УДК 550.34, 550.34.038.8

PACS: 06.20.fb, 07.07.Df

 

Использование четырехкомпонентных
сейсмоприемников – влияние на качество
и надежность многокомпонентной
сейсмической записи, анализ способов обработки

 

© 2017 г. П.С. Плотницкий1,2, С.В. Яскевич1,2, А.А. Дучков1,2

 

1 Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН,
г. Новосибирск, Россия

2 Новосибирский государственный университет, г. Новосибирск, Россия

Автор для переписки:  С.В. Яскевич, e-mail: yaskevichsv@gmail.com

 

Главное

·         Показано повышение отношения сигнал/шум при пересчете 4С данных в 3С

·         Показана возможность коррекции чувствительности датчиков 4С сейсмоприемника

·         4С данные остаются ценными для анализа при поломке одной из компонент приемника

 

Аннотация

При сейсмических наблюдениях в шахтах или в скважинах наряду с трехкомпонентными сейсмоприемниками используются четырехкомпонентные с датчиками, расположенными по осям тетраэдра. При помещении сейсмоприемника в труднодоступное место на длительный срок повышаются требования к его надежности, поэтому есть необходимость контроля его работы. С этой точки зрения четырехкомпонентный сейсмоприемник имеет некоторые преимущества перед обычным трехкомпонентным сейсмоприемником. Из этих преимуществ выделяются основные три: подавление аппаратурных шумов при пересчете четырехкомпонентной записи в трехкомпонентную, сохранение информативности поляризационного анализа данных при выходе из строя одной из компонент сейсмоприемника и контроль чувствительности индивидуальных компонент сейсмоприемников. Для подавления аппаратурного шума в случае записей четырехкомпонентного сейсмоприемника необходимо выполнить ряд процедур: сначала рассчитывается матрица ковариации компонент записи, далее собственные значения и собственные векторы матрицы ковариаций. Затем рассчитывается параметр, позволяющий судить о величине аппаратурного шума относительно полезного сигнала), после чего находится оператор, проектирующий четырехкомпонентный вектор смещений на трехмерное подпространство. Этот оператор применяется к данным для подавления помех (движений, не соответствующих движению в трехмерном пространстве). На выходе процедуры мы получаем данные, частично очищенные от аппаратурного шума. В этой статье на модельных примерах исследуются особенности обработки данных четырехкомпонентных сейсмоприемников. Продемонстрирована возможность подавления аппаратурного шума и контроля чувствительности индивидуальных компонент сейсмоприемников, показано влияние на результаты поляризационного анализа.

 

Ключевые слова: скважинный сейсмоприемник, компоненты, запись, тетраэдр, многоволновая сейсморазведка, поляризационный анализ, микросейсмический мониторинг, подавление шума, ВСП.

 

Цитируйте эту статью как: Плотницкий П.С., Яскевич С.В., Дучков А.А. Использование четырехкомпонентных сейсмоприемников – влияние на качество и надежность многокомпонентной сейсмической записи, анализ способов обработки // Сейсмические приборы. 2017. Т. 53, № 4. C.26–36. DOI: 10.21455/si2017.4-2

 

 

Литература

 

Бугаевский Г.Н. Общая схема универсального сейсмометрического канала для выполнения наблюдений в произвольной точке объекта // Строительство и техногенная безопасность: Сб. науч. тр. Симферополь, 2005. № 11. С.82–84.

Гальперин Е.И. Поляризационный метод сейсмических исследований. М.: Недра, 1977. 277 с.

Дергач П.А., Юшин В.И. О “запредельных” возможностях электродинамических сейсмоприемников // Сейсмические приборы. 2016. Т. 52, № 4. С.33–42.

Маловичко А.А., Маловичко Д.А., Дягилев Р.А. Сейсмологический мониторинг на рудниках Верхнекамского месторождения калийных солей // Горный журнал. 2008. № 10. С.25–29.

Пузырев Н.Н., Оболенцева И.Р. Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию. Новосибирск, 1997. 301 с.

Яскевич С.В., Гречка В.Ю., Дучков А.А.  Обработка данных микросейсмического мониторинга геодинамических событий с учетом сейсмической анизотропии массива горных пород // ФТПРПИ. Новосибирск,  2014. № 6. С.41–52. 

Gibowicz S. J., Kijko A. An introduction to mining seismology // Elsevier, 2013. V. 55. 399 p.

Jones R. H., Asanuma H. Optimal Four Geophone Configuration, Vector Fidelity and Long-Term Monitoring // 66th EAGE  Conference & Exhibition. Paris, 2004. P.294.

Maxwell S. Microseismic Imaging of Hydraulic Fracturing: Improved Engineering of Unconventional Shale Reservoirs. Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, 2014. V. 17. 214 p.

Mendecki A.J., Lynch R.A., Malovichko D.A. Routine micro-seismic monitoring in mines // Proceedings of Australian earthquake engineering society conference. Perth, 2010. V. 5. P.1–47.

Morosini M., Daley T., Eales M., Boivineau A.S., Nicou C., Jupe A. Continuous deep microseismic monitoring of the Karachaganak Field, Kazakhstan: integrating reservoir geoscience, drilling and engineering // Petroleum Geoscience. 2012. V. 18, N 3. P.279–287.

Morozov I.B., Carr B.J., Smithson S.B. Transformation of four-component vertical seismic profiling records from Kola superdeep borehole, Russia // Computers & Geosciences. 1997. V. 23, N 10. P.1039–1049.

Si G., Durucan S., Jamnikar S., Lazar J., Abraham K., Korre A., Lurka A. Seismic monitoring and analysis of excessive gas emissions in heterogeneous coal seams // International Journal of Coal Geology. 2015. V. 149. P.41–54.

Wu X., Liu C., Hosseini Z., Trifu C. I Applications of microseismic monitoring in China’s underground coal mines // Proceedings of the Thirty First International Conference on Ground Control in Mining, West Virginia. 2012. P.130–137.

 

Сведения об авторах

 

ПЛОТНИЦКИЙ Павел Сергеевич – лаборант, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 3; Магистрант, Новосибирский государственный университет. 630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, д. 2. Тел.: +7(383) 330-90-16.
E-mail:  pplotnitskiy@bk.ru

 

ЯСКЕВИЧ Сергей Владимирович – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 3; старший преподаватель, Новосибирский государственный университет. 630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, д. 2. Тел.: +7(923) 133-87-19. E-mail:  yaskevichsv@gmail.com

 

ДУЧКОВ Антон Альбертович – кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией, Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН. 630090, г. Новосибирск, просп. Академика Коптюга, д. 3; доцент, Новосибирский государственный университет, 630090, г. Новосибирск, ул. Пирогова, д. 2. Тел.: +7(383) 330-90-16. E‑mail: DuchkovAA@ipgg.sbras.ru

 

METADATA IN ENGLISH

 

About the journal

SEISMICHESKIE PRIBORY, ISSN: 0131-6230,  eISSN: 2312-6965, DOI: 10.21455/si, http://elibrary.ru/title_about.asp?id=25597)

English Translation: Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online),

https://link.springer.com/journal/11990

 

Using four-component geophones – effect
on quality and reliability of multicomponent seismic recording, analysis of processing methods

 

P.S. Plotnitskii1,2, S.V. Yaskevich1,2, A.A. Duchkov1,2

 

1 Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia

2 Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia

Corresponding author:  S.V. Yaskevich, e-mail: yaskevichsv@gmail.com

 

Highlights

·         Signal-to-noise ratio increases when transformation of 4C data into 3C is applied

·         We show the approach of correcting sensitivity of 4C geophone sensors

·         4C data remain valuable for the analysis when one of recording components fails

 

Abstract. For seismic observations in mines or wells, along with three-component seismic sensors, four-component geophones with sensors located along the tetrahedron axes are used.  When the geophones are placed in a hard-to-reach place for a long period, the requirements for the sensor reliability increase, and there is a need to control its operation. From this point of view, the four-component geophone has some advantages over the conventional three-component one. Of these advantages, three main ones are distinguished: the suppression of instrumental noise when recalculating the four-component recording into a three-component one, retaining the informative value of the polarization analysis of the data in a case of failure of one of the components of the seismic receiver, and monitoring the sensitivity of individual components of the seismic receivers. To suppress instrumental noise in the case of a four-component geophone, it is necessary to perform a number of procedures: first, the covariance matrix of the recording components is calculated, next, the eigenvalues and eigenvectors of the covariance matrix. Then a parameter is calculated that allows us to assess the ratio of instrumental noise to the useful signal. On the next step, we calculate an operator which converts the four-component record into a three-dimensional subspace projection. This operator is applied to the data to suppress interference (movements that do not correspond to motion in three-dimensional space).  At the output of the procedure, we get the data, partially separated from the instrumental noise. In this paper, the data processing features of four-component geophones are studied using model examples. The capability of suppressing instrumental noise and controlling the sensitivity of individual components of seismic receivers is demonstrated. We also show and analyze the effect of polarization analysis on the results obtained.

 

Keywords: borehole geophone, components, recording, tetrahedron, multiwave seismology, polarization analysis, microseismic monitoring, noise suppression, VSP.

 

About the authors

 

PLOTNITSKII Pavel Sergeevich – laboratory assistant, Federal State Budgetary Scientific Institution Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences (IPGG SB RAS), 630090, Novosibirsk, av. Koptyug, b, 3; MSc student, Novosibirsk State University, 630090, Novosibirsk, st. Pirogova, 2. Tel.: +7 (383) 3309016. E-mail: pplotnitskiy@bk.ru

 

YASKEVICH Sergey Vladimirovich – PhD, Researcher, Federal State Budgetary Scientific Institution Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences (IPGG SB RAS), 630090, Novosibirsk, av. Koptyug, b. 3; Senior Lecturer, Novosibirsk State University, 630090, Novosibirsk, st. Pirogova, 2. Tel.: +7 (923) 1338719. E-mail: yaskevichsv@gmail.com

 

DUCHKOV Anton Albertovich – PhD, Researcher, Federal State Budgetary Scientific Institution Trofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences (IPGG SB RAS), 630090, Novosibirsk, av. Koptyug, b. 3; Associate professor, Novosibirsk State University, 630090, Novosibirsk, st. Pirogova, 2. Tel.: +7 (383) 3309016. E-mail: DuchkovAA@ipgg.sbras.ru

 

Cite this article as: Plotnitskii P.S., Yaskevich S.V., Duchkov A.A. The use of four-component geophones – impact on the quality and reliability of multicomponent seismic recording, analysis of processing methods, Seismicheskie Pribory, 2017, vol. 53, no. 4, pp.26–36. DOI: 10.21455/si2017.4-2 (in Russ.).

 

English translation of the article will be published in Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online), https://link.springer.com/journal/11990), 2018, Volume 54, Issue 4.