Способ вибросейсмической разведки

Способ вибросейсмической разведки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ, включающий излучение основным вибратором сейс мических сигналов в зоне возбуждения и вибратором в зоне приема, а также запись полезных сигналов, отлич аюцийся тем, что, с целью увеличения детальности и глубинности разведки на основе увеличения соотношения сигнал/ помеха, вибратором в зоне приема до прихода полезного сигнала изотропно излучают сейсмические сигналы, затем дополнительным вибратором из дополнительного пункта возбуждения, расположенного за пределами области распространения излучаемого в зоне приема сигнала, излучают дополнительный сигнал, идентичный полезному сигналу, по направлению выхода полезного сигнала с опережением относительно полезного сигнала на 10-30 периодов длины волны сигнала, а в момент подхода дополнительного сигнала к области распространения излучаемого в зоне приема сигнала прекращают работу всех вибраторов кроме основного. 4 СО w

..SU„„496 А

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО4

РЕСПУБЛИК

3(59 0 1 Ч 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 Я

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГПФ (21 ) 35010 30/18-25 (22) 14.10.82 (46) 30.01.84. Бюл. 9 4 (72) A. В. Николаев, A. Л. Рыкунов, В. Б. Смирнов, О. Б. Хаврошкин и В. В. Цыплаков (71) Ордена Ленина институт физики

Земли им. О. IO. Шмидта (53) 550.834(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 894634, кл. 0 01 V 1/00, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР в 949574, кл. С 01 v 1/00, 1980 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ВИБРОСЕИС1иИЧЕСКОЯ

РАЗВЕДКИ, включакщий излучение основным вибратором сейсмических сигналов в:зоне возбуждения и вибратором в зоне приема, а также запись полезных сигналов, отличающийся тем, что, с целью увеличения деталь= ности и глубинности разведки на основе увеличения соотношения сигнал/ помеха, вибратором в зоне приема до прихода полезного сигнала изотропно излучают сейсмические сигналы, затем дополнительным вибратором из дополнительного пункта возбуждения, расположенного за пределами области распространения излучаемого в зоне приема сигнала, излучают дополнительный сигнал, идентичный полезному сигналу, по направлению выхода полезного сигнала с опережением относительно полезного сигнала на 10-30 периодов длины волны сигнала, а в момент подхода дополнительного сигнала к обла- Я сти распространения излучаемого в зоне приема сигнала прекращают работу всех вибраторов кроме основного.

1070496

Изобретение относится к сейсмологии, точнее к технике вибрационного просвечивания Земли (ВПЗ), и предназначено для повышения существующих методов и увеличения глубинности просвечивания. 5

Известен способ вибропросвечивания Земли, включакщий формирование в зонах излучения и приема сейсмических сигналов, регистрацию сигналов в зоне приема и последующую обработку о полученных данных (1).

Недостатками данного способа являются незначительный коэффициент полезного действия параметрического преобразования сейсмической энергии 15 и трудности управления полем в дальней зоне.

Наиболее близким к предлагаемому является способ вибросейсмической разведки, включакщий излучение основ-2О ным вибратором сейсмических сигналов в зоне возбуждения и вибраторами в зоне приема, а также запись полезных сигналов (23.

Недостатком известного способа яв-25 ляется зависимость его эффективности от уровня микросейсмических помех.

Цель изобретения — увеличение детальности и глубинности разведки на основе увеличения соотношения сигнал/ помеха. 30

Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу вибросейсмической разведки, включакщему излучение основным вибратором сейсмическиХ сигналов в зоне возбуждения и вибратором35 в зоне приема, а также запись полезных сигналов, вибратором в зоне приема до прихода полезного сигнала изотропно излучают сейсмические сигналы, затем дополнительным вибратором из 40 дополнительного пункта возбуждения, расположенного эа пределами области распространения излучаемого в зоне приема сигнала, излучают дополнительный сигнал, идентичный полезному сиг.45 иалу, по направлению выхода полезного сигнала с опережением относительно полезного сигнала на 10-.30 периодов длины волны сигнала, а в момент подхода дополнительного сигнала к области распространения излучаемого в зоне приема сигнала прекращают работу всех вибраторов кроме основного.

На чертеже изображена схема установки вибраторов.

Схема содержит дневную поверхность55

1, основной вибратор 2, находящийся в зоне возбуждения, вибратор 3 эоны приема, дополнительный вибратор 4 и сейсмоприемник 5, находящийся в зоне приема. бО

На чертеже показано также направление 6 распространения полезного си нала, направление 7 распространения дополнительного сигнала и область

8 диффузного сейсмического поля соз- 65 даваемого вибратором эоны приема (стрелками обозначено направление распространения вибросигналов).

Сущность способа заключается в следующем.

Благодаря параметрическим взаимодействиям, излучение в течение некоторого времени в нелинейной среде сигнала приводит к образованию вол- . нового поля с широким диапазоном частот. Образовавшееся поле, в свою очередь, взаимодействует с полем волн/помех и обусловливает перераспределение энергий его частотных составляющих в другой частотный диапазон. После прекращения излучения сигнала поле волн/помех в прежнем частотном диапазоне восстанавливается также в течение определенного периода времени. Располагая один иэ излучателей в зоне приема и прекращая излучение перед началом регистрации полезных сигналов, излучаемых в зоне возбуждения, т.е. регистрации их в период восстановления поля волн/помех, можно увеличить соотношение сигнал/помеха и повысить детальность и глубинность разведки.

Действительно, при проведении сейсморазведочных работ полезный сигнал проходит через поле микросейсм, которое не только определяет соотношение сигнал/помеха; но и может взаимодействовать с вибросигналом, определяя его потери и искажение формы на излучение параметрических волн на других частотах. Вместе с тем полезный сигнал происходит в среде находящихся в условиях больших объемных давлений и существующих в верхних слоях земной коры разномасштабных дефектов и локальных очагов концентрации фоновых напряжений, где нелинейные свойства сейсмической среды оказываются значительными, а разнообразие типов сейсмических волн обуславливает по сравнению с гидроакустикой более широкий частотный диапазон параметрически излучаемых волн, т.е. в спектре сейсмического источника помимо суммарно-разностных частот дополнительно появляются другие частоты, определяемые следующими комбинациями.

Это взаимодействие прямых волн: продольных Р, поперечных Б, поверхностных типа Рэлея R, а также прямых и отраженных волн.

Нелинейное взаимодействие Р, Б и

R-волн начинается вблизи сейсмического источника. Допустим, что для простоты источник работает в гармоническом режиме на частоте f. Если сфеда вблизи источника однородна, то вдоль линий источник-пункт регистрации в каждый момент времени сейсмические сигналы представляют- собой

1070496

Спадающие по амплитуде синусоиды с пространственными периодами

Лр- ч /г; л — ч,/fs лй- vg/г.

Соответствующие пространственные час- 5 тоты составляют 1/3р для волны Р, 1/hs для ВОлны $ и 1/лр для пОверхностйой волны. При интерференции этих волн в пространстве возникают биения на разностных частотах 30

1/3(Р 9) = f/vр — f/÷

1/3(р, Ю (1)

f/v — f /vR

Р К

"..I А (S,R) = f/ч — f/ч

Вследствие детектирукщих свойств среды эти биения могут порождать сейсмические волны соответствующих разностных частот, которые в зависимо- 20 сти от типа распространяются со скоростью Р, В или R. При этом их истинные частоты можно представить в следующем виде

f (Р,S)P (f!vð — f/÷ ) ч г/ч )

f/v ) (г/v (г/чр г (Р, s)s

f (Р, )Р

Ч5 () зо

Ч г (Р, а)й (5, R). г (SAJR (г!ЧР (г/ч (г/vg

f/v ) . v

f/V } ° U

f/v ) ч

Последний индекс при частоте соот ветствует типу волны, образовавшейся в результате взаимодействия двух . волн, типы которых указаны в скобках.40

Представляет интерес и случай взаимо1 ействия прямых и отраженных объемных волн в нелинейной среде, когда целесообразно в первую очередь анализировать образование сигналов на 45 суммарной и разностной частотах. Если источник точечный, а среда нелинейная 1мутная) то параметрическое взаимодействие воли происходит в полусфере, радиус которой может опреде-5О ляться рассеянием и диссипацией сигнала до,амплитуд, не превышающих шумовые. Существующий фон помех, малые амплитуды сигнала в пункте регистрации и чувствительность аппаратуры позволяют брать в расчет только процессы взаимодействия объемных волн в непосредственной близости от приемника в зоне приема.

Таким образом, монохроматический сигнал только одной частоты, не су- 60 ществующий в земной коре на всех типах волн из-за параметрического взаимодействия, вырождается на первом этапе в сигнал многих частот (свыше .шести вначале), а затем с учетом вто-65 с ричных взаимодействий - в широкополосный шумоподобный сигнал. Подобная трансформация сигнала особенно нежелательна для волн малых амплитуд. как.показывают исследования, параметрические взаимодействия эффективны и .на малых амплитудах полезного сигнала (10 см1 на значительных удалениях от вибратора. Так как при проведении сейсморазведки регистрируемый вибросигнал в широкой полосе частот сопоставим по амплитуде с микросейсмическими помехами, то указанное

Взаимодействие, расширяя спектр сигнала, уменьшает его амплитуду и соотношение сигнал/помеха. Для предотвращения падения этого соотношения целесообразнее в момент регистрации уменьши гь фон помех, поскольку просто наращивание мощности вибратора и (или ) вибросигнала быстро блокируется последующими параметрическими взаимодействиями и самовоздействиями волновых полей в системе полезный сигнал — микросейсмическая помеха.

Операцию по замене микросейсмического поля помех волновым полем вибратора более эффективно осуществлять при излучении вибросигнала в полупространстве изотропно в широкой полосе частот. Тогда пространство волнового поля вибратора в зоне приема, по форме ограниченное полусферой радиуса R и дневной поверхностью, при выключении вибратора эа время R/С (С вЂ” скорость сейсмических волн) освобождается, от вибросигналов, а за время Б/Ся (С - скорость диффузионного распространения сейсмических шумов) заполняется волновым полем мнкросейсмических помех. Соответственно, если в момент выключения вибратора полезный виброеигнал на.ходится от полусферы на расстоянии

R/Ñ,òî при подходе к сейсмоприемникам его потери на параметрическое па-. роиэлучение оказываются минимальны, как и фон микросейсмических помех, т.е. отношение сигнал/помеха погучается максимальным. Для дополнительного увеличения отношения сигнал/помеха или же просто для получения предыдущего результата вибратор зоны приема может излучать серии вибросигналов, идентичных полезному сигналу и распространяющихся к приемникам по трассам, совпадающим на своих конечных участках с трассой полезного сигнала. Если эти сигналы незначительно по времени (1-3 с) опережают полезный сигнал, то, параметрически взаимодействуя с полем микросейсмических помех, они, как и в предыдущем . случае, аналогично улучшают отношение сигнал/помеха.

Способ осуществляют следующим об разом.

1070496 ся микросейсмическим полем помех..

Опережая это поле, к сейсмоприемникам

5, находящимся в зоне приема, приходит полезный сигнал. Так как опережающий его дополнительный сигнал параметрически взаимодействует с встречающимися помехами, а в области 8 уровень микросейсм еще незначительный, то регистрация происходит с наилуч-. шим отношением сигнал/помеха и с наО именьшими искажениями.

Пример. Зона возбуждения полезного сигнала удалена от зоны приема на 10 000 км. Диапазоны частот вибросигналов находятся в периодах:

1-20 Гц для полезного сигнала, 1-.

20 Гц для дополнительного сигнала и

1-100 Гц для изотропного поля, создаваемого в зоне приема. Длительность вибросигналов составляет: 10 мин для полезного сигнала, 40 с для дополнительного сигнала и 9 мин 20 с для сигнала, излучаемого в зоне приема.

Удаление дополнительного вибратора от зоны приема 50 км. . Время включения вибратора зоны приема совпадает с временем включения вибратора зоны излучейия и является моментом отсчета to. Дополнительный вибратор. включают через

9 мин после начала излучения, а вибратор зоны приема выключают через

9 мин 20 с после t z. Через 9 мин 40 с выключают дополнительный вибратор.

Составитель В. Чернявский

Редактор М. Рачкулинец Техред М.Надь - Корректор A. Зимокосов

Тираж 711 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4/5

Заказ 11675/43

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Предварительно в соответствии с геологическим строением среды вдоль направления распространения полезного сигнала от основного вибратора 2источника полезных сигналов — до сей-, смоприемников 5, находящихся в зоне приема, рассчитывают времена его вступления в пункт приема. Если данных по геологии нет, то их опрЕделяют экспериментально, например методами взрывной сейсмологии. После этого (основное вибратор 2 излучает вибросигнал вдоль направления распространения полезного сигнала к сейсяоприемникам S, находящимся в зоне приема.

3а 10-23 с до прихода полезного сиг- 15 нала включают вибратор 3 зоны приема, который, излучая иэотропно в широкой полосе частот своим волновым полем за счет параметрического взаимодействия, вытесняет микросейсмические помехи и образует область 8 диффузного сейсмического поля. Одновременно с этим дополнительный вибратор 4 излучает серию вибросигналов, идентичных полезному сигналу.. Причем направление 7 распространения дополнительных сигналов 9 имеет конечный участок, совпадающий с аналогичным участком направления 6 распространения .полезных сигналов. Момент запуска дополнительного вибратора 4 должен обеспечить в зоне приема опережение дополнительными сигналами основного сигнала на 3-4 с, эа 5-10 с до перехода основного и дополнительного вибросигналов. Вибратор 3 зоны приема выключают, в результате чего область 8 диффузного сейсмического поля лишается его и начинает медленно со скоростью диффузного звука заполнять Положительный эффект достигается за счет снижения интенсивности меша ющего поля микросейсм в зоне приема, а также за счет уменьшения времени работы вибраторов, излучающих полезный сигнал.