Στη σεισμική εξερεύνηση, δεν καταγράφουμε απλώς σήματα-προσπαθούμε να κατανοήσουμε πώς κινείται η γη. Ένα γεώφωνο 3 συστατικών (3C geophone) περιγράφεται συχνά ως ένα εργαλείο που καταγράφει τους κραδασμούς σε τρεις κατευθύνσεις. Αυτό είναι αλήθεια, αλλά δεν εξηγεί πλήρως με τι πραγματικά εργαζόμαστε στον τομέα.
Αυτό με το οποίο ασχολούμαστε είναι πάντα η ίδια φυσική πραγματικότητα: κίνηση εδάφους. Είτε το περιγράψουμε ως μετατόπιση, ταχύτητα ή επιτάχυνση, είτε μετράμε μία κατεύθυνση ή τρεις, η υποκείμενη δόνηση δεν αλλάζει. Αυτό που αλλάζει είναι το πώς το παρατηρούμε και το ερμηνεύουμε.
Τι Μέτρα Γεωφώνου 3 Συστατικών στη Σεισμική Εξερεύνηση
Όταν αναπτύσσουμε ένα γεώφωνο 3 συστατικών, καταγράφουμε την κίνηση του εδάφους κατά μήκος τριών αξόνων-συνήθως κατακόρυφους, εν σειρά και εγκάρσιας γραμμής. Αυτό μας επιτρέπει να παρατηρήσουμε την πλήρη διανυσματική συμπεριφορά των σεισμικών κυμάτων και όχι μια μεμονωμένη προβολή.
Στην πράξη, αυτό γίνεται σημαντικό όταν τα κυματοπεδία είναι πολύπλοκα. Οι αντανακλάσεις, τα επιφανειακά κύματα, τα μετατρεπόμενα κύματα και ο θόρυβος επικαλύπτονται. Ένας αισθητήρας ενός-συστατικού μπορεί να εμφανίσει μόνο μέρος αυτής της εικόνας. Με τρία στοιχεία, μπορούμε να αρχίσουμε να διαχωρίζουμε τους τύπους κυμάτων και να κατανοούμε την κατεύθυνση διάδοσής τους.
Αλλά ακόμα και με τρία εξαρτήματα, εξακολουθούμε να μετράμε την ίδια μηχανική δόνηση. Η διαφορά έγκειται στο πόσο από αυτήν την κίνηση μπορούμε να ανακατασκευάσουμε.
Ταχύτητα έναντι επιτάχυνσης σε γεώφωνα 3 συστατικών: Τι αλλάζει και τι όχι
Σε πολλά έργα σήμερα, ειδικά σε έρευνες υψηλής-πυκνότητας, βλέπουμε περισσότερα MEMS-γεώφωνα 3 συστατικών, τα οποία καταγράφουν επιτάχυνση αντί για ταχύτητα.
Είναι εύκολο να υποθέσουμε ότι τα δεδομένα επιτάχυνσης είναι "καλύτερα" επειδή συχνά δείχνουν υψηλότερες κυρίαρχες συχνότητες και ευρύτερα φάσματα. Όλοι το έχουμε δει αυτό στην επεξεργασία των αποτελεσμάτων.
Αλλά όταν κοιτάξουμε πιο βαθιά, η κατάσταση είναι πιο λεπτή.
Για την ίδια δόνηση του εδάφους:
- Η ταχύτητα, η επιτάχυνση και η μετατόπιση είναι απλώς διαφορετικές μαθηματικές αναπαραστάσεις
- Οι κυματομορφές, τα πλάτη και τα φάσματα τους θα φαίνονται διαφορετικά
- Οι κυρίαρχες συχνότητές τους μπορεί να μετατοπιστούν
Αυτό δεν σημαίνει ότι οι υποεπιφανειακές πληροφορίες έχουν αλλάξει. Σημαίνει ότι η αναπαράσταση έχει αλλάξει.
Για παράδειγμα, τα δεδομένα επιτάχυνσης ενισχύουν φυσικά τις υψηλότερες συχνότητες, ενώ η ταχύτητα δίνει έμφαση στις χαμηλότερες συχνότητες. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα συστήματα που βασίζονται στην{1}}επιτάχυνση φαίνεται συχνά να έχουν "πλεονέκτημα υψηλότερης συχνότητας". Στην πραγματικότητα, αυτό είναι ένα μαθηματικό αποτέλεσμα, όχι μια φυσική αύξηση της ανάλυσης κάτω από την επιφάνεια.
Εύρος συχνότητας και ισχύς σήματος: Τι έχει πραγματικά σημασία στο πεδίο
Στην σεισμική εξερεύνηση ξηράς, το σημαντικό εύρος σήματος δεν είναι απεριόριστο.
Αυτό με το οποίο μπορούμε ρεαλιστικά να δουλέψουμε είναι:
- Εύρος συχνοτήτων περίπου μεταξύ 1 Hz και 200 Hz
- Η ισχύς του σήματος περιορίζεται τόσο από μηχανικό θόρυβο όσο και από θόρυβο συστήματος
Σε αυτό το εύρος, τόσο οι μετρήσεις της ταχύτητας όσο και της επιτάχυνσης μπορούν να αντιπροσωπεύουν αποτελεσματικά την ίδια κίνηση του εδάφους-υπό την προϋπόθεση ότι ο λόγος σήματος-προς-θόρυβο είναι επαρκής.
Αυτό που μας περιορίζει δεν είναι μόνο ο τύπος του γεωφώνου, αλλά:
- Περιβαλλοντικός μηχανικός θόρυβος
- Συνθήκες σύζευξης
- Δάπεδο θορύβου οργάνου
- Μέθοδοι απόκτησης και επεξεργασίας
Βλέπουμε συχνά ότι ο μηχανικός θόρυβος κυριαρχεί έναντι του ηλεκτρονικού θορύβου, ειδικά σε συνθήκες πεδίου. Αυτό σημαίνει ότι η βελτίωση του τύπου αισθητήρα από μόνη της δεν βελτιώνει αυτόματα την ποιότητα των δεδομένων.
Γιατί χρησιμοποιούνται γεώφωνα 3 συστατικών σε σύγχρονες σεισμικές έρευνες
Χρησιμοποιούμε γεώφωνα 3 συστατικών όχι επειδή αλλάζουν τη φυσική, αλλά επειδή μας δίνουν περισσότερους τρόπους να το ερμηνεύσουμε.
Είναι ιδιαίτερα πολύτιμα όταν:
- Πρέπει να αναλύσουμε την κατεύθυνση και την πόλωση των κυμάτων
- Τα μετατρεπόμενα κύματα (κύματα PS) είναι σημαντικά
- Τα επιφανειακά κύματα πρέπει να διαχωριστούν ή να καταστείλονται
- Οι πολύπλοκες συνθήκες κοντά-της επιφάνειας παραμορφώνουν τα κυματοπεδία
Σε αυτές τις περιπτώσεις, η ύπαρξη τριών συνιστωσών μας επιτρέπει να εφαρμόζουμε πιο προηγμένες τεχνικές επεξεργασίας και να εξάγουμε περισσότερες χρήσιμες πληροφορίες από την ίδια κίνηση του εδάφους.
Γιατί οι συγκρίσεις Geophone μπορεί να είναι παραπλανητικές
Σε πραγματικά έργα, συχνά συγκρίνουμε γεώφωνα χρησιμοποιώντας φάσματα, ενέργεια ή αναλογίες σήματος προς-θόρυβο. Φαίνεται απλό, αλλά τα αποτελέσματα μπορεί να είναι παραπλανητικά.
Τα δεδομένα επιτάχυνσης συνήθως δείχνουν ισχυρότερο περιεχόμενο υψηλής-συχνότητας, αλλά αυτό οφείλεται στον τρόπο υπολογισμού του και όχι σε πιο πραγματικά σήματα υψηλής-συχνότητας υπόγεια.
Το ίδιο ισχύει για την αναλογία ενέργειας και σήματος-προς-θόρυβο. Οι αλλαγές στην ευαισθησία, το φιλτράρισμα ή τον τομέα δεδομένων μπορούν όλα να επηρεάσουν το αποτέλεσμα. Αυτό που μοιάζει με καλύτερα δεδομένα είναι συχνά απλώς ένας διαφορετικός τρόπος αναπαράστασης της ίδιας κίνησης εδάφους.
Όταν βάζουμε τα πάντα στον ίδιο τομέα, πολλές από αυτές τις διαφορές γίνονται πολύ μικρότερες από ό,τι φαίνονται αρχικά.
Επιλογή του Σωστού Γεωφώνου 3 Στοιχείων για το Έργο σας
Όταν επιλέγουμε ένα γεώφωνο 3 συστατικών, δεν εστιάζουμε σε μία παράμετρο. Αυτό που έχει σημασία είναι πώς λειτουργεί ολόκληρο το σύστημα υπό πραγματικές συνθήκες.
Εξετάζουμε:
- Χαρακτηριστικά θορύβου σε όλη τη χρησιμοποιήσιμη ζώνη συχνοτήτων
- Σταθερότητα και συνέπεια του αισθητήρα
- Συμπεριφορά σύζευξης με το έδαφος
- Συμβατότητα με ροές εργασιών απόκτησης και επεξεργασίας
Ένα σύστημα που βασίζεται στην-ταχύτητα-καλής απόδοσης μπορεί να αποφέρει αποτελέσματα ισοδύναμα με ένα σύστημα που βασίζεται σε-επιτάχυνση μόλις εφαρμοστούν οι κατάλληλες διορθώσεις και μετασχηματισμοί.
Αυτό που κάνει τη διαφορά δεν είναι μόνο ο τύπος του αισθητήρα, αλλά ολόκληρη η στρατηγική απόκτησης και επεξεργασίας.
Η εργασία με γεώφωνα 3 συστατικών μας δίνει μια πιο ολοκληρωμένη εικόνα της κίνησης του εδάφους, αλλά δεν αλλάζει τη φυσική των σεισμικών κυμάτων.
Ταχύτητα ή επιτάχυνση, μονής-συνιστώσας ή τριών-συστατικών-είναι διαφορετικοί τρόποι παρατήρησης της ίδιας δόνησης.
Αν το έχουμε αυτό υπόψη, γίνεται ευκολότερο να αποφύγουμε-την υπερβολική ερμηνεία των φαινομένων πλεονεκτημάτων και να εστιάσουμε σε αυτό που πραγματικά βελτιώνει την ποιότητα των σεισμικών δεδομένων: ισχύς σήματος, έλεγχος θορύβου και σωστή επεξεργασία.
Αναφορές
[1] Wei, Jidong.Σεισμικά Γεωφώνια για Εξερεύνηση Πετρελαίου. Qingdao: China Ocean University Press, 2016.
[2] Sercel Company.Τεχνικό εγχειρίδιο 428XL (έκδοση 4.0). Γαλλία, 2010.
[3] Li, Qingzhong. "Μερικές λανθασμένες έννοιες σε σεισμική εξερεύνηση υψηλής ευκρίνειας{{2} και αντίστοιχα αντίμετρα."Γεωφυσική Έρευνα Πετρελαίου, vol. 32, no. 6, 1997, pp. 751–783.
[4] Crisi, PA και TJ Perrin. "Πόσος άνεμος είναι αρκετός;"Εκτεταμένες περιλήψεις του Τεχνικού Προγράμματος SEG, τόμος. 22, 2003, σελ. 70–73.
[5] Wei, Jidong. "Αποσυνέλιξη γεωφώνου για αντιστάθμιση χαμηλής-συχνότητας σε σεισμικά δεδομένα."Γεωφυσική Έρευνα Πετρελαίου, vol. 51, no. 2, 2016, pp. 224–231.
