СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИДЕОЛОГИИ ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ РАЗНООБЪЕКТНЫХ МАЛОГЛУБИННЫХ СЕЙСМОРАЗВЕДОЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ТВЕРДЫХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Аннотация

Диапазон исследуемых с помощью сейсмоакустических методов объектов дос- таточно широк: от контроля затюбингового пространства до изучения месторождения полиметаллов, от выделения сантиметровых трещин в бетонных конструкциях до вы- явления разрывных нарушений в массиве горных пород в интервале глубин до 800 мет- ров. Разнообразие объектов исследований определяет различия в методических подхо- дах при регистрации и обработке данных сейсморазведочных исследований. Изучаемые объекты можно условно разделить на несколько типов, где глубин- ность является основным критерием отличия (Табл.1). Выделены четыре основных на- правления: 1) малоглубинные исследования - изучение месторождения полиметалличе- ских руд (Норильск), выделение алмазоносных рудопроявлений на территории Западной Якутии, задачи контроля за состоянием водозащитной толщи на Верхнекамском меторо- ждении калийных солей, 2) инженерные исследования - изучение пород верхней части разреза в пределах строительных площадок, действующих гидротехнических сооруже- ний, поиск и картирование зон развития карстовых явлений и т.п., 3) шахтные исследо- вания - изучение строения массива горных пород из внутренних точек среды с целью выявления ослабленных зон, зон замещения и складчатости, для оперативного корректи- рования плана ведения горных работ и обеспечения безопасной разработки залежи, 4) акустические исследования - работы осуществляются для детального изучения физико- механических свойств грунтовых массивов и бетонных конструкций. Таблица 1 Характеристики сейсморазведочных исследований методом отраженных волн в модификации ОГТ Малоглубинные Инженерные Шахтные ис- Акустические исследования исследования следования исследования Глубинность до 800 метров до 100 метров до 100 метров Первые метры Полоса частот полезного сиг- 40-300 Гц 100-500 Гц 100-800 Гц 4-20 КГц нала Шаг ПВ-ПП 4-8 метров 1-2 метра 2 метра 4-20 см Шаг дискрети- 0,2-0,5 мс 0,1-0,2 мс 0,1 мс 33 мкс зации до 2000 дис- Длина записи до 2000 дискрет до 2000 дискрет 1024 дискреты крет механизированный механизированный Источник упру- молот, кувалда молот или порохо- кувалда кувалда гих колебаний или пороховой вой источник источник 200 ----------------------- Page 201----------------------- Кроме глубинности, различия в параметрах систем наблюдения объясняются масштабом поисковых объектов: чем меньше объект, тем более плотная сеть источни- ков и приемников, тем более высокие частоты регистрируются и тем более высокая дискретность данных необходима для получения объективной информации о изучае- мой среде. Справедливость интерпретационных выводов зависит от корректности получе- ния итоговых результатов цифровой обработки данных - суммарных временных разре- зов. Поэтому для начала необходимо определиться с моделью исследуемого объекта и подобрать подходящие параметры регистрации данных таким образом, чтобы в полу- чаемом волновом поле отображались целевые особенности объекта исследований. После регистрации данные поступают в обработку и проходят все стадии пре- образования сигнала, представленные в обобщенном графе цифровой обработки (Рис.1), но для каждого конкретного объекта существуют различия на тех или иных этапах обработки. Рис. 1. Обобщенный граф цифровой обработки данных сейсморазведки МОВ ОГТ Первый этап - ввод данных в систему обработки, основной целью которого яв- ляется формирование входного потока информации, присвоение геометрии, проверка данных на корректность. Допущение ошибок на данном этапе приводит к полному или частичному обнулению части записи. Следующий этап - оценка качества исходных данных. Первичная оценка данных выполняется на стадии регистрации, выявляются факторы, препятствующие получению высококачественной информации, будь то некорректные параметры регистрации, неис- правность оборудования или неблагоприятные условия возбуждения или приема сигна- ла. Зачастую представленные виды исследований выполняются в условиях высокого техногенного шума (вибрации от работающих агрегатов, электрические наводки, интен- сивное движение транспорта), который не позволяет однозначно оценить качество реги- стрируемы данных в поле, т.к. для этого требуется определенная предобработка и расчет количественных параметров. К ним относятся регистрируемый уровень амплитуд, час- 201 ----------------------- Page 202----------------------- тотный состав записи и отношение сигнал-помеха [1]. Кроме того, оператор должен кон- тролировать бракованные записи и по возможности их избегать, наиболее критична от- браковка трасс при инженерных исследованиях с малым набором кратности. Важным критерием при принятии материалов - является прослеживание пре- ломленной волны на всей длине расстановки, особенно при малоглубинных наблюде- ниях, так как на основе данных волн рассчитываются статические поправки. На стадии оценки качества исходного материала строятся разночастотные пред- ставления исходного волнового поля с целью выделения целевых отражений, так как в случае работ МОГТ любые волны (поверхностная, звуковая, дифрагированные, обмен- ные, кратные), кроме однократно отраженных, являются помехой и снижают итоговое значение отношения сигнал/помеха. Поэтому визуальный анализ волновой картины на необработанных данных возможно является первоочередной задачей ввиду того, что дальнейшая обработка будет направлена на подавление волн, принятых за помеху, и увеличение когерентности целевых волн, принятых за однократные отражения. В слу- чае рассматриваемых исследований этот процесс разделения является наиболее кри- тичным ввиду высокой степени интерференции всех видов и типов волн в области ре- гистрации целевых отраженных событий [3]. После ввода данных, присвоения геометрии, оценки качества исходного мате- риала и принятия решения о его принятии к дальнейшей обработке переходим к сле- дующим этапам - препроцессингу и процессингу сигнала. На данных этапах появляют- ся существенные отличия в объективности применения тех или иных процедур в зави- симости от типа исследования. Основная задача преобразования сигнала - это увеличение отношения сиг- нал/помеха, достигается 3-мя основными способами: 1) ослабление энергии помех в области, где сигнал и помеха могут быть разделены (мьютинг, пространственная и час- тотная фильтрация), 2) коррекция пространственных и временных сдвигов (статиче- ские поправки и миграционные преобразования), 3) суммирование по ОГТ. Теоретически при осуществлении суммирования отношение S/N увеличивается в корень из N раз. Это объясняется тем, что каждая трасса в сейсмограмме ОГТ имеет некогерентный шум, который при суммировании ослабляется за счет конструктивной интерференции, а полезный сигнал усиливается в корень из N раз [2]. Подобное усло- вие выполнимо только в идеальных условиях, когда полезный сигнал во много раз пре- обладает над помехами, а на практике, зачастую, кроме когерентных отраженных со- бытий на сейсмограммах ОГТ мы так же имеем когерентный шум, который в таком случае при суммировании будет усиливаться с увеличением кратности и деструктивно влиять на целевой отраженный сигнал, что характерно для малоглубинных и инженер- ных исследований МОГТ. Особое внимание следует уделять процедурам регуляризации сигнала при обра- ботке данных представленных сейсмических наблюдений, особенно в случае понижен- ной кратности и малых значений отношения сигнал/помеха исходного волнового поля. Это обстоятельство связано с тем, что когерентные фильтры могут сильно изменить структуру волнового поля, поэтому требуется тщательный подбор параметров в зави- симости от объекта изучения, наличия характерных особенностей волнового поля (пре- рывистость осей синфазности, их выдержанность по интенсивности и наклону), харак- теристик малых глубин и специфики шахтных наблюдений. Таким образом, выполняя обработку данных сейсморазведочных исследований МОГТ, невозможно выделить универсальных граф цифровой обработки исходного сигнала и каждый конкретный этап требует пообъектной адаптации согласно конкрет- ных условий регистрации и приёма, уровня помех и модели изучаемого участка.