طراحی لرزه نگاری سه بعدی در مناطق پیچیده زمین شناسی جنوب ایران

[XMEHRDADX 7514]

چکيده:

 

آرايه چشمه و گيرنده در برداشت دانسته‌هاي لرزه‌اي براي تضعيف امواج سطحي توليد شده به‌وسيله چشمه استفاده مي‌شوند. از طرفي با توجه به فاصله نمونه‌برداري مکاني، ثبت صحيح امواجي که طول موج کوتاهتري از دو برابر فاصله دو ايستگاه دارند مقدور نبوده و بنابراين با استفاده از آرايه‌هاي چشمه و گيرنده مي‌توان اين امواج را که مستعد الياس شدن هستند تضعيف کرد. بنابراين براي تضعيف بيشتر اين پديده‌ها (امواج سطحي و الياسينگ مکاني)، نياز به بهينه‌سازي آرايه‌ها داريم.

 

يکي از روش‌هاي بهينه‌سازي آرايه چشمه و گيرنده روش هماميخت مکاني است. در اين روش هر آرايه پيچيده از چند آرايه ساده تشکيل شده که با قرار گرفتن کنار هم يک آرايه بزرگ به‌وجود مي‌آورند. با استفاده از آرايه‌هاي ساده 2 و 3 عضوي و قرار دادن نقاط فرورفته اين آرايه‌ها در پهناي کناري پاسخ نهايي آرايه مي‌توان اين پهنا را تضعيف کرد. با توجه به اينکه هر دو آرايه چشمه و گيرنده روي دامنه امواج ايجاد شده تاثير مي‌گذارند و مقدار کل تاثير آرايه چشمه و گيرنده برابر با مجموع اين دو تاثير بر حسب دسي‌بل است، مي‌توان با استفاده از تاثير آرايه چشمه بر پاسخ نهايي آرايه‌هاي چشمه و گيرنده نيز پاسخ نهايي را بهينه کرد.

 

در عمليات دوبعدي چشمه و گيرنده در امتداد هم قرار دارند و آزيموت بين امتداد آنها صفر است، ولي در عمليات سه بعدي اين زاويه ثابت نبوده و متغير است، بنابراين در بهينه‌سازي آرايه چشمه و گيرنده نياز به بررسي پاسخ نهايي در تمامي آزيموت‌هاي موجود بين امتداد چشمه و گيرنده هستيم تا پاسخ نهايي در تمامي آزيموت‌ها داراي پهناي اصلي برابر و پهناهاي فرعي تضعيف شده باشد. در اين پايان‌نامه پس از بررسي آرايه‌هاي خطي و سطحي در آزيموت‌هاي متفاوت به اين نتيجه مي‌رسيم که آرايه‌هاي سطحي در آزيموت‌هاي مختلف پاسخ بهتري از آرايه‌هاي خطي مي‌دهند و به همين دليل پيشنهاد شده است که در عمليات سه بعدي از آرايه‌هاي سطحي به‌جاي آرايه‌هاي خطي استفاده شود.

 

کليد واژگان: آرايه چشمه، آرايه گیرنده، پاسخ آرايه بهينه، هماميخت مکانی، الياسينگ مکانی

 

 

مقدمه:

 

يکي از مهمترين مراحل يک پروژه لرزه‌اي، عمليات لرزه‌اي است. در عمليات لرزه‌اي يک دسته دانسته ثبت مي‌شود كه بالا بودن کيفيت اين دانسته‌هاي ثبت شده در عمليات باعث بهتر انجام شدن مراحل بعدي پروژه، يعني پردازش و تفسير آنها مي‌شود. بنابراين عمليات لرزه‌اي يکي از مهمترين مراحل يک پروژه لرزه‌اي است، زيرا در صورت کم بودن کيفيت دانسته‌ها و از دست دادن سيگنال‌ها در عمليات، قادر به برگرداندن اطلاعات از دست رفته نيستيم.

 

يکي از مهمترين شاخص‌هاي کيفي يک عمليات لرزه‌اي، بالا بودن نسبت سيگنال به نويز [4]يا کم بودن نويز‌هاي خطي (امواج سطحي)، نويز‌هاي اتفاقي ثبت شده در ثبت و همچنين نداشتن الياسينگ مکاني است.

 

براي کاهش نويز‌هاي اتفاقي و نويز‌هاي خطي، نيازمند استفاده از آرايه‌ها هستيم آرايه به مجموعه‌اي از گيرنده‌ها گفته مي‌شود که به يک ايستگاه متصل باشند و يا چشمه‌هايي که در يک زمان عمل مي‌کنند. در آرايه گيرنده هر گيرنده يک لرزه نگاشت جداگانه ثبت مي‌کند از آنجايي که گيرنده‌ها به هم متصلند لرزه نگاشت‌هاي ثبت شده بوسيله گيرنده‌هاي آرايه با هم جمع شده و يا به عبارت ديگر برانبارش مي‌شوند، و لرزه‌نگاشت مربوط به آن آرايه را به‌وجود مي‌آورند.

[XMEHRDADX 7514]

 

کليد واژه:

 

هماميخت مکاني: جهت استفاده ازيک موج با فرکانس مشخص، نياز به دو بار استفاده از تبديل فوريه و معکوس آن است. در اين روش با کمک روابط ساده رياضي ، موجي با فرکانس و مشخصات مشخص توليد مي‌‌شود.

 

خط برداشت: خط و مسير طراحي شده که گيرنده‌ها بر روي آن قرار مي‌گيرند. تصحيح استاتيک: تصحيح ارتفاع و پستي و بلندي گيرنده‌ها (ژئوفون‌ها) را مي‌گويند.

 

آرايه گيرنده: ارايه‌اي که باتغيير در طول موج ظاهري و سرعت ظاهري و همچنين فرکانس امواج مي‌تواند نويزهاي خطي ـ نويزهاي اتفاقي و اثرات محيطي را تضعيف کند.

 

آرايه چشمه: اصول کار آن مانند آرايه گيرنده است، ولي با اين تفاوت که هدف از آن تضعيف امواج سطحي، هدايت موج به‌سمت پايين و توليد جبهه موج تخت است.

 

آرايه برانبارش: در اين آرايه نيازي به دانستن طول موج امواج سطحي نيست و طول آرايه براي هر لرزه نگاشت برابر با فاصله2 لرزه نگاشت است و يک آرايش يکنواخت در بين گيرنده‌ها مشاهده مي‌‌شود.

 

فولد: تعداد گيرنده‌هايي که در هر شوت فعالند و سيگنال را دريافت مي‌کنند.

 

امواج سطحي : شامل امواج لاو و ريلي هستند که در سطح انتشار مي‌يابند.

 

تفکيک : تفکيک لرزه اي، توانايي تشخيص مشخصات مختلفي از جمله فاصله و مرزبين دو عارضه که جداکننده خواص آن دو است مي‌باشد و به ما در تفکيک و تفسير اطلاعات لرزه اي ياري مي‌رساند.

 

مقطع برانبارش: اگر اطلاعاتي را که از يک نقطه مشخص، تمام گيرنده‌ها گرفته اند را کنار هم بگذاريم اطلاعات را متمرکزتر کرده‌ايم که در اصطلاح به آن cmp gather sort مي‌گويند که از کنار هم گذاشتن cmp‌هاي مختلف در کنار هم، مقطع برانبارش ايجاد کرده‌ايم.

[XMEHRDADX 7514]

به‌طور کلي براي ثبت نکردن نويز‌ها دو راه وجود دارد:[1]

 

1) حذف اين امواج با استفاده از آرايه‌هاي گيرنده.

 

2) حذف اين امواج با استفاده از آرايه‌هاي چشمه، به اين منظور که اين امواج را به‌وسيله چشمه توليد نکنيم.

به‌منظور بهتر کار کردن آرايه‌ها و حذف بيشتر امواج سطحي و نويز‌هاي اتفاقي کارهاي زيادي انجام شده است. روش معمول در طراحي آرايه استفاده از آزمايش سطح نويز است. با استفاده از طول موج‌هاي نويز به‌دست آمده، آرايه به‌گونه‌اي طراحي مي‌شود که تا حد امکان بتواند طول موج‌هاي مختلف امواج سطحي را حذف کند. براي حذف بيشتر امواج سطحي و نويز‌هاي اتفاقي نيازمند افزايش طول آرايه هستيم، حال آنکه با زياد کردن طول آرايه، سيگنال‌هاي با فرکانس بالا و بازتاب‌هاي لايه‌هاي شيبدار را از دست مي‌دهيم.

 

تا مدت‌ها به‌دليل کم بودن ظرفيت ثبت دستگاه‌هاي ثبات اين کار انجام مي‌شد زيرا اگر يک موج با طول موج زياد به‌وسيله ايستگاه‌ها دريافت مي‌شد، دستگاه ثبات قادر به ثبت سيگنال‌هايي که همزمان با اين موج به ايستگاه رسيده بودند، نبود[2] انستي (1986) روش آرايه برانبارش را پيشنهاد کرد، روش آرايه برانبارش تلفيقي است بين عمليات و پردازش دانسته‌هاي بازتابي. با استفاده از اين روش، در عمليات چشمه‌ها و گيرنده‌ها را با يک نظم خاص قرار مي‌دهيم و پس از ثبت دانسته‌ها در پردازش هنگام برانبارش اين دانسته‌ها با توجه به نظم چشمه‌ها و آرايه گيرنده، در عمل آرايه‌ها را دنبال هم قرار مي‌دهيم. با اين کار يک آرايه بلند داريم که تمامي طول موج‌هاي امواج سطحي و همچنين نويز‌هاي اتفاقي را حذف مي‌کند، از طرفي اين آرايه، ايرادهاي آرايه بلند را ندارد. اين روش تا مدت‌ها استفاده مي‌شد زيرا با استفاده از اين روش مي‌توان نسبت سيگنال به نويز را تا حد بسيار خوبي بالا برد. آرايه برانبارش در آن زمان آرايه بسيار خوبي بود ولي اين آرايه چند ايراد اساسي داشت.

 

1) اين آرايه براي دورافت بهينه نشده بود.

 

2) با آغاز عمليات سه بعدي اين آرايه کاربرد خود را از دست داد زيرا اين آرايه در آزيموت‌هاي مختلف نيز پاسخ مطلوبي نمي‌داد.

 

3) مشکل الياسينگ مکاني در آرايه برانبارش.

 

با توجه به اينکه در گذشته ظرفيت ثبت دستگاه‌هاي ثبات کم بود، بيشترين تمرکز روي حذف امواج سطحي بود. با گذشت زمان و بهتر شدن دستگاه‌هاي ثبات مشکل ديگري مطرح شد، اين مشکل الياسينگ مکاني بود[3] الياسينگ به‌طور کلي به‌دليل فواصل زياد در نمونه‌برداري است. به‌دليل نمونه‌برداري در دو بعد زمان و مکان، دو نوع الياسينگ وجود دارد:

 

1) الياسينگ مکاني[4]

 

2) الياسينگ زماني[4]

 

در بعد زمان مي‌توان با توجه به فرکانس نايکوئست نمونه‌برداري، حد اکثر فرکانسي که از آن دو نمونه برداشت مي‌شود را محاسبه و سپس با يک ***** پايين گذر فرکانس‌هاي بالاتر از اين فرکانس را حذف کرد. بدين ترتيب مي‌توان از الياسينگ زماني جلوگيري کرد.

 

در بعد مکان براي جلوگيري از الياسينگ مکاني نيز دو راه داريم:

 

1) کم کردن فاصله نمونه‌برداري مکاني.

 

با اين کار مي‌توان از هر طول موج دو نمونه برداشت کرد، ولي اين کار (کم کردن فاصله نمونه‌برداري) باعث زياد شدن هزينه عمليات مي‌شود و از نظر اقتصادي مقرون به صرفه نيست.

 

2) استفاده از آرايه چشمه و گيرنده.

 

با استفاده از آرايه چشمه و گيرنده مي‌توان امواج با فرکانس بالا را که مستعد الياس شدن هستند تضعيف کرد. به عبارت ديگر با استفاده از آرايه چشمه اين امواج را توليد نکرد و با استفاده از آرايه گيرنده اين امواج را ثبت نکرد.

 

معمولا در عمليات از هر دو آرايه چشمه و گيرنده براي حذف فرکانس‌هاي بيشتر از فرکانس نايکوئست استفاده مي‌شود.

 

در گام اول اين تحقيق ابتدا به چگونگي عملكرد آرايه گيرنده پرداخته، عوامل تاثيرگذار روي پاسخ آرايه گيرنده نظير شيب، طول و... را مورد بررسي قرار داده و در پايان علل استفاده از آرايه گيرنده بررسي شده است.

 

سپس در گام دوم به پاسخ آرايه چشمه پرداخته و علل استفاده از آرايه چشمه نيز بررسي مي‌‌شود.

 

در گام سوم به بررسي آرايه برانبارش پرداخته و آرايه برانبارش در دو حالت گسترش يکسو و دو سو شرح داده شده است.

 

در گام چهارم به بررسي روش هماميخت مکاني براي طراحي آرايه يک بعدي (عمليات دوبعدي) و دوبعدي (عمليات سه بعدي) پرداخته شده است.

 

در گام پنجم به بحث پيرامون تاثير دورافت بر پاسخ آرايه و همچنين بهينه‌سازي پاسخ آرايه با استفاده از روش مرسوم و روش هماميخت مکاني پرداخته شده است.

 

در ادامه تاثير آزيموت بر پاسخ آرايه گيرنده مطرح شده و همچنين تاثير آرايه چشمه بر پاسخ آرايه گيرنده طرح و ارتباط آن با آزيموت شرح داده شده و در نهايت راههاي بهينه‌سازي آرايه در آزيموت‌هاي مختلف بررسي شده است.

 

سپس الياسينگ مكاني در عمليات دوبعدي و سه‌بعدي توضيح داده شده و راهكارهاي حذف اين مشكل نيز بررسي شده است.

 

و در نهايت در فصل آخر آرايه‌هاي به کار برده شده در عمليات دوبعدي ميدان نفتي هويزه و عمليات سه بعدي ميدان نفتي منصوري بررسي شده و آرايه‌هاي به کار رفته با آرايه بهينه طراحي شده مقايسه شده است.

 

1. بررسي آرايه‌هاي بکار رفته در عمليات دوبعدي ميدان هويزه و عمليات سه بعدي ميدان منصوري

 

عمليات هويزه در سال 1376 در هويزه اهواز انجام شد و پارامترهاي آن در جدول نشان داده شده است. آرايه‌هاي چشمه و گيرنده به‌کار برده شده در اين عمليات عبارتند از 3 چشمه به فاصله 5 متر و 18 گيرنده که در دو رديف 9 گيرنده‌اي قرار داده شده‌اند. فاصله گيرنده‌هاي هر رديف 5 متر و فاصله دو رديف از هم برابر با 10 متر بود. عمليات منصوري در سال‌هاي 85-1384 انجام شد و پارامترهاي آن در جدول زير نشان داده شده است. آرايه‌هاي چشمه و گيرنده به‌کار برده شده در اين عمليات عبارتند از 4 ويبراتور به فاصله 5/12 متر و 12 گيرنده که فاصله گيرنده‌ها 2 متر بود.

 

براي بررسي آرايه به‌کار برده شده در عمليات سه بعدي منصوري، ابتدا پاسخ نهايي آرايه‌ها را براي دورافت بررسي مي‌کنيم.

 

 

نتيجه‌گيري

 

1) آرايه چشمه و گيرنده به چند منظور استفاده مي‌شوند که عمده‌ترين آنها عبارتند از: الف) تضعيف نويز‌هاي خطي مانند امواج سطحي ب) تضعيف نويز‌هاي اتفاقي ج) تضعيف اثرات جانبي د) هدايت موج به سمت پايين هـ) توليد جبهه موج تخت.

 

2) براي استفاده از آرايه برانبارش دو شرط کلي داريم که عبارتند از: الف) در حالتي که گسترش يک‌سو داشته باشيم فاصله چشمه‌ها بايد نصف فاصله گيرنده‌ها باشد و همچنين طول آرايه هر ايستگاه نيز برابر با فاصله بين دو ايستگاه باشد. ب) براي حالتي که گسترش دوسو داشته باشيم فاصله چشمه‌ها بايد برابر با فاصله دو گروه باشد و طول آرايه مربوط به هر گروه نيز بايد برابر با فاصله دو گروه باشد.

 

هماميخت مکاني، شامل هماميخت دو آرايه مشابه يا غيرمشابه است. در حيطه فرکانس آرايه را به‌گونه‌اي طراحي مي‌کنيم که صفر آن در پهناهاي فرعي پاسخ آرايه ديگر باشد، دو پاسخ را درصورتي‌که بر حسب دسي‌بل باشند با هم جمع و اگر بر حسب دسي‌بل نباشند در هم ضرب کنيم. نتيجه کار پاسخ آرايه‌اي است که اولين پهناي فرعي آن کوچک شده است. جمع کردن دو پاسخ بر حسب دسي‌بل در حيطه فوريه، معادل هماميخت مکاني دو آرايه در حيطه مکان است.

 

3) براي بهينه‌سازي پاسخ آرايه براساس دورافت با استفاده از روش هماميخت مکاني، ابتدا پهناي اصلي پاسخ آرايه را به‌دست آورده و سپس پهناي فرعي آرايه را کوچک مي‌کنيم. براي اينکار با استفاده از آرايه‌هاي دو و سه گيرنده‌اي مي‌توان پهناي فرعي پاسخ آرايه را کوچک کرد.

 

4) افزايش زاويه آزيموت باعث کم شدن فواصل بين گيرنده‌ها در آرايه مي‌شود و آرايه‌هاي خطي با افزايش زاويه آزيموت کوتاهتر شده و پهناي اصلي پاسخ آرايه نيز بزرگتر مي‌شود. در حالتي که زاويه آزيموت 90 درجه باشد، پهناي اصلي آرايه بي‌نهايت مي‌شود. به عبارت ديگر، آرايه خطي به تمامي فرکانس‌هاي مکاني پاسخ يکساني مي‌دهد. بنابراين يک آرايه خطي آرايه مناسبي براي تمامي آزيموت‌ها نيست و در آزيموت‌هاي زياد پاسخ مناسبي ندارد. آرايه سطحي در آزيموت‌هاي مختلف پاسخ مناسبي داشته و در آزيموت‌هاي زياد فاصله بين گيرنده‌هاي آن صفر نمي‌شود.

 

5) در صورت استفاده از آرايه چشمه دامنه بعضي از طول موج‌هاي ايجاد شده تضعيف و برخي ديگر تقويت مي‌شود. بنابراين پاسخ آرايه چشمه روي پاسخ نهايي آرايه چشمه و گيرنده تاثير زيادي دارد. پاسخ نهايي آرايه چشمه و گيرنده را مي‌توان با هماميخت مکاني دو آرايه چشمه و گيرنده به‌دست آورد.

 

 

سيد محمدهادي حديقه، دکتر مهرداد اسفندياري کارشناس ارشد مهندسي معدن ـ گرايش اکتشاف استاد راهنما با همکاری وحید جلیلی کارشناس ارشد زمین‌شناسی اقتصادی