geophystechГеофизические технологииRussian Journal of Geophysical Technologies2619-1563IPGG SB RAS10.18303/2619-1563-2025-3-12geophystech-416Research ArticleСтатьиПерспективы сейсморазведки на основе монохроматических сейсмических источниковProspects of seismic exploration based on monochromatic seismic sourceshttps://orcid.org/0000-0002-2726-6904СердюковА. С.SerdyukovAlexandr S.

СЕРДЮКОВ Александр Сергеевич – кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории динамических проблем сейсмики

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3

630091, Новосибирск, Красный пр., 54

Koptyug Ave., 3, Novosibirsk, 630090

Krasny Ave., 54, Novosibirsk, 630091

SerdyukovAS@ipgg.sbras.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7876-6685ДучковА. А.DuchkovAnton A.

ДУЧКОВ Антон Альбертович – кандидат физико-математических наук, заместитель директора по научной работе

630090, Новосибирск, просп. Акад. Коптюга, 3

Koptyug Ave., 3, Novosibirsk, 630090

DuchkovAA@ipgg.sbras.ruИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН; Институт горного дела им. Н.А. Чинакала СО РАНРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, SB RAS; N.A. Chinakal Institute of Mining, SB RASRussian FederationИнститут нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАНРоссияTrofimuk Institute of Petroleum Geology and Geophysics, SB RASRussian Federation2025200120260312–26Copyright © Сердюков А.С., Дучков А.А., 20262026Сердюков А.С., Дучков А.А.Serdyukov A.S., Duchkov A.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rjgt.ru/jour/article/view/416

В статье исследуется возможность расширения частотного диапазона наземной сейсморазведки в область низких частот за счет использования монохроматических источников сейсмических колебаний. Наличие низких частот особенно важно для применения полноволнового обращения (FWI) сейсмических данных. Генерация частот ниже 5 Гц представляет техническую сложность для современных гидравлических вибраторов. Авторы исследуют возможность использования для более низких частот дебалансных вибраторов в режиме монохромных сигналов. Реализован метод полноволнового обращения в частотной области. На численных экспериментах показана принципиальная возможность постепенного построения скоростной модели по монохромным сигналам с дискретным шагом по частоте с 2 Гц. Полученная скоростная модель оказывается лучше, чем стандартное обращение для данных от непрерывного свип-сигнала с 5 Гц. Показана перспективность использования монохроматических источников для расширения нижнего частотного диапазона сейсморазведки. 

We study the possibility of expanding the low-frequency range of land seismic exploration using monochromatic seismic sources. Low frequencies are particularly important for the application of seismic full-wave inversion (FWI). Generating frequencies below 5 Hz presents a significant challenge for modern hydraulic vibrators. The authors investigate the possibility of using lower-frequency unbalanced vibrators in monochromatic signal mode. We implemented a frequency-domain full-wave inversion for testing the fundamental possibility of gradually constructing a velocity model from monochromatic signals with an incremental frequency step of 2 Hz. The resulting velocity model is better than the standard FWI of data from a continuous sweep signal starting from 5 Hz. This study demonstrates the potential of using monochromatic sources to expand the lower frequency range of seismic exploration.

наземная сейсморазведкадебалансные вибрационные источникимонохроматические сейсмические волновые поляметод полноволнового обращения FWIуравнение Гельмгольцачисленные методы и экспериментыseismic explorationeccentric vibroseis sourcesmonochromatic seismic sourcesfull wave inversion (FWI) methodHelmholtz equationnumerical methods and experimentsисследование выполнено по плану базовых научно-исследовательских работ ИНГГ СО РАН (проект Минобрнауки РФ FWZZ-2022-0017).the study was carried out as part of government assignment to the Russian Academy of Sciences in basic research, Project FWZZ-2022-0017.ReferencesАкуленко А.С., Гафаров Р.М., Сираев И.А. Анализ эффективности технологий подавления эффектов наложения гармонических искажений, возникающих при выполнении сейсморазведочных работ методом Slip-Sweep // Приборы и системы разведочной геофизики. 2023. № 1. С. 15–28. EDN:NEIYYU.Akulenko A.S., Gafarov R.M., Siraev I.A. Analysis of the efficiency of suppressing the harmonic distortion overlap during seismic exploration using the slip-sweep method // Instruments and Systems of Exploration Geophysics. 2023. No. 1. P. 15–28 (In Russ.).Вибропогружатель ВРП 30/120 с регулируемыми параметрами. Техническое описание. М.: В/О «Лицензиторг», 1983.Alekseev A.S., Chichinin I.S., Korneev V.A. Powerful low-frequency vibrators for active seismology // Bulletin of the Seismological Society of America. 2005. Vol. 95 (1). P. 1–17. doi:10.1785/0120030261.Жуков А.П., Скирта Д.А., Шехтман Г.А. Пути повышения производительности вибросейсморазведки // Приборы и системы разведочной геофизики. 2022. № 2. С. 57–70. EDN:DZPJKH.Bouska J. Distance separated simultaneous sweeping, for fast, clean, vibroseis acquisition // Geophysical Prospecting. 2010. Vol. 58 (1). P. 123–153. doi:10.1111/j.1365-2478.2009.00843.x.Селезнев В.С., Соловьев В.М., Еманов А.Ф., Ефимов А.С., Сальников А.С., Чичинин И.С., Кашун В.В., Романенко И.Е., Елагин С.А., Лисейкин А.В., Шенмайер А.Е., Сережников Н.А., Максимов М.А. Глубинные вибросейсмические исследования на Дальнем Востоке России // Проблемы информатики. 2013. № 3 (20). С. 30–41. EDN:PNVTXJ.Bunks C., Saleck F.M., Zaleski S., Chavent G. Multiscale seismic waveform inversion // Geophysics. 1995. Vol. 60 (5). P. 1457–1473. doi:10.1190/1.1443880.Сердюков С.В., Кривопуцкий В.С., Гамзатов С.М. Исследования сейсмических и акустических полей при низкочастотном вибрационном воздействии на нефтяной пласт. Препр. ИГД СО АН СССР. Новосибирск, 1991. № 43.Chen Z., Cheng D., Feng W., Wu T. An optimal 9-point finite difference scheme for the Helmholtz equation with PML // International Journal of Numerical Analysis and Modeling. 2013. Vol. 10 (2). P. 389–410.Фиников Д.Б., Шалашников А.В. Способ сейсморазведки с вибрационными источниками // Геомодель 2021. Материалы 23-й конференции по вопросам геологоразведки и разработки месторождений нефти и газа, Геленджик, 06–10 сентября 2021 года. Москва: ООО «ЕАГЕ Геомодель», 2021. С. 18. doi:10.3997/2214-4609.202157025. EDN:GPIPQP.Chichinin I.S., Sagaydachnaya O.M. Non-explosive seismic sources with a wide frequency spectrum. Part 2. Eccentric vibrators: what needs to be done for non-explosive seismic exploration sources to achieve a wide frequency spectrum // Instruments and Systems of Exploration Geophysics. 2013. Vol. 45 (3). P. 23–32 (In Russ.).Чичинин И.С., Сагайдачная О.М. Невзрывные сейсмические источники с широким частотным спектром. Часть 2. Дебалансные вибраторы или что надо сделать, чтобы невзрывные сейсморазведочные источники имели широкий частотный спектр // Приборы и системы разведочной геофизики. 2013. Т. 45, № 3. С. 23–32. EDN:RPDKDV.Finikov D.B., Shalashnikov A.V. Seismic survey method with vibroseis sources // Geomodel 2021. Proceedings of the 23rd conference on geological exploration and development of oil and gas fields, Gelendzhik, September 06–10, 2021. Moscow: OOO «EAGE Geomodel», 2021. P. 18. (In Russ.). doi:10.3997/2214-4609.202157025.Шнеерсон М.Б., Жуков А.П. Современные тенденции вибрационной сейсморазведки // Приборы и системы разведочной геофизики. 2010. Т. 33, № 3. С. 19–25. EDN:OKVPYP.Ikuta R., Yamaoka K., Miyakawa K., Kunitomo T., Kumazawa M. Continuous monitoring of propagation velocity of seismic wave using ACROSS // Geophysical Research Letters. 2002. Vol. 29 (13). P. 5-1–5-5. doi: 10.1029/2001GL013974.Яблоков А.В., Дергач П.А., Сердюков А.С., Полозов С.С. Разработка и применение портативной вибрационной установки для сбора и анализа данных сейсмических поверхностных волн // Сейсмические приборы. 2022. Т. 58, № 4. С. 5–18. doi:10.21455/si2022.4-1. EDN:DQUOGA.Köhn D. Time domain 2D elastic full waveform tomography: PhD Thesis. Kiel: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, 2011. 177 p.Alekseev A.S., Chichinin I.S., Korneev V.A. Powerful low-frequency vibrators for active seismology // Bulletin of the Seismological Society of America. 2005. Vol. 95 (1). P. 1–17. doi:10.1785/0120030261.Li G., Qi W., Ding Y.-P., Huang Z.-Q., Lian Z.-H., Tao Z.-F., Yang X.-Y. Method and application of extending seismic vibrator bandwidth toward low frequency // Advances in Mechanical Engineering. 2019. Vol. 11 (10). doi:10.1177/1687814019884772.Bouska J. Distance separated simultaneous sweeping, for fast, clean, vibroseis acquisition // Geophysical Prospecting. 2010. Vol. 58 (1). P. 123–153. doi:10.1111/j.1365-2478.2009.00843.x.Pratt R.G., Shin C., Hick G.J. Gauss–Newton and full Newton methods in frequency–space seismic waveform inversion // Geophysical Journal International. 1998. Vol. 133 (2). P. 341–362. doi:10.1046/j.1365246X.1998.00498.x.Bunks C., Saleck F.M., Zaleski S., Chavent G. Multiscale seismic waveform inversion // Geophysics. 1995. Vol. 60 (5). P. 1457–1473. doi:10.1190/1.1443880.Rozemond H.J. Slip-sweep acquisition // SEG Technical Program Expanded Abstracts 1996. SEG, 1996. P. 64–67. doi:10.1190/1.1826730.Chen Z., Cheng D., Feng W., Wu T. An optimal 9-point finite difference scheme for the Helmholtz equation with PML // International Journal of Numerical Analysis and Modeling. 2013. Vol. 10 (2). P. 389–410.Saiga A., Yamaoka K., Kunitomo T., Watanabe T. Continuous observation of seismic wave velocity and apparent velocity using a precise seismic array and ACROSS seismic source // Earth, Planets and Space. 2006. Vol. 58 (8). P. 993–1005. doi:10.1186/BF03352604.Ikuta R., Yamaoka K., Miyakawa K., Kunitomo T., Kumazawa M. Continuous monitoring of propagation velocity of seismic wave using ACROSS // Geophysical Research Letters. 2002. Vol. 29 (13). P. 5-1–5-5. doi: 10.1029/2001GL013974.Seleznev V.S., Solovyev V.M., Emanov A.F., Efimov A.S., Salnikov A.S., Chichinin I.S., Kashun V.V., Romanenko I.E., Elagin S.A., Liseikin A.V., Shenmaier A.E., Serezhnikov N.A., Maksimov M.A. Deep vibroseismic studies in the Russian Far East // Problems of Informatics. 2013. No. 3 (20). P. 30–41 (In Russ.).Köhn D. Time domain 2D elastic full waveform tomography: PhD Thesis. Kiel: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, 2011. 177 p.Serdyukov S.V., Krivoputskiy V.S., Gamzatov S.M. Research on seismic and acoustic fields during lowfrequency vibroseismic impact on oil reservoirs. Novosibirsk, 1991. Preprint IGB SO USSR Academy of Sciences, No. 43 (In Russ.).Li G., Qi W., Ding Y.-P., Huang Z.-Q., Lian Z.-H., Tao Z.-F., Yang X.-Y. Method and application of extending seismic vibrator bandwidth toward low frequency // Advances in Mechanical Engineering. 2019. Vol. 11 (10). doi:10.1177/1687814019884772.Shneerson M.B., Zhukov A.P. Modern trends in vibroseismic exploration // Instruments and Systems of Exploration Geophysics. 2010. Vol. 33 (3). P. 19–25 (In Russ.).Pratt R.G., Shin C., Hick G.J. Gauss–Newton and full Newton methods in frequency–space seismic waveform inversion // Geophysical Journal International. 1998. Vol. 133 (2). P. 341–362. doi:10.1046/j.1365246X.1998.00498.x.Tao Y., Sen M.K. Frequency-domain full waveform inversion with plane-wave data // Geophysics. 2013. Vol. 78 (1). P. R13–R23. doi:10.1190/geo2012-0267.1.Rozemond H.J. Slip-sweep acquisition // SEG Technical Program Expanded Abstracts 1996. SEG, 1996. P. 64–67. doi:10.1190/1.1826730.Versteeg R. The Marmousi experience: Velocity model determination on a synthetic complex data set // The Leading Edge. 1994. Vol. 13. P. 927–936. doi:10.1190/1.1437051.Saiga A., Yamaoka K., Kunitomo T., Watanabe T. Continuous observation of seismic wave velocity and apparent velocity using a precise seismic array and ACROSS seismic source // Earth, Planets and Space. 2006. Vol. 58 (8). P. 993–1005. doi:10.1186/BF03352604.Vibratory Pile Driver VRP 30/120 with adjustable parameters. Technical description (In Russ.). VO Litsenzitorg, Moscow, 1983.Tao Y., Sen M.K. Frequency-domain full waveform inversion with plane-wave data // Geophysics. 2013. Vol. 78 (1). P. R13–R23. doi:10.1190/geo2012-0267.1.Virieux J., Operto S. An overview of full-waveform inversion in exploration geophysics // Geophysics. 2009. Vol. 74 (6). P. WCC1–WCC26. doi:10.1190/1.3238367.Versteeg R. The Marmousi experience: Velocity model determination on a synthetic complex data set // The Leading Edge. 1994. Vol. 13. P. 927–936. doi:10.1190/1.1437051.Yablokov A.V., Dergach P.A., Serdyukov A.S., Polozov S.S. Development and application of a portable vibration source for acquisition and analysis of seismic surface wave data // Seismic Instruments. 2022. Vol. 58 (Suppl. 2). P. S195–S203. doi:10.3103/S074792392208014X.Virieux J., Operto S. An overview of full-waveform inversion in exploration geophysics // Geophysics. 2009.Zhukov A.P., Skirta D.A., Shekhtman G.A. The enhance of vibroseismic seismological surveys efficiency // Instruments and Systems of Exploration Geophysics. 2022. No. 2. P. 57–70 (In Russ.).Vol. 74 (6). P. WCC1–WCC26. doi:10.1190/1.3238367.Vol. 74 (6). P. WCC1–WCC26. doi:10.1190/1.3238367.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.