CC BY
66
СЕЙСМОЭМИССИОННАЯ ТОМОГРАФИЯ В УСЛОВИЯХ РЕГУЛЯРНОЙ ТЕХНОГЕННОЙ ПОМЕХИ
Евгений Андреевич Хогоев
Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А. А. Трофимука СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. акад. Коптюга, 3, старший научный сотрудник лаборатории экспериментальной сейсмологии, тел. (383)3333419, e-mail: HogoevEA@ipgg.nsc.ru
Обсуждаются вопросы применимости метода сейсмоэмиссионной томографии в присутствии регулярной помехи. Проведенное численное моделирование позволило выделить характерные особенности искажающего влияния помехи на результаты локализации зон повышенной сейсмической эмиссии. Разработанная методика обработки данных делает возможным снизить влияние помех. Приводятся результаты обработки данных мониторинга по рудному месторождению.
Ключевые слова: сейсмоэмиссионная томография, помехоустойчивость, рудное месторождение.
SEISMIC EMISSION TOMOGRAPHY IN THE PRESENCE OF A REGULAR INTERFERENCE
Evgeny A. Hogoev
Trofimuk institute of petroleum geology and geophysics SB RAS, 3, Akademika Koptyuga Prosp. Novosibirsk, 630090, Russia, senior researcher of Laboratory of experimental seismology, tel. (383)3333419, e-mail: HogoevEA@ipgg.nsc.ru
Discusses the applicability of seismic emission tomography in the presence of a regular interference. The numerical simulation allowed to identify the characteristics of the distorting influence of noise on the results of the localization of zones of high seismic emission. The developed technique enables data processing to reduce interference. The results of monitoring data for ore deposits are given.
Key words: seismic emission tomography, noise immunity, ore deposit.
Введение
Сейсмоэмиссионная томография является одним из перспективных направлений пассивной сейсмики, активно развиваемым в последние годы. Имеются примеры успешного применения сейсмоэмиссионной томографии для изучения и мониторинга активных гидротермальных и вулканических областей, а также для контроля параметров гидроразрыва пласта и мониторинга месторождений углеводородов в процессе их разработки [1-3].
Метод сейсмоэмиссионной томографии основан на суммировании сейсмотрасс, полученных на группе приемников, вдоль годографов, вычисленных для источников, расположенных в узлах сетки, разбивающей исследуемую область среды. Скоростное строение среды считается известным. Если сейсмотрассы содержат сигналы, пришедшие из каких-либо точек среды, суммарные трассы, полученные для узлов сетки, близких точкам источников,
будут характеризоваться повышенной энергией. Визуализируя вычисленный при суммировании параметр, обычно это мера когерентности (semblance) S, можно выделить зоны повышенной сейсмической эмиссии в среде.
На результаты сейсмоэмиссионной томографии существенное влияние могут оказывать регулярные помехи техногенного характера [2]. Имея большую амплитуду (т.к. источник часто приповерхностный) и будучи когерентными, эти помехи могут исказить слабый эндогенный сигнал, либо полностью поглотить его. При этом накопление не даст позитивного результата. В случаях, когда спектр таких помех широк, частотная фильтрация не приводит к улучшению ситуации.
При проведении сейсмического мониторинга с использованием обычной сейсмостанции мы, как правило, сталкиваемся с регулярной помехой от электрогенератора. В качестве примера рассмотрим один из профилей по Агаскырскому молибденовому месторождению. На рис. 1 представлены
результаты расчета по локализации источников шумов на поверхности наблюдений. Пункты приема обозначены белыми точками. Место расположения генератора четко фиксируется на южном конце профиля, светлым тоном (в нижней части рисунка). При этом значение S достигает значения в разных случаях 0.2-0.4. Глубинный сейсмоэмиссионный разрез приведен на рис. 4, а. Здесь значения S на порядок меньше, зоны локализации имеют волнообразный характер, что приводит к выводу о наведенном техногенном характере этих аномалий.
а б
-1OOO -5OO O 5OO -1OOO -5OO O 5OO
Рис. 1. Распределение меры когерентности Б на дневной поверхности:
а - расчет по исходным трассам; б - после подавления частоты 50 Гц. Площадные координаты, в метрах, горизонтальная ось направление на восток,
вертикальная ось - на север
Результаты численного моделирования
Для выявления эффектов, связанных с регулярной помехой проводилось компьютерное моделирование. Мы задаем линейный профиль протяженности 3 км, как в полевом эксперименте, шаг между приемниками 50 м. Генератор расположен на линии профиля в 100 м от первого пункта приема. Предположим, что из точки размещения генератора распространяется прямая волна со скоростью, равной скорости в первом слое, У=350 м/с, частотой 50-100 гц. Зададим точечный импульсный источник внутри среды с координатами X = 2000 м по профилю, глубина Ъ = 600 м, скорость в среде Ус= 5000 м/с. Пример
получаемой волновой картины приведен на рис. 2.
і і ■ і і і і і * і | і і і » і ‘ м
С І § ?
Рис. 2. Смоделированное волновое поле - наложение низкоскоростной волны частотой 50 Гц и погруженного точечного источника.
Проводя расчет по стандартной методике эмиссионной томографии, приходим к следующим результатам (рис. 3.а). Здесь сетка сканирования по горизонтали совпадает с профилем, по вертикали - глубина. Шаг сетки по каждой координате 50 м.
Рис. 3. Результат расчета Б с использованием данных моделирования:
а - по стандартной методике; б - с ограничением по удалениям (симметричная выборка). Горизонтальная ось - координата профиля, вертикальная ось - глубина.
Крестиком помечено положение источника
На рассчитанном волновом поле (Рис. 2) прослеживаются оси синфазности от точечного источника, однако путем обычного суммирования удается обнаружить лишь слабый след источника. Очевидно, что суммирование сигнала, содержащего регулярную помеху, при некотором положении точки сканирования приводит к синфазному суммированию помехи и подавлению полезного сигнала. Учитывая, что в большинстве возможных случаев оси синфазности волн-помех имеет прямолинейный характер (звуковая волна, прямая, поверхностная, головная), естественно предположить, что следует ограничиться суммированием по части годографа, который обладает наибольшей кривизной. Предлагается выбирать трассы таким образом, чтобы координаты пунктов приема были симметричны относительно точки сканирования, сузить набор суммируемых трасс по критерию |Хтр-Хск| < Ь, где Хтр - координата трассы по профилю, Хск - координата точки сканирования по профилю, Ь- максимальное допустимое удаление.
После ряда численных экспериментов мы определили оптимальный интервал удалений, равный 1/3 средней глубины исследования, Ь=400м в нашем случае. С учетом этого ограничения получаем разрез, представленный на рис. 3, б. Отметим, что удалось подавить искажение, которое практически полностью поглотило полезный сигнал, см. рис. 3, а.
Опробование методики обработки на полевых материалах
По разработанной и опробованной в численном моделировании методике обработки проведена локализация зон сейсмической эмиссии по данным сейсмического мониторинга в районе рудного месторождения. Для сравнения на рис. 4 представлены результаты обработки одного из профилей по стандартной методике эмиссионной томографии и по разработанной методике. Здесь так же, как при моделировании, удалось подавить волнообразную форму меры Б, характерную для регулярной когерентной помехи. Тем не менее, аномальная зона в интервале координат профиля 700-900 м на глубине более 1.5 км, возможно, имеет техногенное происхождение, аналогичные эффекты наблюдались при моделировании, в случае смещения источника с линии профиля.
а
б
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 0 500 1000 1500 2000 2500 3000
Рис. 4 Обработка полевого эксперимента (1):
а - результат расчета Б по стандартной методике; б - с ограничением по удалениям (симметричная выборка). Горизонтальная ось- координата профиля,
вертикальная ось - глубина
Обработка другого профиля (2) по стандартной методике дает еще более сложную картину (рис. 5, а). Очевидно, здесь мы имеем дело с наложением нескольких регулярных помех. Также имеет значение условия контакта генератора с поверхностью земли. В то же время вариант обработки с ограничением удалений полностью меняет результат (рис. 5, б). Отметим, что эти расчеты выполнены после подавления частоты 50 Гц. Не приводя здесь рисунка, отметим, что расчет по данным без фильтрации (с ограничением удалений) получается близким к результату (рис. 5, б). Полученный результат в целом соответствует представлениям о блоковой структуре среды в исследуемом районе, а зоны аномально высокой эмиссии близки к предполагаемым разломам [4].
0 500 1000 1500 2000 2500 0 500 1000 1500 2000 2500
Рис. 5 Обработка полевого эксперимента (2):
а - результат расчета по стандартной методике; б - с ограничением по удалениям (симметричная выборка). Горизонтальная ось- координата профиля,
вертикальная ось - глубина
Заключение
Присутствие регулярных волн-помех может полностью исказить эмиссионную картину в исследуемой среде. Использование разработанной методики обработки, основанной на ограничении суммирования по симметричному участку гиперболического годографа с максимальной кривизной, позволяет существенно снизить влияние такой помехи. Успешное применение методики возможно в случае размещения генератора за профилем, на его продолжении. Результаты обработки данных полевого эксперимента доказывают, что метод сейсмоэмиссионной томографии является эффективным инструментом диагностики блокового строения и разломных зон.
Обработка данных проводилась с использованием разработанной в ИНГГ СО РАН программы «БЕТОМ» [5].
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Чеботарева И.Я., Николаев А.В., Сато Х. Исследование источников сейсмической эмиссии в земной коре (Япония, Северный Канто) // Докл. РАН. 1997. Т. 357, № 4. С. 542546.
2. Чеботарева И.Я., Кушнир А.Ф., Рожков М.В. Устранение интенсивной помехи при пассивном мониторинге месторождений углеводородов методом эмиссионной томографии // Физика Земли. 2008. № 12. С. 65-82.
3. Хогоев Е.А., Колесников Ю.И. Применение сейсмоэмиссионной томографии для изучения геодинамически активных зон // Технологии сейсморазведки. - 2011. - № 1. - С. 5965.
4. Хомичев В. Л., Хомичева Е. С, Сольцман А. Е. Агаскырское молибденовое месторождение (Кузнецкий Алатау) // Геология рудных месторождений.- 1978. - № 2. - С. 27-39.
5. Хогоев Е.А. Программа для ЭВМ “БЕТОМ” / Свид. № 200916228 от 11.11.09. - М.: Роспатент, 2009.
© Е.А. Хогоев, 2012
