Способ определения декрементов частотно-зависимого затухания сейсмических волн

Способ определения декрементов частотно-зависимого затухания сейсмических волн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение карается излучения строения Земли сейсмическими методами и может быть использовано для поиска залежей полезных ископаемых. Цель изобретения - повышение точности определения декрементов затухания сейсмических волн. Для этого расстояние между сейсмоприемниками выбирают не меньшим 0,1 , где V Vn - средняя скорость сей n/fm; смической волны до подошвы исследуемой толщи пород, расстояние от источника до приемников L в пределах 1,6 (V,p/V, )-1 1.(1-1,5)Н„, где Н 5 51|(Hf,) +Н, Vcp - средняя скорость до глубины Е, симальная кажущаяся скорость волнпомех, ,8. Сейсмическое поле регистрируют в ограниченном диапазоне частот f f f, где fm и fм - минимальная и максимальная из используемых частот в спектре эле,ментарного сейсмического сигнала, значения ко- В торых выбирают в зависимости от изучаемого физического типа декремента затухания. 1 ил. с S сл

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1409

А1 (50 4 С 01 И 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н д ВТОРСН0МУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4080075/24-25 (??) 05.05.86 (46) 15.07.88. Бюл. Р 26 (71) Киевское геофизическое отделение Украинского научно-исследовательского геологоразведочного института (7?) И.В.Карпенко (53) 550.834 (088.8) (56) Галаган Е.А., Епинатьева А.N., Патрикеев В.Н. и Стариченко Н.jI, Решение литологических задач сейсмическими методами разведки. М.: Недра, 1979, с. 224, с. 86-96.

Карпенко И,В. Определение декрементов затухания сейсмических волн в условиях естественного залегания геологических пород. Львов: Укр. научи.-исслед. геологоразвед. ин-т.

1985, с. 116, ил. 13. Рукопись деп.

16.01.86 г. в УкрНИИНТИ, Р 306-Ук 86. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЕКРЕМЕНТОВ

ЧАСТОТНО-ЗАВИСИМОГО ЗАТУХАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН (57) Изобретение карается излучения строения Земли сейсмическими методами и может быть использовано для поиска залежей полезных ископаемых.

Цель изобретения — повышение точности определения декрементов затухания сейсмических волн. Для этого расстояние между сейсмоприемниками выбирают не меньшим 0,1 Э, где. З,д

= „ /f. ; Чд — средняя скорость сейсмической волны до подошвы исследуемой толщи пород, расстояние от источника до приемников L в п е елах скорость до глубины Н„, V „ — максимальная кажущаяся скорость волнпомех, Н„ъ 0,8 9 „. Сейсмическое поле регистрируют в ограниченном диапазоне частот f < f < f. где fm и Ем — мини- MÔ мальная и максимальная из используе- С мых частот в спектре элементарного сейсмического сигнала, значения которых выбирают в зависимости от изучаемого физического типа декремента затухания. 1 ил.

1409880

50 кк

i+M-1 > х (t

i+M-1 х; (t)

) = 1 г, (<) Изобретение касается излучения строения Земли сейсмическими методами и может быть использовано при поисках залежей полезных ископаемых для установления величин параметров неидеальной упругости и особенностей неоднородности осадочного комплекса пород, коры и верхней мантии Земли.

Целью изобретения является повышение точности определения декремен. тов затухания сейсмических волн.

На чертеже представлены спектр. мощности элементарного сейсмического сигнала и типичная зависимость декремента частотно-зависимого затухания сигнала как функции частоты (. I спектр мощности элементарного сейсмического сигнала, 2 — кривая декремента затухания; 3, 4 и 5 — частоты соответственно минищальняя f я, преобладающая Г и максимальная f

М мо кс

Сущность способа сводится к следующему, Независимо от механизма затухания сейсмической энергии предполагается, что относительное уменьшение амплитуды волны на малом отрезке пути d h пропорционально длине этого отрезка, т.е.

4А(сд, h)/А(Ы, h) = c4 (ы) h, (1) где Ы(Ы) — коэффициент пропорциональности, считывается независящим от Ь.

Ограничив исследуемой интервал значениями глубин Ь, и h и решая уравнение (1) относительно oC(6D), получим оС М = — — — 1.п — -- — — . (2)

1 А (Сi> hL)

h„— h, " А(Сд,h)"

Декремент затухания (ДЗ) определяется как величина затухания на расстоянии, равном длине волны Я((4, т.е. 8(R) = oC(И) il(>) или, поскольку

1(с4 = 2 С(ы)/(м), где C() — фазовая скорость, то 9(ь>) = 2 > (М)С(сд)/сд .

При сейсмических исследованиях отраженными волнами любой интервал геологического разреза рассматривается как динамическая система, входным воздействием которой является сигнал, выделенный из совокупности отражений от границ, лежащих выше изуча5, емой толщи, а выходным — от нижележащей. Так как отсчет пройденного сигналом пути производится не в значениях глубин h, а по времени t то, обозначив ht = t — t, следует при-

10 нять, что л t = ь? (И) /С(М), т.е, за время 4t каждая составляющая спектра сигнала И проходит путь дЬ() с фазовой скоростью С(()). Поэтому при допущении наличия дисперсии скорос15 ти C(4?) Ф const возможно определение только ДЗ, но не С(И), т.е.

2/ А(1 t<) e (u) = — --- 1n — -- =--, (3) ant А(и, t <) 20 Известно решение задачи определения спектра мощности элементарного сейсмического сигнала 1 А(4?, t; )l, 1,2 и их интерференционной совокупности на небольшом по длине (0,2 — 0,3 с) участке сейсмической записи. Решение основано на использовании свойств эргодичности сейсмического поля по волнам, рассеянным случай но распределенными в среде крупномасштабными неоднородностями (ka» 1/

/k = M/С(?о) — волновое число, а размер неоднородности), и н записи для функции антокорреляции (ФАК),. связанной со спектром мощности Фу35 рье — преобразованием, имеет вид

N-М+( (N — М+ 1)Дг; (.) — В(}

R (c ) — — — — — -- — -- --, (4) (N — M) (N — M+ 1) где В.„() —

?? — количество рядом расположенных вертикалей ОГТ, вмещающихся н отрезок величиной а;

Ьх — расстояние между сейсмоприемниками, N — число вертикалей, связанных с горизонтальными размерами L исследуемой толщи соотношением L = — (N — 1)дх/2.

r;(c,) — ФАК суммотрассы после действия оператора скользящего.сглаживания, причем

1409880

К() — ФЛК сумма сглаженных суммо- трасс, причем

i+M-1 а1+ 1

i+M-1

x,(t

N-M+1

xz(t) R(c. ) и х > м /5 I(О, 1 м (5) 2Нк

Х мин

Нк - ОУЯ Ям б

69

Мин (--P- †)2 — 1

Vc мс к с (6) (угловые скобки обозначают операцию усреднения по времени). 1О

Структура выражения (4) и применение скользящего суммирования реализуют вариант пространственной фильтрации, задачей которой в данном случае является выделение статисти- 15 чески независимых отражений с преобладающим радиусом корреляции, равным а, а также подавление нерегулярных волн-помех и волн, рассеянных мелкомасштабным (ка<1) неоднородностями. 20

Необходимость подавления последних связана с тем, что коэффициент рассеяния мелкомасштабной неоднородности как функция частоты зависит не только от отличий акустических жесткостей неоднородности и вмещающей толщи, но и от акустических свойств собственно неоднородности. Так, при одинаковых отличиях в акустических жесткостях акустически мягкая неод- 30 нородность имеет на порядок больше коэффициент рассеяния, чем акустически жесткая (относительно вмещающей среды), и, что главное, их коэффициенты рассеяния существенно за35 висят от частоты. Поэтому изменение

Физических свойств мелкомасштабных неоднородностей с глубиной приводит к изменению частотного состава рассеянного ими элементарного сейсми- 40 ческого сигнала, Такое изменение сигнала, связанное с акустическим состоянием мелкомасштабных неоднородностей, находящихся выше и ниже излучаемой толщи, накладывается на 45 изменение неоднородности изучаемой толщи и способно создавать ложное представление о свойствах последней.

В связи с этим выбор расстояния

dx между сейсмоприемниками подчинен требованию статической независимости волн, рассеянных мелкомасштабными неоднородностями, что приводит к подавлению их, а также нерегулярных волн-.помех примерно в M раз при работе IIQ (4). Условие статистической независимости волн, рассеянных мелкомасштабными неоднородностями, на соседних суммотрассах ОГТ может

ВХ быть записано в виде -- > 4Я а

1 где 4iia — полный эффективный поперечник рассеяния акустически мягкой мелкомасштабной неоднородности, имеющей, как известно, наибольшее значение поперечника рассеяния. С другой стороны, из условия мелкомасштабности имеем ka «1 или а« Ц2It, или а А /20Р. Беря в качестве оценочного верхний предел лля а, получаем ьх > 4 м а или ьх > 4 Т l /2ОФ, или окончательно где 1 — максимальная из длин волн м в спектре сигнала.

Выбор минимально допустимого уда" ления источника от сейсмоприемников

Х „ основан на следующем. нин

Йзвестно соотношение где Х „ — минимальное расстояние (вынос) источник — приемника в системе наблюдения, Н к — минимальная глубина разведки или минимально допустимая глубина залегания кровли исследуемой толщи, 7с — средняя скорость до Н, V — максимальная кажущаяся

"мРКС скорость в спектре скоростей волн-помех.

С учетом соотношения полученного из требования независимости коэффициента отражения от частоты kððн2H„>) 1 или Н 3 10 I1 «/4й, имеем

1409880

Н„), 5Л + Н, «L (1-1,5) Н„, 1,6 м(Н,) 45

Н + 0,8 Ям(Н„), 55

Таким образом, выбор Х „ соглас-, но (6) исключает из рассмотрения вол- ны от мелкозалегающих границ, для которых характерно наличие зависимости коэффициента: отражения от частоты, вследствие чего они не могут быть использованы для определения декрементов эффективного затухания, а также повышает помехоустойчивость системы по отношению к поверхностным волнам-помехам, Выбор минимально возможной Н за( легания подошвы исследуемого комплек-! са должен удовлетворять условию! Максимальное удаление источник — приемник при многократном профилировании связано со средней глубиной Н разведки соотношением

Х "(Z — 3) Н, = (1 — 1,5) Н

Поэтому условие выбора Хцс,„ имеет вид

Х „„„, (1 — 1,5)Н

Н„ 5 Л,„, (H q ) +H y j Н ) 0 е 8 В, (Н „), (7 ) где Я (Н„) и Ям (Н ) — значения на глубинах залегания подошвы и кровли исследуемого комплекса, Выполнение условия (7) обеспечивает независимость определяемых значений декрементов эффективного затухания от фильтрующего (с неизвестной частотной характеристикой) влияния слоистости изучаемой толщи.

Предложенный способ предусматрива1 ет проведение опытных работ и определение спектра мощности элементарного сейсмического сигнала значений:

f „„ и f „, ; выбор рабочего диапазона частот f. „„ г. и Г или

f « f » У, „„, (в зависимости от типа определяемого декремента затухания), определение расстояния между сосепними сейсмоприемниками (каналами), исходя из условия минимально допустимого его значения, и проведение полевых работ по системе многократного профилирования с регистрацией сейсмического поля в выбранном диапазоне частот, определение максимального и минимального удалений источника от сейсмоприемников, выбор размера крупномасштабной неоднородности и в соответствии с ним числа вовлекаемых в работу суммотрасс ОГТ, выбор величины Т участка трассы, обеспечивающего согласно условию эргодичности необходимую точность определения ФАК, выбор минимально допустимой мощности изучаемой толщи, обеспечивающей не10 зависимость определяемых значений декрементов от частотно †зависимо влияния ее слоистости, расчет значений декрементов затухания вдоль профиля.

Формула изобретения

1. Способ определения декрементов частотно-зависимого затухания сейсми20 ческих волн в условиях естественного залегания слоистых геологических сред основанный на возбуждении упругих волн источником, регистрации поля отраженных волн сейсмоприемниками по системе многократного профилирования и его обработке по методу общей глу.бинной точки, изучении изменения спектра мощности элементарного сейсмического сигнала, проходящего исследуемую

30 толщу и рассеиваемого случайно распределенными в ней крупномасштабными сейсмогеологическими неоднородностями, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, расстояние между сейсмоприемниками выбирают не меньшим 0,11 „ где ll — максимальная из длин волн в спектре, приуроченная к глубине Нд залегания подошвы исследуемой толщи

40 пород, расстояние от источника до приемников L выбирают в пределах

Нп 5 м(нп) + H„

U — средняя скорость до глубины Н залегания кровли

50 исследуемой толщи„

U — максимальная кажущая ско"мс кс рость в спектре скоростей волн-помех, при этом сейсмическое поле регистрируют в диапазоне частот f. и Й Й где fù и f — минимальная и макси14П9880 мальная из используемых частот в спектре сигнала. тотные составляющие в спекч.ре сиг07

lE Л . ЛЯ М Ж 65 75

Составитель Т.Райкова

Техред М. Дидык

Редактор N.Êåëåìåí

Корректор М.Васильева

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 3472/37

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью определения декремента эффективного погловыбирают f< f H м Макс ! ф сейсмическое поле регистрируют в диапазоне частот f"< f < f „„, где

f — преобладающая, а Е „ — макси4М мальная энергетически значимая часнала.

3. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью определения декремента дифракционно-рефракционного рассеяния выбирают Гц — Г и f +f < f а сейсмическое

" ии мин

У поле регистрируют в диапазоне частот

10 f èí f. (f, гдегмин — мини альная энергетически значимая частотная составляющая в спектре сигнала.