсаторов, В............................... 400

Давление излучающего конуса на грунт, МПа........................ 0,3

Источник ИКИ-2 разрабатывался как более мощная модифика-
ция излучателя ИКИ-10/40. С этой целью на одной транспортной
базе (КрАЗ-255) смонтировано три ЛИЭДа, которые работают
синхронно от одной батареи конденсаторов, заряжаемой от
синхронного генератора, приводимого во вращение от маршевого
двигателя автомобиля. ИКИ-2 оснащен генератором управляющих
сигналов, позволяющим генерировать наряду с линейно изменяю-
щимися по частоте последовательностями импульсов также пос-
ледовательности М и Д (дополнительные). Последние две разно-
видности сигналов были выбраны для снижения уровня корреля-
ционных шумов. Отметим, что в результате опытных работ было
показано, что, используя Д-последовательности, можно сущест-
венно снизить фон корреляционных помех даже при Р = 0,65.
И этот фон ниже, чем для двуполярных М-последовательностей.
Источник ИКИГ-1 предназначен для возбуждения поперечных
волн [31]. По принципу действия источник ИКИГ-1 аналогичен
ИКИ-10/40. Преобразователем энергии является ЛИЭД, который в
отличие от ИКИ-10/40 передает усилия через шток поршню, на-
ходящемуся в горизонтально расположенном гидроцилиндре. К
обоим концам штока прикреплены излучающие пластины, которые
перед работой помещаются в специально прорезанные две вер-
тикальные щели. Под действием импульса тока жидкость из ЛИЭД
поступает в одну полость гидроцилиндра, смещая поршень в
одну сторону. При этом излучающие пластины ударяют в верти-
кальные стенки щели, возбуждая поперечные волны. Если необ-
ходимо произвести удар по противоположной стенке щели, то
для этого имеются переключатели, которые направляют поток
жидкости из ЛИЭДа в другую полость гидроцилиндра. Источник
ИКИГ-1 смонтирован на тракторе Т-170 с широкими гусеницами и
оснащен фрезерным оборудованием для прорезания в грунте двух
узких щелей, в которые помещаются излучающие устройства.
Трактор имеет приспособление для засыпки сделанных бороздок.
Наличие трактора и режущего инструмента позволяет применять
эти источники в зимних условиях севера России, а также
в других сложных по проходимости районах.

Технические характеристики ИКИГ
Максимальное рабочее усилие, кН................................... 120

Диапазон изменения частоты следования импульсов, Гц ....	4-39

Напряжение заряда конденсатору, В................................. 500

Рабочий диапазон температур, С..................................... -40	- +40

3.4.	ИМПУЛЬСНЫЕ НАЗЕМНЫЕ НЕВЗРЫВНЫЕ
ИСТОЧНИКИ

Импульсные источники были первыми невзрывными излучателя-
ми, которые получили промышленное применение за рубежом и в
нашей стране. К настоящему времени разработаны и используют-
ся в сейсморазведке различные модификации импульсных источ-
ников от простейшего молотка с приставкой до весьма сложных
пневматических и электродинамических установок. Столь широ-
кая гамма импульсных источников объясняется разнообразием
решаемых задач, а также их сравнительной простотой и возмож-
ностью изготовления в мастерских геофизических экспедиций.

По принципу приложения нагрузок к поверхности земли импу-
льсные излучатели подразделяются на источники с активным
и реактивным действием сил.

К первым относятся установки, у которых рабочая плита
разгоняется перед воздействием и бьет по поверхности земли,
преобразуя кинетическую энергию груза в колебания грунтового
полупространства. Это - механические источники, к которым
относятся установки с падающим грузом, различные молотки,
кувалды, а также излучатели с разгоном рабочей плиты.
Ко второй группе относятся установки, у которых рабочая
плита - днище ударной камеры с помещенным внутри нее подвиж-
ным поршнем - устанавливается на поверхности земли и возбуж-
дение колебаний производится за счет действия в ней внутрен-
них сил. Под их влиянием поршень смещается вверх, а рабочая
камера - вниз, воздействуя на среду и генерируя в ней упру-
гие волны. В источнике поперечных волн силы действуют гори-
зонтально, но в разные стороны. Одна из них стремится сдви-
нуть рабочую плиту, вторая - поглощается специальным упором
и массой источника.

3.4.1.	МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ

Первыми наземными импульсными источниками были установки
с падающим грузом, которые характеризуются простотой
устройства и обслуживания. Груз, масса которого и высота
сбрасывания могут меняться в широких пределах в зависимости
от расчетной энергии и назначения излучателя, поднимается
над поверхностью земли и по сигналу с сейсмостанции или ко-
манде оператора сбрасывается и бьет по грунту, возбуждая
упругие волны в среде. Известны отечественные и зарубежные
источники с падающим грузом, которые до сих пор находят при-
менение, правда в ограниченных объемах (ПГЭ, СИМ, СИ-64, СИ-
34 и др. [31]). Эти источники развивают максимальную энергию
от 40 до 60 кДж и монтируются на различных транспортных ба-
зах: автомобилях повышенной проходимости, тракторах и санях.
В отечественных установках используют механический и гидрав-
лический (СИ-6У, СИ-ЗУ) способы подъема груза и электромаг-
нитные муфты для его освобождения. На грузе установлен дат-
чик, который при ударе его о землю вырабатывает электричес-
кий сигнал, используемый для отметки момента воздействия,
запуска сейсмостанции и подъема груза. Мощные установки с
падающим грузом развивают усилия, приближающиеся или даже
превышающие динамический предел прочности грунтов, работают
в режиме их остаточных деформаций и характеризуются следую-
щими недостатками: возможный неравномерный удар по поверх-
ности земли из-за свободного падения груза без направляю-
щих; относительно низкочастотный состав возбуждаемых волн,
вероятно обусловленный невысокой скоростью удара по поверх-
ности; несинхронная работа излучателей.

В последних моделях механических излучателей предложены
способы преодоления- этих ограничений. С этой целью в ряде
зарубежных источников груз помещают в трубу, сочлененную с
жесткой плитой, которая устанавливается на поверхности земли
и по которой производят удары. Кроме того, используют допол-
нительный разгон груза путем разрежения воздуха под ним или
повышения давления над ним. В результате возрастает скорость
удара и уменьшается его время, что, по мнению авторов раз-
138
работок, приводит к некоторому повышению частоты возбуждае-
мых волн. Эти источники, получившие название ”Уаси Рике”,
выпускаются фирмой ”6еорЬуз1са1 Кезоигсез, 1пс.” и могут
быть смонтированы на самых различных транспортных средствах.
В источниках ”Ну<1га Ри1зе” фирмы ”Ре11оп Сотрапу, 1пс.” груз
в цилиндре разгоняется давлением масла и ударяет по металли-
ческой плите. Известны и другие модификации импульсных
источников, у которых груз бьет по плите, устанавливаемой на
поверхности земли для более равномерного распределения уси-
лий и уменьшения времени удара. Достоинство источников, в
которых удар производится по промежуточной плите, заключает-
ся еще и в том, что время падения груза значительно стабили-
зируется, что облегчает синхронизацию источников.

В отечественной практике применения механических источни-
ков разработана и используется специальная аппаратура, осно-
ванная на работе сейсмостанции в ждущем режиме, при котором
она запускается импульсом, вырабатываемым датчиком на плите
излучателя в момент удара [42]. В результате регистрация
каждого отдельного воздействия начинается с момента приема
станцией сигнала отметки удара. Этот принцип обеспечивает
также возможность работы нескольких несинхронных источников
на одну приемную линию.

Механические источники применялись также для возбуждения
поперечных волн. Первые из них представляли собой копры, у
которых груз оттягивался в сторону и по сигналу, освобождал-
ся, производя удар по стенке траншеи.

В последних модификациях источников поперечных волн
С’Магкоз”, ”0ттри1з” и др.) механический рычажный ударник
размещается на поворотной платформе, смонтированной на боль-
шегрузном автомобиле. В точке возбуждения на поверхность
земли опускается и прижимается массой автомобиля специальная
плита. Ударник приводом от двигателя автомобиля отводится в
сторону и в требуемый момент времени освобождается и бьет по
боковой поверхности плиты, производя касательное воздействие
относительно поверхности земли. Источник бьет как бы под се-
бя. Если необходимо изменить поляризацию поперечных волн для
их лучшего выделения на фон§ продольных колебаний, то плат-
форма поворачивается на 180 и удар производится с противо-
положной стороны плиты.

Как уже отмечалось, большинство механических источников
характеризуется простотой и дешевизной, что определяет пос-
тоянный к ним интерес. И несмотря на то, что объемы их при-
менения невелики, продолжают создаваться новые модификации
этих источников. В последнее время они получают большее при-
менение при малоглубинных сейсмических исследованиях, обес-
печивая возбуждение волн достаточной интенсивности от мелких
границ раздела и невысокую стоимость работ.
3.4.2.	ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ

Эта модификация наземных невзрывных источников получила
наибольшее применение в отечественной сейсморазведке. Газо-
динамические и пневматические источники имеют сходную конст-
рукцию, в них реализован реактивный способ приложения нагру-
зок, различны у них первичные энергоносители [52].

В газодинамических источниках используются газовые смеси
(ГС), состоящие из распыленных капелек бензина или жидкой
фракции пропан-бутана и кислорода в качестве окислителя и
способные к детонации, в результате которой образуются газо-
образные продукты, резко повышающие давление продуктов в ка-
мере сгорания. Этой смесью заполняют рабочий, детонационный
объем камеры и ее инициируют электрической искрой. Такой
способ инициирования ГС обеспечивает возникновение быстро-
протекающей химической реакции, которая необходима для ста-
бильного возбуждения силовых импульсов, идентичных по форме
и синхронных во времени. Рабочая камера источника поршнем
разделена на детонационный и демпферный объемы. В результате
детонации и повышения давления в детонационном объеме камеры
поршень движется вверх, а камера - вниз, создавая короткий
импульс давления на грунт.

Рабочие камеры, баллоны с кислородом и топливом, а также
другое необходимое оборудование размещены на транспортной
базе высокой проходимости, вместе они образуют источник
сейсмических колебаний.

Газодинамические излучатели (генераторы сейсмических ко-
лебаний - ГСК) были первыми серийными импульсными невзрыв-
ными источниками. Они начали выпускаться с 1974 г. Первой
была установка ГСК-10 с энергией 100 кДж. Ее сменили более
мобильные и совершенные источники ГСК-6 и СИ-40, а затем
ГСК-6М и СИ-40М, рабочая смесь которых основана на соедине-
ниях бензин-кислород или жидкий пропан-кислород (ГСК-6М).
Источники ГСК-6М и СИ-40М, имея единый принцип действия,
отличаются друг от друга деталями конструкции и выпускались
разными заводами. В настоящее время эти модификации источни-
ков серийно не выпускаются, хотя в ряде организаций они
успешно работают, обеспечивая изучение ЗМС и глубоких границ
раздела. Принцип действия и устройство газодинамических
источников рассмотрены в ряде работ [31, 52], поэтому огра-
ничимся изложением технических характеристик источника ГСК-
6М и кратким описанием его основных систем.

Технические характеристики источника ГСК-6М

Энергия воздействия на грунт, кДж ...................^90

Разброс времени воздействий относительно
сигнал-команды	(синхронизация), мс.................2

Габариты, мм:
длина.............................................8150

ширина.......................................... 2500
высота.......................................

Масса, кг....................................<13 375

Транспортная база ...........................Автомобиль "Урал-4320”

Источник ГСК-6М имеет следующие основные узлы: две рабо-
чие камеры, систему питания (топливная система), гидравли-
ческую и пневматическую системы, электрооборудование и ра-
диостанцию. Элементы управления работой источника расположе-
ны в кабине автомобиля.

Рабочая камера источника предназначена для передачи на
грунт силового импульса, возникающего в результате быстро-
протекающей экзотермической реакции смеси горючего окислите-
ля (рис. 36).

Камера состоит из гильзы, поршня, штока, крышки и серии
уплотнительных колец. Они образуют рабочую и демпферную по-
лости. В поршне просверлены каналы для подачи смеси, удале-
ния продуктов сгорания, подачи сжатого воздуха и смазки. Пе-
ред воздействием камера устанавливается на грунт и в демп-
ферный объем подается под относительно небольшим давлением
воздух. Затем детонационный объем заполняется дозированным
объемом горючей смеси. Поршень несколько приподнимается
вверх, повышая давление в демпферном объеме, что необходимо
для создания начального давления рабочей смеси. При детона-

7	А

Рис. 36. Рабочая камера источника ГСК-6М:

1 - гильза; 2 - поршень; 3 - шток; 4 - крышка; 5 - запальная головка; 6-
Выхлопнои клапан; 7 - уплотнительные кольца; А, В - рабочий и демпферный
ции смеси давление в рабочем объеме повышается, гильза и
поршень начинают перемещаться в разные стороны. В начальный
момент времени скорости перемещения гильзы и поршня будут
обратно пропорциональны их массам. Гильза, внедряясь в
грунт, вызывает в толще земли сейсмические колебания. Затем
грунт оказывает сопротивление гильзе, она останавливается,
теряя свою кинетическую энергию. Одновременно с гильзой пор-
шень движется вверх, сжимая сначала демпферный объем и отры-
вая всю камеру от поверхности земли. Специальным гидравли-
ческим устройством камера тормозится, а затем плавно опус-
кается на поверхность. В результате время удара оказывается
небольшим и, по имеющимся оценкам, не превышает 15 мс. Излу-
чатель работает в режиме остаточных деформаций и развивает
нагрузки порядка 5 МПа, что соответствует динамическому пре-
делу прочности средних грунтов.

Камеры перемещаются вверх-вниз по направляющим устройст-
вам, которые соединены с платформой транспортного средства.
В процессе работы направляющие устройства испытывают значи-
тельные нагрузки, так как камеры после воздействия откаты-
ваются вверх с ускорением, достигающим 200#. Система питания
предназначена для дозированной подачи гбрючего и окислителя
в рабочие объемы камер, инициирования рабочей смеси и вы-
пуска продуктов детонации из них в атмосферу. Система пита-
ния состоит из линий подачи топлива и кислорода, по которым
компоненты смеси через запальную головку поступают в левую и
правую рабочие камеры. Объем смеси дозируется электровенти-
лями, а давление контролируется по манометрам. Во избежание
обратного хода реакции в линиях установлены огнепреградите-
ли, которые обеспечивают односторонний ход процесса детона-
ции.

Гидравлическая система предназначена для подъема камер в
транспортное положение и принудительно-замедленного и плав-
ного опускания их на грунт после воздействия. Гидросистема
работает в двух режимах (подъем и опускание) и включает в
себя шестеренчатый масляный насос, гидроцилиндры односто-
роннего действия и гибкие шланги высокого давления. Система
спроектирована таким образом, чтобы исключить удар камер
о грунт после воздействия.

Пневматическая система обеспечивает функционирование
исполнительных элементов топливной системы и состоит из че-
тырех последовательно соединенных ресиверов. Каждый ресивер
снабжен краном для сброса конденсата. Сжатый воздух в реси-
веры поступает из системы подкачек шин автомобиля.

Система электрооборудования предназначена для обеспечения
питания, подготовки источника к воздействию, управления воз-
действиями и связи с сейсмостанцией.

Управление работой источника и связь его с оператором
сейсмостанции обеспечивается радиостанциями, установленными
на сейсмостанции и в кабине источника, а также устройством
142
управления источника по радио (УИР). УИР состоит из шифрато-
ра, размещенного на сейсмостанции, и дешифратора с пультом
управления (ПУДШ), смонтированного в кабине автомобиля
источника. С шифратора по радиоканалу передается сигнал на
дешифратор о начале подготовки источника к работе, потом с
дешифратора на шифратор - о готовности источника (только по
головной машине группы), затем с шифратора - на сейсмостан-
цию команда подготовки к записи и на дешифратор - команда
"огонь”, с дешифратора на шифратор - отметка момента возбуж-
дения.

Источник может работать как по команде с сейсмостанции (в
режиме одиночного воздействия или в цикле), так и в ручном
режиме, по команде оператора.

Газодинамические источники ГСК-6 и ГСК-6М неплохо зареко-
мендовали себя на практике. Они оказались достаточно надеж-
ными, простыми в обращении и в ремонте и обеспечивали полу-
чение приемлемых результатов, особенно при решении структур-
ных задач при залегании целевых горизонтов до 5-6 км. Однако
эти источники имеют два основных недостатка: необходимость
доставки газовых компонентов (пропан-бутан и кислород или
один кислород при работе на бензиновых смесях) и недостаточ-
ный температурный диапазон, что исключает их применение в
северных и восточных районах России при низких температурах
окружающего воздуха. В этих условиях прекращается реакция
окисления газовой смеси и необходим подогрев баллонов, смеси
и камер, что практически неосуществимо и опасно в пожарном
отношении.

В силу этих причин газодинамические источники были заме-
нены пневматическими излучателями.

3.4.3.	ПНЕВМАТИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ

В пневматических источниках энергоносителем является сжа-
тый воздух, чт§ позволяет расширить рабочий температурный
диапазон до -40 С и сделать их автономными.

Основным элементом пневматического источника является ра-
бочая, ударная камера. Разработано две конструкции камер,
различающихся расположением демпферного объема и пневмопу-
шек. У одних демпферный объем занимает центральную часть ка-
меры, а пушки - боковые, у других - наоборот. Ударная камера
с центральным размещением демпферной полости приведена на
рис. 37. Она состоит из гильзы /, центрального штока 2,
крышки демпферного объема 4, поршня 3, одной или нескольких
пневмокамер 5, размещенных в периферийной части поршня. Шток
2 с крышкой 4 и поршнем 3 образуют демпферную полость Д. Под
каждой пневмокамерой имеется полость А, необходимая для раз-
мещения фланца поршня 6, выдвигаемого при выхлопе сжатого
воздуха.
Рис. 37. Рабочая камера с центральным размещением демпферной полости:

1 - гильза; 2 - центральный шток; 3, 6 - поршни; 4 - крышка демпферного
объема; 5 - пневмопушка

Рис. 38. Рабочая камера с центральным размещением пневмопушки во время
выхлопа:

1 - гильза; 2 - поршень; 3 - корпус пневмопушки; 4 - поршень пневмопушки;

5 - электропневмоклапан; 6 - уплотнительная прокладка; 7 - выхлопной
клапан; 8, 9 - уплотнительные кольца; 10, 11 - выхлопные каналы
Схема с центральным размещением пневмокамеры приведена на
рис. 38. Ударная камера состоит из гильзы /, поршня 2,
образующих в совокупности демпферную полость Д, заполненную
сжатым воздухом под низким давлением Рд = 0,2-5-1 МПа, дейст-
вующим на плечо <1з - Л и прижимающим поршень ко дну гиль-
зы.

В центральной части поршня 2 размещена пневматическая
пушка, имеющая корпус 3, поршень 4, запускающий электропнев-
моклапан 5, в подвижном якоре которого установлена фторо-
пластовая уплотнительная прокладка 6. В верхней части поршня
4 и нижней части корпуса 3 установлены фторопластовые кольца
8 и 9, уплотняющие разъемные соединения. Все остальные под-
вижные и неподвижные разъемные соединения деталей ударной и
пневматической камер уплотняются резиновыми кольцами кругло-
го сечения. Поршень 4 в совокупности с корпусом 3 образует
рабочий объем пневмопушки Б + Б1 и демпферную полость В.
Сжатый воздух под высоким давлением (Ро = 7,5-5-15 МПа) по
отдельным гибким рукавам и каналам в корпусе 3 подводится в
демпферную полость Вив рабочий объем Б. Через каналы
в верхней части поршня 4 и корпуса 3 сжатый воздух поступает
из рабочего объема Б в полость под электропневмоклапаном 5,
где дальнейший путь сжатому воздуху в осевой канал в корпусе
3 перекрывает прокладка 6. Под действием сжатого воздуха на
плечико поршня 4 в демпферной полости В поршень прижимается
к крайнему верхнему положению, и пушка герметизирована.

Для производства выхлопа на запускающий электропневмокла-
пан 5 подается импульс тока напряжением от 300 до 600 В дли-
тельностью от 10 до 20 мс. Под его действием якорь с про-
кладкой б перемещается вверх и открывает доступ воздуха на
верхний торец поршня 4. Давление на поршень увеличивается,
он начинает перемещаться вниз и происходит разгерметизация
пушки. Сжатый воздух устремляется в рабочий объем камеры и
происходит взаимное перемещение гильзы и поршня, которое
приводит к возбуждению упругих волн в среде. Пневмокамеры
развивают значительные усилия, которые приближаются к дина-
мическому пределу прочности грунтов.

На один выхлоп пневмокамера затрачивает 50-60% запасенно-
го в объемах Б + Б: сжатого воздуха. Общая задержка срабаты-
вания пневмокамеры после подачи напряжения на запускающий
электропневмоклапан находится в пределах 14±1 мс, а время, в
течение которого выхлопное отверстие <12 остается открытым,
не превышает 8 мс. При выхлопе сжатого воздуха из пневмока-
меры в полость А поршень 2 начинает двигаться вверх, а дав-
ление сжатого воздуха в расширяющейся полости А через дно
гильзы воздействует на поверхность грунта.

Интенсивность и спектральные характеристики возбуждаемых
в грунте колебаний определяются площадью гильзы /, макси-
мальным давлением в полости А и длительностью импульса дав-
ления дна гильзы на грунт.

Ю Заказ № 220’
В процессе движения поршня 2 вверх происходит сжатие воз-
духа в демпферной полости Д, воздействие гильзы на грунт
уменьшается, а затем прекращается и камера отрывается от
поверхности земли.

При движении камеры вверх она тормозится направляющим
устройством и плавно опускается в исходное положение на по-
верхность грунта для проведения следующего воздействия.

Пневматический источник включает в себя транспортную ба-
зу, воздушный компрессор с ресивером или баллоны со сжатым
воздухом, одну или две пневматические камеры, направляющее
спуско-подъемное устройство, гидравлическую и пневматическую
системы, а также электрооборудование для управления излуча-
телем по электрическим сигналам оператора или с сейсмостан-
ции.

Для проведения наземных работ были разработаны и получили
практическое применение следующие модификации импульсных
пневматических источников: ГСК-1П, ГСК-ЮС, ГСК-5 и его мо-
дификации. Они различаются энергетическими параметрами,
транспортными базами и назначением.

Источник ГСК-1П предназначался для изучения неглубоких
горизонтов, был установлен на шасси одноосного прицепа и
оснащен баллонами сжатого воздуха, которые должны заправля-
ться от компрессора на базе сейсмической партии или в каком-
либо другом месте, где возможна подача сжатого воздуха.

Технические характеристики ГСК-1П

Энергия воздействия при номинальном рабочем давлении, кДж ....	—12

Минимальный интервал времени между воздействиями, с................ 6

Количество воздействий до перезарядки ресивера .................... 250

Рабочий объем пневмокамеры, дм5.................................... 1,2

Расход сжатого воздуха на выхлоп, дм3.............................. 0,6

Рабочее давление сжатого воздуха, МПа:
максимальное..................................................... 15-0,5

номинальное..................................................... 8-1

Погрешность синхронизации, мс...................................... ±2

Генератор сейсмических колебаний ГСК-ЮС разработан спе-
циально для проведения работ в северных районах России с тя-
желыми дорожными и климатическими условиями. Он представляет
собой комплекс, включающий собственно источники сейсмических
колебаний (как правило> три в одном комплексе) и одну комп-
рессорную станцию, предназначенную для периодической подза-
рядки воздушных баллонов источников сжатым воздухом высокого
давления. Источники и компрессорная станция смонтированы на
базе трелевочного трактора ТТ-4. Источник используется сов-
местно с накопительной регистрирующей сейсморазведочной
аппаратурой типа ”Прогресс-2”.

Технические характеристики ГСК-ЮС

Энергия воздействия на грунт, кДж ............................... —100

Погрешность синхронизации, мс.................................... ±2
Рабочее давление сжатого воздуха, МПа:
в пневмокамерах............................................. 10+1

в демпферных объемах камер................................0,3-0,5

Предельное давление сжатого воздуха в баллонах источника,
МПа............................................................35

Суммарный объем установленных в источнике воздушных бал-
лонов, дм3................................................... -500

Расход сжатого воздуха на одно воздействие двумя каме-
рами, дм3..................................................... —4

Количество выполненных воздействий от заряженных до преде-
льного давления баллонов	0................................... —300

Температурный диапазон,	С.................................... -40 -	+40

На транспортной базе трактора ТТ-4 жестко закреплена
платформа, на которой размещено основное оборудование источ-
ника. В передней части платформы размещены две кассеты с
баллонами высокого давления, ящик аккумуляторный, бак мас-
ляный гидросистемы источника, бак топливный и привод шасси
трактора. В задней части платформы размещены направляющее
устройство с двумя ударными камерами, имеющими центральное
расположение демпферной полости. Сверху платформа закрыта
кузовом. В кабине транспортной базы установлены панель
управления с пневмооборудованием, пульт управления отопите-
лями, гидрораспределители гидросистемы для управления гидро-
цилиндрами механизма подъема-опускания ударных камер и буль-
дозерного ножа.

Генератор сейсмических колебаний ГСК-5 предназначен для
проведения сейсмических работ в райоц^х с умеренным климатом
в интервале температур от -35 до +40 С. По замыслу разработ-
чиков этот источник проектировался как замена излучателю
ГСК-бМ^от которого он отличается энергоносителем, расширен-
ным в сторону низких частот, температурным диапазоном и
транспортной базой. Был выбран колесный трактор Т-150К, спо-
собный передвигаться по асфальтовым дорогам, имеющий в отли-
чие от гусеничных тракторов достаточно высокую скорость
и превосходящий по проходимости и маневренности автомобили.

Технические характеристики ГСК-5

Максимальное суммарное рабочее усилие двух камер (расчет-
ное) от выхлопа сжатого	воздуха, кН.............................. 340

Минимальный интервал времени между последовательными воздейст-
виями, С......................................................... (,

Точность синхронизации,	мс...................................... 1

Полная масса, кг................................................. < 10500

Габариты, мм:

Длина......................................................... 6370

ширина........................................................ 2400

м высота......................................................... 3000

Напряжение	питания пульта управления, В............................ 12+1

Максимально допустимое давление сжатого воздуха, закачиваемо-
го в баллоны,	МПа.................................................. 15
Источник смонтирован на шасси колесного трактора Т-150К,
на котором крепится платформа. В задней части платформы
установлены два направляющих устройства, внутри которых по
роликам перемещаются две рамки. Направляющие устройства и
рамки связаны между собой гидроцилиндрами, входящими в комп-
лект гидрооборудования. Для удержания каждой камеры в транс-
портном положении имеются пневматические фиксаторы. В перед-
ней части платформы закреплена болтами кассета с восьмью
воздушными баллонами. Заполнение воздушных баллонов сжатым
воздухом производится компрессором, размещенным на специаль-
ной подставке в средней части платформы и приводимым во вра-
щение от редуктора вала отбора мощности трактора через кли-
ноременную передачу. Оборудование источника закрыто брезен-
товым тентом, размещенным на сборном каркасе. Пульт и па-
нель управления размещены на стойке в кабине трактора. На
ней также предусмотрены места для установки радиостанции
”Лен” и блока связи с сейсмостанцией Система управления
обеспечивает работу источника как в ручном режиме, так и от
внешнего источника (сейсмостанция).

В источнике ГСК-5 использованы камеры с центральным рас-
положением демпферного объема с одной и двумя пневмопуш-
ками.

В связи с увеличением объемов работ по многоволновой
сейсморазведке на основе источника ГСК-5 была разработана
модель излучателя, обеспечивающая одновременное возбуждение
продольных и поперечных волн, получившая название ГСК-5ПП.
Задача одновременного возбуждения волн §ыла решена путем
установки излучающих камер под углом 45 к вертикали. При
наклонном воздействии на среду возбуждаются продольные и по-
перечные волны, которые затем регистрируются соответствующей
расстановкой сейсмоприемников. Для лучшей передачи нагрузок
к днищу камер крепится специальный клин-башмак, обеспечиваю-
щий контакт камеры с грунтом. ГСК-5ПП позволяет возбуждать
также только продольные волны. Для этого с ударных камер
снимаются клинья, и они вместе с направляющими устройствами
переводятся в вертикальное положение. Основные параметры
ГСК-5ПП такие же, как у ГСК-5.

Для инженерно-геологических изысканий и малоглубинной
сейсмики разработан мобильный пневматический источник, кото-
рый может размещаться на малотоннажных автомобилях и неболь-
ших тракторах. Требования, которые предъявляются к таким
источникам,заключаются в возможности возбуждения высокочас-
тотных продольных и поперечных волн. Также они должны быть
мобильны, компактны, просты в устройстве, надежны и дешевы.
Этим требованиям в целом отвечает новый разрабатываемый
источник. Он обеспечивает возможность возбуждения продольных
и поперечных волн, может работать в режиме активного прило-
жения нагрузок за счет разгона ударного механизма при воз-
буждении продольных волн, что повышает частоту возбуждаемых
колебаний.

Газодинамические и пневматические источники разрабатыва-
лись, выпускались и выпускаются за рубежом. Одними из первых
и наиболее массовых были излучатели "Вшозехз”, и их модифи-
кации. Энергоносителем у них была смесь пропан-бутана с кис-
лородом. В настоящее время эти установки практически не при-
меняются. Пневматические источники выпускаются фирмой ”Ко11
А88О81а1е 1пс”. В наземном варианте источник представляет
собой заполненный водой конусообразный контейнер с гибким
основанием-диафрагмой, устанавливаемый на поверхности земли.
В верхней части контейнера помещена пневмопушка, предназна-
ченная для морских сейсморазведочных работ. При ее вскрытии
давление в контейнере резко повышается и передается жидкос-
тью основанию, которое давит на грунт, обеспечивая возбужде-
ние упругих волн в среде. Известно несколько модификаций та-
ких источников, имеющих различные энергетические параметры и
устанавливаемые на колесных и гусеничных транспортных
средствах. Этой же фирмой выпускаются и портативные пневма-
тические источники, предназначенные для возбуждения колеба-
ний в мелких скважинах, которые состоят из трех элементов:
пневмопушки диаметром 6,4 см и более, баллонов со сжатым
воздухом и пульта управления. Оборудование размещается в
трех рюкзаках. Каждый элемент системы весит не более 16 кг.

Для малоглубинной сейсмики ряд фирм выпускает специальные
источники самой разнообразной конструкции. Это могут быть
ружья различного калибра, установки с падающим грузом, пнев-
моисточники и др. [55].

3.4.4.	ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ

Определенное применение в сейсморазведке получили элект-
родинамические источники [40], основанные на преобразовании
электрической энергии в механическую. Для них характерны вы-
сокая точность синхронизации, автономность и возможность ра-
боты при низких температурах. Источники этого типа получили
название "Сейсмодин”, и в них использован единый способ пре-
образования электрической энергии в механическую на основе
линейного импульсного электродвигателя (ЛИЭД) [31].

Принцип действия этих источников заключается в следующем:
энергия, поступающая от электрического генератора, запасает-
ся в емкостном накопителе энергии, формируется в виде мощных
импульсов тока и подается на обмотки линейного импульсного
электродвигателя (ЛИЭД), в котором происходит преобразование
электрической энергии в механическую, реализуемую в виде
импульсов силы. Этот процесс протекает не непрерывно, а
дискретно, в течение коротких промежутков времени длитель-
Таблица 8

Технические характеристики электродинамических источников
сейсмических колебаний

Название источника	Импульс силы, Н-с	Макси- мальное рабочее усилие, кН (тс)	Дли- тель- ность воз- дейст- вия, мс	Минималь- ный интер- вал между воздейст- виями, с	Масса источ- ника, кг	Транспортная база
”Сейсмодин-4800” (12УХЛ1)	4800	800(80)	12	6	18400	Автомобиль КрАЗ-2556
” Сейсмодин-7200” (15УХЛ1)	7200	960(96)	15	6	25000	Трактор Т-170

ностью несколько миллисекунд. Такой режим работы позволяет
получать в импульсе усилия, во много раз превышающие те, ко-
торые развивают обычные электродвигатели, работающие непре-
рывно.

В настоящее время выпускаются две модификации электроди-
намических источников: ”Сейсмодин-4800” и ”Сейсмодин-7200”,

77/ /// /// /7/ /// ///—777

Рис. 39. Линейный им-
пульсный электродви-
гатель:

1 - якорь; 2 - реак-
тор; 3 - опорная пли-
та; 4 - инертная мас-
са; 5 - направляющая
колонна; б - аморти-
затор
основные характеристики которых приведены в табл. 8. Эти
источники относятся к излучателям реактивного типа и разви-
ваемые ими нагрузки лежат за пределом упругих деформаций
средних грунтов, но до их динамического предела прочности.
Как и большинство импульсных источников эти излучатели рабо-
тают в режиме остаточных деформаций грунта. Излучающим эле-
ментом "Сейсмодина” является линейный двигатель ЛИЭД (рис.
39). Он состоит из якоря 1 и реактора 2, каждый из которых
включает жестко соединенные между собой обмотки, магнитопро-
вод и корпус, опорной плиты 3, инертной массы 4, амортизато-
ра 6, направляющей колонны 5. Кольцевые обмотки ЛИЭД распо-
ложены в пазах цилиндрических магнитопроводов и образуют
систему чередующихся полюсов. В исходном положении обмотки
якоря и реактора сдвинуты между собой на половину полюсного
деления т/2. Якорь жестко связан с опорной плитой, а реактор
- с инертной массой. При протекании разрядных токов по
обмоткам якоря и реактора происходит взаимодействие их маг-
нитных полей, в результате чего возникает действующий по оси
двигателя импульс механической силы, который передается яко-
рем через опорную плиту грунту, возбуждая в нем упругие ко-
лебания. В свою очередь инертная масса движется вверх по
направляющей колонне. Высота подброса определяется массой
движущихся частей, амплитудой и длительностью силового импу-
льса и составляет обычно 300-500 мм. Падение массы с такой
высоты предотвращается гидравлическим амортизатором односто-
роннего действия.

 В транспортном положении ЛИЭД поднят и закреплен на
транспортном средстве с помощью механизма подъема и фикса-
ции. При работе ЛИЭД опускается на грунт пневмогидравличес-
кой системой, если транспортным средством является автомо-
биль, или гидравлической, если! - трактор.

3.5.	ПОГРУЖНЫЕ НЕВЗРЫВНЫЕ ИСТОЧНИКИ

Определенным ограничением сейсмической эффективности на-
земных невзрывных источников, прежде всего импульсных, яв-
ляется низкочастотный (сравнительно со взрывом в скважине)
состав регистрируемых волн, что обусловлено затуханием их
высокочастотных составляющих при двойном прохождении через
зону малых скоростей (ЗМС). Исключить этот эффект можно, по-
местив невзрывной источник под ЗМС в специально пробуренную
скважину. Последние годы характеризуются увеличением объемов
работ по наблюдению (мониторингу) за месторождениями и по
детальному изучению межскважинного пространства, при котором
необходимы возбуждение и регистрация волн в разнесенных по
пдощади скважинах. Использовать для этих целей взрывные
источники опасно из-за возможности разрушения скважин. Все
это предопределило проведение работ по изучению особенностей
возбуждения волн в скважинах невзрывными источниками и по
созданию погружных излучателей, способных генерировать волны
достаточной интенсивности в обсаженных и необсаженных сква-
жинах без разрушения последних.

Теоретические и экспериментальные исследования показали,
что на возбуждение продольных волн при выхлопе сжатого воз-
духа из пневмокамеры с рабочим давлением 10-15 МПа расхо-
дуется не более 1% от выделившейся энергии, причем эта вели-
чина может заметно уменьшаться с увеличением скоростей рас-
пространения колебаний в окружающих источник породах. Анало-
гичные результаты получены и при расчетах, выполненных
отечественными исследователями (М.Г. Селезнев).

Наличие обсадной колонны снижает энергию возбуждаемых
упругих волн, и тем сильнее, чем ниже произведение плотности
пород на скорость поперечных волн. Так, при снижении скорости
этих волн с 3000 до 200 м/с отношение напряжений в Р-волнах,
возбуждаемых в обсаженных и необсаженных скважинах, изме-
няется от 0,8 до 0,2. Возбуждаемые объемные волны характери-
зуются достаточно высокой интенсивностью составляющих в
интервале от 40-50 до нескольких сотен герц. Однако основная
энергия выхлопа уходит на возбуждение трубной волны, являю-
щейся причиной дополнительных помех на записях. В ряде работ
рассматривается даже возможность передачи трубных волн среде
и образование проходящих колебаний, которые могут регистри-
роваться в соседних скважинах и на поверхности. Генерируются
также и поперечные волны. Экспериментальные работы показали,
что при работе пневматического источника в скважинах возни-
кают дополнительные помехи, связанные с отражениями волны по
жидкости от забоя и от поверхности воздушной полости, кото-
рые накладываются на основное поле и усложняют наблюдаемую
волновую картину. При вибрационном возбуждении колебаний в
скважинах в зависимости от направления приложения нагрузок
могут возникать продольные и поперечные волны, интенсивность
которых также зависит от физических свойств пород и наличия
обсадной колонны. Волновое поле при этом оказывается более
простым, так как при вибрационном возбуждении не образуются
воздушная полость и отраженные волны от нее.

Тем не менее отмеченные выше недостатки скважинных источ-
ников не позволили полностью от них отказаться, и они разра-
ботаны в двух модификациях: для работ в глубоких скважинах,
в первую очередь для наблюдений по обращенному ВСП и меж-
скважинному просвечиванию, и для относительно неглубоких
скважин при проведении работ по ВСП, изучению ЗМС, а в ряде
случаев и ОГТ.

Глубинные импульсные источники базируются на использова-
нии морских малогабаритных пневмопушек (ПК), помещаемых в
скважинный снаряд с окнами для выхлопа сжатого воздуха. Воз-
можная глубина погружения пневмопушки определяется создавае-
мым в ней давлением, которое должно быть, как минимум, в 2
152
раза больше внешнего гидродавления для обеспечения эффектив-
ной работы излучателя. Известны две конструкции глубинных
излучателей. В первой - подача сжатого воздуха производится
по отдельному шлангу, а пневмопушка опускается в скважину на
кабеле, который играет роль несущего троса и электрической
линии для подачи сигнала на вскрытие линии. Такая схема
принципиально проста и достаточно надежна, но сложна в прак-
тической реализации и при проведении работ в связи с тем,
что спуск пушки на кабеле и шланге при большой глубине пог-
ружения представляет непростую задачу. Поэтому для глубин
свыше 500-1000 м предложена другая конструкция излучателя.
Она предусматривает использование полого кабель-шланга, ко-
торый одновременно является несущим тросом и каналом для по-
дачи сжатого воздуха в пневмопушку. Такая конструкция более
проста в эксплуатации, но требует применения специального
кабель-шланга.

Наряду с импульсными предложен целый ряд погружных вибра-
ционных источников, реализующих различные виды энергии и
способы генерирования упругих волн [51]. Особенностью боль-
шинства погружных источников является наличие мощного прижи-
ма излучателя к стенкам скважины, обеспечивающего надежный
контакт его со средой.

Гидравлические скважинные источники построены по принципу
наземного вибратора и преобразователем энергии является виб-
ровозбудитель, состоящий из цилиндра двухстороннего действия
и поршня. Одна из конструкций такого вибратора состоит из
двух жестко соединенных между собой элементов: прижимного
гидравлического устройства, обеспечивающего надежный контакт
снаряда со стенками скважины, возможно обсаженной, и собст-
венно излучателя, который представляет собой вибропару ци-
линдр - поршень. В ее полости попеременно подается под дав-
лением жидкость, и она начинает совершать возвратно-
поступательные, а в одной из конструкций вращательные движе-
ния, колебания которых передаются через прижим стенкам сква-
жины и среде. В источниках, предназначенных для работы в
неглубоких (до 50-100 м) скважинах, жидкость под давлением
подается по шлангам с поверхности. Для глубинных источников
такая схема непригодна ввиду больших потерь энергии при по-
даче жидкости с наземной установки. Поэтому для глубинных
излучателей предусмотрена другая компоновка, при которой
электрический гидравлический насос находится в корпусе излу-
чателя, и ток подается по проводам с поверхности земли.
Отмечается, что по эффективной энергии на частоте 100 Гц
источник сопоставим со взрывом 0,5 кг динамита.

В электромагнитных источниках [51] реализован аналогичный
принцип действия с прижимом излучателя к стенке скважины.
Однако в качестве возбудителя предложено использовать элект-
ромагнитный двигатель, представляющий собой катушку с маг-
нитным сердечником, выполняющим роль инерционной массы. При
подаче тока в катушку сердечник начинает совершать возврат-
но-поступательные движения, которые передаются корпусу
источника и через прижим - среде. Возможно также горизонта-
льное размещение вибровозбудителя для генерирования попереч-
ных волн. В патенте указано, что по эффективности источник
сопоставим со взрывом заряда динамита массой 0,5 кг.

Предложен и пневматический погружной источник [51], в ко-
тором воздух под большим давлением проходит через вращающий-
ся с различной скоростью перепускной клапан. В результате
поток воздуха становится пульсирующим и, действуя на специа-
льное устройство, возбуждает или продольные, или поперечные
волны.

Интересна идея вибратора, который имеет две вытянутые по-
лости, из которых одна заполнена жидкостью, а другая - га-
зом. Изменение объема полости, заполненной жидкостью, поз-
воляет изменять частоту генерируемых волн. Объем воздушной
полости меняется с помощью гидравлически перемещаемого порш-
ня.

Скважинные источники для небольших глубин - это в основ-
ном импульсные пневматические излучатели, так как они должны
быть просты, надежны и удобны в эксплуатации. Основой их
является также морская пневмопушка. В одной модификации
пневмопушка опускается на шланге или тросе в скважину и за-
полняется сжатым воздухом. В состав источника входит автомо-
биль, на котором установлены два компрессора КР-2 и необхо-
димое вспомогательное оборудование.

Скважинный излучатель конструкции ВНИИГеофизики (ИСП -
источник сейсмический погружной смонтирован на установке
разведочного бурения УРБ-2А с сохранением всех ее рабочих
функций. Основные технические характеристики: максимальная
глубина погружения ПК - 150 м; рабочее давление воздуха в ПК
-6-14 МПа (предусмотрен режим с подачей в ПК воздуха с
давлением до 20 МПа); минимальный интервал времени между
воздействиями - 6 с; точность синхронизации воздействий - ±1
мс; рабочий объем ПК регулируется - для скважин диаметром 76
мм - 0,3 - 0,9 дм3 с шагом 0,3 дм3, для скважин диаметром
127 мм - 1,4 - 3 дм3 с шагом 0,5 дм3; масса установки (на
УРБ-2А) - не более 11 700 кг; рабочий диапазон температур -
от -35 до +40 С. Компрессор К-2-150 смонтирован на буровой
установке. Опытный образец ИСП эксплуатировался в Удмуртии и
при выборе оптимальных условий возбуждения позволил получить
сейсмические материалы, сопоставимые с материалами от взры-
вов. Эксплуатация этого источника показала, что эти излуча-
тели чувствительны к выбору условий возбуждения колебаний.
Недоучет этого фактора приводит к ухудшению качества мате-
риалов. Хотя максимальное давление в воздушном пузырьке и
форма силового импульса при выхлопе заметно не меняются при
варьировании глубины погружения пневмокамеры (ПК) в пределах
десятков метров, условия передачи энергии сжатого воздуха в
упругую волну в сильной мере зависят от характеристик грун-
та, прилегающего к ПК. Это связано, на наш взгляд, со спо-
собностью расширения (уплотнения) грунта в процессе расшире-
ния пузыря, во время которого грунту передается энергия от
сжатого воздуха.

В нескольких сериях опытов наибольший эффект имел место
при нахождении ПК в водоносном горизонте, при этом амплитуда
возбуждаемых колебаний в 2-3 раза и более превосходила
амплитуду при больших глубинах ее погружения. Отмечен слу-
чай, когда при выхлопах воздуха в первом водоносном горизон-
те при достаточно высокой амплитуде возбуждаемых колебаний
они носили низкочастотный характер, что было связано с низ-
кой средней скоростью продольных волн в толще между первым и
вторым водоносными горизонтами; оптимальным оказалось погру-
жение камеры во второй водоносный горизонт, что указывает на
необходимость проведения опытных работ по выбору глубины
погружения излучателя, а также величины давления в нем.

Наряду с разработкой пневматических источников значитель-
ные исследования были проведены по обоснованию и созданию
электрогидравлических импульсных излучателей. Промышленный
образец такого источника "Искра 20/70” [31] представлял со-
бой передвижную установку с генератором тока, высоковольтным
трансформатором, выпрямителем - батареей конденсаторов, ка-
белем и разрядником, который опускался в заполненную жидкос-
тью скважину. При электрическом пробое разрядника возникал
импульс давления, который передавался среде и возбуждал
упругие волны. Разряд был достаточно мощный и короткий, ко-
торый приводил к возбуждению весьма- высокочастотных колеба-
ний в полосе частот до 250-350 Гц. Однако источник оказался
весьма сложным в эксплуатации, требовал специально обучен-
ного высококвалифицированного персонала, обладал повышенной
опасностью, в силу этих причин практического применения не
получил.

В заключении данного подраздела следует сказать о наличии
полупогружных источников, залавливаемых в грунт или приспо-
собленных для работ в болотах и мягких грунтах.

3.6.	СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ И КОНТРОЛЯ ЗА
РАБОТОЙ НЕВЗРЫВНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Все невзрывные источники оснащаются специальными система-
ми, обеспечивающими работу одного или группы излучателей в
соответствии с заданной программой. У импульсных установок -
это относительно простые устройства, которые вырабатывают и
передают на излучатель командный сигнал для производства
воздействия. Разработаны системы, позволяющие оценить синх-
ронность срабатывания источника, основанные на определении
разности времен командного импульса и воздействия. Эта раз-
ница времен запоминается и в виде кода передается на сейсмо-
станцию. Более сложные системы позволяют вводить задержки во
времена срабатывания источника, компенсируя его несинхрон-
ностьили создавая направленные управляемые фронты волн [51].

Вибрационные источники, будучи более сложными исполни-
тельными механизмами, оснащены и более сложными и разветв-
ленными системами управления и диагностики, которыми комп-
лектуются все установки. В последние годы этим системам уде-
ляется большое внимание, и они получили значительное разви-
тие на основе последних достижений вычислительной техники.
Штатная система управления вибраторами обеспечивает синхрон-
ный запуск установок с сейсмостанциями или с пульта, генери-
рование волн в соответствии с заданным управляющим сигналом
и фазовую коррекцию по сигналам с рабочей плиты, инерционной
массы или силы, прикладываемой к поверхности земли.

Системы управления отечественных вибраторов позволяют
возбуждать линейные и нелинейные (степенные логарифмические
и кусочно-непрерывные) управляющие сигналы в полосе частот
от 5 до 180 Гц длительностью до 99 с со сдвигами фаз в пре-
делах 0-360°

Современные системы управления, изготавливаемые зарубеж-
ными фирмами ("РеИоп”, ”8егзе1” и др.), обеспечивают воз-
можность генерирования различных модификаций управляющих
сигналов:

линейные частотно-модулированные колебания с разверткой
по частоте от 3-5 до 200-250 Гц вверх или вниз и длительнос-
тью до 65 с;

нелинейные сигналы со степенным, логарифмическим или ку-
сочно-непрерывными изменениями частоты во времени;

псевдослучайные сигналы;

последовательности ЛЧМ-сигналов различной полярности, в
том числе по закону дополнительных последовательностей;

посылки с различными друг относительно друга сдвигами фаз
в пределах 0-360 .

Поиски и разведка сложных структурных и неструктурных ло-
вушек нефти и газа и подземных образований повышают требова-
ния к достоверности получаемых данных, в том числе по дина-
мическим характеристикам регистрируемых волн. Это обусловле-
но тем, что необходимо быть уверенным, что амплитудные, час-
тотные и другие аномалии записей обусловлены особенностями
геологического разреза, а не плохой неустойчивой работой
вибраторов. Поэтому современные вибрационные установки осна-
щаются разветвленными системами контроля и диагностики,
позволяющими в процессе работ следить за состоянием устано-
вок и их характеристиками. Эти системы основаны на сопостав-
лении и анализе сигналов управления и тех датчиков, которые
установлены на основных узлах вибратора. Это акселерометры
или сейсмоприемники, которые размещены на рабочей плите и
инерционной массе вибровозбудителя, а также датчики положе-
ций золотника и массы, сигналы которых используются в цепи
фазовой коррекции вибратора. На совместном и сравнительном
анализе этих сигналов и построены устройства для контроля
вибраторов.

Наметилось три направления в создании систем контроля
Первое - основано на использовании серийной станции в качес-
тве регистратора контрольных сигналов вибраторов. По приня-
тым и зарегистрированным на магнитной ленте и визуалирован-
ным на бумаге колебаниям судят о техническом состоянии виб-
раторов и в частности об их синхронной работе. Определение
фазовой идентичности вибраторов в процессе полевых работ вы-
полняется по этому принципу. Второе направление связано с
использованием персональных ЭВМ для анализа данных, записан-
ных или на магнитной ленте сейсмостанции, или в памяти ЭВМ.
Использование станций позволяет анализировать сигналы с про-
филя. К этому направлению относится система ”Вибкор” и ее
модификации, а также ”Вибротест”. И третье направление объе-
диняет приборы и устройства, позволяющие контролировать и
диагностировать вибраторы без использования станции. Извест-
но^ несколько таких приборов: устройство контроля работы
сейсмических вибраторов (УКВ), устройство контроля синфазной
работы вибраторов (УКС-1), ”Вибротестер”, а из импортных
”У1ЬгасИек” и др. В приборе УКВ [45] контролируется число
накоплений, синхронность запуска и синфазность работы группы
вибраторов (от одного до семи). Проверка синфазности осу-
ществляется путем анализа сигналов ошибок фаз, вырабатывае-
мых в блоках управления каждого вибратора. Если ошибка пре-
вышает заданный предел (например 10 ), то система вырабаты-
вает сигнал, автоматически отключающий вибратор до следую-
щего воздействия. По окончании развертки на каждом вибраторе
генерируется информационный код, который по радиоканалу пе-
редается на сейсмостанцию. На ней анализируются времена при-
хода кодов, по которым осуществляется контроль синхронности
запуска вибраторов. Такой контроль ведется по каждой посылке
и их числу. По окончании заданного цикла накоплений на маг-
нитную ленту станции записывается число накоплений и коли-
чество вибраторов, прошедших контроль по синхронности запус-
ка и синфазной работе. Система достаточно портативна, рас-
ходует немного энергии и затрачивает на передачу кода одного
вибратора 0,8 с.

Устройство УКС-1 контролирует синфазную работу вибраторов
путем сопоставления сигналов развертки вибраторов и сейсмо-
станции [46]. Сигналы с каждого вибратора передаются по ра-
диоканалу на станцию, где они поступают в анализатор, кото-
рый позволяет сопоставить их на экране осциллографа. Система
, обеспечивает контроль за работой группы вибраторов (от одно-
' го до пяти) в полосе частот до 125 Гц.

Более глубокий анализ технического состояния вибраторов и
их работоспособности осуществляется на основе проверки фазо-
вой идентичности источников и анализа сигналов, вырабатывае-
мых датчиками, установленными на вибровозбудителе. Такой
подход весьма полно характеризует техническое состояние виб-
ратора и дает достаточную информацию о его пригодности или
непригодности к полевым работам [51]. Для проверки состоя-
ния вибраторов разработан программный комплекс "Вибротест”,
реализованный на основе современных вычислительных средств,
включая персональные ЭВМ. Комплекс обеспечивает анализ час-
тотно-модулированных и моносигналов, вырабатываемых система-
ми управления вибратора, сейсмостанции и датчиками, установ-
ленными на вибровозбудителе. О качестве работ источников су-
дят по корреляционным функциям и характеристикам частотно-
модулированных сигналов и уровням их фазовых и нелинейных
искажений. По этим данным оценивают состояние фазовой синх-
ронизации вибратора и его амплитудно-частотной характеристи-
ки, состояние гидроусилителя (ПЭГ) и другие параметры управ-
ления источниками. В частности, выдаваемая программой взаимно
корреляционная функция (ФВК) контролируемого и эталонного
сигналов характеризует разрешающую способность первого и ее
ухудшение за счет нелинейных искажений и помех. Сигнальная
часть ФВК позволяет сделать вывод о временной разрешенное™
используемого сигнала. Амплитудный спектр показывает не-
равномерность амплитудно-частотной характеристики основной
составляющей контролируемого сигнала, а фазовый спектр ха-
рактеризует фазовое рассогласование эталонного и контроли-
руемого сигналов. Реализована в комплексе дополнительная
обработка фазового спектра, позволяющая судить об относите-
льной полярности эталонного и контролируемого сигналов, об
их временном запаздывании Друг относительно друга, а также о
рассогласовании генераторов опорной частоты на станции и на
источниках. Контроль и калибровка отдельных устройств, вхо-
дящих в состав виброисточника, например датчиков золотника
(ДПЗ), массы (ДПМ) и т.д., чаще всего производятся на фикси-
рованных частотах. Результаты тестирования заносятся в па-
мять ЭВМ и изображаются на дисплее. Они могут быть также
переписаны в память машин единой серии для последующего
анализа и хранения.

Разветвленную систему тестирования имеют зарубежные
устройства контроля. Особенностью последних является то, что
они оснащаются переходным блоком, обеспечивающим обмен дан-
ными и совместную работу блока управления вибратором и пер-
сональной ЭВМ по радио [51]. Современные системы обеспечи-
вают:

соответствие излучаемого сигнала заданному;

диагностику блоков управления вибраторами с регистрацией
сбоев и повреждений;

непрерывный дистанционный контроль за работой вибратора в
процессе отработки каждого воздействия с регистрацией пара-
метров вибраторов и излучаемых сигналов (развиваемое усилие,
158
фазовый сдвиг, контрольное число переходов через нуль значе-
ний управляющего сигнала, нелинейные искажения и др.) или на
^ягиитную ленту станции, или на дискету для последующего
анализа;

текущий расчет силы, прикладываемой к поверхности земли;

оценку приближенных упругих и вязких параметров грунтов
на пунктах возбуждения колебаний.

Во всех системах контроль осуществляется по сигналам,
снимаемым с датчиков ускорений и перемещений, установленных
на излучающей плите, инерционной массе и золотнике. На осно-
вании корреляционной обработки этих данных и сравнения их
спектральных и фазовых характеристик с мгновенными и прогно-
зируемыми значениями заданного опорного сигнала производится
оценка погрешности и в случае превышения заданного порога
вырабатывается сигнал ошибки, который передается на сейсмо-
станцию и по которому отключается плохо работающий вибратор.
По окончании рабочего дня все зарегистрированные данные рас-
печатываются и анализируются с целью оценки работы вибрато-
ров и полученных первичных материалов. Потребителю предостав-
лена возможность контролировать практически все основные па-
раметры вибраторов, влияющие на характеристики излучения.
Встроенные в пульты управления средства контроля позволяют
следить за работой вибраторов, измерять и протоколировать
характеристики виброисточников непосредственно на борту
сейсмостанции, используя в качестве линии связи радиоканал.

Создание компьютеризированных систем управления на основе
микропроцессорной техники привело к расширению функциональ-
ных возможностей контроля вибраторов и к отказу от тради-
ционной схемы фазовой коррекции: цифроаналоговый следящий
фильтр, усилители-ограничители, компараторы, фазовый детек-
тор, фазовый регулятор, формирователь синуса. В новых систе-
мах микропроцессор вычисляет фазовую ошибку и формирует кор-
ректирующий сигнал управления вибратором через интервалы
времени, доходящие до 0,5 мс. Это приводит к тому, что работа
системы фазовой коррекции не зависит от амплитуды контроль-
ных сигналов и не имеет фазовой задержки в регулировании,
что дает возможность более точно контролировать фазу излу-
чаемого сигнала. Так, по рекламным материалам для сигналов
со скоростью изменения частоты 10 Гц/с обеспечивается точ-
ность фазовой коррекции 1 , ао при скорости изменения 70 Гц/с
это значение не превышает 20 .

В современных системах управления большое внимание уде-
ляется контролю эксплуатационных характеристик вибраторов. В
результате появились системы, самоподстраивающиеся под любой
реальный возбудитель вибрации, чем достигается высокая иден-
тичность технических параметров между отдельными экземпляра-
ми вибраторов. Последние системы выполнены с использованием
компьютеров с дисплеем на жидких кристаллах, что повышает
точность и надежность оценок и уменьшает время их получения.
Разработаны также малогабаритные переносные устройства,
контролирующие и имитирующие работу вибратора, что позволяет
тестировать и настраивать системы управления без использова
ния сейсмостанции.

3.6.1.	АППАРАТУРА ФИРМЫ “РЕЬТО№ ДЛЯ КОНТРОЛЯ
ЗА РАБОТОЙ ВИБРАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Зарубежные фирмы уделяют большое внимание системам, обес-
печивающим повышение эксплуатационных характеристик вибра-
ционных источников и текущий контроль за их параметрами.
Одно из ведущих мест в разработке и создании таких систем
занимает компания ”Рекой” (США), оборудованием которой
оснащаются вибраторы, выпускаемые различными фирмами США
(”Мегг”, ’ТеШпв” и др.). Для работы с вибраторами фирмой
”Рекой” разработаны и выпускаются следующие устройства, вхо-
дящие в систему ”Адуапсе П”, версия 5.

1.	Электронный блок управления вибраторами ”Ас1уапсе П”.

Он имеет:

программируемый генератор управляющих сигналов;

систему контроля уровня воздействия, которая обеспечивает
возбуждение силы заданного уровня и предотвращает поврежде-
ние вибратора;

систему измерения и коррекции фазы сигнала через каждые
0,5 мс, для контроля за фазой может быть использована или
сила, или ускорение реакционной массы, или ускорение плиты,
по выбору экспериментатора.

В блоке предусмотрены: возможность ввода всех задающих
параметров с клавиатуры компьютера, а также полный графичес-
кий контроль каждого генерируемого сигнала.

2.	Генератор управляющих сигналов "Адуапсе И”.

В генератор включен программируемый источник линейных и
нелинейных, а также псевдослучайных управляющих сигналов
в диапазоне 3-250 Гц.

Генератор располагает наиболее совершенной и простой в
использовании системой контроля качества, в нем предусмотре-
на также возможность синхронизации нескольких сейсмостанций
и групп вибраторов. Система автоматически информирует опера-
тора в случае выхода генерируемого сигнала за пределы задан-
ной погрешности.

3.	Система анализа работы вибраторов ”У1Ьга81в” (У1Ьга1ог
8й;па1иге 8уз1ет).

Система контроля качества, включенная в блок управления
"Адуапсе П”, использует персональный компьютер, совместимый
С -1ВМ РС. Она выводит на экран компьютера в цифровой и гра-
фической форме результаты анализа работы каждого вибратора
по каждому сигналу и записывает информацию на диск. Она поз-
воляет просуммировать взаимно корреляционные функции по каж-
160
дому вибратору и получить суммарную взаимно корреляционную
функцию.

4.	Устройство интерфейса между вибраторами и компьютером
УС1 И2 (У1Ьга1ог-Сошри1ег 1п1ег1асе 11ш1).

Устройство обеспечивает обмен данных между блоком управ-
ления вибратором и персональным компьютером по радио или по
проводам. Оно производит преобразование сигналов из аналого-
вой формы в цифровую, осуществляет слежение за работой виб-
раторов по радио и снабжено развитой системой контроля за
параметрами возбуждаемых управляющих сигналов на основе пер-
сонального компьютера 1ВМ РС и матобеспечения, разработан-
ного компанией ”Ре11оп”.

5.	Система анализа работы вибратора УСР (У1ЬгаЮг-
СотрШег Апа1у818 8уз1ет).

Это устройство представляет собой портативную систему
анализа работы вибратора, применимую для любых модификаций
вибраторов и управляющей электроники. Входящие в нее магнит-
ные акселерометры позволяют вести совершенно независимые
измерения ускорений плиты и реакционной массы вибратора.
В состав устройства входит система интерфейса между вибра-
тором и компьютером.

6.	Усовершенствованный электрогидравлический преобразо-
ватель (сервоклапан ”Ре11оп ВК2”).

Преобразователь уменьшает нелинейные эффекты работы виб-
ратора и расширяет частотную полосу генерируемых сигналов,
улучшает точность воспроизведения фазы и амплитуды генери-
руемых колебаний, снижает их искажения и сглаживает резонанс
в системе плита - грунт, снижает искажения генерируемого
сигнала.

7.	Электронный имитатор гидравлического вибратора У82.

Имитатор вибратора моделирует работу в различных режимах.
Электрическая схема имитатора генерирует сигналы, вырабаты-
ваемые датчиками вибратора, что позволяет проверять и устра-
нять неисправности блока управления источником в лаборатор-
ных условиях сейсмостанции. Имитатор может моделировать эф-
фект резонанса между плитой и поверхностью земли, и он поз-
воляет обучать специалистов, создавая различные ситуации, в
том числе с невключенными или включенными в неправильной по-
лярности акселерометрами и до.

8.	Устройство контроля за работой вибратора ”У1ЬгасЬек”.

Устройство контроля за работой вибратора определяет фазо-
вые сдвиги и амплитуды генерируемых сигналов в функции час-
тоты в процессе излучения колебаний и распечатывает их на
бумажном носителе. Оно может быть установлено на вибраторе
или сейсмостанции и получать необходимые данные по радио или
по проводам.

9.	Система определения координат вибраторов.

Эта система позволяет определить положение вибраторов с
точностью 3-5 м и занести их координаты в память ЭВМ.

11 Заказ № 2202

161
10.	Комплекс вспомогательного оборудования и набор прог-
рамм для обработки данных.

В этот комплекс входят акселерометры М51, обладающие по-
вышенными надежностью и точностью в диапазоне частот до
250 Гц, цветной портативный компьютер 486, портативный
электронный блок, 16-разрядный аналого-цифровой преобразо-
ватель, а также необходимое математическое обеспечение для
определения характеристик вибраторов, отображения их на
дисплее ЭВМ и записи в ее память, а также на магнитную ленту
станции.

После краткого изложения возможностей оборудования фирмы
”Ре11оп” рассмотрим более подробно принципы работы основных
устройств, входящих в систему "Адуапсе П”.

3.6	.1.1. Определение и коррекция фазы
управляющего сигнала

Фазовый детектор-корректор (ФДК) служит для определения
фазы выходного сигнала вибратора с целью контроля за качест-
вом генерируемого сигнала, а также коррекции этой фазы. В
настоящее время в системе ”Ас1уапсе II ” используются два ти-
па ФДК. Один из типов основан на микропроцессоре 63В03, дру-
гой - на микропроцессоре Н-8.

Плата, основанная на микропроцессоре 63В03, для определе-
ния фазовой ошибки использует алгоритм ”У1ЬгасЬек”. Для ре-
жима фазового контроля в реальном времени (РИазе Ьоск Моде)
минимальное время подсчета фазы для достаточного разрешения
составляет 12,5 мс, что дает возможность корректировать фазу
каждого периода свип-сигнала вплоть до 80 Гц. Коррекция фазы
начинается после того, как опорный сигнал достигает порога
2,5 В. Период, в котором достигается этот порог, не исполь-
зуется для определения фазы, а вычисления начинаются со сле-
дующего периода. Коррекция фазы становится возможной после
завершения одного полного периода опорного сигнала, по кото-
рому вычислена фаза. На частотах, больших 80 Гц, для получе-
ния адекватного разрешения недостаточно одного цикла опор-
ного сигнала. В этом случае процессор использует для опре-
деления фазы подряд несколько периодов так, чтобы их суммар-
ная длина достигала 12,5 мс. В случае типичного сигнала дли-
на максимального окна будет порядка 24,5 мс. Полученная фаза
в конце окна будет представлять собой среднее по всем перио-
дам в этом окне. Коррекция фазы используется для компенса-
ции разности времен между опорным и управляющим сигналами,
генерируемыми в ФДК, для периода сигнала непосредственно
следующего за концом подсчета.

В более поздней версии 63В03 ФДК предусмотрена возмож-
ность записи временной ошибки для каждого интервала, что
позволяет заранее корректировать управляющий сигнал при по-
следующем его воспроизведении. Это так называемый режим
162
”РЬазе Боек Модез 1-4”. В этих режимах коррекция фазы в
реальном времени осуществляется наряду с предварительной
коррекцией фазы. В них также используется алгоритм
”У1Ьгас11ек”. Минимальное время подсчета для предварительной
коррекции фазы составляет 62 мс. Эти режимы позволяют кор-
ректировать фазу каждого периода свип-сигнала в отдельности
вплоть до частоты 16,1 Гц. Объем памяти позволяет хранить
результаты до 512 интервалов для каждого из шестнадцати
сигналов. Данные, хранящиеся в памяти, служат для предва-
рительной коррекции управляющего сигнала с целью получения
выходной фазы с вибратора, наиболее близкой к заданной без
дальнейшей коррекции. Если длина сигнала превышает объем
памяти, то ФДК возвращается к коррекции фазы в реальном
времени. Величина корректирующего воздействия в реальном
времени должна быть уменьшена при использовании предвари-
тельной коррекции. Для этого нужно уменьшить на 50% значение
усиления фазовой обратной связи по сравнению с режимом ”0”
путем введения этого значения с клавиатуры. Использование
предварительного фазового контроля оказывается наиболее
полезным для случаев, когда нормальный отклик вибраторов не
меняется от одного сигнала до другого. Такая ситуация обычно
возникает, когда вибратор находится на одном и том же месте
при генерации многих сигналов, например, в случае ВСП.

Режим ввода с клавиатуры называется ”Регулировка фазы” в
системах, существовавших до версии 5; и "Синхронизация фазы”
в версии 5 и более поздних версиях. В оборудовании, сущест-
вовавшем до версии 5, изменение параметров режима "Регули-
ровка фазы” влекло за собой изменение в фазовых отношениях
между всеми опорными сигналами в блоке управленя вибратором
(УСЕ). Для этих версий анализ подобия выходного и опорного
сигналов отражал вариации установки режима "Регулировка фа-
зы”. В версии 5 оборудования для оценки фазы используется
синтезируемый опорный сигнал. Этот сигнал не существует в
аналоговой форме. В указанной версии фазовые соотношения
между аналоговыми опорными сигналами в блоке управления виб-
ратором (УСЕ) и выходными сигналами с вибратора остаются
постоянными независимо от установки "Синэдонизации фазы”.
Анализ подобных сигналов в версии 5 не будет зависеть от
изменений параметров режима "Синхронизация фазы”. Было обна-
ружено, что оптимальная фаза в начале развертки получается в
случае установки режимов "Регулировка фазы” или "Синхрониза-
ция фазы” в пределах от 70 до 110 градусов для сервоклапанов
модификации ОР.

Существенным фактором является то, что ФВД с микропроцес-
сором 63В03 не может поддерживать значения "Регулировки фа-
зы”, отличные от нулевого, для режимов "Запись параметров”
или "Запись значений”. Детектор коррекции с микропроцессором
Н-8 может поддерживать любые знчения параметров "Синхрони-
зации фазы” в любом режиме записи сигнала. Это позволяет
улучшить контроль за фазой в начале генерируемых сигналов,
особенно в случае использования сервоклапана с модификацией
ОК.

Для обоих типов ФДК при первом возбуждении заданного сиг-
нала система использует начальный сдвиг по времени, введен-
ный с клавиатуры. Типичное значение сдвига по времени сос-
тавляет 12 мс. Сигналы с обратным изменением частоты могут
требовать несколько большего или меньшего начального сдвига
по времени. Результат генерации сигнала запоминается в памя-
ти, и эта информация используется для фазовой и временной
коррекции при следующей генерации рассматриваемого сигнала.
Эта операция называется предварительной установкой фазы.
Предварительная установка фазы выполняется каждый раз после
генерации сигнала, что дает возможность сразу начать возбуж-
дение следующего сигнала с фазой, близкой к фазе опорного
сигнала еще до начала процесса фазовой коррекции в реальном
масштабе времени.

Ряд пользователей нашей системы использует такой подход
весьма успешно, хотя при сильном изменении поверхностных
условий грунта после перемещения вибратора на новую позицию
может потребоваться несколько запусков вибратора для того,
чтобы добиться желаемого уровня совпадения выходного и опор-
ного сигналов.

Версия 5 оборудования снабжена новым ФДК с микропроцессо-
ром Н-8. Мощность этого микропроцессора примерно в 30 раз
больше мощности микропроцессора 63В03, что значительно улуч-
шает контроль качества. Основным преимуществом является воз-
можность вычисления мгновенного значения фазы (каждые
0,488 мс), а не одного в конце каждого окна. Это существенно
снижает задержку в системе управления фазой выходного сиг-
нала. Оценка фазы и ее коррекция начинаются сразу по дости-
жении амплитуды опорного сигнала уровня 0,78 В. Микропро-
цессор определяет фазу опорного сигнала в момент превышения
порога, а коррекция фазы начинается спустя один период
сигнала. В режиме ”РЬазе Ьоск Моде 0” фазовая коррекция
производится один раз за период свип-сигнала. В режиме
"Рйазе Ьоск Моде 1-4” в дополнение к этому корректирующая
поправка запоминается в памяти аналогично тому, как это
делается в детекторе коррекции, снабженном микропроцессором
63В03, за тем исключением, что это производится каждые
19 мс, что дает возможность использовать этот подход вплоть
до частоты 52,6 Гц.

Для различных условий системы вибратор - грунт различные
алгоритмы фазовой коррекции могут давать лучшие результаты.
С целью оптимизации фазового контроля за энергией, генери-
руемой вибратором, пользователю предоставляется возможность
менять фазовые соотношения между опорным сигналом в блоке
управления и выходным сигналом вибратора, оставляя постоян-
ными фазовые соотношения между сигналами, записываемыми
сейсмостанцией. Это достигается путем изменения фазы опорно-
го сигнала в блоке управления вибратором по сравнению с фа-
зой опорного сигнала в генераторе сигналов, расположенном
в сейсмостанции.

3.6	.1.2. Анализ работы вибратора

Для измерения параметров работы гидравлического вибратора
могут быть использованы различные методы. Эти методы вклю-
чают использование системы независимых акселерометров, ана-
лиз подобия сигналов с помощью передачи их по радио или про-
водам, а также встроенную систему контроля качества. В каж-
дом из этих методов для оценки параметров работы вибратора
используются различные сигналы и различные алгоритмы обра-
ботки данных. Вследствие этих различий анализ фазы и ампли-
туды сигналов также различен. Эти различия обычно довольно
незначительны, но они становятся существенно заметными при
высокой точности современного электронного блока управления
вибратором.

Метод записи данных анализа подобия выходного сигнала с
вибратора и опорного сигнала с использованием передачи дан-
ных по проводам (АУйеНпе 81пн1апНез) в свое время был
одним из основных методов. Теперь же он используется значи-
тельно реже. Анализ подобия сигналов может быть как простым,
так и очень сложные в зависимости от программ, используемых
для обработки данных. Для этого метода анализа качества ра-
боты вибратора обычно используется опорный сигнал, передан-
ный по проводам и представляющий собой просто отфильтрован-
ный истинный опорный сигнал с блока управления вибратором
или генератора сигналов. Сравнение опорных сигналов с блока
управления вибратором и генератора сигналов позволяет убе-
диться в том, что блок управления вибратором начал работать
в нужный момент и генерирует правильный сигнал. В качестве
анализируемого выходного сигнала используется сигнал, сни-
маемый с блока управления вибратором. С помощью клавиатуры
оператор может выбрать, какой конкретно сигнал с блока
управления будет взят для анализа. Наиболее часто исполь-
зуемым сигналом является сила воздействия на грунт, которая
определяется как взвешенная сумма сигналов с акселерометров,
установленных на плите и реактивной массе. Весовые коэффи-
циенты пропорциональны весу плиты и реактивной массы. Полу-
чаемый сигнал усиливается так, чтобы амплитуда его достигала
5,12 В, когда генерируемая сила воздействия на грунт рав-
няется введенному с клавиатуры полному прижимающему весу
вибрационной установки. Оператор может также использовать
другие сигналы для анализа. Взятый сигнал может быть передан
на сейсмостанцию для анализа по радио, в этом случае он на-
зывается "выходной сигнал, переданный по радио”. Чтобы
произвести анализ фазы сигналов без искажений, генератор
сигналов, расположенный на сейсмостанции, имитирует опорный
сигнал, переданный по радио. Этот сигнал представляет собой
сдвинутый по времени и отфильтрованный истинный опорный сиг-
нал. Это делается с целью компенсации задержки и фильтрации
сигнала при передаче его по радио на сейсмостанцию. В обору-
довании, существовавшем до версии 5, эта задержка нередко
отличалась от действительной, возникающей при передаче по
радио. Версия 5 оборудования позволяет добиться желаемого
совпадения задержек сигналов с помощью изменения соответст-
вующих параметров с клавиатуры. Описываемый метод получил
название "радиоанализ подобия сигналов” (КасНо
ВшПапНез). Если выходной сигнал вибратора и опорный сиг-
нал с генератора имеют заданные фазовые соотношения и если
оборудование соответствующим образом настроено, то опорный и
выходной сигналы, переданные по радио, должны иметь соот-
ветствующие фазовые соотношения в пределах спектра сейсми-
ческих сигналов. Это также справедливо и для сигналов, пере-
данных по проводам, за исключением того, что не требует спе-
циальной настройки оборудования.

В систему анализа работы вибратора входит устройство
”У!ЬгасЬек”, которое широко применяется для измерения пара-
метров работы вибратора. Обычно оно используется для анализа
данных, переданных по радио, но может быть использовано и
при их передаче по проводам. В устройстве ”У!ЬгасЬек” испо-
льзуется алгоритм, в котором математически выделяется основ-
ная гармоника, а затем вычисляются фазовые соотношения между
ней и опорным сигналом. В алгоритме предполагается, что
опорный сигнал является чисто синусоидальной волной. В алго-
ритме вычисляются фазовые соотношения для каждого периода
вплоть до частоты 8 Гц. Минимальное время для решения с дос-
таточным разрешением - 125 мс. Для частот сигнала, больших
8 Гц, вычислительный процесс включает следующий период(ы),
начинающийся в пределах окна размером в 125 мс, останавли-
ваясь в конце первого периода сигнала за пределами окна. В
этом случае окно будет расширено до конца периода действую-
щего сигнала. В случае типичного сигнала максимальная длина
окна составит 249 мс. Фаза, вычисленная в конце окна, пред-
ставляет собой среднюю фазу по всем периодам, попавшим в это
окно. В устройстве ”У1Ьгас11ек” реализован следующий алго-
ритм.

Примем, что сигнал управления описывается выражением

А(1) = Ао5ш2п//’.	(3.4)

Очевидно, что сигнал с датчика плиты будет также синусои-
дальным, но сдвинутым по фазе, т.е.

В(1) = В151п(2яД + <р).	(3.5)

Он также будет осложнен гармониками
У В зш(п2п + <р ).	(3.6)

% л	»

п-2

Перемножив сигнал (3.4) с суммой сигналов (3.5) + (3.6) и
проведя соответствующие тригонометрические преобразования,
получим

А°Д1 соз(2пЛ + Ч>) + А2В1 С08(Р +

00

+ Л051п2тг/7 [ У Вп 81п(п2тг/7 + (Р„)1-	(3.7)

В выражении (3.7) первое и третье слагаемые имеют нулевые
средние значения при интегрировании на целом числе периодов
от первой гармоники сигнала РАО, т.е.

тд = т/Л

Таким образом, интеграл от произведения пропорционален
косинусу фазового сдвига между управляющим сигналом А и
сигналом первой гармоники плиты В1. Очевидно, что при таком
подходе неизбежные гармонические искажения, присутствующие в
колебаниях датчика плиты, не влияют на результат определения
фазового сдвига.

Амплитуда опорного сигнала А задается в блоке управления
и легко контролируется. Амплитуда колебания плиты В\ на час-
тоте первой гармоники неизвестна, так как сигнал с плиты
содержит помимо первой гармоники и амплитуды других гармо-
ник. Для определения В\ в вычислительном устройстве выпол-
няются те же перемножения, но в качестве сомножителя высту-
пает оператор АО), сдвинутый на п/2, т.е. Ао соз2п//. При
усреднении на том же времени те ненулевым слагаемым будет

~2Вй- «П(Р-	(3.8)

Отношение (3.8)/(3.7) равно 1&р, откуда через функцию
арктангенса вычисляется фазовый сдвиг <р, а зная Ао, легко
определить величину В1. Как указано выше, результаты счета
для последовательности частот с интервалом 2-3 Гц печатаются
на бумажном носителе.

В системе предусмотрена возможность самопроверок
”У!ЬгасЬек”. Ее результаты сравнивают с вычисленной погреш-
ностью фазы выходного сигнала. В системе анализа предусмот-
рен ряд программ для оценки работы вибратора.

8ЕКОС представляет собой программу, которая используется
для анализа сигналов персональным компьютером (совместным с
1ВМ). Эта программа обычно применяется для анализа данных,
переданных по радио. С помощью этой программы возможно про-
ведение различного типа обработки данных. В программе реали-
зован тот же алгоритм, что и ”У1ЬгасЬек”, с той лишь разни-
цей, что минимальное время подсчета 75 мс. Это позволяет по-
лучать оценки для каждого периода сигнала вплоть до частоты
13,33 Гц. Можно выбрать сглаживание, усредняющее результаты
трех подсчетов для каждого участка.

Программа ЗЕК ОС позволяет также анализировать результат
взаимной корреляции сигналов. Применяя окно Хэмминга длиной
+/-0,5 с к функции взаимной корреляции получаем с помощью
быстрого преобразования Фурье графики зависимости фазы и
амплитуды от частоты. Шаг по частоте составляет 0,25 Гц.
Максимальное разрешение получается для сигнала длительностью
4 с. Для такого сигнала получается график с шагом по частоте
0,12 Гц.

Программа ЕМЕТЕК имеет возможности, похожие на возможнос-
ти программы 8ЕКОС, и в ней используется тот же самый алго-
ритм. Значительным отличием этой программы является то, что
для нее возможно использование независимых акселерометров.
Сигналы от независимых акселерометров фильтруются системой
измерения силы воздействия на грунт. Процесс фильтрации в
этом случае такой же, как для основных акселерометров. Филь-
труемый сигнал акселерометра усиливается и численно сумми-
руется с помощью компьютера для синтеза сигнала воздействия
на грунт. Эта программа позволяет также анализировать фазо-
вые соотношения между опорным сигналом и движением плиты или
реактивной массы. В качестве опорного сигнала может исполь-
зоваться как истинный сигнал, так и сигнал, переданный по
проводам.

Система измерения силы воздействия на грунт осуществляет
фильтрацию опорного сигнала, которая соответствует фильтра-
ции выходных сигналов от акселерометров. Программа
”Уй>газ18” также позволяет строить графики параметров работы
вибраторов, если в комплект электроники входит плата
”У1Ьга81й”. В программе предусмотрена корреляция выходного
сигнала и опорного, переданного по проводам. Для таких сиг-
налов не требуется проверять точность задания начального
времени сигнала и правильность генерации сигнала. Шаг функ-
ции взаимной корреляции составляет 1,952 мс. Центральная
часть корреляционной функции (127 байт) нормируется для то-
го, чтобы максимально использовать разрядную сетку. Эти дан-
ные и другая информация по контролю качества, называемая Р88
посылаются по радио в конце каждого сигнала. 1ВМ,совместимый
компьютер, связанный с генератором сигналов, восстанавливает
результат взаимной корреляции и строит графики фазы и ампли-
туды, полученные в результате БПФ от функции взаимной корре-
ляции для каждого вибратора. Шаг по частоте для этих графи-
ков составляет примерно 4 Гц.

Данные, появляющиеся на экране компьютера во время работы
программы ”У1Ьга81б”, представляют собой сигналы, получен-
ные как с основных, так и с контрольных акселерометров.
Сообщение об ошибке фазы в цифровом виде вычисляется с испо-
льзованием сигналов с основных акселерометров. Опорный сиг-
нал используется для корректировки фазы вибратора. График
зависимости фазы строится по результатам корреляции между
сигналами, полученными с контрольных акселерометров, и опор-
ным сигналом, полученным с УУВ по проводам. Это позволяет
сравнивать фазы генерируемого свип-сигнала, рассчитанные на
основе основных и контрольных акселерометров.

Фазовые соотношения между сигналом с вибратора и опорным
сигналом подсчитываются как для целей контроля за вибрато-
ром, так и для целей контроля качества с помощью ФДК. В сис-
теме "Абуапсе П” используется один из двух типов ФДК. Один
из них использует микропроцессор Н-8. Мощность этого процес-
сора в 30 раз больше мощности процессора 63В03, что значите-
льно увеличивает скорость подсчета фазы. Фактически с помо-
щью этого процессора возможно получение значений мгновенной
разности фаз (каждые 0,488 мс), а не одного в конце каждого
окна.

Вычисленные погрешности фазы передаются плате системного
контроля (8ССС) таким образом, чтобы максимальная и средняя
фазовые погрешности могли быть включены в информационное
сообщение о результатах генерации свип-сигнала (Р88 герое!).
В случае ФДК с микропроцессором 63В03 при получении значений
максимальной фазы пренебрегают шестью первыми и тремя пос-
ледними циклами сигнала. Данные посылаются на 8ССС в конце
каждого окна. В случае ФДК с микропроцессором Н-8 для ран-
них версий оборудования при получении максимальной погреш-
ности фазы пренебрегают первыми и последними ста миллисекун-
дами сигнала. Для версии 5 или более поздних версий оборудо-
вания при получении максимальной погрешности фазы пренебре-
гают первыми 500 мс и последними 100 мс сигнала. Задержка в
500 мс совпадает с характеристиками процессора 63В03. Инфор-
мация о фазе передается на 8ССС с платы коррекции с микро-
процессором Н-8 примерно каждые 15 мс.

Максимальные погрешности фазы, полученные за 15 мс между
этими сообщениями, посылаются для информационного сообщения
(Р88). Данные Р88 используют опорный сигнал блока управления
вибратором (УСЕ) для сравнения с выходным сигналом вибрато-
ра. Это означает, что ошибки задания нулевого момента време-
ни между блоком управления вибратором (УСЕ) и генератором
сигналов (Е8С) не будут влиять на ошибку фазы и данных Р88.

В ФДК с микропроцессором Н-8 в версии 5 оборудования для
подсчета фазовой погрешности используется цифровая задержка
опорного сигнала. Это означает, что сигналы, полученные с
основных акселерометров, должны претерпеть линейный фазовый
сдвиг, для чего и применяется фильтр Бесселя. Помимо обеспе-
чения требуемого линейного фазового сдвига этот фильтр про-
пускает сигналы гораздо большие по частоте, чем фильтры,
используемые для сигналов с основных акселерометров в более
ранних моделях оборудования (по версии 5). Это позволяет
осуществлять контроль за фазой свип-сигнала для более высо-
ких частот.

При использовании контроля за пиковым уровнем амплитуды в
версии 5 оборудования контрольная система показывает неско-
лько меньшую амплитуду (особенно для высоких частот), чем
основная система управления вибратором. Это объясняется тем,
что фильтры сигналов, полученных с основных акселерометров,
пропускают более высокие частоты (более 200 Гц) гораздо луч-
ше, чем фильтры, используемые в текущей системе контроля за
генерированием сигнала. Благодаря этому различию блок управ-
ления вибратором (УСЕ) может осуществлять более качественное
поддержание уровня силы воздействия на грунт на высоких час-
тотах, чем это может показать система контроля. Существуют
два решения этой проблемы. Первое - это использовать возмож-
ность поддержания уровня силы на основной гармонике, пре-
небрегая высокочастотными искажениями выходного сигнала.
Второе - использовать контрольные акселерометры и их систему
фильтрации вместо основных для поддержания заданного уровня
силы.

3.6	.1.3. Система определения координат вибраторов

Система определения координат вибраторов (ОРЗ) позволяет
использовать стандартные радиоустройства для передачи на
сейсмостанцию информации о положении вибратора. Программа
6Р8МАР обеспечивает цветное графическое изображение с указа-
нием текущей позиции вибпатопа, которое корректируется в
конце каждого сигнала. Система ОРЗ включает опорную передаю-
щую радиостанцию, работающую в диапазоне коротких или ульт-
ракоротких волн мощностью 40 Вт. Сигналы с нее принимаются
дифференциальным приемником, находящимся в вибраторе. Диффе-
ренциальный приемник передает откорректированные данные на
модуль интерфейса ОРЗ фщ>мы ”Ре1!оп”. Откорректированные
данные передаются затем обратно на сейсмостанцию вместе с
информационным сообщением о сигнале. Для передачи требуется
затратить дополнительно 82 мс на каждый вибратор. К данным
ОРЗ относятся: номер вибратора, время ОРЗ, широта, долгота,
высота над уровнем моря, количество используемых спутников,
дифференциальный статус ОРЗ, навигационный статус, трехмер-
ный статус и фактор погрешности. Эту информацию получают с
помощью программы ОР8МАР. Данные записываются на диск и по-
ложение вибратора изображается на экране. Запросы о положе-
нии вибратора и инициировании системы могут быть произведены
в любой момент. Программа также позволяет вводить координаты
всех приемников и источников. Эти координаты обычно загру-
жаются из файла, имеющего формат 8ЕО Р1. Помимо координат
приемников и источников в программу может быть введена также
информация о различных объектах, таких как дороги, реки или
изгороди. В программу могут быть введены 26 различных типов
символических изображений. Портативный компьютер с програм-
мой 6Р8МАР может быть подключен непосредственно к дифферен-
циальному приемнику СРВ. Графическое изображение на экране
позволяет определять направление на местности на нужный
источник. Это становится очень полезным в тех районах, где
установка флажков вдоль профиля не всегда возможна. Указан-
ная система позиционирования успешно используется в морской
сейсморазведке для навигации судов и позиционирования пнев-
моисточников.

Устройство определения координат фирмы ”Рекой” принимает
данные через стандартный последовательный интерфейс К8232 в
формате МСИ (Морской стандартный интерфейс) с помощью диф-
ференциального приемника. Последовательный формат данных
становится более стандартизированным для устройств позицио-
нирования. Однако многие приемники требуют специальной обра-
ботки последовательных данных. Большинство моделей опорных
станций ОРЗ и дифференциальных приемников может быть исполь-
зовано с пелтоновской системой. Точность приемников колеб-
лется от величины менее одного метра до сотен метров. Ком-
панией ”Рекоп” была выбрана система средней точности (3-
5 м). Указанные цены включают устройство, корректирующее
данные РТСМ-104 и модуль интерфейса ОРЗ, поставляемый ком-
панией ” Рекой”.

3.6	.1.4. Генератор случайных сигналов

В версию 5 блока управления вибратором "Аскапсе II ” было
добавлено новое устройство для генерации и контроля за слу-
чайными управляющими сигналами. Это устройство значительно
повысило точность фазового и амплитудного контроля за такими
сигналами и дало большую свободу в построении сигналов раз-
личных видов. В описываемом устройстве предусмотрена возмож-
ность придавать спектру мощности генерируемого сигнала раз-
личную форму с помощью функций, похожих на синусоидальный
сигнал. Могут использоваться нелинейные весовые функции, та-
кие как постоянное приращение амплитуды, в децибелах на
один герц частоты или на один диапазон частот, размером в
октаву. Также могут быть применены линейные функции, задаю-
щие форму спектра мощности. Как и в случае синусоидальных
разверток построение сигнала производится с помощью измене-
ния частоты во времени, а не понижением амплитуды сигнала,
генерируемого вибратором. Псевдослучайные сигналы задаются
персональным компьютером, подсоединенным к генератору свип-
сигналов (Е8О) с помощью системы интерфейса. Параметры
псевдослучайного сигнала передаются на генератор сигналов
(Е86) через последовательный порт компьютера, а затем по ра-
дио или проводам на блоки управления вибраторами (УСЕ). Ге-
нерация непосредственно самого сигнала осуществляется в реа-
льном времени генератором сигналов и каждым из блоков управ-
ления вибратором. Параметры, использованные для запуска каж-
дой псевдослучайной последовательности, можно записать в па-
мять. Это дает возможность многократного воспроизведения
псевдослучайного сигнала. Детектор мгновенной коррекции
РПСС-Н8 осуществляет виртуальную коррекцию мгновенных фазы
и амплитуды случайного сигнала.

Так же, как и в случае других модификаций сигналов, сис-
тема ”Ас1уапсе II” обеспечивает контроль качества возбуждения
вибратором случайных сигналов. Оператор должен быть убежден
в том, что все вибраторы работают синхронно. Если блок
управления вибратором выдаст ошибочный сигнал, это будет не-
медленно сообщено оператору с помощью систем Р88 и ”У1Ь-
га81б”.

3.6	.1.5. Контроль основной гармоники сигнала
с ограничением величины пикового усилия на грунт

Первым широко используемым методом контроля за силой воз-
действия на грунт был способ контроля за максимальным выход-
ным сигналом вибратора. Этот метод позволяет вибратору дос-
тигать максимальной выходной силы без нарушения контакта
между землей и плитой. Однако он не обеспечивал прямого
контроля за полезной сейсмической энергией вибратора. Полез-
ной энергией мы называем энергию, которая содержится в цент-
ральной части корреляционной функции. Это энергия первой
гармоники. Среднеквадратичный уровень силы часто является
хорошей оценкой силы на первой гармонике и его легче изме-
рить. При контроле за первой гармоникой или среднеквадратич-
ным уровнем силы воздействия на грунт амплитуда выходного
сигнала должна быть значительно снижена. В противном случае
возникает нарушение между землей и плитой. Ее появление вы-
зывает сильное увеличение искажений сейсмического сигнала и
может также вызывать повреждение вибратора. Версия 5 элек-
троники "Аскапсе П” обеспечивает новый метод контроля за
силой на основной гармонике сигнала с ограничением пиковых
значений. Когда пиковый выходной сигнал превышает 90% от
прижимающего веса вибратора, система автоматически снижает
выходной сигнал с целью предотвращения нарушения связи. Ука-
занный метод позволяет осуществлять контроль за полезной
сейсмической энергией. При этом исключается возможность
повреждения вибратора или искажения сейсмических записей из-
за нарушения связи. В различных районах требуется установле-
ние различных уровней излучения вследствие различий в уров-
нях гармонических искажений силы воздействия на грунт из-за
различных условий системы вибратор - грунт. Большинство
172
сейсмических партий, использующих этот способ, осуществляют
снижение пиковых значений сиды на низких частотах (ниже 20
Гц), оставляя при этом обычный амплитудный контроль за силой
на первой гармонике на высоких частотах. Такого рода решение
зависит от степени искажения сигнала в конкретных условиях.

Выходной сигнал вибратора ограничен весом вибратора. На-
рушение связи должно быть предотвращено. Лучшим способом
контроля является предложенный метод контроля по первой
гармонике сигнала совместно с ограничением пикового уровня
силы. Этот метод контроля позволяет также предотвратить на-
рушение связи между землей и плитой.

Приведенные перечень оборудования для тестирования виб-
раторов и описание принципов его работы показывают, насколь-
ко большое внимание уделяется вопросам эксплуатации этих
излучателей за рубежом. Не исключено, что именно возможность
обеспечения качественной работы вибраторов и непрерывный
контроль за их состоянием объясняют относительно большие
объемы их применения в развитых капиталистических странах.
Надежная работа вибраторов и хорошее соответствие между па-
раметрами заданных и излучаемых в землю сигналов позволяют
решать сложные задачи и получать материалы, не уступающие, а
в ряде случаев превосходящие материалы взрывной сейсмики,
с меньшей затратой средств и без вредного и разрушающего
воздействия на окружающую среду.

Тем не менее следует отметить, что возможности управления
и тестирования вибраторов полностью не исчерпаны. Это связа-
но с тем, что для анализа берутся сигналы, развиваемые дат-
чиками, установленными на вибраторы. Если управление и ана-
лиз работы вибраторов проводить также с учетом сигналов от
сейсмоприемников, установленных на профиле (например, как в
адаптируемой сейсморазведке), то это может дать дополнитель-
ный эффект, за счет выбора рабочих параметров вибраторов по
сигналам с профиля с учетом решаемых задач и сейсмических
условий.

3.7.	СИСТЕМА "ВИБКОР”

Одним из достоинств вибрационной сейсморазведки является
возможность управления спектрами возбуждаемых и, в опреде-
ленных пределах, регистрируемых волн. Однако она использует-
ся далеко не полностью и недостаточно эффективно. Обусловле-
но это сложностью выбора параметров оптимальных нелинейных
управляющих сигналов, который обоснованно может быть выпол-
нен только после обработки полученных материалов на вычисли-
тельных центрах.

Современные средства вычислительной техники позволяют
создать такую аппаратуру, которая обеспечила бы анализ полу-
чаемых в поле данных, их обработку, расчет по определенному
критерию оптимальных параметров управляющего сигнала и пере-
дачу их на пункт возбуждения вибратора для отработки. Такая
аппаратура была разработана, опробована и получила название
”Вибкор”. Принцип ее работы и'результаты опробования изложе-
ны в подразд. 4.9.

3.7.1.	АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ СИСТЕМЫ “ВИБКОР“

Непрокоррелированная вибросейсмическая трасса при отсут-
ствии помех в частотной области представляется известным
соотношением

а(и) = Я (и) * 5(ы),
где Н(ы) - импульсная характеристика среды; 5(и) - управляю-
щий сигнал.

При отсутствии искажений и частотно-зависимого поглощения
трасса имела бы спектр, аналогичный спектру управляющего
сигнала, в частности прямоугольный при линейном управляющем
сигнале. Однако в реальных условиях спектры регистрируемых
волн отличаются от исходных, что снижает разрешающую способ-
ность вибрационной сейсморазведки. Повысить ее можно, кор-
ректируя спектр управляющего сигнала, компенсируя поглощение
волн в среде. Соответствующим выбором спектра управляющего
сигнала можно также усилить требуемые частоты в спектре воз-
буждаемых и регистрируемых колебаний. Использование сегмент-
ных управляющих сигналов позволяет реализовать эти воз-
можности, что и сделано в системе ”Вибкор”. В первую очередь
эта система рассчитана на компенсацию частотно-зависимого
поглощения сейсмических волн, что и определило выбор кри-
терия оптимальности при выборе спектра управляющего сигнала.
В качестве его принята форма амплитудно-частотной характе-
ристики вибросейсмического сигнала а{1). Поскольку испол-
нительным устройством является блок управления вибратором,
реализующий сегментные развертки, расчету корректирующих
сигналов предшествует разбиение исходного спектра сигнала
а<Л) в диапазоне от Рт™ до Ртю на поддиапазоны ЛР., внутри
которых предполагается, что исходный спектр имеет постоянную
амплитуду. Для исключения влияния интерференции волн на ре-
зультаты расчета выполняется сглаживание исходного спектра.
Правильность выбора диапазона Ртп - Рты для расчета кор-
ректирующего НЛЧМ-сигнала оценивается с помощью расчета про-
гнозируемого скорректированного спектра сигнала а(1) и
расчета предполагаемого ухудшения соотношения сигнал/шум на
выходе коррелятора после коррекции спектра.

Для сглаживания исходного спектра вычисляется средне-
арифметическое значение амплитуд на интервале усреднения и
результат относится к центру интервала. Отметим, что анализ
может проводиться по различным каналам сейсмостанции.
Рис. 40. Разбиение спектра принятого сигнала

Разбиение частотного диапазона на равные поддиапазоны (1Р.
выполняется при допущении, что внутри поддиапазона спектр
имеет постоянную амплитуду и дает разную погрешность аппрок-
симации исходного спектра ступенчатой кривой для разной ско-
рости изменения огибающей спектра. Погрешность тем больше,
чем больше скорость изменения амплитуды спектра. Лучшие ре-
зультаты обеспечивает операция квантования выборок исходного
спектра а{1) по амплитуде 7? с заданным шагом квантования (1К
(рис. 40). В этом случае подынтервалы с1Р. будут иметь раз-
ную величину, тем меньшую, чем выше скорость изменения оги-
бающей спектра 7?(/). Соответственно и количество подынтерва-
лов будет определяться скоростью изменения огибающей исход-
ного (сглаженного) спектра. В результате аппроксимации ис-
ходного спектра ступенчатой кривой получим набор подынтер-
валов с параметрами <1Р (величина первого диапазона), <1К.
(средняя амплитуда первого диапазона). В рассчитанном наборе
(1Р., (1К. один из поддиапазонов йР будет иметь наибольшую
среднюю амплитуду к которой должны быть "подтянуты”
амплитуды остальных поддиапазонов. Принимая амплитуду (1Рт за
единицу, получим, что амплитуды поддиапазонов <77?. НЛЧМ-
сигнала должны равняться 1/7?..

Изменение уровня посылаемых сигналов может быть реализо-
вано соответствующим увеличением длительности его излучения.
Поэтому, принимая длительность поддиапазона ЛР^ЛТ^ за еди-
ницу, получим длину с1Т. первого поддиапазона, численно рав-
ную 1/<77?.. Параметры <1Т. и с1Р. определяют закон «-сегментной
НЛЧМ-развертки, сумма всех (ГТ. даст длительность искомой
НЛЧМ-развертки. Неудобством такого расчета является не-
предсказуемость величины Т. От данного недостатка свободен
расчет по формуле
п
ат. = т/^ар. • ак.) * Е г
'	‘	‘	/	I

где п - количество сегментов развертки; Т - желаемая длите-
льность развертки.	]

Заключительной операцией расчета параметров НЛЧМ-
развертки является проверка  скорости развертки ар^ат. пер-
вого поддиапазона. Если она превышает допустимую скорость
для данного типа вибратора, то г/Т. соответствующего поддиа-
пазона рассчитывается по формуле
ат. = ар./^,
после чего корректируется желаемое значение длительности
развертки Т.

Для компенсации неравномерности частотной характеристики
канала необходимо часть излучаемой энергии в частотной
области с малым затуханием перераспределить в частотную
область с большим затуханием. Считая, что уровень микросейсм
Оо постоянен, получим выражение, определяющее снижение соот-
ношения сигнал/шум для скомпенсированного сигнала по отноше-
нию к исходному:

исходное соотношение сигнал/шум

^тах

р0 = [ Т /?(/)• ар\& = ^{{ак./акт>*ар^(? =

1 п	I

-Е (.ак. * ар^/(вг * акт) -,

I

соотношение сигнал/шум после компенсации

Рт а х
ркомп = [ I К(П ♦ ЯЛ/) ♦ <1Г\/О2 =	[ X (с/Я. ♦

г	*	»	1

г т 1 п	<

* аю * ар.]/с2 - [X (ак./ак) * (ак/аклкак/

/акт1а)] * ар ]/в2 = (акт1П * ар)/<с2 * ак ),
1	т

где аКтш - минимальное значение амплитуды исходного спектра.

Отсюда получим требуемую оценку

Ро/рКОМП “	* ар.)]/<актш * ар),

где ар - частотный диапазон развертки.
3.7.2.	АППАРАТУРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ СИСТЕМЫ “ВИБКОР**

Функциональная схема система ”Вибкор” изображена на рис.
41. Система состоит из блока анализатора БА и соединенных с
ним внешних устройств: клавиатуры, дисплея ТУ с сейсмостан-
ции "Прогресс”, генератора стандартных сигналов ГСР и нес-
кольких блоков управления вибраторами БУВ. Блоки БУВ подклю-
чаются к анализатору через радиоканал, состоящий из шифрато-
ра и дешифратора УСУ и радиостанций. Сейсмостанция подклю-
чается к БА через согласующее устройство УС. Подключение вы-
полняется на уровне разъемов, между блоками логики и ФАРУ.
Такое подключение позволяет считывать информацию не только
во время регистрации на ленту, но и во время воспроизведения
с ленты, используя по необходимости просмотровый коррелятор
станции.

По сигналу сейсмостанции запускаются ГСР, и через радио-
канал - блоки БУВ, генерирующие зондирующий ЛЧМ-сигнал. Кро-
ме того, блок ГСР формирует отметку момента ОМ, начиная с
которого сейсмическая информация регистрируется станцией.

:нмл

-Клавиат

" Бл. Пит. ------?

УС

7;—:-^ДШрСУ)

-(гср 5	§3^23

с/с Прогресс

Рис. 41. Функциональная схема системы “Вибкор"

К НМЛ

К ту : К КЛ

[Пр :	[озу = елЗу	1

. . ___ ..
; Системная шина !:

<---_-------------_------------------------------->

 Н	8	8 н	;!	ипи	8_____К ГСР

:	:	•	::	:КВУ	::---КУСу(БУВ)

к с/с

Рис. 42. Функциональная схема блока анализатора БА

' 2 Заказ № 2202

177
Одновременно регистрируемая информация через УС поступает в
БА. Оператор, используя клавиатуру и дисплей, предварительно
выбирает для анализа интересующие его сейсмические каналы
и временное окно и задает частотный диапазон и длину раз-
вертки. В пределах установленного оператором окна рассчиты-
вается спектр введенного сигнала, сопоставляется со спект-
ром, принятым за оптимальный (в данном случае прямоуголь-
ным), и по результатам сопоставления рассчитывается НЛЧМ-
сигнал. Пары чисел ЛЕ и ЛТ, задающие его кусочно-линейную
аппроксимацию, передаются в ГСР и через радиоканал в блоки
БУ В. Система ”Вибкор” на этом этапе может быть использована
для контроля за спектром регистрируемого сигнала. При откло-
нении формы регистрируемого спектра от оптимального расчет
коррекции управляющего сигнала повторяется.

Функциональная схема блока анализатора БА изображена на
рис. 42. Все функциональные узлы блока связаны между собой
через системную шину. Для связи с внешними устройствами
используются контроллер внешних устройств КВУ и дисплейный
модуль ДМ. Дисплейный модуль служит для связи с клавиатурой
и дисплеем. Оператор вводит параметры и режимы работы сис-
темы с клавиатуры и получает информацию о ходе работы (вво-
димые трассы коррелограмм, виброграмм, спектры, рассчитанные
данные, сообщения и запросы системы). Контроллер КВУ служит
для связи с сейсмостанцией, с радиоканалом и с блоком ГСР.
КВУ принимает сейсмическую информацию и пропускает на вход
накопителя Н только информацию с выбранных оператором кана-
лов. В накопителе выполняется сложение информации разных ка-
налов без временных сдвигов (усреднение). Суммарная трасса
поступает на вход коррелятора К, если в накопитель вводилась
виброграмма, или непосредственно в оперативную память ОЗУ,
если использовался коррелятор станции. С выхода блоков К или
Н записываются в ОЗУ только те отсчеты суммарной трассы, ко-
торые попадают в заданное оператором временное окно. Ввод
данных в ОЗУ выполняется под управлением программы. Тестиро-
вание и настройка параметров работы спецпроцессоров К, Н и
контроллеров БА выполняется также программным путем. Отрабо-
танные блоки программы хранятся в ПЗУ, прочие хранятся в
ОЗУ. Исполняет программу процессорный модуль ПМ. Введенная
в ОЗУ информация обрабатывается и с помощью КВУ передается
для исполнения в блок ГСР и, через радиоканал, в блоки БУВ.

Конструктивно анализатор выполнен в виде законченного
блока размером 120*320*300 мм на шести платах размером
235x220 мм. Разбивка составных частей БА по платам соот-
ветствует функциональному разбиению, за исключением ПЗУ, ко-
торое разместилось в модуле процессора. В состав БА входит
также съемный блок питания размером 120x320x100 мм. Потреб-
ляемая мощность БА - 24 Ух4 А. Вес блока анализатора с бло-
ком питания 9,5 кг.

В качестве исполнительных устройств используются блоки
н 01  Вводимые данные...................Виброграмма

11 02- Номера обрабатываемых наналов .... 12,13, 14

п 03 •• Номер канала свипа...............26

“ 04  Коэффициент передачи накопителя    7

;; 05: Уровень шума......................О

« 06: Интервал квантования, мс ..........2

>| 07: Начала и конец окна анализа, с . . .0.2 , 1.6

" 08: частотный диапазон свила, Ги,......16,80

и 03: Длина свипа, с ....................14

!! 10: Числа уровней аппроксимации.......6

Л 11: Интервал сглаживания, Гц...........16

>' 12: Масштаб вывода на экран по „у”.. 0,3

! 13: Способ Вывода на экран............отклонением

«	< Выход из режима коррекции „Ы"

“	Поле ввода параметров

[[ Будем корректировать (пп/ы) 2

Рис. 43. Таблица параметров

ГСР и БУВ Армавирского завода (из комплекта вибраторов СВ-5-
150). В них добавлены: интерфейс связи с УСУ, ОЗУ для хране-
ния принятых через УСУ параметров свипа (параметров интерва-
лов кусочно-линейной аппроксимации НЛЧМ-сигнала ЛР, (1ТУ,
коммутатор, подключающий к внутренним схемам блоков вместо
программного переключателя (задающего на все время свипа Т
интервал отрабатываемых частот ЛЕ) выход ОЗУ, с которого в
течение всего времени Т через интервалы <1Т выдаются под-
ынтервалы дР для отработки этих интервалов блоками.

После включения питания программа "Вибкор” выводит на
экран таблицу параметров ”по умолчанию” (рис. 43). Первая
строка таблицы параметров определяет характер последующей
обработки. Если вводится виброграмма, то вводимые данные пе-
ред записью в ОЗУ обрабатываются коррелятором. Вторая и тре-
тья строки задают контролеру КВУ номера сейсмических кана-
лов, данные которых подлежат обработке. Информация с выбран-
ных каналов поступает на вход накопителя, где вычисляется
усредненная суммотрасса. Результат суммирования может выйти
за пределы разрядной сетки сумматора накопителя. Чтобы не
было переполнения, выполняется предварительное масштабирова-
ние вводимых данных. Для этих целей служит параметр, вводи-
мый в четвертой строке таблицы. Пятая строка таблицы опреде-
ляет уровень случайного шума, вводимого в суммотрассу перед
корреляцией. Необходимость последнего вызвана тем, что для
уменьшения аппаратурных затрат коррелятор выполнен по алго-
ритму знаковой корреляции. Данный алгоритм предполагает, что
на входе коррелятора присутствует сигнал с соотношением
Рс/ш < 1. В противном случае возможны искажения выходного
сигнала (а значит, и его спектра) типа "ограничение по ам-
плитуде”. Шестая строка задает интервал квантования вводимой
информации по времени. Седьмая строка определяет (после
соответствующего пересчета при настройке КВУ) порядковый
номер первой и последней выборок вводимой суммотрассы. В
процессе анализа введенных данных параметры седьмой строки
могут изменяться (в первоначально введенных границах).
Восьмая строка определяет частотный диапазон, в котором бу-
дет анализироваться введенный сигнал. Разумеется, опреде-
ляемый для анализа диапазон должен находиться в границах
частотного диапазона ЛЧМ-сигнала. В процессе анализа пара-
метры восьмой строки таблицы могут изменяться. По окончании
анализа параметры восьмой строки определяют начальную и
конечную частоты НЛЧМ-сигнала. Девятой строкой задается его
требуемая длина. Параметр десятой строки косвенным об-
разом определяет число подинтервалов НЛЧМ-сигнала. Чем
больше число уровней аппроксимации, тем выше точность рас-
чета оптимального сигнала. Чем больше подынтервалов раз-
вертки, тем больше времени занимает передача параметров
НЛЧМ-сигнала по радиоканалу в блоки БУВ. На перечисленные
выше характеристики оказывает влияние также параметр, за-
даваемый одиннадцатой строкой таблицы. Спектр исходного сиг-
нала сглаживается, делается более плавным с увеличением ин-
тервала сглаживания. Тем самым снижается влияние на резуль-
тат расчета сигнала величины окна анализа спектра и интер-
ференции нескольких волн. Параметры последних двух строк
таблицы определяют вывод графической информации. В двенад-
цатой строке задается размер изображения по амплитуде в до-
лях экрана. При величине параметра, равной единице, графи-
ческое изображение (спектры, трасса) будет занимать весь
экран. Способ изображения (отклонение или переменная ширина)
задается в последней строке таблицы.

Сразу же после ввода таблицы параметров программа перехо-
дит в режим коррекции. Блок-схема алгоритма коррекции приве-
дена на рис. 44. Для ввода нового параметра необходимо ввес-
ти номер соответствующей строки таблицы и сам параметр.
Если коррекция не требуется, программа пересчитывает введен-
ные параметры во внутренние параметры системы и выполняет
настройку внешних устройств ВУ (КВУ, К, Н). После настройки
ВУ проверяется готовность ВУ к работе. Если все ВУ готовы,
программа переходит в режим "Работа”, в противном случае на
экран выдается сообщение о неготовности.

Режим "Работа” может выполняться в диалоговом режиме ли-
бо по "жесткому” графу. Блок-схема алгоритма работы по
"жесткому” графу изображена на рис. 45. Первым этапом режима
"Работа” является ввод исходной информации (суммотрассы).
Как уже отмечалось выше, суммотрасса формируется спецпро-
цессорами системы "Вибкор” под управлением программы. Нача-
лом ввода данных в спецпроцессоры является отметка момента
* Начало ’
•	_______г

Г"------"1——-

5 Вывод таблицы у коррекция

I1 :----------------------

ймг/п '~Зы*~0(ГТ) режим	"\

~ 'ч. Робота	_/

;да

;• Расчет параметров ВЦ
Тестирование ВУ

Начало

------'!----------х Нет

ЗУ готовы ?	)-----

____ 1_____ :: Сообщение о "
Режим______:	ц неготовности"'

Работа	---------------

рис. 44. Блок-схема алгоритма кор*
рекции

Рис. 45. Блок-схема работы по “жест-
кому” графу.

9 Вывод данных в ОЗУ	|[

й________________________________________|1

" Расчет спектра

“ Сглаживание спектра	Н

!!________________________________________М

1! Расчет Р1, Т1	И

я________________________________________г

11	Расчет УР, УТ

.’!	м

11	Расчет с/г/УГ

коррекция	с1Г	Я

..	С

"	Настройка ГСР, БУВ

	(I

Расчет	прогноз, с/ш	л

!|	Вывод сообщения оператору	|(

и	Режим	II

”	коррекции	II

сейсмостанции. Начало ввода суммотрассы в ОЗУ и объем вводи-
мых данных определяются параметрами временного окна анализа.
Следующим этапом работы является расчет спектра, выполняе-
мого по алгоритму БПФ. Рассчитанный спектр сглаживается и
результат расчета используется для нахождения граничных то-
чек Г., Т. интервалов кусочно-линейной аппроксимации НЛЧМ-
сигнала. По полученным Р., Т. рассчитываются параметры
интервалов <1Р, <1Т, необходимые для задания параметров НЛЧМ-
сигнала блокам ГСР и БУВ. Во всех рассчитанных интервалах
находится скорость развертки <1Р/(1Т. Найденные скорости раз-
верток сравниваются с предельно допустимой для данного типа
вибраторов. Если в каком-либо интервале рассчитанная ско-
рость превышает допустимую, то соответствующее время интер-
вала Т. увеличивается с тем, чтобы расчетная скорость срав-
нялась с допустимой. Рассчитанные параметры НЛЧМ-сигнала пе-
редаются по радиоканалу в блоки БУВ и в ГСР для отработки и
оператору на экран монитора для контроля. Кроме того, рас-
считывается ожидаемое ухудшение соотношения сигнал/шум
вследствие перераспределения излучаемой энергии относительно
зондирующего ЛЧМ-сигнала, которое также сообщается операто-
ру. После этого программа вновь переходит в режим коррекции
параметров.

В диалоговом режиме после выполнения каждого этапа обра-
ботки программа выводит результаты обработки в графическом
виде и, запрашивая оператора о необходимости выполнения эта-
па с новыми параметрами, переходит в режим коррекции пара-
метров. После их коррекции программа возвращается к выполне-
нию прерванного этапа. При отказе от коррекции параметров
программа переходит к выполнению следующего этапа обработки.
Таким образом, в процессе работы в диалоговом режиме можно
контролировать форму введенного в ОЗУ сигнала, уточнять вре-
менные параметры окна анализа (рассматриваемый участок сум-
мотрассы растягивается во весь экран), изменять параметры
сглаживания и разбиения на интервалы аппроксимации, контро-
лируя количество и расположение точек Р., изменять начальную
и конечную частоты рассчитываемого НЛЧМ-сигнала для достиже-
ния наилучшей разрешенное™ при наименьшем ухудшении отноше-
ния рс/ш, корректировать его длительность и рассчитывать
прогнозируемый спектр регистрируемого сигнала.

Следует отметить, что возможности системы могут быть рас-
ширены.

3.8.	СЕЙСМИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ ДЛЯ РАБОТЫ С
НЕВЗРЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ КОЛЕБАНИЙ

Сейсмические станции, предназначенные для регистрации
волн, возбуждаемых невзрывными источниками, должны удовлет-
ворять следующим основным требованиям, вытекающим из специ-
фики невзрывного генерирования колебаний:

иметь достаточное усиление, обеспечивающее регистрацию
электрических сигналов, обусловленных относительно мало-
интенсивными волнами от невзрывных источников;

быть оснащенными накопителем для синхронного сложения ко-
лебаний и коррелятором для сжатия вибросейсмических сигна-
лов;

иметь системы редакции помех для исключения особо интен-
сивных импульсных мешающих колебаний;

обеспечивать фильтрацию колебаний со стороны низких и вы-
соких частот, для уменьшения интенсивности низкоскоростных
помех и исключения вертикальных частот, связанных с преобра-
зованием аналоговых сигналов в цифровую форму;

допускать установку дополнительного оборудования для
управления работой невзрывных источников и их контроля;

получать на магнитной ленте записи виброграмм и корре-
лограмм, необходимость в которых возникает в тех случаях,
когда можно исключить корреляцию на центре или когда графом
обработки предусмотрены весовая корреляция, корреляция с
частями управляющего сигнала или другие процедуры, выполняе-
мые с виброграммами.

Большинство станций, разработанных для невзрывной сейсмо-
разведки и применяемых при производстве работ, удовлетворяет
этим требованиям, хотя в ряде случаев, особенно в малоглу-
бинной сейсмике, используют станции, которые создавались для
работ со взрывными источниками колебаний без учета специфики
невзрывного генерирования волн.

В настоящее время получили развитие два типа станций. К
первому принадлежат многоканальные и сверхмногоканальные те-
леметрические регистрирующие системы, способные работать со
взрывными и невзрывными источниками колебаний и построенные
по жесткой схеме, дополненной накопителем и коррелятором. К
этому типу станций относятся: отечественная система "Прог-
ресс”, а также импортные МЭ8-16, МП8-18, $М$68, 86(388,
1при1/9и1ри1-2 и др.

Второй тип станций включает сравнительно малоканальные,
малогабаритные регистраторы, а также системы с микропроцес-
сором или персональной ЭВМ со спецпроцессором и другим вспо-
могательным оборудованием, обеспечивающим прием и накопле-
ние данных. Это - станции "Талгар”, ССЦС, венгерская станция
ИСН-01-24 ”В1зоп” и др.

При работах на нефть и газ получили применение модифика-
ции станции "Прогресс”, ”Прогресс-2”, ”Прогресс-2ВС”, "Прог-
ресс-96” и ”Прогресс-96В”, которые в основном удовлетворяют
вышеуказанным требованиям. Характеристики этих станций даны
в табл. 9, а описание работы накопителя и корреляторов стан-
ций ”Прогресс-2” ”Прогресс-2ВС” и ”Прогресс-3” - в работах
[44, 52].

Сейсмические станции ”Прогресс-96” и ”Прогресс-96В” отли-
чаются от предыдущих расширенным частотным диапазоном, более
точным представлением данных и более совершенной конструк-
цией основных узлов, включая коррелятор, а также повышенными
возможностями по диагностике приемных линий и самой системы.
В состав сейсмостанции входят следующие основные узлы.

1.	Коммутатор каналов ОГТ, позволяющий подсоединить к
станции две группы каналов по 48 в каждой в трех различных
комбинациях. Коммутатор позволяет также проводить автома-
тическую проверку сопротивления и изоляции электрических ли-
ний приема с выводом результатов на блок визуализации дан-
ных.

2.	Предварительные усилители с трансформаторным входом и
режекторным фильтром на частоту 50 Гц. Коэффициент усиления
меняется в диапазоне 18-48 дБ ступенями по 6 дБ. Устройство
кодирования состоит из мгновенного автоматического регулято-
ра усиления (МАРУ) с семью ступенями усиления по 12 дБ, ана-
лого-цифрового преобразователя с 16 разрядами (15 разрядов +
+ знак) и микропроцессорного вычислительного устройства,
00

Таблица 9

Технические характеристики	”Прогресс-2”
Период квантования, мс	2; 4
Максимальное число каналов  Максимальная длительность записи, с	48  От 1 до 31 ступе- нями через 1 с и любая при оста- новке вручную
Число разрядов  Граничные частоты при записи:	14 + знак
ФВЧ, Гц крутизна среза, дБ/окт ФНЧ, Гц крутизна среза, дБ/окт Диагностика Канальность устройства отображения Устройство воспроизведения	28; 20; 14; 10  18±2  125; 62,5  36±2 Поблочная  24 Печатающее устройство
Канальность  Переключение коммутатора ОГТ  Проверка входных линий: автономной встроенной  Диагностика  Комплектация  Накопитель Коррелятор	24 Вручную  Имеется  Имеется
”Прогресс-2ВС”	”Прогресс-3”	“Прогресс-96”
2; 4	2; 4	1; 2; 4 при 96 каналах  0,5; 1; 2; 4 при 48 каналах
48	48	48; 96; 96
От 1 до 31 ступе- нями через 1 с и любая при оста- новке вручную	От 1 до 31 ступе- нями через 1 с и любая при оста- новке вручную	8; 16; 32
14 + знак	14 + знак	15 + знак

28; 20; 14; 10 18±2	28; 20; 14; 10 18±2	28; 20; 14; 10 18±2
125; 62,5	125; 62,5	500; 250; 125; 62,5
36±2		72
Поблочная	Поблочная	Расширенная
24	24	48
СВКУ	Печатающее	Печатающее
	устройство	устройство
48	24	48
Вручную	Вручную	Автоматическое
-	-	Имеется
Имеется	-	Имеется
-	-	Имеется
-	-	Имеется
Имеется	Имеется	Имеется
Имеется знаковый	Имеется поряд-	Имеется полнораз-
	ковый	рядный
обеспечивающего коррекцию смещения нуля МАРУ, цифровую
фильтрацию высоких частот и формирование нормализованного
рыхолного кода, содержащего 4 разряда порядка и 14 разрядов
^янтиссы. Отметим, что в невзрывной и особенно вибрационной
сейсморазведке, характеризующейся накоплением данных, до-
пустимо снижение точности первичных данных и использование
мялоразрядных и даже знаковых преобразователей. Однако в
настоящее время в связи с возросшими возможностями вычисли-
т1₽льной техники это направление развития не получило.

3.	Магнитный регистратор станции осуществляет запись по-
лученной информации с плотностью 32 имп/мм при скорости дви-
жения ленты 2 м/с.

4.	Устройство воспроизведения, которое включает в себя
блок фильтрации и автоматической регулировки усиления и
электростатическое печатающее устройство.

5.	Монитор - дополнительное устройство визуализации, на
которое кроме сейсмических записей могут выводиться резуль-
таты проверки линий, уровень шумов, микросейсм и др.

6.	Диагностический процессор, обеспечивающий определение
следующих параметров станции: амплитудной идентичности кана-
лов, глубины подавления наводок, уровня шумов, частот срезов
фильтров нижних и верхних частот, взаимных влияний между ка-
налами, коэффициента нелинейных искажений сигналов. Опреде-
ление любого параметра производится автоматически по всем
96 каналам за 8 с.

7.	Накопитель, выполненный на интегральных микросхемах и
состоящий из памяти емкостью 2 мегабайта с поканальной орга-
низацией арифметического устройства и редактора импульсных
помех. Работа станции в режиме накопления может произво-
диться в режимах ручного и автоматического пуска с останов-
кой системы после каждого возбуждения или после выполнения
заданного числа воздействий по следующей схеме. Сначала в
память накопителя заносится информация от первого возбужде-
ния. Данные от второго воздействия поступают в накопитель,
где они суммируются с информацией от первого возбуждения и
их сумма записывается в память накопителя и т.д. По достиже-
ний заданного числа слагаемых автоматически запускается маг-
нитный регистратор и сумма записывается на ленту после заго-
ловка сейсмограммы. Одновременно происходит воспроизведение
суммы на бумаге. По желанию оператора могут быть записаны на
ленту и визуализированы промежуточные суммы, кратные 2”. В
процессе накопления работает редактор импульсных помех,
исключающий из процесса суммирования выборки сигналов, со-
держащих интенсивные помехи, и заменяющий их результатами
предыдущего накопления. Для работы с вибрационными источни-
ками вместо накопителя устанавливается 96-канальный корреля-
тор-накопитель НКЕ-96 и станция получает название ” Прогресс-
968”. Станция позволяет накапливать и записывать на магнит-
ную ленту окончательные и промежуточные суммы и виброграммы
длительностью до 30 с, проводить корреляцию суммы и записы-
вать ее на магнитную ленту, коррелировать промежуточные виб-
рограммы, накапливать в реальном масштабе времени коррело-
граммы и записывать их на магнитную ленту. Из приведенного
перечня следует, что станция ”Прогресс-96В” обладает сущест-
венно большими возможностями, чем предшествующие модифика-
ции "Прогресса”, и что важно получать на магнитной ленте за-
писи накопленных и одиночных виброграмм и коррелограмм.

Кроме перечисленных узлов станция имеет еще целый ряд
блоков и устройств, обеспечивающих ее работоспособность.

В последние годы за рубежом получили распространение те-
леметрические сверхмногоканальные системы для работы со
взрывными и невзрывными источниками колебаний. Основные их
особенности -большое число приемных каналов, наличие поле-
вых, напольных модулей и центральной станции сбора и приема
данных. Информация на нее с напольных модулей поступает в
цифровой форме по телеметрическому каналу на основе провод-
ной или радиосвязи. Кроме того, в системах нового накопле-
ния используется 24-разрядный дельта-сигма-преобразователь
аналог - код, который обеспечивает широкий динамический диа-
пазон записи, согласованный с диапазоном сейсмоприемников и
обеспечивающий регистрацию колебаний с минимальными искаже-
ниями, по сравнению с другими сейсмическими системами. В ка-
честве примера ниже приведены характеристики новейшей систе-
мы ”1при1/Оп1ри1-2” (Д/О-2) и дано краткое описание ее
основных узлов, имеющих значение для работ с невзрывными
источниками.

Основные характеристики системы 7/0-2

Максимальное число каналов при шаге дискрети-

зации
4 мс...................................... 8064

2 мс....................................... 4032

1	мс....................................... 2016

0,5 мс..................................... 1008

Максимальное число каналов в одной линии при
шаге дискретизации
4 мс......................................... 2016

2	мс...................................... 1008

1 мс........................................ 504

0,5 мс...................................... 252

Возможное число накоплений................. От 1 до 512

Вспомогательные каналы..................... 12, включая 4 с фильтрами

рабочих каналов

Тестирование может проводиться в полевых
условиях, ежедневно, еженедельно, ежемесяч-
но в автоматическом и ручном режимах. Вывод
результатов на терминах, возможна дальнейшая
передача данных............................ Динамический диапазон сис-

темы. Тест эквивалентных

входных шумов. Взаимные
влияния. Оценка шумов. Про-
Аналого-цифровой преобразователь..........

Число каналов на один модуль..............

Мпювенный динамический диапазон, дБ. , .

Полоса пропускания, Гц....................

Коэффициент усиления предусилителя, дБ . .
фильтры высоких частот....................

Степень подавления на частотах Найквиста,
дБ........................................

Режекторный фильтр........................

Спектральный корректирующий фильтр, Гц;

12 дБ..................................

18 дБ..................................

24 дБ..................................

верка работы сейсмоприемни-
ков. Полное электрическое
сопротивление групп. Наличие
замыканий. Импульсный тест
23 разряда + знак
6

120 при коэффициенте усиле-
ния 12 дБ

3-750

12, 24, 36 и 48

32 частоты в полосе 3-90 Гц,
крутизной 12 дБ/окт

135

Одновременное подавление ко-
лебаний трех выбранных час-
тот, в том числе 50 и 60 Гц

10,7-37,4; 17,2-60,5;

28-98,3

12,5-92,2; 20,1-149;

20,2-323,2

12,5-200; 20,2-323,2;

32,9-525,3

Регистрирующая система 1/0-2 состоит из напольных, поле-
вых шестиканальных модулей и центральной станции сбора и ре-
гистрации данных. С нее осуществляются управление всеми мо-
дулями и их тестирование, проверка сейсмоприемников и линий
связи, которая осуществляется по восьми парам витых прово-
дов. Полевой модуль может снабжаться электроэнергией от
встроенных в него аккумуляторов, центральной станции и сол-
нечных батарей. Система позволяет реализовать различные про-
странственные системы наблюдений, располагая группы сейсмо-
приемников по линиям различной длины, число которых может
доходить до 512. Для работы с импульсными и вибрационными
источниками система оснащена коррелятором-сумматором, рабо-
тающим в реальном времени и позволяющим проводить высокоточ-
ную корреляцию и накопление информации при длительностях
виброграмм до 64 с, а коррелограмм - 32 с при шаге дискрети-
зации 2 мс. Коррелятор обеспечивает: корреляцию до и после
суммирования, вывод накопленной информации в коррелирован-
ном и некоррелированном видах, одновременную работу с двумя
управляющими сигналами, а также подавление помех. Ослабление
шумов реализовано в следующих модификациях. Подавление им-
пульсных помех производится на основе нахождения на каждой
трассе аномальных по интенсивности участков и их обнуления.
Весовое суммирование, при котором трасса делится на времен-
ные окна, по которым находится ее энергетический показатель
и последующее суммирование, производится с коэффициентом,
обратно пропорциональным показателю. Длительность окон выби-
рается оператором от 64 до 2048 мс как целая степень 2.
Алгоритм двойного подавления шумов основан на совместном
действии двух предыдущих процедур редакции помех. Причем
информация, удаленная из записи как импульсная помеха,
исключается из последующего усреднения.

Особенностями системы .1/0-2 являются также возможность
подавления колебаний с тремя фиксированными значениями час-
тот, которые определяют на основании спектрального анализа
волн, и наличие специального корректирующего спектрального
фильтра, обеспечивающего изменение коэффициента усиления
предварительного усилителя в функции частоты. Оператор имеет
возможность установить три различных величины усиления для
каждого из трех значений начальных и конечных частот. При
включенном фильтре предусилитель работает следующим образом.
На низшей частоте коэффициент усиления предусилителя равен
установленному. В пределах заданных частот коэффициент уси-
ления увеличивается на величину, кратную 6 дБ/окт. Выше ко-
нечной частоты коэффициент усиления равен сумме начального
коэффициента усиления и его приращения. Отмечается, что на-
личие спектрального фильтра позволяет повысить уровень высо-
кочастотных составляющих волн и в определенной степени ком-
пенсировать поглощающее действие среды.

Сейсмические станции, предназначенные для проведения ра-
бот на нефть, газ, находят ограниченное применение в мало-
глубинной сейсмике в силу своей высокой стоимости, больших
габаритов и относительной сложности в проведении работ и
обслуживания. В силу этих причин при инженерных работах по-
лучили распространение легкие, портативные станции, меньшей
канальности и более простые в обслуживании, но с частотным
диапазоном до 1000 Гц и более. К ним относится венгерская
переносная станция ИСН-01-24 [52], неплохо зарекомендовавшая
себя в рудной сейсморазведке и при инженерно-геологических
изысканиях, малогабаритная и малоканальная станция "Талгар-
3” и др. [52].

В ряде разработок используются персональные компьютеры с
периферией, графопостроителем с записью информации на диске-
ту или твердый диск, а также микропроцессорные системы для
управления работой станции, тестирования ее отдельных узлов
и расстановки сейсмоприемников. Например, портативная стан-
ция ”В15оп 24”, предназначенная для работ на нефть и газ,
геологических изысканий, ВСП, межскважинного просвечивания и
других видов сейсмических исследований, имеет несколько мо-
дификаций с числом каналов от 12 до 120 с интервалами диск-
ретизации 0,25; 0,5; 1; 2; 4; 8 и 16 мс. Длина записи равна
выборкам в 120-канальном варианте. При уменьшении числа ка-
налов увеличивается количество выборок. В станции применен
24-разрядный (23 разряда + знак) преобразователь аналог -
код и имеется большой набор низко- и высокочастотных фильт-
ров. Такие параметры^ как уровень нелинейных искажений, шу-
мов, взаимных влияний и другие,находятся на уровне современ-
ных требований. В станции предусмотрено тестирование самой
станции, косы и сейсмоприемников. Информация записывается на
кассету и на бумажный носитель. Все управление станции осу-
ществляется с помощью клавиатуры, расположенной на передней
панели станции. Станция потребляет 165 Вт в 120-канальном
варианте и 45 Вт в 12-каиальном, весит от 11 до 18 кг.

3.9. ОСОБЕННОСТИ КОДИРОВАНИЯ ДАННЫХ В
НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ

Особенностью невзрывной сейсмики является широкое приме-
нение суммирующих, накапливающих систем. Наиболее справедлив
этот тезис для вибрационной сейсморазведки, при которой одно
значение функции взаимной корреляции находится как нормиро-
ванная сумма большого числа слагаемых, которое может дости-
гать нескольких тысяч. Если к тому же учесть, что предвари-
тельно в поле применялось синхронное накопление сигналов,
то общее число слагаемых возрастет еще в среднем на порядок.
Это позволяет снизить требования к точности представления
исходных, регистрируемых в поле данных, тем более что они в
значительной степени отягощены нерегулярными, несейсмически-
ми помехами и отношение сигнал/помеха р<1. Идея о том, что
суммирование данных и его модификации, в том числе корреля-
ция, приводят к повышению точности определения регулярной
составляющей и относительному ослаблению нерегулярной, выс-
казана давно и подтверждена многочисленными экспериментами
и в доказательстве не нуждается.

Снижение точности начальных данных может быть реализовано
путем уменьшения числа уровней квантования и применения ма-
лоразрядного, а в пределе - знакового кодирования, которое
обосновывается еще и тем, что при р < 1 основные аппаратур-
ные мощности будут задолжены на представление помех, которые
не несут полезной информации.

Интересно отметить, что в других методах разведочной гео-
физики имеет место обратная картина. Ослабление нерегулярных
помех всегда представляло собой одну из важных и сложных за-
дач методики проведения работ и обработки материалов. Наибо-
лее эффективно повторение наблюдений или синхронное накоп-
ление информации, которое обеспечивает повышение точности
наблюденных, отягощенных ошибками данных, поскольку диспер-
сия ошибки обратно пропорциональна числу слагаемых, то есть
накопление данных, которое во всех методах разведочной гео-
физики является вынужденной мерой, в невзрывной сейсмо-
разведке органично входит в комплекс необходимых способов
выделения полезной информации и обосновывает снижение точ-
ности ее начального представления везде, где в последующем
будут применены накапливающие, суммирующие, в том числе кор-
реляционные системы.

Наибольший эффект по снижению объемов требуемого оборудо-
вания и его упрощению реализуется при знаковом, одноразряд-
ном кодировании, которому и посвящен настоящий подраздел.
Естественная в период бурного развития вычислительных
средств, возможность замены многоуровенного преобразователя
аналог - код одноразрядным не является слишком актуальной.
Но интерес представляют принципы решения этой задачи, а так-
же нельзя исключить и таких ситуаций, при которых потребуют-
ся прием и обработка очень больших объемов информации и зат-
раты оборудования и времени окажутся слишком обременитель-
ными даже для суперЭВМ.

В связи с этим далее рассмотрены теоретические основы

знакового кодирования и приведены некоторые материалы,
иллюстрирующие возможность его применения в вибрационной
сейсморазведке. Более подробно вопросы знакового кодирования
разобрана в работах [5, 52].

Знаковое кодирование базируется на том, что сигналы х(0
заменяются их знаками (полярностями). Для описания этого
процесса используется функция $^п(х), определяемая соотноше-

нием

88п(х) =

при х(0 < 0.

при х(0 > 0.

В соответствии с этим сейсмическая трасса в знаковой форме
представляет собой последовательность разнополярных прямо-
угольных импульсов равной интенсивности, следующих друг за
другом через промежуток времени, определяемый сменой поляр-
ности Волны. При знаковом кодировании амплитудные различия
сигналов отсутствуют и динамический диапазон зарегистриро-
ванных колебаний равен нулю.

Если считать, что регистрируемые колебания представляют
собой аддитивную смесь регулярных волн и нерегулярных шу-
мов, для которых отношение сигнал/помеха р < 1, то вся
информация о Наличии или отсутствии регулярных волн оказы-
вается заложенной в характере следования разнополярных импу-
льсов равной амплитуды. Когда на исходных сейсмограммах
имеются лишь случайные помехи, а регулярные волны отсутст-
вуют, знаковые трассы представляют собой последовательности
импульсов со случайным характером распределения их полярнос-
тей. При наличии регулярных волн и помех на знаковых трассах
будет наблюдаться определенная закономерность в распределе-
нии импульсов разной полярности. При сложении знаковых функ-
ций скрытая случайными помехами регулярность исходных запи-
сей, обусловленная присутствием когерентных волн, начнет
проявляться, что делает возможным их выделение на суммарных
трассах, в соответствии с принципами синхронного накопления
обычных фукнций. Просуммированные функции являются уже мно-
гоуровенными вследствие алгебраического сложения единичных
значений амплитуд исходных колебаний. Например, при сложении
двух знаковых функций на выходе сумматора амплитуды могут
принимать значения от -2 до +2 и максимальное число уровней
будет равно двум без учета знака. При сложении п функций
диапазон изменения суммарных амплитуд уже 2п (от -п до +п),
а максимальное число уровней возрастает без учета знака до
п. Следует отметить, что в результате суммирования амплитуды
волн могут характеризоваться меньшим числом уровней, так как
оно определяется, наряду с количеством слагаемых, исходным
отношением сигнал/помеха, которое меньше единицы. Поэтому
часть слагаемых будет иметь разные знаки, и они будут ком-
пенсировать друг друга. Причем чем больше отношение
сигнал/помеха, тем, очевидно, большее число уровней будет в
результирующем сигнале, и наоборот.

Предположим, что знаковому преобразованию подвергается
некоторый сигнал х(1), состоящий из суммы регулярных колеба-
ний Ос(0 и случайных помех а„(0. Каждая выборка сигнала
х(0 определяется выражением

Х«) = 88П[Ос(0 + ап(0]

и в зависимости от знака суммы, стоящей в скобках, будет
равна +1 или -1. После п-кратного накопления оценка суммар-
ной амплитуды может быть определена как алгебраическая сумма
произведения числа складываемых сигналов на вероятность при-
нятия ими положительных или отрицательных значений:

Ху(О = пР{ [Ос(0 + ап(О]} > О,

н(1 - Р)} [ас(0 + ап(О]} < 0 = п(2Р - 1),	(3.9)

где Р - вероятность того, что аддитивная смесь регулярных
колебаний и помехи положительна.

Так как величина Р зависит от исходных отношений
сигнал/помеха, то соотношение (3.9) определяет возможность и
и условие восстановления амплитудных различий сигналов на
накопленных записях.

Действительно, для тех регулярных волн, для которых р < 1
и Р < 1, суммарные амплитуды Ху будут меняться в пределах
в зависимости от значений р, которые, в свою очередь,
пропорциональны исходным интенсивностям волн. В тех случаях,
когда р > 1, Р = 1 и суммарные амплитуды для всех волн бу-
дут одинаковыми, Ху = п независимо от их исходных значений.

Таким образом, необходимым условием восстановления ампли-
тудных соотношений между регулярными волнами при знаковом
кодировании входных данных является выполнение соотношения
Р < 1 для самой интенсивной волны. При р > 1 будут происхо-
дить ограничение накопленных данных и искажение амплитудных
соотношений между регулярными колебаниями.

Рассмотрим теперь, как работает аппарат восстановления
амплитудных соотношений между регулярными волнами. В соот-
ветствии с (3.9) накопленная амплитуда зависит от вероят-
ности Р.

Для нормального закона распределения помех величина х
может быть определена как вероятность попадания случайной
величины в некоторую область значений, ограниченную справа
порогом, равным амплитуде регулярной волны аС|. [52]:

Р = Ц- Г1 + ф[—11,	(ЗЛО)

Ь I о /г Л

[а

—— - интеграл вероятности.

0 1/1)

Подставляя (3.10) в (3.9), получим выражение для амплиту-
ды накопленной волны с индексом г:

[а 1

—= пФ,.	(3.11)

О /2 )

Из равенства (3.11) также следует ограничение накопленных
амплитуд при р > 1.

Для некоторой другой волны /, характеризующейся амплиту-
дой а ., можно написать аналогичное равенство
с?

/ а \

XV. »= пФ. —— = пФ..

Ь 1 I с ’

Тогда отношение амплитуд двух суммарных волн будет

- ф/ф/’

которое для ас1/С < 0,9,	< 0,9 и С = сопя! с точностью

не хуже 10% преобразуется к виду

хт./*у = а ,1а ..	(3.12)

2.1	2./ С1 с/

Следовательно, отношение суммарных амплитуд пропорциона-
льно отношению исходных. При а^/О > 0,9 линейность нару-
шается и система знакового кодирования работает как АРУ. В
этом случае для восстановления исходных соотношений амплитуд
необходима нелинейная операция перехода от значений интегра-
лов вероятностей к соответствующим величинам амплитуд волн.

Возможность знакового преобразования работать как АРУ мо-
жет быть использована для ослабления интенсивных регулярных
помех, таких как поверхностные, кратные отраженно-
преломленные волны и др.

Для равномерного закона распределения вероятность попада-
ния суммарной амплитуды в область значений ± С определяется
соотношением [52]

Р = (ас + О)/2С.	(3.13)

192
Подставляя (3.13) в (3.9), получим

“ па*1б-

Следовательно.отношение двух регулярных волн на накопленной
трассе при О-сопз!

= ас/ас/'	(314)

Соотношения (3.14) и (3.12) показывают, что накопление
знаковых данных позволяет восстановить исходные амплитудные
соотношения регулярных волн. При этом под накоплением сле-
дует понимать все операции, где происходит суммирование дан-
ных: накопление, сложение по ОГТ, корреляционная обработка и
др. В этой связи при знаковом представлении данных особенно
эффективны системы, предусматривающие корреляцию и син-
хронное накопление сигналов. Их сочетание позволяет увели-
чить п до 106 - 107 и в еще большей степени снизить ошибки
восстановления амплитуд при знаковом кодировании.

Для более полной оценки возможностей знакового кодирова-
ния в вибрационной сейсморазведке определим зависимость меж-
ду корреляционными функциями, вычисленными для двух случай-
ных процессов, представленных в полноразрядной и знаковой
формах и характеризующихся нулевыми математическими ожида-
ниями, нормальным законом распределения и одинаковыми дис-
персиями или среднеквадратичными отклонениями.

Эти ограничения несущественны, так как числовые характе-
ристики шумовых помех, микросейсм в подавляющем большинстве
случаев удовлетворяют нормальному закону распределения, ко-
торый, как известно, является предельным и к которому приб-
лижаются другие законы распределения вероятностей.

Функцию взаимной корреляции двух нормальных случайных
процессов х и у можно определить по их двумерной плотности
вероятности:

Р<Х1, х2) =--------------- ехр -----1----2-----’

2ПО т/1 - Л2 4	2П(?У1 - К2

12	12

где Х1 и х2 - случайные процессы с нулевым математическим
ожиданием и равными среднеквадратичными отклонениями; ЯХ2 -
функция взаимной корреляции.

Тогда вероятность совпадения положительных и отрицатель-
ных значений сигналов

Р = Р(х\ > 0, х2 > 0 и Х1 < 0, х2 < 0) =

.	оооо	( х2 + х2 - 2К \

---—	- Т Т ехр-------1—- 2	Ц- -

ПС2-/ 1 - я2 0 0	2пс/Т- к2

12	12
1	2		„

----- (1 + —- агсз 1 п Я12).

Отсюда коэффициент корреляции

= зш [п(2Р - 1)/2].	(3.15)

Из (3.15) следует, что значения полноразрядной функции
взаимной корреляции однозначно определяются вероятностью
совпадения знаков анализируемых сигналов. Используя соотно-
шение (3.9), выражение (3.15) можно представить в виде

Ли = ып(пЯз„/2),	(3.16)

где Я™ - знаковая функция взаимной корреляции.

Соотношение (3.16) показывает, что экстремальные и нуле-
вые значения полноразрядных и знаковых корреляционных функ-
ций совпадают между собой, т.е. при Лзн = 0 и Яп = 0, при
Лзн = +1 и Л12 - +1.

В промежуточных точках Ям * Яп, однако эти различия
невелики и превышают 20% лишь при Язи ~ 0,78. Опираясь на
это и принимая во внимание, что интерпретация сейсмических
материалов основывается на выделении, прослеживании и опре-
деления амплитуд максимумов или минимумов осей синфазности
волн, многоразрядные корреляционные функции можно заменить
их аналогами, вычисленными по входным сигналам, представлен-
ным в знаковой форме.

При суммировании колебаний наряду с восстановлением амп-
литудных различий волн происходит увеличение отношения сиг-
нал/помеха. Характер его изменения определяется корреляцион-
ными свойствами сигналов и помех, представленных в знаковой
форме. В общем случае при накоплении данных выигрыш опреде-
ляется известным соотношением

В = -1/7//1 + л',	(3.17)

2	0-1

где Л = —— Е (и -	К(1)	- нормированный

коэффициент корреляции помех; п, I - число суммируемых воз-
действий и текущая разница в их порядковых номерах.

Коэффициент корреляции, определяемый как нормированная
сумма парных произведений значений знаковых функций с раз-
личными порядковыми номерами, зависит от корреляционных
свойств помех и при достаточно больших п может быть оценен
средней величиной

К([) = 1/п.	(3.18)

Тогда, преобразуя (3.17) и подставляя в нее (3.13), полу-
чим

Л = (п - 1)/п » 1,

В =	= 0,7/^7	(3.10)

Из (3.19) следует, что при знаковом кодировании, вследст-
вие определенной коррелированное™ помех, выигрыш в отноше-
нии сигнал/помеха оказывается в 1,4 раза меньше, чем при
строго нерегулярных шумах. Это необходима учитывать при при-
менении знакового кодирования. Для компенсации получаемого
проигрыша можно увеличивать или число накоплений, или длите-
льность управляющего сигнала. Каждый из этих приемов реали-
зуется весьма просто. Поэтому несколько более низкая поме-
хоустойчивость знакового кодирования не является препятст-
вием для его использования в невзрывной сейсморазведке.

Возможности использования знакового кодирования в сейс-
моразведке рассмотрены в ряде работ [52]. В большинстве из
них показана целесообразность его применения при регистрации
и обработке материалов в условиях низких отношений
сигнал/помеха и накапливании данных. Знаковое кодирование
нашло применение в ряде аппаратурных разработок (знаковый,
просмотровой коррелятор к станции ”Прогресс-2ВС”, телеметри-
ческая 1000-канальная станция Оеозоигсе-1У)7 а также в неко-
торых программах скоростного анализа данных ОГТ. Знаковое
представление данных было опробовано при обработке материа-
лов ОГТ. Были выполнены процедуры корреляции, скоростного
анализа, коррекции статических поправок, горизонтального на-
капливания и др. [52]. Показано, что результирующие материа-
лы, полученные по полноразрядным и знаковым исходным данным
или идентичны, или мало отличаются друг от друга, что сле-
дует из теории знакового кодирования. Это указывает на опре-
деленные перспективы малоразрядного кодирования в сейсмо-
разведке. Однако успехи вычислительной техники и определен-
ная боязнь потерять информацию при знаковом кодировании не
привели к широкому его практическому применению.

3.10.	К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ
УСКОРЕНИЯ В НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ

Вопросам приема колебаний до последнего времени особого
внимания не уделялось. Считалось, что широко используемые
электродинамические сейсмоприемники с практически горизонта-
льной амплитудно-частотной характеристикой в среднечастотном
сейсмическом диапазоне являются оптимальными и обеспечивают
получение наилучших материалов. При этом надо иметь в виду,
что напряжение, развиваемое таким сейсмоприемником, пропор-
ционально скорости смещения его катушки относительно корпуса
и линейность характеристики выполняется также по скоростному
параметру. Электродинамические сейсмоприемники были бы опти-
мальны, если бы амплитуды скоростей смещения частиц на фрон-
тах сейсмических волн также были практически постоянными и
мало зависели от частоты. Однако на практике это не выпол-
няется, что ранее было показано в работах А.Г. Гамбурцева,
И.И. Гурвича и других исследователей, а затем стало более
очевидным при широком развитии вибрационной сейсморазведки.
Действительно, если считать, что вибратор развивает квази-
гармонические силовые нагрузки постоянной амплитуды, то ско-
рость смещения частиц будет убывать с ростом частоты по ли-
нейному закону

Ро(/) = ао/2п/,
где ао - амплитуда ускорения излучающей плиты вибратора;
Уо - амплитуда скорости; / - частота.

С этих позиций электродинамический сейсмоприемник уже не
является оптимальным, так как он приводит к закономерному
уменьшению амплитуд волн с ростом частоты. Практика работ и
большой объем практических данных подтверждают этот тезис.
Более оптимальным для применения в невзрывной сейсморазведке
был бы сейсмоприемник ускорения или акселерометр, разработ-
кой которого занимались еще на ранних стадиях развития
сейсморазведки. Отличительной особенностью акселерометров
является то, что они имеют практически горизонтальную харак-
теристику по ускорению и поднимающуюся - по скорости в ра-
бочей сейсмической полосе частот. Этим и определяется тот
интерес к разработке и применению акселерометров, который
появился в последнее время. Значительным стимулом послужили
также работы в области высокоразрешающей сейсморазведки,
когда потребовалось повысить энергетический уровень высоко-
частотных составляющих волн. Следует отметить, что в морской
сейсморазведке в качестве приемников колебаний используют
исключительно датчики давления - акселерометры. Наиболее
просто сейсмоприемники ускорения реализуются на основе пье-
зокристаллов. Для наземной сейсморазведки разработано и в
небольших объемах выпущено несколько модификаций таких при-
боров, получивших название СПАН. С этими приборам были вы-
полнены опытные работы в разных районах и с различными,
в том числе вибрационными, источниками.

Полученные материалы показывают, что амплитудно-частотные
характеристики этих приборов позволяют повысить рабочий час-
тотный диапазон регистрируемых волн и получить более разре-
шенные записи, чем при использовании стандартных сейсмо-
приемников. Особенно заметными их преимущества оказались при
наблюдениях с вибраторами на частотах более 120-125 Гц. Было
показано (А.И. Лугинец), что преобразователем ускорения пол-
ностью отслеживается с хорошим отношением сигнал/помеха
управляющий сигнал 23-138 Гц, в то время как датчиком ско-
рости смещений частотные составляющие сигнала, начиная со
115 Гц,регистрируются практически на уровне шума. Еще больше
преимущества новых приборов проявляются на сигналах частотой
40-160 Гц. Положительные результаты применения акселеромет-
ров были получены также при использовании слабых взрывных
источников в режиме накопления воздействий [49]. Однако соз-
данные на основе пьезоэлектрических кристаллов сейсмоприем-
ники ускорений требуют установки специальных согласующих
устройств, что накладывает определенные ограничения на их
массовое использование. Кроме того, в ряде случаев чувстви-
тельность этих приборов была недостаточной в низкочастотной
иярти диапазона. Тем не менее применение акселерометров в
невзрывной сейсморазведке особо перспективно потому, что по
сравнению с датчиками скорости их чувствительность увеличи-
вается с частотой, что важно для регистрации высокочастотных
составляющих волн, и падает с уменьшением частоты, что также
может иметь положительный эффект, так как наиболее интенсив-
ные помехи имеют низкие частоты. Недостатки же пьезоэлектри-
ческих сейсмоприемников могут быть устранены на основе соз-
дания новых приборов, которые будучи такими же простыми и
надежными, как существующие электродинамические сейсмо-
приемники, будут лишены их недостатков, что позволит прини-
мать целевые отраженные волны в широкой полосе частот без их
ослабления и тем самым повысит эффективность сейсморазведки.

4. МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ РАБОТ

Современная методика полевых работ с наземными невзрывны-
ми источниками колебаний развивалась и совершенствовалась по
мере создания новых и модернизации существующих технических
средств для возбуждения, приема и регистрации волн с учетом
усложнения решаемых задач и необходимости обеспечения высо-
кой производительности работ. Определенное влияние на мето-
дику полевых работ оказывало также развитие способов обра-
ботки материалов на цифровых вычислительных центрах. Таким
образом, методика работ с невзрывными источниками аккумули-
рует в себе основные достижения теории и практики сейсмораз-
ведки и строится с учетом особенностей этих излучателей. Она
направлена на оптимизацию условий возбуждения и приема коле-
баний и обеспечение отношений сигнал/помеха, которые были бы
достаточными для выделения и прослеживания целевых волн на
временных разрезах.

Методика полевых работ выбирается на основании следующих
данных: геологические и методические задачи работ, поверх-
ностные и глубинные сейсмогеологические условия, обстановка
в районе работ, под которой понимаются условия передвижения
транспорта по профилям, свобода размещения источников на
пунктах возбуждения колебаний, уровень микросейсм и промыш-
ленных помех, близость населенных пунктов, дорог и т.д., а
также результаты предыдущих работ с невзрывными источниками
и возможности ВЦ, на котором будет вестись обработка мате-
риалов. Она должна выбираться также с учетом особенностей
Рис. 46. Схема выбора и обоснования полевой методики

волновых полей, возбуждаемых источниками, и знания особен-
ностей использования различных методических приемов, обеспе-
чивающих получение лучших сейсмических материалов и повышаю-
щих производительность работ (одновременная работа групп
вибраторов, адаптивная вибросейсморазведка и др.). К настоя-
щему времени накоплен достаточно большой опыт проведения ра-
бот с невзрывными источниками, показывающий что практически
для каждого района может быть предложена оптимальная методи-
ка работ, обеспечивающая получение качественных материалов
в районах с различными сейсмогеологическими условиями.

Последовательность этапов проведения работ и выбора
элементов полевой методики в обобщенном виде показана на
рис. 46.

Ниже рассмотрены основные вопросы, которые приходится ре-
шать в процесс проведения полевых исследований.

4.1.	ОСОБЕННОСТИ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ,
ВОЗБУЖДАЕМЫХ НЕВЗРЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ

Обоснование и выбор методики полевых работ производится,
как правило, на основе знания и изучения особенностей волно-
вых полей, возбуждаемых невзрывными источниками колебаний.

Под действием сосредоточенной, переменной во времени вер-
тикальной силы, действующей на поверхности земного полупро-
странства, в нем возбуждаются объемные (продольные и попе-
198
речные) и поверхностные волны. При этом наибольшая часть
энергии (-60%) идет на образование поверхностных ЗУ-волн,
~ 20-25% - поперечных, ~ 7-10% - продольных волн.

Под действием горизонтальной силы на поверхности полупро-
странства в нем возникают поперечные волны, поляризация ко-
торых определяется направлением приложения нагрузки.

Излучение энергии в среду происходит в соответствии с ха-
рактеристикой направленности источников. Для вертикальной
силы и продольных волн она имеет вид сферы, центр которой
лежит на вертикальной оси, совпадающей с направлением дей-
ствия силы, а верхняя ее точка соприкасается с местом прило-
жения нагрузки к земной поверхности. Соответственно для по-
перечных волн характеристика направленности имеет более
сложный характер с максимумами излучения под углами, опреде-
ляемыми отношениями скоростей распространения продольных и
поперечных волн. Экспериментальные характеристики близки
к теоретическим, что было показано на опытах в ряде районов
[24, 27, 52]. Волновые поля, возбуждаемые невзрывными ис-
точниками, носят сложный, интерференционный характер. На
монтажах при одиночных воздействиях регистрируется серия
объемных и поверхностных волн. Первые представлены малоин-
тенсивными преломленными и отраженными волнами, вторые -
интенсивными поверхностными колебаниями. Внешне волновые
поля импульсных и вибрационных источников практически иден-
тичны, что позволяет при их общем описании не делать раз-
личия между ними. Однако природа их различна, что будет
рассмотрено дальше. Типичные волновые картины, полученные
с импульсными и вибрационными источниками, показаны на
рис. 47.

Непосредственно от пункта возбуждения в виде расходящего-
ся цуга очень интенсивных колебаний следятся поверхностные
волны с кажущимися скоростями ук = 0,2-1 км/с и с видимыми
частотами 9-25 Гц (Хк = 30-85 м). При импульсном возбуждении
основная энергия поверхностных волн сосредоточена в самой
низкочастотной части спектра регистрируемых колебаний, кото-
рая определяется собственной частотой сейсмоприемников. При
вибрационном возбуждении их интенсивность и частотный состав
в определенной степени определяются параметрами управляющего
сигнала. За счет смещения его в более высокочастотную часть
диапазона можно существенно уменьшать уровень поверхностных
волн. При обычно применяемых развертках максимум спектра по-
верхностных волн приходится на частоты до 20-22 Гц. С увели-
чением расстояния от пункта возбуждения наблюдается снижение
интенсивности и видимых частот поверхностных волн, вслед-
ствие чего соответствующие им импульсы растягиваются во вре-
мени, занимая все большую область на плоскости годографа.
Тем не менее выделение отраженных волн на фоне поверхностных
сильно затруднено без использования специальных методических
приемов. Весьма часто совместно с поверхностными волнами
Л,км г,и	2,0	1,6	1,2	0,8 О,<4	0	2,8	2,4	2,0	1,6	1,2	0,8	О,К
Рис. 47. Волновые поля, наблюдаемые при импульсном (А, Б) и вибрационном {В, Г) возбуждениях:

А и В - сейсмограммы, полученные с АРУ; Б и Г - сейсмограммы, полученные с минимально-фазовой и нуль-
фазовой деконволюцией соответственно:

I - преломленная волна, соответствующая подошве верхней терригенной толщи; II - поверхностные волны; III -
прямая волна; IV, V - отраженно-преломленные и отраженные волны соответственно (по материалам ПО ”Тат-

11ефте геофизика ”)
прослеживаются вертикальные компоненты поперечных ЗУ-волн.
Они представлены низкочастотными и низкоскоростными колеба-
ниями, имеющими значительную интенсивность. По частотному
составу и кажущимся скоростям эти волны близки к соответ-
ствующим значениям поверхностных волн, в силу чего они выде-
ляются в виде единого клинообразного цуга волн, расходящихся
от пункта возбуждения.

В первых вступлениях на монтажах выделяются преломленные
волны, связанные с неглубокими горизонтами разреза, которые
несут полезную информацию о строении и поведении верхних го-
ризонтов. В некоторых программах обработки времена прихода
этих преломленных волн используются для определения исходных
статических поправок [3]. Однако в ряде случаев эти волны
могут быть помехами, препятствуя прослеживанию отраженных
волн на повышенных удаленных от пунктов возбуждения. Прелом-
ленные волны имеют практически прямолинейные оси синфазнос-
тей с кажущимися скоростями ук - 1,2-2,5 км/с и видимыми
частотами 20-30 Гц (Хк = 80-145 м). Интенсивность преломлен-
ных волн существенно ниже,чем поверхностных^и по мере удале-
ния от пункта возбуждения наблюдаются смены волн и выход в
первые вступления преломленных волн от более глубоких гори-
зонтов.

В районах с наличием верхней преломляющей границы (вос-
ток, юго-восток Русской платформы), залегающей на глубинах
до 0,5-0,8 км, в окне между поверхностными и преломленными
волнами регистрируются весьма низкочастотные отраженно-
преломленные волны с кажущимися скоростями ук = 4-5 км/с.
Интенсивность их значительна,и они мешают прослеживанию от-
раженных волн.

Отраженные волны на зондах представлены малоинтенсивными
колебаниями с высокими кажущимися скоростями 10-15 км/с
ук < 00 и видимыми частотами, зависящими от глубины их за-
легания и способов возбуждения колебаний. Диапазон изменения
частот весьма велик от 20-25 Гц при средних и значительных
глубинах их залегания до 90-110 Гц для мелких отражений, ге-
нерируемых маломощными источниками. В нефтегазовой сейсмо-
разведке максимумы спектров отраженных волн наблюдаются в
полосе частот 25-30 Гц. При вибрационном возбуждении спектры
отраженных волн в определенной степени зависят от диапазона
частот управляющего сигнала, но тяготеют к значениям 25-35
Гц. Интенсивность отраженных волн невелика, и они очень час-
то с трудом выделяются на фоне помех. Опыт работ показывает,
что наиболее благоприятной областью для прослеживания отра-
женных волн является полоса, включенная между поверхностны-
ми и преломленными волнами.

Особенностью волновых полей, наблюдаемых при работах с
невзрывными источниками, является относительно высокий уро-
вень нерегулярных помех. Он обусловлен необходимостью реги-
страции колебаний на больших усилениях приемной аппаратуры.
202
Нерегулярные помехи имеют в основном ветровое и промышленное
происхождение. В ряде случаев они образованы интерференцией
объемных и поверхностных волн, инициируемых двигающимся
транспортом, сельскохозяйственными агрегатами и др. Кроме
того, шумы на профиле создают работающие вибраторы и другая
техника. Большая часть энергии микросейсм сосредоточена в
сейсмическом диапазоне частот в полосе 30-70 Гц. Уровень
микросейсм зависит от многих внешних факторов и резко ме-
няется в течение суток, времен года и т.д. Чаще всего радиус
корреляции нерегулярных помех невелик, не превышает 3-5 м.
Тем не менее при выборе параметров интерференционных помех
необходимо его учитывать, чтобы исключить возможность усиле-
ния нерегулярных помех неправильно выбранными расстояниями
между приборами в группе. В этой связи в процессе опытных
работ целесообразно определение интенсивности, радиуса кор-
реляции и частотного состава микросейсм. Волновые поля при
работах на поперечных волнах также характеризуются достаточ-
но сложным составом. Особенностью их является то, что они
имеют однородный, но более низкий чем на продольных волнах,
частотный состав, не превышающий 20-25 Гц. В области, примы-
кающей к пункту возбуждения, прослеживаются поверхностные
волны (волны Лява), имеющие бблыпую интенсивность. В первых
вступлениях прослеживаются преломленные волны, а в окне меж-
ду ними и поверхностными колебаниями - отраженные волны. Ин-
тенсивность объемных волн значительно ниже поверхностных.
Нерегулярные помехи представлены своими низкочастотными сос-
тавляющими, которые, как правило, имеют значительную относи-
тельную интенсивность, что препятствует выделению на их фоне
отраженных волн.

Волновые поля, возбуждаемые вибрационными и импульсными
невзрывными источниками, при визуальной оценке представляют-
ся идентичными, отличаясь в некоторой степени видимыми час-
тотами, временами регистрации волн и несколько характером
записи. Однако между ними есть принципиальные различия, обу-
словленные различной природой колебаний, представленных на
коррелограммах и сейсмограммах импульсного возбуждения, а
также специфическими особенностями вибрационных записей.
Трассы на коррелограммах представляют собой последователь-
ности значений функций взаимной корреляции зарегистрирован-
ных и управляющего сигналов, в идеале - нульфазовые колеба-
ния. Практически они носят смешанно-фазовый характер из-за
искажения, имеющих место при распространении волн, а также
в трактах возбуждения и приема колебаний.

Трассы на импульсных сейсмограммах отражают собственные
колебания точек среды в месте расположения сейсмоприемников
и являются минимально-фазовыми. Вследствие этого моментам
прихода отраженных волн соответствуют на коррелограммах эк-
стремальные значения функции взаимной корреляции, а на им-
пульсных сейсмограммах - вступления волн, которые из-за фона
помех зачастую не выделяются и поэтому отраженные сигналы
выделяются чаще всего по последующим 5 наиболее интенсивным
фазам. Поэтому времена прихода волн на коррелограммах мень-
ше, чем на сейсмограммах, что необходимо учитывать при ана-
лизе и сопоставлении данных, а также при увязке материалов
вибрационной и импульсной сейсморазведок.

Возможны различия и в частотном составе волн вследствие
того, что колебания на коррелограммах тяготеют к средним
частотам управляющих линейно-частотно-модулированных сигна-
лов, которые могут отличаться от периодов собственных коле-
баний частиц грунта, совершаемых под действием интенсивных
импульсных нагрузок. Спектры регулярных волн, определенные в
конечном временном окне на коррелограммах, носят резонансный
характер, который обусловлен в основном структурой функции
взаимной корреляции, видимая частота основного максимума ко-
торой при отсутствии поглощения и других помех соответствует
средней частоте управляющего сигнала.

При рассмотрении особенностей волновых полей вибрационной
сейсморазведки следует отметить возникновение специфических
помех на коррелограммах, обусловленных нелинейными искаже-
ниями в системе вибратор - грунт, на низких частотах. Эти
помехи имеют частоты, кратные основным частотам управляющего
сигнала. Наиболее интенсивными оказываются составляющие -
гармоники, имеющие удвоенные и утроенные частоты. Например,
при работе вибратора в полосе частот 48-10 Гц будут наблю-
даться гармоники с частотами 96-20 Гц. В результате на кор-
релограммах помимо основных волн будут гармонические состав-
ляющие-спутники, образующие длительные, неразрешенные цуги
относительно более высокочастотных колебаний. Для сигналов. с
полосой частот более одной октавы времена вступления спутни-
ков относительно основного колебания определяются формулами
[27, 52]

4 =

(П- 1)Т/т 1 п * ж (Л-1)/т»«Т

/и'/к	’ *	2(/„-/к) ’

(4.1)

где 4, 4 - начальное и конечное время регистрации волн-
гармоник, с; Г - длительность опорного сигнала, с; п - номер
гармоники; /тт, /и и - максимальная, минимальная,
начальная и конечная частоты управляющего сигнала, Гц.

Амплитуда гармоник достигает максимума на времени

I ~ (4 + 4)/2.

Из (4.1) следует, что при сигналах с разверткой "вверх”
времена вступлений волн-спутников будут отрицательными, т.е.
они будут наблюдаться на сейсмограммах до вступления основ-
ных волн. При работе с разверткой "вниз” величины I стано-
вятся положительными и волны-спутники будут накладываться на
записи полезных отражений, интерферировать с ними и мешать
их выделению. Положение усугубляется еще и тем, что со вре-
«енем интенсивность отраженных волн убывает, что способству-
ет снижению отношений сигнал/помеха и ухудшает условия про-
слеживания полезных волн на фоне гармонических помех.

В вибрационной сейсморазведке для того, чтобы уйти от
гармонических помех, применяют управляющие сигналы с раз-
верткой "вверх”, несмотря на то, что более устойчивым для
вибраторов является обратный режим.

Другим типом специфических помех, присущих прокоррелиро-
ванным записям вибрационной сейсморазведки, являются корре-
ляционные шумы, обусловленные боковыми максимумами корреля-
ционных функций. Эти помехи, как указано ранее, снижают ди-
намический диапазон вибрационной сейсморазведки. На коррело-
граммах и временных разрезах они представлены осями синфаз-
ностей, параллельными наиболее интенсивным волнам, прослежи-
ваемым в начальной части сейсмограмм. Наиболее четко корре-
ляционные помехи выделяются в полосе отрицательных времен,
образуя достаточно мощные оси синфазностей на временах до
первых вступлений. Суммирование по ОГТ, а также использова-
ние комбинированных управляющих сигналов снижает уровень шу-
мов преобразования в к раз, где п - кратность ОГТ или
число сегментов; 0,5 $ к 4 0,7.

Волновые поля, возбуждаемые невзрывными источниками в
рудных районах, характеризуются еще большей смежностью и
разнообразием, что обусловлено особенностями строения верх-
ней части разреза и изучаемых объектов [37].

В разрезе многих рудных районов преобладают эффузивно-
осадочные и интрузивные образования с высокими значениями
скоростей распространения упругих волн, сложными формами ли-
толого-стратиграфических границ и дизъюнктивными нарушения-
ми. При этом относительно слабая скоростная дифференциация
пород сочетается со значительной изменчивостью их физических
свойств в вертикальном и горизонтальном направлениях. При
выходе на земную поверхность плотных пород с высокой ско-
ростью распространения волн на сейсмограммах выделяются
интенсивные поверхностные волны с повышенными кажущимися
скоростями (гк > 2 км/с), а также серия рефрагированных и
отраженных волн, имеющих различные скорости и спектральный
состав.

Весьма сложный характер имеют кинематические характерис-
тики отраженных волн. Так, для выпуклых границ годографы от-
раженных волн сохраняют гиперболическую форму и при больших
отношениях глубин к радиусу кривизны приближаются к годогра-
фам дифрагированных волн (т.е. отмечается уменьшение значе-
ний кажущейся скорости). Для вогнутых границ форма годографа
изменяется в широких пределах и соответствие между разрезом
и годографом может быть нормальным, обратным и знакоперемен-
ным.

Практически все месторождения каменного угля и ряд круп-
ных месторождений меди, железа и других твердых полезных ис-
копаемых связаны с мощными слабодислоцированными осадочными
толщами пород. Сейсмогеологические модели этого типа разреза
идентичны моделям нефте- и газоперспективных районов, что и
определяет структуру наблюдаемых волновых полей. Аналогичные
по характеру волновые поля наблюдаются при разведке россып-
ных месторождений и месторождений, приуроченных к коре вы-
ветривания складчатого или кристаллического фундамента. При
этом характер волновых полей сильно зависит от строения зоны
малых скоростей. Так, в районах с небольшой мощностью ЗМС
наблюдаются наиболее простые волновые поля, типичные для не-
взрывной сейсморазведки. При работах с вибрационными источ-
никами в этих случаях прослеживаются малоинтенсивные прямые
волны, что создает благоприятные условия для регистрации' от-
ражений от мелких горизонтов, которые выделяются в первых
вступлениях уже на сравнительно небольших расстояниях от
пунктов возбуждения. Это позволило проследить отражающие го-
ризонты на глубинах менее 100 м [37]. При увеличении мощнос-
ти ЗМС или появлении градиентного слоя в ВЧР поле помех
значительно усложняется за счет интенсивных рсфрагирован-
ных или преломленных волн, связанных с поверхностью корен-
ных отложений, что затрудняет выделение полезных отраженных
волн [37].

Заканчивая рассмотрение особенностей волновых полей, воз-
буждаемых невзрывными источниками, проведем сопоставление их
с полями, генерируемыми взрывами зарядов тротила в скважинах
и на поверхности. При воздействиях излучателей и зарядов
тротила в мелких шурфах наблюдаемые волновые поля практичес-
ки идентичны по полезным и мешающим волнам. Различие заклю-
чается лишь в том, что при взрывах в шурфах возбуждается
сильная звуковая волна, которая или отсутствует, или имеет
значительно меньшую интенсивность при работе невзрывных ис-
точников.

Несколько иная картина наблюдается при сопоставлении вол-
новых полей, возбуждаемых наземными излучателями и взрывами
в скважинах. Различия заключаются в том, что при взрывах в
скважинах поверхностные волны имеют небольшую интенсивность
и полезные отражения выделяются у пункта возбуждения. С уве-
личением расстояния от пункта возбуждения, вне области раз-
вития поверхностных волн, волновые поля становятся, как
правило, тождественными.

Таким образом, волновые поля, возбуждаемые наземными не-
взрывными источниками характеризуются следующими основными
особенностями:

1)	высоким относительным уровнем регулярных и нерегуляр-
ных помех, что усложняет, а в ряде случаев делает невозмож-
ным выделение на их фоне полезных отраженных волн;

2)	широкой областью развития поверхностных волн, веером
расходящихся от пункта возбуждения, вследствие чего сужается
зона, благоприятная для прослеживания отраженных волн, кото-
206
рая располагается на плоскости годографа между первыми
вступлениями и поверхностными волнами;

3)	наличием звуковых волн, особенно на записях, получен-
ных при работах с импульсными источниками, которые представ-
лены короткими импульсами значительной амплитуды.

Отмеченные особенности волновых помех в невзрывной сейс-
моразведке приводят к необходимости оптимизации условий пе-
редачи нагрузок на грунт, параметров источников, а также
применения известных и разработки новых методических средств
для повышения отношений сигнал/помеха и расширения областей
регистрации отраженных волн.

4.2.	ИЗУЧЕНИЕ ВОЛНОВЫХ ПОЛЕЙ

Волновые поля, возбуждаемые невзрывными источниками, изу-
чаются на зондированиях, расположение которых на площади ис-
следований определяется разнообразием сейсмогеологических
условий. Желательно выполнять их на участках, являющихся ти-
пичными для данной площади работ и характеризующихся макси-
мальными углами наклона отражающих горизонтов для более пол-
ного изучения особенностей волновой картины. Опытные работы
следует проводить в пределах проектных профилей. Как прави-
ло, не возникает необходимости отрабатывать более трех зон-
дирований. Полный объем изучения волновой картины предусмат-
ривает выполнение двух этапов работ. На первом - изучаются
волны-помехи, а на втором - полезные волны. При получении
достаточной информации о параметрах мешающих и полезных ко-
лебаний на первом этапе второй этап специально не проводят,
а данные о полезных волнах получают в процессе профильных
работ.

Колебания возбуждаются одним или двумя источниками на
точках, отстоящих друг от друга на длину расстановки.
На каждом пункте возбуждения ограничиваются одним или двумя
ударами или посылками. Длительность управляющего сигнала
выбирают равной 8-16 с, а частотный диапазон - максимально
широким и ограниченным собственной частотой применяемых
сейсмоприемников, а сверху - частотой среза ФНЧ станции,
определяемой принятым интервалом дискретизации сигналов.
Накопление ударов или посылок при изучении низкоскоростных
помех, как правило, оказывается ненужным. Для выделения
полезных волн на фоне помех возникает необходимость накоп-
ления сигналов. Опробуют также линейные и нелинейные уп-
равляющие сигналы с целью оценки их влияния на характер
волновой картины и на расширение спектров регистрируемых
волн.

Колебания принимают закрепленной расстановкой одиночных
или групп приборов, расположенных или в одной точке, или по
линии, перпендикулярной к профилю, с шагом между ними 5-10 м
при изучении низкоскоростных помех. На втором этапе работ
применяют уже группы приборов, рассчитанные на ослабление
мешающих колебаний с заданными кажущимися скоростями и пе-
риодами и на усиление целевых отраженных волн. Протяженность
зондирований в большинстве случаев принимается равной глуби-
не разведки или несколько меньше ее, в зависимости от харак-
тера распределения помех и их интенсивностей на различных
удалениях от пункта возбуждения.

Обработка материалов первого этапа заключается в анализе
наблюдаемой волновой картины, выделении зон распространения
волновых помех и областей, свободных от них, а также в опре-
делении кинематических и динамических характеристик зареги-
стрированных волн. Очень важно оценить их спектральный сос-
тав для того, чтобы получить данные по затуханию волн и вы-
бору параметров управляющих сигналов.

Наряду с регулярными помехами изучаются и нерегулярные.
На основании всех полученных данных рассчитывают интерферен-
ционные системы, выбирают параметры управляющих сигналов,
число накоплений, систему наблюдений, кратность профилирова-
ния и другие элементы методики работ.

Полученные результаты служат основой методики работ вто-
рого этапа. Колебания возбуждают и принимают уже группами
источников, параметры которых рассчитаны на ослабление помех
и усиление отражений. Используется синхронное накопление от
серий ударов и посылок. Параметры управляющих сигналов выби-
рают с таким расчетом, чтобы было можно определить их опти-
мальные значения, обеспечивающие необходимую разрешенность и
освещение разреза на заданную глубину. В зависимости от ме-
тодики определения оптимальных параметров управляющих сигна-
лов опробуют широкополосные или узкополосные сигналы, а так-
же сигналы с переменными начальными и конечными частотами.
Также проводят эксперименты с нелинейными развертками раз-
личной длительности для выбора их оптимальных значений.

Объемы работ второго этапа колеблются в достаточно широ-
ких пределах: от нескольких стоянок до отрезков профилей с
различными интерференционными системами, числом воздействий
на пунктах возбуждения, управляющими сигналами, системами
наблюдений и т.д. При этом методические приемы должны быть
достаточно контрастными, чтобы имелась возможность оценить
их влияние на характер получаемых материалов. Эти работы
весьма трудоемки, однако они позволяют получить обширную
информацию для обоснованного выбора оптимальной методики ис-
следований при профильных наблюдениях. Обработка материалов
второго этапа должна быть максимально полной с получением
временных разрезов (при обработке профилей), спектральных
характеристик волн, оценок качества отражений, степени их
прослеживаемости и отношений сигнал/помеха, что еще раз
подтверждает необходимость полевых вычислительных центров
в сейсмопартиях.
По этим данным выбирается методика профильных работ, ко-
торая уточняется и, если возникает необходимость, корректи-
руется в процессе их выполнения. Учитывая значительные за-
траты времени на обработку и анализ материалов, целесообраз-
но опытные исследования проводить заранее, до выхода с поис-
ковыми или разведочными работами на новую площадь. Это поз-
волит сократить время на опытные работы, повысить качество
материалов, а следовательно, и эффективность работ.

4.3.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ УСЛОВИЙ
ВОЗБУЖДЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ
УПРАВЛЯЮЩИХ СИГНАЛОВ

4.3.1.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ

ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ

Интенсивность и, в определенной степени, частотный состав
волн, возбуждаемых импульсными источниками, определяются
энергетическими параметрами излучателей, а также строением
самой верхней части разреза. Конструкции почти всех импульс-
ных установок позволяют в определенных пределах изменять эти
параметры с учетом условий проведения работ и решаемых за-
дач.

У газодинамических источников изменяемыми параметрами яв-
ляются объем горючей смеси, ее начальное давление и величина
противодавления в демпферном объеме, а у пневматических из-
лучателей - объем рабочей полости, давление сжатого воздуха
и давление в демпферном объеме. Повышение объема смеси и ее
начального давления, а также литража рабочей камеры и давле-
ния сжатого воздуха в ней ведет к увеличению энергии излуча-
теля, а следовательно, и к росту амплитуд возбуждаемых волн.
Однако эти зависимости носят нелинейный характер. Экспери-
ментально полученные зависимости изменения амплитуд объемной
волны от объема горючей смеси приведены на рис. 48. Анало-
гичные кривые получены и для пневматических излучателей.
Давление в демпферном объеме в меньшей степени влияет на
амплитуды возбуждаемых волн. Причем существует оптимум дав-
лений, при которых наблюдается максимум амплитуд, что видно
на рис. 48.

В соответствии с теорией импульсного возбуждения колеба-
ний изменение энергии излучателя должно приводить к смещению
частоты генерируемых волн. Однако практика работ с импульс-
ными невзрывными источниками показала, что для ряда излуча-
телей (ГСК, Сейсмодин, Падающий груз) с несколько различными
энергиями видимые частоты регистрируемых волн остаются прак-
тически постоянными в пределах 25-30 Гц. Поэтому следует го-
ворить лишь о тенденциях изменения частот в зависимости от

14 Заказ №2202
Рис. 48. Зависимость амплитуд возбуждаемых колебаний от объема горючей
смеси (а) и давления в демпферном объеме (6):
1 - глинистый грунт; 2 - прошлогодняя пашня

Рис. 49. Зависимость амплитуды ко-
лебаний от номера удара на грунтах
малой (7), средней (2) и высокой (3)
прочности

энергии источника. Вообще необходимо отметить, что видимые
частоты возбуждаемых волн являются очень стабильными величи-
нами, и они мало подвержены изменениям. Основные причины
этого были рассмотрены ранее. Однако при использовании очень
маломощных источников происходит заметное увеличение частоты
регистрируемых колебаний. Результаты работ по прослеживанию
мелких отражающих горизонтов с возбуждением колебаний удара-
ми кувалды и молотка показали возможность регистрации волн с
видимыми частотами до 100-120 Гц.

В механических источниках с падающим грузом изменяемым
параметром является высота сбрасывания груза, которая влияет
в основном на амплитуды возбуждаемых волн. Частота при этом
остается практически постоянной. С увеличением высоты ампли-
туды волн растут, однако, также по нелинейному закону. В не-
которых случаях возможно даже уменьшение интенсивности волн
с увеличением высоты падения груза, что свидетельствует о
неоптимальности возбуждения и расходовании большей части
энергии на разрушение пород.
В электродинамических источниках "Сейсмодин” переменными
величинами могут быть напряжение и ток, подаваемые на ЛИЭД.
От их значений также зависят энергия источника и амплитуды
возбуждаемых волн.

Определенное влияние на сейсмическую эффективность им-
пульсного невзрывного источника оказывают номер и число воз-
действий, производимых в одной точке. Обусловлено это тем,
что большинство импульсных источников развивает нагрузки,
превышающие предел упругости грунта, и работает в режиме его
остаточных деформаций. В этих условиях происходит упрочнение'
грунта, которое во многих случаях приводит к увеличению ин-
тенсивности записей и амплитуд волн. Наиболее значительна
разница между амплитудами волн при первом (Л1) и последующих
воздействиях. В зависимости от мощности источника
и свойств грунта эта разница может изменяться от 15-20 до
60%. Тем не менее при увеличении числа воздействий грунт
"устает”, в нем накапливаются деформации и начиная с какого-
то удара амплитуды волн начинают уменьшаться, а грунт разру-
шаться. Одна из типичных кривых, характеризующая изменения
амплитуд колебаний от номера воздействия, приведена на
рис. 49.

Важным фактором, влияющим на эффективность работы источ-
ников, является точность синхронизации, т.е. время их сраба-
тывания после подачи соответствующей команды. Для всех ис-
точников, кроме механических, оно должно быть практически
постоянным с ошибкой, не превышающей той, которая определена
паспортными данными. При невыполнении этого условия источник
или источники считаются дефектными и к работе ни в коем слу-
чае не допускаются. Невыполнение этого условия может привес-
ти к значительному ухудшению качества материалов.

Выбор и обоснование рассмотренных рабочих параметров ис-
точников производятся в процессе опытных работ, которые вы-
полняются чаще всего на волновых зондированиях в пределах
площади исследований. Наблюдения выполняют в одной или нес-
кольких точках площади, характеризующихся различными поверх-
ностными или глубинными сейсмогеологическими условиями.
Опытные работы проводят также в тех случаях, когда происхо-
дит резкое ухудшение качества материалов. По результатам эк-
спериментальных работ строят кривые изменения амплитуд волн
от соответствующих параметров и по ним выбирают их оптималь-
ные значения, с которыми и проводят работы. Критериями их
выбора являются максимальные значения или амплитуд целевых
волн, или отношений сигнал/помеха.
4.3.2.	ОБОСНОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ УПРАВЛЯЮЩИХ
СИГНАЛОВ

Эффективность вибрационной сейсморазведки и ее преиму-
щества по сравнению с другими модификациями сейсмического
метода во многом определяются тем, насколько обоснованно выб-
раны параметры управляющих сигналов. Это весьма тонкая зада-
ча, при решении которой следует руководствоваться как обще-
теоретическими положениями, вытекающими из особенностей кор-
реляционных функций используемых управляющих сигналов, так
и результатами предыдущих и специальных опытных работ, вы-
полненных в данных конкретных сейсмогеологических условиях.
Управляющие сигналы определяются следующими параметрами.

Линейные частотно-модулированные сигналы - начальной
и конечной частотами и длительностью (/н, Д и Т).

Нелинейные частотно-модулированные сигналы дополнительно
характеризуются: числом сегментов и их параметрами для сег-
ментных, кусочно-непрерывных и комбинированных нелинейных
сигналов, или начальной частотой, законом изменения скорости
частоты (или его аналогом) и длительностью для функциональ-
ных нелинейных управляющих сигналов.

Наиболее трудным и ответственным является выбор полосы
частот управляющего сигнала. Ранее, применительно к ЛЧМ-сиг-
налам, было показано, что близки к оптимальным развертки с
относительно высокими средними частотами и полосой их изме-
нения не менее чем на 2-2,5 октавы. Этим могут быть потен-
циально обеспечены; достаточная разрешенность записей, ком-
пактный волновой импульс, быстрое спадание амплитуд в преде-
лах основного максимума корреляционной функции и низкий кор-
реляционный фон. Однако практическое применение таких сигна-
лов очень часто сопряжено с определенными техническими и ме-
тодическими трудностями, связанными с конструктивными осо-
бенностями вибраторов и выбранными интервалами дискретизации
сигналов в сейсмостанциях, а также с низкой эффективностью
работы вибраторов в области повышенных частот и высоким по-
глощением в среде.

Анализ материалов, полученных во многих районах при реше-
нии различных задач, показывает сравнительно низкочастотный
состав регистрируемых волн, спектры которых имеют резонанс-
ный характер с максимумами на частотах, меньших чем средние
частоты управляющих сигналов. Обусловлено это следующими
причинами.

1.	Наличием резонанса в системе вибратор - грунт, который
приурочен к полосе частот 20-30 Гц.

2.	Поглощением высокочастотных составляющих волн в про-
цессе распространения волн.

3.	Использование сейсмоприемников, у которых выходное на-
пряжение пропорционально скорости смещений его подвижных
элементов.
рис 50. Обобщенные характеристики
душенных волн, зарегистрированных
в юго-западной части Прикаспийской
впацины:

/ - прямые волны; 2, 3, 4 - отра-
женные волны от все более глубоких
горизонтов осадочной толщи

Совместное влияние этих факторов приводит к тому, что
спектральные характеристики волн (АЧХ), зарегистрированные
даже в непосредственной близости от излучающей плиты вибра-
торов, имеют четко выраженный резонансный характер в указан-
ной полосе частот. При этом превалирующее влияние на форму
АЧХ оказывают резонансные явления. В качестве примера на
рис. 50 приведены обобщенные спектральные характеристики
прямых и отраженных волн, зарегистрированных при работах с
вибраторами в одном из районов Прикаспийской впадины. Прямые
(проходящие) волны имеют максимум на частоте - 40 Гц. Отра-
женные волны, относящиеся к горизонтам палеозойского комп-
лекса отложений, имеют резонанс в полосе частот 20-35 Гц,
и их спектры более узкие.

Резонансный характер взаимодействия вибратора с грунтом
обусловлен физическими процессами, происходящими при переда-
че нагрузок, которые были рассмотрены ранее, и он подтверж-
ден многими экспериментальными работами, выполненными в раз-
личных районах [5, 26]. Изучение вопросов поглощения волн
показало, что оно для многих сред увеличивается пропорцио-
нально частоте колебаний. В зоне малых скоростей поглощение
может быть еще больше и если учесть, что при работах с на-
земными невзрывными источниками волны дважды проходят эту
зону, то уменьшение высокочастотных составляющих волн весьма
велико.

Снижение амплитуд волн с ростом частоты в процессе их ре-
гистрации объясняется также и тем, что выходное напряжение
сейсмоприемника пропорционально скорости смещения его катуш-
ки относительно магнита. Поэтому для квазигармонических ко-
лебаний в предположении постоянной амплитуды ускорения амп-
литуда скорости

И) = По/

где до - амплитуда ускорения; и> - круговая частота.

В результате выходное напряжение сейсмоприемника умень-
шается с увеличением частоты, что оказывает влияние на форму
АЧХ регистрируемых волн.

Таким образом, используя линейные, частотно-модулирован-
ные управляющие сигналы, характеризующиеся прямоугольными
спектрами, невозможно обеспечить аналогичные по форме ампли-
тудно-частотные характеристики регистрируемых волн, отметим,
что при определении АЧХ волн во временных окнах, меньших
длительности управляющего сигнала, идентичность спектров
сводится к равенству частоты резонанса средней частоте уп-
равляющего сигнала.

Это положение необходимо всегда учитывать при использова-
нии линейных частотно-модулированных сигналов.

Желанием поднять уровень высокочастотных управляющих ре-
гистрируемых волн и обосновывается применение нелинейных
сигналов, которые позволяют или компенсировать в определен-
ной степени поглощение волн, или повысить их интенсивность в
требуемой полосе частот. Эффективность применения нелинейных
сигналов определяется уровнем ослабления волн, который зави-
сит от глубины залегания отражающих горизонтов, строения
и состава покрывающих их пород.

К настоящему времени накоплен значительный опыт проведе-
ния работ, который позволяет сформулировать основные положе-
ния по выбору частотных параметров управляющих сигналов.

Наименьшая частота управляющего сигнала /т.п выбирается
выше собственной частоты применяемых сейсмоприемников не ме-
нее чем на 1-2 Гц для того, чтобы не генерировать волны,
которые будут ими ослабляться, и чтобы исключить значитель-
ные фазовые искажения колебаний, которые возникают в области
частоты резонанса. На этой частоте должны достаточно ста-
бильно и устойчиво работать вибраторы и уровень возбуждаемых
ими низкоскоростных поверхностных волн не должен быть чрез-
мерным. Одновременное выполнение этих требований не всегда
оказывается возможным. Поэтому в каждом конкретном случае,
исходя из характера волновой картины и спектров полезных и
мешающих волн, принимаются решения о выборе минимальной час-
тоты управляющего сигнала. Например, при интенсивных поверх-
ностных волнах целесообразно несколько увеличить минимальную
частоту сигналов для ослабления помех. Напротив, при развед-
ке глубоких границ раздела, отраженные волны от которых обо-
гащены низкочастотными составляющими, приходится уменьшать
частоту сигнала, добиваясь необходимого ослабления низкочас-
тотных помех другими методическими приемами.

Наибольшая частота управляющего сигнала /тах должна быть
ниже среза антиэляйсингового фильтра сейсмостанции, опреде-
ляемого интервалом дискретизации 62,5 Гц при = 4 мс,
125 Гц при = 2 мс и т.д., и обеспечивать необходимую
полосу частот управляющего сигнала (желательно 2-2,5 октавы)
для получения достаточно разрешенных записей на коррелограм-
мах. Выполнение последнего условия также связано с опре-
деленными трудностями. Поэтому в отдельных случаях при-
ходится идти на некоторое уменьшение полосы частот управ-
ляющего сигнала. Параметры управляющих сигналов могут быть
выбраны, если задана или определена требуемая разрешающая
способность сейсморазведки. На основании известного соот-
ношения, связывающего разрешающую способность и видимую,
среднюю частоту отраженной волны, можно записать [10, 13]
Др •= Уср/2у,	(4.2)

где Уф - средняя скорость до отражающей границы; у - разре-
шающая способность.

Применительно к вибрационной сейсморазведке /ср может
быть приравнена к средней частоте ЛЧМ-сигнала. Если принята
октавность (к) управляющего сигнала, то из выражения (4.2)
могут быть получены начальная и конечные частоты управляюще-
го сигнала:

е . = 2/св _---уСР

1+к	у(1+Л)

и

{	_ 2/Ср =_____Уср__

1 + 1/1:	у(1 + 1/А>-

Практикой вибрационной сейсморазведки предложено также
несколько полевых способов определения параметров управляю-
щих сигналов, базирующихся на выполнении определенного цикла
опытных работ и анализе полученных результатов. На первом
этапе применения вибрационной сейсморазведки широкое приме-
нение получили способы, основанные на переборе минимальных и
максимальных значений частот управляющего сигнала. При этом
остальные два параметра оставались постоянными. Проводилась,
КДх правило, визуальная оценка полученных материалов и выби-
ралась полоса частот, в пределах которой получен предпочти-
тельный материал. Определенное распространение получил спо-
соб узкополосных посылок, при котором в среду посылаются се-
рии сигналов с меняющимися средними частотами, для которых
Д/7/ср = 0,15-0,2. На коррелограммах выделяются одноименные
волны, определяются их истинные амплитуды, по которым стро-
ятся амплитудно-частотные характеристики и выбирается рабо-
чий диапазон частот в тех пределах, в которых отраженные
Шолны имеют достаточную интенсивность. Отметим, что узкопо-
лосные коррелограммы трудны для обработки из-за их очень
низкой разрешенности и высокого уровня корреляционного фона.

Изложенные подходы к выбору частотного диапазона управ-
ляющих сигналов обладают тем недостатком, что они не учиты-
вают особенностей вибрационной сейсморазведки и возможности
насыщения разреза волнами требуемого частотного состава. Они
могут рассматриваться как способы анализа волновой картины и
определения тех частот, которые требуют усиления. Более
предпочтительным представляется способ обоснования парамет-
ров управляющих сигналов, основанный на излучении предельно
возможной широкополосной посылки и последующей корреляции
принятых колебаний с управляющими сигналами, имеющими раз-
личные начальные и конечные частоты, но первоначальную ско-
рость изменения частоты. Исходя из теоретических предпосылок
и результатов экспериментальных работ, можно сказать, что
эта операция практически идентична перебору узкополосных
управляющих сигналов, но более экономична по времени и полу-
чению результатов. На коррелограммах выделяются целевые, от-
раженные волны и производится оценка их уровня в пределах
полосы частот широкополосного сигнала, т.е. усредненных
амплитудных спектров отраженных волн [25], которые можно
также рассматривать как амплитудно-частотные характеристики
среды и системы вибратор - грунт. По этим данным выбирается
рабочая полоса частот, исходя из требуемых вертикальной раз-
решенное™ записей, глубины разведки и условий ее проведе-
ния.

Если анализ выполнять на различных удалениях от вибрато-
ров, то можно определить искажения спектрального состава
волн, которые имели место при передаче нагрузок, при распро-
странении и регистрации волн. На основании обобщения всех
полученных материалов принимается решение о типе используе-
мого управляющего сигнала (линейный или нелинейный). Линей-
ные сигналы чаще всего применяют в тех случаях, когда объек-
тами разведки являются глубокие горизонты, волны от которых
имеют низкочастотный состав, когда работы ведутся в относи-
тельно простых сейсмогеологических условиях и когда доста-
точны управляющие сигналы с небольшим частотным диапазоном
(до 50-55 Гц). Тем не менее и в этих условиях обосновано
применение нелинейных сигналов, которые позволяют получить
более информативные результаты. В подавляющем числе случаев
нелинейные управляющие сигналы используют, когда необходимо
расширить частотный диапазон регистрируемых волн и повысить
разрешенность записей. Параметры НЛЧМ-сигналов выбираются на
основе нахождения разумного соответствия между стремлением к
достижению максимальной разрешенное™ волн, требуемой глуби-
ной разведки и приемлемыми отношениями сигнал/помеха.

Подход к выбору параметров нелинейных сигналов весьма
прост. Определенные по результатам опытных работ амплитудно-
частотные характеристики волн в достаточно широких временных
и частотных окнах позволяют рассчитать спектр нелинейного
управляющего сигнала, который наилучшим образом компенсирует
частотные искажения зарегистрированных волн. Спектр такого
сигнала должен выбираться обратным по отношению к амплитуд-
но-частотным характеристикам волн, т.е. находят отношения
максимумов спектров к их уровню в заданных полосах частот.
Полученные величины характеризуют требуемый подъем частот,
что показано на рис. 51. В практической работе не следует
стремиться к выбору управляющих сигналов, амплитудные спект-
ры которых в точности соответствовали бы величинам, обратным
амплитудно-частотным характеристикам волн. Это обусловлено
изменчивостью спектров волн, затуханием высокочастотных сос-
тавляющих колебаний и другими причинами. Если требуемый
216
рис. 51. Схема выбора параметров
НУ «инейкого управляющего сигнала

подъем частот сравнительно невелик (до 3-5 раз), то он реа-
лен. Если необходимый подъем частот больше, то можно рассчи-
тывать лишь на частичную компенсацию поглощения из-за значи-
тельного ослабления высокочастотных составляющих волн и не-
возможности насыщения разреза волнами требуемого частотного
состава в силу технических трудностей (слишком большие по
времени сигналы, неустойчивая работа вибраторов, чрезмерный
расход магнитной ленты и др.). В этих условиях достаточно
стремиться к тому, чтобы для серии волн отношение
сигнал/помеха стремилось к постоянной величине р (/)-*• сопз1,
при которой появляется возможность восстановления частотных
составляющих колебаний применением обратной фильтрации на
этапе обработки данных [25]. При этом необходимо учитывать
уровень микросейсм и других помех в полосе частот управляю-
щего сигнала.

Очень часто спектры зарегистрированных волн могут быть
рассчитаны лишь в небольших временных интервалах. В этих
случаях оценка уровня поглощения волн может быть выполнена
по отношению средней частоты исходного управляющего сигнала
к частоте максимума АЧХ волны. Эти отношения также характе-
ризуют необходимый подъем частот. Вид нелинейного сигнала
выбирают исходя из технических возможностей имеющегося обо-
рудования. На первых этапах применения нелинейных разверток
применялись комбинированные сигналы, которые не требовали
специального оборудования. Им на смену пришли функциональные
и сегментные нелинейные сигналы, требующие специальных более
сложных систем управления и контроля за работой вибраторов.
Следует отметить, что для обоснованного выбора параметров
нелинейных сигналов необходима соответствующая обработка ма-
териалов на вычислительном центре. Проведение ее на стацио-
нарных вычислительных центрах потребует значительного време-
ни, что задержит проведение полевых работ. Поэтому целесооб-
разно иметь в вибрационных сейсмических партиях полевые вы-
числительные центры или устройства для текущего анализа и
необходимой первичной обработки получаемых материалов. Это
позволит оптимизировать методику проведения полевых работ с
учетом решаемых задач и сейсмогеологических условий в районе
съемки, сэкономит время на обработку материалов и в конечном
счете приведет к повышению эффективности вибрационной
сейсморазведки. Целесообразно, чтобы каждая сейсмопартия или
группа рядом расположенных сейсмических отрядов имела бы об-
рабатывающий центр. Кроме того, на этом центре может быть
выполнена корреляция исходных данных, что позволит направ-
лять в центр обработки материалов прокоррелированные записи
и приведет к экономии времени, материалов и т.д.

Наряду с полевыми способами обоснования и выбора частот-
ных параметров управляющих сигналов предложены более углуб-
ленные способы решения этой задачи, базирующиеся на анализе
геолого-геофизических данных, построении синтетических трасс
и проведении опытных работ. Один из них получил название
"адаптируемая вибрационная сейсморазведка” и изложен в под-
разд. 4.9.

Важным параметром управляющих сигналов является их дли-
тельность. Вместе со средней частотой они определяют коли-
чество посылаемой в среду энергии, а следовательно, интен-
сивность волн, глубину разведки и помехоустойчивость по от-
ношению к фону микросейсм. Ограничением длительности являют-
ся: стремление к повышению производительности работ, техни-
ческие возможности и допустимые объемы данных, которые могут
быть восприняты накопителями с сейсмостанции и обрабатываю-
щими ЭВМ. В большинстве случаев длительность сигналов не
превышает 20-30 с. Она выбирается на основании опытных ра-
бот, по материалам которых строят зависимости амплитуд ре-
гистрируемых волн от протяженности развертки. Теоретически
зависимость должна быть прямолинейной. Однако в реальных ус-
ловиях (отклонения в синхронности срабатывания вибратора,
неидентичность условий возбуждения и др.) рост амплитуд волн
может замедляться с увеличением времени излучения сигналов и
зависимость приобретает криволинейный характер. В этих слу4
чаях длительность управляющих сигналов выбирают в пределах
линейной или самого начала нелинейной части кривой А = /(Г).

В последнее время наметилась определенная тенденция в
применении коротких управляющих сигналов длительностью до
1-1,5 с. Обусловлено это стремлением снизить уровень корре-
ляционных помех в интервале времен регистрации целевых волн.
Длительность корреляционной функции равняется удвоенной про-
тяженности управляющего сигнала. Поэтому для сигналов дли-
тельностью до 20 с их корреляционные функции полностью пере-
крывают времена регистрации целевых отраженных волн, что ес-
тественно затрудняет их выделение на фоне помех. Для корот-
ких сигналов этот интервал существенно меньше и может быть
меньше времен прихода отраженных волн от глубоких горизон-
тов, которые имеют минимальную интенсивность. Для компенса-
ции потерь энергии применяют синхронное накопление воздей-
ствий, очень часто по законам дополнительных последователь-
ностей, что позволяет ослабить корреляционные шумы. Напри-
мер, можно использовать последовательности коротких сигна-
дов, полярности которых распределяются следующим разом: в
первой серии +,	- и во второй +, +,	+. Тогда при

суммировании прокоррелированных сигналов от каждой серии бу-
дет получен результат, равный сложению восьми посылок, но с
уменьшенным уровнем корреляционных помех. Возможно увеличе-
ние числа сигналов в каждой серии по закону присоединения
дополнительных последовательностей.

При выборе длительности управляющих сигналов необходимо
также учитывать направление изменения частоты. Ранее было
показано, что при использовании управляющих сигналов с
уменьшением во времени частоты образуются помехи-спутники
в области положительных временных сдвигов на коррелограммах.
Поэтому они могут превалировать на фоне малоинтенсивных от-
раженных волн от глубоких горизонтов. Во избежание этого
приходится идти на увеличение длительности управляющих сиг-
ралов с тем, чтобы эти помехи прослеживались за пределами
областей регистрации целевых отраженных волн.

В практике вибрационной сейсморазведки основное примене-
ние получили управляющие сигналы постоянной амплитуды, хотя
ее модуляция позволяет расширить спектр возбуждаемых колеба-
ний за счет появления комбинационных частот и увеличения ин-
тенсивности колебаний в выбранной полосе частот. Опробование
сигналов с модуляцией амплитуд дали положительные результа-
ты, однако из-за необходимости снижения уровня возбуждаемых
колебаний этот способ не получает практического применения.
И только в одном случае приходится идти на изменение ампли-
туды управляющего сигнала. Это делается в начале и конце из-
лучения, чтобы снизить уровень корреляционных помех.

При виброимпульсном возбуждении параметры кодоимпульсных
последовательностей (частота следования импульсов и длитель-
ность посылки или число импульсов в ней) выбираются исходя
из необходимости обеспечения минимального уровня корреля-
ционных шумов и требуемого отношения сигнал/помеха. Измене-
ние частоты следования импульсов практически не влияет на
спектральные характеристики возбуждаемых и регистрируемых
волн. Как отмечалось ранее, особенностью корреляционных
функций кодовых последовательностей с линейным изменением
частоты является наличие областей с аномально высоким уров-
нем корреляционных помех. Начало этих зон определяется соот-
ношением [24]

'и - 7’/т1п(С-1)/(/тах-/т,п),	(4.3)

ВДе С - кратность частот совмещаемых интервалов между им-
пульсами, которая для большинства случаев может быть принята
равной 2; Т - длительность кодовой последовательности.

Из выражения (4.3) следует, что время /н зависит от дли-
тельности кодовой последовательности, начальной частоты и
Разности частот. Подбором этих значений можно обеспечить
возникновение повышенных корреляционных помех на времс-
нах, превышающих времена прослеживания целевых отраженных
волн.

Выбор оптимальных кодовых последовательностей, имеющих
минимальные корреляционные помехи, производился на основании
расчета и анализа функций взаимной корреляции, полученных на
основе корреляции распределения последовательности импульсов
с модельным сигналом, полученным путем свертки функции кода
с заданным по форме начальным импульсом волны [24]. По ре-
зультатам моделирования установлено следующее.

1.	Нижняя частота посылки не должна быть менее 10 Гц.

2.	Максимальная частота определяется возможностями источ-
ника и не превышает 35-45 Гц. Не следует применять очень уз-
кополосные развертки с отношением /т»х//тт < 2.

3.	Длительность посылки рекомендуется выбирать не менее
6-9 с, что обеспечит величину 4 > 2 с и уровень корреля-
ционных шумов на временах I < („ равный 30-35 дБ. При этих
параметрах число импульсов в посылке Ш > 130, что позволит
получить выигрыш по отношению к нерегулярным помехам р >.

V 13(5' = 11-12. Если это окажется недостаточным, то необхо-
димо применить синхронное накопление воздействий.

Уровень корреляционных шумов может быть уменьшен, если в
процессе синхронного накопления последовательностей изменять
их параметры. Записи, полученные от каждой последовательнос-
ти на пункте возбуждения, сначала коррелируются с соответ-
ствующим кодом распределения импульсов, а затем вычисленные
ВФК складываются, образуя конечную коррелограмму. Способ был
опробован на моделях и показал возможность снижения уровня
корреляционных шумов [24]. Однако его практическая реализа-
ция требует специального оборудования, расхода материалов
и тщательного проведения работ.

Дополнительные кодовые последовательности пока широкого
применения не получили. В перспективе их развития отметим,
что они определяются одним параметром - числом импульсов в
каждой серии, которое всегда четное. Оно выбирается исходя
из необходимости достижения максимально возможного отноше-
ния сигнал/помеха и возможностей аппаратуры. В тех работах,
которые были выполнены, число импульсов составляло 128 в
каждой серии. Частота следования постоянна и зависит от ис-
точника. Как правило, она не превышает 10-20 Гц. При работах
с дополнительными последовательностями важно обеспечить пол-
ную амплитудную идентичность положительных и отрицательных
импульсов, а также порядок их следования. Опыт показал, что
сбои в аппаратуре и отклонения амплитуд импульсов при водят к
значительному возрастанию фона помех и снижению качества ре-
зультирующих материалов.
4.4.	ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

Ц НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКЕ

Интерференционные системы вследствие поверхностного воз-
буждения колебаний и относительно высокого уровня помех иг-
рают в невзрывной сейсморазведке исключительную роль. Поэто-
му выбору и обоснованию параметров интерференционных систем
должно уделяться большое внимание. Теория группирования ос-
вещена достаточно полно в технической литературе и при
заданных параметрах волн-помех по таблицам, графикам и спе-
циальным программам всегда можно определить оптимальные
характеристики интерференционных систем [13, 39]. В вибра-
ционной сейсморазведке имеются определенные особенности в
применении интерференционных систем. Они заключаются в сле-
дующем:

квазигармоническое возбуждение колебаний позволяет без
ограничений пользоваться характеристиками направленности
группирования, рассчитанными для гармонических колебаний;

при выборе размеров без групп следует проверять их на
возможность подавления полезных волн в верхней части изучае-
мого диапазона частот, что может привести к недопустимому
ослаблению и без того слабых высокочастотных составляющих
отраженных волн, поэтому не следует применять особо протя-
женные базы;

расстояния между сейсмоприемниками в группах должны выби-
раться меньше тех, при которых могут возникать искажения вы-
сокочастотных составляющих отраженных волн за счет проявле-
ния зеркальных эффектов;

возможна инверсия фазы возбуждаемых колебаний, что позво-
ляет достаточно просто реализовать ненуль-фазовые интерфе-
ренционные системы.

Параметры интерференционных систем могут быть определены
по следующим простым формулам [52]:

& ж Аукти//т1П,

расстояние между элементами в группе

“ Уктш/(/тт+Утах)

число элементов в группе

и - Д/х+1,

Ше уктах, Уктт - максимальная и минимальная кажущиеся СКО-
РОСТИ волн-помех; /т1П, /т„ - минимальная и максимальная
частоты волн-помех или управляющего сигнала; А - коэффици-
ент, равный единице при равномерных группах и 1,5 - при
треугольных.

Определенные таким образом параметры группы обеспечивают
попадание спектральных составляющих волн-помех в полосу не-
пРОпускания характеристики направленности. При этом полезные
волны с минимальными кажущимися скоростями и максимальными
частотами должны располагаться в пределах основного максиму-
ма характеристики направленности на уровне не ниже чем 0,7.
Для определения допустимой величины оазы группы можно поль-
зоваться следующим соотношением или соответствующими палет-
ками:

2
п < укотр = Уср * набл
8 2х/тжх 2х/тжх ’

где Укогр - минимальная кажущаяся скорость отраженной волны;
Уср - средняя скорость до отражающейся поверхности; /н»бл и
х - время регистрации отраженной волны и максимальное рас-
стояние от пункта возбуждения.

Из значений О и принимается минимальное.

Пример. Предположим, что вибратор работает в полосе частот 20-
120 Гц, поверхностные волны имеют кажущиеся скорости 0,3 км/с Ук
6 1 км/с. Минимальная кажущаяся скорость отраженной волны Уютр ” 20
км/с. В соответствии с приведенными формулами равномерная группа сейсмо-
приемников для ослабления поверхностных волн должна иметь параметры

-	1000/20 - 50, Дх - 300/140 - 2 (м), п - 26,

-	20 000/480 = 42 <м), И > О

&	8

и база группы выбирается равной 42 м. При ее реализации целесообразно
несколько уменьшить шаг между сейсмоприемниками.

Повсеместно в невзрывной сейсморазведке применяют значи-
тельное число сейсмоприемников в группе (п 15-20) с не-
большим расстоянием между ними, что необходимо для подавле-
ния регулярных волн с низкими кажущимися скоростями и нере-
гулярных шумовых помех, а также усреднения условий приема
колебаний. В практике работ наибольшее распространение полу-
чили равномерные группы сейсмоприемников, параметры которых
рассчитывают на ослабление волн-помех с небольшими кажущими-
ся скоростями у» < 300-400 м/с. Чаще всего применяют линейно
ориентированные группы с расстояниями между сейсмоприемника-
ми 2,5-3,5 м и базами до 60-80 м, что обеспечивает ослабле-
ние поверхностных волн во всей полосе наблюдаемых частот и
исключает появление вертикальных помех. При необходимости
группирования большого числа приборов, в частности вслед-
ствие сильного фона микросейсм и боковых волн, применяют
площадные группы разнообразной конфигурации, в том числе
составленные из параллельных рядов линейных групп со сдвигом
одного ряда относительно другого на расстояние уДх, опреде-
ляемое или удобствами организации расстановки, или необходи-
мостью подавления волны-помехи с к = угхтт. При числе при-
боров в группах больше 10-12 используют, как правило, их па-
раллельно-последовательное соединение.

Треугольные группы широкого применения не получили из-за
трудности их реализации и требуемого повышенного числа сейс-
222
моприемников. В этой связи несомненный интерес представляют
аппаратурные разработки, реализующие различные схемы комби-
нированного группирования и позволяющие использовать один
еейсмоприемник в нескольких группах с треугольным или коло-
колообразным распределением чувствительности при минимальных
взаимных влияниях.

Для дополнительного усиления полезных колебаний и ослаб-
ления регулярных волн-помех применяют группирование источни-
ков колебаний, параметры которых рассчитывают на подавление
волн с > 1000-1500 м/с. Широко используют равномерные и
неравномерные группы с расстояниями между точками возбужде-
ния 10-20 м и базами, чаще всего равными базам групп
сейсмоприемников. Для уменьшения расстояний между точками
возбуждений в группах необходимы специальные приемы, так как
длина источника равна 8-9 м. В невзрывной сейсморазведке
весьма просто реализуются составные интерференционные систе-
мы, у которых приемники колебаний образуют равномерные, а
источники - треугольные группы. Выше отмечалось, что такие
системы могут обеспечить ослабление волн-помех до 40 дБ, что
весьма важно, учитывая высокий уровень поверхностных волн.

Практическая реализация разночувствительных групп источ-
ников колебаний зависит от числа одновременно работающих на
профиле установок. При проведении работ с одним источником в
каждой точке группы выполняется различное количество посылок
в соответствии с принятой схемой группирования, которые на-
капливаются в сейсмостанции. При использовании нескольких
излучателей возможны более технологичные схемы наблюдений,
позволяющие сократить время отработки физической точки и по-
высить качество получаемых материалов. Группы источников мо-
1ут быть и многопозиционными. Однопозиционная группа - та-
кая, при которой вибраторы размещены на всей базе интерфе-
ренционной системы и отработка пункта возбуждения произво-
дится при неизменном их положении. Многопозиционная группа -
такая, при которой источники перемещаются в пределах базы
интерференционной системы в процессе отработки физической
точки. Последние группы предпочтительней, так как они позво-
ляют создать более эффективные системы с неравномерным рас-
пределением чувствительности и небольшими расстояниями между
точками возбуждения при ограниченном числе источников. Мно-
гопозиционное группирование получило еще название "динами-
ческий режим группирования” [7]. Особенностью его является
го, что по мере отработки физической точки увеличивается ба-
за группирования и, следовательно, изменяется характеристика
направленности [7], т.е. для каждой из исследуемых границ
может быть подработана своя группа источников, а в целом -
Достигнута максимально возможная помехоустойчивость интерфе-
ренционной системы, которая необходима для выделения волн
от самых глубоких разведуемых границ раздела.

Динамический режим группирования позволяет оптимизировать
параметры групп источников с учетом кажущихся скоростей и
частот отраженных волн и регулярных помех. Следовательно,
регистрируя на магнитную ленту записи с базами групп источ-
ников, меняющимися от минимальных до максимальных, можно по-
лучить серию сейсмограмм, каждой из которых будет соответ-
ствовать своя характеристика направленности интерференцион-
ной системы. Конечная сейсмограмма будет получена при неод-
нородной, трапецеидальной группе источников и будет иметь
значительную область подавления волн. Практическая реализа-
ция таких групп с отечественными источниками затруднена из-
за необходимости многократных включений и выключений коробки
передач транспортного средства. Для линейных групп источни-
ков с равномерным распределением чувствительности число от-
рабатываемых позиций Р определяется из равенства

Р “ Лнкт/№

где «нит - рассчитанное количество элементов интерференцион-
ной системы на базе В; - количество группируемых источни-
ков.

В случае линейных систем с неравномерным распределением
чувствительности число позиций определяется из равенства

р   Пинг - (Д' - Д А / (I)
ьыа

где <1 - расстояние (шаг) между элементами интерференционной
системы на базе В, необходимое для получения заданного отно-
шения сигнал/регулярная помеха; Ь - сдвиг (шаг) между пози-
циями, кратный (1.

Расстояние между источниками и сдвиг между их позициями
выбирают исходя из необходимости ослабления волн с небольши-
ми длинами волн, а общая база групп - с наибольшими. При
этом целевые отраженные волны не должны попадать в полосу
непропускания группы и ею ослабляться.

Вышеприведенное выражение для определения числа позиций
пригодно и для описания многопозиционных методик с площадны-
ми группами, но в этом случае под М следует понимать число
проекций источников на линию профиля при одной позиции.

Количество воздействий на каждой позиции находят из ра-
венства

по = п (М)!Р,

р опт ’

где Попт(А0 - выбранное оптимальное количество накоплений на
каждом пункте возбуждения, зависящее от числа одновременно
работающих установок и уровня нерегулярных помех.

Многопозиционные интерференционные системы находят вес
большее распространение и успешно применяются в ряде органи-
заций, обеспечивая получение лучших по качеству материалов.

Для удобства обозначения параметров групп источников по-
следние представляют кодами, состоящими из пяти цифр:

224
первая цифра - количество источников ЛГ;

вторая, третья цифры - число накопления п;

четвертая цифра - число позиций Р;

пятая цифра - коэффициент # - ЬЫЛ, где й - рассчитанное
расстояние между источниками на базе В, необходимое для
получения заданного отношения сигнал/регулярная помеха, ДЬ -
исходное расстояние между источниками в группе, определен-
ное с учетом Л, Р, АГ.

Например, код 51222 соответствует равномерной группе из
пяти вибраторов, работающих с 12 накоплениями, код 40431 от-
вечает неоднородной группе из четырех вибраторов.

База интерференционной системы источников В в принятых
обозначениях описывается зависимостью В = ДЛ[</(п-1)+(и-1)].
Степень ослабления регулярных волн-помех интерференционными
системами определяется уровнем характеристики направленности
в полосе непропускания. Особенностью волновых полей в не-
взрывной сейсморазведке является то, что помехи характери-
зуются широким диапазоном кажущихся длин волн. В этих усло-
виях можно говорить лишь об усредненном их подавлении, так
как невозможно рассчитать такие группы, которые обеспечили
бы полное подавление всех компонент волн-помех. Исключение
может быть достигнуто при работах на моночастотах, когда все
волны, включая и помехи, будут иметь одну частоту. В этом
случае реален расчет группы, обеспечивающей очень небольшой
уровень помех на выходе.

Оценки степени подавления помех показали, что однородные
группы позволяют ослабить помехи до 14-15 дБ, а неоднородные
до - 22-25 дБ, что при числе группируемых элементов п. > 10
их количество практически не влияет на величину ослабления
регулярных помех. Одновременное группирование источников и
приемников колебаний позволяет довести эффект уменьшения
уровня нежелаемых колебаний до 35-40 дБ.

В реальных условиях эффективность подавления регулярных
помех интерференционными системами ограничивается рядом не-
предвиденных факторов, полный учет которых практически не-
возможен. Это - изменение поверхностных условий и рельефа
местности, неточная установка сейсмоприемников и источников
по профилю и их амплитудная и фазовая неидентичности и др.
Вследствие этих причин реальный уровень подавления помех
меньше теоретического, что необходимо учитывать в практичес-
кой работе [58]. Тем не менее группирование всегда целесооб-
разно, и оно практически повсеместно применяется в невзрыв-
ной сейсморазведке. Исключение составляют лишь работы по
картированию мелких горизонтов. Стремление повысить степень
подавления волн-помех привело к разработке интерференционных
систем с нёнуль-фазовыми характеристиками [28]. Под ними по-
нимаются группы источников или приемников колебаний, состо-
ите из элементов равной полярности, что делает характеристи-
ку направленности системы более избирательной и позволяет
изменять фазовые спектры фильтруемых колебаний. Применитель-
но к линейным интерференционным системам разработан и опро-
бован способ линейно комбинированного группирования, содер-
жащий две группы элементов. Их характеристики направленности
рассчитывают таким образом, чтобы они были одинаковыми для
полезных сигналов и противоположными для волн-помех. При
фильтрации колебаний такими группами первые будут усиливать-
ся, а вторые - взаимно погашаться. Практическая реализация
таких систем может быть различной:

группа сейсмоприемников, у которых как минимум два прибо-
ра включены в обратной полярности;

гоуппа вибраторов, два из которых имеют сдвиг фаз на
180 ;

группа вибраторов, у «^сти из которых в процессе накопле-
ния меняется фаза на 180 ;

лабораторное суммирование колебаний с различной поляр-
ностью, в том числе и при получении разрезов ОГТ.

Уровень подавления отдельных составляющих помех может до-
стигать 40-70 дБ, и он зависит от изменения параметров филь-
труемых колебаний, обусловленных различными сейсмическими и
технологическими факторами. Широкого применения ненуль-
фазовые интерференционные системы пока не получили из-за
сложности их практической реализации. Но при использовании
многоканальных телеметрических систем и переходе на прием
колебаний одиночными и близкорасположенными сейсмоприемника-
ми они могут найти применение на стадии обработки материа-
лов.

4.5.	СИНХРОННОЕ НАКОПЛЕНИЕ КОЛЕБАНИЙ

Синхронное накопление колебаний очень широко применяется
в наземной невзрывной сейсморазведке с целью ослабления не-
регулярных помех. Регистрирующая аппаратура позволяет прово-
дить достаточно большое число накоплений, однако на практике
оно редко превышает 8-16 из-за достаточно быстрого снижения
эффекта накапливания с ростом их числа и значительных затрат
времени, особенно при вибрационном возбуждении. Поэтому на
практике при небольшом уровне помех стремятся уменьшать чис-
ло накоплений. При работе в режиме накопления колебаний осо-
бое внимание следует уделять идентичной, синхронной работе
источников. Обусловлено это тем, что при наличии фазовых и
амплитудных расхождений вся система начинает работать как
низкочастотный фильтр, уменьшая интенсивность высокочастот-
ных составляющих в спектре отраженных волн, что имеет особое
значение в связи со стремлением обеспечить неискаженную ре-
гистрацию высокочастотных составляющих волн. Эти вопросы
рассмотрены в работе [24]. На основе моделирования показано,
что идентичность суммируемых компонент приводит к частотным
искажениям волн на се смограммах и коррелограммах и ограни-
чению их по частоте. Зависимость между спектрами единичного
и суммарного сигналов определяется соотношением

п

рф - Е Аехр(-27г//7Ю,
Л-1

(4.4)

где / - частота колебаний; Л/ - временной разброс между сум-
мируемыми сигналами; п. - число сигналов; Ак - амплитуда сиг-

налов.

Выражение (4.4) можно рассматривать как амплитудно-
частотную характеристику суммирования. На рис. 52 приведены

некоторые из них, рассчитанные для следующих входных пара-
метров: среднеквадратичное отклонение разброса времен при
суммировании <гД/ = 1, 2, 3, 4, 5, 6 и 7 мс и изменение ам-
плитуд сигналов от А. = сопя! до А,/А, = 0,6. Анализ полу-

ченных кривых показывает, что при одинаковых амплитудах сум-
мируемых сигналов увеличение разброса по времени приводит к
сужению полосы пропускания фильтра, которое по уровню 0,7 от
максимума характеризуется величинами

О*Д^. мс..................... 2	3	4	5	6	7

Частоты, Гц ............. 70-76	46-53	35-41	28-30	22-26	19-21

Наличие временных сдвигов между суммируемыми колебаниями
приводит также к искажению формы импульсов на сейсмограммах
и коррелограммах.

Из результатов моделирования следует, что если суммируе-
мые колебания имеют одинаковую амплитуду, но сдвинуты по
времени, то интенсивность основного (центрального) максимума
и его частота уменьшаются:

мс........	1	2 з 4	5	7

Изменение амплиту-

ды, во сколько раз 1,02-1,03	1,13-1,18	1,4-1,27

1,05-1,08	1,20-1,27	’ 2,07-2,14

Изменение частоты,
ГЦ.............. 1-2	6-7	8-9

При этом наибольшие искажения формы колебаний наблюдаются
при сложении двух сигналов (группирование двух источников).

Таким образом, амплитудная и временная неидентичность
складываемых колебаний приводят к их искажениям, следствием
которых являются снижение уровня высокочастотных составляю-
щих волн и усложнение их формы. Поэтому стремление обеспе-
чить возбуждение и регистрацию волн в области высоких частот
Должно быть подкреплено техническим состоянием оборудования
и аппаратуры и соответствующим методическим уровнем работ
(размеры баз, идентичность условий возбуждения и приема ко-
лебаний и т.д.).

15*

227
Рис. 52. Амплитудно-частотные характеристики суммирования при различных
временных сдвигах и амплитудах колебаний:

а " п “ 2, Л1 - Аг; б - п - 2, А\1Аг — 0,7; в - п - 4, Ак — сопз(; г -
- и _ 4, Ак/Атах — 0,6; д - п — 8, Ах - сопМ. Шифр кривых-<тД?к, мс.

Важным фактором, влияющим на эффективность синхронного
накопления колебаний, является уровень нерегулярных помех.
Очень часто, особенно при вибрационном возбуждении^интенсив-
ность помех может сильно меняться во время проведения наблю-
дений. Не исключено возникновение так называемых ураганных
импульсных помех, характеризующихся очень большой интенсив-
ностью и сравнительно малыми временами действия. Это застав-
ляет применять специальные устройства и приемы для ослабле-
ния этих помех, которые предусматривают: обнуление участков
записей, у которых уровень сигналов превышает их нормальные
значения или заданный порог; ограничение амплитуд волн, пре-
228

вышающих установленные значения. Ьолынинство современных ре-
гистрирующих систем имеют редакторы шумовых и ураганных по-
мех. Весьма эффективным является равновесное суммирование,
которое позволяет ослабить требования к амплитудной идентич-
ности слагаемых и обеспечивает их практическое равенство.
Оно реализуется путем умножения каждой выборки на коэффици-
ент, обратно пропорциональный средней интенсивности трассы.
К сожалению, отечественные станции пока не оснащены устрой-
ствами для реализации разновесного суммирования данных.

4.6.	СИСТЕМЫ НАБЛЮДЕНИЙ

В наземной невзрывной сейсморазведке получили применение
многократные (24, 48 и более) системы наблюдений ОГТ. Крат-
ность наблюдений, расстояния между пунктами возбуждения при-
ема колебаний, наибольшая длина ветви годографов и другие
параметры системы определяются задачами работ, глубиной раз-
реза и сейсмогеологическими условиями в районе исследований.
Необходимо иметь в виду, что системы повышенной кратности
предпочтительны в невзрывной сейсморазведке в связи с воз-
можностью дополнительного ослабления нерегулярных помех.
Кроме того, мобильность установок для невзрывного возбужде-
ния колебаний открывает возможности широкого использования
нестандартных систем наблюдений, проведения работ на криво-
линейных профилях, площадных наблюдений с возбуждением волн
на взаимно перпендикулярных и параллельных профилях и других
модификаций пространственной сейсморазведки, реализация ко-
торых при взрывных способах генерирования волн затруднена
или невозможна.

В связи с тем, что в области, примыкающей к пункту воз-
буждения, поверхностные волны имеют большую интенсивность,
в невзрывной сейсморазведке применяются, как правило, флан-
говые, а при работе со спаренными и 96-канальными станциями
- центральные системы наблюдений с выносными относительно
расстановки сейсмоприемников пунктами возбуждения. Величина
выноса зависит от глубин залегания разведуемых горизонтов,
областей регистрации целевых отражений и поверхностных волн
и их частотного состава. Величину выноса выбирают на основа-
нии анализа результатов зондирований по изучению полезных и
мешающих колебаний. Как правило, она составляет не менее
200-350 м, в отдельных случаях может доходить до 1000 м. При
этом следует иметь в виду, что с выносом пункта возбуждения
не удается полностью уйти от поверхностных волн и они всегда
присутствуют на исходных записях. Поэтому наряду с группиро-
ванием источников и приемников колебаний и фильтрацией коле-
баний целесообразно применение управляющих сигналов со сме-
щенным вверх диапазоном частот для дальнейшего ослабления
поверхностных волн.
Практика выбора параметров систем наблюдений многообразна
и целиком зависит от стоящих задач и сейсмогеологических ус-
ловий. Конкретные примеры для отдельных районов приведены
далее. Отметим лишь, что в районах со сложными сейсмологи-
ческими условиями и относительно низким качеством первичных
материалов приходится идти на отработку избыточных систем
наблюдений высокой кратности и уже на этапе обработки мате-
риалов выбирать оптимальные области регистрации целевых от-
ражений и выносы пунктов возбуждения колебаний относительно
расстановки сейсмоприемников. В тех случаях, когда необходи-
мо прослеживать глубокие и мелкие (I = 0,4-0,6 с) границы,
работы ведутся с минимальными (50-100 м) величинами выноса.

Заканчивая рассмотрение вопросов, связанных с выбором и
обоснованием параметров наблюдений, необходимо отметить, что
методика проведения работ с невзрывными источниками характе-
ризуется массовым применением различных накапливающих сис-
тем, направленных на повышение исходных отношений сигнал/по-
меха. Это усложняет ее и делает более громоздкой по сравне-
нию с методикой взрывной сейсморазведки. Для оценки сложнос-
ти методики предложен "коэффициент накопления” К =
= Л1' пг • пз • гц = Кг для импульсной сейсморазведки и К2 -
- для вибрационной, где щ, п2, п3 и гц - соответствен-
но число группируемых источников и приемников колебаний, ко-
личество накоплений и кратность ОГТ, ДТ7 и Г - полоса частот
и длительность управляющего сигнала. Коэффициент накопления
имеет определенный физический смысл, отражая степень ослаб-
ления нерегулярных помех и выигрыш в отношении сигнал/по-
меха, и характеризует степень сложности используемых методи-
ческих средств при проведении работ.

4.7.	ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ НЕВЗРЫВНОЙ
СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Под помехоустойчивостью наземной невзрывной сейсморазвед-
ки обычно понимают некоторое число, которое характеризует
степень относительного ослабления нерегулярных, случайных
помех и которое определяется применяемыми методическими и
техническими приемами и средствами. При оценке помехоустой-
чивости рассмотрим предельно достижимую, или по терминологии
В.А.Котельникова "потенциальную помехоустойчивость”, и реа-
лизуемую на практике. При этом будем исходить из того, что
полезные волны представлены регулярными сигналами с постоян-
ной амплитудой, а помехи - нерегулярными, случайными колеба-
ниями, амплитуды которых имеют нулевое математическое ожида-
ние и конечную величину дисперсии и среднеквадратического
отклонения <г. При этом помехи носят аддитивный по отношению
к регулярным сигналам характер. Тогда регистрируемые колеба-
ния в каждый момент времени могут быть представлены в виде
суммы полезного сигнала а. и помехи Ь:.

х. = а.+Ь-.
I I I

Для них исходные отношения сигнал/помеха

Ро - а/Ь.

При накоплении производится синхронное по отношению к ре-
гулярным волнам сложение колебаний. В результате на выходе
суммирующего устройства будем иметь накопленный сигнал

п	п

-	Ех. - па + Е Ь.,

Е 1 ‘ /-1 '

где п - число накоплений.

Отношение сигнал/помеха после накопления будет

/ п ’

рг - паЫО( Е А.),	(4.5)

п

где /)( Е А.) - дисперсия помех. Эта величина определяется
1-1 '

статическими свойствами помех. При некоррелированных помехах
дисперсия суммы равна сумме дисперсий и (4.3) преобразуется
к виду __________

/п ‘

Ру - паЫ Е Р(А).	(4.6)

/-1 ‘

Если считать, что дисперсйЯ помех одинакова, то из (4.6)
получается

-	па/т/пр = д6?р0.	(4.7)

В тех случаях, когда помехи коррелированы между собой,
выигрыш в отношении сигнал/помеха уменьшается:

Р2 = /п/(1+А)р0,	(4.8)

где А - коэффициент, пропорциональный коэффициенту корреля-
ции помех.

При некоррелированных помехах их коэффициент корреляции
равен нулю и (4.8) переходит в (4.7). В тех случаях, когда
коэффициент корреляции не равен нулю, р^ определяется корре-
ляционными свойствами помех. Соотношения (4.7) и (4.8) яв-
ляются основными для оценки помехоустойчивости всех методи-
ческих приемов, применяемых для повышения отношения
сигнал/помеха, основанных на синхронном суммировании реги-
стрируемых волн (группирование, накопление, суммирование по
232
ОГТ и др.). Из них следует, что теоретически возможно Дости-
жение любых требуемых значений Рр в том числе и » 1 при
увеличении числа накоплений. Однако реализация этих возмож-
ностей затруднена вследствие квадратичной зависимости р^ от
числа накоплений. Вследствие этого для увеличения р^ в 3 ра-
за нужно всего 9 накоплений, а в 9 раз - уже 81, что пред-
ставляет значительные практические трудности. Поэтому, как
указывалось ранее, число накоплений редко превышает 16-20, а
число группируемых элементов в интерференционных системах -
30-35.

Помехоустойчивость корреляционной обработки может быть
оценена на основе определения энергетических соотношений
между полезными и мешающими колебаниями (Ю.ПЛукашин).

Отношение сигнал/помеха на выходе коррелятора

(4.9)

где У - энергия регулярной волны; ш - спектральная плотность
мощности помех.

Энергия регулярной волны

У АгТ/2,	(4.10)

где А - амплитуда колебаний; Т - длительность управляющего
сигнала.

Спектральная плотность помех связана с их среднеквадра-
тичным значением на входе коррелятора соотношением

ь)о - <тг1&Р.	(4.11)

Подставляя (4.10) и (4.11) в (4.9), получим

Ру = -4”	= рп т/ткГ,

2.к (Г	0

где ро - исходное отношение сигнал/помеха. Это известное со-
отношение, которым широко пользуются при оценке помехоустой-
чивости корреляционного приема и при проведении работ с ви-
брационными источниками.

При кодоимпульсном возбуждении выигрыш в отношении сиг-
нал/помеха определяется несколько иным путем. При корреляции
сигналов с функцией кода коррелятор обеспечивает синфазное
сложение регулярных волн и несинфазное - случайных колеба-
ний. То есть коррелятор работает как накопитель, который
обеспечивает выигрыш в отношении сигнал/помеха, равный ’/гГ,
где п - число импульсов в последовательности. Тогда

ГДе /ср - средняя частота последовательности, определяющая
число "ударов” в единицу времени; Т - длительность посылки.
полученные оценки помехоустойчивости максимальны, так как
они определены при идеальных условиях. Фактическая помехо-
устойчивость невзрывной сейсморазведки оказывается меньшей.
Рассмотрим ее с учетом наиболее широко применяемых методи-
ческих приемов. Одновременная работа т излучателей обеспе-
чивает теоретическое увеличение интенсивности полезных сиг-
налов по отношению к уровню помех в щ раз. В реальных усло-
виях вследствие некоторого рассогласования в их работе, не-
идентичных условий возбуждения на различных грунтах и других
факторов выигрыш становится меньше теоретического*.

В1 = (0,8-0,9) п.

Группа сейсмоприемников равной чувствительности обеспечи-
вает реальный выигрыш;

В2 = 1А12/(1+А),

где п. - число группируемых элементов; Л - коэффициент, опре-
деляемый степенью коррелированности помех.

В невзрывной сейсморазведке расстояния между сейсмоприем-
никами в группах, как правило, меньше радиуса корреляции не-
регулярных помех в среднечастотной части сейсмического диа-
пазона. Вследствие этого помехи в той или иной степени кор-
релированы между собой. Выигрыш может быть оценен величи-
ной

Вг ~ (0,6-0,8)/п?.

Выигрыш при синхронном накоплении посылок оценивается
величиной

Вз —

где п3 - число накоплений.

Значения коэффициента # определяются синхронностью и
амплитудной идентичностью источников, которая зависит от
технического состояния источников и условий возбуждения ко-
лебаний. В среднем # = 0,8 и В = 0,8/гс?.

Таким образом, результирующее отношение сигнал/помеха,
определяющее фактическую помехоустойчивость регистрации ко-
лебаний, может быть оценено величиной В^. = (0,35-0,60)н1Х
хт/игиз' - для импульсной невзрывной сейсморазведки, В'^ =
= (0,35-0,60)И1 у/пгПз^РТ - для вибрационной и В'^' = (0,35-
-0,60) И1 ^пгПз/срТ - для кодоимпульсной.

Полученные соотношения позволяют оценить сравнительную
помехоустойчивость импульсного и вибрационного возбуждений.
Их отношение

Р = 77? ~П

(4.12)
1де а> и ао - амплитуды волн, возбуждаемых при одном воздей-
ствии импульсного и вибрационного излучателей соответствен-
но.

Из (4.10) следует, что при прочих равных условиях сравни-
тельная помехоустойчивость различных модификаций невзрывной
сейсморазведки определяется уровнем возбуждаемых колебаний и
параметрами управляющего сигнала.

4.8.	ОДНОВРЕМЕННАЯ РАБОТА

НЕСКОЛЬКИХ ГРУПП ВИБРАТОРОВ

Вибрационная сейсморазведка позволяет организовать такую
технологию работ, при которой волны одновременно возбуждают-
ся двумя или более разнесенными в пространстве группами виб-
раторов и принимаются одной расстановкой сейсмоприемников
[11]. Это позволяет повысить производительность работ и сок-
ратить время их выполнения, что особенно важно при простран-
ственных и скважинных наблюдениях. Необходимым условием од-
новременной работы нескольких групп вибраторов является сла-
бая корреляция возбуждаемых ими колебаний, которая может
быть достигнута в тех случаях, когда управляющие сигналы от-
личаются друг от друга направлением изменения частоты, по-
лярностью и др. Такие сигналы получили название ортогональ-
ных. Выделение волн от разных групп одновременно работающих
вибраторов производится на основе взаимной корреляции заре-
гистрированных суммарных колебаний последовательно с каждым
из управляющих сигналов. Структура прокоррелированных запи-
сей при этом сохраняется обычной и характеризуется наличием
основного и побочных корреляционных максимумов, уровень ко-
торых, однако, несколько выше, чем при стандартных работах
за счет дополнительных помех, обусловленных наличием корре-
ляционных связей между исходными ортогональными сигналами.

Рассмотрим основные положения этой технологии и результа-
ты ее опробования на моделях и в поле. Предположим, что ра-
ботают несколько групп вибраторов, управляющие сигналы кото-
рых различаются направлением развертки или полярностью. Тог-
да суммарный посылаемый в землю сигнал

п

=* Е5.(0,

Ъ 1 '

где 5.(1) - управляющий сигнал; п. - число сигналов, которое
в большинстве случаев равно 2.

На профиле сейсмоприемники зарегистрируют колебания, ко-
торые определяются известным интегральным уравнением:

а(0 - Л(0*5х(д+р«).
где Л(0 - распределение ко ициентов отражения; ♦ - знак
свертки; р(0 - помехи, не связанные с источником.

В результате взаимной корреляции принятых колебаний по-
следовать чо с ”Г и управляющими сигналами будут полу-
чены импульсные трассы

ка8 = А(0*г$ <т)+Л(0*5е(г)*(-5.(0)

I	1

и

Ла5(т) = Л(О*г$ (т)+Л(0*5х(0*(-5.(д).

/ /	1

где (т) и г$ (т) - автокорреляционные функции первого и
' /

второго управляющих сигналов.

Информационную нагрузку несут первые слагаемые, а вторые
представляют собой корреляционные шумы - помехи, уровень ко-
торых определяется корреляционными связями ортогональных уп-
равляющих сигналов. От соотношения первого и второго слагае-
мых зависит возможность раздельного выделения волн с каждого
из двух пунктов возбуждения колебаний.

Модельные исследования проводились для оценки абсолютного
и относительного уровней корреляционных помех и их зависи-
мости от длительности и частотного диапазона управляющих
сигналов. Методика расчетов была следующей. Брали два линей-
ных управляющих сигнала с развертками вверх и вниз и склады-
вали их. Затем сумма поочередно коррелировалась с каждым из
исходных сигналов и определялись: уровень основного и побоч-
ных максимумов, спектральный состав колебаний в центральной
и краевой частях автокорреляционной функции. Аналогично оце-
нивались и разнополярные управляющие сигналы. Расчеты были
выполнены для следующих сигналов:

Р = 12-56 и 56-12 Гц, длительностью 2,4 и 6 с соответ-
ственно;

Р = 12- 80 и 80-12 Гц, длительностью 2,4 и 6 с;

Р = 12-120 и 120-12 Гц, длительностью 2,4 и 6 с.

Результаты счета оказались практически идентичными для
всех опробованных управляющих сигналов. Корреляция встречных
по частоте и по полярности сигналов дает равномерный по ин-
тенсивности и плавно меняющийся по частоте сигнал без корре-
ляционного максимума. К краевым частям корреляционной функ-
ции уровень колебаний плавно уменьшается за счет скоса ис-
ходных сигналов. При корреляции суммы сигналов с одним из
них функция взаимной корреляции имеет основной максимум,
частота которого равна средней частоте исходных колебаний, а
амплитуда на 20-25 дБ выше корреляционного фона. Частота по-
бочных максимумов меняется от минимальной к максимальной в
зависимости от направления развертки опорного, принятого для
корреляции сигнала. Результаты корреляции для сигналов с
частотой 12-80 Гц и длительностью 2 с приведены на рис. 53.
Рис. 53. Результаты корреляции сигналов:

/ - сигнал (12-80) с сигналом (80-12); 2, 3 - сигнал (80-12) + (12-80) с сигналами (12-80) и (80-12)
Таблица 10

Значения амплитуд основных и корреляционных максимумов
корреляционной функции

Частота сигнала, Гц	Частота сигнала корреляции, Гц	Длитель- ность	Значение амплитуды
12-56	56-12	2	0,21 Е+11
12-56 + 56-12	12-56	2	0,10 Е+12
12-56 + 56-12	56-12	2	0,10 Е+12
Уровень фона 12-80	80-12	2	0,17 Е+11
12-80 + 80-12	12-80	2	0,99 Е+11
12-80 + 80-12	80-12	2	0,10 Е+12
Уровень фона 12-120	120-12	2	0,13 Е+11
12-120 + 120-12	12-120	2	0,99 Е+11
12-120 + 120-12	120-12	2	0,99 Е+11  0,10 Е+11
Уровень фона 12-56	56-12	4	0,31 Е+11
12-56 + 56-12	12-56 и	4	0,24 Е+12
	56-12		0,25 Е+11
Уровень фона 12-80	80-12	4	0,24 Е+11
12-80 + 80-12	12-80 и 80-12	4	0,24 Е+12
Уровень фона 12-120	120-12	4	0,19 Е+11
12-120 + 120-12	12-120 и	4	0,23 Е+12
	120-12		0,23 Е+11
Уровень фона 12-56	56-12	6	0,37 Е+11
12-56 + 56-12	12-56 и  56-12	6	0,37 Е+12

Для сигналов с другими параметрами получены аналогичные кор-
релограммы. Амплитудные значения основных максимумов и фона
помех для всех опробованных сигналов приведены в табл. 10.

Рассчитывались также и спектры корреляционных функций в
области основного максимума и по обе стороны от него в окнах
протяженностью 200 мс. Примеры спектров для трех управляющих
сигналов длительностью по 2 с приведены на рис. 54. Для сиг-
налов протяженностью 4 и 6 с спектры были аналогичными. Из
полученных расчетов следует, что в области основного макси-
мума корреляционной функции спектры имеют колоколообразную
форму с максимумом амплитуды на средней частоте управляющего
сигнала. Корреляционные шумы имеют широкий спектральный сос-
тав, занимающий практически всю полосу частот управляющего
сигнала. Эти спектры несимметричны и сдвинуты относительно
средней частоты в большую и меньшую стороны. Полученные час-
тотные характеристики помех показывают, что способы их ос-
238
Рис. 54. Спектры корреляционных функций управляющих сигналов:

1 - [(12-56) + (56-12)] х (12-80); 2 - [(12-80) + (80-12)] х (12-80); 3 -
[(12-120) + (120-12)] X (12-120) - в областях основных (а) и побочных (б)
максимумов

лабления, основанные на фильтрации каких-либо узких частот-
ных полос, мало эффективны, что подтверждается на практике.
Результаты выполненного моделирования показывают, что в ряду
линейных частотно-модулированных управляющих сигналов с пе-
рекрывающимися частотами невозможно найти такие, которые
обеспечивали бы уровень корреляционных помех по отношению к
основному максимуму меньший, чем 20-5-20 дБ. В силу этих при-
чин такая технология работ возможна при условии, что целевы-
ми являются волны в первых вступлениях МПВ, отчасти ВСП или
если в разрезе присутствуют очень резкие границы раздела,
которым соответствуют интенсивные отраженные волны.

Интенсивность перекрестных, корреляционных помех можно
снизить путем изменения полярности одной из групп управляю-
щих сигналов в процессе накопления сигналов при отработке
физической точки [11]. Предположим, что две группы вибрато-
ров одновременно излучают сигналы с развертками вверх (А) и
вниз (Б). При идентичном возбуждении суммарный сигнал

51 = А+Б.

В процессе накопления сигналов полярностью одного из них,
например Б, меняется на обратный. Тогда излучаемый сигнал

= А-Б.
Если сложим и вычтем 51 и 52, то получим исходные сигна-
лы Л и Б:

А = (51+52)/2 и Б - (51-5г)/2.

То есть в результате изменения полярности излучаемых сигна-
лов и последующих простых арифметических действий появляется
возможность разделения сигналов. Однако принтом очень важно
обеспечить амплитудную идентичность генерируемых волн.

Для оценки результатов модельных исследований были выпол-
нены полевые работы в скважинном (ВСП) и наземном (ОГТ) ва-
риантах на двух площадях в пределах восточной части Прикас-
пийской впадины. При исследованиях ВСП колебания возбужда-
лись с двух пунктов возбуждения, расположенных на разных
удалениях от устья скважины. Опробовалось два режима работы
вибраторов: однополярное возбуждение разнонаправленных по
частоте сигналов и возбуждение аналогичных сигналов, но с
изменением полярности одного из них в процессе накопления
колебаний. Наземные наблюдения выполнялись по методике широ-
кого профиля на двух параллельных линиях, обеспечивающей 24-
кратное прослеживание границы с шагом 50 м между пунктами
возбуждения. Протяженность профиля составила 14 км. Для
сравнения получаемых материалов скважинные и наземные работы
были продублированы по стандартной методике с возбуждением
колебаний последовательно с каждого пункта возбуждения.

Методика ВСП была следующей. Волны генерировались с двух
пунктов, удаленных на 100 и 500 м от устья скважины. На каж-
дом пункте возбуждения работало по два вибратора. На основа-
нии опытных работ были выбраны управляющие сигналы с пара-
метрами: диапазон частот 14-70 Гц и 70-14 Гц, длительность
8 с, накопление по 4 воздействия на точке. При работах с ор-
тогональными сигналами две группы вибраторов запускались од-
новременно и возбуждаемые колебания регистрировались сейсмо-
станцией. При работах с изменением полярности после первых
двух воздействий на одном из вибраторов менялась полярность
на обратную. Затем эта операция повторялась с изменением по-
лярности у другого вибратора. После каждых двух воздействий
информация с накопителя переписывалась на магнитную ленту
для последующей обработки материалов. Таким образом, на каж-
дой точке получалось три магнитограммы с записями колебаний
в одной и разной полярностях для каждого пункта возбуждения.
Такая последовательность работ необходима для последующего
разделения волн с каждого пункта возбуждения. Прием колеба-
ний проводился одноприборным зондом с прижимом в диапазоне
глубин от устья до 2500 м с шагом 10 м. В целом был получен
материал хорошего качества. На сейсмограммах уверенно выде-
ляются волны в первых и последующих вступлениях. Корреляция,
как указывалось ранее, выполнялась дважды, каждый раз со
своим управляющим сигналом. Обработка проводилась, в целом,
240
Рис. 55. Монтаж тржс ВСП с ортогональными управляющими
сигналами без изменения их полярности

по стандартному графу с получением монтажей трасс ВСП, спек-
тральным анализом волн и т.д.

Сравнение монтажей ВСП, полученных с ортогональными и
стандартными сигналами (рис. 55 и 56), показало следующее:
в первых вступлениях записи на обоих монтажах практически
идентичны, в области последующих вступлений волновая картина
а.

Рис. 56. Монтаж трасс ВСП, полученных по стандартной методике (а) и с
переменной полярностью, и управляющего сигнала «Я

различна за счет того, что на монтажах с ортогональными
сигналами прослеживаются весьма интенсивные оси синфазнос-
тей, обусловленные корреляционными шумами со второго пункта
возбуждения. Время появления этих ложных осей различно, но
во всех случаях они прослеживаются за первыми вступлениями.
Спектры этих волн достаточно узкополосны, и они носят ярко
выраженный резонансный характер с частотой максимума 37 и
47 Гц в зависимости от направления развертки управляющих
сигналов. На уровне 0,7 амплитуды ширина максимума равна 4-
6 Гц. Предпринималась попытка ослабить эти оси режекторным
фильтром, но значительных результатов получено не было.

Изменение полярности возбуждаемых колебаний в процессе
накопления с последующим сложением и вычитанием зарегистри-
рованных волн позволило значительно снизить фон корреляцион-
ных помех, что отчетливо видно на монтажах ВСП (рис. 56).
Однако на глубинах, меньших 1000 м, проявляется небольшой
фон помех. Он обусловлен, очевидно, некоторой неидентич-
ностью работы вибраторов и различием в амплитудах возбуждае-
мых волн. Сопоставление монтажей ВСП с ближнего и дальнего
пунктов возбуждений, полученных по стандартной методике и с
изменением полярности сигналов, показало их практически пол-
ную идентичность. Некоторые небольшие различия могут быть
242
б

вызваны целым рядом причин, в том числе направлением раз-
вертки, а также появлением помех с уменьшением частоты уп-
равляющего сигнала при сохранении его длительности.

Полученные результаты показывают возможность и целесооб-
разность проведения работ ВСП одновременно с двух пунктов
возбуждения, что при обеспечении достаточно высокого качест-
ва материалов позволяет существенно повысить производитель-
ность работ и сократить время их проведения. При этом нес-
колько усложняется методика работ, но это может быть оправ-
дано уменьшением расходов на проведение скважинных исследо-
ваний и сокращением простоя скважин.

Наземные полевые работы по опробованию ортогональных уп-
равляющих сигналов проводились по той же схеме, что и сква-
жинные исследования. Сначала опробовались просто ортогональ-
ные развертки, а затем они же, но с изменением полярности в
процессе накопления колебаний на каждой физической точке.
Колебания возбуждались двумя группами вибраторов по три в
каждой. Параметры управляющего сигнала: полоса частот 12-
60 Гц и 60-12 Гц, длительность 8 с. Небольшой объем работ
был выполнен с управляющим сигналом частотой 16-84 и 84-
16 Гц со средней частотой 50 Гц для опробования подавления
корреляционных помех режекторным фильтром на станции. На-
блюдения выполнялись по методике широкого профиля ОГТ с рас-
стоянием между пунктами возбуждения и приема 50 м, вынос
составлял 200 м, наибольшая длина ветви годографа 2550 м.
Применялось группирование источников и приемников колебаний.
Для получения сопоставимых материалов работы проводили с
одиночным возбуждением и с накапливанием материалов. Об-
работка включала раздельную корреляцию с соответствующими
управляющими сигналами, суммирование и вычитание трасс для
разделения волн с разных пунктов возбуждения и построение
временных разрезов по графу, принятому в этом регионе.

Полученные временные разрезы приведены на рис. 57. На них
выделяется серия мелких, средних и глубоких отражающих гори-
зонтов. Подсолевые горизонты прослеживаются в начальной час-
ти профиля вне зоны соляного купола, который четко устанав-
ливается по характеру поведения отражающих площадок и по от-
сутствию регулярных записей в его пределах. В целом волно-
вые картины на временных разрезах идентичны. Однако качество
материалов, надежность выделения отражений и отношения сиг-
нал/помеха несколько выше на разрезах, отработанных по стан-
дартной методике, чем с ортогональными сигналами (см. рис.
57). Не повысилось качество материалов и при использовании
режекторного фильтра, что согласуется с результатами модели-
рования. Лучшие результаты получены при использовании орто-
гональных сигналов с переменой полярности в процессе накоп-
ления. . Сопоставление соответствующих разрезов показывает,
что они практически идентичны тем, которые получены по стан-
дартной методике. Этого и следовало ожидать, так как при по-
лучении временных разрезов ОГТ происходит дополнительное ос-
лабление корреляционных помех за счет суммирования данных
с введенными кинематическими поправками.

Проведенные модельные и экспериментальные работы позволя-
ют оценить эффективность методики ортогональных управляющих
сигналов. Они показали, что в простых сейсмогеологических
условиях и при достаточности прослеживания волн в первых
вступлениях при наблюдениях ВСП возможна реализация простей-
шей методики ортогональных сигналов, предусматривающей изме-
нение или направления развертки управляющих сигналов, или их
полярности. При этом уровень корреляционных помех будет на
(20-3-25) дБ ниже основных колебаний. При профильных работах
ОГТ фон помех можно несколько уменьшить за счет обработки
материалов. Более эффективна методика работ с изменением по-
лярности одного из управляющих сигналов в процессе накопле-
ния сигналов на пункте возбуждения. В этом случае возможно
получение материалов практически идентичных тем, которые на-
блюдаются при работах по стандартной методике, что имеет
важное практическое значение вследствие повышения производи-
тельности работ и снижения их стоимости, особенно при рабо-
а	г-з	п-4

Рис. 57. Фрагменты вре-
менного разреза:

а - стандартная мето-
дика с управляющим сиг-
налом (12-62); б - ме-
тодика ортогональных
сигналов (12-62) + (62-
12), прокоррелированы с
сигналом (12-62); в -
методика ортогональных
сигналов с изменением
полярности одного из
них
-20

о-
Рис. 57. Продолжение
тах ВСП и пространственных модификациях сейсморазведки.

Однако перспективы развития этой технологии не ограничи-
ваются этими двумя направлениями. Так, в работе [9] указы-
вается, что на ее основе возможна организация работ, которая
позволяет изучать всю осадочную толщу от подошвы зоны малых
скоростей до поверхности кристаллического фундамента в еди-
ном цикле работ. А именно: МПВ - для' изучения верхней части
разреза (зоны малых скоростей), ОГТ - для изучения основной
осадочной толщи и МПВ - для картирования поверхности фунда-
мента. В работе [9] такая организация работ названа техноло-
гией совмещения сейсмических методов (ТССМ). Она предусмат-
ривает размещение на профиле трех работающих групп вибрато-
ров, каждая из которых возбуждает волны соответствующего
частотного состава, направления развертки по частоте, поляр-
ности. Критерии выбора: возбуждение волн с параметрами,
обеспечивающими решение поставленных задач, и минимальные
перекрестные корреляционные помехи. Так, например, для изу-
чения ЗМС вибратор следует располагать в пределах расстанов-
ки сейсмоприемников и перемещать вдоль нее, отрабатывая воз-
действия заданного частотного состава и полярности и обеспе-
чивая получение увязанных во взаимных точках систем прямых и
встречных годографов. Для картирования поверхности фундамен-
та группу вибраторов необходимо размещать за пределами рас-
становки для получения двусторонней последовательности годо-
графов прямых и преломленных волн. Реализация этой техноло-
гии повышает требования к фазовой и амплитудной идентичности
возбуждаемых колебаний и усложняет организацию полевых ра-
бот. Кроме того, для ее широкого применения необходима спе-
циальная аппаратура по управлению работой вибраторов, накоп-
лению и алгебраическому сложению регистрируемых волн в поле-
вых условиях, которое необходимо для оценки качества полу-
чаемых материалов.

4.9.	АДАПТИВНАЯ ВИБРАЦИОННАЯ СЕЙСМОРАЗВЕДКА

Вибрационная сейсморазведка обладает уникальными возмож-
ностями по управлению процессом возбуждения волн. Использо-
вание протяженных во времени и переменных по частоте и амп-
литуде управляющих сигналов позволяет направленно синтезиро-
вать такие нагрузки на грунт, которые, с одной стороны, в
наибольшей степени отвечали бы решаемым задачам, а с дру-
гой - учитывали бы сейсмогеологические условия проведения
работ, требуемую глубину разведки, искажения и поглощение
волн в процессе их возбуждения и распространения.

Реализация этих возможностей позволяет повысить эффектив-
ность вибрационной сейсморазведки и подойти к обоснованию и
выбору параметров управляющих сигналов с позиций решаемых
248
задач и по полученным результатам получить объективную оцен-
ку степени достигнутого.

Эти особенности вибрационной сейсморазведки воплощены в
комплексе методических и технических средств, получивших на-
звание "адаптивная вибрационная сейсморазведка”.

По своему содержанию комплекс может быть подразделен на
следующие основные элементы.

1.	Обоснование параметров управляющих сигналов, обеспечи-
вающих решение поставленных задач. Оно выполняется с учетом
имеющейся геолого-геофизической информации путем составления
модели объекта исследований.

2.	Проведение полевых работ, в процессе которых получают
оценки реальных величин поглощения и искажения регистрируе-
мых волн.

3.	Коррекция параметров управляющих сигналов с учетом
реальных условий проведения работ, которая производится по
специальному алгоритму. Для этого разработана аппаратура,
которая ведет текущую обработку получаемых данных, анализи-
рует спектральный состав регистрируемых волн, производит
расчет параметров управляющих сигналов, корректирующих по-
глощение волн, и передает их на пункты возбуждения для отра-
ботки вибраторами. Коррекция может выполняться многократно,
на всех стадиях опытных и профильных работ.

4.	Оценка полученных данных на основе сопоставления ис-
ходных предпосылок и достигнутых результатов по разрешеннос-
ти записей и глубине разведки. Она проводится путем сопо-
ставления или спектров зарегистрированных и управляющих сиг-
налов, или частот максимумов спектров со средними частотами
управляющих сигналов. При их совпадении можно говорить о
том, что при коррекции сигналов реализованы все возможности
вибрационной сейсморазведки применительно к выбранным управ-
ляющим сигналам. При этом следует, естественно, учитывать и
качество материалов. Если спектры сигналов или их максимумы
отличаются от соответствующих значений управляющих сигналов,
то это указывает на неполную реализацию заложенных возмож-
ностей. Величина расхождения, выраженная в относительных
единицах к полосе управляющего сигнала или его средней час-
тоте может быть той количественной оценкой, которая будет
характеризовать степень реализации возможностей вибрационной
сейсморазведки. Выводы могут быть и такие, что при имеющихся
технических средствах и разумных временах управляющих сигна-
лов практически невозможно обеспечить заданную разрешенность
волн и глубину разведки. Тем не менее эти оценки будут до-
статочно объективными и базироваться на фактических данных.

После изложения основных положений адаптивной вибрацион-
ной сейсморазведки остановимся более подробно на ее элемен-
тах.

1.	Обоснование и выбор параметров управляющих сигналов
являются важным этапом работ, который аккумулирует уточнение

33»дач работ и имеющиеся данные по объекту изучения. Он начи-
нается с анализа результатов предыдущих сейсморазведочных
работ. В настоящее время трудно найти районы, где бы они не
проводились. По этим материалам могут быть выделены основные
сейсмические горизонты, параметры волн, их качество и надеж-
ность прослеживания. К ним добавляется другая геофизическая
информация и, в первую очередь, данные акустического каро-
тажа. Если их нет, то могут быть привлечены материалы элект-
рического каротажа с последующим пересчетом электрического
сопротивления пород в скорости. Основные этапы работ:

выбор объектов поисков или разведки, определение необхо-
димой и достаточной разрешенности записей, глубины разведки,
формулировка задач;

обобщение и анализ имеющейся геолого-геофизической инфор-
мации и построение тонкослоистой модели среды или, в случае
ограниченных данных, нахождение распределения коэффициентов
отражения по всему разрезу или по изучаемой его части;

построение синтетических сейсмограмм или трасс с управ-
ляющими сигналами, различающимися по частоте, и выбор тех из
них, которые обеспечивают решение поставленных задач и могут
быть реально применены, исходя из имеющихся технических воз-
можностей.

Здесь очень важен учет поглощения волн и условий передачи
нагрузок на грунт, поскольку эти факторы достаточно сильно
влияют на уровень регистрируемых колебаний и их частотный
состав.

Опыт вибрационной сейсморазведки показывает, что разре-
шающая способность - переменная величина, определяемая пара-
метрами управляющих сигналов и геологическими условиями,
главным из которых является частотно-зависимое поглощение
волн в верхней и основной частях разреза. То есть в одном и
Юм же районе можно получить низко-, средне- или высокочас-
тотные разрезы в зависимости от того, какой частоты исполь-
зованы управляющие сигналы. В качестве иллюстрации сказанно-
го выше приведем пример (рис. 58).

По одной из площадей, расположенной в восточной части
Прикаспийской впадины, где планировались вибросейсмические
работы с задачей прослеживания надсолевых и подсолевых гори-
зонтов, были обобщены геолого-геофизические материалы и с
учетом данных акустического каротажа получены распределения
коэффициентов отражения. По ним были рассчитаны синтетичес-
кие трассы с тремя управляющими сигналами со средними часто-
тами 20, 33 и 60 Гц.

Рис. 58. Модельные трассы, рассчитанные по данным акустического каротажа:
ч - для управляющих сигналов с частотами 10-30 Гц; б - 15-50 Гц; в - 15-
105 Гц; 1 - распределение коэффициентов отражения; 2 - кривая акусти-
ческого каротажа; 3 - модельные сейсмические трассы
Анализ показал, что при частоте 20 Гц разрешающая способ-
ность составляет 60-70 м, при 33 Гц - 30-50 м и при 60 Гц -
10-25 м. При этом толщи значительной мощности отражаются при
всех управляющих сигналах, а тонкослоистые горизонты можно
разрешить лишь при широкополосных сигналах со средней часто-
той 60 Гц. Это и определило выбор управляющего сигнала для
работ. Исходя из технических возможностей, для глубоких,
подсолевых горизонтов был выбран управляющий сигнал со
средней частотой 33 Гц, а для надсолевых горизонтов - с час-
тотой 60 Гц.

2.	Сложность перехода от расчетных данных к эксперимен-
тальным работам заключается в том, что по априорным данным
практически невозможно получить оценки амплитуд регистрируе-
мых волн. Необходимы полевые работы для определения интен-
сивности возбуждаемых колебаний и учета их частотно-
зависимого поглощения.

Поэтому следующим элементом комплекса является проведение
полевых опытных работ. Методика их выполнения изложена ра-
нее. При этом априори можно говорить о том, что спектры ре-
гистрируемых волн при постоянной скорости развертки управ-
ляющих сигналов будут иметь резонансный характер с максиму-
мами амплитуды на частотах, меньших средней частоты управ-
ляющего сигнала.

В процессе опытных работ получают амплитудно-частотные
характеристики целевых отраженных волн для коррекции пара-
метров управляющих сигналов. Анализ целесообразно проводить
как в ближней, так и в дальней зонах от вибратора. По анали-
зу сигналов в ближней зоне, например с плиты вибратора или
рядом с ней, можно учесть искажения сигналов, которые имеют
место при изменении поверхностных условий (скажем, при пере-
ходе с пашни на дорогу и др.).

3.	По результатам опытных работ проводится коррекция па-
раметров управляющих сигналов, направленная на формирование
заданного спектрального состава регистрируемых волн. Возмож-
ны разные подходы, обусловленные задачами работ. В тех слу-
чаях, когда необходимо повышение глубины разведки, целесооб-
разно согласование спектров волн со спектральными характе-
ристиками среды и, как правило, увеличение интенсивности
низкочастотных компонент волн. При стремлении повысить раз-
решенность записей необходимо максимально возможно расширять
спектры в область высоких частот и насыщать разрез высоко-
частотными волнами.

Критериями достигнутой коррекции являются изменения формы
спектров регистрируемых волн или приближение средних частот
спектров волн к средним частотам управляющих сигналов. Кор-
рекция параметров управляющих сигналов производится чаще
всего путем изменения скорости развертки частоты, что ведет,
как известно, к изменению уровня энергии возбуждаемых волн.
Возможен также другой путь, связанный с изменением уровня
252
|ЯАряпии или с модуляцией амплитуд управляющих сигналов бо-
лее низкочастотным сигналом. Практическое применение нашел
первый способ, базирующийся на применении нелинейных управ-
ляющих сигналов.

Процесс коррекции параметров управляющих сигналов автома-
тизирован на основе специальной системы ("Вибкор”), работаю-
щей по следующей схеме.

Вначале производят "калибровочное” воздействие группой
вибраторов. Параметры калибровочного воздействия выбирают
мстодя из результатов опытных работ и его спектр должен быть
достаточно широкополосным.

Зарегистрированные в ближней и дальней от вибраторов зо-
нах колебания анализируются и определяются спектральные ха-
рактеристики волн. Возможно суммирование трасс: для повышения
надежности выделенных сигналов и отношения сигнал/помеха.

Система обеспечивает широкие возможности по выбору анали-
зируемых колебаний. Это могут быть сигналы с плиты вибратора
или в ближней от него зоне, отраженные или преломленные вол-
ны в любом временном окне и на любых удалениях в пределах
расстановки сейсмоприемников. Анализ можно проводить по виб-
рограммам и коррелограммам.

Широкий набор сигналов для анализа позволяет учитывать:
резонансный характер системы плита-грунт, изменение условий
передачи нагрузок и упругих свойств в грунтах на каждом
пункте возбуждения или по профилю; поглощение волн.

На основании полученных данных система позволяет автома-
тически определить дефект частот и рассчитать по заложенному
алгоритму кусочно-непрерывный управляющий сигнал с перемен-
ной скоростью развертки, направленный на насыщение разреза
колебаниями требуемого частотного состава. Закодированные
параметры управляющего сигнала система передает на пункт
возбуждения для последующей отработки группой вибраторов.
Этот же сигнал запоминается сейсмостанцией для последующей
корреляционной обработки.

Для функционирования аппаратуры геофизик должен задать
начальное и конечное время окна анализа, номера трасс, час-
тотный диапазон и длительность свип-сигнала, в пределах ко-
торых будет произведена коррекция.

Система допускает многоразовую коррекцию б процессе отра-
ботки профиля при резких изменениях поверхностных или глу-
бинных сейсмогеологических условий.

Приведем некоторые примеры использования адаптивной виб-
рационной сейсморазведки. Впервые она была опробована при
работах ВСП на одной из глубоких скважин в пределах Прикас-
пийской впадины (рис. 59). Задача заключалась в повышении
разрешенное™ записей по мелким и глубоким отражающим гори-
зонтам разреза. Калибровочный сигнал на основании проведен-
ного анализа данных был выбран линейным и достаточно широким
по частоте для этих районов - 16-80 Гц и длительностью 14 с.
I

и

ЛЧМ	НЧМ ВИБКОР

7

Рис. 59. Использование адаптивной вибросейсморазведки при работах ВСП:

I - монтаж трасс (/) и амплитудные спектры прямой (2) и отраженных волн в
интервалах времен 0,7-0,9 с (3) и 1,4-1,6 с (4) для исходного ЛЧМ-сиг-
нала; II - аналогичное с I после коррекции параметров управляющего
сигнала

Спектры зарегистрированных прямой и двух отраженных волн
имеют резонансные, сложные формы. Максимумы спектров наблю-
даются на частотах, меньших, чем средняя частота калибровоч-
ного сигнала. Коррекция была проведена по прямой волне с
подъемом высоких частот. Системой по результатам анализа был
рассчитан корректирующий кусочно-непрерывный нелинейный сиг-
нал и повторены наблюдения. В результате разрешенность волн
на монтаже сейсмотрасс повысилась, что нашло выражение и в
спектрах полученных волн. Особенно расширился спектр прямой
волны, что вполне естественно, так как коррекция выполнялась
по ней. Наряду с этим расширился спектр и по первой и час-
254
а

Рис. 60. Временные разрезы, полученные с ЛЧМ-(а) и откорректированным
нелинейным (б) сигналами

&22О2

г

Рис. 61. Временные разрезы, полученные с ЛЧМ-(а) и адаптированным нелинейным (6) сигналами
1

а.

6



к

5)0 518 528 535 546 5$4 564 572 582 590 600 608

2^0 254 25,9 2$3 268 272 277 281 286 290 296 299

1000

510 518 528 536 546 554 564 572 582 590 600 608

250 254 259 263 268 272 277 281 286 290 295 299

1100

ДГ = 12-62 Гц

Рис. 62. Фрагменты временных разрезов (/) и спектры волны (2), полученные с линейным (а) и адаптированным не-
линейным сигналами (б)
тично по второй отраженным волнам. Полностью восстановить
частотный состав отраженных волн не удалось из-за поглощения
высокочастотных составляющих. Для насыщения разреза, очевид-
но, необходимы управляющие сигналы с другими параметрами и
большей длительности, т.е. возможны такие ситуации, при ко-
торых расширение спектров волн будет или незначительным, или
его не будет совсем. Это может иметь место при разведке на
большие глубины, в районах с сильным поглощением волн или
при недостаточной мощности вибраторов.

Следующий пример показывает возможности коррекции пара-
метров спектров при наземных работах. На рис. 60 приведено
два временных разреза, которые были получены с линейным и
откорректированнымнелинейным управляющим сигналом. Коррек-
ция проводилась с целью повышения разрешенности волн. Поэто-
му система рассчитала нелинейный управляющий сигнал с подъе-
мом по высоким частотам. Кроме того, была увеличена верхняя
частота развертки. В результате повысилась разрешенность за-
писей, особенно на временах 2,5-2,8 с. По более глубоким го-
ризонтам наряду с увеличением разрешенности наблюдается сни-
жение качества отражений вследствие ухудшения соотношения
сигнал/помеха.

На рис. 61 показаны результаты применения адаптивной
сейсморазведки в условиях соляно-купольной тектоники. В дан-
ном случае стояла задача получения кондиционного материала
во всем временном диапазоне разведки и улучшения прослежива-
ния и разрешенности глубинных горизонтов.

Принимая во внимание значительные глубины залегания целе-
вых горизонтов, полосу частот управляющего сигнала выбрали
равной 12-62 Гц. Адаптация и применение системы ”Вибкор”
позволили повысить разрешенность записей и улучшить просле-
живаемость практически всех выделяемых горизонтов.

На рис. 62 приведен фрагмент данного разреза, иллюстри-
рующий весьма наглядно повышение разрешенности записей, воз-
можность выделения более тонких элементов волнового поля и
расширения спектра зарегистрированных волн на просуммирован-
ных записях. Спектры колебаний, полученные при линейной раз-
вертке, имели максимум на частоте 15-17 Гц, а на нелинейной
- 25-30 Гц, что весьма близко к средней частоте управляющего
сигнала. Это свидетельствует о том, что в рамках применяемо-
го управляющего сигнала удалось в значительной степени ком-
пенсировать искажения частотного состава волн.

Таким образом, полученные результаты достаточно убеди-
тельно показали, что принципы, заложенные в адаптивной виб-
рационной сейсморазведке, позволяют активно управлять спект-
рами регистрируемых волн и повышать качество получаемых ма-
териалов. Конечно3 возможности ее не беспредельны, но в каж-
дом районе спектры можно реально оценить.
4.10.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК
ПРИ РАБОТАХ С НЕВЗРЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ

В наземной невзрывной сейсморазведке практическое приме-
нение получили два способа определения статических поправок.
Первый способ, получивший наибольшее распространение, осно-
ван на изучении параметров самой верхней части разреза (ЗМС)
по временам прихода преломленных волн, зарегистрированных на
коротких отрезках профилей протяженностью 100-200 м. Он реа-
лизуется путем возбуждения колебаний излучателем по краям
неравномерной расстановки сейсмоприемников. При простом
строении ЗМС достаточно отработки двух встречных пунктов
возбуждения колебаний. Возможно усложнение системы наблюде-
ний за счет возбуждения колебаний с выносных пунктов возбуж-
дения. Плотность расположения зондирований определяется
строением района и рельефом земной поверхности и в среднем
составляет одну точку на километр профиля. Методика выполне-
ния этих работ, способы обработки получаемых материалов дос-
таточно детально разработаны и известны [13]. Достоинствами
первого способа являются простота и высокая производитель-
ность работ, возможность повышения точности определения ста-
тических поправок путем усложнения системы наблюдений и уве-
личения числа зондирований на километр профиля. К его недо-
статкам следует отнести необходимость проведения дополни-
тельных наблюдений на профиле, снижение точности результатов
при сложном строении ЗМС, а также значительные трудности в
получении оценок статических поправок при использовании ви-
брационных источников колебаний. Обусловлены они относитель-
но высокой интенсивностью корреляционных и шумовых помех от
работающих вибраторов, на фоне которых преломленные волны
выделяются неуверенно. Опыт работ с вибраторами свидетель-
ствует о том, что первые вступления удается, как правило,
качественно проследить при мощности ЗМС, не превышающей 4-5
м [24]. По мере ее увеличения наблюдается расширение веера
низкоскоростных волн-помех. Так, например, уже при зоне мощ-
ностью Н “ 12-$-13 м поверхностные волны с максимальными кажу-
щимися скоростями практически примыкают к первым вступлени-
ям. Они отличаются повышенной интенсивностью и формируют при
корреляционной обработке высокоамплитудный корреляционный
фон, затрудняющий прослеживание первых вступлений.

При большей мощности ЗМС точность определения поправок
оказывается недостаточной. В силу этих причин в отечествен-
ной практике при работах с вибраторами, как правило, или ис-
пользуются данные взрывной сейсмики по ЗМС, или проводятся
специальные исследования с импульсными источниками.

Второй способ определения статических поправок базируется
на использовании времен прихода преломленных волн, прослежи-
ваемых в первых вступлениях на сейсмограммах ОГТ. При частом
следовании пунктов возбуждения и приемлемом качестве матери-
260
адов объем данных позволяет определить значения /о для не-
глубоких преломляющих границ раздела. Эти значения и исполь-
зуют для расчета априорных статических поправок. Достоин-
ством этого способа является возможность определения пока-
нальных статических поправок без проведения каких-либо до-
полнительных работ, а недостатком - необходимость прослежи-
вания в первых вступлениях преломленных волн, которые бы
достаточно уверенно коррелировались от пикета к пикету и
имели бы области прослеживания большие, чем расстояния между
пунктами возбуждения. Этот способ учета неоднородностей
верхней части разреза получил определенное применение: раз-
работан ряд программных комплексов [3,52], позволяющих авто-
матизировать обработку данных и получать оценки статических
поправок, точность которых с учетом их последующей коррекции
по известным алгоритмам оказывается вполне достаточной.

В качестве примера приведем краткое описание комплекса
ТАТРР, позволяющего достаточно технологично получать оценки
статических поправок по временам прихода преломленных волн,
прослеживаемых на сейсмограммах МОГТ [3]. Процесс расчета
поправок разделяется на три этапа.

1.	Автоматическое прослеживание осей синфазностей, редак-
тирование данных и определение кинематических характеристик
преломленных волн, которое реализуется по сейсмограммам рав-
ных удалений или ОПВ.

2.	Расчет скоростной модели верхней части разреза (ВЧР),
исходя из того, что в первых вступлениях прослежены рефраги-
рованные или головные волны. Материалы невзрывной сейсмораз-
ведки обрабатываются с использованием кинематики головных
волн в связи с тем, что, как правило, используются выносные
системы наблюдений, исключающие возможность восстановления
скоростной кривой из-за отсутствия данных у пунктов возбуж-
дения. В результате получают оценки значений эффективной
скорости, которые пересчитываются в средние скорости.

3.	Расчет статических поправок в предположении двухслой-
ного строения ЗМС в соответствии с формулой

/ ш Ж X) +Н„ р ( X )	Нл , п -Нп п (X)

Уср(х) + уг(х)*

где Я(х) - расстояние между глубиной залегания преломляющей
границы Япр(х) и линией приведения Нл.„; К(х) - граничная
скорость и к - коэффициент пересчета граничной скорости
в среднюю, равный 0,8-Ю,9.

Опробование этого комплекса на вибросейсмических материа-
лах дало неплохие результаты, и он применяется в ряде произ-
водственных организаций. Тем не менее следует отметить
объективные трудности использования времен прихода прелом-
ленных волн в первых вступлениях для расчета статических по-
правок. Они связаны с невысоким качеством материалов из-за
применения достаточно мощных интерференционных систем при
приеме и возбуждении колебаний, параметры которых не рассчи-
таны на неискаженную регистрацию относительно низкоскорост-
ных преломленных волн, недостаточной, в ряде случаев, разре-
шенности записей, а также шумами преобразования и помехами
от работающих вибраторов. Кроме того, необходимо учитывать
то, что полученные данные могут соответствовать более глубо-
ким границам, чем поверхность коренных пород, к которой при-
урочена подошва ЗМС. Тем не менее этот способ в сочетании с
изучением зоны малых скоростей в отдельных точках профилей
имеет определенные перспективы, так как не требует дополни-
тельных затрат времени на производство полевых работ, а при
переходе на сверхмногоканальные регистрирующие системы и от-
казе от группирования сейсмоприемников и источников повысит-
ся качество прослеживания волн в первых вступлениях.

В зарубежной практике изучение верхней части разреза, в
том числе для определения статических поправок, в ряде слу-
чаев производится методами отраженных или преломленных волн
с использованием кодоимпульсных источников.

Вся система, включающая возбуждение и регистрацию колеба-
ний, получила название Мгше 8оз1е [52] и основана на воз-
буждении случайной последовательности импульсов, число кото-
рых на одну сейсмограмму доходит до 3000 и более. Малая
энергия воздействий и корреляционное накопление импульсов
обеспечивают достаточно хорошую разрешенность записей и до-
пустимый уровень шумов преобразований. В отечественной прак-
тике этот способ не получил применения.

4.10.1. ОЦЕНКА ТОЧНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ
ПОПРАВОК ПО ЗОНДИРОВАНИЯМ МПВ

Точность определения статических поправок по временам
прихода преломленных волн от мелкой границы раздела при их
поверхностном возбуждении зависит от строения ЗМС, траекто-
рии распространения колебаний и параметров системы наблюде-
ний.

Рассмотрим структуру погрешностей статических поправок
при глубинном и поверхностном возбуждении. При наземном воз-
буждении выражение для статических поправок будет следую-
щим:

| Й0 | в	Ай в ( йо | п Айп

/ст (х) нив =

	 +	+ - +-,
У0 в-------------------------в УОп V 1 п

где |Ао|в и |Ао|п - мощности зоны малых скоростей в точках
возбуждения и приема колебаний; ДЛВ и АЛП - глубины по вер-
тикали от подошвы ЗМС до линии приведения времен в точках
возбуждения и приема; и ц - скорости в ЗМС и в подсти-
лающих породах.
При взрывном возбуждении колебаний на подошве МС стати-
ческие поправки будут определяться следующим соотношением:

А А в	| А о|п ААп

^(х)вв = + +

Тогда очевидно, что (ст(х)нив =	(ст(х)вв+А(0(х), где Дгох

х(х) - время пробега волны в ЗМС.

Оценка величины {„(х) всегда отличается от истинной ве-
личины /Ст(х) за счет ошибок в определении значений парамет-
ров.

При возбуждении на поверхности, по сравнению со взрывом в
скважине, вносятся дополнительные погрешности определения
/ст(х) за счет наличия в исходных результатах слагаемого,
связанного с дополнительным пробегом луча в ЗМС.

При группировании пунктов возбуждения и приема колебаний
происходит усреднение условий, что уменьшает разброс стати-
ческих поправок, вызванных неоднородностями в верхней части
ЗМС. В ”невзрывной” сейсморазведке для повышения отношения
сигнал/помеха применяются системы наблюдений с большим, чем
при взрывах ВВ, количеством группируемых элементов при воз-
буждении и приеме колебаний. Это уменьшает разброс статичес-
ких сдвигов, вызванный наличием слагаемого Д(0(х).

Оценим относительные величины разброса статических попра-
вок, возникающие при работах с поверхностными излучателями в
сопоставлении со взрывами ВВ в скважинах.

Будем считать, что вычисленные исходные оценки статичес-
ких поправок одинаковы:

(ст(х)нив = ?ст(х)вв.

Погрешность статического сдвига равна

у(х) = <ст(х)-Гст(х).

После ввода первоначальных поправок статические поправки яв-
ляются случайными величинами, описываемыми статистическими
характеристиками.

Значения у(х) не коррелированы по профилю (оси X) и пред-
ставляют собой остаточный временной сдвиг волн, зарегистри-
рованных при группировании точек возбуждения и приема коле-
баний. В свою очередь величину у(х) можно представить в виде
суммы:

р(х) = у' (х)+<Зу(х),

где у' (х) - погрешность статического сдвига, вызванная нали-
чием неоднородностей в ЗМС в точке возбуждения или приема;
5у(х) - некоторая неучтенная компонента, имеющая случайный
характер, возникающая в точке возбуждения или приема. Будем
считать, что математическое ожидание величин у' (х) и <5у(х)
равно нулю.
Если при применении взрывов ВВ в скважине применяется
группирование "к" скважин и ”Г сейсмоприемников, а при ра-
боте с НИВ ”т” точек возбуждения и ”и” сейсмоприемников на
канал (индекс X опустим для упрощения), то с учетом усредне-
ния условий возбуждения и приема можно получить оценки по-
грешностей определения статических поправок для взрывного
(гвв) и невзрывного (унив) возбуждений:

Увв = -4— 23у6в + -у- Ервн + -7- ЕЗуБв,

* к	1 I 1 I

Унив = ~~~ Еуйив + ~~~ ЗуДив + ~~ ЕуДив + ЕЗуДив-
т	т	п	п

т	п	п

Предполагая, что все значения компонент некоррелированы,
найдем дисперсии Д[унв] и Т>[йшв]:

О[увв] = у§в “	+ кШд

КЫ - «».. -

где |<г' |2 и |<г"|2 - дисперсии величин у и Зу соответственно.
Оценим теперь отношение среднеквадратических отклонений этих
величин:

Т)	=

’Рвв

Проанализируем это выражение, предполагая, что
|<Гп|вв = |<тп|нив = ||Гв|«О‘/)
|<гп|нив = |<гв|нив = |<гп | = с".

Тогда

Хс' +0~") (т+п) к]__
«г” (к+ I) +к<ГТ~-
тп

1/2

Очевидно, что <г" « <г' и можно считать <г" -» 0. В этом
случае

1) = 1/(т+п)/7>пп.

Отсутствие значения "к" обусловлено тем, что сделанные пред-
положения сводятся к тому, что погрешности, вносимые в зна-
чения поправок за пункт возбуждения, равны нулю.

Рассмотрим зависимость
У) » / при (т+п) = соп81.

Обычно на практике при работе с излучателями т+п = 25-35.
Как следует из (4.10), т) = 1 при тп/1 = т+п и Т) > 1 при
тпП < т+п, т.е. дисперсия погрешностей статических сдвигов
выше с НИВ, чем с ВВ, что является следствием дополнительно-
го пробега волны в ЗМС при работе с НИВ.

Значения т) < 1 реализуются при тп/1 > т+п, когда при ра-
ботах с невзрывными источниками применяются существенно бо-
лее мощные интерференционные системы, чем при работах со
взрывами.

Справедливость полученных оценок подтвердим примером
оценки среднеквадратйческих величин погрешностей статических
поправок, определенных по одному и тому же профилю при рабо-
тах с невзрывными и взрывным источником колебаний. В соот-
ветствии с принятой методикой

т = 5, п = 24, к = 1 и I = 11.

Тогда, согласно (4.10),

1,6.

Экспериментальные оценки дали 1) = 2,1, что можно считать не-
плохим соответствием.

Следует отметить, что,несмотря на большой коэффициент ус-
реднения условий возбуждения и приема (тп/1 ~ 11), при рабо-
тах с поверхностными излучателями, отмечается повышение
среднеквадратического разброса остаточных статических сдви-
гов в 2,1 раза по сравнению со взрывами ВВ в скважинах.

Ошибки, возникающие при определении статических поправок,
можно разделить на две категории. К первой отнесены ошибки,
обусловленные методом их определения: зондирования МПВ, мик-
росейсмокаротаж и др. Ко второй - ошибки, связанные с отли-
чием строения реальной среды от принятой при обработке дан-
ных модели. Например, при определении глубины залегания по-
дошвы ЗМС слоистая покрывающая среда заменена однородной с
некоторой средней скоростью. В этом случае погрешности будут
возникать при использовании как данных МСК, так и метода
преломленных волн. Рассмотрим наиболее часто встречающиеся
ситуации, при которых толща, покрывающая ЗМС, аппроксими-
руется однородной средой, мощность которой равна глубине за-
легания коренных пород (рис. 63). Рассмотрим возникающие при
этом погрешности определения статических поправок по данным
метода преломленных волн и МСК.

Случай 1. Зона малых скоростей представлена однородной
горизонтальной средой (рис. 63.1).
Рис. 63. Определение статических поправок при различных случаях аппро-
ксимации верхней части разреза (ЗМС):

1 - однородная ЗМС; 2 - двухслойная ЗМС; 3 - слой с повышенной скоростью
в ЗМС; а, в, д - годограф проходящей волны при работах МСК; б, г, е - ход
лучей и годографы прямых и преломленных волн; V и Л скорости распрост-
ранения волн и мощности слоев
Предельная относительная погрешность определения стати-
ческой поправки

3 в △(тст)/тст,

где Дтст - приведенная величина статической поправки, опре-
деленная как оценка наибольшей относительной погрешности
функции несколько переменных I/ = /(Х1, х2, хи) и равная

п

Л(Л/ ) = ап < е |а^/ах.|Лх.,
1-1

где Дх. - предельная абсолютная погрешность аргументов.
Опуская математические выкладки, получим относительные по-
грешности статических! поправок для способов МСК и МПВ соот-
ветственно:

Змск - 77^-	(2+тс-т)+1+ктс 3 I,

Змпв "

1 , 5 ^/1 - т 1 + ш

1 +кт 1+т 1 - т

1 ,7
ЛГ1

"4"+»—+ ктс 5/МСК,
1 I	I

где Ы =	п(п-1)/п(п+1) - коэффициент, определяющий коли-

чество точек п на соответствующей ветви годографа;

к = кг/кг, т = У1/у2;

с =	8,	- 0,015-0,5 -

<мск
относительная погрешность определения времени при изучении
ВЧР способом МСК.

Получив значения 3Мск и 3Мпв, можно определить потерю
точности вычисления статических поправок методом преломлен-
ных волн и по данным сейсмокаротажа взрывных скважин:
и _ Зипв. = 1 У1^"? х
"ст Змск ’ У 1+т

Гт1- +	+ ^смпв+1]

[_1-т 1ЛГ1МПВ 1+т	I

х-----------------------------------------(

1 +ГП , . , , , 1
— (2+тсмск -т) +1+^тсмск
1 - т	I

Здесь = ЛТмпв/Ммск, Смск = Л^мск/ЛТмск, Смпв = №мпв/
/Ммпв. На рис. 64. изображены зависимости значений 6Мск,
$мпв и цст = Змпв/Змск для однородной двухслойной среды от
величин т = Р1/у2 и к = к1/кг\ п - число точек на годографе.

Из приведенных расчетов следует, что отношение ошибок оп-
ределения статических поправок по данным метода преломленных
волн и МСК в среднем равно 1,2-1,4.
Однородная ддухсмйная среда

В

0,2 0,0 0,6 0,6т-^/иг

0,2 0,0 0,6 0,6 1,0

0,2 ' 0,0 ‘ 0,6 ' 0,3 ' 1,0

-I_____I_______I--------1------1-

3 10	20	30 00

Е

П, = Пг-10
т-0,1 0,3 0,5 0,2 0.0

т*0,3

~3 10	20	30 00 п

Рис. 64. Погрешности статических поправок по данным МСК, метода прелом-
ленных волн, их отношения (р = бмпв/Змск) в зависимости от т = уз/уз, к =
= Л2/Л1 и п - числа точек на годографе для разных сред

Случай 2. Зона малых скоростей представлена двумя гори-
зонтальными слоями с параметрами кгъ. Скорость в ос-
новной толще равна Уз. работы МСК проводятся до глубины Лз
под ЗМС. В соответствии с принятой моделью покрывающая среда
считается однородной со скоростью у и мощностью Л - Л1+Л2
(см. рис. 57,2).

Случай 3. В ЗМС присутствует тонкий слой с повышенной
скоростью Уг > Уъ Рз > У1 и уз < Уг (см. рис. 63,5).

Относительные ошибки определения статических поправок для
этих случаев соответственно равны

[Змск]сл.2 - 77-т	~~ Ст^г+гпзМз+т^тзУ+А+тк.Уз

к+ШК	-/Из	|
н=9 7 5 з

^1/л=шд‘0 д'о Ь'о	д'д д'д д'д ГО	РВ 9'0 Ь'О г‘О
[Змнв] с л.2

_______1,5 т 1___
( 1 +тк )У т\ -тз

\,66^\+т)+^(2-т)+^зт(т+к-тк)+

В(2-т)У т2 -тз
пц (1 -т)8(

81.

где т = у/уз; т\ = У1/уз; тз = у\/уз', к — Лз/А; к\ — кг/к',,
уъ Ж Уз, У - коэффициенты, определяющие количество точек
на ветвях годографов Г1, Гг и Гз и кривой Уэ$;

& _	_ (СО8 113-СО5 112+^181П112СО8|'2з)Х

V [81П1 12 (СО8I 1з+4181ПI 12СО812 3 > '

х Х1/ (СО8/13 + 48114'12 СО8123).2	_	+(1+4)281П/23 _ 1 _

-СО811281П1'1з] (1+41)

относительная погрешность определения средней скорости в ап-
проксимируемом слое;

[Змск] сл .з = ^’от	(Уз+тзУд+1 -тпз)+У)+А7пЛ^5+;

[ 5 мнв ] с л . з =	* 1 $ ,—Г1 ,66(1 +т) +

(1 + кт) У 1 -т1 Ь

+Я(2-т)+Мт(к-кт+т) + -°	' - Л 3/,

(. 1 - Ш) О Г	I

где т = у/уз, тз = У1/уз, к = А1/А;	- количество точек на

годографе; О и Е - относительные погрешности определения
средней скорости в аппроксимируемом слое (МСК и МПВ):

0=8 =тт-----------7-7- | (1+А.+А,) (У.+Уа) +

умск 1+т141+4з	1	3 I 3

+2т:к^2 -	* ~Л1> СУз+тзАм] 81;

1 - тз

Е = 8	=	1 (-^~1^С05< 13-СО8 112+481П112СО8 123Х	*

Умпв 4^8 1 П 1 2 з+4 1 [ (4-1)СО8(1з+81П112СО8 1'23-

х Х1Л~ ( 4- 1 ) СО8 I 1 3 +8 1 П I 1 2 С О 8 I 2 3 1 2 + 4 2 8 1 П2 I 1 з _ ।

-соз^зт^з ] }

Графики изменения предельных относительных погрешностей
статических поправок и их отношений для этих двух случаев
приведены на рис. 64. Этими формулами и графиками можно
пользоваться в практической работе для оценки точности опре-
деления статических поправок в конкретных условиях. В случае
недостаточной точности определения статических поправок ее
можно увеличить путем корректировки полевой системы наблюде-
ний при изучении ВЧР, например за счет удлинения годографа и
соответствующего роста числа точек на нем, повышения точное-
270
пкои	пльи	пл их,

О 20 Щ 60	0	20 Щ 60	0	20 ‘Ю БОЬлс

ЕЕЕР

Рис. 65. Сопоставление результатов изучения ЗМС методом преломленных волн
с применением ударов с данными обращенного МСК на трех пикетах профиля:
1 - данные МСК; 2 - данные МПВ.

Теоретическая погрешность определения Дтст

ПК	ВЦ	т3		т	К1	к	бмск, %	бмпв, %	
50	0,8	0,3	0,3	1,5	2,2	18	63	3,5  60	0,8	0,25	0,3	2	1,6	25	62	2,5  112	0,7	0,2	0,3	5	2	10	40	4  Результаты определения Дтст									
ПК			^прнвед» м			ДТмСК, МС		Дтмпв, мс	
50	50	55	60  60	55	65	67  112	52	62	65									

ти отсчета времени (снижения величины <5?) прихода преломлен-
ной волны путем получения нагоняющих годографов и т.д.

Экспериментальное сопоставление статических поправок, оп-
ределенных по данным МСК. и МПВ, приведено для Оренбургской
области (рис. 65). Поправки по МПВ и МСК получены на одних и
тех же пикетах профиля.

Сравним полученные погрешности вычисления статических по-
правок по экспериментальным и теоретическим данным для трех-
слойной неоднородной среды (верхние два слоя выделяются по
данным МСК). Разность значений Д/Ст по данным МСК и МПВ бу-
дет характеризовать разницу в погрешностях вычислений 1СТ
обоими способами:

= |<мск~<мпв| = | [Е:т+Д (?МСк) ] _ Ист+Д (?МПв) ] =

= | Д<мск_Д<мпвЛ

где Д(/ст) = 3/ст - теоретическая предельная абсолютная по-
грешность определения /ст; Гст - истинное значение /ст.
Таблица 11

Пикет	7ст	*мск	/мпв	Л?ст	ДГэ
	0,057	0,010	0,036	0,026	0,005
65°пп	0,066	0,016	0,041	0,025	0,002
11200	0,064	0,06	0,025	0,019	0,003

С определенной степенью приближения, ввиду наличия только
двух независимых измерений, положим

/ст = (/мск+/мпв) /2.

Определим теоретические значения Д/ст и сопоставим их с
экспериментальными Д/, данными на трех пикетах (табл. 11).
Полученные экспериментальные различия погрешностей определе-
ния статических поправок по данным МСК и МПВ оказались го-
раздо ниже теоретических.

Проведенный сравнительный анализ определения статических
поправок способом микросейсмокаротажа (МСК) и методом пре-
ломленных волн (МПВ) позволяет сделать следующие основные
выводы.

1.	При определении /ст, когда ВЧР представлена однородной
средой, применение МПВ для ее изучения вместо МСК может при-
вести как к потере точности вычислений, так и к выигрышу.
При этом как потеря, так и выигрыш в точности определения
не превышают 2 раз. Потеря точности наблюдений происходит в
случае, когда У1/Уг < 0,5; выигрыш - в случае У1/уг > 0,5.
В случае У1/уг ~ 0,5 (часто встречающемся в реальных усло-
виях) теоретическая точность определения /ст при условии
однородности ВЧР в обоих случаях сопоставима.

2.	В случае слоистой ВЧР, что часто встречается в реаль-
ных условиях (первый слой представлен двумя слоями или в нем
имеется слой с повышенной скоростью), определение /ст по ре-
зультатам МПВ по сравнению с определением по МСК приводит к
потере точности вычислений. В общих случаях она составляет
2-4 раза, в неблагоприятных (скорости двух слоев близки) по-
тери могут быть весьма значительными (до 10 раз). В этих
случаях при изучении ВЧР целесообразнее использовать наблю-
дения во внутренних точках среды (МСК).
5. ВОЗБУЖДЕНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН
ПОВЕРХНОСТНЫМИ НЕВЗРЫВНЫМИ
ИСТОЧНИКАМИ

Совместное применение поперечных (8) и продольных (Р)
волн позволяет существенно расширить геологическую информа-
тивность сейсморазведки.

Меньшие погрешности определения скоростей распространения
поперечных волн спосббствуют повышению точности структурных
построений. Различие । скоростных характеристик Р и 8 волн
обусловливает независимость погрешностей структурных по-
строений. Работы по Р и 8 волнам позволяют также получать
оценки величин

у  й/ур

или коэффициента Пуассона

ст - (1-2у2)/2(1-у2),

что дает возможность устанавливать литолого-фациальные осо-
бенности геологического разреза. Залежи углеводородов отчет-
ливо фиксируются отрицательными аномалиями коэффициента Пу-
ассона.

Изучение азимутальной анизотропии скоростей поперечных
волн различной поляризации позволяет исследовать свойства
карбонатных и глинистых корреляторов, связанные с их трещи-
новатостью и пористостью.

Особенно эффективные результаты совместного использования
продольных и поперечных волн достигнуты при изучении неболь-
ших глубин (картирование долин, карстов, тектонических нару-
шений при строительстве АЭС и др.).

Различают два типа поперечных волн: 87 и 8Н, которые име-
ют различные плоскости поляризации. Волны 87 поляризованы в
плоскости наблюдения, т.е. в плоскости, проходящей через ли-
нию профиля и линию распространения волны (ось X). Волны 8Н
поляризованы в плоскости, перпендикулярной плоскости наблю-
дений (ось У).

На практике при работах методом многоволновой сейсмораз-
ведки (МВС) наиболее часто используют поперечные волны типа
8Н. Это объясняется прежде всего тем, что можно эффективно
разделить их с продольными, используя способ инверсий попе-
речных волн при их возбуждении. С помощью этого способа,
подразумевающего раздельное возбуждение поперечных волн в
противоположных (+У и -У) направлениях, на разностных запи-
сях удается существенно ослабить фон необращающихся волн, в
том числе продольных. Волны Р и 87 поляризованы в одной
плоскости, хотя направления колебаний их частиц в среде

18 Заказ № 22(12	2 73
взаимно перпендикулярны, вследствие этого их разделение ме-
нее эффективно.

Развитие метода. 8-волн и его внедрение в практику сейсми-
ческих работ стало возможным в связи с техническим и методи-
ческим совершенствованием в последние годы поверхностного
невзрывного возбуждения упругих колебаний.

Ниже рассмотрены способы возбуждения поперечных волн по-
верхностными невзрывными излучателями и некоторые результаты
их применения.

5.1.	ВОЗБУЖДЕНИЕ ВОЛН ГОРИЗОНТАЛЬНЫМИ
НАГРУЗКАМИ

Наиболее простым источником возбуждения поперечных волн
является горизонтально направленная сила. Передача нагрузок
грунту осуществляется с помощью горизонтальных ударов по
плите, оснащенной заглубленными в грунт зубьями. Этот прин-
цип использовался в ряде отечественных разработок, а также в

Рис. 66. Способы возбуж-
дения поперечных волн:
а - горизонтально ориен-
тированные удары по плите;
б - горизонтальные вибра-
торы; в - два вертикальных
вибратора, работающие в
противофазе
ГСК-ЮПП. 1-3 ГСК на базе 50 мХ8 (± У) воздействий. ОГТ 216

Рис. 67. Временной разрез по 8-волнам, полученный с взрывным и невзрывным
источниками

источнике "МагТИог” французской фирмы СОС (рис. 66). В этом
источнике использован падающий груз в виде закрепленной в
верхней части кувалды, последовательно ударяющей в двух го-
ризонтальных направлениях (+у и -у) по плите с зубьями, на
которую наезжает транспортное средство и прижимает ее к по-
верхности земли. Недостатком таких излучателей является не-
возможность их группирования из-за отсутствия синхронности
между моментами ударов.

У нас в стране возбуждение поперечных волн с помощью им-
пульса горизонтальной силы, воздействующей на зубчатую пли-
ту, впервые было реализовано в газодинамических излучателях
ГСК. В этих установках сила, возникающая при детонации про-
пан-кислородной смеси в горизонтально расположенном цилинд-
18*	275
ре, с помощью штока передавалась зубчатой плите. Опытно-
производственные исследования МОГТ, проведенные с этими ус-
тановками в Удмуртии, впервые показали возможность получения
с невзрывными поверхностными источниками при условии их
группирования временных разрезов на поперечных волнах, не
уступающих по глубине изучения разреза материалам, получае-
мым со взрывными способами возбуждения, в частности ЛДШ
(рис. 67).

Принцип горизонтальной силы был реализован в опытной се-
рии импульсных электродинамических излучателей поперечных
волн ВЗИП-40, разработанных СКВ ГФТ НПО "Нефтегеофизика”
(г. Харьков). Каждый источник оснащен тремя излучателями,
в которых использованы линейные электродвигатели [12].

Для условий Севера был разработан и изготовлен кодоим-
пульсный электроиндукционный излучатель поперечных волн ИКИГ
[31]. Возбуждение сейсмических колебаний происходит в ре-
зультате серии импульсных силовых воздействий на стенки об-
разованных в грунте вертикальных щелей.

5.2.	ВОЗБУЖДЕНИЕ 5-ВОЛН
НАКЛОННЫМИ НАГРУЗКАМИ

Последовательное проведение работ с раздельным возбужде-
нием продольных, а затем поперечных волн требует двойного
комплекта источников, сейсмических кос и затрат физического
труда на отработку профиля с различными излучателями. На это
необходимы значительные дополнительные ассигнования, что во
многом сдерживает развитие метода многоволновой сейсмораз-
ведки и его широкое внедрение в практику сейсморазведочных
работ.

С целью повышения производительности исследований и уде-
шевления работ методом многоволновой сейсморазведки был раз-
работан и опробован способ одновременного возбуждения про-
дольных и поперечных волн с помощью наклонного поверхностно-
го излучателя. При этом в основу разработанного способа был
положен следующий принцип (рис. 68).

На каждом пункте возбуждения производят два воздействия 11
под углами «1 и аг к земной поверхности. Силу можно пред-
ставить как векторную сумму:

иа - {/аСО5+(/а51П.

Первый член этой суммы соответствует горизонтальному воздей-
ствию, обеспечивающему возбуждение поперечных волн, а второй
- вертикальному, возбуждающему продольные волны.

При наклонном возбуждении можно подавить горизонтальную
или вертикальную компоненты воздействий

(Л, = I/ СО8+(Л, 51П,

<Х1	<Х1 а,

276
При Ча^-иаг. и
Уа1~Уа2~У> ^т^аг'
Ча,-и«2=^:г=о,

Рис. 68. Возбуждение поперечных волн наклонными воздействиями

/

&аг = ^а2СО8+Чх281п-

Вычитая одно выражение из другого, получим

йк =	соза^Пу со5а2)+(й., ята^С/ яша2).

При (7а со5а1 = и^со&а-г разность Vбудет представлена толь-
ко вертикальной, а при (7 5тоС1 = й зта2 только горизон-
<*1	«2

тальной компонентами. Таким образом, условие

/б„ = сояа1/соза2

«1 а2

обеспечивает преимущественное возбуждение продольных волн, а
условие

й„ /0" = ято^/зшаг -

«1	«2

поперечных волн.

Сказанное справедливо для любой пары воздействий. Наи-
большая интенсивность полезных волн после вычитания волн
другого типа будет получена при ах = а2. В общем случае аб-
солютную величину угла должны выбирать, исходя из реального
соотношения интенсивностей волн Р и 8, необходимых для осве-
щения разведуемой части геологического разреза.

Указанный принцип был реализован в импульсном источнике
ГСК-5ПП (НПО "Нефтегеофизика”) с двумя наклонно ориентиро-
ванными («1 = 45 и а2 = 135 ) рабочими камерами, передающи-
ми нагрузки на грунт с помощью зубчатых клинообразных нако-
нечников. При этом на каждом пункте возбуждения производится
поочередное возбуждение левой и правой рабочими камерами,
расположенными перпендикулярно к профилю.

Последующее сложение сейсмограмм (йа^ и полученных
с сейсмоприемниками, регистрирующими вертикальные составляю-
щие, образует запись, на которой присутствует преимуществен-
но продольные (Р) волны, а вычитание и ) сейсмо-
«1 а2

грамм, зарегистрированных горизонтальными сейсмоприемниками,
а

Рис. 69. Волновые поля продольных волн, полученные с источниками:
а - чисто вертикальным ГСК-5, б - наклонным ГСК-5ПП
а

б

Рис. 70. Волновые поля поперечных волн, полученные с источниками:
а - чисто поперечным ГСК-ЮПП, б - наклонным ГСК-5ПП
ЗН- Волны

Рис. 71. Фрагменты временного разреза
никами:

а - чисто поперечным, б - наклонным

по 8Н-волнам, полученные с источ-

формирует записи преимущественно поперечных (5Н) волн.

Основное достоинство предлагаемой технологии работ - од-
новременное возбуждение и регистрация продольных и попереч-
ных волн в едином технологическом цикле сейсморазведочных
работ.

Учитывая различие оптимальных интервалов прослеживания Р-
и $-волн, увеличивающееся с возрастанием глубины прослежи-
ваемых горизонтов, разработали и опробовали системы наблюде-
ний МОГТ, позволяющие осуществлять исследования методом мно-
говолновой сейсморазведки с максимальной производитель-
ностью. При этом при разведке малых глубин, когда различия в
интервале прослеживания Р- и 5-волн минимальны, возможно
применение единой системы наблюдений МОГТ. Она может быть
как фланговой, так и центральной. При разведке средних и
больших глубин, когда интервалы наблюдений различаются, воз-
можны два варианта. В первом, когда достигаются достаточно
высокие значения отношения сигнал/помеха, возможно использо-
вание единой сейсмической "косы” или расстановки с чередую-
щимися через канал группами горизонтальных и вертикальных
сейсмоприемников. Система многократных перекрытий может сос-
280
тоять из двух и более подсистем, различающихся различным вы-
носом МВ. При этом в поле проводятся наблюдения в более ши-
роком, чем необходимо, интервале (при несколько избыточной
кратности МОГТ), а при обработке материалов на ЭВМ осущест-
вляется выбор оптимальных расстояний ПВ-ПП для Р- и 8-волн.
Система позволяет более точно оптимизировать интервалы наб-
людений Р- и 8-волн, что весьма важно в тех случаях, когда
по результатам опытных работ это не удается из-за наличия
регулярных помех, особенно для 8-волн, или изменения скорос-
тей помех вдоль профиля.

Во втором случае предусматривается технология работ с
двумя отдельными "косами” или расстановками групп вертикаль-
ных и горизонтальных сейсмоприемников, расположенными на вы-
бранных удаленных от ПВ для каждого класса волн. При одно-
временном возбуждении Р- и 8-волн целесообразно применение
сейсмостанций повышенной канальности (96 и более), а также
телеметрических систем.

Сопоставление волновых полей Р- и 8-волн, наблюдаемых со
стандартными источниками (т.е. источниками, предназначенными
для возбуждения только Р- или только 8-волн) и наклонными,
свидетельствуют об их полной идентичности (рис. 69, 70). Со-
поставление временных разрезов МОГТ также показывает отсут-
ствие различий (рис. 71).

Обработка материалов на ЭВМ после их разделения по типам
волн для получения разрезов МОГТ проводится по существующим
методикам и графам, оптимальным для каждого типа. При этом
следует отметить, что необходимой процедурой обработки мате-
риалов, полученных с наклонным источником, является фильтра-
ция по волновому числу, применяемая как на стадии отдельных
сейсмограмм, так и по суммарному временному разрезу.

5.3.	ВОЗБУЖДЕНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН
ВИБРАЦИОННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ

Возбуждение поперечных волн с помощью вибрационных источ-
ников может производиться путем приложения к поверхности
земли горизонтальных, наклонных и вертикальных, но противо-
фазных нагрузок.

Первые два способа требуют создания специальных устано-
вок, а третий может быть реализован на стандартных вибрато-
рах продольных волн. При приложении к поверхности земли го-
ризонтальных и наклонных нагрузок необходим хороший контакт
плиты с грунтом во избежание ее проскальзывания, что приве-
дет к искажениям и снижению уровня возбуждаемых поперечных
волн, особенно на высоких частотах.

Для возбуждения поперечных волн разработаны специальные
модификации "горизонтальных” и "универсальных” вибраторов.
Последние при замене вибровозбудителя могут работать в ка-
честве источников как продольных, так и поперечных волн.
Вибраторы с наклонной ориентацией вибровозбудителя пока не
выпускают, хотя ряд конструкций и технических решений запа-
тентованы некоторыми зарубежными фирмами.

Способ возбуждения поперечных волн с помощью вертикальных
вибраторов был предложен фирмой Ргак1а-8е1$шо$ под названием
”5>1юуег” метод. Он основан на том экспериментальном факте,
что если два находящихся на некотором расстоянии друг от
друга вибратора работают в противофазе, то в среде возникают
сдвиговые волны (см. рис. 66).

Волны сжатия на достаточных удалениях от очага возбужде-
ния колебаний отсутствуют при условии полного обращения фаз
излучаемых сигналов. Достоинство этого способа - возможность
использования стандартных вибраторов, а также всех известных
приемов по расширению полосы частот возбуждаемых колебаний.
Способ был опробован в Комплексной геофизической экспедиции
НПО "Нефтегеофизика” и позволил получить весьма интересные
результаты. В процессе работ были отмечены следующие законо-
мерности.

1.	Наибольшие амплитуды полезных поперечных волн (отра-
женных от неглубоко залегающих горизонтов верхнего карбона)
отмечены при расстоянии между вибраторами 3 м. При расстоя-
нии в 1 м, которое применяют, проводя наблюдения на доро-
гах, снижение амплитуд 5Н-волн достигает не более 20-25%.

2.	Почти повсеместно отмечается фон продольных волн на
временах, предшествующих вступлениям поперечных 5>Н-волн.
Причиной этого является, наверное, наличие поверхностных не-
однородностей в очаге возбуждения. Существенно ослабить этот
фон возможно путем создания инверсии с помощью взаимного из-
менения полярности начальной фазы управляющих сигналов при
повторном возбуждении колебаний на пикете.

3.	Наибольший уровень поперечных волн отмечен при раз-
вертках частотой 5-30 Гц.

В целом проведенные исследования подтвердили возможность
устойчивого возбуждения поперечных волн с помощью двух рабо-
тающих в противофазе продольных вибраторов. Наибольшие пер-
спективы его использования связаны с проведением инженерно-
геологических изысканий при относительно небольших глубинах
залегания целевых горизонтов.

5.4.	ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
С ПОВЕРХНОСТНЫМИ НЕВЗРЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН

Ниже приведены примеры решения геологических задач на ос-
нове применения поперечных волн, возбуждаемых наземными не-
взрывными источниками.
1.	Макаровская и Западно-Коробовская площади в Удмуртии1.
Работы проведены комплексом продольных и поперечных волн ме-
тодом ОГТ с кратностью 24 и 48 на одних и тех же профилях.
Для каждого типа волн разрабатывалась и применялась опти-
мальная методика наблюдений. При наблюдениях Р-волн исполь-
зовалась группа из двух=трех газодинамических источников, а
при наблюдениях поперечных 8Н-волн - из трех-четырех элек-
тродинамических излучателей на базе 25-50 м. Применялось на-
копление 8-12 воздействий. При возбуждении поперечных
5Н-волн регистрировалась сумма +у и -у воздействий. Исполь-
зовались центральная и фланговая системы наблюдений с выно-
сами для Р-волн 200 м и для 8Н - до 400 м. Регистрация Р-
волн проводилась группами из 20 вертикальных сейсмоприемни-
ков СВ1-20 на базе 50 м, а 8Н-волн - 30 горизонтальными
сейсмоприемниками Типа ОЁ-7Н (Польша) по такой же базе.

Зону малых скоростей для определения статических поправок
изучали с помощью эрндирований МПВ на продольных и попереч-
ных волнах.

Обработка материалов на ЭВМ для получения необходимых
значений сигнал/помеха на поперечных волнах имела две осо-
бенности: двух-трехкратную коррекцию статических поправок по
временным разрезам ОТВ и ОТП (в основном по преломленной
волне от первой преломляющей границы) и применение на первых
стадиях обработки (до суммирования по ОГТ) волновой фильтра-
ции с целью ослабления низкоскоростных волн-помех. Примеры
временных разрезов по Р- и 8-волнам приведены на рис. 72.

Достаточно ответственными процедурами после получения оп-
тимальных временных разрезов по Р- и 8Н-волнам являлись
отождествление и стратиграфическая привязка горизонтов. Для
этой цели привлекали данные каротажей глубоких скважин, изу-
чали общий характер сейсмических записей, интервальные вре-
мена между отражениями. Использовали динамическую вырази-
тельность, форму записи, условия корреляции волн при спек-
трально-временном анализе (СВАН-анализе) фрагментов времен-
ных разрезов. Этот анализ подразумевает изучение участков
разреза, полученных при различных узкополосных (как правило,
треугольных) фильтрациях с целью отождествления отдельных
фаз Р- и 8Н-волн. СВАН-анализ проводили при прямой и обрат-
ной полярности временных разрезов, и он позволил повысить
надежность отождествления фаз на временных разрезах.

В результате совместной интерпретации разрезов по Р- и
8Н-волнам получили значения у, для целевых временных интер-
валов.

На Макаровской площади по карте удалось изучить внут-
реннее строение терригенных отложений верхнего девона. Для

*Работы выполнены ГГП "Спецгеофизика” под руководством Н И. Наоыш-
киной	к
Рис. 72. Временные разрезы по волнам:
а - 8; б - Р
Рис. 73. Литолого-фациальная схема строения отложений - Оз-С] (Западно-
Коробовская площадь, Удмуртия, составили Г.А. Макуркина, Е.В. Потапова,
Н.И. Нарышкина):

1 - области возможного развития биогермных построек; 2, 3 - области уве-
ренного и предполагаемого развития песчаников малевско-упинского возрас-
та; 4 - область литологического замещения песчаников глинами; 5 - косо-
слоистые залегания отложений в толще С-Вз; 6 - глинисто-карбоиатный борт
впадины; 7 - направление сноса песчаников; 8 - значение параметра у “
= Д?р/Д?$; 9 - изогипсы по поверхности отражающего горизонта, м; 10, 11 -
глубокие скважины с наличием и отсутствием песчаников; 12 - рекомендо-
ванные под бурение скважины

этого выделили в перспективном в нефтегазоносном отношении
пашийском горизонте области с повышенной глинистостью (па-
леорусла с = 0,34-0,37) и участки с распространением гру-
бозернистых песчаников и наметили перспективные для бурения
точки. На Западно-Коробовской площади по результатам сейсми-
ческих работ методом многоволновой сейсморазведки построили
литолого-фациальную схему строения отложений О3-С1 (рис.
73). На ней удалось выделить биогермные постройки, связанные
с областями повышенных значений у?(0,57-0,58) в толще песча-
ников, а также наметить участки с преобладанием глинистых
отложений.

2.	Республика Коми

В Республике Коми проводились опытно-производственные ис-
ег

0,5

0,2

О

о’° 2,а 3ЗВ 3ЗО4ВВ 51В 57а Б30 Б30 "Г108ю870 930Э901О5В 11ю1170123°№,

Рис. 74. Временные разрезы по продольным (а) и поперечным (б) волнам
и погоризонтные значения коэффициентов Пуассона (в):

1 - пласт 1-П; 2 - пласт П-Ш; 3 - пласт Ш-1У

следования с наклонными излучателями ГСК-5ПП на продольных
и поперечных волнах.

Целью опытно-производственного опробования методики (МВС)
на северо-восточном склоне Тиманского поднятия, где глубина
верхнепротерозойского фундамента не превышает 500 м, явля-
лась выработка технологии одновременного возбуждения и реги-
страции продольных и поперечных отраженных волн. В отложени-
ях верхнего девона отмечены неструктурные (зоны выклинивания
песчаников) залежи нефти и газа.

Применялось накопление 4-8 воздействий от одного ГСК-5ПП
от левой (+) и правой (-) камер. Регистрация проводилась на
24-канальную расстановку из 12 чередующихся через 5 м групп
вертикальных и горизонтальных сейсмоприемников. Расстояние
между каналами для каждого типа волн составило 10 м. Приме-
нялись сейсмостанция ” Прогресс-96”, фланговая система наблю-
дений с выносом ПВ для Р- и 8Н-ВОЛН 55 м. При обработке ис-
пользовались процедуры разделения волн (суммирование и вычи-
286
Рис. 75. Выделение рифовой постройки по данным поперечных волн

&=1100>л1ъ
2000	3000 ‘/ООО

тание воздействий), автоматической коррекции, статических
поправок, полосовой фильтрации, фильтрации скоростей, обрат-
ной фильтрации. Стратиграфическую привязку и отождествление
волн проводили с привлечением данных скважинных наблюдений.
На временных разрезах МОГТ-24 присутствуют основные горизон-
ты в девонской толще по данным продольных и поперечных волн,
которые позволили определить значения коэффициента Пуассона
(рис. 74).

На Тэбукской площади в Республике Коми по данным попереч-
ных 8Н-волн на временном разрезе четко отмечается рифовая
постройка в отложениях триаса на времени I = 1,8 с (рис.
'5). На разрезах продольных волн это отложение не отмечено.
Рис. 76. Временные разрезы, полученные при одновременном возбуждении продольных (а) и поперечных (б) волн вибра-
торами (Латвия).

Параметры возбуждения: полоса частот управляющего сигнала 30-60 Гц (Р-волны), 5-30 Гц (8-волны); длительность 16 с;
О, Оз, ёг - границы раздела в осадочной толще и ф - поверхность фундамента
3.	Районы Латвии

В Латвии методика полевых работ с наклонными источниками
ГСК-5ПП и отработки материалов была аналогичной той, которая
применялась в Республике Коми. . Однако сейсмогеологические
У^глвия в Прибалтике для прослеживания поперечных волн ока-
зались гораздо сложнее. Здесь применение общего коэффициента
накопления с группированием двух излучателей ГСК-5ПП и крат-
ностью наблюдений МОГТ Е 12 (вынос ПВ-200 м, база наблюдений
920 м) оказалось недостаточным для прослеживания поперечных
отраженных волн от горизонтов в ордовике и кровли фундамен-
та, выделяемых на разрезах Р-волн. Однако, усложняя методику
работ, удалось проследить целевые отражающие горизонты и на
поперечных волнах.

В Латвии были проведены также работы по ^Зйоуег”-методу с
одновременным возбуждением и регистрацией продольных и попе-
речных волн. При возбуждении использовали четыре вибратора
СВ-5 -150. Группа, из двух вибраторов, установленных на базе
25 м с выносом ЙВ 350 м, возбуждала продольные волны, ис-
пользуя комбинированные сигналы,- способ "Синхрокомби” (один
вибратор возбуждал сигнал с разверткой 30-60 Гц, а второй -
60-120 Гц).

Результаты обработки материалов приведены на рис. 76. Из
него следует, что достаточно уверенно на поперечных волнах
прослежен неглубокий отражающий горизонт в девонских отложе-
ниях. Качество выделения более глубоких границ значительно
хуже, чем на продольных волнах. Не исключено, что путем ус-
ложнения методики работ и повышения кратности наблюдений
могли бы получить материалы лучшего качества. Тем не менее
следует отметить, что использование ”8Ьоуег” -метода весьма
перспективно, особенно для прослеживания неглубоких горизон-
тов.

Приведенные примеры достаточно убедительно показывают
большие перспективы использования наземных невзрывных источ-
ников для возбуждения поперечных волн с целью решения струк-
турных и неструктурных задач.

6. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ
НЕВЗРЫВНОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Полевые материалы наземной невзрывной сейсморазведки об-
рабатываются иа вычислительных центрах по комплексам прог-
рамм МОВ и МОВ-ОГТ, предназначенным для преобразования дан-
ных во временные и глубинные разрезы и анализа зарегистриро-
ванных волн. В последние годы получили развитие полевые вы-
числительные комплексы на основе персональных ЭВМ, способные
193аказ№2202	289
вести обработку данных в непосредственной близости от места
проведения работ, что имеет особое значение для невзрывной
сейсморазведки, особенностями которой являются, с одной сто-
роны, мобильность, возможность быстрой реализации разнооб-
разных интерференционных систем при возбуждении колебаний,
изменение направления профилей, а с другой - относительно
низкие отношения сигнал/помеха на исходных записях, повышен-
ный фон регулярных помех, необходимость корреляционных пре-
образований вибросейсмических данных и т.д.

В этих условиях очень важна полевая оценка получаемых ма-
териалов для оптимизации методики работ, уточнения направле-
ний отрабатываемых профилей и их протяженности.

В целом материалы обрабатываются по тем же алгоритмам и
программам, что и данные взрывной сейсморазведки, хотя име-
ются и определенные отличия, обусловленные спецификой данных
невзрывной сейсморазведки. Поэтому традиционные задачи обра-
ботки: повышение отношения сигнал/помеха, повышение разре-
шенное™ записей и обеспечение максимальной протяженности
разведуемых отражающих горизонтов-приобретают особое значе-
ние в невзрывной сейсморазведке. Эти задачи решают в нес-
колько этапов на основе применения широкого и разветвленного
графа обработки, в который в качестве обязательных входят
следующие процедуры: редактирование данных и удаление особо
зашумленных участков трасс, корреляция вибросейсмических за-
писей, ввод и коррекция кинематических и статических попра-
вок, ослабление регулярных помех, фильтрация, вертикальное и
горизонтальное накопление, а также преобразование временных
разрезов в глубинные.

Вопросам обработки сейсмических данных посвящено значи-
тельное число работ, поэтому рассмотрим основные особенности
обработки материалов невзрывной сейсмораазведки, которая по-
всеместно проводится в несколько этапов.

6.1.	ПЕРВЫЙ ЭТАП ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

На первом этапе выполняются: демультиплексирование и ре-
дактирование данных, выравнивание амплитуд зарегистрирован-
ных волн, вертикальное накапливание, корреляция вибрационных
материалов, спектральный анализ и фильтрация записей.

Рассмотрим основные процедуры.

6.1.1.	РЕДАКТИРОВАНИЕ ЗАПИСЕЙ

Исходные материалы наземной невзрывной сейсморазведки ха-
рактеризуются небольшими отношениями сигнал/помеха по регу-
лярным и нерегулярным волнам. Поэтому необходим их тщатель-
ный анализ с отбраковкой неработающих каналов, участков
290
траг-с с аномально сильными и слабыми записями и их центриро-
вание.

Анализ производится на основе "повального вывода” сейсмо-
грамм при импульсном возбуждении и виброграмм - при вибра-
ционном. На основании просмотра материалов выделяются участ-
ки записей с отклонениями от средних, устанавливаются реаль-
ная длительность записей и качество отражений. При просмотре
вибрационных материалов оцениваются также уровень, характер
и длительность управляющих сигналов и отмечаются виброграм-
мы, на которых сигнал отсутствует или имеет низкое качество.

Участки трасс с аномальным уровнем амплитуд или исклю-
чаются из дальнейшей обработки путем их обнуления, или под-
вергаются специальной обработке для доведения их до средне-
го, нормального уровня. Обнуление записей чаще всего произ-
водится в процессе накопления сигналов на сейсмостанции, но
может выполняться и при обработке по уровню анализируемых
колебаний, которые^ должны быть в пределах заданного диапазо-
на, устанавливаемого по средним значениям амплитуд волн в
пределах профиля дали его части. Обнуление - весьма эффектив-
ная процедура, нов ряде случаев оно может приводить к поте-
ри полезной информации. Поэтому на этапе обработки данных
предпочтительней воспроизведение аномальных участков трасс с
весовыми коэффициентами, определяемыми как отношение средне-
го уровня амплитуд по трассе к средней амплитуде волн в пре-
делах аномального участка записи. При высокоамплитудных ко-
лебаниях этот коэффициент будет меньше единицы, а при мало-
амплитудных - больше. Для того, чтобы исключить очень боль-
шие значения весового коэффициента, следует устанавливать
определенный нижний порог амплитуд, ниже которого считается,
что запись отсутствует вообще, и такие участки изымать из
дальнейшей обработки. Некоторые очень интенсивные, так назы-
ваемые "ураганные”, помехи характеризуются также аномалиями
и по частоте. Для их более полного устранения могут быть ис-
пользованы принципы частотной селекции, основанные на устра-
нении колебаний с заданной узкой полосой частот.

В тех случаях, когда каждое воздействие невзрывного ис-
точника регистрировалось на магнитную ленту в обход накопи-
теля станции, на первом этапе обработки производится верти-
кальное (синхронное) накопление данных. Для суммирования вы-
бираются качественные записи, а аномальные участки трасс или
обнуляются, или складываются с соответствующими коэффициен-
тами, вычисленными вышеуказанным способом. В ряде случаев
целесообразна полосовая фильтрация складываемых сейсмограмм
или виброграмм для выравнивания частотного состава колеба-
ний. Естественно, что при накапливании должны быть точно
совмещены начала записей, а в случае их несовпадения внесены
необходимые поправки.

Спектральный анализ колебаний является стандартной проце-
дурой и может выполняться на различных этапах обработки. В
невзрывной сейсморазведке он имеет несколько большее значе-
ние из-за специфики материалов и необходимости оценки ка-
чества управляющих сигналов, записанных на профильных магни-
тограммах. Очень часто необходимо центрирование записей,
особенно при вычислении функции взаимной корреляции, в связи
с тем, что даже незначительные смещения нуля станции могут
снизить качество материалов.

АРУ применяется к виброграммам [5] как средство выравни-
вания (отбеливания) уровня записей и ослабления интенсивных
волн-помех. Действие его обусловлено тем, что низкочастотные
помехи имеют значительные амплитуды, перекрывающие более
слабые полезные отраженные сигналы. АРУ уменьшает амплитуды
сильных волн, представленных помехами, и тем самым увеличи-
вает относительную интенсивность слабых, которые соответ-
ствуют в большинстве случаев отраженным волнам. Применение
АРУ оказалось весьма эффективным, особенно для улучшения
прослеживания неглубоких горизонтов, вследствие ослабления
интенсивных помех, а также благодаря простоте оператора и
малым затратам времени на его реализацию. Один из возможных
алгоритмов АРУ имеет вид [5, 23]:

1/2
а'^СЫ/К |а |,
‘	У--//2 ,у

где а'. и а. - спектральные амплитуды 1-й выходной и входной
трасс виброграммы* I - протяженность окна; /У - число отсче-
тов в окне; С - масштабный коэффициент.

При использовании АРУ следует учитывать, что эта процеду-
ра является нелинейной и ведет к амплитудно-частотным и фа-
зовым искажениям зарегистрированных волн, особенно если она
проводится по участкам записи небольшой длительности. Поэто-
му не рекомендуется применять АРУ к виброграммам, если в
дальнейшем предполагается динамическая обработка данных
и ставится задача по оценке амплитуд волн.

6.1.2.	КОРРЕЛЯЦИЯ ДАННЫХ

Вычисление функции взаимной корреляции между зарегистри-
рованными колебаниями и управляющими сигналами - обязатель-
ная процедура обработки вибросейсмических данных, которая
выполняется на ее первом этапе.

Корреляция вибросейсмических данных может осуществляться
во временной или частотной областях. Во временной области
сигналы представляются в дискретной форме и вычисления про-
изводятся по следующему алгоритму (4):

1 ы

п	1 л"+1
эде п = 1,2,..., - число отсчетов коррелограммы; / = 1,2,...
_ число отсчетов коррелируемой трассы; У - число отсчетов
управляющего сигнала.

В частотной области корреляция реализуется на основе пря-
мого и обратного преобразований Фурье. Сначала вычисляются
спектры виброграммы, которые поотсчетно перемножаются, обра-
зуя значения коррелограммы в частотной области:

/?(/.) =

Затем комплексный спектр коррелограммы на основе обратного
преобразования Фурье трансформируется во временную область
для последующей обработки.

Стандартная корреляция является линейной операцией, и она
не приводит к искажению динамических характеристик волн в
полосе частот управляющего сигнала, так как его спектр имеет
прямоугольную форму. Спектр виброграммы определяется частот-
ным составом полезных и мешающих волн и может быть весьма
широкополосным. Спектр коррелограммы более узкополосный за
счет ограничения его полосой частот управляющего сигнала, и
он зависит от длительности окна анализа [5]. Спектры, опре-
деленные в сравнительно узких временных окнах, приуроченных
к основным максимумам коррелограммы, носят резонансный ха-
рактер. Резонанс наблюдается на частотах, значения которых
зависят от полосы управляющего сигнала и степени поглощения
и искажения спектрального состава зарегистрированных волн.
Как правило, частота резонанса всегда меньше средней частоты
управляющего сигнала.

Взаимная корреляция может рассматриваться как фильтрация.
При этом оператором фильтра являются значения управляющего
сигнала. Основываясь на этом, предложили [23] проводить кор-
реляцию с управляющим сигналом, амплитудные значения которо-
го не остаются постоянными. Такая процедура получила назва-
ние "весовой корреляции”, и она позволяет трансформировать
амплитудные спектры прокоррелйрованных колебаний без искаже-
ния фазовых. Реализация весовой корреляции осуществляется
путем задания огибающей управляющего сигнала в виде непре-
рывной, кусочно-непрерывной функции или последовательности
значений для каждого дискрета времени или частоты. На рис.
77 приведены пример формирования огибающей управляющего сиг-
нала кусочно-непрерывной функцией с узловыми точками на вре-
мени Т1,.„, Т, и форма соответствующего сигнала для корре-
ляции во временной области [23]. Весовая корреляция - весьма
эффективное средство управления частотным составом прокорре-
лированных записей. Важно, что она практически не требует
дополнительных затрат времени и позволяет выравнивать час-
тотный состав отраженных волн, а при достаточных отношениях
сигнал/помеха - поднять уровень необходимых частотных сос-
тавляющих в требуемой полосе частот, устранить или значи-
тельно ослабить записи в определенных частотных интервалах,
Рис. 77. Формирование оги-
бающей (а) и опорного
сигнала 5 (6) для весовой
корреляции вибросейсмиче-
ских данных:

Л, Аг, Т2, Л2; Т., А. -
времена и амплитуды оги-
бающей в узловых точках

заполненных интенсивными помехами, а также снизить уровень
корреляционных шумов за счет дополнительного уменьшения амп-
литуд краевых частей управляющего сигнала. Однако для ее ус-
пешной работы необходимы достаточные значения отношения сиг-
нал/помеха.

В технологию проведения корреляции виброграмм входят сле-
дующие основные операции [5].

1.	Оценка качества и редакция записей на виброграммах.

2.	Оценка качества управляющих сигналов. При этом прове-
ряются наличие амплитудных и фазовых искажений сигналов, их
длительность и частотный состав. Производится отбраковка ис-
каженных управляющих сигналов. Полезно провести спектральный
анализ управляющих сигналов по профилю и получить монтажи их
спектров, по которым легко определить качество управляющих
сигналов. Искаженные сигналы не рекомендуется использовать
для корреляции. Целесообразно их заменить на сигналы с со-
седних виброграмм или на синтетические, которые могут быть
сформированы программными средствами с необходимыми парамет-
рами.

3.	Центрирование, если необходимо, виброграмм и управляю-
щих сигналов.

4.	Выравнивание амплитудного и частотного состава вибро-
грамм.

5.	Взаимная корреляция данных.

6.	Визуализация коррелограмм и оценка их качества.
Довольно часто выполняется спектральный анализ отдельных
или всех коррелограмм. Если необходимо, то проводится пов-
торная редакция и отбраковка материалов, а также повторная
корреляция отдельных виброграмм.

На этом заканчивается первый этап обработки материалов.

6.2.	ВТОРОЙ И ТРЕТИЙ ЭТАПЫ

ОБРАБОТКИ ДАННЫХ

Второй этап обработки предусматривает выполнение следую-
щих процедур: ввод и коррекцию кинематических и статических
поправок, фильтрацию данных и получение предварительного
временного разреза. По характеру процедур и технологии их
выполнения они практически не отличаются от аналогичных опе-
раций с материалами взрывной сейсморазведки, что позволяет
их не рассматривать [39]. Несколько большего внимания и тща-
тельного выполнения требуют коррекция статических поправок и
фильтрация вибросейсмических данных.

Третий этап обработки является завершающим и включает в
себя уточнение результатов обработки второго этапа, включая
горизонтальное накапливание с уточненными значениями попра-
вок, фильтрацию, в том числе обратную, трасс временного раз-
реза, а также другие процедуры, направленные на повышение
отношений сигнал/помеха и разрешенности записей. Практически
все они проводятся по известным алгоритмам. Определенные от-
личия имеются при выполнении обратной фильтрации вибросейс-
мических данных.

Третий этап обработки завершается получением окончатель-
ных временных и глубинных разрезов, по которым выполняется
интерпретация полученных материалов.

6.3.	ОБРАТНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ
ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ ДАННЫХ

В вибрационной сейсморазведке, как и во взрывной, обрат-
ная фильтрация проводится с целью выравнивания частотного
состава зарегистрированных колебаний и компенсации частотно-
зависимого поглощения волн. К настоящему времени разработано
достаточно большое число алгоритмов и программ обратной
фильтрации материалов [5, 23]. Однако большинство из них
ориентировано на обработку минимально-фазовых сигналов с
достаточно большими отношениями сигнал/помеха. Особенности
материалов вибрационной сейсморазведки заключаются в том,
что они характеризуются относительно небольшими отношениями
сигнал/помеха и сложными фазовыми характеристиками прокорре-
лированных сигналов. В силу этих причин были предложены спе-
циальные алгоритмы обратной фильтрации, учитывающие особен-
ности вибросейсмических данных, которые подробно изложены в
работе, посвященной обработке вибросейсмических данных [23].

Обратная фильтрация (деконволюция) вибросейсмических ма-
териалов может быть реализована в следующих трех вариантах:
деконволюция исходных виброграмм, коррелограмм и трасс вре-
менного разреза. Деконволюция виброграмм преследует цель
расширить частотный диапазон зарегистрированных сигналов и
приблизить их к спектру управляющего сигнала с тем, чтобы
повысить разрешенность получаемых материалов. По своей при-
роде волны на виброграммах являются минимально-фазовыми
(причинными), что предопределяет возможность применения всех
программ деконволюции для обработки этих материалов. В общем
виде минимально-фазовый оператор обратного фильтра вибро-
грамм в 2-представлении выглядит как [5]

1/Го(х) = л5о(х)С(х),

где 5о(х) - спектр управляющего сигнала; Со(х) - минимально-
фазовый фильтр сжатия; а - постоянный множитель.

Реализация обратного фильтра не вызывает принципиальных
трудностей, однако его практическое применение сопряжено с
большими затратами машинного времени, вследствие чего он ши-
рокого практического использования не получил.

Большее распространение получила обратная фильтрация кор-
релограмм и трасс суммарного разреза ОГТ. Особенности ее
применения в этих случаях обусловлены сравнительно узким
спектральным составом колебаний после корреляционной обра-
ботки сигналов и смешанно-фазовым характером обрабатываемых
сигналов. Вследствие Этого программы обратной фильтрации,
ориентированные на обработку минимально-фазовых сигналов,
будут приводить к нежелательному усилению боковых разраста-
ний корреляционной функции, расположенных в левой, минусовой
ее части.

Преодоление этой проблемы возможно двумя путями. Первый -
заключается в преобразовании смешанно-фазовых прокоррелиро-
ванных сигналов в минимально-фазовые. Задача решается путем
свертки трассы с фильтром, оператор которого имеет минималь-
но-фазовый спектр, рассчитанный на основе преобразования
Гильберта по заданному, исходному амплитудному спектру. Пос-
ле этого минимально-фазовая деконволюция может применяться
без каких-либо ограничений. В результате будут получены ми-
нимально-фазовые сигналы со всеми вытекающими последствиями.
Имеется две точки зрения на целесообразность использования
минимально- или нуль-фазовых сигналов. Первые предпочтитель-
ней при необходимости увязки материалов вибрационной и им-
пульсной сейсморазведки. Однородные по фазовым спектрам им-
пульсы отраженных волн будут иметь одинаковые или очень
близкие времена регистрации, что, естественно, облегчит ана-
лиз материалов и построение единых структурных схем и карт.
С другой стороны, сопоставление потенциальной разрешающей
296
способности нуль-фазовых и минимально-фазовых сигналов за-
ставляет отдать предпочтение первым [23]. Оно выражается в
рппее короткой длительности и лучшей временной разрешенности
следующих друг за другом импульсов, а также в том, что ис-
тинные времена прихода волн определяются экстремальными зна-
чениями нуль-фазовых сигналов. Эти выводы послужили опреде-
ленным обоснованием для создания программ обратной фильтра-
ции вибрационных материалов. При этом предполагают, что ви-
брационные сигналы после корреляции приближаются к нуль-
фазовым, симметричным импульсам.

Нуль-фазовая деконволюция сжатия основывается на решении
уравнения Левинсона-Винера в предположении нуль-фазовой фор-
мы единичного сигнала и наиболее просто реализуется в час-
тотной области. Трасса представляется как случайная после-
довательность импульсов, имеющих одинаковую форму, но слу-
чайную амплитуду. /Если совокупность времен вступления носит
случайный характер, то выравнивание амплитудного спектра
приводит к преобразованию трассы в набор импульсов, близких
к дельта-функции. Оператор нуль-фазового обратного фильтра в
частотной области записывается как

|«(/)|

С(/) - Г—I--------7^--------Г’

|а(/>|+0,0IX|атах(/)|

где |а(/)| - сглаженный амплитудный спектр входной трассы;
| а(/) | - общий наибольший делитель для всех составляющих
частот, |5тах(/)| - максимальное значение |й(/)|;	- про-

цент добавляемого шума (параметр регуляризации).

Спектр выходной трассы рассчитывается по формуле

ОвыхС/) = афСф,

где а(/) = Ке(/)+Лт(/) - комплексный спектр входной трассы.

Обратное преобразование Фурье от авь0((/) дает выходную
трассу во временной области. Деконволюция сжатия, как пра-
вило, резко поднимает края спектра, что часто приводит к
существенному возрастанию шумов. Выравнивание спектра вы-
ходной трассы регулируется параметром регуляризации ЛГ.
Выбирая конкретные значения параметра регуляризации в про-
центах (обычно 5-30%), можно ослабить эффект расширения
спектра на краях и, следовательно, снизить зашумленность
выходной трассы. Правда, в этом случае уменьшается эффект
расширения спектра и сжатия сигналов во времени. Обратный
фильтр сжатия критичен к выбору длины окна обработки, так
как от него зависит мощность шума.

Корректирующая обратная фильтрация применяется для опти-
мизации результата деконволюции по параметру сигнал/помеха.
Корректирующая обратная фильтрация осуществляется двумя по-
следовательно включенными фильтрами: фильтром сжатия и со-
гласованным полосовым фильтром, который выбирается нуль-
фазовым и служит для ослабления уровня шумов.

Деконволюция с заданной формой сигнала использует инфор-
мацию о форме сигнала, возбуждаемого источником. Оценка фор-
мы импульса производится на основе анализа материалов и ус-
реднения полученных данных. Применительно к обработке вибро-
сейсмических данных программа деконволюции ориентирована-на
преобразование сигналов сначала в нуль-фазовые импульсы,
а затем их трансформацию нуль-фазовой деконволюцией сжатия.

Прогностическая (предсказывающая) деконволюция основана
на том, что регулярная предсказуемая часть входной трассы
обусловлена исходным сигналом, а непредсказуемая - полезными
отражениями. Оператор предсказывающего фильтра находится на
основании решения уравнения Винера-Левинсона и записывается
в виде

т

2 Оп(Т)Тв(<-Т) = гв«+&).

Т-0

где (7(т) - фильтр предсказания, гв(т) - ФАК входной трассы.

Интерес представляет фильтр ошибки предсказания, который
не только предсказывает значения регулярных волн в заданном
временном окне, но и вычитает их из записи, оставляя на ней
только* непредсказуемые отраженные волны. Фильтр ошибки пред-
сказания вычисляется в области 2-представлений по следующей
простой формуле:

Соп(х) - 1-(7п(2).

Применительно к деконволюции вибрационных прокоррелиро-
ванных сигналов интервал предсказания задается равным длине
интервала ФАК (т) входной трассы от т - 0 до ее первого или
второго пересечения с нулевой линией. Фильтр ошибки предска-
зания критичен к выбору окна расчета и интервала предсказа-
ния, что оптимизируется при обработке. Целесообразно также
материалы, полученные после прогностической деконволюции,
профильтровать нуль-фазовым полосовым фильтром для уменьше-
ния уровня шумов.

Максимально-энтропийная деконволюция и ее модификации ос-
новываются на расширении комплексных спектров прокоррелиро-
ванных записей путем предсказания их значений за пределами
рабочей полосы частот. Этот процесс возможен в силу того,
что две считающиеся случайными последовательности: распреде-
ления значений отсчетов сейсмических трасс во временной и
частотной областях характеризуются приблизительно одинаковым
поведением. Расширение спектров возможно в область как низ-
ких, так и высоких частот, и оно выполняется с помощью двух
формирующих фильтров для их действительных и мнимых час-
тей.

На основе максимально-энтропийной деконволюции разработан
и внедрен комплекс программ, получивший название ”Филмем”,
298
Рис. 78. Расширение спектра на
основании использования программы
ифилмем“:

ОРЯ, ОРК - область расширения
спектра в сторону низких и вы-
соких частот РЯ - РК - исходный
интервал частот

который реализуется следующим образом [5]. В заданном вре-
менном окне делается прямое преобразование Фурье с получени-
ем комплексного спектра Х(и>). По этому же окну рассчитывает-
ся нуль-фазовый обратный фильтр О(ы) в частотной области,
который умножается на исходный комплексный спектр
(№)•№)). Выравненные с помощью предварительной фильтра-
ции составляющие I комплексного спектра (действительная Ее(ы)
и мнимая 1т (ы) части) далее обрабатываются отдельно. По ус-
мотрению обработчика из них "вырезаются” части Кеи(ь>) и
Тш'Чы), соответствующие интервалу, исходному для расчета
формирующих фильтров и дальнейшего предсказания его значе-
ний. По этим частям вычисляются коэффициенты формирующих
фильтров по алгоритму, использующему критерий максимума эн-
тропии [23]. После получения необходимого количества значе-
ний двух фильтров производится предсказание новых значений
Ке(ш) и 1т (о>) за пределы исходного интервала. При этом ис-
пользуются лишь значения спектра, соответствующего выбранно-
му исходному интервалу. Каждое предсказанное значение спект-
ра используется для дальнейшего предсказания в том же на-
правлении. Исходный интервал /Н-А и интервалы расширения
(экстраполяции) в область низких и высоких частот выбираются
и устанавливаются геофизиком-обработчиком (рис. 78).

С целью устранения краевых эффектов перед обратным преоб-
разованием Фурье краевые части расширенного таким образом
спектра сглаживаются в пределах заданного интервала частот.
Далее обратное преобразование Фурье дает на выходе "Филмем”
трассу с повышенной разрешенностью записи в заданном окне
обработки. На рис. 7.9 приведен пример обработки модельной
вибросейсмической трассы по программе "Филмем”, которая была
сформирована с помощью управляющего сигнала частотой 20-
-50 Гц [5].

Модельные исследования и результаты обработки полевых ма-
териалов показывают,что комплекс ”Филмем”позволяет увеличить
временную разрешенность записи в 1,5-2 раза по сравнению со
стандартными программами деконволюции. При этом возможно
увеличение и динамической разрешенности записей. Опыт приме-
нения комплекса показывает, что он является эффективным
средством повышения разрешенности материалов, полученных в
различных сейсмогеологических условиях.
Рис. 79. Формирование модельной выходной трассы по программе “Филмем":
а - распределение коэффициентов отражения и спектр соответствующей мо-
дельной трассы; б - коррелограмма модельной трассы и ее спектр; в - кор-
релограмма и ее спектр после обработки по программе "Филмем”

Некоторые другие возможные алгоритмы обратной фильтрации
рассмотрены в работах [5, 23].

Заканчивая рассмотрение вопросов деконволюции вибросейс-
мических данных можно подвести следующие итоги:

обратную фильтрацию данных ВСМ рекомендуется применять на
возможно ранней стадии обработки. Это способствует эффектив-
ности и точности накапливания по ОГТ;

стандартная предсказывающая деконволюция приводит к ус-
тойчивым результатам при различных распределениях последова-
тельностей коэффициентов отражений при изменении шумов в ши-
роких пределах;

деконволюция сжатия может дать хороший результат в комп-
лексе с последующей полосовой фильтрацией при нуль-фазовом
обратном фильтре;
значительное повышение разрешения вибросейсмических сиг-
налов по отношению к другим способам может быть достигнуто
нри использовании программ максимально-энтропийной деконво-
люции (типа "Филмем”);

точность и эффективность любой деконволюции во многом за-
висят от развития способов оценок и учета реальной формы им-
пульсов на коррелограммах. В тех случаях, когда форма им-
пульса может оцениваться достаточно точно, например при
скважинных наблюдениях, может быть построен обратный фильтр,
применение которого к коррелограмме фактически восстановит
геологический разрез.

Дальнейшее повышение эффективности обратной фильтрации
вибросейсмических материалов связывается с разработкой более
совершенных способов оценки и учета реальной формы сигналов,
исключением необходимости априорного ее задания, разработкой
переменных во времени алгоритмов, учитывающих частотное из-
менение свойств сигнала и помехи с глубиной, с использовани-
ем способов пространственного учета изменения свойств сигна-
лов, с дальнейшим развитием и повышением точности методов
экстраполяции спектров.

6.4.	ПРИМЕНЕНИЕ ПОЛЕВЫХ

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СРЕДСТВ ПРИ РАБОТАХ
С НЕВЗРЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ КОЛЕБАНИЙ

Последние годы характеризовались интенсивным развитием и
совершенствованием вычислительных средств, которые привели к
созданию и широкому применению сначала персональных ЭВМ
(ПЭВМ), а затем и рабочих станций на основе операционной
системы ИМХ и К18С технологий, отличительной особенностью
которых является сокращенный набор команд, позволяющий орга-
низовать конвеерную обработку материалов. Достижения вычис-
лительной техники и массовый выпуск ПЭВМ способствовали их
применению в отечественной сейсморазведке.

Важность и целесообразность применения ПЭВМ в наземной
невзрывной сейсморазведке определяются, с одной стороны, мо-
бильностью и широкими возможностями по оптимизации систем
наблюдений, параметров интерференционных систем и управляю-
щих сигналов, а с другой - низкими исходными отношениями
сигнал/помеха и необходимостью управления невзрывными источ-
никами и непрерывного контроля за их работой. Исходя из это-
го, выделяют следующие основные задачи, которые необходимо
решать с помощью современных вычислительных средств;

управление и текущий контроль за работой невзрывных ис-
точников и регистрирующей аппаратуры;

анализ и оценка качества получаемых материалов;

предварительная полевая обработка данных до уровня вре-
С/Г в формате
СЦС-3 5Е6В

С/Г в фор-
мате 5Е6В

ПРЕПРОЦЕССИНГ
— демультиплексация
— корреляция
—регулировка амплитуд
— редакция

ТЕЗТ-НЕЬП
— тест сейсмостанции
— тест вивроисточников
— тестирование выставки
магнитных головок
НМЛ С/С„Прогресс”

графическое
изображение

я
• X §•
Ф н
5?

сигналы
с датчиков

сигналы с
магнитных
Головок

0РТ-Е1Е1.П
— количественный анализ
волнового поля
— выбор оптимальных
схем группирования,
в том числе
комбинированных
— расчет оптимальных
линейных и нелиней-
ных свил-сигналов
(логарифмических,
степенных, сегментных)
—детальный спектраль-
ный анализ
волновых полей

ЪарЪор
(Ыо1еЪоок)
компьютер,
совместимый
с1ВМ РС АТ
процессор
80286(80386)
сопроцессор
ОЗУ 1-8 МБ
жесткий
Диск
40-80 МБ
экран - ЖК
(газоразр.)
ЕОА(7С-А)
слот
расширения
аккумулятор-
ное питание

С/Г в формате
СЦС-3

Файлы в
Формате

СЦС-3

2ю
х2

5?

§8

Рис. 80. Блок-схема программно-аппаратурного комплекса для контроля ка-
чества материалов н обоснования методики полевых работ на основе мало-
габаритного компьютера

менных разрезов с учетом особенностей вибрационной сейсмо-
разведки.

В результате были созданы программно-аппаратурные комп-
лексы, которые позволили решать перечисленные выше задачи.
Первый комплекс, предназначенный для оптимизации параметров
управляющих сигналов и адаптации их к условиям проведения
работ) к решаемым задачам, получил название ”Вибкор”. Его
особенности, характеристики и результаты применения приведе-
ны в разделах 3.7 и 4.9. Второй комплекс разработан на осно-
ве малогабаритного "Лаптоп” (ноутбук)-компьютера и имеет два
пакета программ ТезЬПеИ и ОрьПеИ (рис. 80). Пакет
Тез^-ПеШ предназначен для тестирования сейсмостанции
вибрационных источников и оценки качества сейсмограмм. Он
включает в себя следующие программы:

1.	Проверка сейсмостанции по основным параметрам.

2.	Тестирование виброисточников на основе анализа уп-
равляющих сигналов и сигналов с плиты и инерционной массы.

По ним программа вычисляет: фазовые различия сигналов,
пиковую силу и амплитуду основной гармоники, среднеквадра-
тичное значение силы, изменение частоты во времени управляю-
щего сигнала, амплитудные спектры и корреляционные характе-
302
ристики сигналов (ФАК и ФВК, огибающие корреляционных функ-
ций), уровень нелинейных искажений. Результаты счета пред-
ставляются в числовом и графическом видах и могут быть выве-
дены на экран монитора или распечатаны на принтере.

Пакет Ор1-Р1еИ включает в себя следующие программы:

1.	Расчет характеристик интерференционных систем по зада-
ваемым параметрам, расчет систем наблюдений, моделирование
вибрационных сигналов.

2.	Количественный анализ волнового поля, оценка качества
регистрируемых сейсмограмм.

3.	Расчет корректирующих управляющих сигналов, амплитуд-
ный спектр которых является обратным по отношению к спектру
полевой записи, что позволяет корректировать частотный сос-
тав возбуждаемых вибраторами и в определенной степени реги-
стрируемых волн (рис. 81).

Спектры полевых/записей могут рассчитываться в различных
по положению и протяженности временных окнах. Используемый в
комплексе графический редактор позволяет визуализировать
сейсмограммы с выбором параметров кадра, рассчитывать ряд
статических величин, инвертировать полярность записей и про-
водить их обнуление, а также выполнять другие вспомогатель-
ные процедуры. Ввод сейсмических данных осуществляется опе-
ратором посредством специального интерфейсного устройства
либо с НМЛ сейсмостанции, либо с автономного интерфейсного
устройства. Информация поступает в ОЗУ компьютера по опреде-
ленному адресу, заполняя память его непрерывным образом.
Третий комплекс предназначен для обработки данных, строится
на основе мощной ПЭВМ и имеет необходимые программы для пре-
образования зарегистрированных записей до уровня временных
разрезов. Не останавливаясь на всех программах, рассмотрим
те из них, которые позволяют реализовать новые функциональ-
ные возможности при регистрации и обработке данных.

1.	Синхронное суммирование с применением весовых функций,
суть которого заключается в том, что записи, отягощенные по-
мехами, перед сложением умножаются на определенный коэффици-
ент, величина которого обратно пропорциональна уровню поме-
хи. Программа предусматривает различные способы оценки вели-
чины сигналов и помех. Это могут быть амплитудные или энер-
гетические оценки, выполняемые по различному числу трасс и
их протяженности. После определения весового множителя вели-
чина каждой выборки умножается на определенный множитель и
после этого складывается для получения конечной суммы (рис.
82).

2.	Весовая корреляция, предусматривающая корреляцию заре-
гистрированных сигналов с управляющим сигналом переменной
амплитуды. Их значение выбирается на основании спектрального
состава зарегистрированных волн с тем, чтобы компенсировать
те искажения, которые имеют место при возбуждении, распрост-
ранении и приеме колебаний. Весовая корреляция позволяет:
лчм

пвзо00

ВИБКОР

:>« ;з-48гц п-еггц 12 адгц ?г иогч

45жг5с Яс 5с Яс
0

в

1

2

Л

’	. с



______\Ш\

ХМЖ^\'\''

Ччс А' к А

^жхх^л'вн^Лда^-'хч'т
^^'ШКЗКЗИКК'-ч" <'м >х ш
^ж»ЖкйкХ\к»* > хс ;»,.,\\

"ХлХ ,' ЧЧМХ.'
^'$ждайаи«да.л®\\ ;

»ЯЖ&<4Жй*«вЙ

§йй|8й1

^**анализа_ с)

12-1/ЯГи, 12-48ГЦ 12-МГц 12-ШГц 72-82Гц

О <?с 5С 5 с 12с	12 с

4 Спектра скорректированных свипов

А к 1 к 1

в

ПВВ*“	ПВ65“

лчм ВИБКОР лчм ВИбКОР

( с рабочим сйипом) (с рабочим свапом )
12-65ГС, 12-622^	72-В2Г», 12-622»,

12с	12с	12с	12с

Рис. 81. Измене-
ние и коррекция
спектров зарегист-
рированных волн на
основе пакета Ор1-
ПеШ:
а - линейный уп-
равляющий сигнал;
б - нелинейные
сигналы; в - спек-
тры последних

17,152,! 17,552,5 0 25 70 17,552,5 17,5 52,5 Г Ги,
РаЯпчии сВип ,	'


№ 2202

3

Рис. 82. Ослабление регулярных волн с помощью весового суммирования:

1 - исходная сейсмограмма; 2 - сейсмограмма с помехами; 3 - сейсмограмма после весового суммирования
а

6

Рис. 83. Ослабление низкоскоростных помех на основе корреляции:
а - стандартной, 6 - весовой
выравнять спектр целевых волн;

снизить фон корреляционных помех при уменьшении амплитуд
управляющего сигнала в его начале и конце;

уменьшить отрицательное влияние низкоскоростных волн-
помех на прослеживаемость полезных отражений (рис. 83).

Следует отметить, что весовая корреляция не искажает фа-
зовые спектры сигналов на коррелограммах.

3.	Программы оценки разрешенности записей по критериям
Релея, Гогоненкова, Берхаута и Вайдеса, динамического диапа-
зона трасс, отношения сигнал/помеха.

Практика применения этих комплексов показала, что они
обеспечивают получение необходимых данных и тем самым повы-
шают эффективность выполняемых работ.

7. "ЧАСТОТНЕЙ" МЕТОД
ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМИКИ

7.1.	ИСХОДНЫЕ ФОРМУЛЫ И ОБОЗНАЧЕНИЯ

"Частотный” метод вибрационной сейсморазведки является
одной из ее разновидностей. Он достаточно прост и может быть
объяснен следующим образом.

Назовем изучаемую геологическую среду "черным ящиком”,
его импульсную реакцию обозначим через Л(т), а частотную ха-
рактеристику через //((*>). Частотную характеристику Н(ш) можно
получить, подавая на вход "ящика” синусоидальные колебания
Ь(1) - бозшац сначала одной частоты потом другой и т.д.
Зная частотную характеристику Я(о>) "ящика”, импульсную реак-
цию его можем определить путем обратного преобразования
Фурье: Жо>) -> Л(т).

Поскольку частоту и и длительность синусоидальных коле-
баний Ъ(1) = />081п(х>./ мы задаем сами, то амплитуду и фазу
"полезных” колебаний

А (0 = Ъ0\Н(ы\з1п(ыЛ+<р(и.У),
действующих на выходе "черного ящика”, мы можем определить с
наперед заданной точностью на фоне случайных помех путем ис-
пользования хорошо известного метода синхронного детектиро-
вания.

На скольких частотах ы или с каким шагом надо опреде-
лять частотную характеристику Ж<д)? Ответ дает обратная тео-
рема Котельникова:
20*
ы, = гДы, До» - 2ПД/, Д/< (2ГЛ)'\

Если Т - 5 с, то Д/ < 0,1 Гц. Очевидно, что настраивать
частоту вибратора с такой точностью на фиксированные частоты
ы. - дело принципиально возможное, но, как увидим дальше, не
нужное. Вышеописанный метод будет работать и в том случае,
когда частота вибратора медленно, без остановок, проходит
весь диапазон ь>1-ш2, в котором требуется знать частотную ха-
рактеристику Н(ш). Будем считать, что управляющий, зондирую-
щий сигнал, излучаемый вибратором, описывается формулой

6(1) = йозша?, 0 $ Т1 к 14 Т2.	(7.1)

Мгновенная круговая частота

и1 “ I? = 37 (а?) = 2аГ	(7.2)

этого сигнала пробегает от и, = 2«1Г1 до и2 = 2а2Т2 (Т2-Г1 =
= Т - длительность вибрации). Здесь амплитуда колебаний 6\ и
скорость изменения частоты ш = 2а считаются постоянными ве-
личинами. На практике они могут быть переменными и зависеть
от времени излучения. Такие сигналы называют нелинейными. В
этой работе на них не акцентируется внимание не потому, что
использование их на практике не рекомендуется, а просто по-
тому, что формулы, описывающие свойства этих сигналов, гро-
моздкие и малонаглядные.

Импульсной реакцией геологической среды Л(т) будем назы-
вать идеальную сейсмограмму, которую мы получили бы при ис-
пользовании импульсного источника. Функцию Л(т) удобно пред-
ставлять в виде "частокола” ординат или, что то же самое,
как систему линий задержек:

Л(т) = ЕЛ(ЛДт)Дт-3(т-ЛДт) = ЕЛ.З(т-т,).	(7.3)

• к л
к

Когда сила источника задана в виде некоторой функции 6(1),
йа выходе неискажающего приемника будем иметь

А(1) = ЕЛ2Л(Гтр.

Дальше для упрощения формул удобно рассматривать одну-един-
ственную ординату Л* или одну линию задержки. Полезный сиг-
нал на выходе этой линии обозначим через

Л*(0 “ КкЬ<Л~\}-

2.	Первая операция "частотного” метода будет состоять в
умножении принятых колебаний /(0 = А(1) на копию 3(0 =
= В181па? зондирующего сигнала:

С(/)(0 =4(03(0, С^(0 = Л*(03(0 - Ь^бу
хзшаО-т^зтаг2 = 1^ккк {соз|а(?-тр2-

-а/2] -сов [а (Г-т р 2+а(2}.

Первое слагаемое со5(2атр-ат2) имеет круговую частоту, рав-
ную <&'к = 2атА, а круговая частота второго слагаемого равна
= 4а.1-2алк. Примечательно, частота м>кг от времени I не
зависит и при малых значениях а ш'к « и". Дальше процесс
С(1)(0 пропускается через низкочастотный фильтр, и на вы-
ходе его получаем

С(О = Л(ОВ(0 = 2‘1й101ЕЛ^со5(2ат^Г-ат2)=

I Л(0)со8(ы 0-а0)2</0; и = 2а(.

Т1 /

(7.4)

Вспомним

лу для спектра:

Н(и) = Г Л(0)е-/ы0б/0 = Л(0)со8(ы0)-/Л(0)8Ш(ы0)б/0.

Отсюда видно, что функция С(и) по форме отличается от
Ке{Я(ы)} только тем, что в аргумент косинуса входит слагае-
мое а02, которое можно учесть при обратном преобразовании
Фурье. Таким образом, функции С(ы) можем придавать смысл ве-
щественной компоненты спектра искомой сейсмограммы Л(т).

Мнимую компоненту спектра определим при помощи операции

2(1) = Л(03*(0, В* (О = Вюозаг2.	(7.5)

Повторяя вышеописанные процедуры, получим

2(1) = -2‘1 51В1Е81п(2ат, (-ат2 =
1'1,	к к

к

= -2-1* в 1 Л(0)81П(Ы 0-а02)б/0.	(7.6)

ч

Обозначим частотную характеристику вышеупомянутого низко-
частотного фильтра через

Фн(ы) = |фн(ы) |ехр{#г„(ы)} -» <ря(т).

Когда на вход фильтра будем подавать установившийся процесс

С08(ы*(-ат2), на выходе его будем иметь

/»ых(0 = |Ф (ы.) I сов [ы., 1-а.тгАф (ы,)1, ы, = 2ат,.
1 н к 1 кг к к ' к к

Следовательно,

С(О = 2' Т |фя(2а0) |Л(0)со8[2а0(-а02+0н(2а0)]б/0,
ТК

2(0 = 2‘51В1 1 |Фн(2а0|Л(0)81п[2а0(-а02+^„(2а0)]г/0.
Нашей задачей является определение импульсной реакции
й(т).

Мы заранее знаем, что й(т)  0 при т < 0. Запишем эту
функцию в виде

й(т) « й1(т)+й2(т),	(7.7)

где Л1(т) - четная, й2(т) - нечетная функция, т.е. при т > 0
Л1(т) « 2*й(т) и й2(т) = 2’У1(т), а при т < 0 йДт) =
= 2-1й(т) и й2(т) = -2'*(т).

Очевидно, что

Л1(т)^->Ке{Я(ш)}, й2(т) -4->1ш{Я(й>)}.

Таким образом, если мы знаем только Ке{Я(й>)}, то можем опре-
делить четную функцию йДт), которая при т > 0 дает нам
2~1й(т). Точно так же, если нам известна только 1ш{Я(ш)},
будет определена функция й2(т). Напомним, что йДт) и й2(т)
мы бы определили при помощи операции

= --- Т Ке{Я(й>)}со8й>ттб/ь>;

<<>!

Л2(Т) =	1 1ш{Я(й)) } •51ПШТтс/й>,

где т = тДт; т = 1, 2, 3...; оъ-йъ - полоса частот, в
т

которой нам известна Н(ш).

Для реализации этой операции нам надо будет сформировать
набор косинусоид и синусоид вида уД = созыт^, уД =
Аналогичной операции предлагается подвергнуть функцию С(().
Из (2.5) и (2.8) видно, что искомая ордината к^ фигурирует
там в виде

Ск(1) = 2-1й1Р1|Фн(2атр|ЛЛсоз[2атАг-ат^н(2атр].

Следовательно, чтобы определить й*, нам надо функцию С*(/)
умножить на косинусоиду и проинтегрировать. Но время интег-
рирования мы заранее не знаем. Поэтому мы должны воспользо-
ваться испытанным методом "проб и ошибок” и осуществить эту
операцию много раз при помощи набора косинусоид вида

= соз[2ат /-ат2-нЛ (2ат )],
т 1 т тгн т 1 ’

т.е.

Т2

Л,(тт) = «Г С(0сов[ат-ат^иры(2ат )](И,
Т1

ы{ = 2а/;	= тДт; т = 1, 2, 3,...; Т2-Т1 = Т - длитель-

ность вибрации, о>1 = 2аТ1 и ы2 = 2аТ2 - нижняя и верхняя
частоты вибратора.

зю
Аналогично

Тг

= ^2(081п^Тт-аТАЧ(2аТт)^Л

Сравнивая эти операции с (2.10), можем видеть, что упомяну-
тый выше метод "проб и ошибок” представляет собой по смыслу
обратное преобразование Фурье, в котором учитывается только
фазовое слагаемое - ат2+ф (2ат ).

Ордината к^ = Л(йДт)Дт искомой функции й(т) будет опреде-
лена при тт = тк в виде

й, (т ) = 2-%|31Т.|Ф (2ат )|й. = кЛт ).

1 т	г 1 о' и к 1 к 2 т

Можно показать, Что функция кг четная, й2(т) - нечетная.
Поэтому, когда известны обе компоненты, С (О и 2(1), оконча-
тельный результант восстановления импульсной сейсмограммы
й(т) рекомендуется представлять в виде
й(т) = й1(т)+й2(т).

Но во многих случаях можно ограничиться определением либо
С(1), либо 2(1). Однако следует учитывать, что при использо-
вании обеих компонент амплитуда полезных сигналов в восста-
новленной сейсмограмме возрастает в 2 раза. Отношение сиг-
нал/помеха - в V? раз.

Функции С(1) и 2(1) названы "частотными” сейсмограммами,
а функция к(1) - "импульсной” сейсмограммой, восстановленной
из вибросейсмических колебаний.

7.2.	ОПТИМАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ И
УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ АЛГОРИТМА
КОРРЕЛЯЦИОННОГО СЖАТИЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ
ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИГНАЛОВ

Для наилучшего восстановления импульсной реакции й(0)
среды по наблюдаемому процессу

/(О = А(1)+п(1)

надо процесс /(0 "пропустить” через фильтр винеровского ти-
па, частотная характеристика которого описывается формулой
Д(ы) = Д(ы)-Г2(ы);

Ц = В* (ш), Ь =--------1^112----------_

|жы) 12 |в(Ш) 12+т(15/1(ы)

Здесь А(1) = к(т)-Ь(1), Н(ш) <-» й(т), В* (и) о Ь(-1)	8 -

А
спектральная интенсивность случайных помех и(0,	- дли-

тельность восстановленной сейсмограммы ц(т) = А(0*2(т), где
2(т)	Ь(ы).

Использование этого алгоритма дает минимум величины

Д -	[$о (т)-Л(т)] 2<7т,

т.
I

где М - знак математического ожидания; 0О = /(0*2(т); Т. -

интервал, в котором осуществляется оценка величин Д; этот
интервал рекомендуется выбирать равным Т .

Фильтр 1л по смыслу является операцией выделения полезно-

го сигнала Л (О относительно случайных помех п(1) путем ис-
пользования различия их энергетических спектров: |А(ш)|2 =
= |Я(ы) |2|В(о>) |2 и Ту5п(ы). С первого взгляда кажется, что
фильтрацию 1л (ы) нельзя реализовать, так как функция |Я(с<>)2|
нам заранее неизвестна. Но тем не менее фильтрация 1л широко

используется в сейсморазведке, так как процедура эксперимен-
тального подбора фильтров и является по существу процедурой
выбора функции 1л, а любая сейсмическая аппаратура имеет
весьма богатый набор фильтров.

Фильтрация Ь\{ы) = В*(ы) представляет собой не что иное,
как вычисление взаимнокорреляционной функции между функциями
/(О и Ь(1). Конечно, используется не сам сигнал Ь(1), излу-
чаемый источником, а его копия /3(0. Запишем эту операцию в

виде

9(т) - I /(Ор (От).

т

(7.8)

Спектр полезного сигнала на выходе фильтра Ц = В*(ы) выгля-
дит следующим образом:

М(ы) - А(ы)В(ы) = Н(ы) | В(ы) |2.

При |В(ш)|2 == сопз! = С будем иметь М(ы) - СН(ы), т.е.
ц(т) = Сй(т). Описываемый алгоритм Д является главной опе-
рацией, осуществляющей сжатие во времени зондирующего сигна-
ла Ь(1), который может быть весьма длительным во времени.
Важно только, чтобы |В(ш)|2 = С в "рабочем” диапазоне час-
тот. То, что Д = В*(ы) является частью оптимального алго-
ритма восстановления й(т), означает, что в природе не су-
ществует другой более разумной процедуры.

Покажем, что алгоритм Д не обязательно выполняется так,
как он записан в (4.3), что в "частотном” методе тоже, ока-
зывается, выполняется (4.3), но только другими способами.

В соответствии с (2.4) произведем первые две операции
"частотного” метода:

С(0 = /(ОР^ша/2; 2(1) = /(ОРлозаЛ
312
др пыле производятся операции (2.13) и (2.14): результаты вы-
числений складываются, т.е.

т2

Д(т) = й1(т)+й2(т) =1 [С(Г) соз(-2ат/+ат2) + 7(<)зш х
71

х (-2ат(+ат2) ] <11 - р1Х/( I) [81паГ2соз (-2ат(+ат2) +
+со8а(2 з1п(-2ат/+ат2)] <11 - 1/(/)0151па( г-т) г(11 =

Тг

- / /(О3((-т)б/г,

71

что и требовалось доказать.

Заметим, что после перемножений (4.5) мы здесь не произ-
водили низкочастотную фильтрацию Фн(и). Этот фильтр в (2.5)
и (2.6) нам понадобился только для того, чтобы выявить физи-
ческий смысл функций С(0 и 2(1) и уменьшить объем памяти
устройства, предназначенного для регистрации этих функций.
Фильтр Ф„(й1), в принципе, не нужен, так как последующая опе-
рация (2.13) равносильна "пропусканию” процессов С(0 и 2(1)
через очень узкополосный фильтр. Например, если длительность
вибрации Т = ЗООс, то полосу пропускания упомянутого фильтра
можно определить по формуле Д/ = 1/Т = 3,3 • 10‘3 Гц. При ис-
пользовании такого узкого полосного фильтра мы будем полу-
чать практически одинаковый результат, подвергались ли про-
изведения /(00(0 и /(00* (0 предварительной фильтрации
Фн(о>) или нет.

Покажем, что операция (7.8) выполняется в "частотном” ме-
тоде при использовании не только линейного, но и нелинейного
сигналов. Запишем для этого копию зондирующего сигнала в ви-
де

0(0 = 01$тр(0.

Тогда

С(1) = /(О015Шф(О; 2(1) = /(О01СОз(О.

При выполнении (2.13) учтем, что используемые нами
косинусоиды и синусоиды представляют собой сояф и $1щД, где
Ф  <р(1-х)-<р(1). Поэтому

А(т) = Л1(т)+Й2(т) = I [С(О СО8^+Х(()81П^]Л =
71

 011/( I) [51ЩР, СО5^+СО81Р51П0] =

„ Тг

"Т/(Г)0151п(ф+^)б/( = I 0(О0181п<₽(1-х)(11.
71

Как видим, здесь важно только то, что зондирующий сигнал
является синусоидальной функцией, а ее фаза <р(1) может ме-
няться как угодно.
Можно показать, что хорошо известный метод синхронного
накопления сигналов тоже является процедурой, выполняющей
операцию (7.8).

Спектр сейсмограммы, восстановленной из вибросейсмических
колебаний, описывается формулой

Л№) = Я(й»|В(ь»|2.

Отсюда следует, что восстановленную сейсмограмму можно
рассматривать как сейсмограмму, полученную от импульсного
источника, который излучает импульс, заданный в виде Г(т) =
= 6«)х6(-г) ♦♦ |В(о>)| . Вопрос о том, хорошо или плохо
удовлетворяет тот или иной сигнал ЬО) виброисточника тре-
бованиям сейсмики, лучше всего решается путем оценки уровня
и протяженности автокорреляционной функции Г(т) за пределами
основного максимума в ее "хвостовой” части: тот сигнал Ь(Л)
хорош, у которого автокорреляционная функция Г(т) имеет
более компактную форму и малый уровень "хвостов”. В классе
протяженных или длительных сигналов, рассматриваемых при
одинаковой их длительности Т, свип-сигнал имеет наиболее
компактную автокорреляционную функцию. При этом, если ис-
пользуются фильтры, сглаживающие спектр |5(ш) |2 на краевых
частотах, автокорреляционная функция свип-сигнала будет
иметь наименьший уровень "хвостов”.

Такие ”хвосты” функции Г(т) будем называть "законными
хвостами”, так как они существуют даже при идеальных услови-
ях, т.е. даже тогда, когда зондирующий сигнал точно описы-
вается формулой 6(0 = 6181па?. На практике неизбежны ам-
плитудные и фазовые отклонения, которые приводят к искажению
корреляционных функций зарегистрированных сигналов. Эти во-
просы рассмотрены в ряде работ [18, 20], поэтому ограничимся
лишь изложением основных результатов.

При фазовых искажениях излучаемых колебаний каждый эле-
ментарный сигнал (отражение) на восстановленной сейсмограмме
сопровождается последовательностью эхо-сигналов, расположен-
ных симметрично относительно породившего их импульса. Уро-
вень рассматриваемых помех велик уже при незначительной рас-
фазировке (1-10 ) и решающим образом ограничивает реальный
динамический диапазон вибрационной сейсморазведки. При пе-
риодических амплитудных флуктуациях каждый элементарный им-
пульс сопровождается двумя ложными разрастаниями, которые
также существенно снижают реальный динамический диапазон
вибрационной сейсморазведки. Одновременно флуктуации ампли-
туды и фазы колебаний вибратора приводят к тому, что, кроме
отмеченных выше помех, каждый ложный сигнал, обусловленный
фазовой погрешностью, на восстановленной сейсмограмме сопро-
вождается дополнительно двумя боковыми сигналами, сдвинутыми
влево и вправо на определенную величину относительно исход-
ного эхо-сигнала. Из рассмотренных это наиболее слабые поме-
я они играют второстепенную роль в ограничении динами-
ческого диапазона вибрационной сейсморазведки.

Годографы волн-помех совпадают с годографами породивших
их волн, но смещены относительно последних, что делает сум-
мирование по ОГТ эффективным средством борьбы с ними.

Непериодические флуктуации фазы колебаний вибратора резко
снижают разрешающую способность вибрационной сейсморазведки.
При этом уход фазы по линейному закону приводит к временному
смещению импульсов (отражений) на сейсмограмме без искажения
их формы.

7.3.	КОМПЛЕКС "ВИБРОЛОКАТОР”

7.3.1.	ВИБРАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ КОМПЛЕКСА

Технические средства (вибраторы, специализированные
сейсмостанции, устройства, обеспечивающие восстановление
импульсной сейсмограммы), которые разрабатывались на осно-
ве частного метода, были названы “Вибролокаторами”. Работы
по созданию этой техники были начаты небольшой группой в
1965 г. с целью поиска путей создания технических средств
для сейсморазведки нефтяных и газовых месторождений (глу-
бины до 4—5 км) на поперечных волнах. Конечно, эта техника
должна была быть работоспособной и на продольных волнах,
так как только при совместном использовании этих волн можно
было рассчитывать на существенное повышение информативно-
сти сейсморазведки.

Первый комплект действующих макетов появился в 1969 г.
(В.И. Юшин, Ю.В. Михаэлис, Я.Я. Тарвид и др.) и в этом же
году в окрестностях Новосибирского академгородка была полу-
чена первая в нашей стране вибрационная сейсмограмма, вос-
становленная в импульсную форму. Опытные работы, выполненные
в 1970-1972 гг. с этими макетными образцами техники, показа-
ли, что они могут обеспечить глубинность сейсморазведки на
поперечных волнах не более чем на 200-300 м. Амплитуда силы
Г«, действующей на грунт со стороны вышеупомянутого вибрато-
ра, оказалась равной всего лишь 1 тонне. Именно на этих ра-
ботах стало понятно, что сила, развиваемая внутри силовой
камеры вибратора, и сила, передаваемая в грунт, - это дале-
ко не одно и то же. Стало ясно, что для разведки глубин до
4-5 км на поперечных волнах амплитуду силы Гн надо довести
ДО 40-50 тонн.

Как сделать вибрационный источник, который действовал бы
на грунт в горизонтальном направлении с силой, амплитуда ко-
торой равна 40-50 т. Оказалось, что комплектация такой уста-
новки самыми рядовыми изделиями гидротехники (шлангами высо-
кого давления, разъемами, тройниками, гидроаккумуляторами и
Рис. 84. Конструктивная схема вибратора системы “Вибролокагор“:

1 - передняя и задняя излучающие платформы; 2 - первичный генератор
электропитания, работающий от вала отбора мощности трактора; 3 - элект-
ромашинный преобразователь частоты электропитания вибродвигателей; 4
гидроцилиндры, обеспечивающие спуск, подъем и прижим платформы к грунту;

5 - гидродебалансы; 6 - вибродвигатели

т.д.) представляет собой очень трудное дело. Поэтому возник-
ла мысль о создании группового центробежного виброисточника
с суммарной силой 40-Ю т, дебалансы которого вращались бы
синхронными электродвигателями. Выпускаемые промышленностью
высокоскоростные (до 70-80 Гц) подшипники обеспечивали на-
грузку до 2 т. Отсюда следовало, что группа вибраторов долж-
на состоять из пяти автономных виброустановок (так же, как в
системе "Вибросейс”), каждая установка должна генерировать
силу с амплитудой около Ют при помощи восьми синхронных
(5-10)-киловаттных электродвигателей. При этом силовая на-
грузка на отдельный подшипник не будет превосходить 0,7 т.
Если иметь в виду, что в центробежных вибраторах, предназна-
ченных для уплотнения грунта, существует корреляция "сила №
тонн —> электродвигатель киловатт”, то станет очевидным,
что в выше описанной конструкции группового виброисточника
закладывался трех-пятикратный запас прочности и мощности,
так как для сейсмики требуется не просто вибрация, а син-
хронная вибрация всех вибровозбудителей по программному
свип-сигналу. Такие двигатели были разработаны (В.Ф. Кула-
ков, А.В. Игнатьев, С. Рикконен, В.Н. Дмитриев) и к 1974 г.
был подготовлен к полевым испытаниям действующий макет вось-
мидвигательной виброустановки.

На рис. 84 показан общий вид вибратора. Он смонтирован на
стандартном гусеничном тракторе (Т-170) высокой проходимос-
ти. Вибродвигатели установлены на передней и задней платфор-
мах 1 , по четыре двигателя на каждую. Расположение на
платформе электродвигателей с дебалансами показано на рисун-
ке пунктиром. Платформы прижимаются к грунту массой трактора
при помощи штатных гидроцилиндров. Виброзащитная подвеска
трактора (или прижимная система) имеет собственную частоту
фулло 1 Гц и допускает работу при уклонах и крене до 12-15 .
Источником энергии для всех электродвигателей служит 80-
удяоваттный генератор 2, приводимый от вала отбора мощности
трактора. Переменное трехфазное напряжение, генерируемое
этим генератором, преобразуется в блоке 3 в напряжение, час-
тота которого меняется по программному свип-сигналу. Это на-
пряжение подается ко всем восьми синхронным вибродвигателям.
Синхронные двигатели несколько сложнее, чем асинхронные, но
они значительно упрощают систему управления, гарантируя син-
хронное и синфазное вращение группы вибромоторов без обрат-
ных связей.

В блоке 3 используется электромашинное преобразование
частоты: переменное напряжение частотой около 50 Гц, сни-
маемое с генератора 2, преобразуется в постоянное напряже-
ние. Это напряжение питает двигатель постоянного тока, час-
тота и фаза вращения которого равны частоте и фазе програм-
много свип-сигнала. Это достигается следящей системой, кото-
рая сравнивает фазу вращения вала двигателя постоянного тока
с фазой свип-сигнала параллельно на частотах, в 80 раз пре-
восходящих частоту первой гармоники свип-сигнала. Сигнал
ошибки, вырабатываемой следящей системой, обеспечивает уско-
рение или замедление вращения двигателя постоянного тока.
Вал этого двигателя соединен с валом пассивного (без обрат-
ных связей) генератора, который дает трехфазное напряжение с
частотой вращения своего вала. Это напряжение, как указыва-
лось, идет на питание восьми синхронных вибродви^ателей. Фа-
зовые погрешности управления не превышают 10-12

Программный генератор свип-сигнала рв(0 ж Рзшаг2 уста-
новлен в кабине трактора. Он имеет ряд скоростей развертки
частоты: 0,1; 0,2; 0,4 Гц/с. В сейсмостанции установлен вто-
рой, идентичный с рв(0, генератор свип-сигнала В„(0 =
" Взша/2. Синхронизация времени запуска этих генераторов
осуществляется по радиоканалу. Высокие требования к точности
одновременного (+ 1 мс) запуска этих генераторов, к их фазо-
вой идентичности диктовались тем, что эти вибраторы, как
Указывалось, предназначены для группировки. В одной группе
должны работать 4-5 вышеописанных вибраторов.

Перейдем к описанию дебалансных вибровозбудителей. На
рис. 85 показано направление вращения дебалансов, их положе-
ние в моменты времени I. (когда = 2пи+щ/2; 1 = 0, 1, 2,
3) при вертикальной (а) и горизонтальной ориентации (б) сум-
марной центробежной силы дебалансных мисс. При I =я /о все
Дебалансы оказываются в верхнем положении (см. рис. 81).
’-ледовательно, в этот момент времени на оси всех четырех
Двигателей действует сила Р^ = 4/^, которая тянет платформу
вверх. При I = 6 центробежные силы направлены друг против
а	б

И Н Р' К
'»®®®®	©(+>©(+)

*’ ®0®0	®®®@-~

^с^срсрср	с^(±)(р(Ь

4’~©®@ -® о ® ®

Рис. 85. Положения дебалансов четырехмоторного вибратора в моменты вре-
мени Г;., когда й«(. - 2Пп ж 0; 7Г/2; ЗП/2 при вертикальной (а) и гори-
зонтальной (6) ориентации суммарной силы вибратора

друга, и сила, действующая на платформу, будет равна нулю.
Следующий момент времени 1г суммарная сила дебалансов на-
правлена вниз и т.д.

Траекторию движения по оси 2 дебалансной массы тэ первого
мотора можно описывать формулой 1/2(0 = 1/эсоза>Л Следова-
тельно, сила инерции, создаваемая массой и направленная
по оси 2, будет равна

Р^\!) = т И (I) = -т 1} ш2созш/.	(7.9)

I	Э I	Э Э

Таким образом, вертикальная сила, создаваемая четырьмя
массами тэ, будет равна 4Р™(1).

Теперь рассмотрим ситуацию при горизонтальной ориентации
силы вибратора. На рис. 85 видно, что в момент времени (=1^
центробежные силы всех четырех дебалансов направлены вправо,
а в момент времени - влево. В момент Мо силы Р\ и Рг
направлены вверх, а Рз и Ра - вниз. Момент силы относительно
центра платформы (который находится между вторым и третьим
моторами) равен нулю. Горизонтальная сила, действующая на
платформу со стороны одной дебалансной массы тэ будет равна
Г(1) - т 0 (0 = -т V и>г1, V (0 = V гипоЛ.	(7.10)

Следовательно, суммарная сила равна Для сцепления
виброплатформы с грунтом при действии горизонтальной силы на
нижней стороне платформы имеются выступающие клинья треу-
гольной формы высотой 0,1 м.

Рассмотрим зависимость силы вибратора от частоты. Из фор-
(7.9) и (7.10) видно, что при тэ(/э = сопя! амплитуда си-
шг. Вибратор с таким ростом силы, в принципе, был бы
хорош для сейсморазведки, так как колебания на высоких час-
тотах затухают сильнее; кроме того, на высоких частотах зна-
чительная часть силы Л не доходит до грунта, она тратится
на перемещение массы виброплатформы. Но, как упоминалось вы-
ше, силовая нагрузка на опорный подшипник вибромотора не
дряжна превосходить 2 т. Если величину тэ(Л выберем так,
чтобы на частоте 80 Гц сила Р была бы равна Р3 = 1 т = 10*Я,
то на частоте 20 Гц эта сила будет равна всего лишь Р = 1/16
тонны. Следовательно, при росте частоты / величину нуж-
но каким-то образом уменьшить. Существует много способов из-
менения величины и3т3, осуществляемых без остановки сеанса
вибрации. В комплексе ”Вибролокатор” использована схема,
предложенная Г.В. Егоровым и А.Г. Комлягиным, а затем усо-
вершенствованная В.И. Юшиным.

7.3.2. ПРИЕМНО-РЕГИСТРИРУЮЩАЯ АППАРАТУРА
КОМПЛЕКСА

В связи с тем, что применяемые в сейсморазведке станции
не могли быть использованы в частотном методе, была разрабо-
тана специализированная приемно-регистрирующая аппаратура.
Она включала собственно сейсмостанцию и экспресс-анализатор,
предназначенный для восстановления импульсных сейсмограмм в
условиях полевой базы сейсмопартии. Из-за низкочастотности
"частотной” сейсмограммы, запись 48 сейсмических каналов
осуществлялась в цифровом коде в виде последовательности им-
пульсов на магнитную ленту шириной 6,25 мм при помощи ленто-
протяженного механизма обыкновенного магнитофона. Основная
обработка вибросейсмических сигналов (восстановление импуль-
сных сейсмограмм, построение разрезов ОГТ) осуществлялась на
вычислительных центрах при помощи ЭВМ. Для предварительной
оценки качества материалов был предусмотрен упомянутый выше
экспресс-анализатор. С появлением цифровой сейсморазведочной
Сейсмостанции "Прогресс” была реализована идея приставки, на
которую сейсмические колебания подаются после их оцифровки в
АЦП сейсмостанции "Прогресс”. В приставке происходит цифро-
вое перемножение и выделение 48-канальной "частотной сейсмо-
граммы”. Эта информация записывается на твердотельное запо-
минающее устройство. После сеанса вибрации включается ленто-
протяженный механизм сейсмостанции "Прогресс” и "частотная
сейсмограмма” переписывается из указанного устройства на
магнитную ленту в том же стандарте, какой принят в этой
сейсмостанции. С этим комплексом выполнены значительные по
объему работы в различных районах Восточной и Западной Сиби-
ри с возбуждением продольных и поперечных волн методами ОГТ
и МПВ [17, 19].
8.	ПРИМЕНЕНИЕ НАЗЕМНЫХ НЕВЗРЫВНЫХ
ИСТОЧНИКОВ В РАЙОНАХ С РАЗЛИЧНЫМИ
СЕЙСМОГЕОЛОГИЧЕСКИМИ УСЛОВИЯМИ

Наземная невзрывная сейсморазведка широко применяется на
всех стадиях поисково-разведочных работ на нефть, газ и
другие полезные ископаемые. Увеличиваются объемы невзрывной
сейсморазведки при геолого-изыскательских и инженерных ис-
следованиях. В самые последние годы были выполнены работы по
нетрадиционному применению наземных невзрывных источников
для воздействия на пласт с целью увеличения притоков нефти и
газа, а также на верхние приповерхностные горизонты с целью
нарушения газового равновесия в породах и оценки содержания
углеводородов в воздухе для прогноза наличия их в погружен-
ных отложениях. В развитых капиталистических странах на долю
наземной невзрывной сейсморазведки приходится в среднем
около 50%, а в отдельные годы и больший процент отработанных
сейсмических профилей. Объемы применения наземных невзрыв-
ных источников по типам и модификациям в капиталистических
странах за последние годы приведены выше. В нашей стране на
долю невзрывной сейсморазведки приходится 35-40% профилей,
отработанных с целью поисков и разведки нефтяных и газовых
месторождений. Основные объемы работ выполняются с вибра-
ционными гидравлическими и импульсными газодинамическими
источниками колебаний. Тем не менее используются и источни-
ки других модификаций: механические, электроиндукционные
и электродинамические.

Практика работ показала, что проведение сейсморазведки с
использованием невзрывных источников позволяет упростить
полевые работы и снизить их стоимость, повысить их бе-
зопасность за счет отказа от использования взрывчатых ве-
ществ, исключить или свести к минимуму ущерб, наносимый
окружающей среде. При этом практически повсеместно получены
материалы, обеспечивающие решение геологических задач и
удовлетворяющие требованиям заказчика. По данным, полученным
с применением наземных невзрывных источников, открыты многие
месторождения полезных ископаемых в регионах с различными
поверхностными и глубинными сейсмогеологическими условиями,
построены структурные Схемы и карты, разрезы и региональные
пересечения, освещающие геологическое строение изучаемых
территорий и площадей. К настоящему времени наземные
невзрывные источники применяются практически во всех про-
изводственных геофизических организациях. Есть организации,
которые полностью перешли на работы с невзрывными источ-
никами, отказавшись от применения взрывчатых веществ для
возбуждения сейсмических колебаний. Однако наряду с успехами
320
выявились также ограничения наземной невзрывной сейсмо-
разведки. Основные из них следующие.

В ряде районов с большими глубинами (свыше 4-5 км) за-
легания целевых горизонтов применяемые невзрывные источники
Не обеспечивают их уверенное прослеживание и картирование.

Недостаточная разрешенность волн (по некоторым районам
ниже той, которая достигается при возбуждении волн взрывами
в скважинах на оптимальных глубинах).

Не получила широкого применения невзрывная сейсморазвед-
ка при поисках и разведке некоторых типов неструктурных
ловушек, прогнозировании геологического разреза и прямых
оценок содержания углеводородов. Правда, последние задачи не
всегда успешно решаются и взрывной сейсморазведкой.

Поиски путей преодоления ограничений применения наземных
невзрывных источников должны быть основными направлениями
совершенствования,методики и техники наземной невзрывной
сейсморазведки. /

Рассмотрим примеры использования наземных невзрывных
источников по определенным регионам, характеризующие сос-
тояние и уровень развития невзрывной сейсморазведки в геофи-
зических производственных организациях.

8.1.	РАЙОНЫ ОРЕНБУРГСКОЙ ОБЛАСТИ1
(ЮГО-ВОСТОК РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ)

8.1.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ И МЕТОДИКА РАБОТ

Районы Оренбургской области относятся к числу тех, в
которых были выполнены первые работы с невзрывными, им-
пульсными источниками сейсмических колебаний. Сначала это
были чисто опытные исследования по изучению возможности
применения новых источников, затем опытно-методические по
выработке основных положений методики проведения работ и
сопоставлению результатов взрывной и невзрывной сейсмораз-
ведки. На территории Оренбургской области проведены и первые
производственные наблюдения с невзрывными источниками, когда
за один полевой сезон было отработано более 300 км профилей
ОГТ. Этими работами была показана практическая возможность
проведения сейсморазведки в объемах, удовлетворяющих требо-
ваниям производства.

В настоящее время полевые сейсмические работы с невзрыв-
ными источниками проводятся на юго-восточном окончании Вол-
го-Уральской антеклизы, северной прибортовой зоне Прикас-
пийской синеклизы, Предуральском прогибе, которые характе-

*В районах Оренбургской области сейсмические работы выполняются
Оренбургской геофизической экспедициейАО “Оренбурггеология”.

21 Заказ № 2202
Таблица 12

Год	Установка	Объем работ		
		Всего, км	КМ	%
1991	СВ-5-150	6720	2766	41,5
	ГСК-6М		3954	56,5
1992	СВ-5-150	4446	2368	53
	ГСК-6М		2078	47

Таблица 13

Год	Установка	Стоимость 1 км профиля, руб.	Производительность	
			КМ	ф.н.
1991	СВ-5-150	3671	57	1012
	ГСК-6М	3470	64	1113
1992	СВ-5-150	60551	62	1066
	ГСК-6М	64788	60	1185

ризуются как платформенными субгоризонтальными, так и
криволинейными отражающими границами в районах соляно-
купольного строения пермских отложений. Для нижней части
разреза (девонские и додевонские отложения) характерно на-
личие тектонических нарушений. Рельеф местности пересеченный
(III категории до 30%), грунты мягкие. Работы проводятся
круглогодично. Их основными задачами являются:

региональные, поисковые, детальные и детализационные ра-
боты, включая сейсмические исследования в скважинах МПГС;

поиски антиклинальных и неантиклинальных (рифы, выклини-
вания, тектонически экранированные) ловушек в перми, карбоне
и девоне на глубинах до 5-6 км.

Полевые работы выполняются с источниками СВ-5-150, СВ-5-
150М2 и ГСК-6М при наблюдениях ОГТ, а также механическими
источниками СИ и СИ6У для изучения ЗМС с целью расчета ис-
ходных статических поправок. Колебания принимаются стан-
дартными сейсмоприемниками с собственной частотой 10 Гц и
регистрируются сейсмостанциями "Прогресс-2”, ”Прогресс-3”
в спаренном варианте и ” Прогресс-96”. Разработана и приме-
няется во всех партиях аппаратура контроля числа накапли-
ваемых воздействий (разработка Оренбургской геофизической
экспедиции).

В конце 1990 г. экспедиция полностью перешла на работу с
невзрывными источниками.

В табл. 12 приведены объемы работ, выполненные экспеди-
цией в 1991-1992 гг.
Уменьшение объемов работ в 1992 г. связано со снижением
ассигнований.

Следует отметить относительное увеличение в 1992 г. объ-
емов работ, выполняемых с вибрационными источниками колеба-
ний. Экономические показатели работ приведены в табл. 13.
Увеличение стоимости 1 км профиля ОГТ в 1992 г. объясняется
ростом цен на все материалы, оборудование и трудозатраты.

В большинстве районов Оренбургской области полевые сейс-
моразведочные работы проводятся повторно. Объекты поисковых
и разведочных работ выбираются из необходимости получения
или более детальной информации о поведении основных от-
ражающих горизонтов, или более разрешенных записей с целью
расшифровки зон интерференции волн и уточнения деталей
строения площадей. В ряде случаев возникает необходимость в
проведении работ в пределах культурных зон, коммуникаций,
нефте- и газопроводов, выполнение которых возможно лишь
с невзрывными источниками. Применение установок СВ-5-150 и
ГСК-6М практически обеспечивает глубинность исследования,
необходимую для решения геологических задач в пределах Орен-
бургской области. На неблагоприятных в сейсмогеологическом
отношении площадях и наиболее ответственных участках про-
филей усложняется методика полевых наблюдений.

В целом методика полевых работ определяется задачами
проводимых исследований и сейсмогеологическими условиями в
районе их выполнения. Она учитывает также особенности не-
взрывных источников колебаний и основывается на результатах
их применения в различных районах области и сопредельных
территорий.

На стадии опытных работ проводится отработка зондов по
изучению волновой картины. Длина зондирований составляет
2500-3000 м. Расстояние между каналами 5-10 м. Волновые поля
от импульсных и вибрационных источников достаточно типичны
[52] и характеризуются наличием интенсивных поверхностных
волн и кратных отраженно-преломленных колебаний. Отраженные
волны выделяются в окне, свободном от мешающих колебаний, и
представлены слабоинтенсивными осями синфазностей с высокими
кажущимися скоростями. На основании изучения волновой
картины выбирают параметры интерференционных систем, ве-
личину выноса и другие параметры системы наблюдений. Из-за
необходимости получения отражений от верхних, неглубоких
горизонтов вынос принимают небольшим (от 50 до 200 м).

При работах с вибраторами в опытном порядке выбираются
параметры управляющих сигналов (частоты, длительность),
Длительность записи, количество установок и число накоплений
(два последних параметра выбираются и при работах с им-
пульсными источниками).

В опытном порядке опробовано устройство формирования
Нелинейных опорных сйгалов (УФНС), разработанного геофи-
зической экспедицией № 2 ПГО "Центрогеофизика” [26]. От-
21*	323
30	40	50	50	70	00 ЯО 100	110	120	130

Рис. 86. Улучшение качества материалов при обработке профиля с переме-
щением вибраторов, по сравнению со стандартной схемой группирования ис-
точников. Район солянокупольной тектоники.

В центре рисунков - схемы отработки двух физических точек
паботаны волновые зонды и рабочие расстановки с выбранными
параметрами управляющих сигналов.

Учитывая, что лучшие результаты получены при исполь-
зовании линейных разверток с рабочими параметрами, в про-
изводстве нелинейные сигналы широко не применяли.

В опытном порядке и в небольших объемах (до 10%) на
наиболее ответственных участках проводится отработка про-
филей с перемещением установок после каждого воздействия.
Как правило, это позволяет получать более качественный ма-
териал (рис. 86).

При производственных работах применяется группирование
5-6 невзрывных источников на базе 50-100 м, 12-16 на-
капливаемых воздействий, группирование 21-24 сейсмоприемни-
ков на базе 50 м.

Параметры управляющего сигнала следующие: частоты 10-60,
15-60, 15-80 Гц, Длительность 6-7 с, длительность записи 10-
11 с.	Г

8.1.2.	ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ

Организация и руководство работами на профиле осу-
ществляются начальником сейсмического отряда, который ру-
ководствуется должностными инструкциями, правилами безо-
пасности при геологоразведочных работах (от 27 марта
1990 г.), Инструкцией по охране труда для операторов газо-
динамических установок (от 2 апреля 1992 г.), Инструкцией
по охране труда для операторов сейсмических вибраторов (от
2 апреля 1992 г.) и Технической инструкцией по эксплуатации
соответствующего типа установок. Геофизиков в полевых пар-
тиях нет.

Контроль за работой источников возбуждения проводят,
снимая ленты синхронности запуска ежедневно. Контроль осу-
ществляется определением синхронности запуска установок ГСК-
6М, СИ-5-150М, СВ-5-150 М2 и синфазности работы группы
установок СВ-5-150М и СВ-5-150 М2.

Качество полученного материала оценивается ежедневно в
поле начальником отряда и начальником партии по первичным
перезаписям. Ежемесячно оценка качества проводится ведущим
геофизиком соответствующей камеральной группы партии циф-
ровой обработки и интерпретации (ПЦОИ) по первичным пере-
записям и повальному выводу (на ЭВМ СМ-2 и ПС-2000). Конт-
роль аппаратуры - по комплексам СОМТР-М и СО1ЧТР-96. Состав-
ляется акт приемки, в котором указываются выполненные объ-
емы с разбивкой по качеству и замечания по методике работ
и работе аппаратуры.

Ежемесячно на основании этих актов и замечаний аппа-
ратурной службы составляется сводка по качеству по экспе-
диции и рассылается полевым партиям.
8.1.3.	ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Обработка полученных полевых материалов осуществляется на
ЭВМ под руководством ведущего геофизика камеральной группы
центра обработки информации (ЦОИ), который составляет окон-
чательный отчет по данной площади.

Обработка полученных материалов в поле не проводится.
Материалы передаются в соответствующую камеральную группу
ЦОИ, где под руководством ведущего геофизика группы про-
водится подготовка материалов к обработке, обработка на ЭВМ,
интерпретация и составление отчета.

Полученные материалы обрабатывают на ЭВМ-ЕС-1045, ВК 2М
46 (комплекс запущен в III квартале 1992 г.) в системе СПС-3
(СЦП-3 ПГР, СЦС-ЗСТ, СЦС-З-ЗД, ВСС-МПГС) и на ЭГВК
ПС-2000 в системе СОС-ПС.

Обработка материалов, полученных с СВ-5-150, после кор-
реляции практически не отличается от обработки материалов
с источниками ГСК.

Начальная обработка вибрационных материалов проводится на
ПС-2000 и включает демультиплексирование виброграммы, вывод
опорных сигналов и их спектров, корреляцию виброграмм с по-
левым управляющим сигналом.

Далее, независимо от источника возбуждения, проводится
суммирование с априорными статическими и кинематическими
поправками, минимально-фазовая деконволюция с предва-
рительной и последующими фильтрациями, коррекция кинематики
и статических поправок в широком окне. Дальнейшая обработка
проводится на ЕС-1045 по комплексу СЦС-3, переход осуще-
ствляется адаптационной программой НЕАОР8.

В дальнейшем при необходимости выполняются коррекция ста-
тических поправок по горизонтам (как правило, исключая ос-
ложненные нарушениями девонские отложения), когерентная
фильтрация, миграция, преобразование Гильберта, ТРАВ. Дос-
таточно широко применяется следящее суммирование (РАК М
1,2 с фазой прослеживания ЗУ МРКМ) и программа коррекции
формы импульса, особенно при обработке материалов с ГСК.

По профилям, обработанным для целей ПГР с сохранением
истинных амплитуд, предусматривается получение ЭКО-разрезов
(программа РЕАПАК) и ПАК.

8.1.4.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК

Статические поправки определяются на основании специальных
работ МПВ с невзрывными источниками ГСК-6М, СИМ, СИ6У. В
партиях, работающих с СВ-5-150, для этой цели создаются спе-
циальные отряды, оснащенные одной-двумя установками ГСК-6М,
СИМ и СИ6У. При необходимости осуществляется накапливание
воздействий. Интервал наблюдений по профилю 600-1000 м, дли-
на расстановки 300 м, сейсмоприемники одиночные.

Точность работ МПВ ниже МСК, но, как правило, достаточная
для получения априорных статических поправок. Также при-
меняется комплексное определение статических поправок (МПВ +
+ корреляция по верхнему опорному горизонту). В отдельных
случаях применяется ручная коррекция статических поправок на
сложных участках по общим пунктам приема и возбуждения.

8.1.5.	РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ

Методические результаты работ. Оренбургская геофизическая
экспедиция начала внедрять невзрывные источники ГСК в
1976 г. при работах ОГТ при содействии ВНИИГеофизики.
Источники вибрационного типа СВ-5-150 начали внедрять само-
стоятельно в 1981 г. В этот период в экспедиции не было
невзрывных источников для работ ОГТ в зимний период. Поэтому
источники СВ-5-1\50 были успешно приспособлены для работы в
зимний период с 1981 г. Невзрывные установки ГСК-6М, поз-
воляющие проводить работы при отрицательной температуре,
были получены и запущены только в 1986 г.

В первые годы работали с двумя-тремя установками в
группе, количество накопления - 8, кратность профилирования
не превышала 12, поэтому материалы с невзрывными источника-
ми уступали по качеству прослеживания горизонтов, глубин-
ности освещения разреза материалам, полученным со взрывами.
В эспедиции проводилась работа по совершенствованию методики
работ. Увеличение количества источников в группе до 5-
6 шт., числа накоплений до 12-16 и кратности профилирования
до 48 позволило значительно повысить качество и информатив-
ность материалов. Применение 96-канальных сейсмостанций (в
том числе и в спаренном варианте) позволило сократить шаг
между центрами групп до 50 м без уменьшения кратности.
В районах солянокупольной тектоники положительный эффект
дает сокращение шага между каналами до 25 м.

Улучшение достигается при динамическом режиме работы ПСУ,
т.е. при перемещении группы установок в процессе отработки
физической точки (рис. 86, 87). Причем параметры для
вибрационных и импульсных источников разные.

Применение СВ-5-150 позволяет получить более разрешенную
запись, что особенно важно в условиях тонкослоистого раз-
реза. Невзрывные источники ГСК-6М, СВ-5-150, СИМ, СИ6У
опробовались в опытном порядке для работ по сейсмокаротажу
СК и ВСП. Ввиду того, что СИМ и СИ6У не обеспечивают не-
обходимую интенсивность записи и работают только в одиночном
режиме, пришлось отказаться от их использования для сква-
жинных исследований. В настоящее время они применяются
только для работы МПВ при изучении зоны малых скоростей.
Рис. 87. Улучшение качества материалов и отношений сигнал/помеха при от-
работке профиля с перемещением вибраторов и без него. Район платформы.

В центре рисунков - схемы отработки профиля; 1, 2 - отношения
сигнал/помеха при работах с перемещением вибраторов и по стационарной
схеме соответственно

При работах по СК и ВСП с ГСК-6М и СВ-5-150 качество
первых вступлений ниже, чем со взрывами, при этом с СВ-5-150
далеко не всегда удается получить необходимую длину записи.
Поэтому возможности применения невзрывных источников для
скважинных исследований ограничены. Опытные работы по
внедрению СВ-5-150 для исследований в скважинах про-
должаются. Отработка ВСП и МПГС проводится как со взрывами,
так и с ГСК-6М. К настоящему времени разработана близко к
оптимальной методика полевых работ (применительно к су-
ществующим невзрывным источникам), которая обеспечивает
получение, в основном, качественных материалов и решение
задач по поиску и разведке месторождений полезных иско-
паемых.
а	б

О 10 20 30 40 50 60	70 80 80 ЮО ни 0 Ю 20 30 80 50 ОО 70 80 30 100 110 ПК

Рис. 88. Сравнение временных разрезов, полученных с вибраторами (а) (5 установок, база 100 м, число накоплений 16)
и со взрывами (б) (11 скважин, глубина 6 м, база 100 м, заряд 11x0,8 кг)
Геологические результаты работ. В 1991 г. с применением
невзрывных источников подготовлено 12 объектов (из 15 по
экспедиции), выявлено 6 объектов.

В 1992 г. подготовлено 6 объектов, выявлено 13 объектов.
На подготовленных с невзрывными источниками объектах открыто
в 1991 г. пять месторождений (из семи) - Лапасское, Ши-
рокодольское, залежи: Караванная, вошедшая в Оренбургское
месторождение; Балейкинская-2, вошедшая в Кодяковское место-
рождение; Ю-Чкаловская, вошедшая в Чкаловское месторож-
дение.

В 1992 г. открыто три месторождения (из четырех) - 3-
Широкодольское, Грачевское, Жоховское. Неподтвердившихся
объектов с невзрывными источниками нет. Качество получаемых
временных разрезов обеспечивает решение всех поставленных
задач и необходимую точность построений и глубинность.
Волновая картина по основным отражающим горизонтам со-
поставима. Основные погрешности связаны с локальным из-
менением скоростей, а также со сложной волновой картиной в
районах солянокупольной тектоники, что не связано с при-
менением невзрывных источников.

Приведем некоторые примеры, иллюстрирующие эффективность
невзрывной сейсморазведки. На рис. 86, 87 дано сравнение
стандартной отработки профиля (12 воздействий без переезда)
и работы с перемещением источников СВ-5-150 для районов
солянокупольной тектоники и платформенных условий.

На рис. 88 приведено сравнение временных разрезов, по-
лученных по одному и тому же профилю со взрывами (1983 г.)
и невзрывными источниками СВ-5-150 (повторная отработка в
1985 г.). Обработка по комплексу СОС-ПС 1985 г. Как видно,
разрез с вибраторами более информативен по мелким и глубо-
ким горизонтам.

В 1988 г. по данным сейсморазведки выделены небольшие по
размеру Западно-Рыбкинская и Жоховская органогенные
постройки (рис. 89), на которых последующим бурением в
верхнефранкских отложениях были открыты Рыбкинское (скв.
166) и Жоховское (скв. 167, 168) месторождения нефти. В этом
же районе выявлен и подготовлен еще целый ряд аналогичных
объектов.

В западной части области на борту Погодаево-Остафьевского
некомпенсированного прогиба выявлен целый ряд предполагаемых
рифовых объектов (рис. 90), которые в настоящее время бу-
рением еще не проверены.

Рис. 91 иллюстрирует возможности невзрывных источников
ГСК-6М в районах солянокупольной тектоники. Применение
трехмерной сейсморазведки позволило более надежно проследить
отражающие горизонты, выявить в бортовой зоне Предуральского
прогиба новый объект и рекомендовать бурение скважины.

130 1М 150	160	170	180	190

V* 3500

0000
V*0500
>0=5000

5500 1
10 = 6000
Р-5500-

Рис. 90. Пример профиля, прошедшего через предполагаемый рифовый массив

Высоко оценивая возможности невзрывной сейсморазведки при
поисково-разведочных работах в Оренбургской области, отметим
ее ограничения и недостатки.

Как указывалось выше, невзрывные источники имеют ограни-
ченное применение при скважинных исследованиях. Погруженные
невзрывные источники, очевидно, позволят преодолеть этот
недостаток и обеспечат более широкое применение новых ис-
точников при работах ВСП, МПГС (ВСС). Для повышения эффек-
тивности невзрывной сейсмики необходимы широкополосные виб-
раторы на базе вездеходов "Урал”, которые позволят получать
332
Рис. 91. Пример профиля, прошедшего через соляной купол

более разрешенные записи, а также невзрывные источники виб-
рационного типа для работы комплексом продольных и попереч-
ных волн. Это позволит более полно решать задачи по изучению
коллекторских свойств пород и зон трещинноватости.
8.2.	РАЙОНЫ РЕСПУБЛИКИ ТАТАРСТАН1
(ВОСТОК РУССКОЙ ПЛАТФОРМЫ)

8.2.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ И МЕТОДИКЕ РАБОТ

Освещаемый сейсморазведкой разрез охватывает архейско-
протерозойский комплекс кристаллического фундамента и оса-
дочный чехол, включающий отложения девонской, каменноуголь-
ной, пермской, триасовой, юрской, меловой, неогеновой и
четвертичной систем, причем мезозойские осадки присутствуют
только в разрезе сейсморазведочных площадей Западного Татар-
стана и Ульяновской области, а неогеновые отложения развиты
спорадически. Мощность осадочного чехла изменяется в пре-
делах от 1600 до 2500 м и лишь на юго-востоке описываемой
территории (на севере Оренбургской области) увеличивается до
4000 м.

Осадочный комплекс состоит на терригенных, карбонатных,
сульфатных (в перми) слоев и толщ, поверхности которых
являются отражающими. Значения пластовых скоростей в тер-
ригенных породах варьируют от 2500 до 4400 м/с, а в кар-
бонатах и сульфатах - от 4400 до 6100 м/с. Средняя скорость
в разрезе всего осадочного чехла в целом близка к 5000 м/с,
а в изученной сейсмокаротажем части фундамента - около
6000 м/с. Таким образом, разрез региона можно охарактери-
зовать как высокоскоростной.

Сейсморазведочные площади представляют собой, как пра-
вило, холмистую равнину, в большей или меньшей степени из-
резанную долинами рек и ручьев, оврагами и балками. Перепады
высот дневной поверхности в пределах площади составляют 100-
200 м.

Условия возбуждения упругих колебаний существенно зависят
от степени уплотненности почвенного слоя, различаясь при
выполнении работ по дорогам, целине или пашне, а также по
мерзлому грунту, поскольку работы ведутся в круглогодичном
режиме.

По литологическому составу и физическим свойствам оса-
дочный чехол подразделяется на три комплекса пород:

а)	нижний, преимущественно терригенный комплекс включает
рифей-вендские, средне- и позднедевонские отложения до кров-
ли кыновского горизонта или (на западном склоне Южно-
Татарского свода и в Мелекесской впадине) до кровли саргаев-
ского горизонта. Комплекс сложен переслаивающимися алевро-

'В Республике Татарстан и прилегающих районах Ульяновской и
Оренбургской областей сейсмические работы с наземными невзрывными ис-
точниками выполняются АО “Татнефтегеофизика”.
литами, аргиллитами и песчаниками с отдельными пачками
и прослоями карбонатов;

б)	карбонатно-терригенный комплекс - от кровли тер-
ригенных отложений позднего девона до поверхности ран-
цепермских отложений представлен переслаивающимися извест-
няками, доломитами, а в верхней части - также сульфатными и
галогенными образованиями. В разрезе этого комплекса преи-
мущественно терригенными повсеместно являются только от-
ложения яснополянского надгоризонта визейского яруса, а в
осевых зонах прогибов Камско-Кинельской системы (ККС) -
кроме того, и турнейско-ранневизейские осадки. В северо-
западной части района песчано-глинистыми породами с про-
слоями карбонатов сложен верейский горизонт московского
яруса, причем доля терригенных отложений в разрезе горизонта
увеличивается с востока на запад;

в)	верхний терригенный комплекс включает отложения
уфимского, казанского и татарского ярусов поздней перми и
четвертичные образования. На отдельных участках района
в строении комплекса участвуют отложения неогена.

Наиболее регулярно прослеживаются отражения, связанные с
границами раздела терригенных и карбонатных пород: по-
верхностью раннепермских отложений (обозначаемое индексом
”К”), кровлей верейского горизонта (”В”) там, где верейские
отложения представлены терригенной фацией, кровлей ясно-
полянского надгоризонта ("У”), а в осевых зонах прогибов
ККС - также с подошвой терригенной толщи нижнего карбона
(”С”). Наиболее благоприятные условия для формирования и
прослеживания отражений от кровли терригенных отложений
девона (”Д”) наблюдаются на площадях, относящихся к Нижне-
камскому прогибу ККС (северный и северо-восточный склоны
Южно-Татарского свода). На большинстве же площадей региона
это отражение малоинтенсивно, запись его осложнена наложе-
нием помех, вследствие чего прослеживание его связано с су-
щественными затруднениями.

В различных частях региона прослеживаются, кроме пе-
речисленных, отражения от поверхности и подошвы турнейских
отложений (”Т” и ”Ф”), от горизонтов в толще рифей-венда,
поверхности кристаллического фундамента (”А”) и другие.

Скорости распространения продольных упругих волн в
карбонатных породах 4,6-6,0 км/с, в терригенных отложениях
карбона и девона - 2,5-4,0 км/с, в верхней терригенной тол-
ще - 1,7-3,0 км/с.

Наиболее выдержаны по площади скорости в карбонатных
комплексах. Значительными изменениями скоростей характери-
зуется верхняя терригенная толща, причем эти изменения за-
частую происходят на коротких расстояниях, соизмеримых с
размерами разведуемых объектов. Значения интервальных ско-
ростей от поверхности раннепермских отложений до более
глубокозалегающих горизонтов, в связи с преобладанием в
разрезе карбонатных пород, близки к величинам, указанным для
пластовых скоростей в карбонатных толщах.

В тектоническом отношении рассматриваемые площади рас-
положены на склонах Южно-Татарского свода, а также в ог-
раничивающих этот свод Мелекесской и Верхнепермской впа-
динах, выраженных в рельефе кристаллического фундамента.
В современном тектоническом строении осадочной толщи девона,
наряду со сходными чертами со строением поверхности фунда-
мента, наблюдаются и существенные отличия, главным из кото-
рых является значительное выполаживание структур. Выполажи-
вание, в первую очередь, связано с компенсацией прогибов
мощной толщей рифей-вендских отложений, которые выполняют
Серноводско-Абдулинскую и Верхнекамскую впадины.

Специфической особенностью фаменско-турнейского струк-
турного этажа является значительная роль седиментационных
процессов в его формировании, происходивших в тесной связи с
тектонической обстановкой. По этой причине указанный струк-
турный этаж рассматривается как структурно-формационный
комплекс, основу структурного плана которого образует по-
верхность фаменского яруса. Эта поверхность отражает одно-
временно как структуру более древних комплексов, так и
основные направления нового структурного этажа, в котором
четко выделяется новая система дислокаций - система Камско-
Кинельских прогибов (ККС). В пределах района исследований
располагается Усть-Черемшанский прогиб, участвующий в
строении Мелекесской впадины, Нижнекамский и Актаныш-
Чишминский прогибы, с севера и северо-востока ограничивающие
Южно-Татарский свод, Сарапульский и Можгинский прогибы,
осложняющие строение западного борта Верхнекамской впадины.

Структурные соотношения маркирующих поверхностей внутри
комплекса вс многих чертах не имеют аналогов в дислокациях
подстилающих и перекрывающих толщ. Ширина прогибов ККС
изменяется от 20-40 км до 80-90 км, глубина достигает 400 м.
Прогибы заполнены преимущественно терригенными осадками ма-
линовско-яснополянского возраста.

В прибортовых зонах прогибов и на сопряженных склонах
сводов широко развиты рифогенные структуры позднедевонско-
турнейского возраста, а также визейские эрозионные врезы
(более подробно охарактеризованные далее).

Тектоника каменноугольных (начиная с поверхности яс-
нополянского надгоризонта) и пермских отложений имеет общие
черты со строением как терригенных отложений девона, так и
фаменско-турнейского структурного этажа (наличие структур
облекания рифогенных массивов). По поверхности башкирско-
серпуховских карбонатов известны эрозионные структуры (ве-
рейские врезы).

В районе открыты многочисленные нефтяные месторожде-
ния, залежи в которых связаны с девонской, каменноугольной
и пермской системами.
По характеру нефтенасыщения в отложениях палеозоя вы-
деляются шесть продуктивных комплексов: 1) терригенной части
девона; 2) карбонатной части позднего девона и раннего
карбона; 3) терригенной части раннего карбона; 4) карбо-
натной части раннего и среднего карбона; 5) карбонатно-
терригенной части среднего карбона; 6) карбонатной части
среднего, позднего карбона и ранней перми.

В продуктивных комплексах карбона и девона, являющихся
основными вместилищами нефти, на территории открыты многие
десятки нефтяных месторождений, включающих сотни залежей.

Рифейско-вендские отложения перспективны в отношении
нефтеносности, но промышленных притоков нефти и газа из
этих отложений в регионе пока не получено.

В связи с сокращением неразведанного числа антиклинальных
структур поиски и разведка залежей углеводородов, акку-
мулированных в ловушках неантиклинального или комбини-
рованного типа, являются, наряду с дальнейшими выявлением
антиклинальных ловушек, одним из основных путей подготовки
новых запасов сырья. В формировании ловушек неантикли-
нального и комбинированного типов в исследуемом районе
важную роль играют рифогенные структуры, визейские и ве-
рейские эрозионные врезы, а также выступы кристаллического
фундамента.

Широкое развитие платформенных рифогенных структур по-
лучило подтверждение при проведении поисково-разведочных
работ на востоке Русской платформы. Считается, что ка-
менноугольные структуры имеют, как правило, биогенные ядра
в структуре карбонатного комплекса девона.

Вне зависимости от генезиса, методика поисков таких
структур сейсморазведкой определяется их геометрическими
размерами, формой, соотношением структурных планов различ-
ных этажей, различием физических свойств между карбонатами
ядра структуры и вмещающими породами. Рифовые тела поздне-
девонско-турнейского возраста обычно имеют небольшие линей-
ные размеры (от сотен метров до 2-3 км) и значительную
высоту, нередко превышающую 100 м. Залежей нефти в собст-
венно рифах известно немного, что объясняется региональным
отсутствием непосредственно над рифами непроницаемых по-
крышек. В то же время многочисленные залежи открыты в
вышележащих отложениях раннего и среднего карбона, где
ловушки связаны со структурами облекания рифов.

Рифогенные фации характеризуются повышенными значениями
скоростей распространения упругих волн по сравнению с
вмещающими породами. Так, по данным сейсмокаротажа пластовая
скорость в породах одного из наиболее изученных бурением в
Татарии Бастрыкского рифа на 200-300 м/с больше, чем во
вмещающих риф слоистых, обычно более глинистых карбонатах.
Так как фамен-турнейские рифы являются скоростными неод-
нородностями в разрезе, их обнаружение и определение па-
22 Заказ №2202
раметров важно также с точки зрения учета их искажающего
влияния на структурные построения по нижележащим горизонтам
девона.

Визейские врезы представляют собой узкие (шириной 0,2-
3 км), отрицательные структуры поверхности турнейско-фамен-
ского карбонатного комплекса, развитые за пределами осевых
частей прогибов Камеко-Кинельской системы и протягивающиеся
иногда на десятки километров. Разветвленная сеть врезов из-
вестна в прибортовых зонах Усть-Черемшанского и Нижнекам-
ского прогибов, где они оказывают существенное влияние на
распределение нефти. Большинство залежей нефти в визейских
терригенных отложениях здесь открыто в зонах развития вре-
зов. Нефтенасыщенная толщина пород-коллекторов в них дости-
гает значительных величин (30 м и более), в связи с чем для
визейских залежей во врезах характерна повышенная произ-
водительность скважины. В определенной степени врезы конт-
ролируют и нефтеносность турнейской толщи, так как способ-
ствуют боковой миграции нефти из песчаников в смежные кар-
бонатные породы.

Терригенные разности пород, выполняющих визейские врезы,
характеризуются значениями скоростей порядка = 2,5-
3,5 км/с, что значительно меньше скоростей вмещающих карбо-
натов (5,0-5,5 км/с).

Верейские врезы имеют много общего с визейскими. Площадь
их развития охватывает центральную часть и западный склон
Южно-Татарского свода, а также восточный борт Мелекесской
впадины. На участках врезов размыты альютовские, шацкие,
башкирские и, частично, серпуховские отложения. Глубина
"врезаний”, по материалам имеющихся скважин, достигает 60 м.
Ширина врезов составляет 0,4-0,8 км. Выполняющие врезы
ордынские терригенные отложения - глины, алевролиты и пес-
чаники присутствуют в различных сочетаниях, иногда с вклю-
чениями крупных обломков и глыб карбонатных пород. Встре-
чаются разрезы преимущественно песчаного и алевролито-
глинистого типов.

Скорости (гр пород в верейских врезах имеют значения
3,0-4,0 км/с при значениях скоростей во вмещающих отложе-
ниях башкирского яруса 5,0-6,0 км/с.

Несмотря на достигнутую высокую степень разбуренности
территории восточного борта Мелекесской впадины и склонов
Южно-Татарского свода, трассирование врезов вызывает большие
затруднения. Так, увеличенная толщина верейских отложений
вскрыта только единичными скважинами.

Будучи локальными литологическими (и скоростными) не-
однородностями разреза, врезы (так же, как и рифогенные
тела) оказывают влияние на кинематические характеристики
отражений от подстилающих горизонтов.

Необходимость картирования локальных выступов кристал-
ллческого ундамента в регионе вызвана тем, что с выклини-
ванием на их склонах пород-коллекторов кыновского и паший-
ского горизонтов связано формирование структурно-литологи-
ческих ловушек, содержащих залежи нефти. В плане эти ловушки
имеют кольцеобразную форму, породы-коллекторы обрамляют
»лысые” купольные части локальных поднятий в отложениях
девоиа. Примерами геологических объектов подобного типа
могут служить Сотниковский на территории Татарии, Правдин-
ский и другие выступы в Куйбышевской области.

Изучение выклинивания пород-коллекторов на склонах вы-
ступов так же, как изучение эрозионных врезов, бортов про-
гибов ККС, требует повышения разрешенности сейсмической
записи.

Невзрывные источники возбуждения сейсмических колебаний
начали применяться в ПО ”Татнефтегеофизика” с 1976 г. Сна-
чала это были газодинамические установки (ГДУ) ГСК-10, ГСК-
6, а затем вибрационные источники. Работы с ГДУ проводились
в Татарии, Оренбургской области и в небольшом объеме - в
Западной Сибири. (За прошедший период отработано 47 тыс. км,
подготовлено к бурению более 240 нефтеперспективных объек-
тов, доразведано 20 нефтяных месторождений.

С 1988 г. импульсные невзрывные источники начали вы-
тесняться виброисточниками. Этот процесс полностью завер-
шился к началу 1993 г. Как с тем, так и с другим типом ис-
точников выполнялись региональные, поисковые, детальные и
детализационные работы с целью изучения геологического
строения исследуемых площадей, поисков и подготовки структур
под глубокое бурение, доразведки месторождений. В настоящее
время работы проводятся в трех регионах: Республике Татар-
стан (с 1988 г.), Оренбургской (с 1990 г.) и Ульяновской (с
1991 г.) областях. На 01.01.93 г. с вибраторами отработано
7488 км сейсмических профилей, в том числе в Татарии 4597,
Оренбургской обл. - 2025, в Ульяновской - 866. Партии ра-
ботают круглогодично. Категория трудности проведения работ -
И и III; основными отражающими горизонтами являются:

в Республике Татарстан: Р1а или Р18, СгУГ, С1Н, Пкп,
Оз8г, кристаллический фундамент; максимальная глубина за-
легания фундамента 1800 м;

в Оренбургской области: Ргкх, С?, СФЬ, О3кп, П2ду,
кристаллический фундамент; максимальная глубина залегания
Фундамента 2200 м;

в Ульяновской области: Р1а, С2уг, С111, Сл, П3зт,
кристаллический фундамент; максимальная глубина залегания
Фундамента около 2,5 км.

Среднеквадратическая погрешность построения структурных
карт составляет ±10-^20 м.

В настоящее время применяются вибраторы СВ-10/100М и
СВ-10/180, выпущенные научно-производственным объединением
Сейсмотехника” (г. Гомель).
В качестве аппаратуры управления используются:
генератор синхронизации источников сейсмических сигналов
вибрационного типа ГС;

блок управления источника сейсмических сигналов вибра-
ционного типа БУСВ.

Контроль за работой источников осуществляется ежедневно
на основе проверки фазово-амплитудной идентичности источни-
ков и оценки их работы по комплексу ”Вибротест”. Кроме того,
ежемесячно проверяются мощностные характеристики вибраторов.

Регистрация колебаний осуществляется сейсмостанциями:
”Прогресс-3”, ”Прогресс-3-96В” (разработка ПО "Татнефте-
геофизика” - 96-канальная, 1988 г.) и ”Прогресс-96В”.

Объемы сейсморазведочных работ, выполняемых с применением
вибрационных источников, характеризуются следующими по-
казателями:

1990 год - 1675 км,	33	644	физ.	т. (32%	от	общего	объема);

1991 год - 1903 км,	38	372	физ.	т. (35%	от	общего	объема);

1992 год - 3050 км,	72	748	физ.	т. (60%	от	общего	объема).

Средняя производительность сейсморазведочных работ с при-
менением вибраторов на отрядо-месяц - 38 км/900 физ. т.

Стоимость сейсморазведочных работ с применением вибра-
ционных источников примерно вдвое ниже в сравнении с ис-
пользованием групповых взрывов из мелких (до 5 м) скважин.

Полевые работы с применением невзрывных источников пла-
нируются исходя из необходимости освещения геологического
строения заданных площадей, которые выбираются на основании
результатов предшествующих сейсмических работ, новых данных
бурения или других материалов, определяющих их перспектив-
ность. Предварительные, модельные или какие-либо другие ис-
следования, как правило, не проводятся. Однако при обосно-
вании будущих исследований анализируются методические и
геологические результаты предшествующих работ. Тем не менее,
как правило, планируется на каждой площади выполнение опыт-
ных работ по изучению особенностей волновых полей и уточ-
нению параметров интерференционных систем на приеме и воз-
буждении колебаний, системы наблюдений и регистрирующей
аппаратуры.

Выбор методики вибросейсморазведки, как и вообще сейсмо-
разведки, определяется поставленными геологическими задачами
и сейсмогеологическими условиями исследуемого региона и в
целом не отличается от условий применения импульсных по-
верхностных невзрывных источников, т.е. применение вибро-
источников определяет необходимость группирования из-за
малой энергии единичного воздействия, а также накапливания
сигналов. Волновые поля, возбуждаемые импульсными и вибра-
ционными источниками, изучаются на основании зондирований,
отрабатываемых по стандартной методике. Волновые поля ха-
рактеризуются высоким фоном средне- и низкоскоростных волн-
помех, предопределяя необходимость применения достаточно
мощных интерференционных систем, определение характеристик
которых стандартно, как при импульсной сейсморазведке (см.
руг 47). На волновых зондированиях отраженные волны пред-
ставлены малоинтенсивными осями синфазностей, с трудом вы-
деляемыми на фоне помех.

Важным элементом методики вибрационной сейсморазведки
(ВСР) является выбор параметров управляющего сигнала.
В объединении практическое применение получили следующие
два способа.

1.	На профильной расстановке приборов с параметрами
интерференционной системы, выбранными либо на основании
анализа результатов зондирования или, чаще всего, основан-
ными на результатах анализа ранее проведенных работ, реги-
стрируются волновые поля при возбуждении колебаний узко-
полосными управляющими сигналами с частотами: 11-13, 13-15,
15-18, 18-21, 21+25, 25-30, 30-36, 36-43, 43-52, 52-62, 62-
74, 74-88, 88-105,\ 105-125 Гц. Далее путем последовательного
исключения в процессе обработки на ЭВМ отдельных интерва-
лов, как справа, так и слева, добиваются оптимальной, а
именно, наиболее динамически выраженной интенсивной записи.
На основании последнего определяется частотный диапазон
сигналов для последующих профильных работ1.

2.	Более экономичным и, возможно, более эффективным яв-
ляется второй способ. На аналогичной профильной расстановке
приборов регистрируется волновое поле при возбуждении коле-
баний максимально широкополосным управляющим сигналом. В
процессе обработки на ЭВМ анализируются коррелограммы ,
полученные путем корреляции виброграммы с различными по
частотам опорными сигналами, рассчитанными программно, но
при постоянной, равной полевой скорости развертки сигналов
по частоте. При этом виброграмма для согласования с частот-
ным диапазоном исходного сигнала предварительно фильтруется
согласованным фильтром с граничными частотами, равными гра-
ничным частотам пилот-сигнала. Операции с граничными часто-
тами общеизвестны; это, как правило, выбор и закрепление
нижней граничной частоты, а затем и верхней, правой.

Исходя из экономических соображений, длительность управ-
ляющего сигнала устанавливается минимальной, достаточной для
освещения разреза. В ряде случаев обнаружено, что уменьшение
Длительности управляющего сигнала ведет к получению лучших

1Примечание редактора. Как указывалось ранее, этот
способ не учитывает возможностей вибрационной сейсморазведки по насыщению
олнами требуемого частотного состава.
а

Рис. 92. Коррелограммы, полученные при единичном воз-
буждении при длительностях управляющего сигнала 10 с (а)
и 3 с (6), без деконволюции:

п - число накапливаний
а

Тр = 10с

Хн = 125 Гц

- 7* ГЦ

10 3030 7030110

Рис. 93. Коррелограммы и спектры волн во временном окне 0,2-1,2 с, по-
лученные при длительностях управляющего сигнала 10 с (а, 6), 6 с (в) и 3
с (г):

Тр, Гк, Рк - длина, начальная и конечная частоты управляющего сигнала
соответственно

по качеству материалов (рис. 92, 93), что может быть обу-
словлено более стабильной работой вибраторов при коротких
развертках, уменьшением длительности корреляционной функ-
ции, а также другими причинами. Результаты работ показали,
что по коррелограммам в единичных точках трудно выбрать
наилучшие параметры управляющего сигнала. Поэтому с выбран-
ными несколькими вариантами отрабатывают профиль и оценку
проводят на уровне временных разрезов (рис. 94). Из при-
веденных разрезов следует, что расширение полосы частот
Управляющего сигнала приводит к повышению разрешенное™
записей по мелким и глубоким горизонтам без снижения глубины
освещения разреза. Последнее обусловлено, очевидно, неболь-
Рис. 94. Сопоставление временных разрезов, полученных с газодинамическими
установками (7) и вибраторами (2) с различными параметрами управляющих
сигналов:

2а - полоса 20-60 Гц, длительность 6 с; 26 - полоса 14-64 Гц, длитель-
ность 5 с; 2в - полоса 14-124 Гц, длительность 6 с; 2г - полоса 14-
124 Гц, длительность 10 с; В, У, С - отражающие горизонты

шими временами отраженных волн и достаточно мощными группами
вибраторов. Оценить влияние длительности управляющего сиг-
нала на качество материалов затруднительно. Разрез, по-
лученный с ГДУ, уступает разрезам с вибраторами и наиболее
близок к разрезу с вибраторами на минимальных по полосе
управляющих сигналах.

На основании результатов опытных работ, проведенных на
северо-восточном склоне Южно-Татарского свода в пределах
Бахчисарайского месторождения, установлены следующие опти-
мальные для этого региона параметры управляющего сигнала:
граничные частоты 14-125 Гц, время развертки 5 с.

Сопоставление результатов работ с применением вибро-
источников и импульсных источников показывает более высокую
эффективность виброисточников в сравнении с ГДУ; разрезы ВСР
не уступают разрезам, полученным с применением групповых
зарядов в мелких скважинах.

Повышение разрешенности записей в вибрационной сей-
сморазведке решается в объединении на основе применения
комбинированных и нелинейных управляющих сигналов с правыми
344
Рис. 95. Сопоставление коррелограмм, полученных до (А) н после (Б) де-
конволюции по методике комбинированных (а и а') и стандартных (6 и б', в
11 « ) управляющих сигналов:

я и а - сейсмограммы, полученные путем суммирования (с предварительной
нормировкой) серии коррелограмм от узкополосных свип-сигналов; б и б' -
Коррелограммы от свип-сигналов частотой 125-14 Гц; вив'- 14-125 Гц;
Длительность свип-сигналов во всех случаях 10 с
граничными частотами, превышающими 125 Гц. Эффективность
применения комбинированных сигналов показана на рис. 95, на
котором приведены коррелограммы, полученные в результате
суммирования (с предварительной нормировкой) серии кор-
релограмм от управляющих сигналов в полосе частот до 125 Гц.
Из рисунка видно, что суммирование записей с нормировкой
дает лучшие результаты, чем при стандартных наблюдениях с
одним широкополосным сигналом. Полученные результаты делают
перспективным одновременное возбуждение и регистрацию
сигналов с частотными характеристиками, согласованными с
частотными характеристиками целевых горизонтов, с последую-
щим разделением их при обработке.

Улучшить процедуру корреляции можно при целенаправленной
согласованной фильтрации виброграмм с переменной во времени
характеристикой, левая граничная частота которой при прямой
развертке может быть определена как

/ = / + Т
'	' н	Т полез

для первого фильтра и

4-	“ 4ев + Т1 1

для последующих фильтров, где Д/ = /к - /н свипа; Т -
длительность сигнала; ТП0лез - время полезной записи по кор-
релограмме; I - приращение времени.

Это один из способов борьбы с "ураганными” помехами,
которые могут засорять запись вследствие длительной ре-
гистрации ВСР, и с помехой, вызванной остаточной разгрузкой
среды по прекращению работы вибраторов.

По опыту работ объединения могут быть предложены сле-
дующие пути совершенствования виброисточников. Наиболее от-
четливо просматривается необходимость использования для
корреляции сигналов с блока управления вибраторов (БУСВ),
передаваемых на регистрацию по радиоканалу. А для достижения
наибольшего эффекта ВСР корреляцию целесообразно проводить
с сигналами от заглубленных под плитой приемников, ибо сиг-
нал, посылаемый в среду, может существенно отличаться от
вырабатываемого установками1.

'Примечание р ед ак то ра .Это предложение не очевидно, так как, во-
первых, оно трудно реализуемо на практике, а, во-вторых, сигналы от
сейсмоприемников, расположенных в ближней зоне от плиты вибратора,
будут очень сильно искажены помехами за счет резонансной характеристики
вибратор - грунт, что приведет к снижению качества коррелограмм.
8.2.2.	ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Предварительная обработка материалов в поле не ведется,
хотя необходимость в этом есть. Она выполняется районной
камеральной группой, входящей в состав партии обработки и
интерпретации геофизических материалов.

ПК 30 ЬО 50

50	40	50

Рис. 96. Исходный и окончательный временные разрезы и соответствующие

*№ичественные оценки параметров сигналов, вычисленные по программе

В, у, д . целевые отражающие горизонты
а

5

ПР 098922

90	100	110

0,2-

0,9

0,0

0,8

ПР 098999

100	110 ПК

Рис. 97. Окончательные временные разрезы, полученные с вибрационными (а) и имульсионными (б)
источниками. Правая и левая проницы профилей соответствуют точке их пересечения
70

I

ПР 098946

60
I

50 ПК

1

Рис. 98. Окончательные временные разрезы, полученные по двум пересекающимся профилям с импульсными
(а) и вибрационными (б) источниками:

Точка пересечения приурочена к правой и левой границам профилей (а и б); К, В, У, ... - целевые
отражающие горизонты
Стандартные графы обработки материалов, полученных с раз-
личными типами источников, почти не различается. Основной
особенностью обработки материалов, полученных с вибраторами,
является корреляция виброграмм и применение на этом этапе
корректирующей нуль-фазовой деконволюции и полосовой фильт-
рации, ограниченной справа частотой Нейквиста.

Основные процедуры при обработке.

1.	Проверка структуры полевых магнитных лент с исходной
сейсмической записью с целью выявления возможных техниче-
ских погрешностей записей.

2.	Демультиплексация исходных записей, визуализация по-
левого материала и его редактирование.

3.	Формирование заголовков трасс (при обработке в системе
СУС-3).

4.	Получение контрольного (предварительного) разреза ОГТ
и вывод отдельных сейсмограмм по общим пунктам приема и
возбуждения с целью оценки качества расчетных статических
и кинематических поправок.

5.	Коррекция исходных записей за геометрическое рас-
хождение и неидентичность условий возбуждения и приема, что
обеспечивает возможность выполнения последующей обработки
без применения автоматической регулировки усиления (АРУ).

6.	Подавление среднескоростных волн-помех.

7.	Корректирующая фильтрация записей, полученных после
подавления волн-помех.

8.	Коррекция статических поправок в автоматическом и
полуавтоматическом режимах. На особо сложных участках при-
меняется ручная коррекция.

9.	Оптимизация кинематических поправок.

10.	Коррекция формы импульса и получение временного
разреза ОГТ.

11.	Миграция.

12.	Корректирующая фильтрация суммотрасс.

13.	Когерентная фильтрация.

Пример эффективности применяемого графа обработки показан
на рис. 96, 97, 98.

Полевая партия три раза в месяц поставляет материал в
камеральную группу, где выполняется повторная его приемка-
Все замеченные недостатки при приемке или в процессе об-
работки немедленно сообщаются в полевую партию.

Обработка и интерпретация материалов выполняется районной
группой, входящей в партию обработки и интерпретации, под
руководством главного геофизика.

Отчет о работах сейсморазведочных партий составляется
районной камеральной группой.
8.2.3.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК

Исходные статические поправки рассчитывают по преломлен-
ным волнам с использованием полевых сейсмограмм или спе-
циальных наблюдений МПВ.

Первый способ применяется при хорошем качестве пре-
ломленной волны и глубине залегания преломляющей границы не
более половины максимального удаления взрыв - прибор. Чаще
всего этот способ используется при работе с поверхностными
импульсными источниками и со взрывами в неглубоких сква-
жинах.

Второй способ применяется при неглубоком залегании пре-
ломляющей границы или низком качестве первых вступлений
преломленных волн, что имеет место при работе с вибраторами.

При низком качестве первых вступлений на полевых
сейсмограммах и отсутствии специальных наблюдений МПВ расчет
статических поправок выполняется до горизонтальной линии
приведения с постоянной скоростью.

Применение указанных выше способов обеспечивает учет
неоднородностей самой верхней части разреза (высокочастотных
составляющих статических поправок). После их оптимизации
путем коррекции с применением специализированных программ
для полного устранения влияния верхней неоднородной толщи
(учет длиннопериодных составляющих статических поправок)
используется принятый в ПО "Татнефтегеофизика” способ,
основанный на "приведении к геологии” оси синфазности одного
из верхних опорных горизонтов, положение которого известно
по данным бурения. Для этого конфигурация оси синфазности
верхнего опорного отражения на временных разрезах по-
средством ввода дополнительных временных поправок приводится
в соответствие с рельефом кровли отражающей границы.

На рис. 99 приведен пример временных разрезов, полученных
со статическими поправками до различных линий приведения. Из
рисунка видно, что наиболее оптимально "приведение к гео-
логии” отражения К2, так как при этом устраняется влияние не
только рельефа земной поверхности и зоны малых скоростей, но
и солей Кунгурского яруса (толща между отражающими грани-
цами К1 и К2).

С вибраторами, как и с ГДУ, основной задачей являлось
изучение структурных планов отражающих горизонтов, поиск
антиклинальных объектов. Более сложные задачи изучения
эрозионных врезов, выявления и трассирования тектонических
нарушений, зон литологических замещений и связанных с ними
ловушек нефти решаются с их помощью успешнее, чем с им-
пульсными источниками. Например, хорошие геологические ре-
зультаты были получены в Ульяновской области в бортовой и
осевой зонах Усть-Черемшанского прогиба Камско-Кинельской
системы, где удалось оконтурить известные и выявить новые
алежи нефти в карбонатных отложениях девона и карбона. Эф-
Рис. 99. Временные разрезы, построенные от различных уровней:

А - уровень приведения +100 м, В - уровень приведения верхнего опорного горизонта к кровле отложений верхнего
кунгура Ркг, С - к кровле нижнего кунгура
фективно проведены детализационные работы последних лет на
ряхчисарайском и Сарайлинском месторождениях в Татарстане.
Спасском - в Оренбургской области, Лабитовском в Ульянов-
ской области.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОРГАНИЗАЦИИ

ПОЛЕВЫХ РАБОТ И ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ

Руководство работами на профиле осуществляет геофизик
(оператор). Геофизик (оператор) организует:

а)	доставку на профиль оборудования и персонала, при этом
обязательным условием, принятым в ПО "Татнефтегеофизика”,
является движение автотранспортных средств колонной;

б)	размотку сейсмических кос, установку сейсмоприемников;

в)	проверку и текущий ремонт сейсмокос и гирлянд сей-
смоприемников;

г)	расстановк^ и перемещение технологических машин на
профиле; [

д)	охрану спецтехники и оборудования на профиле (при
необходимости).

Геофизик (оператор) осуществляет:

а)	контроль за техническим состоянием сейсмостанции,
вибраторов и другого оборудования;

б)	регистрацию сейсмических сигналов;

в)	контроль за состоянием условий труда и техники бе-
зопасности на профиле;

г)	контроль за состоянием трудовой дисциплины;

д)	контроль за соблюдением предусмотренных проектом
технических условий выполнения работ (параметры возбуждения,
приема, регистрации упругих колебаний и т.д.);

е)	радиосвязь с базой партии.

В полевых партиях объединения нет должности начальника
отряда НВИ. Как правило, из числа наиболее опытных опе-
раторов виброисточников назначается бригадир, который помимо
основной работы выполняет следующие обязанности:

а)	контроль за движением группы СВ на профиль, с профиля,
на опасных участках профиля;

б)	контроль за правильностью установки группы СВ от-
носительно ПВ;

в)	контроль за соответствием параметров возбуждения
упругих колебаний проектным;

г)	организация текущего ремонта СВ на профиле;

д)	стажировка молодых специалистов-операторов СВ.

Оценка качества материала в полевой партии производится
в два этапа.

На первом этапе оценку качества материала осуществляет
геофизик (оператор) по сейсмограммам непосредственно на
профиле. При несоответствии полученного материала требо-
23 Заказ №2202	агч
ваниям проекта и "Инструкции по сейсморазведке” производится
повторная отработка физической точки, при необходимости
параметры возбуждения могут быть изменены.

На втором этапе приемка и оценка материала осуществляется
главным геофизиком (техруком) полевой партии, а в случае его
отсутствия - начальником партии.

В полевых партиях объединения имеется должность главного
геофизика (техрука). Главный геофизик (техрук) принимает
участие в составлении проекта работ партии, осуществляет
контроль:

за подготовкой аппаратуры и оборудования к полевым ра-
ботам;

за соблюдением предусмотренных проектом технических ус-
ловий выполнения работ;

за состоянием условий труда и техники безопасности;

за состоянием аппаратуры и оборудования;

ведение технологической документации;

приемку полевых материалов;

методическое руководство работами.

В отсутствие начальника партии выполняет его обязанности.

Главный геофизик (техрук) организует:

профессиональную подготовку вновь принятых рабочих;
мероприятия по охране труда и технике безопасности;
доставку полевого материала в обрабатывающий центр;
внедрение новых технологий, аппаратуры и оборудования;
информационное обеспечение персонала партии.

Контроль за работой сейсмических вибраторов проводится в
объемах и в сроки, предусмотренные инструкцией по выполнению
вибросейсмических работ.

Ежедневно проверяется амплитудно-фазовая идентичность
вибраторов и не менее двух раз в месяц в обрабатывающем
центре объединения осуществляется анализ фазовой и амплитуд-
но-частотной характеристик, сигнальной части ФВК и динами-
ческий анализ ФВК.

8.3.	РАЙОНЫ ПРЕДУРАЛЬСКОГО ПРОГИБА И
АКТЮБИНСКОГО ПРИУРАЛЬЯ1

8.3.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ

Наземные невзрывные источники получили применение при
проведении сейсморазведочных работ в южной Части рифовой
зоны Предуральского прогиба и Актюбинском Приуралье в пре-
делах восточного борта Прикаспийской впадины.

Площадь обоих регионов представляет собой холмистую степ-
ную равнину, иногда изрезанную оврагами, долинами речек и

'Сейсмические работы выполнены Геофизической экспедицией полевых работ
(ГЭПР) “ВНИИГеофизика”.

354
ручьев. Абсолютные отметки рельефа +100*150 м в рифовой зоне
Предуральского прогиба и +200+370 м в Актюбинском Приуралье.
Более половины площади заняты посевами сельхозкультур.
Поверхностные слои представлены тремя типами грунтов (степ-
ная целина, грунтовые дороги, пашня).

Рифовая зона Предуральского прогиба относится к его
платформенному склону и характеризуется геологическим раз-
резом, типичным для юго-восточной окраины Русской платформы.
В осадочном чехле выделяются четыре литолого-стратиграфи-
ческих комплекса.

1.	Терригенно-карбонатный включает рифейские, ордовик-
сипурийские. средне- и верхнедевонские (нижнефранские) от-
ложения, представленные переслаиванием терригенных и карбо-
натных пород.

2.	Карбонатный включает отложения верхнего девона,
карбона и нижней перми, представленные известняками и до-
ломитами. Устойчиво выделяются два терригенных прослоя мощ-
ностью 30-50 м /- бобриковский и верейский горизонты.

3.	Сульфатйо-галогенный включает отложения кунгура в
составе филипповского и иреньского горизонтов. С комплексом
связано проявление солянокупольной тектники.

4.	Терригенный включает отложения верхней перми и
нижнего триаса, сложенные глинами, аргиллитами, алевролитами
и песчаниками. На их эродированной поверхности залегают
четвертичные отложения, суглинки, пески, глины мощностью 2-
70 м. Нефтегазоносность связана с отложениями почти всех
подразделений девона, карбона и нижней перми.

Платформенный чехол Актюбинского Приуралья условно под-
разделяется на три структурно-тектонических комплекса: под-
солевой, соленосный и надсолевой.

В подсолевом комплексе докунгурских отложений бурением
вскрыта лишь его верхняя часть, называемая орогенным
комплексом повышенной дислоцированности, включающим тер-
ригенные сероцветные молассовые отложения верхов среднего
карбона, верхнего карбона и нижней перми. Мощность комплекса
возрастает с запада на восток до 4-5 км. Ниже орогенного
комплекса предполагается развитие слабодислоцированных плат-
форменных отложений, в том числе карбонатного комплекса
верхнего девона - среднего карбона, с которым связывают
основные перспективы нефтегазоносности района.

Орогенный комплекс перекрыт соленосными отложениями кун-
гура, формирующими соляные купола и мульды. Надсолевой
комплекс представлен красноцветными терригенными отложениями
верхней перми и нижнего триаса, заполняющими межкупольные
Мульды, и пологозалегающими терригенными отложениями мезозоя
(верхний триас-мел) мощностью не более 350 м.

В рифовой зоне Предуральского прогиба сейсмические работы
выполнялись с целью поиска и подготовки локальных нефте-
Шзоперспективных структур в палеозойских отложениях дево-
23*	355
на - нижней перми и неструктурных рифовых объектов в карбо-
натных отложениях нижней перми.

Целевыми отражающими горизонтами здесь являются: горизонт
А - кровля артинских отложений; горизонт Б - кровля башкирс-
ких отложений; горизонт V - кровля бобриковского горизонта;
горизонт Д - кровля пашийского горизонта; горизонт Д1ф -
кровля афонинского горизонта.

Интервал глубин изучаемого разреза - 2-6 км.

Требуемая точность глубинных построений определялась как
"максимально возможная при данном методическом уровне" и
численно никакими заданиями не определялась. Можно условно
отметить, что во всех случаях подразумевается, что от-
носительная точность структурных построений должна быть не
хуже чем 3-3,5% от глубины залегания целевого горизонта.
Разрешающая способность также не устанавливалась. При ре-
шении структурных задач достигаемые средние показатели раз-
решенности среднечастотной сейсморазведки считались вполне
удовлетворительными, так как главная задача сводилась к
корреляции опорных отражений, отстоящих друг от друга на
100 мс и более на временном разрезе. При поисках рифовых
массивов (неструктурные образования) необходимо было обес-
печить максимально возможную разрешенность при данном тех-
нико-методическом оснащении работ при отношении сигнал/по-
меха не ниже 2,0.

В Актюбинском Приуралье сейсмические работы выполнялись с
целью общего изучения геологического строения района (ре-
гиональные работы) и поиска нефтегазоперспективных структур
(поисковые работы) в подсолевых отложениях. Целевыми го-
ризонтами являются: горизонт П1 - поверхность докунгурских
нижнепермских отложений; горизонт П2 - поверхность баш-
кирско-московских карбонатных отложений (КТ-2); горизонт
Ш - подошва карбонатного комплекса карбона; горизонт Пгд -
кровля карбонатного комплекса КТ-3 верхнего девона-турне;
горизонт П3 - подошва КТ-3, кровля терригенного девона.
Глубины залегания целевых горизонтов меняются в диапазоне
4-8 км. Требования по точности структурных построений и
разрешенности данных аналогичны работам в рифовой зоне
Предуральского прогиба.

Полевые работы выполнялись, в основном, с вибраторами СВ-
5-150, импульсные источники ГСК-6 использовались на вспомо-
гательных работах по изучению ЗМС. Колебания регистрирова-
лись станциями ”Прогресс-3” и ”Прогресс-96”.

Контроль за работой источников выполнялся по стандартной
методике с использованием штатных средств и аппаратуры.

За последние три года (1990-1992 гг.) выполнены следующие
объемы	работ	с вибрационными источниками:

1990 г.	-	676	км	МОГТ-24,	что	составляет 35%	общего	объема;

1991 г.	-	858	км	МОГТ-24,	что	составляет 51%	общего	объема;

1992 г.	-	231	км	МОГТ-24,	что	составляет 35%	общего	объема.
Кроме того, было выполнено 112 км МОГТ-24 сейсмораз-
ведки на поперечных волнах с импульсными источниками ЭИ П-50,
что составляет 15% общего объема. Анализ стоимостных по-
казателей невзрывной сейсморазведки и ее производительности
показывает, что она более эффективна, чем взрывная. Так, на-
пример, в 1992 г. стоимость 1 км взрывной сейсмораз-
ведки МОГТ-24 составила 118 тыс.руб. (в ценах декабря
1992 г.), невзрывной сейсморазведки с вибраторами СВ-5-150 -
100 тыс.руб. Производительность труда сейсмоотряда взрывной
гАйгморазвелки составила 70 км/мес, невзрывной - 80 км/мес
(МОГТ-24 при шаге групп СП - 50 м, 96-канальная сейсмостан-
ция).

Планирование работ и выбор модификации сейсморазведки
чаще всего производятся на основе организационных критериев.
К настоящему времени для большинства регионов опытом
предшествующих работ определены возможности как взрывной,
так и невзрывной сейсморазведки. Для решения основной массы
стандартных зад^ч, за исключением специальных (высоко-
разрешающая сейсморазведка, региональные работы в крупных
депрессиях с глубинностью до 16-20 км и др.), доказана при-
менимость как взрывной, так и вибрационной модификации.
В этих условиях определяющее значение приобретают такие
факторы, как наличие источников и степень сложности органи-
зации полевых работ. Как правило, в земледельческих районах
большинство профилей приходится прокладывать по автодоро-
гам. В этих условиях предпочтительней невзрывные источники
(НВИ).

В степных и полупустынных регионах с невысоким уровнем
сельскохозяйственной освоенности используется как взрывная,
так и невзрывная модификация. При выборе учитывается со-
вокупная информация о их геологической эффективности на
основе опыта предшествующих исследований. При отсутствии
таких данных целесообразно выполнить подготовительные экспе-
риментальные исследования.

Так, в 1992 г. до принятия решения о проведении работ с
вибраторами в Западной Туркмении предварительно во взрывную
партию был направлен (временно) вибрационный отряд, который
выполнил цикл опытно-методических работ по оценке воз-
можностей ВСР по изучению геологического строения плат-
форменного чехла района. По их результатам было дано
заключение о принципиальной возможности использования ВСР
при поисках нефтегазоперспективных объектов плиоцена и
мезозойского комплекса отложений. Это послужило основанием
Для последующей постановки производственных вибросейсмиче-
с*их работ, в ходе которых идет непрерывное совершенство-
иание используемой методики.

При выборе взрывного или невзрывного варианта сейсмо-
разведки в районах, где организационно возможно применение
того и другого варианта, необходим тщательный и много-
факторный анализ индивидуально, в каждом конкретн случае.
Нередко одна и та же особенность в одном случае является
достоинством, а в другом - недостатком. Многие расхожие
представления о достоинствах одной модификации перед другой
в конкретных условиях оказываются неверными. В частности,
общепринято, что сейсморазведка с НВИ обеспечивает произ-
водительность труда сейсмоотряда на 15-20% выше. Однако при
условии грамотной организации буровзрывных работ (что бывает
очень редко) взрывная сейсморазведка производительней, чем
невзрывная (отсутствуют потери времени на накопления). Так,
в ГЭПР многие годы наиболее высокую производительность
труда развивает сейсмоотряд взрывной сейсморазведки регио-
нальной партии с хорошей организацией буровзрывных работ.
Вибрационный сейсмоотряд с наилучшими показателями из всех
невзрывных партий отстает по производительности от этого
взрывного отряда на 10-15%.

К неверным выводам может привести и следующее, в боль-
шинстве случаев верное утверждение: стоимость 1 км виб-
росейсморазведки при одинаковых методических условиях на 15-
25% ниже стоимости взрывной сейсморазведки. Это дейст-
вительно так. Однако столь же верно утверждение, что при
грамотном исполнении работ взрывной и невзрывной модификаций
сейсмики качество получаемых материалов выше у взрывной
сейсморазведки (соотношение сигнал/помеха, разрешенность).
Для достижения того же качества результативных материалов
обычно повышают в 2 раза кратность вибросейсморазведки по
сравнению со взрывной сейсморазведкой. Так, при отработке в
1989 г. одной площади объемной сейсморазведки на Астра-
ханском газоконденсатном месторождении силами двух партий,
одна из которых была взрывная, а другая вибрационная, для
получения более однородного по качеству материала вибра-
ционная партия реализовала систему МОГТ-24, а взрывная -
МОГТ-12. При этом 1 км взрывной сейсмики был дешевле, чем
1 км вибрационной.

Поэтому еще раз необходимо подчеркнуть, что нет единого
рецепта по выбору той или иной модификации сейсморазведки
для решения поставленной задачи. В каждом случае необходимо
проводить индивидуальный анализ и сопоставление геолого-
экономических показателей каждой из этих модификаций.

8.3.2.	МЕТОДИКА РАБОТ

Опытные работы по выбору условий возбуждения и приема
колебаний выполняются, как правило, на всех новых площадях
работ либо при изменении геологической задачи на той же
площади.

Обычно проводятся следующие эксперименты.

А.	Изучение волнового поля, возбуждаемого невзрывным ис-
сочником, производится на основе отработки зонда с использовани-
ем широкополосного ЛЧМ-сигнала при регистрации колебаний на
одиночные приборы либо на группы сейсмоприемников, стянутые “в
точку”- Чаще всего используются шаг между сейсмоприемниками,
равный 5 м, неподвижная их расстановка и перемещающийся пункт
возбуждения. Образуется диапазон изучаемых удалений от нулево-
го до максимального расстояний, который планируется для произ-
водственных работ.

Б. Выбор числа накоплений и длительности управляющего
сигнала. Опытные наблюдения выполняются путем регистрации
колебаний либо на рабочую, либо опытную (по пункту ”а”)
расстановку. Колебания возбуждаются группой вибраторов,
число которых соответствует числу вибраторов, предусмотрен-
ному в проекте для производственных работ. Используется ЛЧМ-
сигнал с диапазоном частоты /н - /к, признанным оптимальным
для подобных задач в ходе предшествующих работ на данной или
близких площадях. Если район работ совершенно новый, то ис-
пользуется широкополосный управляющий сигнал. Параметры
группирования принимаются близкими к оптимальным для района,
полученным в результате расчетов по материалам пункта ”а”,
либо по опыту предшествующих работ. Возможные отклоне-
ния от оптимальных параметров, которые будут определены
последующими опытными работами, принципиального значения
не имеют.

В этом цикле опытных работ регистрируют серию физических
наблюдений с опробованием трех-пяти значений числа на-
коплений в диапазоне от 4 до 24 с при среднем значении
длительности управляющего сигнала Т и трех-пяти значений Т в
диапазоне 6-16 с при среднем числе накоплений. Так как один
и тот же эффект изменения соотношения сигнал/помеха по от-
ношению к нерегулярному фону может быть достигнут в равной
мере изменением как Ы, так и Т (при больших # потребуется
меньшее Т и наоборот), то задача сводится к выбору оп-
тимального сочетания значений этих параметров.

В.	Параметры группирования приемников и источников вы-
бирают по результатам теоретических расчетов по характерис-
тикам волн-помех, изученным в ходе опытных работ по пунк-
ту ”а”.

В связи с громоздкостью изготовления "пауков” из групп СП
опытные работы по сопоставлению эффективности разных групп
выполняют очень редко. Если же это делают, то обычно из-
готавливают комплект опытных "пауков”, представляющих груп-
пы с максимальной из принятых к опробованию базой. Остальные
«азы группирования реализуются путем перестановки сейсмо-
приемников на местности по подготовленным шнурам-шаблонам.
Для возбуждения колебаний используют рабочую группу вибра-
торов, располагая их поперек профиля. Управляющий сигнал -
Широкополосный, аналогичный сигналу, используемому в опытных
Работах по пункту ”а”.


100м
3X3(1)

е зхз(з)

Рис. 100. Зависимость качества материалов от параметров группирования вибраторов:

а, б, в, е - 3, 4, 5, 9 точек возбуждения на базе 100 м; г,' д - неравномерное группирование на базе
100 м
Более распространена практика, когда параметры груп-
пирования сейсмоприемников принимаются по результатам теоре-
тических расчетов по данным зондирования волн-помех и с
учетом имеющегося наличия приборов в партии. В ГЭПР все
сейсмопартии с НВИ используют неоднородные трапецеидальные
группы.

Выбор параметров группирования вибраторов сводится к
перебору нескольких значений базы группы обычно в диапазоне
30-100 м. Задается максимальное число вибраторов, которое
определяется оснащением отряда. Широко используется од-
нородное и неоднородное группирование, реализуемое пере-
мещением установок в ходе накоплений (рис. 100). Регистрация
колебаний выполняется на рабочую расстановку либо отра-
батывается волновое зондирование с группами СП, стянутыми
”в точку”.

Г. Выбор оптимальных частотных параметров управляющих
сигналов. Перед этими работами ставится задача выбора
"золотой середины” между излишне широкими и узкими сиг-
налами. Расширение полосы возбуждаемых частот вправо может
привести к бесполезной потере части энергии вследствие ее
затухания в среде и невозможности выделения отражений на
фоне различных помех. Смещение полосы возбуждаемых частот
влево, как правило, приводит к возрастанию относительного
уровня поверхностных волн.

Излишнее сужение полосы возбуждаемых частот приводит к
повышению отношения сигнал/помеха, однако оно сопровождается
ухудшением разрешенности записей и потерей надежности вы-
деления основного экстремума корреляционной функции на фоне
шумов преобразования.

На практике данный цикл опытных работ реализуют, как
правило, двумя способами.

В первом на рабочей расстановке сейсмоприемников ре-
гистрируют серию (5-10) различных сигналов, в которых од-
новременно изменяются /н и /к в диапазоне, который задается
на основании спектрального анализа записей широкополосной
посылки, полученных по работам пунктов ”а” и ”б”.

Во втором при фиксированном /» (близком к реально воз-
можному максимуму этого параметра) перебираются 3-5 ва-
риантов /н, а затем, после выбора оптимального значения /н,
с ним перебираются 3-5 вариантов /к. После выбора опти-
мального /к задаются 2-3 контрольных управляющих сигна-
ла с небольшими изменениями в значениях /нлпт И /клпт
для выбора окончательного варианта частного диапазона сиг-
нала.

В отдельных случаях оптимальные параметры сигнала вы-
бирают на основе профильных опытно-методических работ МОГТ.
Небольшой участок профиля (5-10 км) отрабатывают МОГТ с
несколькими наилучшими вариантами параметров управляющих
сигналов, выбранных по материалам опытных работ. Окон-
362
нательный из них выбирают на основании сопоставления по-
лученных временных разрезов.

3	Значительные объемы выполненных опытных работ и анализ
подученных материалов позволили обосновать и выбрать ос-
новные элементы методики профильных работ.

При проведении стандартных поисковых работ она, как
правило, следующая: ЛЧМ-сигнал в полосе частот 12-56, 12-
62 Гц, длительностью 6-12 с, группирование 4-6 вибраторов на
базе 50-60 м, 8-16 накоплений.

Неоднородное группирование 18-24 сейсмоприемников типов
СВ-Ю, СВ-20 по схемам 3 линии по 6 штук в каждой со
сдвигами между линиями на 1,5 или 2 промежутка 6x3(2) и 4
пинии по 6 штук со сдвигом на 2 промежутка 6x4(2). База
группирования 96-108 м. Реализуются фланговые или централь-
ные системы наблюдений МОГТ-24 (иногда МОГТ-48) с выносом
пунктов возбуждения на 150-300 м за расстановку при шаге
между центрами групп приборов 50 м. Используются 48- и 96-
канальные сейсмостанции.

При решении специальных задач, требующих повышенной
разрешенности \(поиски рифовых объектов), используются ЛЧМ-
сигналы полосой 16-62, 16-70 Гц длительностью 12 с при числе
накоплений 8-16. База группирования 5-6 вибраторов - 50 м,
однородное группирование 20-22 сейсмоприемников на базе 40-
50 м. В последние годы для повышения эффективности виб-
рационной сейсморазведки применяют нелинейные частотно-
модулированные (НЛЧМ) управляющие сигналы.

При поисках нижнепермских рифовых тел в рифовой зоне
Предуральского прогиба используются НЛЧМ-сигналы с подъемом
энергии в высокочастотной части спектра по кусочно-линей-
ному закону, близкому к экспоненте. Используется либо один
сигнал, выбранный на основании опытных работ, либо меняю-
щийся, рассчитываемый по адаптивной технологии вибрационной
сейсморазведки (Вибкор-1). В частности, хорошие результаты
были получены с НЛЧМ сигналом 201 - 302 - 392 - 463 - 544 -
62* длительностью 12 с при 16 накоплениях и группировании
5 вибраторов на базе 50 м.

В Актюбинском Приуралье стояла задача повышения глу-
бинности вибросейсморазведки за счет повышения отношения
сигнал/помеха для подсолевых целевых горизонтов, залегающих
на глубинах до 9 км. В этом случае использовался НЛЧМ-сигнал
с резонансной формой распределения энергии возбуждения в
пределах относительно узкого диапазона частот. С этой целью
по материалам опытных работ оценили форму и спектральный
состав целевых отражений при возбуждении колебаний ЛЧМ-
сигналом. Затем задавались несколько НЛЧМ-сигналов, форма

*Цифры над тире указывают время в секундах, в течение которого
Происходит изменение частоты между соседними значениями.
распределения энергии у которых была близка к форме по-
лученных спектров целевых волн. После сопоставления их эф-
фективности был выбран и применен сигнал со следующими па-
раметрами: 122. 253- 304- 56 Гц.

8.3.3.	ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ

Проведение работ на профиле, как правило, осуществляется
сейсмоотрядом, укомплектованным сейсмостанцией, двумя-тремя
автосмотками, комплектом сейсмокос, группами системоприем-
ников ("пауки”), группой невзрывных источников.

Возглавляет отряд начальник отряда (он же оператор сейс-
мостанции), который руководит его работой, осуществляет
своевременную проверку и ремонт аппаратуры, ведет первичную
техническую документацию и учет выполненных работ, обеспе-
чивает безопасное ведение работ.

Работой невзрывных источников возбуждения, как правило,
руководит или инженер-гидравлик, или инженер-электроник,
который выполняет указания оператора сейсмостанции по тех-
нологии работ, следит за соблюдением идентичности основных
параметров каждого из работающих в группе источника, ведет
проверку работоспособности комплекта источников, включая
необходимые профилактические работы и тестирование источни-
ков, отвечает за соблюдение техники безопасности.

Качество полевого материала оценивают ежедневно не-
посредственно после отработки участка профиля по полевым
перезаписям (коррелограммам). Окончательная оценка качества
производится после получения повальных выводов на ВЦ (в
течение 10 дней после отработки профиля). Окончательная
приемка полевых материалов производится по завершении по-
левых работ специальной комиссией экспедиции.

Опыт работ экспедиции показал, что в полевой партии для
проведения приемки и оценки полевых материалов, обработки
опытных работ, принятия решений по изменению методики работ,
подготовки материалов для сдачи в обработку на ВЦ (под-
готовка схем отстрела, обработка ЗМС, подсчет статических
поправок и др.) необходимо в поле иметь камеральную группу
в составе: один геофизик и один техник-геофизик.

Геофизик руководит подготовкой материалов для передачи на
ВЦ, принимает участие в выборе методики обработки. В полевой
период он совместно с оператором вносит изменения в методику
полевых работ, участвует в проведении опытных работ, в сос-
тавлении актов обмера выполненных работ и ежемесячно сдает
материалы на обработку на ВЦ.
^3.4. ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Обработка материалов в поле не проводится. В поле на
уровне коррелограмм осуществляется лишь контроль за ка-
чеством полевого материала, и далее весь материал в опе-
ративном порядке сдается на ВЦ (в течение 10 дней со дня
Отработки профиля). Персональные ЭВМ в партиях отсутствуют.

Обработчик на ВЦ получает подготовленный к обработке
материал: полевые кассеты, схемы отстрела, таблицы ста-
тических и кинематических поправок, согласованный граф об-
работки. В процессе обработки геофизик и обработчик работают
в тесном контакте. В случае возникновения вопросов или
появления брака, пропущенного геофизиком и выявленного на
ВЦ, немедленно сообщается в партию.

При решении поисковых задач используется стандартный граф
обработки сейсмических материалов, включающий демультиплек-
сирование, свертку (корреляцию), повальный вывод вибросейс-
мограмм, оценку качества управляющих сигналов, расчет гео-
метрии, деконволюцию и полосовую фильтрацию, регулировку
амплитуд, редакцию, получение предварительных разрезов.
Затем производится: анализ статических и кинематических по-
правок, получение контрольного временного разреза, автома-
тическая коррекция статических поправок, финальный вариант
разреза и его миграция.

При решении нестандартных задач применяют дополнительные,
специальные пакеты программ, направленные на повышение
отношений сигнал/помеха и разрешенности. По завершении об-
работки и интерпретации материалов геофизик полевой (ка-
меральной) партии составляет отчет, главу "машинная об-
работка” пишет обработчик ВЦ.

8.3.5.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК

При работах с виброисточниками статические поправки
определяют путем изучения ЗМС (МПВ). В качестве источника
колебания применяют ГСК-6. Интервал между зондированиями
МПВ определяется сейсмогеологическими и поверхностными
условиями участка работ и обычно составляет 0,5-1,5 км.
Используется встречная система наблюдений, обеспечивающая
прослеживание волн от коренных пород со скоростями 1500 м/с
и более. Применяемая методика работ обеспечивает точность
определения статических поправок, равную в среднем ±2 мс,
что оказывается вполне достаточным с учетом шага квантова-
ния и последующего использования процедуры АКСП.
8.3.6.	РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ

Методическим результатом последних работ в рифовой зоне
Предуральского прогиба явилось обоснование методики виб-
росейсморазведки с НЛЧМ-сигналами для поиска нижнепермских
рифов в подсолевом резрезе района. В южной части рифовой
зоны в связи с небольшими размерами рифовых тел и наличием
осложнений волновой картины, обусловленной влиянием соля-
нокупольной тектоники, выделение аномалий типа риф (АТР)
затруднено. Для повышения надежности выделения АТР не-
обходимо было повысить соотношение сигнал/помеха и раз-
решенность записи. Это было достигнуто увеличением дли-
тельности управляющего сигнала с 6-8 до 13 с и применением
НЛЧМ-свипов, расширяющих спектр целевых отражений на 5-7 Гц.
В качестве наилучшего был выбран сигнал 201- 302- 392- 463 -
544- 62 (рис. 101). При этом было установлено, что при
использовании вибраторов СВ-5-150 с числом накоплений до 16
и длительностью развертки до 13 с в условиях района удается
управлять спектром целевых отражений от подсолевых гори-

12-52-ЛЧМ	12-52-НЛЧМ

12'-25г-324-393-5г
а 50	60	70	80	90	<5	50	60	70	80	90

Рис. 101. Сопоставление временных разрезов, полученных с линейным (а),
нелинейными управляющими сигналами (б, в) и системой “Вибкор" (г):
фонтов только в диапазоне частот до 60-62 Гц. Для расширения
додо предела необходимы более мощные источники и су-
щественно большие длительности сигналов. Представляется
дергпективным применение адаптивной методики с приставкой
"Вибкор-1”, при которой параметры НЛЧМ-сигналов выбираются
переменными вдоль профиля в зависимости от изменений по-
верхностных и глубинных сейсмогеологических условий.

В Актюбинском Приуралье в результате опытно-методических
'работ установлено, что в связи с большими глубинами до под-
солевых отложений лучшее качество материалов обеспечивается
применением резонансных НЛЧМ-сигналов типа "фильтр обнару-
жения”, согласованных со спектрами целевых отражений, по-
лученных при достаточно широкополосных линейных развертках.

На основе разработанной методики поиска нижнепермских
рифовых объектов выявлена и детализирована Южно-Белозерская
АТЗ, переданная в 1991 г. под глубокое бурение (рис. 102). В
настоящее время на этом объекте бурится скважина № 33 Зы-
ковская. /

В пределах (рифовой зоны Предуральского прогиба вибрацион-
ная технология обеспечивает изучение всего этажа нефтегазо-

20-Б2-НЛЧМ
201-302-392-463-54',-62

В И Б К 0 Р

12-52 Гц и ЛЧМ, НЛЧМ - частотный диапазон и вид управляющих сигналов; А,
Т, Д - основные отражающие горизонты
Рис. 102. Временной разрез через Южно-Белозерскую аномалию:

КН, А, Б, Т - основные отражающие горизонты

носности, включая девонские отложения, залегающие на глуби-
нах до 5 км. Расчетная точность структурных построений сос-
тавляет 5-7% от глубины залегания горизонта. Это подтверж-
дается данными бурения. Так, в скв. 33 Зыковская на Южно-
Белозерской АТЗ кровля соли вскрыта на глубине 2070 м, в то
время как по сейсмическим данным она показана на глубине
2180 м.

В Актюбинском Приуралье в ходе региональных и поисковых
работ подтверждено существование и уточнено строение не-
скольких ранее известных поднятий и выявлены две новые
структуры. Бурение на них не выполнялось. Глубина освещения
разреза в этом районе близка к пределу методических воз-
можностей в данных условиях и составляет 9-10 км.

Увязка материалов вибрационной и импульсной сейсмо-
разведки выполняется с учетом нуль-фазового и минимально-
фазового характеров регистрируемых сигналов. На пересечениях
профилей вносится поправка ”за фазу” для импульсного сиг-
и?1пя. Случаев значительных расхождений не наблюдалось. Тем
ве менее имел место один случай, когда вибрационные и
взрывные материалы должны были участвовать совместно в
машинной обработке. Попытки привести вибрационную запись к
виду взрывной записи путем фильтрации и стратиграфической
деконволюции не удались. В связи с этим пришлось пойти по
противоположному пути: привести взрывные материалы к вибра-
ционным (подбором фильтраций) и после введения в первые
поправки +40 мс ("поправка за фазу”) удовлетворительное
подобие временных разрезов было достигнуто.

Большой опыт работ с невзрывными источниками колебаний
позволяет выделить их основные недостатки. Это в ряде
случаев недостаточная мощность вибраторов СВ-5-150, что
ограничивает глубину исследования, в частности, при ре-
гиональных работах в Центрально-Прикаспийской депрессии, где
мощность осадочного чехла достигает 16-20 км. Необходимо
также совершенствование системы управления и контроля за
работой вибратора. Они должны обеспечивать возможность ра-
боты с разнообразными нелинейными управляющими сигналами и
с широким выбором параметров по желанию экспериментатора.
В этом отношении перспективна адаптируемая технология
вибрационной сейсморазведки и аппаратура ”Вибкор-1”. Системы
контроля должны обеспечивать текущее тестирование вибраторов
в процессе отработки каждой физической точки с записью
результатов на магнитоноситель для последующего учета этих
данных при обработке.

Необходимы также хорошие источники поперечных волн. Есть
сомнение в целесообразности создания комбинированных ис-
точников из-за технической сложности решения универсальной
системы. В конкурентной борьбе этот источник по своим
параметрам будет уступать излучателям, возбуждающим как
чисто поперечные, так и чисто продольные волны.

8.4.	ВОСТОЧНЫЙ БОРТ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ
И РАЙОН АСТРАХАНСКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО
МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Районы Прикаспийской впадины и ее обрамления давно
привлекают к себе внимание геологов-газовиков и геофизиков.
В пределах этого региона выполнены огромные объемы гео-
физических и буровых работ, которые привели к открытию
крупнейших месторождений углеводородов. По прогнозу ученых,
в недрах этого региона сокрыты еще многие уникальные место-
рождения нефти и газа, что определяет непрекращающийся инте-
рес к проведению региональных, поисковых и детальных гео-
физических работ на этой большой территории. С другой
бороны, она характеризуется чрезвычайно сложным глубинным
243аказ№2202
строением, обусловленным, в первую очередь, наличием мощных
хемогенных отложений, образующих четко выраженные соляные
купола, имеющие грибообразную форму, подвернутые крылья,
навесы и т.д. В краевых частях впадины и межкупольных зонах
соль может залегать более спокойно. Во всех случаях соляные
отложения играют роль испорченной оптической системы, ис-
кажающей ход лучей отраженных волн и в значительной степени
затрудняющей получение достоверной информации о поведении
подсолевых горизонтов.

Наземные невзрывные источники сравнительно давно при-
меняются при проведении сейсмических работ в этом регионе и
неплохо зарекомендовали себя, обеспечив прослеживание над-
солевых и подсолевых отражающих границ, значительно упростив
проведение работ и снизив их стоимость. Наряду с этим
информативность невзрывной сейсмики в ряде районов оказалась
ниже взрывной в силу недостаточных глубины освещения разреза
и разрешенности записей. Для поиска путей преодоления этих
ограничений и повышения эффективности невзрывной сейсмики в
последние годы в пределах рассматриваемой территории были
выполнены значительные объемы опытно-методических сей-
смических исследований по опробованию новых методических
приемов невзрывной сейсмики и получены важные результаты по
оценке их эффективности. Результаты этих работ и составляют
содержание данного раздела1.

Полевые работы были выполнены в пределах восточного и
юго-восточного бортов Прикаспийской впадины (Актюбинская
и Астраханская области).

8.4.1.	ВОСТОЧНЫЙ БОРТ ПРИКАСПИЙСКОЙ ВПАДИНЫ

В разрезе отложений восточного борта впадины выделено три
комплекса пород, представленных (сверху-вниз) терригенными
отложениями мезозоя и коры (надсолевые образования), со-
левыми отложениями кунгура и нижнспермскими-верхнедевон-
скими (подсолевые) отложениями, являющимися основными объ-
ектами разведки. Сейсмическими работами и бурением установ-
лено сложное строение соляных и подсолевых горизонтов с
наличием элементов соляной тектоники и тектонических на-
рушений. В этих условиях волновые поля характеризуются
значительной латеральной изменчивостью и перерывами в про-
слеживании. На волновых полях выделяется серия четких осей
синфазностей, соответствующих основным отраженным волнам от
физических границ раздела. Среди них выделяются: серия над-
солевых отражений, приуроченных к различным горизонтам в
надсолевой толще отложений, отражение от поверхности соли,
являющееся маркирующим горизонтом, и группа целевых под-

'Работы выполнены сейсмическими партиями ГТП “Спецгеофизика”.
гллевых отражении: 111 - эрозионная поверхн ть п д л в
.^индекса пород, приуроченная к кровле артинских отложений,
я! подошва карбонатных отложений нижнего карбона, П2 и
П, - отражения в подсолевом комплексе, в том числе, воз-
можно, и его основание; в силу больших глубин залегания
четкой стратиграфической привязки эти горизонты не имеют.
Тектоника района сложная, однако наблюдается общее моно-
клинальное погружение подсолевых горизонтов с востока на
э^ттяп. разделенное региональными ступенями, в пределах
которых выделяются локальные поднятия по подсолевым от-
ложениям (Каратюбе, Курсай и др.). Глубины залегания основ-
ных подсолевых отражений изменяются по комплексным данным от
4000-4100 м для П1 до 6000 м и более для П3. Соляные
отложения образуют серии куполов различной амплитуды и самой
разнообразной формы, которые определяют и поведение над-
солевых горизонтов. Глубины залегания кровли соли меняются
ОТ первых сотен, метров в сводах куполов до нескольких тысяч
в межкупольны& зонах. Территория восточного борта впадины
носит полупустынный, равнинный характер с развитием крепких
Солончаков (такыров) и свободных незакрепленных песков-
барханов. Этим и определяются условия возбуждения волн с по-
верхности.

При проведении исследований решали в основном методи-
ческие задачи: совершенствование методики вибрационной сейс-
моразведки на основе использования нелинейных управляющих
сигналов с целью повышения частотного состава и разрешен-
носги ” подсолевых” отражений и проведение работ по методике
объемной сейсморазведки (МОС) с вибрационными источниками
для детального изучения структурно-тектонических особен-
ностей подсолевых отложений. Работы выполнялись в летние
периоды 1990-1992 гг. с применением вибрационных источников
СВ-5-150 и приставок для генерирования нелинейных разверток
и станций ”Прогресс-3” и ”Прогресс-96В”. Для изучения ЗМС
использовалась отдельная станция "Прогресс” и источники ГСК-
6М. В соответствии с задачами и общими тенденциями развития
сейсморазведочных работ во впадине исследования выполнены с
вибрационными источниками как наиболее эффективными и эко-
логически чистыми для применения в условиях полупустыни. При
постановке работ учтены результаты предшествующих работ.
Однако в связи с тем, что ранее нелинейные развертки в этом
регионе не применялись и объемная сейсморазведка с вибра-
торами не проводилась, вопросы обоснования методики полевых
Наблюдений и обработки материалов приходилось решать в
опытном порядке. Специальные теоретические исследования по
обоснованию методики работ не выполнялись.

Опытные работы по опробованию нелинейных управляющих
сигналов выполнены на зондированиях по изучению волновых
полей помех и отраженных волн, а также на профилях МОГТ,
которые отрабатывались в различных сейсмогеологических
24*	371
Рис. 103. Волновые поля и амплитудные спект-
ры волн при линейных (а) и нелинейных (б)
управляющих сигналах:

V/ - времена анализа; /и - /к - начальные и
конечные частоты сигнала; И7, М17, Х21 -
индексы, указывающие величину подъема энер-
гии высоких частот

4 = 7.2Гц,Л/7

И/=0,5-7,2с, ж = 535м, Л7/7
535

/’н=72Гц, Ы21

И/= 7,2-1,7с, х = 7475 м

1475
условиях. При каждом виде работ колебания возбуждались одним
или несколькими линейными и нелинейными сигналами с раз-
личным уровнем подъема частот в средне- и высокочастотных
частях принятого сейсмического диапазона. Так, например, на
расстановке сейсмоприемников с шагом 5 м, длиной 240 м и
наибольшим удалением пункта возбуждения 3800 м были приняты
колебания от трех ЛЧМ-сигналов (полосами 12-70, 16-64 и 22-
ТО Гц) и трех НЛЧМ-сигналов (начальная частота 12 Гц и три
значения подъема энергии частот в интервале частот 30-
70 Гц), все длительностью 12 с. Анализ материалов, показан-
ных на рис. 103 для двух временных окон и двух удалений от
пункта возбуждения, позволяет сделать вывод о том, что ис-
пользование нелинейных управляющих сигналов расширяет эф-
фективную полосу частот регистрируемых волн. По подсолевому
участку записи на временах 2,55-3,75 с результат оказался
менее выразительным, хотя наблюдалось определенное расшире-
ние спектра регистрируемых колебаний.

На зондах/ МОВ-ОГТ также опробовались линейные и не-
линейные сигналы с подъемом частот в полосах 30-76, 32-78 и
48-50 Гц. Цз спектрального анализа трасс на временах
прослеживания подсолевых горизонтов (2,4-3,7 с) следует, что
нелинейные развертки позволяют расширить эффективную полосу
частот, что приводит к повышению разрешенности регистрируе-
мых волн (рис. 104). Лишь по самому глубокому временному
интервалу (3,4-3,7 с) не наблюдалось расширения полосы час-
тот, что, очевидно, обусловлено поглощением волн и недоста-
точной энергией возбуждения.

Профильные работы, выполненные с линейными и нелинейными
развертками, также показали, что последние обеспечивают
получение лучших результатов, как по разрешенности записей,
так и по прослеживаемости отражающих. Некоторые результаты
профильных работ приведены на рис. 105. Из них также сле-
дует эффективность нелинейных разверток.

Таким образом, исследования достаточно убедительно по-
казали, что насыщение разреза волнами различного частотного
состава позволяет активно управлять спектральным составом
регистрируемых волн в весьма широкой полосе времен по над-
солевым и подсолевым отражениям. Исключение составляют самые
глубокие части разреза, волны от которых прослеживаются на
временах, превышающих 3,5 с. Можно предположить, что от-
рицательные результаты по управлению частотным составом этих
колебаний обусловлены не принципиальными, а техническими
причинами. При увеличении силовых параметров вибраторов и
длительности управляющего сигнала можно добиться управления
и по этим колебаниям. Важное значение имеет выбор па-
раметров нелинейных управляющих сигналов по начальным
частотам, подъему энергии в обоснованно выбранном интервале
частот и их длительности. Причем, увеличивая энергию из-
лучения в той или иной части сейсмического диапазона, можно
№ в0.<к5а^ АЙ 1 «111 ]. »1и1н1> <1».1 Д рьЛ .1
лт к ИН »Х.»1НИ4к Л ,1., кН!» 1.1

5

/н*Гц,

№ да^?11>1|111»11*1-.1Д-»11||1 111 11м а 11 1111.1 » 1

зз Ш1111ии^а111..1».1и.1н1ЬкЦ

I Ш-1 1.111111 1.11^.11X1 1111 I 1.01X1 111111
1-Шш. I 11111 । 1Ош 1.1 1 । 1 । 1 । А^м 1111111

I АХИ .11111 1,..Ш.Щ.1, | I I I I А4*1 I I I I I I

1.1Х.Ш.1 I I □ I □ Ш I I I I 1-Ацм I и I | I

,8>т?#я>к 111X1411111.11|1^1111.,||., 1.11111, I

зз 1111111141» 11111.111.111И. .1.11111111,11

I I. их .и 11111 1.141ХХ.Д..1 I I I I I 101.1 11111

I ! А4жк-1.1,1.ТТ1 I I 1-1Ак-Ь-Ш-1 П11 | I ^1^.1 I I I И

гг^1.ик1и.Л-1....к»^1..»к.1.м4уЫ I I 111ОЫ.АШ.1

1.,а1111.11.111.1 <11а11 Ики!.. 11.11.1 ио .11—швиоо ! I I I I

№23 2,6 2,Я 3,0	3,2	3,0	3,01,с 0	20 00 60 60 100

Л,	Л2	пз

I I	I I I I I 11*01 I 1.1.1 I I

| |	I 1 I I I 4Х| 1 .1-1 1 1 .1

О 20 00 60 60 100	0 20 00 60 60 100 Ги^

Рис. 104. Трассы сейсмограмм (/) и спектры подсолевых отраженных волн (2) при линейном
управляющих сигналах:

Ц1 - временные окна; /н - /х - полоса частот ЛЧМ-сигнала; начальная частота НЧМ-сигнала;

(а) и нелинейных (б

(18), (21) - индексы

сигналов
повышать или глубину освещения разреза, или частотный состав
регистрируемых волн.

Из практики применения нелинейных разверток также сле-
дует, что они позволяют улучшить прослеживаемость гори-
зонтов, что имеет важное значение для повышения эф-
фективности сейсморазведки. Можно отметить, что вибрационная
сейсморазведка на основе нелинейных сигналов - это уже дру-
гой уровень работ, когда требуется углубленный анализ ре-
зультатов предшествующих работ с повторным анализом спект-
рального состава волн, корреляцией виброграмм с различными
управляющими сигналами, теоретический прогноз параметров
разведки и мобильная обработка материалов, которая может
быть реализована на основе полевых вычислительных комплек-
сов, которые пока еще в отечественной практике работ приме-
нения не получили.

Работы методом объемной сейсморазведки (МОС) были вы-
полнены на полигоне размером 12x6,6 км с учетом результатов
ранее выполненных исследований. Исследуемая площадь была
отработана по системе сопряженных широких профилей с ин-
тервалами между линиями возбуждения 200 м, максимальным
боковым выносом непродольных профилей 500 м в каждую сторо-
ну и общим числом линий шесть, по три в каждую сторону. Была
выбрана система наблюдений с минимальным выносом пунктов
возбуждения 25 м и максимальным 2375 м, шагом между пунктами
возбуждения 100 м и центрами приемных групп 50 м. При такой
системе наблюдений достигалось равномерное расположение
общих срединных точек по площади на сетке 25x100 м. Колеба-
ния возбуждались линейной группой из пяти вибраторов СВ-5-
150, расположенной на базе 50 м. Управляющий сигнал имел
полосу 16-64 Гц и длительность 10 с. Проводилось накопление
шести сигналов на каждом пункте возбуждения. Волны регистри-
ровались станциями ”Прогресс-3 и 96В” и принимались группами
из последовательно соединенных 24 сейсмоприемников на базе
46 м.

Принятая методика работ учитывала следующие моменты. Для
освещения строения площади по всем основным горизонтам
разреза необходимо проводить наблюдения на минимально воз-
можных удалениях от пунктов возбуждения, так как с увеличе-
нием выноса сокращаются области прослеживания отраженных
волн от надсолевых горизонтов, которые необходимы для об-
работки и интерпретации материалов, а также для освещения
строения площади. С этой целью необходимо эффективное
ослабление низкоскоростных помех, которое достигалось ис-
пользованием интерференционных систем при возбуждении и
приеме колебаний, выбором достаточно высокой начальной час-
тоты развертки (16 Гц) и фильтрации колебаний на записи с
частоты 14 Гц. Применена была также сравнительно высокая
Кратность ОГТ, которая также способствовала ослаблению
помех, включая корреляционный фон, и усиление целевых от-
50 ПК
б

Рис. 105. Фрагменты временных разрезов, иллюстрирующие эффективность применения нелинейных раз-
верток:

а - ЛЧМ-сигнал полосой 16-80 Гц; 6 - НЧМ-сигнал с /н - 16 Гц и подъемом энергии в области высоких
частот
Рис. 106. Временной разрез, полученный при работах МОС в пределах вос-
точного борта Прикаспийской впадины:

Р1к, П], П2, Пз - целевые солевой и подсолевые отражающие горизонты

ражающих горизонтов. Сочетание оптимизированных методик
полевых наблюдений и обработки материалов, основные моменты
которой будут освещены в следующем разделе, позволили
получить материалы достаточно высокого качества. На времен-
ных разрезах весьма уверенно выделяются и прослеживаются
основные целевые горизонты, включая отражение Пз. Один из
типичных временных разрезов приведен на рис. 106. По резуль-
татам работ построены структурные карты масштаба 1:25 000 по
горизонтам Пз, П2, П1 и Рк, детально освещающие строение
исследуемой площади.
РАЙОН АСТРАХАНСКОГО ГАЗОКОНДЕНСАТНОГО
Месторождения

Работы в пределах Астраханского месторождения были вы-
полнены по методике объемной сейсморазведки (МОС) с целью
детального изучения кровли соленосной и поверхностей под-
солевых толщ и составления прогнозной карты распределения
коллекторских свойств продуктивной толщи. Выбор района работ
определялся задачами, стоящими перед геологической службой,
ведущей бурение на Астраханском месторождении. В его пре-
делах выполнены значительные объемы сейсмических работ, в
основном в профильных модификациях, которые не в полной
мере осветили строение подсолевых, продуктивных горизонтов.
Наиболее устойчиво прослеживались волны Пь а более глубо-
кие отражения выделялись неуверенно. Кроме того, волновая
картина по пОдсолевым горизонтам во многом зависела от
строения соли/ Так, в пределах купола и крутых склонов те-
рялась корреляция подсолевых горизонтов, появлялись боковые
волны, которые осложняли волновую картину и мешали про-
слеживанию целевых горизонтов. В этих условиях посчитали
целесообразным опробовать объемную модификацию сейсмо-
разведки с применением вибрационных источников. Условия
проведения работ были благоприятны, так как полупустынный
характер территории позволял реализовать достаточно густую
сеть профилей и не создавал больших препятствий для пе-
редвижения техники в различных направлениях. В целом
сейсмогеологические условия были типичными для погруженных
районов Прикаспийской впадины, характеризующихся интенсивной
соляной тектоникой с большими глубинами залегания подсолевых
горизонтов. По первому подсолевому отражающему горизонту <П1
или 1П) Астраханское поднятие рисуется в виде крупной по-
ложительной структуры амплитудой А = 1200 м и размерами
175x110 км. Вершина свода осложнена сериями небольших по
амплитудам положительных и отрицательных образований, окон-
туривание которых часто затруднено.

Работы были выполнены с применением групп вибраторов СВ-5
150 сейсмостанции "Прогресс” со штатным вспомогательным
оборудованием. Изучение параметров ЗМС проводилось методом
преломленных волн с возбуждением колебаний импульсными
источниками ГСК-6М и их регистрацией сейсмостанцией "Поиск”.
В пределах месторождения отработана площадь, равная 44 км2,
в пределах которой было размещено 70 профилей ОГТ общей
протяженностью более 200 км. Методика проведения полевых
работ основывалась на результатах предшествующих профильных
вибросейсмических исследований. Тем не менее был выполнен
комплекс опытно-методических работ, включающий уточнение
волновой картины, параметров, интерференционных систем и
Управляющего сигнала, выбор системы наблюдений и др. По этим
материалам было определено, что в зоне соляного купола
отраженные волны выделяются в диапазоне расстояний до 3000 м
от пункта возбуждения на временах 0,2-3,0 с и имеют видимые
частоты 15-35 Гц. Низкоскоростные волны характеризуются
скоростями V = 300^-550 м/с и видимыми частотами 10-20 Гц.
Основываясь на этих данных, выбирали методику работ. На-
блюдения выполнены по системам широких профилей. В каждую
линию входило шесть профилей с симметричным расположением
линий возбуждения и приема, расстояние между линиями воз-
буждения 100 м, максимальный боковой вынос профиля 300 м,
наибольшая поперечная база (в обе стороны от центральной
линии) 500 м, кратность наблюдения 24, общие средние точки
располагались по площади равномерно по сетке 25-50 м.

Система наблюдений на профилях была следующей: реги-
страция колебаний велась в диапазоне удалений 1200-3550 м от
соответствующих пунктов возбуждений, группирование четырех-
пяти вибраторов на базе 40-50 ми 12 сейсмоприемников на
базе 44 м, расстояния между центрами групп соответственно
80 и 40 м, накопление - шесть-восемь сигналов длительностью
12 с и частотой 16-56 Гц. Кроме того, для дополнительного
ослабления поверхностных волн использовалась фильтрация на
записи с граничной частотой 14 Гц. При обосновании методики
работ было обращено внимание на следующие моменты. Увеличен
вынос пунктов возбуждения за расстановку, несмотря на то,
что весь комплекс отражений прослеживается на небольших
удалениях от ПВ. Тем не менее это было сделано для лучшей
линеаризации годографов волн от подсолевых горизонтов с тем,
чтобы повысить надежность их выделения после суммирования
ОГТ. Применена асимметричная система наблюдений с тем, чтобы
не увеличивать чрезмерно длину годографа. Пункты возбуждения
располагались между 72 и 73 каналами 96-канальной расста-
новки станций. Кратность наблюдений выбрана равной 24, с
тем чтобы улучшить отношения сигнал/помеха. Для большего
ослабления низкоскоростных волн возникла необходимость При-
менения фильтра высоких частот при записи с граничной час-
тотой 14 Гц.

Принятая методика работ обеспечила получение качествен-
ных, пригодных для последующих обработки и интерпретации
материалов. В полевых условиях проводились первичная оценка
качества материалов по воспроизведениям магнитограмм, расчет
статических поправок, подготовка и отправка материала в
вычислительный центр. Материал обрабатывали в центре в три
этапа. Эти этапы: типовая обработка профильных данных; трех-
мерная обработка, включая миграцию; специальная обработка
для оценки коллекторских свойств подсолевых отложений.

Типовая обработка проводилась по стандартному для виб-
рационных данных графу, в нее включались следующие процеду-
ры: демультиплексация, взаимная корреляция, восстановление
амплитуд, редакция и сортировка трасс, построение пред-
варительных, а затем и окончательных разрезов с откорректи-
380
пованными по каждой линии статическими и кинематическими
^оправками. Основной задачей типовой обработки было получе-
ние качественных временных разрезов по линиям средних точек
с сохранением динамических особенностей волн. Особое внима-
ние уделялось коррекции статических поправок по каждой линии
широкого профиля, определению оптимальных скоростей сум-
мирования данных и сохранению динамических особенностей
ул пн. Коррекция поправок по каждой линии обеспечивала по-
лучение независимых данных, особенно в условиях наклонного
^тетания горизонтов и изменчивой верхней части разреза.

Получение окончательных разрезов предусматривало пред-
варительную полосовую и обратную фильтрации данных, пара-
метры которых выбирались на основе спектрального анализа
записей в предположении нуль-фазового характера виброданных.

Временные разрезы характеризуются высоким качеством, что
следует из приведенного на рис. 107 примера. Трехмерная
обработка предусматривала миграцию данных, снимаемых с вре-
менных разрезрв, и образование единого куба материалов по
всей площади, позволяющего получать разрезы и временные
срезы по любым направлениям. В результате этой обработки

значительно улучшилась прослеживаемость горизонтов и упрос-
тились волновые поля на склонах соляных куполов, а также

в зонах сочленения над- и подсолевых отражающих горизонтов.

Специальная обработка была выполнена по центральным ли-
ниям с целью анализа динамических параметров волн и пре-
дусматривала получение разрезов мгновенных амплитуд, фаз,
частот и полярности. Были рассчитаны также частотные спектры
и энергии волн по основным отражающим горизонтам, что поз-
воляет оценить изменения этих параметров по профилям.

Работы по МОС позволили получить большой объем данных,
который существенно превышает информацию, реализуемую при
профильных наблюдениях ОГТ. По материалам МОС детально изу-
чено строение мезокайнозойского структурного этажа, характер
залегания кровли соли ’ и основного продуктивного
горизонта (ПО, сопоставляемого с карбонатными отложениями
башкирского яруса карбона, а также построены карты изохрон и
структурные карты по этим горизонтам масштаба 1:25 000.
Анализ динамических особенностей записей и их распределение
по профилям позволили наметить определенные аномалии, их
природа и связь с глубинными условиями требуют дальнейшего
изучения в совокупности с новыми данными бурения и ГИС. Сле-
дует, однако, отметить, что при увязке материалов МОС с дан-
ными взрывной сейсмики по подсолевым горизонтам были встре-
чены определенные трудности, обусловленные, по-видимому,
различием спектрального состава волн и тонкослоистым харак-
тером разреза. Эти факторы необходимо учитывать при выполне-
нии работ с вибрационным и взрывным возбуждением волн.

В целом работы, выполненные методом объемной сейсмораз-
иедки с применением вибрационных источников колебаний, по-
Рис. 107. Временной разрез в пределах Астраханского газоконденсатного
месторождения:

М, Р]к, 1П - отражающие горизонты

казали высокую эффективность их применения в районах со
сложными сейсмогеологическими условиями и большими глубинами
залегания целевых отражающих горизонтов. Полученные резуль-
таты свидетельствуют о том, что соответствующим выбором
методики полевых наблюдений и процедур обработки данных
можно обеспечить получение временных и глубинных разрезов
достаточно высокого качества, обеспечивающих интерпретацию
результатов и построение временных срезов и структурных
карт. Первые результаты динамической обработки также инте-
ресны, но они требуют дальнейшего анализа и интерпретации
совместно с данными бурения и ГИС.

Предложенные и опробованные способы получения материалов
и их обработки по отдельным линиям также заслуживают вни-
мания и практического использования при проведении ана-
логичных работ в этих и других районах.
85. РАЙОНЫ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ1

Сейсмические исследования с невзрывными источниками ко-
лебаний выполняются в основном на территории Саратовской
области и частично на прилегающих площадях Оренбургской об-
ласти. Большая часть территории занята сельскохозяйственными
угодьями с мелиоративными и ирригационными сооружениями,
которые затрудняют, а в ряде случаев делают невозможным
применение взрывных способов возбуждения сейсмических коле-
баний.

В тектоническом отношении территория исследований рас-
положена в пределах северной бортовой зоны и внешнего обрам-
ления Прикаспийской впадины, характеризующихся значительной
изменчивостью сейсмогеологических условий, наличием хемо-
генных отложений, большими глубинами залегания целевых под-
солевых горизонтов, тектонической дислоцированностью осадоч-
ного чехла, / существованием верхней жесткой границы, на
которой происходит резкое изменение скоростей, и другими
особенностями, осложняющими проведение сейсморазведочных
работ и понижающими их точность и достоверность. По лито-
логическим и физическим характеристикам пород осадочный
чехол условно расчленяют на четыре крупных комплекса, гра-
ницы раздела между которыми представляют собой региональные
опорные отражающие горизонты: Д3 - подошва карбонатных от-
ложений девона, Р1/> - подошва соленосных нижнепермских
отложений, Р2(Ур) - подошва татарских отложений верхней
перми (кровля карбонатно-сульфатно-галогенных отложений
палеозоя). Внутри этих комплексов выделяется серия допол-
нительных отражающих горизонтов, приуроченных к терригенным,
карбонатным и сульфатным отложениям. Зона малых скоростей
представлена переотложенными рыхлыми породами мощностью от
5 до 80 мм со скоростями продольных волн, изменяющимися
от 300 до 1400 м/с. Самая верхняя часть разреза - это грун-
ты, представленные суглинками и пахотными землями. Рельеф
местности достаточно спокойный, за исключением балок, овра-
гов и обрывистых берегов рек и ручьев. Сравнительно мягкий
климат и отсутствие сильных морозов позволяют вести кругло-
годичные полевые работы.

Поверхностные невзрывные источники применяются на всех
этапах поисково-разведочных сейсмических работ. Целевыми
горизонтами являются отражающие границы в отложениях девона,
карбона и нижней перми. Практически повсеместно для повыше-
ния точности построения глубоких горизонтов прослеживается
верхняя жесткая граница, которая является уровнем приведе-

В данном разделе использованы материалы Саратовской геофизической
экспедиции Нижневолжского научно-исследовательского ин-та геологии и гео-
физики (НВНИИГГ).
1	2	3	4

Рис. 108. Волновые поля, полученные с импульсными (а) и вибрационными (<5)
источниками

ния. Глубины залегания целевых горизонтов меняются от первых
сот метров до 4-5 км в пределах краевых зон Прикаспийской
впадины.

Наземные невзрывные источники начали применяться с
1976 г. (импульсные газодинамические излучатели ГСК) и
с 1982 г. (вибрационные установки СВ-5-150). К настоящему
времени до 45% от всех объемов работ выполняется с невзрыв-
ными, в основном вибрационными излучателями. В пределах
площади работ невзрывные источники обеспечивают снижение
стоимости сейсморазведки и повышение производительности.

Планирование работ с невзрывными источниками и выбор
объектов производятся на основании результатов предыдущих
исследований, технических возможностей и удобства их выпол-
нения. Каких-либо специальных, подготовительных работ в
настоящее время, как правило, не проводится. Ранее был вы-
полнен большой объем опытно-методических полевых наблюдений
384
в связи с применением невзрывных источников, сложными сейс-
могеологическими условиями и неоднородным качеством полевых
материалов. Значительное влияние на него оказывают: большой
фон кратных, частично-кратных и обменных волн, связанных с
верхней жесткой границей (кровля палеозойских отложений),
изменчивость физических свойств горизонтов в разрезе палео-
зоя и высокий уровень поверхностных волн.

В результате опытных работ были разработаны основы ме-
тодики проведения полевых работ с невзрывными источниками и
обработки получаемых материалов, что обеспечило их высокое
качество. Отличительные особенности методики:

применение интерференционных систем с базами возбуждения
колебаний, превышающими длины сейсмических волн и поз-
воляющими концентрировать излучаемую энергию в заданном
направлении;

ослабление поверхностных волн за счет расположения из-
лучателей друг от друга на удалениях, равных половине длины
волны поверхностных волн;

перемещение интерференционных излучающих систем на про-
филях с шагом, равным половине длины поверхностной волны;

применение фильтров высоких частот при регистрации
колебаний;

25 Заказ № 2202

385
Рис. 109. Сейсмограммы, полученные при площадном (а, в) и линейном (б, г)
группировании источников:

а - база группы 100x100 м, шаг перемещения 25 м, четыре накопления; б -
база группы 100 м, четыре накопления; в - база группы 200x200 м, шаг пе-
ремещения 25 м, девять накоплений; г - база группы 200 м, шаг перемещения
25 м, семь накоплений

использование протяженных суммарных баз возбуждения,
обеспечивающих высокую остроту характеристики направленности
системы для разделения волн в зонах интерференции по раз-
личию в углах их подхода;

обработка материалов по способам, позволяющим управлять
времени остротой направленности интерференционной сис-
темы путем изменения длины суммарной базы возбуждения;

разновременное возбуждение колебаний работающими в груп-
пе импульсными источниками.

В основу разработанных методических приемов легли опытно-
методические исследования по изучению особенностей наб-
людаемых волновых полей, которые были выполнены на отдельных
зондированиях, а также на отдельных профилях МОГТ. Методика
выполнения зондирований была обычной и предусматривала по-
лучение сводного одностороннего (редко встречного) монтажа
сейсмограмм. Особенности наблюдаемых волновых полей за-
ключаются в высоком фоне помех, их многообразии и не-
значительных интенсивностях отраженных волн. Волновые поля с
вибрационными источниками характеризуются, кроме того,
высоким уровнем корреляционных помех (рис. 108). Это при-
водит к тому? что для повышения относительного уровня от-
раженных волн от глубоких горизонтов разреза необходимы
специальные; методические приемы, обеспечивающие ослабление
волн от верхних горизонтов разреза (увеличение базы воз-
буждения за счет перемещения групп источников при накоплении
воздействий). Без них относительный уровень глубоких от-
раженных волн не растет с увеличением числа накоплений. В
результате опытных работ предложены оптимальные группы
источников для различных районов работ. Так, например, для
северного обрамления бортовой зоны Прикаспийской впадины,
характеризующейся значительными глубинами до целевых го-
ризонтов и соляной тектоникой, оптимальными являются сле-
дующие интерференционные системы:

количество установок - 3^5;

расстояние между установками - 12,5 м;

база группирования вибраторов:
для трех источников Д - 25 м;
для пяти установок - 50 м;

шаг перемещения вибраторов - 12,5 м;

база накопления воздействий - 100 м.

Для импульсных установок ГСК:
база накопления - 137,5 м:
количество перемещений - 4;
количество накоплений - 8^12;
количество установок - 5.

В условиях сложных подземных форм эффективными оказы-
ваются площадные группы, которые реализуются путем по-
перечного к линии профиля расположения излучателей и их
перемещения вдоль него (рис. 109). Шаг перемещения группы
источников большого влияния на качество материалов не ока-
зывает, несколько предпочтительней шаг, равный ~ 25 м
(рис. НО).
а	<5	в	г	д

Рис. ПО. Сейсмограммы, полученные при перемещениях поперечной группы
источников вдоль профиля:

а, б - база группы 100x100 м. шаг перемещения 25 м при однородном и тре-
угольном распределении чувствительности; в, г, д - шаг перемещения 12,5,
50 и 25 м при общей базе группы 200X200 м

Выбор параметров управляющих сигналов в вибрационной
сейсморазведке осуществлялся на основании их перебора. Кри-
териями при этом были уровень регистрируемых волн, их разре-
шенность и динамический диапазон сейсмических записей. При-
чем было принято, что сокращение динамического диапазона
приводит к улучшению качества отражений. С этих позиций оп-
тимальны управляющие сигналы со следующим диапазоном час-
тот: 15-50, 15-55, а также 25-110 и 30-110 Гц.

Обработка материалов невзрывной сейсморазведки про-
изводится в целом по стандартным комплексам МОВ-ОГТ с учетом
необходимости корреляции вибросейсмических данных. Тем не
менее была показана эффективность следующих программ и про-
цедур обработки: высокочастотной фильтрации исходных данных;
О 10	20	30 АО 50 ЬО /и

Рис. 111. Временные разрезы, полученные со взрывами из мелких скважин (а)
и с группой вибраторов СВ-5-150 (б) в платформенной части Саратовского
Правобережья
Рис. 112. Временные разрезы, полученные в дальнем Саратовском Заволжье с
группой источников ГСК (а) и взрывами из мелких скважин (б)
подавления когерентных шумов и вычитания кратных волн на
материалах ГСК; балансировки трасс и нормировки уровня за-
писей, полученных при работах с вибраторами; исключения
влияния верхней жесткой границы.

Работы с наземными невзрывными источниками дали воз-
можность получить ряд геологических результатов. Примеры
профилей, полученных с различными источниками колебаний,
приведены на рис. 111, 112, ИЗ. Региональные работы поз-
волили уточнить общие черты строения западной части Бузулук-
ской впадины и установить, что Камелик-Чаганская зона под-
нятий, с которой на территории Оренбургской области связана
промышленная нефтегазоносность среднего девона, продолжается
с востока в пределы дальнего Саратовского Заволжья. Здесь
выделяется целый ряд блоков (ступеней), в приподнятых кры-
льях которых выделяются положительные структуры в карбоне и
девоне. Поисковые работы были выполнены в пределах восточной
части Пугачевского свода и западного борта Бузулукской
впадины. По полученным материалам по отражающим горизонтам в
девоне, карбоне и перми построены структурные карты масш-
табов 1:50 000 и 1:100 000. В результате выявлены перспек-
390
а

Рис. 113. Временные разрезы, полученные в зоне бортового уступа с
линиями ДШ (а) и группой вибраторов (б)
тивные объекты и локальные структуры для детального изучения
и подготовки под заложение глубоких скважин. Многие из них
детальными работами подготовлены к бурению. По сейсмическим
данным, они представляют собой локальные поднятия, ослож-
ненные флексурообразными нарушениями.

Опыт применения невзрывных источников показал, что эф-
фективность их использования в условиях Саратовского По-
волжья не везде равноценна. Так, до сих пор не получили
широкого применения невзрывные источники во внутренней части
Прикаспийской впадины, характеризующейся большими глубинами
до подсолевых горизонтов. Недостаточна эффективность не-
взрывной сейсморазведки также в Саратовской зоне внутренней
части Прикаспия. Она связана со сложными сейсмогеологиче-
скими условиями этих участков (наличие узких мульд и купо-
лов, малые отношения сигнал/помеха и т.д.). Эти обстоя-
тельства требуют развития и совершенствования методики поле-
вых работ и обработки материалов. Недостаточна эффективность
применения невзрывных источников в условиях высокоскоростной
верхней части разреза (Саратовское Правобережье), что обу-
словлено наличием высокоскоростных помех и снижением уровня
отраженных волн. Решение этих вопросов связано с разработкой
остронаправленных интерференционных систем. Развитие мето-
дики и техники работ невозможно без дальнейшего совершенст-
вования невзрывных, в первую очередь, вибрационных источ-
ников в направлениях повышения их силовых параметров и
надежности, а также совершенствования систем управления
и контроля за их работой.

8.6.	РАЙОНЫ БАЛТИЙСКОЙ СИНЕКЛИЗЫ

8.6.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ РАБОТ

Наземные невзрывные источники начали применяться при
проведении сейсмических работ в пределах Балтийской сине-
клизы в восьмидесятых годах [5]. Сначала это были импульс-
ные, а затем вибрационные источники. В последние годы зна-
чительные по объему работы с невзрывными источниками (ГСК-6М
и СВ-5-150) были выполнены в пределах Бартского прогиба и
Западно-Курземского выступа1. Районы Балтийской синеклизы
в целом благоприятны для применения невзрывных источников,
так как они характеризуются сравнительно небольшой мощностью
осадочной толщи, наличием четких физических границ раздела и
разветвленной сетью дорог, по которым могут быть проложены
сейсмические профили. С другой стороны, эти районы доста-

'Работы проведены сейсмическими партиями ГГП "Спецгеофизика”.
392
дечно сложны для поиска и разведки локальных структур в
джаях осадочной толщи из-за необходимости детального рас-
членения разреза и обеспечения непрерывного прослеживания
целевых горизонтов в условиях значительных изменений условий
осадконакопления и невыдержанности физических свойств от-
ложений в горизонтальном направлении. С этих позиций мето-
дические и геологические результаты рассматриваемых далс_
работ представляют несомненный интерес.

Районы, где проводились работы, приурочены к Южно-
Латвийской ступени Балтийской синеклизы, в осадочном ком-
плексе которой выделяется три структурных этажа: каледонский
(нижне- и среднекембрийские терригенные отложения и кар-
бонаты ордовика, силура и нижнего девона), герцинский (кар-
бонаты девонского возраста) и альпийский (карбонатные и
терригенные породы верхней перми, терригенные отложения
нижнего триаса/и верхней юры). Объектами разведки являются
локальные структуры в отложениях среднего кембрия, которые
имеют небольшие размеры и амплитуды в диапазоне 10-50 м.

Рельеф местности - равнинный с отметками от +25 до +50 м
над уровнем моря. Работы можно вести практически исклю-
чительно вдоль дорог, просек и насыпных дамб из-за наличия
многочисленных озер, лесных массивов, болот и хуторов,
исключающих проложение через них профилей. Вследствие этого
профили, как правило, имеют значительные углы излома. Воз-
действия производились по плотным породам и асфальту (при
работах вдоль грунтовых и шоссейных дорог), насыпным грунтам
(на дамбах), а также по вязким и рыхлым породам, когда про-
фили проходят по заболоченным участкам и вне дорог.

Общими задачами проводимых исследований были поиск и
разведка антиклинальных поднятий в низах осадочной толщи
и по поверхности фундамента, а также литологических и струк-
турно-тектонических осложнений в разрезе.

Целевыми горизонтами являлись отражающие границы в ор-
довике, кембрии, а также поверхность кристаллического
фундамента. Они залегают на глубинах от 1000 до 2000 м и
характеризуются временами прихода от 0,8 до 1,4-1,5 с.
Временной интервал между ними небольшой и не превышает 0,1-
0,15 с. Для уверенного обнаружения локальных структур не-
большой амплитуды допустимая погрешность картирования
составляет ±10 м. Требования к разрешенности записей не
определялись, но она должна быть весьма высокой из-за тон-
кослоистого характера разреза и малой мощности отдельных
комплексов.

Полевые работы выполнялись с источниками ГСК-6М (1986-
1990 гг.) и СВ-5-150 (1991-1993 гг.) и сейсмостанциями
"Прогресс-2” и ”Прогресс-3” со штатным вспомогательным
оборудованием. Объемы работ составили 965 км профилей с
источниками ГСК-6М и 200 км - с вибраторами. Обоснованием
Для проведения работ послужили результаты предшествующих
съемок МОВ, по которым были намечены области осложненного
поведения отражающих горизонтов. Предполагалось, что более
высокий уровень сейсморазведки - на основе МОГТ, цифровой
регистрации и обработки данных обеспечит необходимую точ-
ность разведки и приведет к открытию промышленных залежей
углеводородов. Решение о проведении работ с невзрывными
источниками было принято вследствие невозможности выполнения
сейсморазведки со взрывами из-за сложных поверхностных
условий. На начальной стадии разведки (в 1986 г.) были вы-
полнены в небольшом объеме рекогносцировочные опытные работы
с невзрывными источниками с целью уточнения основных пара-
метров возбуждения и приема колебаний. Положительные ре-
зультаты послужили основой для последующих работ. Какие-либо
теоретические и модельные исследования по обоснованию мето-
дики проведения работ и параметров управляющих сигналов не
выполнялись.

8:6.2. МЕТОДИКА ПОЛЕВЫХ РАБОТ

Выбор и обоснование методики полевых работ проводились на
основании изучения особенностей волновых полей в районе
съемок, расчета параметров интерференционных систем и
экспериментального определения оптимальных числа накоплений,
параметров управляющих сигналов и др.

Изучение волновой картины показало, что она в опре-
деленной степени типична при возбуждении колебаний с по-
верхности: значительный уровень низкоскоростных волн-помех,
занимающих область, примыкающую к пункту возбуждения ко-
лебаний, весьма интенсивные преломленные волны в области
первых вступлений и слабые отраженные волны с видимыми
частотами 30-40 Гц. На основе изучения волновой картины была
выбрана методика полевых работ. При работах с ГСК-6М она
была следующей: кратность наблюдений сначала 12, а затем 24,
фланговая система с выносом 300 м, возбуждение колебаний
двумя-тремя источниками на базе 25-50 м с накоплением че-
тырех-восьми воздействий. Прием колебаний осуществлялся
продольной однородной группой из 22 приборов на базе 50 м.
Расстояние между центрами групп 25 м. Столь небольшой шаг
между каналами обусловлен необходимостью обеспечить по-
вышенную детальность разведки и прослеживание отражающих
горизонтов в условиях небольших вертикальных и горизонталь-
ных размеров структур и изменчивости физических свойств от-
ложений.

При работах с вибраторами методика была аналогичной.
Отличия заключались в том, что были применены динамические
группы источников с шагом перемещения 12,5 м и группы при-
боров уменьшены до 11 приемников на базе 25 м. Параметры
управляющих сигналов выбраны путем перебора начальных и
394
Рис. 114. Фрагменты предварительного (а) и окончательного временных раз-
резов (6) (ПР 9209):

О, Е, ф - отражающие горизонты, приуроченные к отложениям ордовика,
кембрия и поверхности фундамента

конечных частот и определения отношений сигнал/помеха. На
этой основе принят ЛЧМ-сигнал полосой 20-80 Гц длительностью
би 10 с. Были опробованы нелинейные сигналы в диапазоне 20-
80 Гц. Однако они не дали существенного повышения качества
материалов и разрешенности записей. Принятая методика
обеспечила получение качественных первичных материалов и
временных разрезов, на которых практически непрерывно про-
слеживается кровля ордовика (на временах до 1,0 с), а также
достаточно уверенно следятся ниже- и вышележащие отражающие
горизонты (рис. 114).

Как отмечалось ранее, основные объемы работ выполнены по
дорогам, которые, естественно, имели значительные углы из-
лома. В этих условиях особое внимание уделено тщательности
определения координат профилей и точек излома. Эти данные в
дальнейшем использованы при обработке материалов. Кроме
того, в условиях криволинейных профилей было уделено особое
внимание ориентации интерференционных систем относительно
профиля и направления на пункт возбуждения с тем, чтобы они
реально обеспечивали ослабление регулярных помех.

8.6.3.	ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ

Полевые работы выполнялись отдельной сейсмопартией,
укомплектованной согласно типовому штатному расписанию. В ее
состав входило до трех дипломированных инженеров: начальники
партии и отряда, а также старший геофизик. Руководство
профилем осуществлял начальник полевого отряда - оператор
сейсмостанции. Он же руководил группой источников. Качество
материалов оценивалось в поле оператором, а затем старшим
геофизиком или начальником партии по коэффициенту качества

V- 1,0п] 4.0.9па +0, 8пз
А-кач ж м ~	,

П1+«2 +«3

где И1, Иг, Из, П4 - число физических точек отличного,
хорошего, удовлетворительного и неудовлетворительного ка-
чества. Положительное решение геологической задачи обеспе-
чивалось при Кыч 0,92. При работах с ГСК коэффициент
качества [КхаЧ]гск = 0,92-0,98, а при работах с вибраторами
[Кмч]св = 0,93-0,96. Квартальные и окончательная приемки
материалов производились в течение и по окончании полевого
сезона с представлением исходных данных и предварительных
временных разрезов.

Во время полевого сезона в партии находился старший
геофизик или специалист, его заменяющий. В обязанности гео-
физика входило: приемка у оператора текущих полевых материа-
лов, включая магнитные ленты, аппаратурные записи, а также
проведение опытных работ и анализ получаемых материалов;
подготовка и отправка материалов в вычислительный центр на
обработку по согласованному графу, так как в поле обработка
материалов, за исключением определения параметров ЗМС и
расчета статпоправок, не велась; выдача оператору станции
ежедневных заданий на проведение работ с указанием методики
и техники отработки интервалов профиля. В случае необходи-
мости внесения изменений в методику проведения работ старший
396
геофияик сообщал об этом начальнику партии для согласования,
д затем передавал их оператору. В поле строились схемы от-
работки профиля, нивелировочные разрезы и велся контроль за
правильностью выполнения работ, заполнения рапортов, журна-
лов и других документов, а также за идентичной работой
источников, которая проверялась утром, перед выездом на
профиль, а в некоторых случаях и в середине дня. Материалы,
направляемые на ВЦ, содержали подробную информацию по сис-
теме наблюдений об особенностях отработки профилей, коорди-
наты точек излома, значения статических поправок, нивелиро-
вочные разрезы и другие необходимые данные. По получении
предварительного временного разреза обработчик направлял его
в камеральную группу полевой партии, которая находилась на
базе экспедиции, для оценки качества материалов и выбора
дальнейших процедур обработки. Окончательная обработка
материалов и/составление отчета проводились на ВЦ экспеди-
ции и камеральной группой партии по завершении полевого
сезона. В поле обработка материалов до уровня получения
временных разрезов не проводилась.

8.6.4.	ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Обработка материалов, полученных с источниками ГСК,
проводилась по стандартному графу, обеспечивающему получе-
ние временных разрезов. Несколько большее внимание было
уделено подбору фильтров на завершающем этапе с тем, чтобы
улучшить разрешение близлежащих отражающих горизонтов. Об-
работка материалов вибрационной сейсморазведки предусматри-
вала корреляцию данных и также в целом выполнялась по стан-
дартному графу. Применялись предварительная фильтрация про-
коррелированных записей в полосе частот управляющего сигна-
ла, режекторная фильтрация на частоту 50 Гц, предсказы-
вающая деконволюция с интервалом предсказания до 100 мс
и затем полосовая фильтрация. Примеры предварительной и
окончательной обработки материалов приведены на рис. 114.
Этот временной разрез характеризует в целом качество вре-
менных разрезов. Из них следует, что ордовик представлен
наиболее четким и непрерывно прослеживающимся горизонтом.
Другие границы уступают ему по надежности выделения и не-
прерывности прослеживания. Поверхность фундамента характе-
ризуется наиболее сложным и наименее выдержанным волновым
пакетом.

Особое внимание было уделено обработке криволинейных
профилей. Практикао показала, что при значительных углах
излома (более 30-40 ) и их числе большем, чем 2-3 на рас-
становку станции, необходима дополнительная коррекция кине-
матических поправок. Без нее качество материалов на времен-
ных разрезах оказывается невысоким, и отражающие горизонты
397
Рис. 115. Фрагменты временных разрезов, построенные без учета (а) и с учетом (6) излома профиля (17° на ПК 62,9)
писуются в виде отдельных, не стыкующихся друг с другом осей
(•яяфазностей. Повторная коррекция позволяет повысить про-
тяженность отражающих границ (рис. 115).

Материалы вибрационной сейсморазведки обрабатывались так-
же с сохранением относительных амплитуд волн, по которым бы-
ли получены динамические временные разрезы распределения
амплитуд, полярностей, фаз, средневзвешенных и мгновенных
частот (рис. 116, 117). Эти данные оказались интересными,
так как они позволили получить определенную дополнительную
информацию и установить, что наличие углеводородных флюидов
оказывает определенное влияние на распределения амплитуд
води, фаз и частот.

В результате обработки материалов получены временные и
глубинные разрезы, по которым составлены структурные схемы
и карты. Увязка материалов импульсной и вибрационной сейс-
мики вызвала некоторые трудности из-за несовпадения /0 волн
на пересечениях профилей. Различия времен были устранены
путем их увязки с данными бурения и введения необходимых
поправок. \

Статические поправки вычисляли на основании определения
параметров ЗМС по зондированиям МПВ, отрабатываемым с им-
пульсными источниками. Зондирования длиной 150 м располага-
лись в среднем через 0,5 км. Использовались встречная сис-
тема наблюдений и неравномерная расстановка сейсмоприемни-
ков. Одного источника ГСК-6М, работающего в режиме одиночных
воздействий, было достаточно для получения четких записей
преломленных волн от поверхности коренных отложений. Прак-
тика работ показала, что при работах по криволинейным про-
филям зондирования МПВ следует располагать по обе стороны
угла излома с общим пунктом возбуждения в точке излома.

8.6.5.	РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ

Выполненные работы показали, что применение невзрывных
источников позволяет вести поиск и разведку пологих плат-
форменных структур в низах осадочной толщи в пределах Бал-
тийской синеклизы. Методика проведения работ ОГТ, основанная
на применении фланговых систем наблюдений с выносом ~ 300 м
достаточно высокой кратности и небольшом шаге между пунктами
приема, обеспечивает получение качественных материалов по
прослеживаемости и разрешенности целевых отраженных волн.
Оправдано применение достаточно широкополосных управляющих
сигналов в полосе до 100 Гц, обеспечивающих регистрацию
отраженных волн с максимумами спектров в интервале 35-40 Гц,
что можно считать вполне удовлетворительным, учитывая ис-
кажения волн в процессе их возбуждения, распространения и
приема. Не все возможности вибрационной сейсмики были дос-
таточно опробованы, так как не получили применения нелиней-
100	110	120
13 № 2202

Рис. 116. Результаты динамической обработки данных по одному из профилей:
временной (а), мгновенных амплитуд (б), кажущихся полярностей (в) и фаз волн (г) разрезы
45

в

40

Л Гц

117. Спектры отраженных волн (/) и распределение частот (II) по од-
^рыу из отработанных профилей:

Л б, в> г ’ окна анализа соответственно 350-450 мс (девон), 700-800 мс
(Ордовик), 750-850 мс (кембрий) и 900-1000 мс (поверхность фундамента)

яые развертки, которые могли еще больше повысить разрешен-
ность полученных виброданных. Заслуживают внимания материалы
динамической обработки, которые после их увязки с новыми
данными бурения могут стать неотъемлемым этапом обработки и
интерпретации получаемых данных. Эти результаты важны по-
тому, что среди сейсморазведчиков бытует мнение, что данные
невзрывной, в том числе и вибрационной сейсморазведки, при-
годны только для структурных построений. Полученные мате-
риалы опровергают эту точку зрения и позволяют вести дина-
мическую обработку, по крайней мере, в условиях Балтийской
синеклизы, характеризующейся относительно небольшими глуби-
нами залегания целевых горизонтов. Непосредственно геоло-
гические результаты работ сводятся к тому, что был изучен
общий структурный план исследуемой территории по поверхности
фундамента и отражающим горизонтам в кембрии, ордовике,
силуре и ордовике, а также выявлено, оконтурено и подготов-
лено к поисковому бурению восемь локальных поднятий с амп-
литудой до 25 м и площадью до 7-8 км2. Почти все структуры
осложнены разрывными нарушениями по фундаменту, а иногда
и по ордовику.

Заканчивая рассмотрение результатов применения невзрывных
источников, следует отметить, что их возможности еще до
конца не раскрыты. Имеется еще целый ряд методических
приемов (нелинейные развертки, одновременная работа групп
вибрационных источников и др.), применение которых позволит
повысить эффективность невзрывной сейсморазведки в условиях
Балтийской синеклизы.

8.7.	РАЙОНЫ КАРАКАЛПАКИИ - ПЛАТО УСТЮРТ,
СУДОЧИЙ ПРОГИБ, АРАЛЬСКОЕ МОРЕ,
ХОРЕЗМСКИЙ ОАЗИС‘(РЕСПУБЛИКА УЗБЕКИСТАН)

8.7.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАЙОНЕ

Каракалпакская часть плато Устюрт включает две различные
тектонические и морфологические зоны, разделенные в рельефе
восточным чинком Устюрта - уступом субмеридионального про-
стирания высотой от 90 до 200-220 м. Чинк играет сущест-

_*Сейсмические работы в этих районах проводились сейсмическими партиями
ГГП "Спецгеофизика" под руководством Р.З. Ченборисовой.

26»
венную роль при проведении работ с поверхностными невзрыв-
ными источниками, так как оказывает влияние на технологию,
методику и производительность профильных работ. Первая зона
в тектоническом отношении приурочена к Куаныш-Каскадинско-
му валообразному поднятию, характеризующемуся значительной
дислоцированностью осадочного чехла и наличием в нем ло-
кальных антиклинальных структур с - промышленными запасами
нефти и газа. Залежи имеют линзовидный характер, что за-
трудняет сейсмические поиски и требует высокой разрешенности
записей. Грунты довольно однородны и представлены уплотнен-
ными рыхлокомковатыми суглинками. Рельеф в основном рав-
нинный с превышениями ±15-20 м, в пределах чинка - до 50 м,
ЗМС практически отсутствует на плато. Сразу от поверхности
залегает слой мергелей и известняков с г,- = 2200-2700 м/с.
В волновом поле доминируют интенсивные и поверхностные волны
(псевдорелеевского типа) с = 650-1050 м/с, Ак = 20-50 м,
/ = 16-25 Гц. Вторая зона включает Судочий прогиб и Южное
Приаралье. Поверхностные условия более разнообразны с частой
сменой состава грунтов: такыры, солончаки, пухляки, бар-
ханные и дюнные пески. Изменение влагонасыщенности и связ-
ности грунтов в значительной степени влияет на условия
возбуждения. Поверхность осложнена участками кочкарников и
довольно обширных трещин, поэтому пришлось использовать
бульдозер для проложения ровного профиля, что особенно важно
для вибраторов. В целом, грунты этой зоны достаточно благо-
приятны для невзрывных источников (НВИ). Верхняя часть раз-
реза имеет двух-трехслойное строение и включает в себя зону
малых скоростей мощностью 20-40 м со скоростями V = 400-
600 м/с и область пониженных скоростей с V = 1200-1800 м/с.
Основные помехи связаны с поверхностными волнами, имеющими

= 300-500 м/с и Ак = 10-40 м.

Осадочный чехол представлен меловыми, юрскими, пермо-
триасовыми и палеозойскими отложениями суммарной мощностью
до 4000-6000 м. Особенности разреза: частая смена фаций и
литологии юрских отложений, даже внутри одной площади; ко-
сослоистое залегание пачек отложений палеозоя; наличие ин-
версионных структурных форм, связанных с промежуточным
структурным этажом.

Целевыми горизонтами являются границы раздела в юрских
отложениях, залегающих на глубинах 2100-2800 м, в которых
зафиксированы многочисленные нефтегазопроявления. Полевые
работы с НВИ проводились в Судочьем прогибе с целью поиска
антиклинальных структур в юрских отложениях, а на плато
Устюрт - с целью повышения разрешенности данных вибрационной
сейсморазведки для выявления неантиклинальных ловушек нефти
и газа. Отметим, что проведение работ с применением взрыв-
чатых веществ или невозможно, или сильно ограничено в силу
различных причин. Работы с НВИ были выполнены в течение
1982-1992 гг. и носили сначала региональный, а затем поис-
404
кОвЫЙ и поисково-детальный характер. Изученность этих райо-
нов сейсмическими методами невелика, а НВИ до этих ра-
бот вообще не применялись, что и предопределило характер
выполняемых исследований и сравнительно большие объемы
опытных наблюдений для создания промышленной полевой мето-
дики.

Полевые работы выполнялись сначала с импульсными (ГСК-10,
ГСК-6), а затем с вибрационными (СВ-5-150) источниками.
Регистрация колебаний велась, соответственно, станциями
”Прогресс-2” и ”Прогресс-3”. В целом источники и сейсмиче-
ская аппаратура работали стабильно и обеспечили получе-
ние качественных первичных материалов. Вибрационные источ-
ники работали достаточно стабильно со средней величиной
коэффициента использования Кксп = 0,87. (Под ним понимается
отношение фактического количества работающих вибраторов в
группе к проектному.) Управляющий сигнал записывался на
втором и 48-м, а затем только на втором каналах сейсмостан-
ции. Корреляция проводилась, как правило, с рабочим управ-
ляющим сигналом. Однако в ряде случаев возникала необходи-
мость корреляции с управляющим сигналом, синтезированным на
ЭВМ. При сопоставлении материалов, прокоррелированных с
рабочим и синтетическим управляющими сигналами обнаружилась
разница во временах регистрации волн и форме записи коле-
баний. Временной сдвиг составил 20-30 мс в сторону увеличе-
ния времен при корреляции с синтетическим сигналом. Отсюда
был сделан вывод о том, что если в задачу работ входит
построение структурных схем и карт, то целесообразно про-
водить корреляцию или с рабочим, или с синтетическим управ-
ляющим сигналом, определив предварительно возможные времен-
ные сдвиги на участке профиля с хорошим качеством от-
ражений.

Устойчивая и надежная работа аппаратуры обеспечила
высокую производительность работ, достигавшую при работах с
вибраторами 80 км профилей в месяц по 24-кратной системе
наблюдений МОГТ.

В процессе проведения работ решались в основном струк-
турные задачи. Однако хорошее качество материалов, получае-
мых с вибраторами, позволило получать дополнительные данные
по характеру поведения отдельных горизонтов разреза (не-
согласия, нарушения, выклинивания, клиноформы и т.д.). В
районе работ наибольший интерес представляют нижне- и сред-
неюрские отложения, в пределах которых линзы песчаника
насыщены нефтью или газом. Эти особенности разреза от-
мечаются на динамических и кинематических характеристиках
волн и на наблюдаемых волновых полях.

Основанием для постановки рассматриваемых работ были
общегеологические предпосылки, а также высокие оценки перс-
пектив нефтегазоносности отложений Судочьего прогиба и
Аральского моря. Постановка работ с невзрывными источниками
диктовалась невозможностью проведения взрывной сейсмораз-
ведки в районе, а также высокой эффективностью этих излуча-
телей в других районах республики.

Проведению площадных, поисковых работ предшествовали
подготовительные экспериментальные и теоретические исследо-
вания, которые включали:

а)	расчеты характеристик направленности групп приемников
и источников для помех с различными параметрами,

б)	моделирование трасс по данным ВСП и каротажа для оп-
тимизации параметров управляющих сигналов,

в)	изучение волновых полей перед началом работ ОГТ,

г)	рекогносцировку местности с целью выбора направления
профилей с учетом возможности их отработки, получения ка-
чественных материалов и решения геологических задач.

8.7.2.	МЕТОДИКА РАБОТ

8.7.2.1.	Опытные работы

Методика работ строилась на основании имеющихся данных о
регионе, результатах теоретических, модельных и экспе-
риментальных исследований с учетом особенностей используемых
излучателей. В целом методика работ соответствовала основ-*
ным положениям невзрывной сейсморазведки и предусматривала
изучение особенностей наблюдаемых волновых полей, опре-
деление оптимальных режимов работы излучателей, систем на-
блюдений, интерференционных систем и т.д. на волновых
зондированиях и коротких отрезках профилей. Волновые поля
изучались на зондированиях, которые отрабатывались по стан-
дартным схемам: неподвижная расстановка одиночных или
установленных в точке 6-12 сейсмоприемников с шагом 5 или
Юми перемещающийся пункт возбуждения. При работах с виб-
раторами использовались широкополосные сигналы полосой от 10
до 80 Гц. В ряде районов оказалась эффективной отработка
зондирований с двух флангов. Такая система наблюдений
необходима на площадях с резко меняющейся верхней частью
разреза, что приводит к зависимости характера записи,
качества материалов и параметров помех от взаимного рас-
положения пунктов возбуждения и приема колебаний. Зонды по
изучению волн-помех отрабатывались при изменении сей-
смогеологических условий, число их в Судочьем прогибе и на
Арале доходило до восьми на каждую площадь исследований.
Столь большое число зондирований дало возможность выявить
закономерности распространения волн-помех, изменения их
параметров, соотношения сигнал/помеха и другие данные, ко-
торые в результате позволили оптимизировать методику про-
фильных наблюдений применительно к участкам работ. На местах
406
Влияние каналы (7-24)
1,0	1,0	г'а

Рис. 118. Монтаж сейсмограмм, иллюстрирующий разное качество отражений в
зависимости от расположения пункта возбуждения относительно расстановки
сейсмоприемников:

- расстояние пункта возбуждения от края расстановки
Рис. 119. Волновые картины с линейным (/) и комбинированным (//) управ-
ляющими сигналами:

Линейный сигнал 15-60 Гц, Г - 18 с, комбинированный - (15-46 Гц) + (22-
53 Гц) + (29-60 Гц), Т - 6 с X 3

пересечения профилей целесообразно отрабатывать крестовые
зондирования для получения представлений о характере и осо-
бенностях волновых помех по различным направлениям. Сейсмо-
зондирования с регистрацией отраженных волн отрабатывались
на наиболее интересных участках в пределах расположения
проектных профилей, а также вблизи глубоких разведочных
скважин. Целесообразно и эти зонды отрабатывать с двух
флангов для уточнения особенностей волновой картины и выбора
фланга для отработки профилей.

В качестве примера на рис. 118 приведены монтажи сей-
смограмм, записанных с противоположных флангов и иллюстри-
рующих разное качество полученных отражений в зависимости
от расположения пункта возбуждения относительно расстановки
приборов. При работах с вибраторами зонд отрабатывался с
двумя-тремя управляющими сигналами, один из которых вы-
бирался достаточно широкополосным. Применялись также узко-
408
полосные сигналы, особенно на начальных стадиях работ. Для
оценки возможности повышения разрешенное™ записей опробо-
ддлись нелинейные и комбинированные управляющие сигналы,
которые дали неплохие результаты. Один из примеров улучшения
качества материалов приведен на рис. 119. Оно обусловлено
концентрацией энергии в среднечастотной наиболее информа-
тивной части сейсмического диапазона, а также снижением
уровня корреляционных помех за счет сложения корреляционных
функций и уменьшения длительности управляющего сигнала.

Материалы сейсмозондирований позволили определить ки-
нематические параметры, спектральный состав и динамические
особенности полезных и мешающих волн и оптимизировать ме-
тодику профильных наблюдений.

Большое внимание при проведении работ было уделено конт-
ролю за работой источников. Для импульсных источников ГСК
изучали:	/

зависимость амплитуд возбуждаемых волн от номера воз-
действия в одной точке А = /(п), объема рабочей смеси и ве-
личины противодавления в демпферном объеме, А = /(V, р);

синхронность работы источников;

влияние поверхностных условий на качество материалов;

влияние температуры окружающего воздуха на работу из-
лучателей.

Для вибрационных источников определяли:

стабильность отработки частоты;

синхронность аппаратуры;

влияние поверхностных условий на качество материалов.

Результаты опытных работ, основанные на анализе ма-
териалов, показали следующее.

Зависимость амплитуд волн от номера воздействия наиболее
значительно проявляется на рыхлых, солончаковых и насыпных
грунтах. Отношения максимальных и минимальных амплитуд волн
Атах/ Ат1п изменяются в пределах от 1,5 до 2. Полученные
зависимости А = /(п) носили типичный для ГСК характер и
позволили для каждого участка выбрать число воздействий,
обеспечивающее наилучшие условия передачи нагрузок грунту.

Синхронность работы одиночных источников и их групп
определялась по значениям расхождения времен между момен-
тами их срабатывания и началом кодирования данных на стан-
Чии^ По данным многочисленных наблюдений среднеквадратиче-
ский разброс времен 3 = 1,5-2,0 мс, что может считаться
Удовлетворительным для волн с максимумом спектра на частотах
25-30 Гц. Абсолютная величина задержки времени между началом
кодирования и срабатыванием источников составляла 65-70 мс
Для станций ”Прогресс-2,3”, что учитывалось введением соот-
ветствующей поправки при обработке материалов.

Оптимальные режимы работы ГСК-6 составили: объем смеси
к = 40-45 л, давление в демпферном объеме Р = 1 5-
1,7 ат (~ 200-227 Па).
Анализ материалов зондирований, изучения зоны малых ско-
ростей и профильных работ показал, что характер поверх-
ностных отложений оказывает определенное влияние на уровень
и частотный состав возбуждаемых волн. Было установлено, что
на плотных грунтах (такыры и уплотненные суглинки) спектры
волн концентрируются в полосе частот 20-30 Гц, а на рыхлых
песках, "пухляках” уровень энергии падает и спектры сме-
щаются в сторону низких частот. Установленные закономерности
привели к тому, что при обработке материалов по определению
параметров ЗМС оценивались амплитуды и видимые частоты за-
регистрированных волн, по значениям которых делался прогноз
поверхностных условий и корректировались параметры воз-
буждения: число накоплений, количество воздействий в одной
точке и даже расстояния между источниками. Аналогичные ра-
боты и прогноз методики проводился и при наблюдениях с виб-
раторами.

Надежность и устойчивость работы ГСК-6 и, в меньшей сте-
пени, вибраторов зависят от температуры окружающего воздуха.
При низких и высоких (I > 30 С) температурах источники ра-
ботают нестабильно, что влияет на качество получаемых ма-
териалов. Поэтому наиболее важные, с точки зрения решения
геологических задач, профили отрабатывались в наиболее бла-
гоприятных температурных условиях, которые имели место
в мае-июне и сентябре-октябре.

Скорость развертки частоты у вибрационных источников
отличается от линейной в среднем на - 3,0-3,5 Гц в средней
части сейсмического диапазона. В его краевых частях откло-
нения могут быть более значительными. Наиболее стабильное
и закономерное изменение частоты наблюдается в полосе
18,20 - 45,50 Гц.

Синхронизация блоков развертки ГСР обеспечивает ка-
чественную работу оборудования, за исключением тех случаев,
когда отдельные ее узлы выходят из строя. Тем не менее воз-
можно появление временных сдвигов до 5-10 мс на низких (до
15 Гц) частотах, при регистрации управляющего сигнала на
служебном канале.

Для выявления возможных нарушений в работе группы виб-
раторов и в соответствии с принятой системой контроля
проводился ежедневный контроль идентичности вибраторов.
Визуальная оценка работы вибраторов сопровождалась затем
построением графиков стабильности отработки частоты АЧХ
вибраторов. По этим материалам отбирали наиболее идентичные
вибраторы по АЧХ, обеспечивающие синхронную работу в полосе
рабочих частот.

Параметры управляющих сигналов выбирали исходя из на-
блюдаемой волновой картины, частотного состава полезных и
мешающих волн, а также принятой дискретизации сигналов
сейсмостанцией. Нижнюю частоту развертки приняли равной 15-
20 Гц с тем, чтобы ослабить уровень поверхностных волн. На
410
-ДДТО Устюрт приняли /т.п = 18 Гц, Э В ПОЙМС /тщ = 16 Гц.
дорхняя частота была ограничена 62 Гц из-за принятого интер-
веда дискретизации в 4 мс. Выбранная полоса частот от 16 до
^2 Ги обеспечила получение материалов достаточно хорошего
качества. Тем не менее применение более высокочастотных и
нелинейных разверток позволило бы, наверное, повысить раз-
решенность регистрируемых волн. Определенный объем работ
выполнили с узкополосными развертками, в результате чего
были получены спектральные оценки основных отраженных волн.
Была отработана полоса частот 16-60 Гц сигналами с Л/ = 6-
8 Гц И шагом 4 Гц. Результаты одного из переборов приведены
на рис. 120. Из них следует, что верхнеюрские отражения
четко выделяются на сигналах со средней частотой 32-36 Гц, а
нижнеюрские и доюрские - на частотах 20-24 Гц. Среднеюрские
отражения плохо разрешаются и прослеживаются лучше на
частотах 36/48 Гц, что позволяет предположить их более
высокочастотный характер. Перебор узкополосных сигналов
можно заменить регистрацией колебаний с широкополосным
управляющим сигналом и последующей корреляцией зарегистри-
рованных колебаний с узкополосными сигналами, скорость из-
менения частоты которых равна исходной.

Длительность управляющих сигналов выбиралась из условия
получения наибольших отношений сигнал/помеха. Опытные ра-
боты показали, что наилучшие отношения сигнал/помеха при
группировании двух-трех вибраторов и частоте развертки 18-61
П; наблюдаются при длительностях управляющего сигнала Т =
- 8-10 с (рис. 121). Дальнейшее увеличение длительности
сигналов не приводит к повышению этого отношения.

Опробование разверток "вверх” и "вниз” по частотам по-
казало большую эффективность первых. Для разверток "вниз”
характерна меньшая стабильность отработки частот в пределах
заданной длительности и полосы частот сигналов.

Эффективность накапливания зависит от стабильности работы
излучателей (ГСК и СВ-5-150) и сохранения формы возбуждаемых
колебаний, которая определяется условиями на контакте плиты
с грунтом и его поведением под действием динамических на-
грузок. Выбор оптимального числа накоплений производился по
анализу полевых материалов и результатов их обработки.
Обобщив полученные данные, сделаем следующие основные вы-
воды:

наибольшее увеличение интенсивностей волн и отношений
сигнал/помеха наблюдается до 4-5 накоплений, затем рост
замедляется или прекращается (рис. 122);

вибрационные источники обеспечивают более эффективное
накопление сигналов, чем источники ГСК;

эффективность накапливания зависит от характера грунтов,
оно лучше на уплотненных и увлажненных илисто-глинистых
грунтах и в зонах такыров;
Рис. 120. Коррелограммы, полученные с узкополосными управляющими сигна-
лами:

52-60, 48-56, .... 16-60 Гц - полосы частот управляющих сигналов, 56,
52, ..., 38 Гц - средние частоты управляющих сигналов
Зависимость качества материалов (о) и отношения сигнал/помеха
у» от длительности управляющих сигналов:

но.;7 " 6 С; 2Г Т “ 8 С; / Т " 10 с; 4 - Т " 12 с; I, II. III - от-

ношения сигнал/помеха для ближних (1-24), дальних (25-48) и всех (1-48)
Рис. 122. Увеличение
амплитуд отраженных волн
(а) и отношений сиг-
нал/помеха (6) с ростом
числа накоплений:

1 и 4 - ДЛЯ ИСТОЧНИКОВ
СВ-5-150, 2 и 5 - для
источников ГСК-6

с увеличением числа группируемых источников эффективность
накапливания снижается (рис. 123);

оптимальное число накапливаний в среднем равно 6 и только
при сильных ветровых помехах целесообразно его увеличение до
10.

Группирование источников и сейсмоприемников повсеместно
применялось при работах МОГТ. Параметры интерференционных
систем выбирались на основании расчета их характеристик
направленности и уточнялись в процессе опытных работ. Оценка
эффективности опробуемых групп производилась по значениям
коэффициента прослеживания АГПр, который определялся от-
ношением числа трасс на сейсмограмме или временном разрезе с
отражениями к общему числу трасс. Лучшие результаты получены
при группировании 24 сейсмоприемников на базе 57-69 м, 3-
4 установок ГСК на базе 50-75 м в пойменных участках, 4-6
ГСК на базе 75-120 м на плато и 3-4 СВ-5-150 на базе 50-75 м
с шагом между ними 25 м.

В целом опытные работы позволили выбрать и обосновать
основные методические приемы проведения профильных наб-
людений. Это, конечно, не означало, что в процессе их вы-
полнения не возникала необходимость корректировки параметров
работ в связи с изменениями поверхностных условий, качества
материалов и т.д. Но при использовании результатов опыт-
414
Рис. 123. Зависимость качества отражений от числа вибраторов (а) и количества накоплений (6) (участок
Аральского моря):

1СВЕ1 - число вибраторов и накоплений, управляющий сигнал Д/ - 18-61 Гц, длительность 8 с
ных исследований практически не возникало проблем с выбором
методических приемов, направленных на улучшение качества
материалов.

8.7.2.2.	Профильные работы

Расположение профилей определялось геологическими за-
дачами и условиями местности, которые во многих случаях при-
водили к необходимости изменения первоначальных направлений
и их искривлению. Профильные работы проводились одной-двумя
сейсмостанциями и 4-6 источниками по методике 24-кратного
ОГТ с шагом между каналами 50 (25 м) и пунктами возбуждения
50 м. Длина расстановки составляла 2350 м. В некоторых
случаях, в основном из-за поверхностных условий, наблюдались
незначительные отклонения от принятой системы наблюдений.
Опыт работ показал, что дальнейшее увеличение кратности ма-
лоэффективно из-за сложных сейсмогеологических условий,
частой смены условий возбуждения и приема колебаний, что
приводит к несинхронному суммированию волн. Применялись, как
правило, фланговые системы наблюдений с выбором взаимного
расположения пунктов возбуждения и приема колебаний в за-
висимости от качества отражений. Длина выноса пунктов воз-
буждения составляла 600 м, при хорошем качестве материалов
она уменьшалась до 400 м, а в районах с развитием интен-
сивных высокоскоростных поверхностных волн (плато Устюрт)
вынос увеличивался до 800-1000 м. Профильные работы вы-
полнены с группированием источников и приемников колебаний.
Высокий уровень и значительный диапазон кажущихся длин волн-
помех предопределили применение протяженных групп с базами
до 90 м и небольшими расстояниями между сейсмоприемниками,
равными 2,5-5 м. Значительное число приборов обеспечивало
подавление нерегулярных помех, интенсивность которых была
весьма значительна. Приборы в группах соединялись после-
довательно-параллельно с тем, чтобы лучше согласовать их
сопротивление со входом сейсмостанции. Число источников в
группе менялось от 2-3, в случае невозможности их размещения
на пункте возбуждения (барханы, пески, пересеченный рельеф),
до 4-5 на базе 75-100 м. Параметры управляющих сигналов
выбирались по результатам опытных работ в полосе частот 15-
61 Гц при их длительности до 8-10 с. Наряду с линейными
сигналами работы выполнялись с нелинейными, комбинированными
развертками, которые позволяли несколько улучшить качество
материалов и повысить разрешенность записей. Однако техно-
логия работ с комбинированными сигналами оказалась трудоем-
кой и значительного распространения не получила.

Районы проведения поисковых и поисково-детальных работ
характеризуются наличием многочисленных препятствий и
искривленных участков (с углами 50-90 ), связанных с не-
обходимостью проложения профилей в пределах населенных
пунктов, дорог, заповедных зон и т.д. В этих условиях
предъявляются особые требования как к системам наблюдений,
так и к параметрам возбуждения. Нецелесообразно применение
больших (> 200-300 м) выносов ПВ и баз (> 50-70 м) груп-
пирования источников и приемников, так как они не обеспе-
чивают выдержанности по направлению профилей. В пределах
расстановки не должно быть более 1-2 изломов с углами
30-40 , так как их наличие значительно искажает волновую
картину и представляет большие трудности для учета при
суммировании по ОГТ. Так, при больших углах излома (> 60-
90*) разброс точек ОГТ вдоль интергпзетационного (после об-
работки по программе СЛАЛОМ-ЛАИН) профиля достигает
400-700 м, и происходит уменьшение кратности наблюдений.
Временные разрезы после обработки по программе СЛАЛОМ-
ЛАЙН требуют дополнительной коррекции кинематических
поправок, что приводит к увеличению машинного времени. Но
даже обработка с учетом сложной геометрии не гарантирует
от ошибок при геолого-геофизической интерпретации разрезов,
на которых за счет криволинейности возможны сложные формы
поведения отражающих границ, а также неоднозначное распо-
ложение структуры в плане.

При работах в "культурных зонах” целесообразна отработка
коротких (3-5 км) прямолинейных участков с крестовыми рас-
становками на пересечениях профилей. При крутых поворотах
(с обратным знаком угла) лучше делать пропуски, а затем ин-
терполировать участки через этот интервал. В условиях, когда
невозможно проложение прямолинейных профилей, применялось
профилирование МОВ и ОГТ малой кратности (до 6) с варьи-
руемым шагом между каналами, с применением при необходимости
встречных систем наблюдений. Специфической особенностью
района работ является наличие возвышенного уступообразного
плато Устюрт-Чинка и необходимость его пересечения профилями
ОГТ. Было опробовано три способа отработки профилей,
"спускающихся” с плато Устюрт в пойменную часть. В первых
двух за основу был взят способ удлиненных годографов: с
расположением пунктов возбуждения на плато и неподвижной
расстановкой сейсмоприемников в пойме, с расположением
пунктов возбуждения в пойме и расстановки сейсмоприемников
на плато. В третьем случае профиль отрабатывался непрерывно
по принятой методике с расположением по склону баз наб-
людений. Во всех случаях на склоне Чинка происходила потеря
кратности наблюдений. Анализ материалов (рис. 124) показал,
что наихудшим оказался второй способ из-за экранирующего
влияния склона и возникновения боковых и поверхностных волн
с различными значениями кажущихся скоростей, что создавало
сложную интерференционную картину.

Поверхность склона разбита трещинами, широкими расщели-
нами и сложена рыхлыми, сыпучими породами. Это затрудняло
отработку профиля и приводило к необходимости изменения
Рис. 124. Результаты отработки профиля по склону плато различными способами;:

а - пункт возбуждения расположен на плато, расстановка приборов в пойме; б - обратный вариант; в - коса распо-
ложена по склону
20	21)	28	32 ЗБ ЦО ^пах,Ги,

Рис. 125. Спектры воли, возбуждаемых ГСК-6 (а), вибраторами (б) и расп-
ределение максимумов частот в интервале времен 2-2,2 с (в):

I, 2 - данные ГСК-6 и СВ-5-150

расстановок сейсмоприемников, что необходимо было учитывать
при обработке материалов. Кроме того, учитывался наклон
склона и фактическое уменьшение интервалов между центрами
групп сейсмоприемников. Практика обработки материалов по-
казала, что неучет этих факторов приводит к ухудшению
материалов, появлению разрывов и смещений горизонтов на
временных разрезах.

Оценивая в целом методику выполненных работ, необходимо
отметить, что она обеспечила получение качественных ма-
териалов практически на всех площадях и участках Кара-
калпакии, достаточных для картирования основных отражающих
горизонтов в меловых и юрских отложениях. Особенностями ее

27*	419
20 за ио 50 ВО 70 ВО 90	100 НО 120 130 190 150 160 ПО 180 190 ПК

6 10 га 30 90 50 60 70 8О 90 100 110 120 130 100 150 150 170 180 190 200 210 ПК

Рис. 126. Временные разрезы, полученные с ГСК-6 (а) и вибраторами (б)

является широкое использование различных методических прие-
мов, направленных на повышение отношений сигнал/помеха, и
тщательный учет условий проведения работ и сейсмогеологиче-
ской обстановки. Высокое качество материалов обеспечивается
при достаточно больших значениях коэффициента накапливания.

Значительные объемы работ, выполненные с импульсными и
вибрационными источниками колебаний на одних и тех же
и сопредельных площадях позволяют провести сопоставление
получаемых материалов. Совместное рассмотрение волновых
полей показывает, что в общем они идентичны, хотя наблюдает-
ся некоторая разница в интенсивностях отдельных волн и
временах их регистрации. Сопоставление частотного состава
волн показало, что вибрационные источники при управляющих
сигналах полосой 16-61 Гц обеспечивают более широкополос-
ные по частоте волновые импульсы, чем импульсные источники
(рис. 125). Эти различия могут быть еще больше при исполь-
зовании нелинейных управляющих сигналов.
Рис. 127. Временные разрезы, полученные с вибраторами (7) и взрывами в мелких скважинах (II).

Параметры возбуждения: СВ-5-150, сумма 5-6 воздействий, управляющий сигнал Д/ - 18-61 Гц, Т - 12 с; 22 скважины
глубиной 6 м, суммарный заряд 216 кг
Более высокое качество материалов, реализуемых с виб-
рационными источниками, по сравнению с материалами, по-
лученными импульсным (ГСК) и взрывным (в мелких скважинах)
возбуждениями, подтверждается временными разрезами, полу-
ченными на различных участках при использовании оптимальных
для каждого метода методических приемов. На рис. 126 при-
ведены временные разрезы по двум сопредельным профилям,
проложенным в одинаковых сейсмогеологических условиях. Раз-
рез с вибраторами по сравнению с разрезом с ГСК характери-
зуется лучшей разрешенностыо и прослеживаемостью целевых
горизонтов, а также получением отражений с больших глубин.

При сопоставлении разрезов, полученных с вибраторами и
групповыми взрывами в мелких скважинах также следует отдать
предпочтение первым (рис. 127). Лучшее качество сейсмических
материалов вибрационной сейсморазведки обусловлено ее более
широкими возможностями по оптимизации методики проведения
работ применительно к сейсмогеологическим условиям их про-
ведения.

Детальное сопоставление временных разрезов, полученных с
применением импульсных и вибрационных источников, показало,
что во временах прихода одноименных волн имеется разница,
которая может доходить до 100 мс, с большими значениями у
данных ГСК. Этот сдвиг времен не остается строго постоянным,
а меняется в пределах даже одной площади, что затрудняет
увязку материалов и снижает точность результирующих по-
строений. В силу этих причин детальные работы выполнялись,
как правило, с одним способом возбуждения колебаний, и
только в исключительных случаях окончательные структурные
построения выполнялись по комплексу методов.

8.7.3.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК

При работах с ГСК и вибраторами изучение ВЧР велось с
источником ГСК. На всех профилях ОГТ выполнялись спаренные
зондирования МПВ по встречной и нагоняющей системам наб-
людений. Спаренные зондирования имеют общий ПВ на выносе,
равном длине расстановки (или 100 м), по которому проводятся
увязка взаимных времен, их контроль и изменения по профилю.
Расстояния между спаренными зондированиями на ровной
местности составляли 1,0-1,5 км, уменьшаясь до 0,3-0,5 км на
участках барханных песков и резко пересеченного рельефа.
Плотность наблюдений в среднем была 4-6 ф.н. на 1 км с
увеличением на отдельных участках до 8-10 ф.н./км. При
наблюдениях МПВ, длина расстановки составила 150-180 м с
выносами пунктов возбуждения 0,100-150 м по обе стороны от
нее. На участках пересеченного рельефа препятствий при-
менялись дополнительные пункты на удалениях 50 м. Зон-
дирования МПВ приурочивались к пересечениям и концам про-
422
фрией. что обеспечивало контроль параметров ВЧР и увели-
чивало точность определения статических поправок. На изломах
профилей отрабатывались стоянки МПВ на каждом из направлений
€ общим ПВ на изломе. Работы велись сейсмостанциями "Поиск”
и "Прогресс-!,3”. Увязка материалов по изучению ВЧР, по-
лученных разной регистрирующей аппаратурой, оказалась
затруднительной в связи с различием времен подачи команды со
станции и удара плиты. Эта величина не только различна для
разных станций, но и меняется по профилю. Из-за резких из-
менений поверхностных условий и, возможно, характера
строения ЗМС в районе работ в течение года (из-за постоянных
изменений водного режима, строительства дамб, каналов,
климатических условий - засуха, сырость и т.д.) определение
ее становится сложным и может привести к погрешностям до
±5 мс. Поэтому при проведении работ ОГТ в течение сезона
изучение ВЧР должно вестись одновременно (до и сразу после
отработки профиля) аппаратурой одного типа (аналоговой или
цифровой). \

Обработка материалов проводилась стандартными способами
с определением значений 1о, граничных и средних скоростей.

По ним рассчитывались статические поправки, величины не-
вязок которых на пересечениях не превышали ±5 мс. Точность
определения поправок в среднем составляла 1-4 мс, что вполне
достаточно, учитывая их последующую коррекцию. По полученным
данным для всех площадей строились карты значений ста-
тических поправок, мощностей ЗМС и зоны пониженных скоро-
стей и средних скоростей в них.

8.7.4.	ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Обработка полученных материалов проводится в поле и на
вычислительном экспедиционном центре.

8.7.4.1.	Полевая обработка материалов

Обработка в поле выполнялась камеральной группой и вклю-
чала в себя следующие виды работ:

оценку качества сейсмограмм (коррелограмм) по степени
прослеживаемости целевых отраженных волн и операторской
отработки полученных материалов;

проверку состояния аппаратуры, построение АЧХ за-
регистрированных волн, зависимостей амплитуд волн от номера
воздействия для импульсных источников и других харак-
теристик, определяющих состояние и качество работы аппа-
ратуры (контроль сигналов ГСР по профилям и др.);

анализ результатов опытных работ с определением кине-
матических и динамических параметров зарегистрированных
волн, построение монтажей сейсмограмм (коррелограмм);
определение статических поправок;

подготовку материалов для передачи на вычислительный
центр для обработки.

В поле обработка материалов не ведется из-за отсутствия
соответствующего оборудования, что отрицательно сказывается
на результатах работ и возможности оперативной корректировки
полевой методики и ориентации профилей.

После отработки каждого профиля на вычислительный центр
передаются магнитные ленты (сейсмограммы или виброграммы
ОГТ), рапорты оператора, система наблюдений с нанесенными
на нее статическими поправками, особенностями отработки
профиля и поверхностных условий. Кроме того, на центр на-
правляются характерные коррелограммы. Геофизик-обработчик
совместно с полевым геофизиком составляют граф обработки,
определяют ее параметры и намечают основные тесты, которые
необходимо провести для оптимизации конечных результатов.
При наблюдениях на криволинейных профилях обязательно пе-
редаются координаты точек изломов. В этом случае к топо-
геодезическим работам предъявляются повышенные требования к
точности плановой привязки и определению углов изломов
профилей.

8.7.4.2.	Обработка материалов на вычислительном центре

Обработка материалов проводилась на ЭВМ ПС-200, ЕС-1056М,
”Сайбер” по приблизительно идентичным графам. Граф включал
демультиплексацию и редактирование данных, корреляцию (ма-
териалов вибросейсморазведки ВСР), АРУ (для материалов
ВСР в ряде случаев до корреляции), фильтрацию, предсказы-
вающую деконволюцию с полосовой фильтрацией, ввод поправок и
суммирование по МОГТ для получения предварительных временных
разрезов. После этого выполняется коррекция поправок, до-
полнительная фильтрация данных для получения окончательных
временных разрезов. Последние подвергаются миграции и пере-
строению в глубинные разрезы. Опыт работ показал, что на
отдельных этапах обработки необходимо тестирование пара-
метров.

В последние годы материалы ВСР подвергаются динамической
обработке с получением временных разрезов с сохранением
истинных амплитуд и разрезов мгновенных динамических па-
раметров (амплитуды, частоты, фазы, полярности). Последние
процедуры в основном используются при решении задач вы-
деления локальных неоднородностей геологического разреза.
Пример такой обработки приведен на рис. 128. В частности, по
приведенным материалам более уверенно выделяется осложнение
в районе ГК 100, которое связано с нарушением по одному из
целевых горизонтов. Рассмотрим более детально основные про-
цедуры обработки. Редакция исходных данных выполняется по
424
повальным выводам с целью отбраковки неработающих кана-
лов, каналов в обратной полярности, определения параметров
ыьютинга и др. Предварительная фильтрация выполняется для
ослабления помех и повышения отношений сигнал/помеха.

Корреляция проводится по стандартному графу с примене-
нием полевых или машинных управляющих сигналов. При ис-
пользовании последних были случаи появления невязок до
40 мс из-за нестабильной работы ГСР. Лучшие результаты были
получены при записи управляющих сигналов на рабочем канале
станции.

Деконволюция записей выполнялась в виде предсказывающей
фильтрации с последующей полосовой фильтрацией для умень-
шения фона нерегулярных помех. Для деконволюции исполь-
зовалась программа РКГ)ЕС (СОС-ПС) со следующими параметрами:
интервал предсказания (РКП) - 4-5-8 мс, окно расчета оператора
(Ь) - 100-150 мс, фактор шума (ХУГ) - 25%. Они позволили
получить лучшие результаты.

Коррекция кинематических поправок выполнялась путем
построения спектров скоростей и перебора значений уОгт (/о).
Опыт работ показал, что повсеместно необходима тщательная
скоростная коррекция из-за слабой изученности района и не-
большого количества данных ВСП.

Коррекция статических поправок проводилась по стандартным
программам и их величины в среднем не превышали 4 мс. Зна-
чительное внимание при обработке уделялось исследованию
спектрального состава волн для детального изучения частотных
особенностей основных отраженных волн и обоснования па-
раметров полосовых фильтров. На рис. 129 приведены спект-
ры основных отраженных волн по плату Устюрт, которые по-
казывают изменение их частотного состава и позволяют опти-
мизировать параметры фильтрации для улучшения качества
материалов.

Миграция выполнялась по окончательным временным разрезам
и была обусловлена сложной тектоникой района. Проведенный
анализ показал, что оптимальными являются база суммирования,
равная 3500-4000 м, и скорости, которые на 10-15% ниже
скоростей Уогт«о). Эффект от применения миграции по плато
Устюрт показан на рис. 130.

В условиях криволинейных профилей необходимо применение
соответствующих программ обработки. Лучшие результаты были
получены по программе СЛАЛОМ-ЛАЙН на ЭВМ ”Сайбер-73”.
Аналогичная программа на ЭВМ ЕС-1056 оказалась менее эффек-
тивной. В качестве примера на рис. 131 дано сопоставление
временных разрезов до и после применения вышеуказанной про-
граммы. Эффект - очевиден.

Динамическая обработка материалов проводилась после за-
вершения кинематической и предусматривала изучение спект-
ральных, фазовых и амплитудных особенностей записей на вре-
менных разрезах.
а
в

Го См

Рис. 128. Пример динамической обработки вибросейсмических данных:
разрезы мгновенных амплитуд (а), частот (б), фаз (в) и полярностей (г)


Рис. 129. Спектры основных от-
раженных волн, определенные по
материалам, полученным на плато
Устюрт:

I, II, III - отраженные волны,
регистрируемые на временах 1,7-
1,9 с (1з), 2,1-2,3 с О1+2) и
3,2-3,4 с (РЕ?) соответственно

Рис. 130. Результат применения миграции:
а, б - временной и мигрированный разрезы
Рис. 131. Временные разрезы, полученные до (а) и после (б) применения
программы ЗЬАЬОМ-Ыпе (ЭВМ “Сайбер-73“)

По завершении обработки составляется отчет, в котором
участвуют сотрудники полевой сейсмопартии и вычислительного
центра. Ответственным исполнителем является сотрудник по-
левой партии.

8.7.5.	РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ

Выполненные в большом объеме сейсмические исследования
позволили получить определенные методические и геологические
результаты. Они показали возможность и целесообразность
применения наземных цевзрывных источников в регионе, ох-
ватывающем значительную и малоизученную ранее территорию.
Преимущества невзрывной сейсморазведки обусловлены эко-
номическими и экологическими факторами. Кроме того, в ряде
районов , применение взрывной сейсмики просто невозможно
(населенные пункты, тяжелые условия бурения, пустынные об-
ласти). Работы с импульсными и вибрационными источниками
позволили провести районирование территории по типам из-
лучателей. Так, в пойменной части Судочьего прогиба хорошие
результаты могут быть получены с импульсными источниками
типа ГСК-6М и с аналогичными им по энергии. В пределах плато
Устюрт и Приаралье более эффективны вибрационные источники
Рис. 132. Временной разрез по линии Арал-Ш - Аральское море
Рис. 133. Структурная карта по отражающему горизонту в нижней юре (11),
площадь Урга - Арал:

1 - профили ОГТ, ВСМ; 2 - изогипсы отражающего горизонта, приуроченного к
кровле нижней юры (11), уверенное прослеживание; 3 - неуверенное прос-
леживание горизонта 11; 4 - интерполяция горизонта 1ь 5 - предполагаемое
трассирование тектонических нарушений; 6 - линия изменения характера и
качества волновой картины (по 1з, 11+г); 7 - глубокие поисковые скважины;
в - скважины, рекомендуемые к бурению; 9 - Ургайская антиклинальная
складка; 10 - выделенные работами ВСМ положительные структурные элементы,
представляющие разведочный интерес
из-за сложных глубинных и поверхностных сейсмогеологических
условий и необходимости обеспечения повышенной разрешенности
регистрируемых волн. Во всех районах методика работ должна
учитывать особенности районов и применяемых источников воз-
буждения колебаний с учетом спектрального состава воз-
буждаемых ими волн. Основные положения методики работ и
обработки материалов изложены выше. Здесь следует отметить
целесообразность более широкого применения нелинейных
управляющих сигналов и новых способов кинематической и ди-
намической обработки данных.

Высокое качество полученных материалов позволило получить
новые данные о геологическом строении районов исследований в
региональном и детальном планах. Наиболее существенными
результатами работ являются установление грабенообразного
(рифтового) строения Судочьего прогиба, входящего в Арало-
Мургабскую зону рифтовых структур, а также выявление целого
ряда структур и уточнение их строения. В качестве примера на
рис. 132, 133 приведены временной разрез по одному из ре-
гиональных профилей и структурная карта по отражающему го-
ризонту в нижней юре, которые иллюстрируют высокую гео-
логическую эффективность выполненных работ.

8.8.	РАЙОНЫ КАЛМЫКИИ, СРЕДНЕЙ ЧАСТИ
ПРИКАСПИЙСКОЙ НИЗМЕННОСТИ, ВОСТОЧНОГО
СКЛОНА УКРАИНСКОГО ЩИТА И ЮЖНОГО СКЛОНА
ВОРОНЕЖСКОЙ АНТЕКЛИЗЫ

8.8.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАБОТАХ

Полевые работы в пределах указанных территорий вы-
полнялись в 1990-1991 гг. четырьмя сейсмическими партиями,
из которых две были оснащены вибрационными (СВ-5-150 М1 и
СВ-10/180), одна - импульсными (ГСК-6М) и одна - взрывными
источниками колебаний. Задачи работ заключались в поисках
структурных и литолого-структурных ловушек углеводородов в
осадочном комплексе пород. Объекты изучения - глубокие
и мелкие горизонты в толще палеозойских и мезозойских от-
ложений. В районах с соляной тектоникой - это под- и над-
солевые горизонты. Требуемые точность и разрешенность за-
писей определяются задачами и условиями проведения работ,
масштабами отчетной карты, а также глубиной изучаемых го-
ризонтов. Как правило, в проекте на производство работ
оговаривается только масштаб отчетных структурных построе-
ний, исходя из которых и с учетом опыта работ выбираются
плотность профилей и основные положения методики работ.
432
ОО

Заказ №2202

Таблица 14

Основные сведения по работам 1990-1992 гг.

Номер с/п,
тип источника,
район работ

1990 г.

Объем,	Стоимость

км---------------------------

1 км, всего объема,
руб. тыс. руб.

С/п № 1, вибраторы	1215,7	2109,9	2515
СВ-10/180, Калмыкия			
С/п № 5, ГСК-6М, склон Украинского щита	549,25	1511,2	830
С/п № 5, вибраторы СВ-5-150	-	-	-
С/п № 7, вибраторы СВ-5-150, Прикас- пийская низменность	1175,85	1837,0	2160
С/п № 10, ВВ, склон Воронежской антеклизы	436,08	2109,7	920
С/п № 10, вибраторы СВ-10/180	-	-	-

1991 г.			1992 г.		
Объем, КМ	Стоимость		Объем, КМ	Стоимость	
	1 км, руб.	всего объема, тыс. руб.		1 км, руб-	всего объема, тыс. руб.
1116,4	4375	4884,5	125,5	26038	3267769
552,6	2320,8	1282,5	-	-	-
-	-	-	434,9	41020	17839598
1201,3	2483,6	2983,5	540,22	58179	31729459
442,96	3351,5	1484,6	-	-	-
		-	307,23	119896	36831346
Полевые работы проводятся с применением сейсмических станций
”Прогресс-3”, ”Прогресс-2ВС” и ”Прогресс-968”, оснащенных
дополнительными устройствами для тестирования вибраторов.
Управление источниками осуществляется с сейсмостанции по
радиоканалу.

Импульсные источники управляются системой синхронизации
возбуждения ССВ, виброисточники - генераторами сигналов
развертки (ГСР - для СВ-5-150 и ГС - для СВ-10/180).

Некоторые показатели, иллюстрирующие эффективность работ
МОГТ с различными источниками колебаний приведены в табл. 14,
из которой видно, что основные объемы работ в 1990-1991 гг.
выполнялись с вибрационными источниками колебаний; с 1992 г.
экспедиция отказалась от работ со взрывами вследствие их
высоких стоимости и повышенной опасности и перешла на ис-
пользование вибраторов; по стоимости одного километра про-,
филя МОГТ источники возбуждения колебаний располагаются
в следующей последовательности: ГСК-6М6, СВ-5-150, взрывы и
СВ-10/180; эти данные отражают сравнительную стоимость
сейсморазведочных работ, поскольку методика и условия их
проведения, а также полученные результаты весьма близки
в этих партиях.

В последние годы полевые сейсморазведочные работы вы-
полнялись повторно на ранее изученных площадях, что упрощало
обоснование и выбор полевой методики. Тем не менее прак-
тически повсеместно отрабатывались сначала волновые зон-
дирования с использованием широкополосных (10-110 Гц) ЛЧМ
сигналов, а затем, особенно при работах с НЧМ-сигналами,
эталонные профили протяженностью 5-8 км для оценки эф-
фективности опробованных методических приемов. Этим работам
предшествуют определенные модельные исследования, которые
выполняются с целью выбора наиболее оптимальных параметров
управляющих сигналов. По материалам зондирований и про-
фильных наблюдений выбирается методика работ, которая, ес-
тественно, может корректироваться в процессе их проведения.
Выбор модификации вибраторов производится с учетом их си-
ловых параметров и решаемых задач; так, например, в Рес-
публике Калмыкия для решения весьма тонких задач по изуче-
нию строения надсолевого комплекса пород, залегающего на
сравнительно небольших глубинах, применяются вибраторы СВ-5-
150, оснащенные специальными блоками, обеспечивающими воз-
буждение кусочно-линейных управляющих сигналов, что позво-
ляет обогатить спектры регистрируемых волн высокочастотными
составляющими.

При работах в- Ростовской области, характеризующейся
сложной и весьма мощной (в среднем 45 м) ЗМС, потребовалось
использование вибраторов СВ-10/180, развивающих большие уси-
лия, чем СВ-5-150.
ТЖ.В.2» М^поопше иилильпп» мыидики

*дорОСЕЙСМОРАЗВЕДКИ

 Сейсморазведочные работы с применением вибрационных ис-
точников колебаний проводятся во всех указанных выше регио-
др« в течение ряда лет, что позволило сформировать опре-
деленные подходы к выбору и обоснованию элементов полевой
методики. При этом важна идеология, которая кладется в ее
основу. В сейсморазведке получил применение принцип "опти-
мальности”, под которым понимается некоторый комплекс мето-
дических приемов, обеспечивающий приемлемую по качеству
регистрацию волн, характеризующихся определенными усреднен-
ными параметрами. В случае отклонения их от усредненных
качество регистрации ухудшается. Однако развитие технических
 методических средств современной сейсморазведки показы-
вает, что полевую методику не следует рассматривать отдельно
от отработки материалов, которая позволяет существенно
влиять на качество результирующих материалов. В этих усло-
виях важно получать в поле такие исходные записи, которые
позволяли бы использовать все возможности последующего
суммирования по МОГТ и цифровой обработки данных. Поэтому в
основу конструирования полевой методики заложен принцип
^универсальности”, а не "оптимальности”, который позволяет
широко использовать возможности обработки и связывает ее с
полевой методикой. В данном подходе изменение полевой мето-
дики рассматривается взаимосвязано с изменением графа об-
работки, расширяя в целом возможности, в первую очередь,
вибрационной сейсморазведки.

С позиции "универсальности” перед полевой методикой ста-
вится задача возбуждения колебаний в целесообразно макси-
мально широком диапазоне частот и регистрация волнового поля
с минимально возможными искажениями (девиз - ”не навреди”)
на целесообразно широкой базе приема. Варьирование пара-
метрами переносится в сферу обработки.

При этом отпадает необходимость в корректировке условий
возбуждения и приема колебаний в связи с изменениями сей-
смогеологической обстановки, обеспечиваются наилучшие ус-
ловия выделения волн путем изменения параметров обработки
материалов, варьирование параметрами обработки производится
более осознанно и обоснованно, так как выполняется оно на
основании анализа качества временных разрезов, а не сейсмо-
граммы МОВ.

Оценка качества материалов производится путем определения
комплексного (интервального) коэффициента качества (ККК),
который рассчитывается обычно в временных окнах, равных
0,15 с, по следующей формуле [29];

ККК = 10 х КОО х 8/Ы х Е х ЕМ,

где КОО - когерентность; 8/М - соотношение сигнал/помеха;
Ь - разрешенность; ЕМ - динамическая выразительность (энт-
ропия) .

Многолетний опыт использования данного параметра показал,
что в подавляющем числе случаев он довольно точно отображает
качество материалов. Рассмотрим применение принципа "уни-
версальности” при выборе параметров управляющих сигналов
и числа накоплений.

В свое время сравнительно широкое применение получил спо-
соб перебора начальной и конечной частот управляющего сиг-
нала с оценкой получаемых результатов по сейсмограммам МОВ.
Практика опробования способа в различных районах показала,
что он не всегда дает корректные результаты, особенно по
низкой, начальной частоте сигнала. Более обоснованные и
устойчивые результаты получены на уровне анализа материалов
МОГТ. При этом перебор начальной частоты сигнала можно
заменить фильтрацией полосовым фильтром с различными на-
чальными частотами при обработке материалов. В подтверждение
этого на рис. 134 приведены результаты определения параметра
ККК по трем отраженным волнам при переборе начальной частоты
сигнала, выполненного по сейсмограммам МОВ и материалам МОГТ
в одном из районов Калмыкии. Характер кривых существенно
различен и показывает, что действительно оптимальными
являются минимальные значения определенные по данным
МОГТ, а не по сейсмограммам МОВ, поскольку для первых на-
блюдается резкое уменьшение ККК с увеличением начальной
частоты. Полученные результаты объясняются рядом причин и, в
первую очередь, более высокими значениями отношений
сигнал/помеха, лучшей прослеживаемостью целевых волн на
разрезах МОГТ и их большей зависимостью от значений началь-
ной частоты развертки.

При переборе конечной, максимальной частоты управляющего
сигнала /к существенную роль играет спектральный состав
целевых волн. И если значения /к выходят за его пределы, то
их дальнейшее увеличение перестает воздействовать на вы-
сокочастотную часть спектра. Вместе с тем рост /к вызывает
ускорение развертки и, как следствие, сокращает фактически
реализуемый частотный диапазон, практически со стороны
только низких частот. Увеличение /к, таким образом, со-
провождается процессами, схожими с теми, которые возникают
при повышении /м. И так как основная энергия отраженных волн
сосредоточена в области низких частот, то это ведет к ухуд-
шению их динамической выразительности. Последнее часто
связывают с изменением /к, фактически же оно вызвано изме-
нением скорости развертки. Вопрос же об оптимальной величине
/к в этих условиях остается открытым. Таким образом, мето^
дика перебора /н и /к по материалам волновых зондирований
имеет указанные выше недостатки и может применяться только
при работах в новых районах и необходимости получения быст-
рых оценок и решений. Во всех случаях полученные результаты
Рис. 134. Результаты определения параметра ККК по отраженным волнам от
нздсолевого (/, I = 1,6-1,7 с) и двух подсолевых (// и III, I = 3,0-3,4 с
И I = 3,9-4,7 с) горизонтов при изменениях начальной частоты управляющего
сигнала в полевом эксперименте (а) и полосового фильтра в процессе обра-
ботки материалов (б):

Наибольшая полоса частот управляющего сигнала Д/ - 10-90 Гц, шесть виб-
раторов СВ-10/180 на базе 100 м, число сейсмоприемников 21 на базе 60 м;
I - МОГТ, Е - 24, 2 - МОВ

нуждаются в оценке и коррекции с учетом последующей обра-
ботки материалов МОГТ.

Основной же объем исследований по выбору частотных пара-
метров сигнала необходимо перенести на этап обработки мате-
риалов МОГТ. Перебор /н и А подменяется перебором краевых
частот полосового фильтра (А и Рк). Корреляция, фильтрация
и суммирование - линейные операции и с теоретических позиций
подобная подмена достаточно корректна. Экспериментальные
исследования в целом подтверждают это положение [25, 29]. На
рис. 134 приведены результаты определения ККК при переборе
/н и Ри, из которых следует их практически полная идентич-
ность, что подтверждает возможность выбора частотных пара-
метров развертки по результатам фильтрации полученных за-
писей при достаточно широкополосном исходном управляющем
сигнале. При выборе рабочего значения /„ следует уменьшать
определенное значение Ри на 2-3 Гц за счет скоса управляю-
щего сигнала.

На практике в экспедиции применяются оба способа выбора
частотных параметров управляющих сигналов. Первый (перебор
/н и А) чаще всего используется при выходе в новые районы и
необходимости получения быстрых результатов. Основным яв-
ляется второй способ (перебор Рк и Л>. При этом следует
руководствоваться принципом - лучше неоправданно расширить
частотный диапазон возбуждаемых колебаний, чем неоправданно
его сузить. Первое нейтрализуется высокой помехоустойчи-
востью вибросейсмического метода и последующей фильтрацией,
второе - необратимо. Результаты такого подхода привели при
работах в Калмыкии к понижению значений Рк с 20-30 Гц до
10 Гц и к возрастанию с 37-40 Гц до 55-62 Гц. Понижение
/„ повсеместно вызвало увеличение глубинности исследований,
а рост А - улучшение разрешенное™ записи.

Исследования выявили и характерную особенность - динами-
ческая выразительность разных волн достигает своего макси-
мума обычно при одинаковых или близких значениях /н и при
существенно разных значениях Д. В частности, максимумы ККК
зафиксированы для подсолевых волн при /»(/'») = 35-45 Гц, а
для надсолевых - при /»(Л) = 50-62 Гц. Поэтому в стандарт-
ный граф обработки была включена программа, осуществляющая
переменную во времени фильтрацию в диапазоне 10-62-ь40 Гц.
При работах с широкополосными управляющими сигналами очень
важно свести к минимуму искажения волнового поля, вносимые в
процессе его регистрации и обработки. Расширение полосы
возбуждаемых частот тогда только эффективно, когда оно со-
провождается соответствующим обеспечением на всех уровнях
регистрации и обработки данных, которое включает использо-
вание аппаратуры с необходимыми характеристиками и комплекса
методических средств, исключающих искажение регистрируемых
данных. В первую очередь - это сжатие баз полевого группи-
рования, которое, к сожалению, сопровождается ухудшением
соотношения сигнал/помеха и, как следствие, - снижением
глубинности исследований.

Расширение фактически реализуемого частотного диапазона
достигается и возбуждением нелинейных сигналов (НЧМ). Разные
модификации метода опробовались в экспедиции с 1985 г. [26].
Ю.П. Кострыгиным был предложен способ согласованных сиг-
налов ”... заключающийся в использовании нелинейных раз-
верток, амплитудный спектр ФАК которых совпадает с сово-
купной амплитудно-частотной характеристикой системы "вибра-
тор - грунт” и среды для наиболее глубоких целевых отраже-
ний” [24]. Этот способ позволил улучшить прослеживаемость
наиболее глубоких, подсолевых волн, правда, за счет снижения
качества надсолевых. В 1992 г. НЧМ-развертки применялись в
производственном режиме: в Калмыкии - для изучения надсоле-
вой толщи и на юге Ростовской области - для изучения над-
палеозойского комплекса осадков. И в том, и в другом случае
использовались сигналы Д/ = 15-87 Гц с кусочно-линейу
ным изменением частоты, которые формировались разработанной
в экспедиции для виброисточников СВ-5-150 М приставкой.
А В методических целях один из профилей Калмыкии был от-
работан с тремя вариантами нелинейных сигналов. В первом
хкорость развертки с повышением частоты постепенно пони-
жалась от 27 до 3 Гц/с, во втором и третьем варьировала,
соответственно, от 11 до 7,6 Гц и от 11 до 5 Гц. Для со-
поставления этот же профиль был продублирован с ЛЧМ - сиг-
налами Д/ = 15-71 Гц разной длительности в режимах, обе-
спечивающих равенство энергетических затрат - 7 = 8 с, X = 9
и 7 = 72 с, /С = 1 (здесь и далее Т - длительность сигнала,
К - количество накоплений); скорость развертки, соответст-
венно, составляла 7 и 0,78 Гц/с. На юге Ростовской области
сопоставление НЧМ- и ЛЧМ-сигналов проведено в одинаковом
частотном диапазоне - Д/ = 15-87 Гц. Скорость развертки в
НЧМ-сигнале варьировала от 25 до 4 Гц/с, в ЛЧМ-сигнале она
составляла 8 Гц/с. На севере той же области, но уже в иных
сейсмогеологических условиях было опробовано два типа не-
линейных/ сигналов - с квадратичным (КВАДР, /„ = 17 Гц, И =
« 3, А ={ 0, Д = 71 Гц) и логарифмическим (ЛОГ, /„ = 17 Гц,
О = 3, Д/ = 8, /к = 54 Гц) законами изменения частоты. Они
сопоставлялись с ЛЧМ-сигналами Д/ = 17-77 Гц и Д/ = 13-
77 Гц.

Результаты сопоставления оказались различными: явно бла-
гоприятными по отношению к нелинейным разверткам в Калмыкии
и не столь однозначными - в Ростовской области. В Калмыкии
наивысшая динамическая выразительность надсолевых волн была
достигнута при возбуждении НЧМ-сигнала с самой высокой из
опробованных степенью нелинейности (рис. 135); Д/ = 15-42 Гц
(1с), 42-57 Гц (1с), 57-64 Гц (1с), 64-72 Гц (2с), 72-87 Гц
(5с) - этот сигнал в дальнейшем и использовался в качестве
"рабочего”. По подсолевым горизонтам (Пц и Пш) качество
материалов значительно ухудшилось. На севере Ростовской об-
ласти определяющим стало понижение начальной частоты свип-
сигнала с 17 Гц (выбранной по материалам перебора /н на
уровне МОВ) до 13 Гц. В условиях выполненного эксперимента с
/н = 17 Гц максимальные значения ККК исследованных волн были
зафиксированы при возбуждении КВАДР-сигнала, а минимальные -
при возбуждении ЛОГ-сигнала. На юге Ростовской области эф-
фективность НЧМ-разверток примерно такая же, как и ЛЧМ-
сигналов в том же частотном диапазоне.

Дадим оценку полученных результатов. В Калмыкии работы с
НЧМ-сигналами были выполнены в районах с малой мощностью
ЗМС (до 15 м) и на надсолевые, неглубокие горизонты.
В этих условиях поглощение высокочастотных составляющих волн
оказалось сравнительно небольшим и коррекция спектров излу-
чаемых волн НЧМ-сигналами позволила заметно повысить раз-
решенность волн, отраженных от верхних горизонтов. При
работах в Калмыкии удачным было и то, что ”скос” в начале
развертки оказался оптимальным для прослеживания надсолевых
горизонтов. Для глубоких, подсолевых отражений подъем
Рис. 135. Сопоставление фрагментов временных разрезов, полученных с ЛЧМ-
(а) и НЧМ (6) сигналами:

а - Д/ - 15-71 Гц ЛЧМ, Г - 8 с; б - Д/ - 15-42 Гц (1 с), 42-57 Гц (1 с),
57-64 Гц (1 с), 64-72 Гц (2 с), 72-87 Гц (5 с), Г - 10 с
редких частот не привел к желаемым результатам. Снижение
уровня низких частот за счет увеличения скорости развертки в
ее начальной части и влияние скоса пагубно повлияло на про-
слеживаемость глубоких горизонтов, уровень которых стал
Соизмерим с фоном (см. рис. 135). Условия работ в Ростовской
области (большая мощность ЗМС и значительные глубины до
целевых горизонтов) не позволили улучшить разрешенность
записей за счет применения НЧМ-сигналов. Опыт работ с НЧМ-
сигналами показал, что параметры сигналов, оптимальные для
линейных разверток, не являются таковыми для нелинейных, и
их в силу различия скоростей развертки и других причин
необходимо корректировать. В случае использования высоко-
частотных НЧМ-разверток обязательным является понижение
невыполнение этого требования может привести к ошибочным
выводам относительно эффективности подобных сигналов.

Повышение эффективности НЧМ-сигналов достигается за счет
концентрации энергии в требуемых полосах частот, которая
реализуется путем изменения скорости развертки и увеличения
длительности возбуждения. При работах с высокочастотными
развертками допустимая степень ослабления низких частот в
разных сейсмогеологических условиях неодинакова и в общем
случае не безгранична. В определенных, наиболее сложных
условиях, когда реализуемое соотношение сигнал/помеха ис-
следуемых объектов невысоко, приходится, как уже отмечалось,
концентрировать энергию не на высоких, а на низких частотах.

Проблема повышения помехоустойчивости в принципе решается
простым наращиванием длительности вибросигнала. Однако и
на этом пути имеются ограничения. Обратимся к эксперименту.
На одном из профилей в Калмыкии было проведено сопоставление
двух вибросигналов А/ = 15-71 Гц длительностью 8 и 72 с,
отработанных в режиме накапливания, соответственно, девяти
и одного воздействий. С энергетических позиций оба сигнала
равноценны, второй из них даже несколько более энергоемкий
за счет того, что в нем под "скос” попадает существенно
меньший интервал частот. В сейсмическом материале это соот-
ношение проявилось в близости характера записи и рассчитан-
ных значений отношений сигнал/помеха (5/АО и ККК по над-
солевым волнам (& - 1Ч) (табл. 15). По подсолевым отраже-
ниям - /п^) эти параметры оказались существенно хуже
по записям, полученным с сигналом большей длительности.

Данные результаты предположительно связываются нами с
изменениями длительности и формы взаимно корреляционных
функций (ФВК) сигналов различной протяженности. При ис-
пользовании сигнала с Т = 72 с слабые подсолевые волны,
очевидно, прослеживались на фоне еще достаточно интенсивных
корреляционных шумов от неглубоких горизонтов, что и привело
к ухудшению их выделения на сейсмозаписях. С другой стороны,
по опыту в других районах увеличение длительности вибросиг-
налов с4до6сисбдо 12с сопровождалось некоторым
Таблица 15

Характеристики основных отраженных воли при разных длительностях

ЛЧМ-сигналов А/ = 15-71 Гц

Время отражений	Т - 8 с;	К - 9	Т -72 с	К - 1
		ККК	8/Я	ККК
12	2,628	2,552	2,651	2,610
Гб	5,595	4,332	5,535	4,514
	3,397	3,987	3,231	4,742
йп	9,489	8,576	9,119	7,929
ЙУ	13,613	7,884	12,070	7,209
1У	8,901	8,255	7,653	7,657
61	9,411	6,027	4,908	3,024
61,	1,677	0,635	0,752	0,319
Чп	1,002	0,466	0,417	0,170

ухудшением прослеживаемости "мелких” и определенным улуч-
шением прослеживаемости "глубоких” отраженных волн. На-
прашивается вывод о том, что существует, по-видимому, опти-
мальная длительность возбуждаемого сигнала, которая опре-
деляется решаемыми задачами, структурой самого сигнала и его
ФВК.

Повышение отношений сигнал/помеха достигается также на-
капливанием сигналов, которое широко используется при рабо-
тах с вибрационными источниками колебаний. Эксперименталь-
ные работы по оценке эффективности накапливания были вы-
полнены в различных районах с использованием ЛЧМ-сигналов
и моночастот с расчетами, выполненными по виброграммам и
коррелограммам. Они дали неоднозначные результаты, указы-
вающие на то, что амплитуды волн увеличиваются по мере на-
копления данных, а отношения сигнал/помеха и ККК могут
возрастать, а могут оставаться постоянными для волн, раз-
личающихся частотным составом и исходными значениями ампли-
туд. В качестве примера на рис. 136 и 137 приведены зави-
симости изменения амплитуд, Ши ККК для различных волн в
функции числа слагаемых (К), рассчитанные по сейсмограммам
МОВ на "рабочих” ЛЧМ-сигналах в Калмыкии. Из рис. 136
следует, что для всех волн наблюдается увеличение амплитуд
ниже теоретического. Причем эффект накопления снижается для
более глубоких и низкочастотных волн. Наименьшим он оказал-
ся для низкочастотной помехи, что, возможно, обусловлено не-
стабильностью ее возбуждения. Расчеты и К, выполненные
по этим же материалам, показали их практическое постоянство
при увеличении числа накоплений. Это же следует из визуаль-
ных оценок полученных материалов (рис. 138). Из приведенных
результатов следует, что при хорошем качестве исходных
материалов и невысоком уровне микросейсм накопление мало-
Аъ/А^МЮ

Рис. 136. Изменение амплитуд в зависимости от формы функции числа сла-
гаемых для различных волн:

1 - низкоскоростные помехи; 2 - волна ; 3 - волна 1П]!	' волна

(ПИ 5 - волна ?ц

эффективно за счет избыточной помехоустойчивости вибрацион-
ной сейсморазведки. При низких исходных отношениях сиг-
нал/помеха накопление повышает качество отражений и улучшает
прослеживаемость волн на коррелограммах и виброграммах. В
этой связи представляют интерес оценки 8/14, полученные по
материалам МОГТ для трех волн в различных диапазонах частот
в зависимости от числа накоплений (рис. 139). Волна /щ от
надсолевого горизонта имеет высокую начальную интенсивность
и отношение 5ЛУ во всех диапазонах частот остается практи-
чески постоянным для всех К. Для более слабой ”подсолевой”
волны наблюдается такая же закономерность и только в
полосе частот 40-70 Гц имеет место некоторое повышение 8/14.
Отличная картина была получена по подсолевой волне
небольшой интенсивности. Практически во всех "рабочих” диа-
Рис. 137. Зависимость 5М и ККК от числа накоплений:
1ц> йп. 11V. 1з. 15 - надсолевые отраженные волны,
солевые отраженные волны

'п,-

'Пп

под-

Рис. 138. Выборочные коррелограммы, полученные при числе накоплений К -
= 1, 8 и 32
5/8

25

4/=Гц 5/0

-10-205'*

20

10-30

ч

15

.10-50
10-70

3

10

•20-70

2

5

'30-70

•40-70

О

0,5 8	12

о

Рис. 139.
а - для

Зависимость отношения

частот фильтров

ВОЛНЫ /щ, б

гпг

5/0

2?
-10-70
•20-70

20
-10-20 '

..10-30

-30-70 1.5

1,0
40-70

0,5

А Г, Гц
10-30
•20-70
• 10-70

10-20

•30-70

.50-70

4	8 12	0	4	8

5^ от числа накоплений:
в -	: Ю-20, 10-30 и

Пш

.40- 70
350-70

12 К

Т.д.

полосы

пазонах частот наблюдается рост с увеличением числа
накоплений, и только в узких частотных полосах это отношение
остается постоянным. Не исключено, что последнее обусловлено
слишком низким уровнем сигналов. Полученные результаты
позволили связать эффективность накапливания с интенсив-
ностью регистрируемых волн и выделить четыре их уровня.
Первый - сильные отраженные волны, практически никак не
реагирующие на накапливание; второй - отраженные волны
средней интенсивности, накапливание воздействует на них в
целом также слабо, но по отношению к высокочастотным сос-
тавляющим оно проявляется уже достаточно отчетливо; третий -
слабые отраженные волны, и накапливание и удлинение вибро-
возбуждения вызывает существенное улучшение их прослеживае-
мости и динамической выразительности; и, наконец, четвертый
уровень - очень слабые колебания, сейсмостанцией они не
воспринимаются и в силу этого не накапливаются.

Обычно применяемое в практике виброразведки число на-
капливаний - 8-16. Приведенные данные свидетельствуют о том,
что в относительно простых условиях (малая мощность ЗМС и
глубина исследования до 3 с) это число накапливаний избы-
точно и достаточно сложения 1-4 воздействий. С увеличением
мощности ЗМС и глубинности исследования возникает необхо-
димость увеличения и числа накоплений воздействий. По нашим
Данным, целесообразно оценивать число накоплений по вибро-
граммам, а не по коррелограммам, поскольку они осложнены уже
побочными помехами, которые не ослабляются суммированием за-
писей. Микросейсмы в ”чистом” виде видны только на вибро-
граммах, следовательно, и достаточная степень их ослабления
Может контролироваться лишь по ним. Выбор К существенно
осложняется изменчивостью уровня микросейсм не только по
площади, но и во времени. Поэтому достаточность накапливания
нельзя спрогнозировать, что требует экспериментальных оценок
в процессе проведения работ.

8.8.3.	ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Обработка материалов производится на вычислительном
центре экспедиции под методическим руководством главного
геофизика ВЦ, начальника партии интерпретации и ведущих
геофизиков центра и полевой сейсмопартии. По поступлению
материалов в центр выполняется предварительная оценка его
технической отработки. Установленный брак доводится до
сведения полевой партии (ведущего геофизика и оператора
сейсмопартии). Окончательное решение по разбраковке материа-
лов принимается после получения предварительного разреза.

В полевых условиях проводят текущий анализ материалов,
расчет априорных статических поправок и подготовку материа-
лов к обработке на ВЦ. При работах с сейсмостанциями ”Прог-
ресс-968” в полевых условиях выполняется корреляция. Персо-
нальные ЭВМ используют для тестирования сейсмостанции и
вибраторов. На основании опыта работ и возможностей ВЦ
составлен граф обработки материалов, который может несколько
меняться в зависимости от условий работ и использования
импульсных или вибрационных источников. Полный граф об-
работки вибрационных материалов с корреляцией на ВЦ приведен
в табл. 16.

8.8.4.	ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПОПРАВОК

Статические поправки при работах с НВИ, как правило,
определяют по данным специальных зондирований МПВ, распо-
лагаемых по профилям МОГТ с интервалами в среднем 0,5-
1,5 км. Плотность зондирования зависит от строения ЗМС и
пересеченности рельефа. Обычно наблюдения на зондированиях
ведут из нескольких ПВ по встречным системам на различных
расстояниях от расстановки. База приема меняется от 200 до
350 м в зависимости от мощности ЗМС.

В качестве источника колебаний применяются установки ГСК-
6М (2 шт.), регистрация колебаний осуществляется сейсмо-
станциями "Прогресс” в режиме накопления (ближние ПВ - два-
четыре накопления, дальние до восьми накоплений).

Данная методика определения статических поправок обычно
применяется при двухслойной модели строения ЗМС, т.е. тогда,
когда в толще ЗМС отсутствуют "волноводы”. В противном
случае обратная задача по наблюдениям МПВ решается неодно-
446
у л и ц а 1о

^доф обработки материалов

Процедура обработки	Название программы	Примечание
демультиплексация, регулировка виброграмм (нормировка по уровню	ИМХ, ОА1ММ,	В САШМ окно и уровень
	СОЮУ,	записи корректируются
у скользящем окне), получение коррелограмм, отнормированных ЛО уровню в скользящем окне Получение априорных разрезов ОР,	8ЫМЕОР,	в зависимости от кон- кретных сейсмогеологи- ческих условий Оценка качества материа-
ОР, 8Р, рядов 8Р	8ЫМЕ0Р,	ла и априорной статики
Подавление низко- и среднескоро- стных помех Полосовая и режекторная фильтра-	8ЫМЕ8Р, 8Р ВЕНЬ  НЬУТХ,	Получение базовой моди-
|ц<я, деконволюция, корректирую-	ОЕСУТХ,	фикации
щая фильтрация  Коррекция кинематических поправок	ХРОЕС, НЬУТХ Т8ЬМ	Переборы с переменными
Получение контрольного разреза йосле коррекции кинематических поправок  Коррекция (первая) статпоправок  Получение контрольного разреза	8ЬМЕ ПР  Р1С1пу, 8ТС0В,  РАК8 8ЫМЕ ОР,	скоростными законами  Возможен вариант ручной
после коррекции кинематических	8Р, ОР	коррекции статпоправок
и статических поправок  Вторая коррекция статпоправок	РАК8	за ОР, 80  При необходимости
Получение контрольного разреза после второй коррекции Получение горизонтальных спектров скоростей  Когерентная фильтрация  Динамическая обработка по оконча-	8ЫМЕ ОР  Н0К8Р  АМСОИ 8ЫЛ, ВКВГР	Интерпретационный ком-
тельным разрезам  Изучение предельных скоростей комплексом ЦМРНП	ИЕЛУАК, ЫМУЕЫ, УЕЬАР	плекс ХОК В, разрезы частных сумм, разрезы после резонансно-ко- довых фильтров

значно, и, как правило, на разрезах ОГТ появляются аномалии,
связанные с эффектом выпадения пласта. Учитывая это об-
стоятельство, в последнее время статические поправки опре-
деляют на основе специальной методики - использования времен
прихода преломленных волн, регистрируемых в первых вступ-
лениях на сейсмограммах ОГТ, и данных опорных наблюдений в
скважинах в отдельных точках профиля. Высокая плотность
наблюдений МОГТ позволяет выделить и проследить неглубокий
преломляющий горизонт и получить значения 1о по профилям,
которые характеризуют временные аномалии в верхней части
разреза. Определенные значения 1о трансформируются в ап-
риорные значения поканальных статических поправок на основе
сопоставления и увязки их с данными о временах распростра-
нения волн в ЗМС, определенными по скважинам или каким-либо
другим измерениям. Данная методика реализуется на персо-
нальных ЭВМ и при благоприятных условиях обеспечивает опре-
деление статических поправок с ошибками, не превышающими
2-4 мс.

8.8.5.	ПРИЕМКА МАТЕРИАЛОВ И КОНТРОЛЬ ЗА
РАБОТОЙ ИСТОЧНИКОВ

Оценка качества и приемка материалов осуществляются в
соответствии с действующей инструкцией по сейсморазведке.
Ежедневно геофизик-оператор оценивает материалы по каждому
физнаблюдению на основании просмотра полученных сейсмограмм
(коррелограмм) на экране станционного монитора (видеоконт-
рольного устройства). Это позволяет существенно сэкономить
энергию и материальные затраты на получение сейсмозаписей.
Одновременно визуально оценивается и качество зарегистриро-
ванного на одном из вспомогательных (или рабочем) каналов
сейсмостанции опорного сигнала.

На электростатическую бумагу воспроизводятся, как пра-
вило, ежедневные тестовые ленты и каждые шестое или две-
надцатое физическое наблюдение. Эти материалы с магнитными
лентами и сменными рапортами оператора поступают в камераль-
ное бюро партии для регистрации и определения количества и
качества выполненных за день работ. В случае необходимо-
сти после просмотра полученных материалов ведущий геофизик
может принять решение о переоценке полученных физических
наблюдений. Работу источников контролируют, снимая их ам-
плитудные и фазовые характеристики.

Амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) вибраторов
определяют ежемесячно после проведения профилактических
работ. Для их получения в грунт на глубину примерно 0,5 м
закапывают акселерометр или сейсмоприемник. Далее на эту
площадку поочередно заезжают вибраторы и производят воздей-
ствия. Сигналы датчика от каждого вибратора заносятся в
накопитель сейсмостанции на определенные каналы. По оконча-
нии записи сигналов от всех вибраторов результат записы-
вается на ленту, а затем выводится на монитор и воспроиз-
водится на электрографической бумаге. По этим материалам
оценивают состояние вибраторов и их пригодность к работам.

Если амплитуды и фазы сигналов вибраторов во всем диа-
пазоне рабочих частот различаются не более чем на 25% и
10 , то качество источников считается удовлетворительным.
448
Особое внимание уделяется проверке фазочастотных харак-
теристик (ФЧХ) вибраторов, которая проводится ежедневно и
дрсле профилактики. Для снятия ФЧХ сигналы с датчиков виб-
рукорости (для СВ-5-150) или ускорения (для СВ-10/180),
установленных на плите или крестовине вибратора, подаются на
вулд сейсмостанции и записываются на разных каналах. На один
из каналов записывается управляющий сигнал с ГСР сей-
смостанции.

Работа вибратора считается удовлетворительной, если в
диапазоне рабочих частот фазовая неидентцчность вибраторов,
а также вибраторов и ГСР не превышает 10 .

Магнитные ленты с записью амплитудных и фазовых характе-
ристик вибраторов обрабатываются также на вычислительном
центре, где вычисляются и выводятся на бумагу АЧХ и ФЧХ
в графической форме.

В экспедиции разработано и выпущено несколько экзем-
пляров аппаратуры ”ПАК-контроль”, которая в комплексе с
видеокон’цюльным устройством в полевых условиях оперативно
вычисляет и выводит на монитор в графической форме АЧХ и ФЧХ
вибраторов с дискретностью 5 Гц.

В вибраторах СВ-5-150 для постоянного контроля за рабо-
той цифрового генератора блока управления введено устройство
подсчета количества периодов опорного сигнала (А), умещаю-
щихся на длине развертки Т при линейном законе изменения
частоты по формуле

= (2/н + А/) Т/2,
где А - число периодов; /„ - начальная частота сигнала;
А/ - приращение частоты; Т - длительность развертки.

Результаты счета в визуальной форме выводятся на перед-
нюю панель пульта управления вибратора, и в процессе работы
они контролируются оператором вибратора.

Для контроля следящей системы вибратора за каждый период
сигнала вычисляется и визуально контролируется угол рассог-
ласования между фазами опорного сигнала блока управления и
датчика виброскорости (СВ-5-150) или ускорения (СВ-10/180).

Контроль импульсных источников осуществляется по их фа-
зовой идентичности. Для этого возле камеры каждой установки
устанавливают сейсмоприемники, зашунтированные резистором в
10 Ом. Сигаалы от каждого сейсмоприемника подаются на от-
дельные каналы сейсмостанции, записываются на магнитную
ленту, а потом выводятся на монитор и в печать.

8.8.6.	ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЛЕВЫХ РАБОТ

Общее руководство и организация полевых работ на профиле
возлагаются на начальника отряда. Обычно на уровне сей-
смоотряда (одноотрядная партия) это геофизик-оператор, ко-
29 Заказ № 2201	449
торый работает за пультом сейсмостанции. При двухотрядной
организации партии в ее штат вводится должность осво-
божденного начальника отряда, в задачи которого входят
общая координация работ, обеспечение их высокой производи-
тельности и получение материалов высокого качества. В ком-
петенцию освобожденного начальника отряда входит решение
следующих вопросов:

порядок разбивки профилей и очередность их отработки;
выдача заданий топогеодезическому и сейсмическим отрядам;
распределение техники между отрядами;

контроль технического состояния сейсмокомплексов в от-
рядах;

организация и контроль за проведением ежемесячных мет-
рологических работ (проверка идентичности сейсмоприемников
или их групп, тестирование сейсмостанций, проверка иден-
тичности работы НВИ и др.);

организация доставки ГСМ и обедов на профиль и ряд других
вопросов.

При одноотрядной форме организации функциональные обя-
занности начальника отряда перераспределяются между на-
чальником партии и геофизиком-оператором. Организационные
вопросы решает начальник партии, а руководит работами на
профиле непосредственно начальник отряда - геофизик-опера-
тор.

В функциональные обязанности начальника отряда (гео-
физика-оператора) по руководству работами на профиле входят:

контроль за техникой безопасности и охраной труда в сей-
сморазведке;

выдача заданий смоточно-размоточной бригаде, технику-
геофизику (помощнику оператора) и руководителю (обычно один
из операторов НВИ) группы НВИ;

расположение техники на профиле в процессе работы и в
конце рабочей смены, организация охраны на профиле и ра-
диосвязи;

ведение установленной правилами документации по охране
труда и ТБ;

организация заправки техники ГСМ и доставки обеда на про-
филь и ряд других вопросов, технологически связанных с сей-
сморазведочным производством.

Обязанности начальника отряда НВИ:

обеспечение и организация ритмичной и согласованной ра-
боты установок НВИ на профиле;

обеспечение соблюдения технологической дисциплины при
производстве работ;

организация ведения оперативной документации на установки
НВИ;

набор и расстановка операторов, обеспечение технически
правильной эксплуатации установок, составление графика про-
филактических работ и ТО установок, планирование ремонтных
450
работ в межсезонный период и общее руководство ремонтными
работами, участие в работе комиссии по приемке отре-
монтированной техники;

контроль правил и норм системы безопасных приемов труда,
норм пожарной безопасности на установках НВИ;

обеспечение правил и инструкций по технике безопасности
и производственной санитарии, технологических регламентов,
применение безопасных приемов труда и средств индивидуальной
защиты;

проведение в установленные сроки первичных, периодических
и внеочередных инструктажей по ТБ.

8.8.7.	КРАТКИЕ ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ

Начиная с 1976 г. экспедицией № 2 выполнены значительные
объемы работ МОГТ с применением невзрывных источников воз-
буждений в пределах трех тектонических регионов:

в юго-западной части Прикаспийской впадины (Респуб-
лика Калмыкия, Хальмг-Тангч) отработано 25 000 км профилей
МОГТ;

в северных районах Скифской эпигерцинской плиты (юг
Ростовской области) отработано свыше 10 000 км профилей
МОГТ;

на южном склоне Воронежской антеклизы (север Ростовской
области) отработано 9000 км профилей МОГТ;

Выполненные объемы позволили уточнить геологическую мо-
дель исследуемых регионов, выявить и подготовить под по-
исковое бурение 48 нефтегазоперспективных объектов общей
площадью 1407 км2, в том числе в подсолевом комплексе 21
структуру, суммарная площадь которых составляет 861 км2. При
этом применяемая методика и технические средства позволили
картировать не только размытую разновозрастную поверхность
подсолевого ложа, но и ряд поверхностей размыва внутри под-
солевого комплекса отложений.

В пределах Скифской эпигерцинской платформы установлено
значительное число нефтегазоперспективных объектов в от-
ложениях мела, палеогена и триаса.

На ряде подготовленных нефтегазоперспективных объектов
открыты промышленные залежи газа и нефти (Патроновское,
Тишкинское, Глубокинское, Плотинское, Южно-Плодовитенское и
Др.)'. Наиболее перспективное из них Южно-Плодовитенское
месторождение площадью 133 км2 было подготовлено в поисковое
бурение в 1988 г. (рис. 140). В процессе проводки № 1 из
интервала глубин 4419-4432 м (известняки нижнего - среднего
карбона) было получено нефтепроявление. При испытаниях при-
ток нефти на диафрагме 16,7 мм составил 623 м3/сут. На
рис. 140 приведен временный разрез через Южно-Плодовитенское
поднятие, на котором отчетливо выделяется антиклинальный
6090	Б390

7590	7890	8190

О\

ПШ(Лз)

ПЕ(В,-П’) 3

4'

6Б90	5990	7290

1

2

П^аг)

Пг(С2т)
ПК(С2Ъ)

Ш(К2')

Ш^к,)

Жт2)
ЖЪ)

ВДаг)

Пт(С2т)
пя(с2ьг
пш(в3)

ПИ(ВгВ2?)

|........\1	|хххх 12 |-ь. -а-а-|3 ||»

Рис. 140. Временной разрез через Южно-Плодовитинское поднятие:

1, 2, 3 и 4 - опорные, регулярные, квазирегулярные и нерегулярные отраженные волны соответственно; III, IV -
надсолевые отражающие горизонты; V - поверхность соли; Ц, Пп, Пщ и Пгу - подсолевые отражающие горизонты
' перегиб по подсолевым горизонтам. Выполненные профильные
работы позволили выявить здесь крупное положительное под-
нятие, осложненное рядом локальных осложнений, которое с
большой степенью вероятности позволяет предположить суще-
ствование здесь крупного атолла.

В заключение сформулируем недостатки существующих мо-
дификаций вибрационных источников. Основные из них сле-
дующие:

достаточно узкий выбор вибраторов, характеризующихся раз-
личными силовыми и частотными параметрами и смонтированных
на автомобилях, багги и снегоболотоходах:

системы управления вибраторов не отвечают современным
требованиям по генерированию различных сигналов, тести-
рованию вибраторов и проверке их параметров;

отсутствуют системы, позволяющие адаптировать рабочие
характеристики вибраторов к физическим свойствам грунтов
и решаемым задачам;

низкая надежность вибраторов и систем их управления;

отсутствуют погружные скважинные источники и вибраторы
для многоволновой сейсморазведки.

В силу этих причин ограничено применение вибрационной
сейсморазведки при решении задач по прогнозированию гео-
логического разреза, прямым оценкам содержания углеводородов
в разрезе, межскважинному просвечиванию и другим направ-
лениям поисково-разведочных работ, требующих детального изу-
чения разреза и неискаженной регистрации волн в широкой
полосе частот.

8.9.	РАЙОНЫ ЗАПАДНОЙ СИБИРИ1

Полевые сейсмические работы с невзрывными, вибрационными
источниками выполняются на всей нефтегазоперспективной тер-
ритории Западной Сибири.

8.9.1.	РАЙОНЫ ХАНТЫ-МАНСИЙСКОГО АВТОНОМНОГО
ОКРУГА

ГГП "Хантымансийскгеофизика” проводит работы с вибро-
сейсмическими импортными комплексами с 1978 г. в различных
поверхностных условиях Ханты-Мансийского автономного округа.
Это - поймы рек, сильнопересеченные районы Сибирских увалов
(Белогорский материк), где встречаются абсолютные отметки до

'На территории Западной Сибири сейсмические работы с невзрывными, ви-
брационными источниками выполняются двумя геологическими предприятиями АО
“Хаигымансийскгеофизика” и АО “Ямалгеофизика”.
230 м; залесенные слабопересеченные районы Западно-Сибирской
низменности; тундровые и лесотундровые районы, зоны развития
многолетнемерзлых пород. В связи с особенностями климатиче-
ских и поверхностных условий полевые работы проводятся
только в зимний период (декабрь-апрель).

В процессе освоения вибросейсмических комплексов (ВСЮ
усложнялись и геологические задачи, решаемые с их примене-
нием. Вначале это была в основном структурная разведка, в
последующем стали решаться и задачи выявления и подготовки
к бурению структурно-литологических и литологических лову-
шек. Кроме того, с ВСК проводят и региональные работы,
которые служат основой для последующих площадных работ МОГТ.
В общем, можно сказать, ВСК решают те же задачи, что и
взрывная сейсморазведка. Целевыми являются все отражающие
горизонты осадочного чехла от границ в верхнем мелу (глубины
900-1200 м) до подошвы осадочного чехла (3000-3500 м). Точ-
ность работ меньше, чем при взрывной сейсморазведке, так как
не проводятся специальные работы по изучению ВЧР.

Все работы с невзрывными источниками проводятся с им-
портными вибросейсмическими комплексами. Первые два ВСК были
закуплены в 1978 г. в США, в компании ГЕОСОРС: сейсмостанции
(48-канальные) МЦ8-10, вибраторы на шасси "Формост” в
комплекте с сейсмокосами и сейсмоприемниками. В 1987 г. было
закуплено 10 таких же вибраторов на шасси "Формост” в до-
полнение к устаревшим (физически) предыдущим. В 1987 г. во
Франции в фирме ССС были закуплены три виброкомплекса: 120-
канальные сейсмостанции 8М-358, вибраторы МЕРЦ-27, сейсмо-
косы и сейсмоприемники, соединенные в гирлянды по двенадцать
штук.

Кроме того, работают "гибридные” виброкомплексы: сейсмо-
станции "Прогресс-3” с вибраторами "Формост”. Управление
работой вибраторов проводится с сейсмостанции с помощью УКВ-
радиостанций, устройств КСУ (на сейсмостанции) и 8НУ (на
вибраторах).

В зимние сезоны 1990-1991 гг. и 1991-1992 гг. в ГГП
"Хантымансийскгеофизика” работали по 32 сейсморазведочные
партии, из них по четыре вибросейсморазведочных.

В 1990-1991 гг. было отработано 18 490 км сейсмопрофилей
и на них получено 215 876 физических наблюдений. Из них с
вибраторами 2950 км (16%) и 59 000 физических наблюдений
(27%).

В 1991-1992 гг. было отработано 16 024 км сейсмопрофилей
и на них получено 199 398 физических наблюдений. Из них с
вибраторами 3224 км (20%) и 64 445 физических наблюдений
(32%), т.е. имеет место увеличение абсолютных и относи-
тельных объемов работ с виброкомплексами.

В 1988-1989 гг. стоимость одного километра по взрывным
сейсмопартиям составила 2915-3340 руб., по вибросейсмиче-
ским - 3304 руб. (при работе с комплексами фирмы ССС),
2940 руб. (работа сейсмостанции "Прогресс” с вибраторами
"формост”).

В 1989-1990 г - взрывные работы стоили 3240-4690 руб/км,
вибросейсмические 3456 руб. (комплексы фирмы ССС), 3480 руб.
(комплексы "Прогресс” - "Формост”).

ВСК применяют для решения структурных и неструктурных
задач: выделения перспективных участков для поисков угле-
водородов; выявления стратиграфических ловушек в низах юр-
ских отложений, а также литологических и структурно-лито-
логических ловушек в отложениях неокома (нижний мел).

В первые годы ВСК работали в простых районах с несложными
поверхностными условиями, затем они были направлены в район
Белогорского материка (Сибирские увалы), где работами МОВ со
взрывными источниками не были получены положительные
результаты из-за сложностей с бурением (требовалась большая
глубин^г заложения ВВ). Применение ВСК себя оправдало, так
как шли получены хорошие результаты. В дальнейшем заключе-
ния о том, куда направлять работать ВСК, делали исходя из
необходимости освещения той или иной площади. Никаких под-
готовительных, экспериментальных и теоретических исследова-
ний не проводилось.

Кроме того, одна из причин направления ВСК в тот или иной
район это - необходимость закрыть большие площади в сравни-
тельно короткий срок, так как ВСК обеспечивают большую
производительность, чем взрывные сейсмопартии.

В первые годы проведения работ с ВСК были проведены
большие объемы опытных работ по выбору оптимальных пара-
метров возбуждения и приема колебаний (частота и длитель-
ность свип-сигнала, направление развертки вверх или вниз,
минимальные расстояния источник-приемник, количество накоп-
лений и др.). Результаты опытных работ представлялись в виде
волновых полей, сейсмограмм и временных разрезов, полученных
при различных параметрах возбуждения и приема. Был сделан
вывод об оптимальности использования восходящего по частоте
управляющего сигнала полосой 10-18 Гц, группирования 3-5
вибраторов на базе 50-80 м, смешанного группирования 12-24
сейсмоприемников на базе 50 м, количества накоплений 8-16,
минимального расстояния источник-приемник - 500 м. Резуль-
таты этих опытных работ были использованы при проектировании
и проведении производственных наблюдений (рис. 141).

В 1987 г. с поступлением виброкомплексов фирмы СОС снова
был проведен большой объем опытных работ. В результате были
выбраны следующие параметры: логарифмический восходящий
управляющий сигнал частотой 15-90 Гц, крутизной 15 дБ/окт,
группирование 3-5 вибраторов на базе 50-60 м, смешанное
группирование 12 сейсмоприемников на базе 50 м, количество
накоплений 4-8, минимальный вынос пунктов возбуждения Хтш =
“ 25 м. На рис. 142 приведены результаты перебора управляю-
щих сигналов с различной крутизной подъема высоких частот.
а

Рис. 141. Примеры улучшения прослеживаемости отраженных волн при груп-
пировании сейсмоприемников:

а - 12 сейсмоприемников на канал, установленных в одной точке; б - 12
сейсмоприемников на базе 50 м; в - 24 сейсмоприемника на базе 50 м
(профиль 2 ПКПК 218.00-256.00, /н - А “ 15-90 Гц, 3 вибратора с переез-
дом на базе возбуждения)

Из них следует, что при крутизнах свыше 15-20 дБ/окт сни-
жается качество отражений и уменьшается глубина освещения
разреза.

Организация работ на профиле мало отличается от работы со
взрывными источниками. Единственное существенное отличие -
это то, что оператор может, меняя количество накоплений на
1 ф.н., улучшать, до известной степени, качество сейсмо-
грамм. Оператор оценивает качество по полевым воспроизведе-
ниям сейсмограмм, полученным на полевом корреляторе. При
этом следует заметить, что на сейсмостанциях МО8-10, "Про-
гресс” коррелятор неполноразрядный, и, следовательно, поле-
вые воспроизведения полностью не отражают истинного качества
исходного материала. На сейсмостанции 814-358 коррелятор
456
полноразрядный, что позволяет более объективно оценивать
качество полученных сейсмограмм.

Окончательная приемка полевых материалов производится в
камеральной экспедиции по "повальным выводам”.

Геофизики в полевой партии - только операторы, связь их
с ВЦ весьма слабая из-за удаленности ВЦ от места проведения
работ и недостаточных мощностей ЭВМ.

Контроль за работой источников-вибраторов ведется еже-
дневно: снимается амплитудная и фазовая идентичность вибра-
торов. Кроме того, на сейсмостанции 5М-358 имеется возмож-
ность контролировать идентичность вибраторов непосредственно
в процессе работы с помощью устройства "ВИБРОЧЕК”.

Машинная обработка до последнего времени пооводилась на
ГВЦ Главтюменьгеологии на ЭВМ КОММАНД, ”Сайбер-172”, ”ЕС-
1055”, специалистами как ГВЦ, так и ГЭОИ.

Для материалов, полученных сейсмостанциями МЭ8-10 и
"Прогресс”, обработка начинается с операции свертки (кор-
реляционного сжатия зондирующего и зарегистрированных сиг-
налов). Для сейсмостанции 5М-358 в этом нет необходимости,
так как она снабжена полноразрядным коррелятором. Дальнейшая
Рис. 141. Продолжение

обработка материалов принципиально мало отличается от обра-
ботки материалов взрывной сейсморазведки: коррекция стати-
ческих и кинематических поправок (ручная и автоматическая),
когерентная фильтрация, получение разрезов с сохранением
отношения амплитуд. Единственно, чем отличается обработка
виброматериалов, особенно полученных в сложных районах, -
это большим объемом ручной коррекции статических поправок. В
результате качество материалов, протяженность и надежность
выделения отраженных волн улучшаются (рис. 143). Применение
различных программ автоматической коррекции статических
поправок (1ТСОЙ, АРСОК, ОЕМОЫ, ЗАТАЫ - на ЭВМ ”Сайбер-
172”, РАК5 - на ЭВМ ЕС-1055) не упрощает обработку, т.е.
предварительно требуется ручная коррекция поправок.

В настоящее время вся обработка вибросейсмических мате-
риалов проводилась в г. Ханты-Мансийске на вычислительном
центре геофизической экспедиции обработки информации (ВЦ
ГЭОИ) ГГП "Хантымансийскгеофизика” на ЭГВК ПС-2000. Гео-
физики полевых партий в обработке не участвуют.


10

15

20

25

30 ДБ

Рис. 142. Изменение качества материалов с изменением крутизны управляю-
щего сигнала
Рис. 143. Улучшение качества материалов в процессе их обработки:

А - предварительный разрез, Б - окончательный (фрагмент профиля
XX, 60-кратное перекрытие, нелинейный управляющий сигнал
18 дБ/окт)
,1» Большую сложность при обработке материалов представлял
Vдопрос обратной фильтрации (деконволюции). В первые годы на
ЭВМ "Сайбер-172” обработка проводилась с применением минн-
ая льно-фазовой деконволюции (так как программа нуль-фазовой
деконволюции не была освоена), что было хоть и не вполне
правомерно, но повышало разрешенность сейсмических разрезов.

В настоящее время на ЭГВК ПС-2000 обработка проводится
с применением нуль-фазовой деконволюции (2ЕВЕС).

Отчет о работах как вибросейсмических партий, так и
взрывных составляют специалисты ГЭОИ.

Определение априорных статических поправок - вопрос слож-
ный, как в техническом исполнении, так и при обработке.

В сезоны 1980-1983 гг. параллельно с вибросейсмическими
комплексами работали специальные отряды по изучению ВЧР,
которые в отдельных точках профилей проводили исследования
по определению параметров ЗМС - ее мощности, скорости в ЗМС
и в подстилающем слое методом преломленных волн (встречными
годографами).

В 1980-1982 гг. эти отряды были взрывными, взрывы
проводились в скважинах глубиной 1 м зарядами 0,8-1,2 кг,
приемная расстановка - 300 м, 48-канальная сейсмостанция
"Поиск”, неравномерное распределение приемных каналов (рас-
стояние между ближними к ПВ каналами меньше, чем между
дальними).

В 1982-1984 гг. работы велись с источниками "падающий
гРуз”, установленными на вездеходах АТЛ, изготовленных в
мастерских ГГП "Хантымансийскгеофизика”. Длина расстановки
200 м, прием велся на 40-канальную расстановку, расстояние
между каналами 5 м. Объем работ отряда ВЧР был небольшой
(140 точек в 1980-1981 гг., 800 точек в 1983-1984 гг. при
500-900 км сейсмопрофилей).

Скорость в ЗМС, в подстилающем. слое и мощность ЗМС
определялись по встречным годографам вручную. В промежутках
между зондированиями, а также в те сезоны, когда этот отряд
не работал, примерная мощность ЗМС определялась по нивели-
ровочным разрезам и орогидрографии местности. При этом
скорость в ЗМС бралась равной 500 м/с, в подстилающем
слое - 1600 м/с.

В 1984-1985 гг., когда работы ВСК проводились в зоне
развития многолетнемерзлых пород, специальных работ по
изучению ВЧР не проводилось. Анализ априорных статических
поправок по взрывным сейсмопартиям в этом районе показал,
что они с достаточной степенью точности описываются формулой
Д/ = А/1600, где А - альтитуда пункта приема. По этой фор-
муле априорные статические поправки рассчитывались также и в
случае работы ВСК в пойменных районах, где ЗМС практически
отсутствует.

В дальнейшем (и до настоящего времени) работы по изучению
ЗМС не проводились. Априорные статистические поправки опре-
делаются по материалам взрывной сейсморазведки МОВ путем
расчета уравнений регрессии Д/ = /(Л). На пересечениях
профилей вибро- и взрывных сейсмопартий стараются брать
априорные статические поправки.

Вообще точность вибросейсмических работ оставляет желать
лучшего по сравнению с точностью взрывных работ (см. ниже).

За время работы ВСК в ГГП ”Хантымансийскгеофизика” на-
коплен большой опыт применения невзрывных источников. На
основании этого опыта можно сделать вывод о том, что ВСК
следует использовать в тех же районах и для решения тех же
задач, что и "взрывные” сейсмопартии. Наиболее удачные
результаты, с лучшим качеством материалов получены при этом
в районах с сильнопересеченной залесенной местностью и на
пойменных участках. Применение ВСК в сильнозаболоченных
районах нежелательно из-за проблем с качеством первичных
материалов, а в районах развития многолетнемерзлых пород -
из-за проблем недоучета влияния ВЧР при обработке и интер-
претации материала. Фрагменты временных разрезов, полученных
со взрывными и вибраторами, приведены на рис. 144.

За время работы ВСК в результате их применения выявлены и
подготовлены под поисковое и разведочное бурение несколько
десятков объектов структурного и неструктурного типов.

Так, открыты месторождения Рогожниковское, группа Тянов-
ских, Сугмутская зона месторождений, Тянское (совместно со
взрывной сейсморазведкой), южная часть Приобской зоны
месторождений.

Глубина освещения разреза - весь осадочный чехол, а также
промежуточный комплекс.

Точность структурных построений по материалам ” невзрыв-
ной” сейсморазведки при сопоставлении с бурением по работам
1980-1987 гг. составляет ±27 м (для горизонта Б - верхняя
юра), по материалам "взрывной” сейсморазведки ±20 м (для
того же интервала разреза). В последние годы точность
структурных построений значительно выросла (в 1,5-2,5 раза)
благодаря применению новых методик картопостроения, учиты-
вающих неоднородности в ВЧР.

Увязку данных вибрационной и взрывной сейсморазведки
можно разделить на два этапа: увязка априорных статических
поправок (а впоследствии и То) и увязка волновой картины.

Об увязке априорных статических поправок было сказано
выше. Следует добавить, что одинаковые статические поправки
в точках пересечения взрывных и невзрывных профилей - еще не
гарантия совпадения То на окончательных временных разрезах,
так как при обработке материалов ВСК выполняется большой
объем ручной коррекции статических поправок, что иногда
значительно уменьшает То. При увязке То на уровне карт
изохрон предпочтение отдается значениям "взрывных” сейсмо-
партий. Наблюдаемые различия волновых картин на разрезах
вибрационной и взрывной сейсморазведки объясняются ограни-
а

5

Рис. 144. Сопоставление временных разрезов, полученных со взрывным (а) и вибрационными (5) источниками

6Е
ченным спектром частот управляющего сигнала. Особенно велики
были различия при работах с сигналом 10-48 Гц в первые годы
применения ВСК. В настоящее время эти различия становятся
незначительными благодаря применению более широкого лога-
рифмического сигнала (15-90 Гц), а также специальных
программ обработки на ЭВМ (фазочастотная коррекция, декон-
волюция, когерентная фильтрация).

8.9.2.	РАЙОНЫ ЯМАЛО-НЕНЕЦКОГО
АВТОНОМНОГО ОКРУГА

Сейсморазведочные работы МОГТ с применением вибросейс-
мических источников возбуждения в Ямало-Ненецком автономном
округе Тюменской области проводятся с 1978 г. Исследованная
территория, включающая такие крупные месторождения угле-
водородов, как Медвежье, Песцовое, Уренгойское, Южно-Русское
и другие, расположена в тундровых и лесотундровых зонах с
развитой гидрографической сетью и характеризуется сложными
поверхностными сейсмогеологическими условиями. Верхняя часть
разреза (ВЧР) представлена толщей многолетнемерзлых пород
мощностью до 200-400 м и с зонами растепления размерами от
десятков метров до нескольких километров. В поймах крупных
рек (Пур, Надым) растепленные зоны сквозные и многолетне-
мерзлые породы отсутствуют; вблизи более мелких рек, ручьев,
озер, болот они имеют мощность в десятки и сотни метров.
Скорости прямых волн на тундровых участках, где преимущест-
венно распространены многолетнемерзлые породы, достигают
2800-3500 м/с, а в зонах растепления - 1600-1800 м/с. Такие
вариации мощностей и скоростей вызывают искажения годо-
графов отраженных волн до 20-40-60 мс и появление волн-помех
различных типов (дифрагированные, боковые, возвратные и др).
В зонах растепления часто встречаются "плывуны”, мощностью
до нескольких десятков метров. Отложения осадочного чехла
мощностью до 4,0-4,5 км подразделяются на следующие комп-
лексы (снизу вверх): триасовый, юрский, нижне- и верхнеме-
ловой, представленные в основном терригенными породами с
прослоями углей, скорости в которых меняются от 3,5-4,0 до
2,0-2,5 км/с. Внутри этих комплексов прослеживается ряд
регионально устойчивых отражающих горизонтов.

Триасовый комплекс заполняет наиболее погруженные участ-
ки, унаследованно развивавшегося мезозойско-кайнозойского
осадочного бассейна. Его внутреннее строение характеризуют
отражения группы 1.

Юрский комплекс представлен рядом субпараллельных регио-
нально выдержанных отражений (группы Т), связанных с гра-
ницами крупных ритмов осадконакопления. В верхней части
комплекса выделяется один из наиболее устойчивых и повсе-
местно прослеживаемый горизонт ”Б”, приуроченный к отложе-
464
риям конденсированного покрова так называемой баженовской
свиты.

Нижнемеловой комплекс часто подразделяется на две толщи.
Нижняя представлена серией пологих клиноформных отражающих
горизонтов, примыкающих к горизонту ”Б”, соответствующих
дчимовским слоям с доказанной нефтегазоносностью на ряде
площадей. Верхняя толща представлена в основном спокойно
залегающими отложениями, с которыми связано несколько
регионально прослеживаемых отражающих горизонтов (М).

Верхнемеловой комплекс в своей нижней части отличается
нестабильной волновой картиной, характерной для континен-
тальных отложений (сложный характер), а в верхней - спокой-
ное строение с согласнозалегающими отложениями и отражающими
горизонтами (группы Г).

Особенностью значительных территорий региона, где про-
водятся сейсморазведочные работы, являются сложные поверх-
ностные и приповерхностные условия, при которых практически
невозможно обеспечить по профилям идентичные условия воз-
буждения колебаний при использовании взрывов ВВ, так как
иногда происходит подъем зарядов в обводненных скважинах, их
неполная детонация и т.д. Трудности погружения зарядов,
отсутствие методов контроля за глубиной взрывов при предва-
рительной зарядке скважин привели к тому, что при исполь-
зовании взрывных источников возбуждения на ряде площадей не
были получены кондиционные временные разрезы по наиболее
перспективным на сегодняшний день неокомским отложениям.
Поэтому приобретенные в 1978 г. вибросейсмические комплексы
(ВСК) в силу того, что посылаемая в среду энергия более
стабильна вдоль профиля при поверхностном возбуждении, а
возбуждаемые частоты регулируемы, были использованы на выше-
указанных, наиболее сложных площадях. Кроме того, на место-
рождениях, находящихся в эксплуатации, из-за большого числа
промышленных объектов, особенно таких пожароопасных, как
газопроводы, применение взрывных источников возбуждения не-
возможно.

Вибросейсмические исследования проводятся в зимнее время
года после промерзания рек, озер и болот. Геологическими
заданиями предусматривается изучение меловых и юрских отло-
жений осадочного чехла (интервал 0,8-4,5 с), детальное рас-
членение неокомских, в том числе ачимовских, и верхнеюрских
отложений, поиск и подготовка к разведочному бурению ло-
кальных поднятий и структурно-литологических ловушек. Интер-
вал освещаемых глубин составляет от 600-900 м до 5-8 км,
или от 0,5-0,8 до 4-6 с. В работе применяются вибро-
сейсмические комплексы с сейсмостанциями МВБ-10, МВБ-16,
8М-358 и электрогидравлическими вибраторами МЕКТ2-18 и
МЕКТ2-27 с полным комплектом оборудования и сейсмических
кос. Физически устаревшие сейсмостанции заменяются отечест-
венными ”Прогресс-3”. За полевой сезон одним отрядом от-

30 Заказ №220?

465
рабатывается 650-750 км профилей по методике ОГТ 24- или 30-
кратного прослеживания. За 1991 г. в ГГП "Ямалгеофизика”
отработано с ВСК 6403 км профилей (26,0% всего объема), в
1992 г. - 6602 км (28,1%) или в физических наблюдениях
74 898 (35,5%) и 72 606 (32,3%) соответственно. В 1991 г.
стоимость 1 км взрывного профиля составила 7637 руб., а
вибросейсмического - 8456 руб. В 1992 г. эти показатели были
равны 105 136 и 107 557 руб. соответственно.

Методика полевых работ, применявшаяся в 1978-1987 гг.,
основана на результатах опытных работ, проведенных при
внедрении вибросейсмических комплексов и уточненных в про-
цессе работ, которые предусматривали изучение волновых по-
лей, выбор параметров интерференционных систем, управляющих
сигналов и системы наблюдений. Изучение волновых полей и
анализ получаемых временных разрезов показали, что на сейс-
мограммах прослеживается серия устойчивых отраженных волн,
приуроченных к физическим границам раздела в пределах
основных структурно-литологических комплексов. Типичная
волновая картина, на которой выделены основные отраженные
волны, приведена на рис. 145. Практика работ с вибро-
комплексами показала, что качество полевых материалов во
многом зависит от поверхностных условий. Традиционно полевой
материал пониженного качества приурочен к границам лесных
и тундровых участков, районам с непромерзшими озерами и
старицами, зонами перехода от мерзлых к талым породам. При
этом из-за влияния скоростных неоднородностей происходит
искривление осей синфазностей отраженных волн и повышение
уровня волн-помех. Ухудшение качества материалов отмечается
также в начале полевого сезона из-за еще неполного промер-
зания болот и озер и в конце - вследствие протаивания снего-
вого покрова в течение рабочего дня. Качество полевых
материалов снижается также в зонах развития тектонических
нарушений, над массивными газовыми залежами из-за рассеива-
ния и поглощения энергии отраженных волн. Один из примеров
зависимости качества материалов от поверхностных условий
приведен на рис. 146. По результатам опытных исследований
была выбрана методика полевых работ, основные элементы
которой характеризуются следующими данными.

Параметры системы наблюдений

Тип системы........................................... Фланговая

Длина приемной линии, м............................... 2350

Число каналов приема..................................48

Вынос пункта возбуждения, м........................... 600-800

Кратность системы наблюдения.......................... 24

Параметры приемной линии

Число сейсмоприемников в группе....................... 24
Тип соединения приборов в группе........................Параллельно-

последовательное

Расстояние между приборами,	м........................ 2

База группы приборов, м................................. 44

Расстояние между центрами групп, м...................... 50

Параметры возбуждения колебаний
Тип вибраторов.......................................... МЕКТ2-18

Число вибраторов........................................ 3.4

База группирования, м................................... 50

Длительность свипа, с................................... 10-12

Частотный диапазон свипа, Гц............................ 12-50

Направление свипа.......................................Вверх

Тип свипа..................................................Линейный

Конусность свипа........................................Линейный, 0,9 с

Число накоплений........................................ 8-15

Параметры регистрации
Сейсмостанция...........................................МП8-10

Шаг дискретизации, мс................................... 4

После/ приобретения сейсмостанций 814-385 с вибраторами
МЕКТХт27 и проведения дополнительных опытных работ был
уменьшен вынос пункта возбуждения до 100 м, расширен
частотный диапазон свипа до 52-54 Гц для МП8-10 и до
70-74 Гц для 814-358, применен логарифмический свип с
подъемом 10-15 дБ/окт. С такими или близкими параметрами
полевые работы проводятся по настоящее время.

Выбранная и опробованная методика работ обеспечила полу-
чение качественных материалов, позволяющих решать структур-
ные и неструктурные задачи в районах применения вибросейс-
мических комплексов.

Контроль за работой аппаратуры и оборудования на профиле
осуществляет оператор в соответствии с установленной норма-
тивно-технической документацией. Ведется также метрологиче-
ский контроль основных параметров аппаратуры и оборудования.
Первичная оценка полевых материалов проводится оператором, а
приемка - инженерами-геофизиками полевых экспедиций. Окон-
чательная приемка материалов производится по завершении
сезона комиссией, назначаемой ГГП "Ямалгеофизика” из гео-
физиков полевой и камеральной экспедиций. К приемке пред-
ставляются первичные данные, повальные выводы сейсмограмм,
а также предварительные временные разрезы.

Обработку полевых материалов проводят на вычислительных
центрах ГГП "Ямалгеофизика” и Главтюменьгеологии. Обычно
обработку возглавляет ответственный исполнитель отчета -
старший геофизик, технологическое сопровождение осуществляет
специалист ВЦ. Весь процесс обработки условно можно раз-
делить на следующие этапы:

1-й этап - препроцессинг, включающий в себя ввод и де-
мультиплексацию полевых данных (ЦЕМ11Х8), формирование базо-
вой ленты и ввод данных о геометрии профиля (ОЕОМ), редакция
30*	467
О

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

л?,км

1

 . - . м/с



2

3

4

5

о

Рис. 145. Типичная волновая картина

Волнам-
'2500м/с

Волна В

-Волна5 '
2360м/с

Волна Т
3500м/с

Волна!
а

в

Рис. 146. Зависимость качества полевых материалов от поверхностных условий:
а - тундра; б - переходная зона; в - лес
Рис. 147. Обобщенные спектральные
характеристики отраженных волн при
взрывном (7) и вибрационном (2)
возбуждениях

данных. При использовании сейсмостанций МП8-10 и ” Про-
гресс-3” дополнительно вводится процедура корреляции вибро-
грамм (У1СОК);

2-й этап - получение временных разрезов; выполняется по
стандартному графу, в который включены следующие процедуры:
деконволюция (Е)ЕС$Е2, 2ЕОЕК, ВЕСАМ);

предварительное суммирование по ОГТ;

ручная коррекция статических поправок по ОТВ, ОТП;

коррекция кинематических поправок (КШУС);

автоматическая коррекция статических и кинематических
поправок (РАК8М);

фазочастотная коррекция (СОКУ1М);

миграция (М16ХТ);

частотная фильтрация (Р1ЕТК); используется или полосовая
для повышения соотношения сигнал/помеха, или треугольная
(12, 48, 48, 70) для расширения спектра и повышения раз-
решенности записи;

когерентная фильтрация (АМСОВ);

3-й этап - получение временных разрезов с восстановленным
соотношением амплитуд (ВСА);

4-й этап - скоростной анализ, проводится по программе
АЕГГОМ-МАТЕМН;

5-й этап - изучение динамических характеристик разреза
при помощи ПАК-преобразований (УЕЬОО) и временных разрезов с
ВСА, выведенных способом ТКРОМ, а также интегрального (НС1)
и дифференциального (1УАУСА) амплитудно-частотного анализа.

Для приведения временных разрезов к уровню моря и учета
рельефа профиля вводится априорная статика; средняя
скорость, применяемая в расчетах, берется постоянной (2000-
470
5

! 2100 м/с). Из-за сильных искажений осей годографов за счет
скоростных неоднородностей ВЧР (до 20-60 мс), количественный
учет которых в настоящее время затруднен, программы авто-
, мятической коррекции остаточных статических поправок не
: работают, поэтому необходимо применение ручной коррекции,
требующей больших затрат труда и времени геофизика. Коррек-

; ция выполняется по разрезам ОТВ и ОТП. В наиболее сложных
/ случаях используется коррекция по ансамблям сейсмограмм.

Принципиальные различия в графе обработки между вибро-
сейсмическими и взрывными материалами заключаются в при-
менении процедуры корреляции и различных видов деконволюции
г и фильтрации.

з На первых этапах работ с ВСК значительное внимание уде-
лялось сопоставлению результатов вибрационной и взрывной

' сейсморазведки. Сравнивались наблюдаемые волновые поля,
/ спектральные характеристики волн, сейсмограммы и временные
‘ разрезы. Анализ материалов показал, что волновые картины при
; вибрационном и взрывном возбуждении по полезным волнам
практически идентичны. Выделяются и прослеживаются одни и те
же отраженные волны, времена которых различаются в силу
спецификации различных способов возбуждения колебаний и
использования корреляции вибрационных данных. Спектральные
характеристики отраженных волн в общем подобны (рис. 147).
Амплитуды частотных составляющих волн выше при взрывном
возбуждении, чем при вибрационном, а максимумы вибрационного
импульса несколько сдвинуты в сторону высоких частот по
сравнению со взрывами. Эта разница может быть значительнее
при использовании нелинейных управляющих сигналов с большим
подъемом высоких частот.

Сопоставление временных разрезов при различных способах
возбуждения также показывает их высокую степень сходства
(рис. 148), что и предопределило широкое применение ВСК в
регионе. Выделяемые на временных разрезах отражающие гори-
зонты, как правило, хорошо сопоставляются с данными сейсмо-
каротажных и скважинных исследований и с литолого-страти-
графическими границами раздела в толще осадочных пород. Один
из примеров такой привязки показан на рис. 149.

На ряде площадей, где проводились работы со взрывными и
вибрационными источниками колебаний, была выполнена увяз-
ка полученных материалов, необходимая для составления единых
структурных карт и схем. В большинстве случаев после введе-
ния соответствующих поправок удавалось построить единые
карты и схемы. Однако аномалии ВЧР, искажающие оси синфаз-
ностей и динамические характеристики отраженных волн,
являются основным фактором, затрудняющим опознавание волн.
Следует отметить, что многие результирующие карты являются
сводными и включают в себя профили, отработанные как
взрывами, так и комплексами "Вибросейс”. Хорошее качество
получаемых материалов позволяет по многим площадям проводить
Рис. 148. Фрагменты временного разреза, полученные при вибрационном (а) и взрывном (6) способах
возбуждения колебаний
Рис. 149. Пример сопоставления отражающих горизонтов с данными акусти-
ческого каротажа и их привязка к геологическому разрезу:
а - фрагменты временного разреза; б - кривая акустического каротажа; в -
модельная трасса; Б, Нд, Нз, МиГ- основные отражающие горизонты

динамическую обработку данных. Она предусматривает опре-
деление амплитудных, энергетических и частотных особенностей
волн, псевдоакустические преобразования и др. На рис. 150
приведен пример такой обработки по Ханчейской локальной
площади. Сравнение сейсмических и буровых данных показало,
что выделенные по профилям амплитудные и частотные аномалии
неплохо сопоставляются с контуром газовой залежи и притоками
газа по скважинам.

Полученные в целом данные по регионам, где применяются
виброкомплексы, показали их достаточно высокую геологическую
эффективность. Детальность и точность структурных построений
при использовании вибросейсмических и взрывных источников
близки и составляют 45-20 м по верхнему отражающему гори-
зонту (Г) и 30-40 м по нижнему (Б).

Материалы вибросейсмических работ в комплексе с данными
разведочного бурения позволяют выделять структурно-литоло-
гические ловушки в шельфовой части неокома, в ачиновской
толще, в верхнеюрских отложениях, а в ряде случаев и ниже.
Глубинность исследований с применением трех-четырех вибрато-
ров и 12-16 воздействий на одно физическое наблюдение доста-
н3

Нц
««

Б

Рис. 150. Пример динамической обработки данных по Хангейской локальной площади и сопоставления с
результатами бурения:

1 - граница аномалий типа "яркое пятно”; 2 - контур газоводяного контакта; 3 - контур аномалии
амплитуд отраженных волн; 4 - аномалии средневзвешенной частоты; 5, 6, 7 - скважины с притоками
газоконденсата, газоконденсата с водой и водой; Б, Н - отражающие горизонты
'«точна для освещения всего осадочного чехла. Вибросеисмиче-
ские комплексы применялись на разведочном и детализационном
Этапах работ. По полученным с ними материалам были выявлены
и подготовлены к бурению структурные (Геологическое и Вос-
точно-Медвежье месторождения) и структурно-литологические
ловушки (Восточно-Уренгойская, Непонятная и другие группы
ловушек).

8.10.	РАЙОНЫ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ1

8.10.1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ, ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА РАБОТ

Сейсморазведочные работы ОГТ с применением вибраторов
СВ-5-150 проводятся в различных районах Иркутского амфи-
театра от платформенных территорий до краевых прогибов. Они
характеризуются мощной сложнопостроенной галогенно-карбонат-
ной и подчиненной по мощности терригенной толщами пород
венд-кембрийского возраста. В разрезе часто присутствуют
трапповые интрузии, широко распространены туфогенные обра-
зования/

Отмечается несколько структурно-тектонических этажей, в
большинстве случаев наблюдается резкое несоответствие струк-
турных планов надсолевых и подсолевых горизонтов, широко
развиты разрывные нарушения. Разрез высокоскоростной (4,5-
5,5 м/с). Обобщенную сейсмогеологическую модель можно пред-
ставить следующим образом:

ЗМС - рыхлые четвертичные отложения, а также разрушенные
породы юрского, ордовикского, верхнекембрийского и нижне-
кембрийского возрастов. Мощность до 40 м, скорость 400-
1500 м/с.	й

ЗПС (зона пониженных скоростей) представлена породами
надсолевой толщи мощностью 700-1000 м со средними скоростями
2000-3500 м/с.

Далее идет зона стабилизации скоростей со значениями у,
равными 4600-5200 м/с.

Резкая изменчивость и сложность сейсмогеологических осо-
бенностей региона по вертикали и латерали обуславливают
неустойчивость волновой картины в интервале записи целевых
отражений и затрудняют их корреляцию. Это обстоятельство
требует непрерывного совершенствования методики полевых и
сейсморазведочных работ, приемов обработки и интерпретации
материалов.

Полевые работы проводятся как в летний период вдоль от-
сыпных и грунтовых дорог, так и зимой по заранее подготов-
ленным профилям. Как правило, качество получаемого материала

'Сейсмические работы выполняются ГГП "Иркутскгеофизика”
в зимний период выше, что объясняется промерзанием грунта,
более однородными условиями возбуждения и приема колебаний.

Перед работами ставятся задачи изучения глубинного строе-
ния по отражающим горизонтам в толще нижнекембрийских и
венд-рифейских отложений, выделения поднятий, зон выклини-
вания, возможных поднадвиговых структур, перспективных на
нефть и газ. Глубина исследования изменяется от 2500-3000 м
в платформенных условиях до 5000 м и более в условиях про-
гибов с временами регистрации отраженных волн, соответст-
венно, от 1,5 до 3 с. Расчетная точность выполняемых работ
±(50-100) м. Работы носят как региональный, так и поисковый
характер.

В настоящее время используются серийные невзрывные вибра-
ционные источники СВ-5-150 и СВ-5-150 М2 (с 1993 г.). Реги-
страция осуществляется сейсмостанциямй ” Прогресс-3”, обо-
рудованными порядковыми корреляторами и видеоконтрольными
устройствами для просмотра сейсмических материалов.

При производстве работ с вибраторами СВ-5-150 использует-
ся несерийная аппаратура, обеспечивающая передачу по радио-
каналу сигнала с любого вибратора для выборочного контроля в
процессе работ. При работе с вибраторами СВ-5-150 2М пра-
вильность их работы проверяется по совпадению контрольной
суммы, высвечивающейся на блоках управления.

Объемы выполненных в 1990-1992 гг. работ характеризуются
следующими показателями (табл. 17).

Из приведенных данных следует, что относительные объемы
вибрационной сейсморазведки достаточно стабильны при значи-
тельном увеличении протяженности профилей, отрабатываемых по
методике 24-кратного перекрытия.

На большинстве площадей исследуемой территории положение
залежей нефти и газа контролируется не структурными формами
ловушки, а- литологическим составом пород, коллекторские
свойства которых очень изменчивы. Для их выделения необхо-
димо получить материал высокого разрешения, по которому было
бы возможным выделение продуктивных пластов мощностью
12-15 м.

Эту задачу решают, применяя взрывную сейсморазведку. В
случае применения источников СВ-5-150 регистрируется пре-
имущественно низкочастотная запись, которая не может быть
использована для выделения маломощных продуктивных пластов.

Источниками СВ-5-150, СВ-5-150 М2 оснащена одна из трех
экспедиций ГГП ”Иркутскгеофизика”, проводящих сейсмораз-
ведочные работы, которая базируется в г. Братске, индуст-
риальный уровень которого позволил наиболее безболезненно
освоить и обеспечить в дальнейшем стабильную работу не^
взрывных источников. Наличие в этом районе развитой дорожной
сети различного класса позволило использовать их для про-
ведения летних работ на региональной стадии. Кроме того, при
сейсморазведочных работах в густонаселенных местностях с
476
Таблица 17

Объем работ	Единица измере- ния	1990 г.		1991 г.	
		Объем	% ко всему объему	Объем	% ко всему объему
Всего	км	1552	19,2	1334	19,6
В том числе:	ф.н.	28776	17,8	26631	16,0
12-кр.	км	365,7	22,3	-	-
	ф.н.	3597	18,6	-	-
24-кр.	км	1098,7	20,6	1266,2	25,1
	ф.н.	21710	18,4	24079	19,6
48-кр.	км	87,6	35,9	67,5	18,5
	ф.н.	3465	36,2	2552	17,7

Продолжение табл. 17

Объем работ /	Единица измере- ния	1992 г.		1990-1992 г.	
		Объем	% ко всему объему	Объем	% ко всему объему
Всего	км	819	18,8	3705	19,3
В том числе:	ф.н.	16462	14,6	71869	16,3
12-кр.	км	-	-	365,7	13,4
	ф.н.		-	3597	9,4
24-кр.	км	788	23,0	3152,9	22,8
	ф.н.	15269	17,0	61058	18,5
48-кр.	км	31	36,0	186,1	26,8
	ф.н.	1193	28,5	7210	25,6

высоким уровнем промышленных помех проведение буровзрывных
работ часто невозможно или сопряжено с большими трудностями.

Сравнение эффективности работ со взрывными и невзрывными
источниками проводится регулярно. Результаты этих работ ча-
ще свидетельствуют о том, что качество полевого материала
равноценно. Имеются примеры получения материала более высо-
кого качества при использовании виброисточников в неблаго-
приятных сейсмогеологических условиях (на отложениях туфо-
генной формации и траппах).

Теоретические (модельные) исследования не выполнялись.

В первые годы внедрения виброисточников в производство на
ряде площадей проведены опытные работы по выбору методики
полевых работ в условиях Иркутского амфитеатра. Оптимальной
была признана следующая методика: группа из четырех вибра-
торов с накоплением восьми воздействий, частотный диапазон
Свип-сигнала 12-62 Гц, с длительностью развертки 10 с.
В настоящее время эти параметры используются как стандарт-
ные.
В последние годы неоднократно выполнялись профильные
наблюдения по многократным системам МОГТ с целью сравнения
эффективности работ с применением невзрывных и взрывных
источников (взрывы в мелких скважинах). В условиях развития
на земной поверхности пород с невысокой плотностью практи-
чески удается реализовать интерпретацию только в условиях
толстослоистой модели при обоих способах воздействия. Каче-
ство материала практически равноценно, хотя имеются случаи
некоторого преимущества как первого, так и второго способа.

Производственные работы выполняются преимущественно по
фланговой, встречно-фланговой системам 24-кратного ОГТ
с шагом между пунктами возбуждения 50-100 м, выносом
200-250 м, максимальным удалением 2600 м, количеством
вибраторов до пяти, 6-8 накоплениями, длительностью сигнала
10 с, частотным диапазоном 12-62 Гц, длиной записи 13 с и
шагом дискретизации 4 мс. Применяется линейное группирование
11 приборов на базе 50 м, шаг между каналами 50 м. Груп-
пирование вибраторов осуществляется на небольших базах
(около 20-40 м), так как увеличение их размера до величин,
обеспечивающих заметное подавление средне- и высокоскорост-
ных помех в наших условиях изменчивой ЗМС и рельефа приводит
к дополнительному подавлению и так слабо интенсивных высоких
частот.

Применение нелинейных управляющих сигналов стало возмож-
ным после запуска в производство вибраторов СВ-5-150 2М и в
настоящее время материалы этих опытных наблюдений находятся
в стадии обработки.

Организация работ на профиле осуществляется постоянно
оператором сейсмостанции и периодически механиком по вибра-
ционным установкам.

Оперативная оценка качества материала осуществляется на
базе экспедиции. Ранее в партии контроль за качеством мате-
риала и за выполнением проектной методики работ выполнялся
старшим геофизиком. В настоящее время в полевом отряде
старших геофизиков нет и все зависит от квалификации и опыт-
ности оператора.

8.10.2.	ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Применяемая для наших условий методика интерпретации и
структурных построений базируется на основе пересчета эф-
фективных скоростей Уогт в интервальные и пластовые скорости
от уровня, приближенного к дневной поверхности, и мало кри-
тична к точности расчета исходных статических поправок.
Поэтому статические поправки рассчитываются от уровня днев-
ной поверхности до линии приведения, как правило, V =
= сопз! = 2000 м/с. Иногда для учета неоднородной части
разреза производится обработка первых вступлений преломлен-
ных волн.

Ввод и препроцессорная обработка выполняются на ЭВМ ПС-
2000 с применением процедур демультиплексации и восстанов-
ления полевого усиления.

Основной граф обработки сейсморазведочных материалов осу-
ществляется с использованием различных систем на ЭВМ ПС-
2000 (СОС-ПС), ЕС-1066 (8ОИКСЕ 170), ВК Сайбер (808,
5ОНКСЕ-170). На этапе сортировки трасс по ОГТ выполняется
веерная фильтрация с целью ослабления помех в заданном диа-
пазоне кажущихся скоростей, нуль-фазовая деконволюция макси-
мального сжатия с полосовой корректирующей фильтрацией в
диапазоне частот от 6,12 до 62, 80 Гц, коррекция восстанов-
ления амплитуд за эффект поглощения. На этапе получения
предварительного суммарного временного разреза производится
введение априорных статических и кинематических поправок.
Кроме суммарного разреза, выводится однократный разрез с
максимальным удалением приборов от пунктов возбуждения для
оценки априорной ^скоростной характеристики и уточнения
мьютинга. Следующий этап обработки включает две-три проце-
дуры коррекции статики и кинематики с использованием про-
грамм вычисления вертикальных спектров, сканирования с
постоянными скоростями. Каждая итерация завершается выводом
временного разреза для анализа и оценки качества обработки.

Затем осуществляется автоматическая коррекция статических
поправок 110 программе 8 АТ АМ. На этом этапе при сложном
материале применяется фазооптимизированное вычисление сдвига
по ОГТ с помощью программы 8ТАТСОК.

Заключительной процедурой стандартного графа обработки
является многоканальная когерентная фильтрация суммарного
временного разреза.

Кроме стандартного графа обработки на некоторых профилях
учитывается сейсмический снос с помощью программы А^ЕМЮ, а
также вычисляются динамические параметры (мгновенные фазы,
амплитуды).

Методика полевых работ и обработки материалов обеспечи-
вает получение временных и глубинных разрезов достаточно
высокого качества. На рис. 151, 152 приведены фрагменты
временных разрезов, иллюстрирующих характер и качество по-
лучаемых материалов. Из них видно, что в разрезе выделяется
целая серия практически горизонтальных отражающих горизонтов
в интервале времен от ~ 0,4 до 2,0 с и более. Несмотря на
кажущуюся простоту разрезов на них можно выделить зоны не-
согласия, прекращения прослеживания горизонтов, а также
участки с довольно значительными углами наклона осей син-
фазности. На временах, больших 1,3-1,4 с, характер волновой
картины меняется, и на разрезах прослеживаются весьма интен-
сивные низкочастотные параллельные друг другу оси синфаз-
ностей. Изменение частотного состава волн находит отражение
а.

Рис. 151. Характер материалов по одному из профилей:

а - временной разрез; б - амплитудные спектры волн; И4, У, А, Б,

индексы основных отраженных волн
Рис. 152. Фрагменты временных разрезов по профилям с различными поверх-
ностными условиями и соответствующие амплитудные спектры, определенные во
временно»: окне 0.3-1.8 с:

о - профиль проходит по юрским отложениям; б - по четвертичным отложениям
в долине реки; Н4, У, А, ... - индексы основных отражающих горизонтов

31 Заказ №2202
в их спектрах. С увеличением времени они становятся более
узкополосными и низкочастотными (см. рис. 152).

В последнее время практикуется применение гомоморфной
деконволюции, которая позволяет привести отраженные импульсы
к импульсам желаемой (более простой) формы и повысить раз-
решенность сейсмической записи. Кроме этого применяется
процедура предсказывающей деконволюции, ослабляющая фон
кратных волн в условиях высокоскоростного разреза и отсут-
ствия значимой разницы в кинематических параметрах одно-
кратных и кратных волн.

В поле производится только оценка качества полученных
записей. Обработку, включая получение коррелограмм, выпол-
няют в г. Иркутске в составе Опытно-методической экспедиции.
Преимущественно здесь же составляется отчет.

Полевая камеральная группа представляет паспортную ин-
формацию магнитных лент, профилей. Паспортная информация
профиля содержит сведения о геометрии расстановки для каж-
дого физнаблюдения, альтитуды точек.

8.10.3.	РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТ

Применение вибрационных установок вполне оправдано и су-
ществует тенденция к увеличению объемов их использования при
улучшении их характеристик и прежде всего частотного диа-
пазона возбуждения, усиления их мощности. Подготовленных к
бурению объектов по работам с виброисточниками нет. Выявле-
ны: в 1990 г. Тагнинская структура площадью 510 км2, ампли-
тудой 130 м с вероятностью Р = 0,73, в 1992 г. Ангаульская
структура площадью 380 км2, амплитудой 300 м, с вероятностью
Р = 0,51.

Погрешность построений - от 50 м при поисковых исследо-
ваниях и до 100 м на региональных работах. Абсолютная глу-
бина выявленных объектов составляет 3-4 тыс.м. Фрагменты
временных разрезов, полученных при поисковых работах, при-
ведены на рис. 136. По региональным работам установлены
общие черты строения изучаемых территорий и прослежены
основные стратиграфические комплексы. В качестве примера на
рис. 153 приведен участок временного разреза, по которому
четко устанавливается погружение горизонтов от Ангаульского
выступа в сторону Присаянского горного обрамления.

Увязка материалов невзрывной и взрывной сейсморазведки
затруднений не вызывает. Построения бурением не проверялись.

С применением невзрывных источников СВ-5-150 для ”3има-
химпрома” выполнялись сейсморазведочные работы инженерно-
геологического и геоэкологического характера, обеспечивающие
необходимые условия сохранения окружающей среды. Составной
частью этих работ является использование сейсмической
характеристики среды для определения положения различных зон
482
Рис. 153. Региональный профиль от Ангаульского выступа в сторону Присаянского горного обрамления
нарушений, подземных полостей, выяснения геологических ус-
ловий подземных хранилищ, создаваемых путем вымывания в
отложениях солей полых камер, обеспеченных высокой степенью
изоляции.

Непосредственно на территории одного химкомбината изу-
чалась тектоническая обстановка в окрестностях этиленохра-
нилищ, расположенных в соленосных пластах усольской свиты на
глубине 1300 м; проводились поиски разрушенных зон в толще
интервала ангаробельской свиты и определялось качество по-
крышки, создаваемой терригенными отложениями верхоленской
свиты для определения места строительства полигона захоро-
нения промстоков.

Применялась 12-24-кратная система наблюдений с расстоя-
нием между ПВ 25 и 50 м, расстояние между каналами 25 м.
Максимальное удаление каналов от ПВ составляло 1375 м,
минимальное - 200 м. Система наблюдений - фланговая. Груп-
пирование СП - 11 на базе 25 м, группирование источников - 5
на базе 40 м. Параметры возбуждения колебаний: длина раз-
вертки - 10 с, частотный диапазон 12-62 Гц, число накопле-
ний - 8, шаг дискретизации - 4 мс, длина записи - 12 с.

Обработка выполнялась с использованием априорной статики,
рассчитанной со скоростью 2000 м/с от абсолютного уровня
+500 м при плановом изменении альтитуд по профилям в пре-
делах 470-500 м. Применялся стандартный граф обработки,
принятый на предприятии для нефтегазопоисковых работ.

В результате обработки получены следующие материалы, по-
ложенные в основу интерпретации:

временные разрезы ОГТ;

временные разрезы ОГТ, преобразованные в глубинные;

временные разрезы мгновенной амплитуды.

В процессе интерпретации по разрезам ОГТ на основе ана-
лиза волновой картины выделены тектонические нарушения,
тектонически ослабленные зоны и т.д. Тектонические нарушения
характеризуются потерей корреляции или изменением энергии
опорных отражений, а также участками рассеивания сейсмиче-
ской радиации с высоким уровнем помех на сейсмической за-
писи. Зоны и участки, выделяемые в качестве нарушений,
далеко не всегда имеют нарушения крыльев и иногда интер-
претировались как трещины или зоны разуплотнения.

На временных разрезах мгновенных амплитуд проведена
цветная дифференциация амплитуд по уровням. Соответствующий
уровень амплитуд вынесен на карты по отражающим горизон-
там Н1 (кровля ангарской свиты), К2 (кровля бельской свиты),
У (кровля усольской свиты), А (осинский пласт доломитов в
усольской свите). Получен различный диапазон амплитуд по
каждому из этих горизонтов. Предполагалось, что увеличение
амплитуды характеризует участки с более высокой отражающей
способностью, связанной с повышением плотности пород в слое,
что может быть связано как с литологическим составом, так и
*с трещиноватостью пород. В целом, относительно низкий уро-
вень амплитуд в одном слое по сравнению с другим связывается
',с уменьшением его плотности.

Как уже отмечалось, мы не можем решать задачи по про-
слеживанию маломощных перспективных горизонтов из-за низкого
частотного диапазона применяемых выбраторов при работе в
платформенных условиях. Очень часто, особенно при работе на
глубинах 3-5 тыс.м, отмечается очень слабая энергия отражен-
ных волн из-за недостаточной мощности единичных установок.
Поэтому перспективы развития невзрывной сейсморазведки свя-
заны с расширением полосы частоты возбуждаемых колебаний и
повышением силовых характеристик вибраторов. Также пред-
ставляют интерес погружные невзрывные источники до глубин
15-20 м с энергией единичного воздействия, эквивалентной
взрыву 100 г тротила. Имеющийся у нас небольшой опыт работ
показывает, что погружение невзрывного источника на глубину
1,5 м позволяет получить материалы, аналогичные записям
взрывной сейсморазведки.

8.11.	РЕЗУЛЬТАТЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОДОИМПУЛЬСНЫХ
ИСТОЧНИКОВ1

8.11.1.	Общие сведения и задачи работ

Опытно-методические и производственные сейсморазведочные
работы с кодоимпульсными источниками ИКИ-10/40 проведены в
Ленинградской, Вологодской, Костромской, Нижегородской,
Ульяновской и Пензенской областях России. Сравнительные
испытания ИКИ-10/40 с другими типами и модификациями назем-
ных невзрывных источников проводились в Полтавской области
Украины.

В геологическом отношении районы применения ИКИ охваты-
вают Московскую синеклизу от ее северо-западного до юго-
восточного бортов, Токмовский свод Волжске-Камской антекли-
зы. Сравнительные испытания проводились в пределах Днепров-
ско-Донецкой впадины.

Работы с ИКИ выполняются круглогодично, отак как источник
может работать в диапазоне температур от -40 С до +40 С.

Условия эксплуатации ИКИ были самыми разнообразными:
местность со спокойным и резкопересеченным рельефом, лесная
и степная. Профили прокладывались по шоссе с бетонным и
асфальтовым покрытиями, по грунтовым дорогам, по скошенным
и вспаханным полям, а также в поймах рек, по лугам и торфя-
никам.

В задачу работ входило:

‘Работы с кодоимпульсными источниками выполняются Костромской гео-
физической экспедицией.
Таблица 18

Способ воз- буждения упругих колебаний	Типы и модификации источников возбуждения	Применяемые методы сейсмо- разведки		Тип регистрирую- щей аппаратуры	Объем работ МОГТ за 3 года (1990-1993 гг.)		Коли- чество поле- вых партий	Производи- тельность наблюдений партии, ф.н, 1 км на 1 отр.мес.	Стоимость 1 ф.н. руб.
					Ф.н.  КМ	%/%			1 км МОГТ, руб.
Невзрывной	Электродинамический импульсно-кодовый источник ИКИ-10/40	МОГТ,	МПВ	”Прогресс-3” ” Прогресс-2”	30350  1214	_17_ 15	1	1012 40	59 1480
	Газодинамический генератор сейсмических колебаний ГСК-6М	МОГТ, мск	МПВ, "Прогресс-2” ”Прогресс-96”		134473  5828	74  72	3	1494 65	51 1171
Взрывной	-	МОГТ,	МСТ	"Прогресс-1”  "Прогресс-96”	17500  1048	9  13	1	583  35	42  693
изучение геологического строения территории;

поиск и детализация локальных структур, перспективных на
| нефть и газ в каменноугольных и девонских отложениях. Целе-
| вые горизонты: верейский горизонт московского яруса среднего
карбона С2гг, яснополянский надгоризонт визейского яруса
| нижнего карбона С^р, фаменский ярус верхнего девона

саргаевский горизонт франского яруса верхнего девона В^г-
• Глубины залегания целевых горизонтов в зависимости от района
' работ изменяются от 1 до 2 км. Исходя из размеров пред-
Г лагаемых структур, ошибка определения времен не должна быть
;; больше ±5 мес.

{ В Костромской геофизической экспедиции, наряду с кодо-
импульсными источниками, применяются газодинамические излу-

; чатели ГСК-6М и взрывные способы возбуждения волн. Для со-
I. поставления стоимости и производительности работ в табл. 18
' приведены эти сведения за 1990-1993 гг.

По результатам работ с ИКИ-10/40 было освещено поведение
целевых отражающих горизонтов по пройденным профилям и выдан
ряд перспективных о&ьектов*, в частности, в правобережной
части Ульяновского Поволжья выявлена неструктурная ловушка,
представляющая собой речную палеодолину (палеоврез) до-
верейского возраста.

Специальных исследований по планированию работ и выбору
объектов /для каждого вида источника не проводится. Приме-
няемые /источники ГСК и ИКИ используются для решения в
основном структурных задач. Задачи по прогнозированию гео-
логического разреза выполняются с помощью взрывной сейсмо-
разведки.

8.11.	2. Методика работ

Особенности кодоимпульсных источников потребовали вы-
полнения ряда специальных опытных работ, которые включали:
выбор параметров кода излучаемого сигнала: начальной и
конечной частот следования импульсов и длительности посылки,
выбор опорного сигнала, используемого для корреляции
кодограмм1 (прямоугольный, меандр, дельта-функция, последо-
вательность импульсов прямой волны),
выбор режима работ источников: импульсный (аналогичен
ГСК) или кодоимпульсный.

В основном использовались коды с линейным изменением час-
тоты следования импульсов. Другие коды и, в частности, до-
полнительные последовательности опробовались в опытном
порядке и реализовывались синтетическим путем при обработке.

'Под кодограммой понимается полевая запись сигналов с расстановки
сейсмоприемников до их корреляции (аналог виброграммы).

Рис. 154. Характер записей (А), увеличение
амплитуд вали в зависимости от длительности
посылок (Б) и изменения частоты колебаний (В)
при импульсном кодоимпульсном возбуждениях:
1 - импульсный режим, 2, 2* , 2" - кодоимпульс-
ный режим при длительности посылок соответст-
венно 3 с, 5400 импульсов; б с, 10800 импуль-
сов; 12 с, 20000 импульсов; То - времена от-
раженных волн
-0,730с.	То=1,015с	То- 1,320с То = 1,820с Т0Ч,Э65с Го=2,180с
6

П = 8

П= 16

Рис. 155. Характер записей при импульсном (и) и кодоимпульсном (6)
возбуждении с параметрами /н - /к = 5’35 Гц, Т = 6 с, при числе
накоплений п = 4, 8 и 16
Таблица 19

Район работ	Глубина залегания целевых горизон- тов, км	Мощ- ность зоны малых скорос- тей, м	Крат- ность сумми' рова- ния ОГТ	Коли- чест- во ис- точни- ков	База груп- пиро- вания источ- ников^ м	Количество накоплений на 1 ф.н.		Параметры кода		Режим работы	Вид опорного сигнала Для корреля- ции
						импульсный источник	кодоим- пульсный источник	/и. Гц /к, Гц	Т, с		

Московская синеклиза	1-2,2	5-30	24	6	40	16-24	-	-	-	Импульс- ный	-
Волжске- Камская антеклиза  Днепровско-До- нецкая впадина	0,9-2,0  5	10-200  5-20	24, 48  48	6-8  6-8	40  60	16-40	8-16  16-24	10-35 5-35  10-35 35-10  35-5  39-10	8-14  12-14	Импульс- ный, кодо- импульс- ный Кодоим- пульсный	Функция  △-функ- ция
Для их использования в производственном режиме необходим
полевой полноразрядный коррелятор-накопитель на базе сейс-
мостанции "Прогресс”. Другие виды опытных работ аналогичны
для всех невзрывных источников. Это:

выбор параметров группировки источников (количество ис-
точников, база группирования),

выбор количества накоплений на 1 ф.н.,

выбор кратности суммирования по ОГТ.

Опытные работы по выбору и обоснованию методики полевых
исследований проводились на сейсмозондированиях в типичных
сейсмогеологических условиях, а также на отдельных профилях,
которые проходили последовательно с различными кодами, пара-
метрами интерференционных систем и др.

На рис. 154, 155 приведены некоторые результаты опытных
работ, из которых следует:

переход от импульсного к кодоимпульсному режиму приводит
к увеличению интенсивности возбуждаемых колебаний (см.
рис. 155);

увеличение длительности посылки не сопровождается, как
правило, пропорциональным возрастанием амплитуд волн;

частоты возбуждаемых волн практически не меняются или
меняются очень мало при переходе от импульсного к кодо-
импульсному режиму , причем намечается тенденция к снижению
частоты, что может быть обусловлено погрешностями синхрони-
зации импульсов;

на прокоррелированных записях в области времен, больших
1,6-1,7 с, наблюдаются регулярные оси синфазностей, вызван-
ные корреляционными шумами от волн, прослеживаемых в началь-
ной части записи.

Опытные работы показали, что для каждого района необходим
выбор параметров последовательностей, числа источников и
других методических средств, обеспечивающих получение опти-
мально возможных первичных записей отраженных волн.

Большой объем проведенных опытных работ с ИКИ в 1984-
1987 гг. позволил определить оптимальную методику работ для
различных регионов, основные положения которой приведены
в табл. 19.

8.11.3.	ОРГАНИЗАЦИЯ ПОЛЕВЫХ РАБОТ
И ОБРАБОТКА МАТЕРИАЛОВ

Руководство и организация работ на профиле осуществляется
оператором сейсмостанции во взаимодействии с геофизиком по-
левой партии.

Геофизик полевой партии составляет проект на проведение
работ, проводит вместе с начальником партии рекогносцировку
местности с целью выбора базы полевой партии и проложения
профилей в натуре; принимает материалы и оценивает качество
работ; осуществляет обработку материалов МПВ и МСК, подго-
492
| тавливает и передает материалы МОГТ обработчику вычисли-
I тельного центра.

I Обработка материалов в поле не ведется. Обработка мате-
риалов МОГТ, демультиплексация и ввод материалов МПВ и МСК
* проводятся на ЭВМ ЕС-1045; выводы материалов МПВ и МСК,
|> аппаратурных текстов - на ЭВМ СМ-2. Обработка материалов МПВ
частично проводится на персональной ЭВМ. В полевых партиях
персональных ЭВМ нет.

Граф обработки материалов МОГТ включает следующие обяза-
тельные программы:

ввод, демультиплексация и корреляция материалов МОГТ
(ОЕМПХУ);

фильтрация полосовая (НЬУТХ) и деконволюция (ЭЕСУТХ);
автоматическая коррекция статических поправок (РАК8М);

ввод постоянных кинематических поправок (К1ЫС);

подавление когерентного шума (КЕСНЬ);

когерентная фильтрация (АМСОВ);

нуль-фазовая деконволюция (2ЕВЕС).

Обработчик на центре взаимодействует с полевой партией
через геофизика.

Отчет составляется группой, состоящей из ведущего гео-
физика камеральной группы (ответственный руководитель), гео-
физика полевой партии и геолога.

Статические поправки определяются по методу первых вступ-
лений/преломленных волн (МПВ). В опорных точках данные МПВ
контролируются микросейсмокаротажем скважин.

/Точность определения статических поправок 2-5 мс по-
зволяет выделять структуры амплитудой более 15 м.

Результаты работ свидетельствуют о том, что в Московской
синеклизе применение при работах с ИКИ 24-кратной системы
наблюдения и длительности посылки 12 с позволяет получить
материалы, сопоставимые со взрывным способом (рис. 156).

В правобережной части Ульяновского Поволжья, где про-
ведение бурения в значительной степени затруднено и взрывной
способ ограничен, сопоставлялись импульсно-кодовые источники
ИКИ-10/40 и газодинамические источники ГСК-6М (рис. 157).
Результаты сопоставления свидетельствуют о преимуществах ИКИ
перед ГСК-6М: более высокочастотные спектры волн и повышен-
ные отношения сигнал/помеха.

Сравнительные испытания наземных невзрывных источников,
выполненные в одном из районов Днепровско-Донецкой впадины
(ИКИ-10/40, СВ-5-150, ГСК-6М и сейсмодины - 4500)» также
показали, что ИКИ-10/40 обеспечили получение неплохих
результатов, которые лишь несколько уступили материалам,
которые были получены с СВ-5-150.

По результатам работ с ИКИ-10/40 в КГЭ в различных
регионах выявлено 10 структур общей площадью 500 км2.

Подготовлены под бурение три структуры площадью около
150 км2.
Рис. 156. Сопоставление временных разрезов, полученных со взрывами в
одиночных скважинах <а) и ИКИ-10/4 с последовательностями длительностью
12 с (б) н 6 с (в).

Асимметричная система наблюдений, х - 30-2130 м, фильтрация 14-60 Гц;
взрывные работы - заряд 0,4 кг, кратность 12; работы с ИКИ - б - /н “
- 5 Гц, А - 30 Гц, Т - 12 с, кратность наблюдений 24; в - /„ “ 5 Гц,
/к “ 30 Гц, Т - 6 с, кратность наблюдений 24
Ь - 1-	»>!_ —

13 (181) 33(181) 83(201) ПК

Рис. 157. Сопоставление материалов, полученных с ИКИ-10/40 и ГСК-6М:

а и б - временные разрезы, полученные с ИКИ-10/40 и с ГСК-6М; в - спектры
волн, полученных с ИКИ-10/40 (/) и ГСК-6М (2), г - соотношение
сигнал/помеха с ИКИ-10/40 (/) и ГСК-6М (2)
Глубина освещения разреза на Московской синеклизе 2,5 км;
на Волжско-Камской антеклизе 2,0 км.

Точность структурных построений в зависимости от глубины
горизонтов на Московской синеклизе составляет 5-15 м, на
Волжско-Камской антеклизе - 5-20 м.

Данные взрывного способа и кодоимпульсного режима ИКИ
увязываются без ввода каких-либо поправок. Для увязки данных
импульсного режима ИКИ и ГСК с данными взрывного способа и
кодоимпульсного режима требуется ввод постоянной поправки
8-10 мс. Для увязки временных разрезов эта поправка при-
бавляется к статическим поправкам за пункты возбуждения.

Источники ИКИ-10/40 обладают рядом преимуществ по срав-
нению с другими модификациями невзрывных источников. Основ-
ные из них следующие:

более высокочастотный состав волн по сравнению с импульс-
ными источниками;

простота обслуживания и надежность конструкции;

возможность круглогодичной работы,
возможность работы в импульсном режиме.

Наряду с достоинствами выявились и некоторые недостатки
ИКИ-10/40:

ИКИ-10/40 уступают по производительности источникам типа
ГСК-6М;

проходимость ИКИ-10/40 по бездорожью хуже, чем у ГСК-
6М;

стоимость 1 км с ИКИ-10/40 за счет применения большего
количества источников и большего количества накапливаемых
воздействий выше стоимости 1 км со взрывами и с ГСК-6М;

кодоимпульсные источники не позволяют управлять частотой
возбуждаемых колебаний.

8.12.	ПРИМЕНЕНИЕ ВИБРАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ

В УСЛОВИЯХ ЕВРОПЕЙСКОГО ЗАПОЛЯРЬЯ

Сейсморазведочные работы МОГТ с использованием вибра-
ционных источников возбуждения колебаний проводились Ворку-
тинской геофизической экспедицией на Крайнем Севере (восток
Тимано-Печорской нефтегазоносной провинции) в условиях За-
полярной тундры. Район работ расположен северо-восточнее
города Воркуты. В структурно-тектоническом плане - это тер-
ритория Предуральско-Новоземельского прогиба (Коротаихинская
впадина).

В геологическом строении осадочного чехла участвуют
породы палеозойского и кайнозойского возрастов, от ордовик-
ских до четвертичных. Мощность осадочного чехла превышает
7000 м. Особенность геологического строения данного района -
дислоцированность пород осадочного чехла и, как следствие,
развитие блоково-надвиговой тектоники. В геологическом
496
разрезе осадочного чехла преобладают карбонатные отложения.
Терригенные образования развиты в основании и кровле оса-
дочного чехла. Литологический состав и высокая степень дис-
лоцированное™ пород определили высокие значения скоростных
параметров разреза.

Местность в районе проведения работ представляет собой
холмистую, большей частью заболоченную тундру, прилегающую
к западным склонам Полярного Урала.

Верхняя часть разреза представлена многолетнемерзлыми
породами различного литологического состава, в основном
супесями, суглинками, песками, торфяниками. Распространение
мерзлоты имеет мозаичный характер, а мощность изменяется от
единиц до сотен метров. Еще одной особенностью этого района
является сокращение (вплоть до полного отсутствия на
отдельных участках) четвертичных отложений. В таких условиях
существенно ограничиваются возможности взрывной сейсмо-
разведки из-за сложности бурения взрывных скважин и обеспе-
чения оптимальных условий возбуждения колебаний.

Сейсморазведочные работы МОГТ в данных условиях можно
проводить только в зимнее время. Это обусловлено невозмож-
ностью передвижения наземных транспортных средств в другое
время года. Сезонная приуроченность определяет особенности
проведения сейсморазведочных работ в указанном районе. Такие
условия определяются как экстремальные (полное бездорожье,
пересеченность местности, аномально низкая температура воз-
духа, мощный снежный покров, частые ветры, достигающие ино-
гда ураганной силы).

/ Опыт работ, накопленный за многие годы при проведении
геофизических исследований в Заполярье, показал, что в этих
условиях преимущество отдается вездеходному транспорту на
гусеничном ходу с относительно небольшим удельным весом
на единицу площади опоры. В то же время в данных условиях
при соответствующей подготовке и организации сейсморазве-
дочных работ довольно успешно применялись вибраторы СВ-5-
150, смонтированные на шасси автомобиля "Урал”.

Сейсморазведочные работы с использованием вибраторов СВ-
5-150 проводились в зимнем сезоне в течение 1988-1991 гг. За
этот период отработано свыше 1000 км профилей. Задачей работ
являлось выявление и подготовка к бурению объектов, пер-
спективных на нефть и газ, в отложениях перми, карбона,
девона, силура и ордовика. В задачи входило выявление и
подготовка ловушек структурного и неструктурного типов.
Целевые отражающие горизонты приурочены к контактам пород с
различными акустическими жесткостями, которые в ряде случаев
совпадают со стратиграфическими, а чаще - с литолого-
стратиграфическими границами. Глубины до отражающих гори-
зонтов изменяются в диапазоне от 1 до 10 км. Для работы в
экстремальных условиях Крайнего Севера вибраторы СВ-5-150
требуют некоторой доработки. Платформа, на которой смонти-

32 Заказ №2202	.п
рована вибрационная установка, была оборудована укрытием в
виде металлического каркаса, обтянутого плотным материалом,
т.е. сама вибрационная установка размещалась в своего рода
кузове. Отдельные несущие конструкции тоже оказались не-
достаточными для работы в экстремальных условиях. Поэтому
ряд конструкций пришлось усиливать путем наваривания допол-
нительных металлических пластин. После ряда доработок,
направленных на приспособление вибраторов к работе в усло-
виях Крайнего Севера, они на протяжении нескольких сезонов
работали в требуемом режиме. По сложившейся статистике при
наличии в партии семи вибраторов постоянно в рабочем сос-
тоянии находятся пять.

Сейсморазведочные работы МОГТ выполнялись по следующей
методике. Применялась фланговая система наблюдений с 24-
кратным перекрытием. Расстояние между пунктами возбуждения и
приема (каналами) составило 50 м. С целью уменьшения влияния
звуковых и поверхностных волн пульт возбуждения был удален
от ближайшего регистрирующего канала на 300 м. При регист-
рации участвовало 48 каналов, поэтому максимальная длина
годографа составила 2650 м.

Возбуждение упругих колебаний осуществлялось группой
вибраторов (пять-шесть), расположенных вдоль линии профиля
на базе 50 м. Параметры возбуждения следующие: длительность
управляющего сигнала 10 с, частотный диапазон 14-62 Гц,
количество накоплений на одном пункте возбуждения 16. Эти
параметры возбуждения были выбраны на начальной стадии при
проведении опытных работ. Из-за относительно небольшой энер-
гетической мощности вибраторов данного типа потребовалось
производить большое количество накоплений (до 16) на каждом
пункте возбуждения.

Для регистрации сейсмических колебаний применялись сейс-
моприемники СВ-20 по 11 на каждый канал и сейсмостанция
”Прогресс-3” с накопителем и коррелятором. Регистрация
производилась на открытом канале с шагом дискретизации 2 мс.
Длина регистрации равнялась 14 с, что обеспечило длину
сейсмической записи 4 с. Проверка идентичности работы
вибраторов производилась путем тестирования по программе
” Вибротест”.

Необходимость производить большое количество накоплений
существенно сказывалась на снижении производительности работ
и, как следствие»- на их себестоимости. С целью увеличения
производительности необходимо в условиях Крайнего Севера
использовать более мощные вибрационные установки с повышен-
ной проходимостью. Опыт работ в аналогичных условиях на
смежных территориях Тимано-Печорской провинции (Хорейверская
впадина) с использованием зарубежных вибраторов с усилием
23 т показал, что два таких вибратора с числом накоплений
шесть обеспечивают получение уверенных отражений от всех
горизонтов осадочного чехла.
Одним из существенных факторов, влияющих на результатив-
ность и качество работ, является подготовка профиля на
местности. Этот этап должен обеспечить беспрепятственное
передвижение вибраторов вдоль профиля и надежный контакт
вибрационной плиты с поверхностью грунта. Последнее очень
важно, так как снежный покров в условиях тундры очень
неравномерный - от десятков сантиметров на продуваемых
ветром возвышенных участках до нескольких метров в низинах и
кустарниках. Мощный покров относительно рыхлого снега на
таких участках является активным поглотителем сейсмической
энергии. Причем это происходит как на стадии возбуждения,
так и на стадии приема сейсмических волн. На рис. 158 в
качестве примера приведен фрагмент временного разреза на
участке с повышенным и пониженным рельефом. В пониженных
участках толщина снежного покрова достигла 2 м. Как видно,
интенсивность сейсмической записи и прослеживаемость гори-
зонтов на участке с мощным снежным покровом резко отличаются
от интенсивности и прослеживаемости на участке с повышенным
рельефом и незначительным снежным покровом. На этом примере
наглядно демонстрируется влияние снежного покрова на
качество результативных материалов.

Подготовку профиля в данных условиях можно вести двумя
способами:

1) расчищать снег вдоль трассы профиля;

। 2) уплотнять снежный покров.

) В процессе работ выяснилось, что первый способ мало-
эффективный. В условиях преобладающей ветреной погоды рас-
чищенные участки быстро повторно заполняются снегом, а
передвижение вибраторов становится еще более затруднитель-
ным. Более эффективным способом является уплотнение снежного
покрова несколькими проходами по трассе профиля гусеничных
тяжелых тракторов (Т-130). Такая подготовка профиля обеспе-
чивает передвижение вибраторов и приводит к улучшению
качества сейсмической записи за счет уменьшения потери
энергии вибрации на контакте плита - почвенный слой. Наблю-
далось также, что при использовании в данных условиях виб-
раторов возникают нелинейные процессы на границе вибратор -
снежный покров - почвенный слой. На возникновение таких
процессов указывает присутствие в спектре записи высших
гармоник, зарегистрированных при посылке моночастотных сиг-
налов.

Обработка материалов проводилась по сложившемуся стан-
дартному графу в системе СОС ПС и СЦС-3. Использование в
графе обработки процедур вычитания волн-помех (двухмерная
фильтрация), итеративной коррекции кинематических и стати-
ческих поправок позволило получить временные разрезы с
уверенным прослеживанием отражающих горизонтов в широком
диапазоне глубин. Один из примеров, характеризующий качество
получаемых материалов и сложность разведуемых границ, при-

Рис. 159. Фрагмент временного разреза, полученный в условиях интенсивной дислоцированное™ разреза (Предуралыжо-
Новоземельский прогиб)
веден на рис. 159. Наряду с кинематикой ведется и динами-
ческая обработка материалов. Получение разрезов мгновенных
характеристик (амплитуд, фаз) способствовало расшифровке
волновой картины и выделению аномальных зон, предположи-
тельно связанных с рифовыми.

В целом, проведенные работы показали, что даже в экстре-
мальных условиях Заполярья для решения поисковых задач можно
успешно применять вибраторы, в том числе и СВ-5-150.
В результате работ было освещено строение осадочного чехла
этой сложнопостроенной территории. Выявлен и подготовлен к
бурению целый ряд структур в различных стратиграфических
комплексах, а также намечены объекты неструктурного типа.

С целью повышения эффективности вибрационной сейсмо-
разведки необходимо использовать более мощные типы источни-
ков (более 20 т) на гусеничном ходу и применять более поме-
хоустойчивые системы регистрации (телеметрические).

8.13.	НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
НЕТРАДИЦИОННОГО ПРИМЕНЕНИЯ
ВИБРАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ КОЛЕБАНИЙ

Основное применение наземных невзрывных источников свя-
зано с возбуждением и последующей регистрацией упругих
сейсмических волн, распространяющихся в толще земных недр.
При этом главными являются времена, амплитуды и частотный
состав приходящих волн. Процессы, происходящие' в среде при
прохождении волн, как правило, остаются вне поля зрения
сейсморазведчиков. Однако в последние годы многие исследо-
ватели обратили внимание на то, что возбуждение колебаний
вибрационными источниками, несмотря на их очень небольшую
интенсивность, оказывает определенное заметное воздействие
на углеводородсодержащие пласты и на баланс газов в по-
верхностных слоях. Эти исследования послужили основанием для
проведения специальных работ по нетрадиционному применению
вибрационных источников колебаний, основные результаты кото-
рых изложены в данном разделе.

8.13.1.	ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ НАД МЕСТОРОЖДЕНИЯМИ
УГЛЕВОДОРОДОВ В ПОЛЕ ВИБРАЦИОННЫХ ИСТОЧНИКОВ
СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ

Одним из перспективных направлений в создании новых тех-
нологий является комплексирование газогеохимических съемок и
сейсморазведочных исследований с применением мобильных сейс-
мических вибраторов.

Теоретической основой такого комплекса является совре-
менная модель взаимодействия энергии сейсмических колебаний
502
со средой, содержащей растворимые, сорбированные и окклюди-
рованные газы. Эффекты сорбции - десорбции углеводородов
(УВ) наиболее контрастно проявляются в зонах геохимических
аномалий, обусловленных потоком газов от залежей, что по-
зволяет определить их источник и оценить перспективность
нефтегазоносности геологических структур.

Залежь нефти или газа представляет собой скопление УВ,
заполняющих коллектор с единой системой пластового давления.
Ее образование возможно только при аккумуляции газа или
нефти в ловушках физической или физико-химической природы
(сводовые части пористых пластов, литологически выклини-
вающиеся и тектонически экранированные пористые пласты и
т.д.) при условии, что поток нефти и газа со стороны площа-
дей в структурные элементы ловушек будет более интенсивным,
чем их латеральная и восстающая миграция из залежи в окру-
жающую среду. Даже при слабом диффузионном массопереносе
через перекрывающие песчано-глинистые отложения за геологи-
ческое время может произойти рассеяние в толщах пород и
атмосфере Земли громадных объемов природных газов, в основ-
ном метана.

Диапазон использования сведений о составе природных газов
весьма широк [32]. Они важны при поисково-разведочных
работах на нефть и газ на всех этапах выполнения. Наиболее
полная информация о составе газов может быть получена на
основе прямых геохимических методов, при которых анализируют
газы, содержащиеся в верхней (почвенной, органно-минераль-
ной) геохимической зоне.

В составе газов содержатся различные углеводородные и
неуглеводородные компоненты, имеющие неодинаковое происхож-
дение и состоящие в основном из двух групп генетически раз-
личных компонентов.

В породах верхней геохимической зоны обычно обнаружи-
ваются метан и его газообразные гомологи (этан, пропан,
бутан, изобутан) и в меньшей концентрации - парообразные
метановые углеводороды С5-С8 и их изомеры. Из неуглеводо-
родных компонентов определенный интерес представляют азот,
двуокись углерода, гелий, водород, аргон.

В ряде работ [6, 32] обосновывается возможность генерации
органических соединений нефтяного ряда в осадочном чехле
нефтегазоносных бассейнов в сейсмически активных областях.
Эта возможность была подтверждена лабораторными эксперимен-
тами, в ходе которых моделировались условия образования
органических соединений нефтяного ряда. Были получены
результаты, позволяющие однозначно утверждать, что в меха-
нохимических реакциях на образцах пород, обогащенных орга-
никой в поле высокочастотных источников излучения, обра-
зуются многокомпонентные смеси углеводородных газов, а также
водород и другие компоненты [6].

В середине 80-х годов Институт физики Земли АН СССР
Рис. 160. Изменение содержания
тяжелых углеводородов (С2-С4) с
расстоянием от виброисточника
(приведены усредненные значения
для различных частот)

Рис. 161. Изменение концентрации бутилена (а) и пропилена (б) в зависи-
мости от частоты возбуждаемых колебаний:
1-2 - расстояния 13 и 31 м от источника

провел натурные эксперименты с использованием в качестве
источников переменных механических нагрузок вибраторов с
усилиями от 10 до 50 т, работавших в режиме излучения гар-
монических колебаний с частотой от 1 до 50 Гц, а также про-
мышленных взрывов. Реакция системы подпочвенного слоя на
взрыв заряда, эквивалентного 550 кг ТНТ (энергетическая
мощность 2,5х108 Дж), проявляется в нарушении сорбционного
равновесия в системе ”порода-газ”, которое отражается на
характере изменения концентраций метана в ряду последова-
тельно отбирающихся образцов подпочвенной атмосферы. Кроме
того, прохождение сейсмической волны также инициирует меха-
нохимические реакции - с выходом активных радикалов.

Экспериментальные исследования с одиночным вибратором
(усилие - 50 т) проводились в Белорусском Полесье. Химиче-
ский состав углеводородных газов в атмосфере подпочв в поле
вибросейсмического источника, работавшего в различных режи-
Рис. 162. Изменение концентрации метана (а) и этилена (6) по профилю при
фоновых измерениях (/) и после вибрационного воздействия на среду (2).

Точка П расположена за контуром нефтеносности (3), на расстоянии 5 км

мах, изменяется существенно. При этом были отмечены следую-
щие основные моменты:

энергия вибросейсмического поля и, как следствие, ее
влияние на образование углеродистых газов в отложениях
подпочв в механохимических процессах быстро падает с рас-
стоянием, что отражается на выходе углеводородных газов
(рис. 160); наиболее интенсивно реакции идут в ближней зоне
(в радйусе 10-15 м от оси источника);

в этой зоне генерация углеродистых газов с предельно на-
сыщенными валентностями (СО2, СН4 и его гомологи, олефины)
наиболее интенсивна в частотных интервалах 2-4 и 17-20 Гц
(рис. 161);

прекращение вибросейсмического воздействия на среду со-
провождается падением интенсивности механохимических реакций
и установлением сорбционного равновесия в системе "порода -
газ”.

Полученные результаты на испытательных полигонах позво-
лили предположить, что в вибросейсмическом поле на профилях,
секущих месторождения УВ, проекция залежи на дневную
поверхность должна отображаться аномалиями УВ в атмосфере
подпочв. В соответствии с этим опробование метода было
начато на заведомо нефтеносных площадях. Осташковическое
нефтяное месторождение (Припятская впадина, Белоруссия)
располагается в межсолевых карбонатных отложениях на глубине
3,2 км. При проведении работ был использован вибрационный
источник СВ-20/60, функционировавший в режиме излучения
монохроматических сигналов частотой 20 Гц сериями длитель-
ностью 5 мин на профиле длиной около 6 км, проложенном
вкрест простирания структуры. Расстояние между пунктами
отбора проб газа для анализа 400-500 м. В каждом пункте на
расстоянии 10 м один от другого закладывалось по два шурфа.
Из одних (фоновых) образцы газа извлекались до работы
вибратора, а из других - после пятиминутного непрерывного
воздействия на среду. Методика отбора и анализа образцов
газа аналогична обычно применяемой при газогеохимической
съемке. Плотность потока сейсмической энергии на расстоя-
нии 20 м от виброисточника на частоте 20 Гц составила
0,5- 1,0 Дж/м2с.

Результаты экспериментов приведены на рис. 162, из кото-
рого видно, что вибросейсмическое воздействие на среду при-
водит примерно к трехкратному увеличению содержания в атмо-
сфере пбдпочв СН4 по сравнению с фоновым и появлению замет-
ных концентраций С2Н4 даже на том участке профиля, где он не
был обнаружен в атмосфере подпочв из фоновых шурфов. Вибра-
ционное воздействие оказывает влияние и на фракционирование
по молекулярным массам растворенных в пластовом флюиде при-
родных газов [36]. Этот процесс изучался на разрабатываемом
нефтяном месторождении Абузы (Краснодарский край). Наблюде-
ния показали, что концентрации большинства индивидуальных
углеводородных газов, а также СО2 в образцах, отобранных
после воздействия на пласт, возрастают за счет резкого
падения азота. Наиболее сильно попутные газы нефтей обога-
щаются СН4 (до 20% и более), СО2 (до 1-2%), С2Н6 (до 1,5%),
С4Ню (до 2%).

Причину обнаруженного эффекта молекулярного фракциони-
рования попутных газов в поле источника можно объяснить
с позиций разделения и консолидации системы ”нефть-вода”.

Таким образом, вибросейсмические воздействия на перекры-
вающие нефтегазовые месторождения осадочные отложения, ха-
рактеризующиеся повышенным содержанием рассеянного органи-
ческого вещества, приводят к образованию четких газогео-
химических аномалий в пределах контуров нефтегазоносности, а
при воздействиях на нефтяной коллектор изменяется состав
попутных газов нефтей, что может служить своеобразным инди-
катором происходящих в продуктивной части пласта процессов
разделения фаз: вода - нефть - газ.

Последнее обстоятельство представляет дополнительный ин-
терес в том плане, что кроме разделения фаз вибровоздействие
способствует изменению реологии нефти (уменьшает ее вяз-
кость), повышает проницаемость пласта, улучшает условия вы-
теснения нефти водой (за счет снижения поверхности натяже-
ния). Расчетная интенсивность сейсмического поля генери-
руемых объемных волн на глубине 1200 м (залегание нефтяного
пласта месторождения Абузы) составляла не более 0,5х
х10'4 Вт/м2. Однако даже такое слабое воздействие на упругие
свойства коллектора и флюиды, его насыщающие, вызывает
506
усиление в них локальных концентраций напряжения, развитие
трещиноватости, изменение проницаемости и, соответственно,
режима движения флюидов в пластовой системе. Об этом, в
частности, свидетельствует возрастание концентрации боль-
шинства индивидуальных углеводородных газов в образцах,
отобранных после актов вибросейсмического воздействия на
продуктивный пласт месторождения Абузы.

Таким образом, получены весьма интересные результаты,
позволяющие надеяться на то, что комплексирование вибрацион-
ной сейсморазведки с газовой съемкой может оказаться ис-
ключительно перспективным не только с точки зрения оценки
содержания углеводородов, но и с позиции воздействия на за-
лежь и повышения процента их извлечения,
у

8.13.2.	ВЛИЯНИЕ УПРУГОГО ПОЛЯ, ВОЗБУЖДАЕМОГО

ВИБРАЦИОННЫМИ ИСТОЧНИКАМИ, НА ЗАЛЕЖИ УГЛЕВОДОРОДОВ

Влияние упругого поля, создаваемого вибрационными источ-
никами, на залежи углеводородов иллюстрируется на примере
двух нефтяных месторождений, расположенных в Краснодарском
крае (Абузы и У беженское).

Наблюдения проводили на объектах с разнородными геологи-
ческими условиями.

На месторождении Абузы продуктивная толща среднего май-
копа представлена песчано-глинистыми породами, кровля ее
залегает на глубине около 1400 м. На Убеженском место-
рождении нефтеносные песчаники и алевролиты эоцена рас-
положены на глубине около 400 м.

Воздействие осуществлялось посредством передвижных сейс-
мических вибраторов СВ-10/100 и СВ-20/60. Отклик системы
скважина-пласт на определенные избирательные частоты воз-
действия установлен во всех экспериментах, где были постав-
лены соответствующие наблюдения. Эти частоты выделяются по
возбужденным колебаниям уровня жидкости, его смещению, а
также по характеру сейсмических колебаний, измеряемых на
дневной поверхности или скважине [22, 36].

При этом было выявлено наличие как очень узкого диапазона
избирательных частот, так и более широкого, а также сохра-
нение значений избирательных частот в разных циклах вибро-
воздействия и их некоторое изменение при последующих циклах.
В этих экспериментах, когда вибрационный источник был рас-
положен на некотором удалении от пункта наблюдений, обнару-
живалось некоторое запаздывание в вариациях отношения
”нефть-вода”. Эффекты вибровоздействия сохраняются в течение
достаточно длительного периода, превышающего время излуче-
ния. Повторные циклы наблюдений давали близкие результаты по
изменению отношений ”нефть-вода” после вибровоздействий.

Основные показатели вибрационного воздействия приведены
ниже.
Избирательные частоты, Гц......................................... 10-30

Содержание нефти в воде,%
до воздействия..................................................3,2-10

после воздействия ............................................. 10-20

Удаление источника от объекта, м ................................. 1000

Запаздывание проявления эффекта, сут ............................. 1

Продолжительность эффекта, сут.................................... 16-60

Среднее содержание нефти в пробах жидкости до вибро-
воздействия было 9,7%, а после него - 18,9%. Продолжитель-
ность периода, в течение которого зафиксировано повышение
количества нефти в добываемой из скважины продукции, сос-
тавляла от 16 сут до 2 мес и более после начала воздействия.

Нефтяная залежь представляет собой достаточно сложную
многокомпонентную систему (порода-вода-нефть-газ). При эксп-
луатации залежи эта система приобретает резко выраженные
черты неравновесности. Такая система очень чувствительна к
сейсмическим и другим внешним воздействиям [36], которые
способствуют устранению ее неравномерности. В соответствии с
полученными экспериментальными данными можно полагать, что
при вибрационном воздействии на нефтяную залежь основная
роль принадлежит следующим процессам: релаксации напряжений
в насыщенной среде, которая приводит к временному или оста-
точному изменению коллекторских свойств (возможно изменение
относительной проницаемости для воды и нефти); увеличению
фильтрации, в частности, за счет преодоления эффекта на-
чального градиента (вероятность вовлечения в фильтрационный
поток нефти из застойных зон), изменению вязкости нефти,
капиллярных явлений на границе раздела ”нефть-вода” (и как
следствие, - объединению мелких скоплений нефти в более
крупные, поступающие к забою скважины).

Результаты экспериментов дают основание для положительной
оценки перспективы использования вибрационного воздействия в
целях повышения нефтеотдачи [36]. Эффективность вибровоз-
действия в значительной степени зависит от структуры и гео-
лого-промысловых условий месторождений.
9. ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ И
ПРОВЕДЕНИЯ ПОЛЕВЫХ РАБОТ
С НЕВЗРЫВНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ

Полевые работы с наземными невзрывными источниками про-
водятся сейсмическими партиями или отрядами, которые по
своей организации и структуре во многом сходны с партиями
взрывной сейморазведки. Работы выполняют в соответствии с
геологическим заданием и техническим проектом, в которых
формулируются цель и задачи выполняемых работ, изучаемые
объекты, конечные результаты и масштабы отчетных схем и
карт. В техническом проекте подробно излагаются геологиче-
ские и методические задачи работы, пути и способы их реше-
ния, используемые аппаратура и оборудование, а также сроки
работ и отдельных этапов. Если работы с невзрывными источ-
никами ставятся в районе впервые или с новой геологической
задачей, в проекте необходимо предусмотреть достаточные
объемы опытно-методических исследований для выбора и обос-
нования методики производственных работ. Состав и содержание
этих исследований изложены в разделе 4.

В тех случаях, когда уже имеется опыт применения не-
взрывных источников, объемы опытных работ могут быть сокра-
щены и ограничены проведением отдельных экспериментов на не-
которых участках профилей, различающихся глубинными или
поверхностными сейсмогеологическими условиями (предполагае-
мые зоны тектонических нарушений, выклинивания слоев и др.,
сложные формы рельефа местности, области распространения
песчаных отложений и т.д.) и характеризующихся низким каче-
ством первичных материалов. Проектом определяются объемы
работ в километрах отработанных профилей или квадратных
километрах площадей и в физических точках, а также планируе-
мые система наблюдений и кратность наблюдений, параметры
интерференционных систем, оптимальное число излучателей и их
произведение на количество накоплений. Указываются также
минимально допустимое число одновременно работающих источ-
ников и число накоплений для них. В проекте должны быть рас-
смотрены также способы определения априорных статических
поправок. В технико-экономической части проекта определяются
плановая производительность работ, длительности полевого,
организационного, ликвидационного и камерального периодов.
Обязательно должно быть предусмотрено время для проведения
профилактических работ, предусматривающих проверку, ремонт и
настройку источников, а также регистрирующей и вспомога-
тельной аппаратуры. Производительность работ в количестве
физических точек, отрабатываемых за одну приборо/смену, рас-
считывается или по справочнику, или по действующим в орга-
низации нормам, которые определяются на основании опыта
работ и достигнутой выработки. Проект составляется таким
образом, чтобы он допускал возможности его изменения в
течение полевого сезона, исходя из качества получаемых
материалов и результатов работ.

Основной производственной единицей, выполняющей сейсмо-
разведочные работы, является полевой сейсмический отряд.
Отсутствие буровзрывных и ликвидационных работ делает его
более компактным, меньшим по численности и количеству транс-
портных средств, чем при взрывных работах. Состав отряда
определяется запроектированной методикой работ, временем их
проведения и категорией трудности местности, где будут про-
ложены сейсмические профили. Сейсморазведочный отряд состоит
из отдельных бригад или звеньев, которые выполняют в про-
цессе проведения сейсморазведочных исследований необходимые
рабочие процессы, объединенные едиными целью и задачами.

Полевой отряд имеет следующий примерный состав: бригада
сейсмостанции, возглавляемая начальником отряда, оператором
сейсмостанции; бригада возбуждения колебаний, куда входят
операторы (водители) передвижных сейсмических установок
(источников); бригада по размотке и смотке сейсмических
линий (кос); бригада по ремонту источников и вспомогатель-
ного оборудования; топографическая бригада, ведущая про-
кладку сейсмических профилей на местности, их нивелировку и
определение координат, а при необходимости их подготовку для
проезда транспорта. При планировании и организации работ
этой бригады очено важно, чтобы прокладка профилей опережала
их отработку. При выборе расположения профилей следует рас-
полагать их на максимально возможных удалениях от линий
электропередач и других истфчников интенсивных помех или под
большими углами к ним. В ОГТ оптимальны прямолинейные про-
фили. Однако при наблюдениях с невзрывными источниками
профили прокладываются вдоль дорог, просек, тропинок и т.д.,
которые редко бывают прямыми. Поэтому топограф должен опре-
делить углы искривления профилей и информировать о них
начальника отряда или партии. В соответствии -с' принятой
схемой отработки профилей топограф разбивает и наносит на
карту выносные участки профилей или пункты возбуждения.
Топограф также докладывает начальнику отряда и наносит на
карту, схему или абрис все препятствия, опасные участки и
другие особенности местности, которые будут осложнять про-
ведение сейсмических работ; проезд и возбуждение волн не-
взрывными источниками (мосты, наклон местности и неровности
на пунктах возбуждения и др.).

Особенностью невзрывных, особенно вибрационных сейсмо-
партий является их мобильность и возможность быстрого
изменения направления и протяженности профилей, систем на-
блюдений, параметров группирования источников и управляющих
сигналов. Наиболее обоснованно и с наибольшей эффективностью
это можно сделать по результатам обработки и анализа полу-
ченных в поле материалов. Поэтому очень важна их экспресс-
обработка, которая может быть реализована на основе полевых
вычислительных комплексов, включающих персональную ЭВМ и
соответствующее вспомогательное оборудование. Созданы оте-
чественные образцы такого оборудования, а зарубежные компа-
нии имеют такие центры, что предопределяет включение бригады
обработки данных в состав сейсмических партий. По материа-
лам, приведенным в разделе 8, следует, что отечественные
геофизические предприятия пока еще не имеют полевых вы-
числительных центров и очень часто - геофизика-обработчика в
поле. Это затрудняет принятие оперативных решений и удлиняет
сроки, объемы и стоимость разведки, так как приходится
работать с избытком, выполняя объемы, которые могли бы быть
использованы более рационально. По этой же причине целесо-
образно в предверии выхода на новую площадь или объект про-
водить рекогносцировочные, опытные работы с тем, чтобы по
результатам обработки этих материалов спрогнозировать мето-
дику и технику полевых производственных наблюдений на сле-
дующий период или сезон.

Обязанности технического персонала невзрывной сейсмикой
партии определяются действующими инструкциями и сложившейся
практикой работ.

Успех работы сейсмической партии во многом зависит от
слаженной работы начальника партии, руководителей бригад и
всех исполнителей, единой оценки качества получаемых резуль-
татов и полной взаимной информированности о ходе проводимых
исследований; С этих позиций рассмотрим, в каких направле-
ниях и по каким вопросам должны контактировать между собой
основные исполнители работ. Начальник партии должен довести
до сведения всех руководителей бригад об общих задачах вы-
полняемых работ, сроках их проведения, ожидаемых результа-
тах, а также о целях и задачах каждой бригады, включая
взаимодействие их между собой. Начальник партии осуществляет
общее методическое и техническое руководство проводимыми
работами и его задачами являются выполнение геологического
задания и создание необходимых условий для получения лучших
по качеству материалов в полном объеме, в минимальные сроки
и с наименьшими затратами денежных средств. Начальник партии
вместе с геофизиком, если он находится в сейсмопартии,
ежедневно принимают материалы от начальника полевого отряда
или оператора сейсмостанции, давая оценку отработки каждой
физической точки и отмечая, является ли качество данных нор-
мальным, необычным хорошим или плохим. При этом они руко-
водствуются решаемыми задачами, требованиями к качеству
материалов и возможностями обработки данных на вычислитель-
ном центре. В процессе приемки материалов начальник партии
дает оценку деятельности начальника отряда и принятых им
решений по улучшению качества отражений в нестандартных
ситуациях при изменении числа работающих источников, прео-
долении препятствий, возникновении помех, появлении особен-
ностей записи волн, указывающих на неожиданное или необычное
поведение целевых горизонтов и др. Все эти вопросы они
обсуждают совместно и принимают необходимые технические,
методические и организационные решения по изменению системы
наблюдений, параметров управляющих сигналов, длительности
регистрации и числа накоплений.

Геофизик, ведущий обработку материалов на вычислительном
центре, должен в максимально короткий промежуток времени
дать оценку изменениям методики работ и сформулировать свои
предложения по улучшению качества материалов. Ему следует
также информировать руководство сейсмопартии о возможных
помехах, в том числе кратных волнах, затрудняющих выделение
целевых отражений и тех изменениях, которые нужно ввести в
методику полевых наблюдений. При получении неожиданных
результатов он должен провести их анализ, исходя из ранее
полученных данных и материалов по сопредельным площадям, и
информировать об этом руководство сейсмопартии. В свою
очередь геофизик на центре должен вместе с магнитными
лентами получить журнал оператора или его копию с полной и
точной информацией о параметрах регистрации и методике
работ, а также об их изменениях, осложнениях и препятствиях
при прохождении профиля, о координатах изломов профилей
и значениях поканальных статических поправок.

Начальник полевого отряда (оператор сейсмостанции) руко-
водит всеми работами на профиле, определяет порядок отра-
ботки, дает команды на переезд источников, их подготовку и
приведение в рабочее состояние. Он принимает решения о пре-
одолении всех нештатных ситуаций, контролирует качество
получаемых сейсмограмм и дает команду на повторную отработку
пунктов профиля, если он считает это необходимым. Ему под-
чиняются руководители всех других бригад.

Начальник полевого отряда (оператор сейсмостанции) должен
хорошо разбираться в методике невзрывной сейсморазведки,
знать основы ее помехоустойчивости с тем, чтобы принимать
правильные решения при выходе из строя источников, а также
при других возможных осложнениях при отработке профиля. От
начальника партии и геофизика-обработчика он должен получить
необходимые сведения по целевым горизонтам, временам их
прослеживания, видимым частотам, а также по методике и
производительности работ и возможным их изменениям. Он
должен быть в курсе ближайших и перспективных планов работ с
тем, чтобы иметь время на подготовку к ним. Желательно,
чтобы на каждый день работы начальник полевого отряда
(оператор сейсмостанции) имел четкий и достаточно подробный
письменный план работ. Это особенно необходимо при проведе-
нии опытных исследований. Наличие такого плана исключит
многие неясности и вопросы, которые очень часто возникают
при приемке материалов.

Руководитель работ с невзрывными источниками осуществляет
техническое руководство и контроль за эксплуатацией и ремон-
том источников в течение полевого и межсезонного периодов,
если в экспедиции не организован централизованный ремонт
излучателей. В последнем случае приказом по экспедиции на-
значается руководитель работ по ремонту всех источников,
который организует, контролирует и выполняет необходимые ра-
боты. В течение полевого сезона руководитель работ следит за
техническим состоянием установок, организует и проводит их
техническое обслуживание, контролирует работу своей бригады
и обеспечивает выполнение правил техники безопасности каждым
членом бригады на всех этапах работ. При получении новых
установок руководитель контролирует их получение с завода-
изготовителя в исправном техническом состоянии и участвует в
приемно-сдаточных испытаниях. Он контролирует также консер-
вацию и расконсервацию источников.

Оператор передвижной сейсмической установки выполняет
работы по возбуждению упругих колебаний в соответствии с
распоряжениями и командами оператора сейсмостанции, началь-
ника сейсмического отряда; проверяет техническое состояние
источника; осуществляет обслуживание, ремонт и подготовку
источника к работе; участвует в ремонтно-профилактических
работах. Оператор подчиняется руководителю бригады и обязан
неукоснительно выполнять правила техники безопасности. В
межсезонный период оператор участвует в ремонтных и ремонт-
но-профилактических работах по подготовке источников к поле-
вому сезону.

Водитель, тракторист установки обеспечивает исправную
работу транспортного средства, переезд установки к месту
работ и от пикета к пикету по профилю, проверяет техническое
состояние и ремонтирует транспортную базу источника.

Бригада по ремонту источников обеспечивает текущий,
профилактический и срочный ремонт источников и их отдельных
узлов. Основная задача ее заключается в поддержании работо-
способности источников, необходимых для нормального про-
ведения полевых работ и получения качественных сейсмических
материалов. Проведение работ с наземными невзрывными источ-
никами делает необходимым оснащение сейсмических партий
дополнительными механизмами, оборудованием и средствами для
ремонта излучателей и поддержания их в рабочем состоянии.

Фирма ”Ре11оп”, например, предлагает следующий комплект
оборудования для сейсмопартии, использующей пять сейсмиче-
ских вибраторов: блоки управления вибраторами (по числу
источников) с полным руководством, соединительными прово-
дами и акселерометрами, модули памяти управляющих сигналов,
33	1.4 2202
позволяющие применять нелинейные и псевдослучайные сигналы,
печатающее устройство для контроля качества генерируемого
сигнала, комплект ЗИПа для блока управления вибраторами;
систему анализа качества работы вибратора и усовершенство-
ванный электрогидравлический преобразователь.

При проведении работ с невзрывными источниками важное
значение имеют подготовка их к полевому сезону, а также
своевременный профилактический и текущий ремонт.

Ремонт и наладку установок производят в соответствии с
техническим описанием, инструкцией по эксплуатации и реко-
мендациями на производство работ с соответствующими типами
и модификациями невзрывных источников.

В межсезонный период устраняют все выявленные дефекты,
ремонтируют и заменяют вышедшие из строя детали и узлы.
Например, у импульсных газодинамических источников разбирают
и осматривают газовую, гидравлическую и пневматическую сис-
темы, а также рабочую камеру (ВК).

Основные неполадки вибрационных источников связаны с на-
рушением герметичности рабочей пары и других элементов
гидравлической системы, с электрогидравлическим преобразо-
вателем (ПЭГ) и блоками управления (БУ). Поэтому при ремонте
этим узлам уделяют особое внимание: устраняют течи масла,
заменяют вышедшие из строя резиновые уплотнительные кольца,
проверяют работоспособность насоса высокого давления и
гидростанции в целом, промывают гидросистему повреждения
электрических цепей и датчиков управления вибратором (ДПМ,
ДПЗ, концевые выключатели и др.). Контроль за чистотой
применяемой в гидросистеме рабочей жидкости является необ-
ходимым для обеспечения удовлетворительной работы вибрато-
ров. Очистка рабочей жидкости только *с помощью штатных
фильтров недостаточно эффективна из-за малой грязеемкости
фильтроэлементов. Поэтому для лучшей очистки гидросистемы и
контроля за ее качеством целесообразно использовать устрой-
ства СОГ-904А (стенд очистки масел), УМЦ-901А (установка
малогабаритная, центробежная), ПКЖ-902 (прибор контроля
чистоты жидкости) и др.

Выполненные в межсезонный период ремонтные работы и про-
филактические работы документируются в журнале по каждой
установке. Перед выездом на полевые работы на базе экспеди-
ции или сейсмопартии проверяют работоспособность источников,
осуществляют пробные воздействия и запуски по радио на уда-
лениях, обеспечивающих выполнение запроектированных работ.
Особое внимание должно быть уделено проверке фазовой и
амплитудной идентичности комплекта источников. Вход в син-
хронизацию вибраторов не должен превышать 4-5 фаз от начала
запуска.

Устойчивая и надежная работа излучателей, необходимая для
получения качественных материалов, возможна только при их
нормальной идентичной работе. Поэтому поддержанию их хоро-
514
шего технического состояния необходимо уделять в процессе
проведения полевых работ большое внимание. Оно заключается в
регулярном обслуживании и контроле за техническим состоянием
источников. Течи масла и подтяжка крепежных деталей должны
устраняться и производиться сразу же после их обнаружения.

Ежедневно проверяют техническое состояние излучателей и
их фазовую идентичность. Неидентичные импульсные источники
и вибраторы к работе не допускают и направляют на ремонт.
Кроме того, идентичность вибраторов проверяют в процессе
проведения полевых работ при резком ухудшении качества
получаемых материалов.

В дни профилактики необходимо проводить более глубокую
проверку технического состояния установок. Например, у виб-
ратора следует измерить давление в гидроаккумуляторах и
провести подзаправку их инертным газом, смазку всех необ-
ходимых узлов установок, проверку степени затяжки резьбовых
соединений, замену фильтров вибраторов, проверку регулиров-
ки ПЭГа, устранение неполадок в ГСР и др.

Для проведения профилактических и ремонтных работ в
партии должны быть оборудованы радио- и механические мастер-
ские с необходимым набором измерительного и ремонтного
оборудования. Например, в механической мастерской целе-
сообразно иметь: сварочный агрегат, установку для очистки
масла типа СОГ-903А или 904А, сверлильный и токарный станки,
автокран грузоподъемностью на 3 т или стационарную кран-
балку с талью для демонтажа, ремонта и установки отдельных
узлов вибраторов.

При стационарных, круглогодичных работах на базе партии
целесообразно иметь утепленные боксы и площадки для ремонта
излучателей и обогрева их в зимнее время года.

При проведении работ с газодинамическими источниками
необходимо иметь два склада для отдельного хранения пропа-
новых и кислородных баллонов, а также специально оборудо-
ванные автомашины для их перевозки на обменные пункты и
доставки на профиль. Склад для хранения кислородных баллонов
рекомендуется размещать на стапеле высотой 1,5-1,8 м, что в
значительной мере облегчит погрузку и разгрузку баллонов.
При хранении в вертикальном положении баллоны должны уста-
навливаться в специально оборудованные гнезда или ограждать-
ся барьером для предохранения от падения. При хранении на
открытых площадках разрешается укладывать баллоны горизо-
нтально в штабеля с прокладками из веревки, деревянных
брусьев с вырезами под баллоны между рядами. При укладке
баллонов высота штабеля не должна превышать 1,5 м; вентили
баллонов должны быть обращены в одну сторону.

На открытых площадках расстояние между местами хранения
баллонов с кислородом и пропан-бутаном, а также между ними и
жилыми и производственными помещениями должны быть не менее
30 м.
Технология проведения профильных работ с невзрывными
источниками в общем аналогична технологии работ со взрывами.
Тем не менее имеются определенные отличия, обусловленные
необходимостью более тщательного контроля за техническим
состоянием невзрывных, особенно вибрационных источников.
Практика работ показала, что наличие в группе даже одного
источника, фазовые и амплитудные характеристики которого
выходят за пределы допустимых, приводит к заметному ухудше-
нию качества получаемых материалов. Поэтому такие источники
не должны допускаться к работе и их следует отправлять на
ремонт и последующую проверку основных параметров.

Из опыта эксплуатации невзрывных источников следует, что
проверку импульсных источников на синхронность и идентич-
ность можно проводить не чаще, чем раз в неделю или десять
дней. Следует ее выполнять также при резком ухудшении
материалов. Вибрационные источники требуют ежедневной про-
верки. Целесообразно проверять фазовую идентичность вибра-
торов при работе на максимальном рабочем удалении, используя
две сейсмостанции. При этом одна из станций отъезжает на
заданное расстояние, а вторая - по радиозапуску с первой
производит запись сигналов ГСР и вибраторов. Такая проверка
позволяет определить идентичность вибраторов и стабильность
срабатывания дешифраторов, т.е. их запуска на рабочих
удалениях. Внеочередная проверка идентичности вибраторов
производится в процессе проведения полевых работ при резком
ухудшении качества получаемых материалов. Сигналы датчиков
вибраторов записываются на магнитную ленту и факт проверки
фиксируется в рапорте оператора сейсмостанции.

Предложены различные способы проверок фазовой идентич-
ности вибраторов, которые основаны на записях сигналов со
штатных датчиков, установленных на каждом излучателе, или
сейсмоприемников, размещаемых под плитой вибраторов, в
скважине на относительно небольшой глубине (60-100 м), а
также на определенном расстоянии от плиты источника [29].
Каждый из этих способов имеет свои достоинства и недостатки.
На практике чаще применяется первый, как более простой и
требующий меньших затрат времени. Второй способ может быть
рекомендован при профилактическом обслуживании и ремонте
вибраторов.

Методика и техника проверки фазовой идентичности изложена
в инструкциях по эксплуатации вибраторов и в ряде работ по
невзрывной сейсморазведке [5, 29, 53]. Отметим одну из
работ, посвященную этому вопросу [53], из которой следует,
что при проведении работ были выявлены значительные, до
20 мс и более, невязки во временах опорных горизонтов на
пересечениях профилей. Анализ показал, что они обусловлены
рассогласованием спаренных станций, использованием полевых и
синтетических управляющих сигналов, а также значительным
изменением полосы частот излучаемых сигналов.
Для исключения этих погрешностей была предложена методика
контроля, которая предусматривала выполнение следующих
операций: 1) ежедневно перед началом работ запускается весь
комплекс и осуществляется запись на рабочую ленту ведущей
станции сигналов с зашунтированных сейсмоприемников, уста-
новленных на плитах вибраторов, а также опорных сигналов с
пультов ведомых сейсмостанций; 2) по воспроизведению записи
оператором ведущей сейсмостанции визуально определяется
синхронность работы отдельных элементов комплекса; 3)
проводится корреляция зарегистрированных колебаний с управ-
ляющим сигналом ведущей станции и оцениваются временные
сдвиги и форма сигналов от каждого источника и сейсмо-
станций: 4) по совокупности полученных данных принимается
решение о пригодности каждой установки к работе. По мере
отработки профилей получаемая информация накапливается на
магнитных лентах и затем поступает на центр. Эти данные
обрабатываются по следующему графу: демультиплексирование
записей с их центрированием и фильтрацией в полосе частот
управляющего сигнала; вычисление и вывод функций авто- и
взаимной корреляции между выбранным опорным сигналом и всеми
остальными, определение временных сдвигов между ними, оценка
их формы; определение этих значений по профилям и ввод их в
массивы статических поправок за пункты возбуждения; оценка
и оптимизация параметров управляющего сигнала и выдача за-
ключения на параметры управляющего сигнала для корреляции
данных по профилям. Предложенная технология позволяет по-
высить точность отсчета времени для всей совокупности данных
по площади и контролировать его смещения, обеспечивает
увязку профилей на пересечениях и повторяемость материалов
при повторной отработке и обработке профилей.

Выполненные измерения показали, что разовая проверка не
отражает фактического состояния оборудования в течение
смены, которое, как оказалось, зависит от изменений темпе-
ратурного режима пультов управления, масла в гидросистемах
вибраторов, источников питания аппаратуры и даже количества
топлива в баках вибраторов. Дополнительные затраты на про-
изводство этих работ связаны с расходами на магнитную
ленту, время полевых наблюдений и обработку материалов.

Полевые (как правило) работы проводятся с группированием
источников и синхронным накоплением воздействий на каждой
физической точке. В большинстве случаев источники ставят на
пункте возбуждения друг за другом по профилю и последова-
тельно отрабатывают пикет за пикетом. Движение установок при
такой системе происходит в одну сторону, что весьма важно,
так как разворот машин на профиле зачастую неудобен и
приводит к дополнительным потравам. Расстояние между источ-
никами в группе определяется принятой методикой работ. От-
работка физической точки может производится как с переездом
излучателей в пределах базы группы, так и без него. Довольно
часто в процессе работ вибраторы выходят из строя. С умень-
шением числа работоспособных установок число накоплений на
каждой позиции следует увеличивать в таком соотношении,
чтобы произведение их, характеризующее результирующую
помехоустойчивость группы, менялось бы не менее чем на 10%.
Методика с переездом более прогрессивна, так как она поз-
воляет легко реализовать неравномерные группы, обеспечиваю-
щие большую степень ослабления волн-помех. Однако она со-
пряжена с дополнительными, хотя и небольшими, затратами
времени на переезд и возможна при хорошем техническом сос-
тоянии установок и отлаженном ритме работ.

Необходимость работы на больших усилениях приемного ка-
нала приводит к значительному уровню микросейсм и к появле-
нию шумов, обусловленных взаимными влияниями в длинных
соединительных линиях сейсмических кос. В этих условиях
целесообразно незадействованные группы сейсмоприемников
отключать от косы с тем, чтобы снизить вероятность появления
и уровень наведенных ЭДС. Отметим, что в телеметрических
системах эта предосторожность оказывается излишней.

В районах с развитием интенсивных и медленно затухающих
поверхностных волн это может привести к искажениям, связан-
ным с наложением на начала записи "хвостов” волн от преды-
дущих воздействий. Поэтому при проведении опытных работ,
особенно при опробовании разверток вниз, следует определять
времена затухания волн и только после этого устанавливать
интервалы между воздействиями и режим накоплений при
профильных наблюдениях. Наличие медленно затухающих поверх-
ностных волн проверяют экспериментально. Для этого произ-
водят 8-10 накоплений в автоматическом режиме и такое же
количество воздействий в ручном режиме, но с увеличенным в
два-три раза временем между записями. Фильтры в трактах
записи и воспроизведения выключают. Если результаты накоп-
ления будут одинаковы, то это говорит об отсутствии влияния
воздействия и возможности производить профильные наблюдения
во всех режимах работы сейсмостанции. В случае присутствия
на лентах воспроизведения помех от влияния "хвостов” пре-
дыдущего воздействия на последующее следует более точно
определить время наложения "хвостов” и интервал между за-
писями для исключения этих помех.

При проведении работ вдоль дорог и вблизи населенных
пунктов очень часто возникают интенсивные сетевые наводки,
которые или не всегда удается ослабить режекторными фильт-
рами, или полосы частот полезных сигналов и помех перекры-
ваются и применение фильтров нежелательно. В этих случаях
можно применить следующие два способа ослабления наводок
[58]. Первый основан на том, что если при сохранении линей-
ного изменения амплитуд исключить биты усиления вибрационных
данных и провести их корреляцию, то на результирующих за-
518
писях уровень сетевых наводок будет значительно ослаблен.
Второй способ базируется на том, что если при четком накоп-
лении воздействий весь регистрирующий комплекс запускать от
сильной наводки в разной полярности, а затем суммировать
результаты, то это приведет к вычитанию наводок и очищению
от них полевых записей. Этот способ может быть применен при
работах с вибрационными и импульсными источниками.

Определенные трудности возникают при работах с вибрато-
рами на особо жестких грунтах (вулканические породы без зоны
малых скоростей, лед) и на асфальте. В этих случаях под
плиты вибраторов кладется мягкая прокладка (резина, поролон,
доска) или подсыпается снег для того, чтобы сигнал с плиты
был достаточен по амплитуде и чтобы не разрушить покрытие
дороги.

Надежная и устойчивая работа источников во многом опре-
деляет качество получаемых материалов и результаты выпол-
няемых исследований.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.	А.С. 1035549, СССР. Способ скважинной сейсморазведки, основанный
на возбуждении колебаний путем воздействия бурового инструмента на забой
скважины в процессе бурения /Г.А. Шехтман, М.Б. Шнеерсон //Бюл., изоб-
ретения, промышленные образцы, товарные знаки. - 1983. - № 30. - С. 123.

2.	Бабков В.Ф., Безрук В.М. Основы грунтоведения и механики грун-
тов. - М.: Высшая школа, 1976. - 328 с.

3.	Брудно В.А., Кивелиди В.Х., Литвин А.Л. Использование первых
вступлений на сейсмограммах  МОГТ для определения статических поправок
//Разведочная геофизика. - М.: Недра, 1989. - Вып. ПО. - С. 69-75.

4.	Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Ра-
дио и связь, 1985.

5.	Вибрационная сейсморазведка /Под ред. М.Б. Шнеерсона. - М.:
Недра, 1990.

6.	Влияние тектоносейсмических процессов на образование и накоп-
ление углеводородов /Н.В. Черский, В.П. Царев, Т.Н. Сороко и др. - М.:
Недра, 1985.

7.	Вялков В.Н. Вибросейсморазведка в условиях Крайнего Севера. -
Якутск: ЯНЦ СО АН СССР, 1990. - 76 с.

8.	Вялков В.Н. Исследование возможностей повышения разрешающей
способности вибросейсморазведки на основе применения комбинированных
разверток //Новые геологические и методические результаты применения
сейсморазведки МОВ в тресте "Заприкаспийгеофизика”: ’Темат. сб. - Вол-
гоград, 1991. - С. 104-123.

9.	Вялков В.Н. Разработка и внедрение технологии совмещенных сейс-
мических методов (ТССМ) на основе излучения некоррелированных вибросиг-
налов //Новые геологические и методические результаты применения сейс-
моразведки МОВ в тресте "Заприкаспийгеофизика": Темат. сб. - Волгоград,
1991. - С. 86-104.

10.	Гаврюшин В.Б. Вибросейсморазведка на монохроматических волнах
//Недра Поволжья и Прикаспия. Наука, практика, маркетинг. - 1993. -
Вып. 4. - С. 45-51.

11.	Гаррота Р. Современное состояние и новые перспективы вибра-
ционной сейсморазведки: Техн. сер. - 1990. - № 587.

12.	Гонтовой И.З., Роман В.И. Электродинамические источники про-
дольных и поперечных сейсмических волн //Разведочная геофизика: Обзор
ВИЭМС. - 1986.

13.	Гурвич И.И., Боганик ГН. Сейсмическая разведка: Учеб, для ву-
зов. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Недра, 1980. - 551 с.

14.	Евчатов Г.П. Искажение сигналов на вибрационных сейсмограммах
при непериодических отклонениях фазы колебаний вибратора от заданной
программы //Вопросы вибрационного сейсмического зондирования. - Новоси-
бирск, 1981. - С. 41-51.

15.	Евчатов Г.П., Крестьянова М.Л. Влияние побочных колебаний виб-
ратора на возбуждаемые сейсмические поля //Регистрация и обработка вибро-
сейсмических сигналов. - Новосибирск, 1986. - С. 34-40.

16.	Евчатов Г.П., Михаэлис Ю.В., Юшин В.И. К выбору огибающей виб-
росейсмического сигнала //Вибрационная сейсморазведка на продольных
и поперечных волнах: Тр. СНИИГГИМСа. - 1975. - Вып. 219. - С. 65-71.

17.	Евчатов Г.П., Моргунова О.В., Сагайдачная О.М. Возможности
комплексного использования полей продольных и поперечных волн вибра-
ционного источника //Методы расширения частотного диапазона вибросейс-
мических колебаний: Сб. научн. тр. - Новосибирск: ИГиГ, 1987. - С. 68-75.

18.	Евчатов Г.П., Сагайдачная О.М. Кинематические особенности по-
мех, связанных с периодическими отклонениями фазы колебаний вибратора от
заданной программы. - Вопросы вибрационного сейсмического зондирования. -
Новосибирск, 1981. - С. 51-58.

19.	Евчатов Г.П., Сагайдачная О.М., Васильева Н.И. Разнонаправ-
ленные воздействия в вибрационной сейсморазведке //Техника и методика
вибрационного возбуждения и регистрации сейсмических волн: Сб. научн.
тр. - Новосибирск, 1987. - С. 127-135.

20.	Евчатов Г.П., Чичинин И.С., Юшин В.И. Анализ помех, связанных с
погрешностями следования вибратора заданной программе //Вибрационная
сейсморазведка на продольных и поперечных волнах. - Новосибирск, 1975. -
Вып. 216. - С. 58-65.

21.	Кисин И.Г. О вероятном механизме вибрационных эффектов и о
виброчувствительиости насыщенных сред //Физические основы сейсмического
метода. Нетрадиционная геофизика: Сб. научн. тр. - М.: Наука, 1991. -
С. 210-221.

22.	Кисин И.Г., Стклянин Ю.И О природе сейсмических эффектов на
нефтяных месторождениях //Гидрогеодинамические предвестники землетря-
сений: Сб. научн. трудов. - М.: Наука, 1984. - С. 66-75.

23.	Колесов С.В., Иноземцев А.Н., Потапов О.А. Управление спектром
вибросейсмического сигнала: Обзор ВИЭМС. Сер. Разведочная геофизика. -
1988.

24.	Кострыгин Ю.П. Сейсморазведка на сложных зондирующих сигналах.-
М.: Недра, 1991.

25.	Кострыгин Ю.П., Нигматзянов ' А.М. Методика вибросейсмических
наблюдений с использованием комбинированных сигналов //Разведочная гео-
физика. - М.: Недра, 1989. - Вып. ПО. - С. 14-26.

26.	Кострыгин Ю.П., Нигматзянов А.М., Бойченко Р.В. Методика виб-
росейсмической разведки с применением высокочастотных разверток //Раз-
ведочная геофизика. - М.: Недра, 1992. - Вып. 114. - С. 3-15.

27.	Лугинец А. И. Электрогидравлические вибраторы для возбуждения
упругих колебаний в сейсморазведке: Обзор ОНТИ ВИЭМС. Сер. Регион., раз-
вед, и промысловая геофизика. - 1981. - 55 с.

28.	Лютиков А.Г. Разработка интерференционных систем с активными
фазовыми характеристиками / /Пути повышения технико-экономических пока-
зателей внедрения сейсморазведки с применением невзрывных источников при
поиске и разведке полезных ископаемых. - М.: Нефтегеофизика, 1987. -
С. 85-94.

29.	Менькович В.Л. О некоторых вопросах методики по и ных работ в
вибросейсморазведке //Разведочная геофизика. -	М.: Н.  >	1989.

Вып. ПО. - С. 83-91.

30.	Методические рекомендации по проведению работ вибросейсмйческим
методом с использованием источников СВ-5-150	/В.А. Гродзенский,

М.Б. Шнеерсон, И.С. Лев и др. - М.: ВНИИГеофизика, 1988. - 71 с.

31.	Невзрывные источники сейсмических колебаний: Справочник /Под
ред. М.Б. Шнеерсона. - М.: Недра, 1992.

32.	О содержании газов в минеральном масле гидросистем /И.С. Коль-
цова, В.А. Лещенко, И.Г. Михайлов и др. - Вестник машиностроения. - 1980.

33.	О двух типах газово-геохимических элементов в поле вибрацион-
ного источника сейсмических колебаний /С.М. Амосов, Г.И. Войтов,
Г.С. Коробойник и др. - ДАН СССР. - 1988. - Т. 301. - № 1. - С. 62-66.

34.	Правила безопасности при геологоразведочных работах. - М.:
Недра, 1979.

35.	Рапопорт М.Б., Филин С. А. Исследование и коррекция фазовых
спектров вибросейсмических сигналов: Передовой производственный и науч-
но-технический опыт. - М.: ВНИИГазпром, 1989. - Вып. 2.
36.	Садовский М.А., Абасов М.Т., Николаев А.В. Перспективы вибра-
ционного воздействия на нефтяную залежь с целью повышения нефтеотдачи:
Вести АН СССР. - 1986. - № 9. - С. 95-99.

37.	Сейсмический метод отраженных волн в рудных районах: Методи-
ческое руководство /Н.А. Караев, Ю.П. Лукашин, Г.Я. Рабинович и др. - Л.:
Недра, 1982.

38.	Сейсмическая разведка методом поперечных и обменных волн /
Н.Н. Пузырей, А.В. Тригубов, Л.Ю. Бродов и др. - М.: Недра, 1985. -
277 с.

39.	Сейсморазведка: Справочник геофизика. - 2-е изд., перераб.
и доп. /Под ред. В.Н. Намокомова. - М.: Недра, 1991.

40.	Современное состояние и тенденции развития импульсного метода
сейсморазведки /В.М. Роман, П.Т. Сиротенко, И.З. Гонтовой, Г.А. Спор-
тюк. - Обзор ВИЭМС, Сер. Рег. и морск. геофизика, Геоф. методы поиска
и разведки полезн. ископаемых. - 1990.

41.	Структура и основные характеристики 96-канальных структурных
сейсморазведочных станций "Прогресс” /В.Л. Беляев, В.Л. Бескоровайный,
А.И. Гнатюк и др. //Разработка и исследования невзрывных источников
сейсмических сигналов. Проблемы вибрационной сейсмики. - М.: ВНИИОЭНГ,
1989. - С. 32-37.

42.	Теплицкий В.А., Белов В.М., Юдинцев Е.М. Источники сейсмических
волн типа 2 "падающий груз” //Повышение эффективности геофизических ис-
следований в нефтегазоносных районах. - М.: ВНИГНИ, 1986. - С. 74-79.

43.	Теплицкий В.А., Львов Е.З. Сейсмическая эффективность импульс-
ных невзрывных поверхностных источников /Прикладная геофизика. - М.:
Недра, 1990. - Вып. 122. - С. 63-69.

44.	Турпов П.А., Ямпольский А.М., Гольдштейн В.Л. Эксплуатация
цифровых сейсморазведочных станций "Прогресс” /Под ред. Б.Л. Лернера. -
М.: Недра, 1986. - 144 с.

45.	Устройство контроля работы сейсмических вибраторов (УКВ): Рек-
ламный проспект. - ВИЭМС. - 1986.

46.	Устройство контроля синфазной работы вибраторов УКС-1: Рек-
ламный проспект. - ВИЭМС. - 1986.

47.	Хархута Н.Я., Васильев Ю.М. Прочность и устойчивость грунтов
земляного полотна автомобильных дорог. - М.: Транспорт, 1975.

48.	Циммерман В.В. Нелинейные свойства электрогидравлического виб-
рационного источника сейсмических колебаний //Проблемы нелинейной сейс-
мики. - М.: Наука, 1987.

49.	Черкасов Л. А. Исследования возможностей повышения разрешающей
способности сейсморазведки на основе применения пьезосейсмоприемников и
накапливания слабых воздействий //Новые геологические и методические ре-
зультаты применения сейсморазведки МОВ в тресте ”3априкаспийгеофизика”:
Темат. сб. - Волгоград. - 1991. - С. 136-142.

50.	Чичинин И.С. Вибрационное излучение сейсмических волн. - М.:
Недра, 1984.

51.	Шнеерсон М.Б., Лугинец А.И., Гродзенский В.А. Новое в технике и
методике вибрационной сейсморазведки. - М. Обзор ВИЭМС, МГП ’Теоин-
форммарк”. Сер. Разведочная геофизика. - 1991.

52.	Шнеерсон М.Б., Майоров В.В. Наземная сейсморазведка с невзрыв-
ными источниками колебаний. - М.: Недра, 1980.

53.	Щерба В.Г. Методика контроля полевого оборудования при работах
ВСМ //Разведочная геофизика. - М.: Недра, 1991. - Вып. 111. - С. 57-63.

54.	Виг^ег Р., ВаИ%ие1 Р., Ыаги1о{ }-С. Кейт уШгаЮг сошго! соп-
сер! оПегз т<1из1па1 изе оГ рзеидо-гапдот здаеерз т рори1а<ед агеаз
//54 111 Мее1. апд ТесИп. Ех1Ь., Рапз 1-5 Зиле 1992. ТесИп. Рго^гатт апд
АЬз1г. Рар /. Хе1з1. - 1992. - Р. 56-57.
55.	Р1е1(1 сошрапаеп о! 8Йа11ои' ае1аппс аоигсеа пеаг СЫпо СаН-
Гоггйа /К.В. МШег, 8.1). РиПап, В.>У. 81еер1еа, 1.А. Нип1ег //СеорЫ-
а!са. - 1992. - Уо1. 57. - И 5.- Р. 693-709.

56.	Соо^/еИо^ К.	Зресйа!	КероП, СеорЫыса!	асйуЦу	ш 1990

//ОеорЫмса: ТЬе 1еа<Нп8 ей^е оГ ехр!огайоп. - 1991. - Уо1. 12.

4 12. - Р. 30-65.

57.	Ьегт11 IV. Е. ТЬе ашрШиде апд рйаае геаропае оГ а ае1апйс
иЬгаЮг //6еорЬ151са1 Рпаресйпв- - 1981. - Уо1. 29. - 4 3. - Р. 503-
528.

58.	РгНскеТ И7. С. Асяи1пп(5 ЬеНег зе^ггнс бага. - СЬартап апй
На11. - Ьопдоп, 4еАУ Уогк, 1990.

59.	КесТог I. IV., Мапоп. В.Р. ТЬе иае оГ 4Г111-Ы1 епег^у аа а
доАУпИо1е ае!ат1с аоигсе //6еорЫа1са. - 1991. - Уо1. 56. - И 5. - Р. 628-
634.

60.	КеИхсК Е. КедисНоп оГ Нагтошс В1аЮгНоп 1п у1ЬгаЮ гу аои-
гсе гесогйа //СеорЫа1са1 Ргоаресйп^. - 1981. - Уо1. 29. - И 2. -
Р. 178-188.

61.	5а11ск Р.Р. 8е1вш1с у1Ьга1ог соп1го! апд до\уп(;от(5 Р-адгауе

//6еорЫа1са. - 1984. - Уо1. 49. -46.- Р. 731-740.

62.	СоирИаМ	Р.Ь. 81(;па1 деа^п 1п Й1е ”У1Ьгоае1а" 1есЬп1яие

//6еор1йа1са. - 1984. - Уо1. 49. - 4 4. - Р. 1291-1304.
ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. М.Б. Шнеерсон ...................... 3

1.	Механические свойства грунтов и особенности их поведения под
действием динамических нагрузок. М.Б. Шнеерсон ..................7

1.1.	Физико-механические свойства грунтов .......................7

1.2.	Компрессионные характеристики грунтов......................10

1.3.	Поведение грунтов под действием вертикальных нагрузок .....13

1.3.1.	Вибрационные нагрузки....................................13

1.3.2.	Импульсные и кодоимпульсные нагрузки ....................14

1.4.	Поведение грунтов под действием касательных нагрузок ......18

1.5.	Модели грунтов в невзрывной сейсморазведке ................19

.2. Теория наземной иевзрывной сейсморазведки. М.Б. Шнеерсон .... 26

2.1.	Взаимодействие невзрывного источника с грунтовым полупрост-
ранством .......................................................26

2.2.	Основные положения вибрационной сейсморазведки.............37

2.3.	Особенности волн, регистрируемых в невзрывной сейсморазведке. .  42

2.4.	Управляющие сигналы, используемые в вибрационной сейсмораз-
ведке, и их корреляционные функции..............................44

2.4.1.	Линейные частотно-модулированные управляющие сигналы .... 46

2.4.2.	Нелинейные частотно-модулированные сигналы ..............58

2.4.2.1.	Комбинированные сигналы................................59

2.4.2.2.	Нелинейные сигналы (НЛЧМ-сигналы)......................62

2.4.2.3.	Амплитудно-модулированные сигналы......................66

2.4.2.4.	Монохроматические (гармонические) сигналы .............69

2.4.3.	Управляющие сигналы на основе импульсных кодовых последо-
вательностей ...................................................71

2.4.3.1.	Однополярные кодовые последовательности ...............73

2.4.3.2.	Знакопеременные кодовые последовательности ............78

2.4.3.3.	Псевдослучайные кодовые последовательности ............80

3.	Технические средства наземной невзрывной сейсморазведки....83

3.1.	Общие сведения об установках для невзрывного возбуждения ко-
лебаний. М.Б. Шнеерсон ....................... 34

3.2.	Вибрационные источники колебаний (вибраторы). М.Б. Шнеерсон . 

3.2.1.	Механические (эксцентриковые) вибраторы .................дд

3-2.2. Гидравлические вибраторы ................................90

3.2.3.	Фазовый и амплитудный контроль сигналов, возбуждаемых виб-
раторами .......................................................из

3.2.4.	Фазовые соотношения между элементами вибровозбудителя виб-
ратора ........................................................117

3.2.5.	Динамические характеристики гидравлического вибратора . . . .120

3.2.6.	Нелинейные искажения вибросейсмических‘сигналов.........125

3.3.	Вибрационные источники дискретного действия (кодоимпульсныв
или виброимпульсные излучатели). М.Б. Шнеерсон.................133

3.4.	Импульсные наземные невзрывные источники. М.Б. Шнеерсон,
В.В. Майоров...................................................137

3.4.1.	Механические источники .................................138

3.4.2.	Газодинамические источники .............................140
3.4.3.	Пневматические источники ..............................

3.4.4.	Электродинамические источники........................149

3.5.	Погружные невзрывные источники. В.В. Майоров, М.Б. Шнеерсон . -151

3.6.	Системы управления и контроля за работой невзрывных источников . 155

3.6.1.	Аппаратура фирмы ”Ре11оп” для контроля за работой вибра-
ционных источников. К.Л. Митчелл ................. цф

3.6.1.1.	Определение и коррекция фазы	управляющего сигнала.162

3.6.1.2.	Анализ работы вибратора ...........................165

3.6.1.3.	Система определения координат	вибраторов ..........170

3.6.1.4.	Генератор случайных сигналов ......................171

3.6.1.5.	Контроль основной гармоники сигнала с ограничением вели-
чины пикового усилия на грунт............................ . . 172

3.7.	Система "Вибкор”. А.П. Жуков, А.Д. Пахотин.............173

3.7.1.	Алгоритмическое обеспечение системы ”Вибкор” ........174

3.7.2.	Аппаратурная реализация системы "Вибкор” ............177

3.8.	Сейсмические станции для работы с невзрывными источниками ко-

лебаний. М.Б. Шнеерсон .....................................182

3.9.	Особенности кодирования данных в невзрывной сейсморазведке.

М.Б. Шнеерсон...............................................189

3.10.	К вопросу применения сейсмоприемников ускорения в невзрывной
сейсморазведке. М.Б. Шнеерсон ................... 195

4.	Методика полевых работ...................................197

4.1.	Особенности волновых полей, возбуждаемых невзрывными источ-

никами. М. Б. Шнеерсон ....................... 198

4.2.	Изучение волновых полей. М.Б. Шнеерсон.................207

4.3.	Определение оптимальных условий возбуждения колебаний и выбор
параметров управляющих сигналов. М.Б. Шнеерсон..............209

4.3.1.	Определение режимов работы импульсных источников.....209

4.3.2.	Обоснование и выбор параметров управляющих сигналов..212

4.4.	Интерференционные системы в невзрывной сейсморазведке.

М.Б. Шнеерсон ........................... 221

4.5.	Синхронное накопление колебаний. М.Б. Шнеерсон ........ 226

4.6.	Системы наблюдений. М.Б. Шнеерсон......................230

4.7.	Помехоустойчивость невзрывной сейсморазведки. М.Б. Шнеерсон . .231

4.8.	Одновременная работа нескольких групп вибраторов. А.П. Жуков,
М.Б. Шнеерсон...............................................235

4.9.	Адаптивная вибрационная сейсморазведка. А.П. Жуков, М.Б. Шне-
ерсон ....................................................  248

4.10.	Определение статических поправок при работах с невзрывными
источниками.................................................260

4.10.1.	Оценка точности определения статических поправок по зон-
дированиям МПВ. Б.Д. Ермаков................................262

5.	Возбуждение поперечных волн поверхностными невзрывными источ-
никами. Б Д. Ермаков .......................................273

5.1.	Возбуждение волн горизонтальными нагрузками............274

5.2.	Возбуждение 8-волн наклонными нагрузками...............276

5.3.	Возбуждение поперечных волн вибрационными источниками..281

5.4.	Примеры решения геологических задач с поверхностными невзрыв-
ными источниками поперечных	волн............................282

6.	Обработка материалов невзрывной сейсморазведки. М. Б. Шнеерсон . . 289

6.1.	Первый этап обработки данных ..........................290

6.1.1.	Редактирование записей	............................290

6.1.2.	Корреляция данных....................................292
6.2.	Второй и третий этапы обработки данных ........................295

6.3.	Обратная фильтрация вибросейсмических данных...................295

6.4.	Применение полевых вычислительных средств при работах с не-
взрывными источниками колебаний. А.П. Жуков..........................301

7.	“Частотный" метод вибрационной сейсмики. И.С. Чичинин..........30?

7.1.	Исходные формулы и обозначения.................................307

7.2.	Оптимальная фильтрация и универсальность алгоритма корреля-
ционного сжатия длительных широкополосных	сигналов .............••311

7.3.	Комплекс "Вибролокатор”........................................315

7.3.1.	Вибрационные источники комплекса .............................315

7.3.2.	Приемно-регистрирующая аппаратура комплекса...................319

8.	Применение наземных невзрывных источников в районах с различными
сейсмогеологическими условиями.......................................320

8.1.	Районы Оренбургской области (юго-восток Русской платформы).

В.М. Червяков, М.В. Кирсанов.........................................321

8.1.1.	Общие сведения о районе и	методика работ .....................321

8.1.2.	Организация работ ............................................325

8.1.3.	Обработка материалов .........................................326

8.1.4.	Определение статических	поправок .............................326

8.1.5.	Результаты работ .............................................327

8.2.	Районы республики Татарстан (восток Русской платформы).

Э.П. Халабуда........................................................334

8.2.1.	Общие сведения о районе и методике работ .....................334

8.2.2.	Обработка материалов	......................................347

8.2.3.	Определение статических	поправок .............................351

8.2.4.	Основные положения по организации полевых работ и технике
безопасности ....................................................... 353

8.3.	Районы Предуральского прогиба и Актюбинского Приуралья.

В.Г. Чистяков........................................................354

8.3.1.	Общие сведения о районе.......................................354

8.3.2.	Методика работ ...............................................358

8.3.3.	Организация работ.............................................364

8.3.4.	Обработка материалов .........................................365

8.3.5.	Определение статических поправок .............................365

8.3.6.	Результаты работ .............................................366

8.4.	Восточный борт Прикаспийской впадины и район Астраханского
газоконденсатного месторождения. Н.К Заможняя, Р.З. Ченборисова . . 369

8.4.1.	Восточный борт Прикаспийской впадины .........................370

8.4.2.	Район Астраханского газоконденсатного месторождения ..........379

8.5.	Районы Саратовской области. В.А. Живодров ........... 383

8.6.	Районы Балтийской синеклизы. Р.З. Ченборисова, М.Р. Берзин . . 392

8.6.1.	Общие сведения о районе работ.................................392

8.6.2.	Методика полевых работ .......................................394

8.6.3.	Организация работ ............................................396

8.6.4.	Обработка материалов .........................................397

8.6.5.	Результаты работ .............................................399

8.7.	Районы Каракалпакии - плато Устюрт, Судочий Прогиб, Аральское

море. Хорезмский оазис (Республика Узбекистан). Р.З. Ченборисова . . 403

8.7.1.	Общие сведения о районе.......................................403

8.7.2.	Методика работ ...............................................406

8.7.2.1.	Опытные работы .............................................406

8.7.2.2.	Профильные работы...........................................416

8.7.3.	Определение статических поправок..............................422

8.7.4.	Обработка материалов .........................................423
8.7	.4.1. Полевая обработка материалов ..........................423

8.7	4.2. Обработка материалов на вычислительном центре .........424

8.7.5.	Результаты работ .........................................429

8.8.	Районы Калмыкии, средней части Прикаспийской низменности,
восточного склона Украинского щита и южного склона Воронежской ан-

теклизы. А.М. Нигматзянов........................................432

8.8.1.	Общие сведения о работах .................................432

8.8.2.	Основные положения методики вибросейсморазведки. В.Л. Мень-
кович............................................................435

8.8.3-	Обработка материалов .....................................445

8.8.4.	Определение статических поправок	................445

8.8.5.	Приемка материалов и контроль за	работой источников ......443

8.8.6.	Организация полевых работ.................................449

8.8.7.	Краткие геологические результаты работ ...................451

8.9.	Районы Западной Сибири.....................................453

8.9	.1. Районы Ханты-Мансийского автономного округа. Г.Р. Хейфец  . . 453

8.9	2. Районы Ямало-Ненецкого автономного округа. Б. А. Демидов . , . 454

8.10.	Районы Иркутской области . В.И. Трондин, А.С. Калашникова,
Г.А. Хохлов, А.Н. Лазарев .......................................425

8.10.1.	Общие сведения, задачи и методика	работ .................425

8.10.2.	Обработка материалов ...................................42$}

8.10.3.	Результаты работ ........................................482

8.11.	Результаты применения кодоимпульсных источников. А.Ю. Стишков 435

8.11.1.	Общие сведения и задачи работ ...........................435

8.11.2.	Методика работ...........................................432

8.11.3.	Организация полевых работ и обработка	материалов ........492

8.12.	Применение вибрационных источников в условиях Европейского
Заполярья. Л.П. Недилюк..........................................496

8.13.	Некоторые результаты нетрадиционного применения вибрационных
источников колебаний. А.Н. Кацонис ................. 502

8.13.1.	Геохимические эффекты над месторождениями углеводородов в
поле вибрационных источников сейсмических колебаний..............502

8.13.2.	Влияние упругого поля, возбуждаемого вибрационными источ-
никами, на залежи углеводородов..................................507

9.	Особенности организации и проведения полевых работ с невзрывными
источниками. М. Б. Шнеерсон......................................509

Список литературы................................................520
ПРОИЗВОДСТВЕННО ПРАКТИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА НАЗЕМНОЙ НЕВЗРЫВНОЙ
СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Заведующий редакцией Т.К. Рубинская

Редакторы издательства В. И. Жукова, А. И. Вороновская

Переплет художника Б.К. Силаева

Художественный редактор Н.П. Новикова

Технические редакторы Г. В. Лехова, Л.Н. Фомина

Корректор Е.М. Федорова

Операторы Т.В. Зубова, М.Г. Чеснокова

Изд. лиц. № 010145 от 24.12.92. Подписано в печать с репродуцированного оригинал-маке-
та 14.01.98. Формат 60 х 88 '/,6. Гарнитура «Пресс-роман». Печать офсетная. Усл. печ. л. 32,34.
Уч.-изд. л. 35,20. Тираж 800 экз.

Заказ № 2202/4277-2.

Набор выполнен на компьютерной технике.

ОАО «Издательство «Недра», 125047, Москва, Тверская застава, 3.

Качество печати соответствует качеству предоставленного оригинал-макета.

Смоленская областная ордена «Знак Почета» типография им. Смирнова.

214000, г. Смоленск, просп. им. Ю. Гагарина, 2.