Технологии морской сейсморазведки в широком частотном диапазоне…

Технологии морской сейсморазведки
в широком частотном диапазоне:
проблемы и возможности

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия

Автор для переписки: Ю.П. Ампилов, e-mail: ampilovy@gmail.com

Изложены результаты сопоставления технологий морской сейсморазведки в широком частотном диапазоне. При этом рассмотрены особенности как традиционной, нефтяной, сейсморазведки, оперирующей в области первых десятков герц при глубинности в несколько километров, так и инженерной сейсморазведки с полезными сигналами в интервале от сотен до тысяч герц, используемой для детального изучения строения морских осадков до глубин в несколько сотен метров ниже дна. В методах и подходах к таким исследованиям много общего, несмотря на то, что они проводятся разными группами специалистов. Данная статья впервые рассматривает эту проблему с единой точки зрения. При анализе использованы опубликованные материалы зарубежных геофизических компаний и экспериментальные данные, полученные авторами с помощью собственных модификаций сейсмоакустических методов для разноуровневых наблюдений. Продемонстрирована эффективность использования предложенных способов на арктических акваториях, в особенности для изучения зон многолетнемерзлых пород в верхней части разреза. Рассмотрены случаи применения как буксируемых регистрирующих устройств, так и донных кабелей и станций с многокомпонентными регистраторами, в том числе использующих оптоволоконные технологии. Последние имеют преимущество при установке долговременных стационарных систем наблюдений для мониторинга добычи на морских месторождениях нефти и газа (4D сейсморазведка). Анализируя общие проблемы морской сейсморазведки в традиционном и высокочастотном диапазонах, авторы делают вывод, что пришло время пересмотреть общую концепцию сейсморазведки на акваториях, не менявшуюся на протяжении десятилетий. Одним из возможных путей может быть разработка единой тотальной системы наблюдений во всех частотных диапазонах с единым циклом обработки и интерпретации данных. Полученные результаты представляют практическую ценность для развития методологии геофизического изучения осадочного чехла в труднодоступных акваториях.

Ключевые слова: морская сейсморазведка, сейсморазведка 3D и 4D, шельф, многокомпонентная регистрация, двухсенсорные датчики, многолетнемерзлые породы, сейсмоакустика.

Цитируйте эту статью как: Ампилов Ю.П., Владов М.Л., Токарев М.Ю. Технологии морской сейсморазведки в широком частотном диапазоне: проблемы и возможности // Сейсмические приборы. 2018. Т. 54, № 4. C.42–65. DOI: 10.21455/si2018.4-4

Ампилов Ю.П. Поглощение и рассеяние сейсмических волн в неоднородных средах. М.: Недра, 1992. 158 с.

Ампилов Ю.П. Сейсмическая интерпретация: опыт и проблемы. М.: Геоинформмарк, 2004. 278 с.

Ампилов Ю.П. Сейсморазведка на российском шельфе // Offshore [Russia]. 2015a. № 2. С.26–33.

Ампилов Ю.П. Сопоставление альтернативных технологий широкополосной морской сейсморазведки // Технологии сейсморазведки. 2015б. № 2. С.77–85.

Ампилов Ю.П., Батурин Д.Г. Новейшие технологии сейсмического мониторинга 4D при разработке морских месторождений нефти и газа // Технологии сейсморазведки. 2013. № 2. С.31–36.

Ампилов Ю.П., Барков А.Ю., Яковлев И.В., Филиппова К.Е., Приезжев И.И. Почти всё о сейсмической инверсии. Часть I // Технологии сейсморазведки. 2009. № 4. С.3–16.

Владов М.Л., Бричева С.С., Стручков В.А., Токарев М.Ю. Оценка возможностей лабораторных измерений упругих свойств неконсолидированных осадков с использованием электроискрового источника упругих волн и пьезоэлектрических приемников давления // Технологии сейсморазведки. 2016. № 3. С.114–122.

Калинин А.В., Калинин В.В., Пивоваров Б.Л. Сейсмоакустические исследования на акваториях. М.: Недра, 1983. 204 с.

Рослов Ю.В., Воронов М.А., Долотказин И.Н. Технология многокомпонентной донной сейсморазведки на основе модулей “Turtle-500” // Приборы и системы разведочной геофизики. 2014. № 2. С.37–46.

Яковлев И.В., Ампилов Ю.П., Филиппова К.Е. Почти всё о сейсмической инверсии. Часть II // Технологии сейсморазведки. 2011. № 1. С.5–15.

Ampilov Y.P. From seismic interpretation to modeling and assessment of oil and gas fields. Houten, The Netherlands: EAGE Publications, 2010. 274 p. ISBN: 9781680156928 electronic bk.

Ampilov Y.P. Problems of using modern seismic technology on the Russian shelf // Geomodel 2015 – 17th Scientific-Practical Conference on Oil and Gas Geological Exploration and Development. 2015. P.355–359.

Ampilov Y.P., Baturin D.G. Latest marine geophysical technologies for comprehensive study of natural hydrocarbon reservoirs and monitoring // Society of Petroleum Engineers – SPE Russian Oil and Gas Exploration and Production Technical Conference and Exhibition 2012. P.2056–2063.

Ampilov Y.P. Offshore seismic equipment. A window of opportunity for import substitution // Offshore [Russia]. 2017. No. 2. P.22–25.

Ampilov I.P., Bezmaternykh E.F., Malovitskii J.P., Oblogina T.I. New possibilities for the study of earth crust via absorption of seismic waves // Doklady Akademii Nauk SSSR. 1990. V. 310, Issue 6. P.1331–1334.

Baardman R.H., Verschuur D.J., van Borselen R.G., Frijlink M. Estimation of primaries by sparse inversion using dual-sensor data // SEG Denver. 2010. Ann. Meet. Exp. Abstracts. 2010. P.3468–3472.

Badrieva A.F., Vladov M.L. Evaluation of the possibility of using antennas with finite area in ground-penetrating radar research without direct contact with the medium // Moscow University Geology Bulletin. 2013. V. 68, N 1. P.52–59.

Barkved O.I. Seismic surveillance for reservoir delivery: from a practitioner’s point of view. EAGE Publications, 2012. 278 p.

Day A., Cambois G., Carlson D., Jones C., Lesnes M., Sollner W., Tabti H. Dual-sensor streamer data, acquisition QC and attenuation of seismic interferences and other noises // 71th EAGE Conference & Exhibition. 2009. X033. DOI: 10.3997/2214-4609.201400517

Day A., Klűver T., Söllner W., Tabti H., Carlson D. Wavefield-separation methods for dual-sensor towed-streamer data // Geophysics. 2013. V. 78, N 2. P.WA55–WA70. DOI: 10.1190/GEO2012-0302.1

Egorov A., Glubokovskikh S., Bóna A., Pevzner R., Gurevich B., Tokarev M. How rough sea affects marine seismic data and deghosting procedures // Geophysical Prospecting. 2018. V. 66, N 1. P.3–12.

Foreste K., Robertson J., Boekholt M. Опыт и результаты первых в России морских сейсморазведочных работ 4D на шельфе Сахалина // Материалы 7-й конф. “Шельф России 2012”. М., 2012.

Fromyr E., Pharez S.J., Ampilov Y. A ghost-free solution for marine seismic acquisition // Saint Petersburg 2012 – Geosciences: Making the Most of the Earth's Resources. EAGE. 2012. https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-84899442460&partnerID=40&md5= fa668a9a9765ec895da872b7006e0891

Gaynanov V.G., Tokarev M.U., Zverev A.S. Offshore seismoacoustic survey technology – from two frequency profiling to multichannel systems // 3rd EAGE St. Petersburg International Conference and Exhibition on Geosciences – Geosciences: From New Ideas to New Discoveries, April 2008. DOI: 10.3997/2214-4609.20146893

Isaenkov R., Ponimaskin A.I., Tokarev M.J. Processing workflow for the dynamic interpretation of very-high-resolution P-wave seismic data // Near Surface Geoscience 2016 – Second Applied Shallow Marine Geophysics Conference. DOI: 10.3997/2214-4609.201602154

Kalinin V.V., Vladov M.L., Egorov A.A. The possibility of creating unidirectional antennas of small wave sizes for seismic prospecting. Part 3. Analysis of the possibility of using as part of bottom loggers // Seismic Technology. 2014. N 3. FUE “Publishing House SB RAS”. P.79–84.

Long A. A bigger picture view of separated wavefields and marine broadband seismic // First Break. 2017. V. 35, N 6. P.81–86.

Oshkin A., Fokin I., Tikhotsky S., Vladov M., Bershov A. Seismoacoustic raying for the survey of concrete and masonry structures // Geophysics 2014 – 10th EAGE International Scientific and Practical Conference and Exhibition on Engineering and Mining Geophysics. 2014. DOI: 10.3997/ 2214-4609.20140370

Shmurak D.S., Ermakov A.P., Vladov M.L. Near surface seismic of karst areas // Proceedings of 12th Conference and Exhibition Engineering Geophysics. EAGE. 2016. P.150–153.

Terekhina Y.E., Tokarev M. Integrated acoustic and sampling data for seabed mapping in Kandalaksha bay the White sea // Near Surface Geoscience 2014 – First Applied Shallow Marine Geophysics Conference. 2014. DOI: 10.3997/2214-4609.20142131

Tokarev M.Yu., Gaynanov V.G., Kulnitsky L.M. Method of seismic studies in the water area and the device for its implementation: RF patent 2592739, 27.07.2016.

Tokarev M., Kuzub N., Pevzner R., Kalmykov D., Bouriak S. High resolution 2D deep-towed seismic system for shallow water investigation // First Break. 2008. V. 26, N 4. P.77–85.

Van Gestel J.P., Kommedal J., Barkved O., Mundal I., Bakke R., Best K. Continuous Seismic Surveillance of Valhall Field // The Leading Edge. 2008. P.8–14.

Veeken P.C.H., Priezzhev I., Shmaryan L.E., Shteyn Y.I., Barkov A.Y., Ampilov Y.P. Nonlinear multitrace genetic inversion applied on seismic data across the Shtokman field, offshore northern Russia // Geophysics. 2009. V. 74, N 6. SEG. DOI: 10.1190/1.3223314

Vladov M.L., Bricheva S.S., Struchkov V.A., Tokarev M.Yu. Assessment of the possibilities of laboratory measurements of the elastic properties of unconsolidated precipitation using an electric spark source of elastic waves and piezoelectric pressure receivers // Seismic Technology. 2016. N 3. FUE “Publishing House SB RAS”. P.114–122 (in Russian).

Vladov M.L., Nikolaeva S.K., Oshkin A.N., Pioro E.V. Deformation characteristics of quaternary clay soils by results of engineering-geological and ultrasonic research // Geofizika. 2015. N 4. P.27–31. (in Russian).

Vladov M.L., Yeletskaya S.S. Marine seismometry. M.: KDU, University Book, 2016. 178 p. (in Russian). ISBN: 978-5-91304-669-7.

АМПИЛОВ Юрий Петрович – доктор физико-математических наук, профессор кафедры сейсмометрии и геоакустики геологического факультета, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1. Тел.: +7(916) 144-99-86.
E-mail: ampilovy@gmail.com

ВЛАДОВ Михаил Львович – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой сейсмометрии и геоакустики геологического факультета, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1. Тел.: +7(916) 149-35-80. E-mail: vladov_ml@mail.ru

ТОКАРЕВ Михаил Юрьевич – кандидат технических наук, заместитель декана геологического факультета, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова. 119991, Москва, Ленинские горы, д. 1. Тел.: +7(985) 991-71-79. E-mail: mjtokarev@gmail.com

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

Technologies of broadband marine seismic exploration: problems and opportunities

Abstract. The results of comparison of marine seismic exploration technologies are laid down as far as broadband acquisition is concerned. With regard to the above mentioned the specific aspects of conventional, the so-called “oil” seismic exploration (which operates in the range of the first dozens hertz with a depth of several kilometers), as well as the so-called “engineering” seismic exploration (which registers signals in the range from hundreds to thousands Hz and covers the detailed structure of sea deposits to the depths of several hundred meters below the bottom) are examined. Normally, these two exploration types are conducted by different teams that do not cross. Still, exploration methods and approaches have a lot in common and this article addresses this problem from a common viewpoint for the first time. The analysis is based both on articles published by various geophysical companies as well as experimental data acquired by the authors of the present article using the proprietary modifications of seismic-acoustic methods for tiered observations. The efficiency of modification is demonstrated in Arctic water areas, particularly in the study of permafrost areas in the near-surface section. In the present article we examined the towed acquisition systems as well as ocean bottom cables and networks with multi-component sensors, including fibre optic technology. The latter have the advantage when using long-term observation systems for the purposes of marine oil and gas recovery monitoring (4D seismic). Analysis of common problems of marine seismic in conventional and high frequency bands has shown that it is time to review the common concept of seismic exploration in water areas that has not been revised in decades. One of the possible ways could be the elaboration of a uniform total system of observations in all frequency bands with a common data processing and interpretation cycle. The findings have practical value for the development of the strategy of the geophysical survey of the sedimentary cover in hard-to-reach water areas.

Keywords: marine seismic exploration, 3D and 4D seismic survey, shelf, multi-component data acquisition, dual-sensor detectors, permafrost, seismo-acoustic.

AMPILOV Yury Petrovich – Doctor of Science in Geophysics, professor, Professor of the Department of Seismometry and Geoacoustics, Geological Faculty, Lomonosov Moscow State University. Leninskie Gory, 1, Moscow State University, Moscow, Russia, 119991. Phone: +7(916) 144-99-86. E-mail: ampilovy@gmail.com

VLADOV Mikhail Lvovich – Doctor of Science in Geophysics, professor, Head of the Department of Seismometry and Geoacoustics, Geological Faculty, Lomonosov Moscow State University. Leninskie Gory, 1, Moscow State University, Moscow, Russia, 119991. Phone: +7(916) 149-35-80.
E-mail: vladov_ml@mail.ru

TOKAREV Mikhail Yurievich – PhD in Geophysics, Deputy Dean of the Geological Faculty, Lomonosov Moscow State University. Leninskie Gory, 1, Moscow State University, Moscow, Russia, 119991. Phone: +7(985) 991-71-79. E-mail: mjtokarev@gmail.com

Cite this article as: Ampilov Yu.P., Vladov M.L., Tokarev M.Yu. Technologies of broadband marine seismic exploration: problems and opportunities. Seismicheskie Pribory, 2018, Vol. 54, no. 4, pp. 42–65. (in Russian). DOI: 10.21455/si2018.4-4

English translation of the article will be published in Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online), https://link.springer.com/journal/11990), 2019, Volume 55, Issue 4.

СЕЙСМИЧЕСКИЕ ПРИБОРЫ. 2018. Том 54. № 4. C.42–65. DOI: 10.21455/si2018.4-4