Способ вибропросвечивания земли

Способ вибропросвечивания земли

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИС НИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ВТИЛЬСТВУ

Союз Советскик

Социалистических

Республик

<н894634 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 20. 03. 80 (21) 2897650/18-25 с присоединением заявки ИУ (23) Приоритет

Опубликовано 301281. Бюллетень Й9 48

Датаопубликоваиияописвиия 30.12.81 (я)м. к„.з

G 01 Ч 1/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДК 550.83 (088.8) (72) Авторы изобретения

A.C. Алешин, В.В. Гущин, В.В. КуЭнецов, A,Â. Николаев, Г.И. Шалашов, О.В и В.В. Цыплаков

Хаврошкин

1 . --. и. i i . Ордена Ленина Институт физики -3aieam (73) Заявитель им. О.Ю. Шмидта АН СССР (54 ) СПОСОБ ВИБРОПРОСВЕЧИВАНИЯ ЗЕМЛИ

Изобретение относится к сейсморазведке и сейсмологии, точнее к технике внбропросвечивания Земли, и может. быть использовано для исследования структуры земной коры,просвечивания рычаговых зон, а также прк разведке полезных ископаемых.

Известен способ вибросейсмических исследований, в котором сейсмические волны излучаются одиночным или группой вибраторов, возбуждающих вертикальные или горизонтальные колебания грунта. Прием и регистрация сейсмического поля осуществляется группой сейсмических приемников, т5 расположенных в широком интервале расстояний от внбронсточников. B этом способе вибраторы работают в режиме параметрического излучения сейсмических волн, когда за счет нелинейных свойств среды возникают низкочастотные колебания, причем высокочастотная часть манипулированного вибросигнала быстро затухает и далее распространяется его низкочастотная огибающая (1).

Недостатком этого способа является его невысокая эффективность при наличии поля интенсивных волнпомех. 30

Известен также способ вибропрос-. вечивания, при реализации которого применяют сгруппированные вибраторы и приемники, режим работы которых определяют программой, задаваемой по радиокомандам. При работе сгруппированных вибраторов необходима система для их управления и синхронизации (2).

Однако это усложение не гарантирует точного управления суммарным сейсмическим полем, поскольку параметры грунта, влияющие на характер излучения, варьируют в пространстве н не могут быть учтены достаточно точно °

Применение этого способа, основанного на нелинейной генерации и приеме сейсмических волн недостаточно эффективно, поскольку не известно, какая часть сейсмической среды ответственна за образование нелинейных эффектов. Это ограничивает возможность поиска определенных полезных ископаемых (например, нефти), не позволяет параметрически усиливать принимаемый сигнал и требует для формирования узконаправленных антенн из группированных вибраторов и сейсмоприемников.

894634

Цель изобретения — повышение эффективности за счет использования в качестве источника информации параметров нелинейности среды и усиления принимаемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в способе вибропросвечивания Земли путем возбуждения вибраторами сейсмических колебаний с последующей регистрацией и расшифровкой возникающих интерференционных сейсмических полей в среде первонаь чально возбуждают монохро.. атический пакет поперечных волн, затем возбуждают монохроматический пакет продольных волн с частотой, равной частоте поперечных волн, в пункте регистрации сейсмических колебаний навстречу этим волнам возбуждают высокочастотные колебания с частотой, кратной частоте огибающей взаимодействующих продольных и поперечных волн, характеристики которых изменяют в процессе излучения.

Ионохромдтические колебания поперечнык волн возбуждают в зоне отраженного от границы пакета сейсмических воли, либо время запаздывания выбирают с таким расчетом, чтобы наложение двух волновых пакетов произошло в заданной точке в пределах объекта исследований.

Способ основан на следующих предпосылках.

Вибратором, установленным в зоне исследования, возбуждают высокочастотный монохроматический сейсмический сигнал в виде пакета поперечных

S-волн. Затем через регулируемый промежуток времени с помощью этого или другого вибратора излучают монохроматический сейсмический сигнал, представляющий пакет продольных

Р-воля..Так как скорость P-волн превьинает скорость S-воли, то через определенный промежуток времени происходит наложение пакетов и параметрическое взаимодействие между ними, эффективность которого определяется нелинейными свойствами среды. Время запаздывания излучения Р-волны относительно 5-волн выбирается таким образом, чтобы наложение излученных пакетов произошло в пределах неоднородности, являющейся объектом излучения и отличающейся от окружающей среды особенностями нелинейных слоев.

В,результате прохождения волнового паркета Р-волн через пакет 5-волн в сфеде возбуждаются еще и длиннопериодные волны. Параметрическая генерация длиннопериодных волн возможна при совпадении частот высокочастотных P u S волн, образующих пакеты. Один из механизмов такой генерации качественно описывается так.

Пусть круговая частота P и 5 волн равна (и Тогда прохождение пакета продольных волн через пакет попереч35

55 бО

65 ных вызывает возникновение более низкочастотных продольных и, при конечной амплитуде волн, образующих пакеты, поперечных волн. Длины продольных и поперечных волн составляют соответственно т> ">, . га>р ">В р и(4р-Ф,» "в= в(%р-7„>

Эффективны так>хе параметрические взаимодействия Р и 5 волн равной длины. B результате интерференции этих двух волн в среде возникает периодическое поперечное волновое движение, частоты которого г ./.(Hp/VZ-< ) раз больше частоты исходной волны 5. Действительно,.пусть длина волны Р рав— на 2 1t 4p/ И>> а длина волны 5 2 Ж4/QJ, Волна Р при прохожд>энии вызывает изменение модулей >>. и,О, которые зависят от давления, приче>л для среды с микроструктурой — нелинейно. А>1плитуда волны 5 зависит от модуля Р который, в свою очередь, определяется деформацией от вслны P. Если, напоимер, эа половину периода увеличение модуля Р (фазы сжатия) связано с движением частиц среды в волне 5 вправо, а уменьшение влево, то за вторую половину периода все будет соответственно наоборот. В результате огибающая пакета 5-волн подвергается регулярнь>м пространственным искажениям, и будет промодулирована на частоте М (4р/4> — 1), С друго>: стороны, указанные эФ4>екты используют.при приеме полезного сигнала — низкочастотной огибающей волно»ь>х пакетов. Так, согласно соотношения>л Мэнли-роу, мощная высокочастотная волна например, на частоте второй гармоники принимаемого сигнала) может отдать всю свою энергию слабым низкочастотным волнам за счет явления каскадной неустойчивости. Поэтому в месте регистрации слабого полезного сигнала вибратор излучает в среду высокочастотные колебания, а лплитуда которых превышает пороговое значение при соблюдении условий синхронизма. Если сигнал накачки и полезный сигнал излучаются дискретно в виде пакетов определенной длительности и интенсивнос- . ти, то при совмещении колебаний в какой-либо области на пути их распространения представляется возможность исследовать за счет их парамет- " рического взаимодействия нелинейные характеристики локальных участков среды. Подобное исследование можно вести не только с помощью двух, вибраторов — вибратора-источника параметрического излучения и вибратора в месте приема сигнала, но и с одним вибратором. В этом случае используют отражения лучей от границ или неоднородностей в коре, причем усиле894634 ние сигнала происходит за большее время взаимодействия по сравнению со случаем двух вибраторов. Аналогично можно поступать при изучении о гзгового спектра землетрясения. Анализ прошедшего через очаг землетрясения 5 частотно-модулированного луча из пакетов Р и Ь волн позволяет по нормально усиленным и поглощенным частотам зарегистрированных пакетов восстановить высокочастотную часть очагового спектра, до сих пор неизвестную из-эа сильного затухания и рассеяния.

Способ осуществляют следующим образом.

Один или несколько вибраторов, 15 установленных на дневной поверхности в пункте излучения, последовательно посылает в,объем исследуемого региона пакеты высокочастотных продольных P и поперечных 5 волн. Так как 20

4р1 4, то через определенное время, определяемое циклограммой работы вибратора, пакет Р-волн приближается к пакету S-волн, и в течение их наложения происходит параметричес- д кая генерация низкочастотных Р и

S-волн. При значительном удалении пункта регистрации от пунта излучения из-за сильного затухания и рассеяния приемники могут принять толь- З,1 ко низкочастотные волны 5. Для повышения эффективности приема волны S параметрически усиливают с помощью вибратора, установленного в пункте регистрации. Вибратор создает вдоль трассы распрост(ранения сигнала высокочастотный встречный сейсмический луч повышенной интенсивности и имеющий ту же структуру из пакетов волны, как и в случае работы вышеуказанных вибраторов. Встречные пакеты, 4О нелинейно взаимодействуя с низкочастотным сигналом, усиливают последний и в оптимальном случае передают ему значительную часть собственной энергии. Усиленный взаимодействием с проходящими через него пакетами низкочастотный сигнал регистрируют приемником. Управляя временным режимом работы вибраторов и трассой распространения пакетов сейсмических волн, последовательно обеспечивают параметрическое взаимодействие волн по всему исследуемому объему.

Поскольку нелинейные характеристики объекта исследования (например. нефтегазовая залежь или зона подготовки землетрясения) отличаются от соответствующих характеристик вме щающей среды, можно по наличию спответствующих аномальных эффектов (генерация низкочастотных колебаний) судить о Физическом состоянии объекта (например, о возможной нефтегазоносности, об очаговых процессах и т.п.). 65

Для упрощения апнаратурной реализации способа используют отражение вибросигналов от границ или неоднородностей.

В этом случае.для исследования нелинейных характеристик всего объема необязательно работать с пакетами Р и 5 волн. Кожно также возбуждать волновые пакеты одного типа.Так, если от границы отражается свип-сигнал в области высоких частот, эа счет параметрического взаимодействия падающего и отраженного сигналов,отмечается появление нового свип-сигнала, но в области низких частот, т.е. произойдет так называемая самомодуляция, самовоздействие импульса.

При снятии вертикального профиля нелинейных характеристик среды исследуемого объема, после момента самомодуляции свип-сигнала для усилемня низкочастотного свип сигнала вибратор переключают на новый режим работы, и он начинает излучать встреч" ный для сигнала высокочастотный сейсмический луч. Усиленный сигнал принимают сейсмоприемником, расположенныи рядом с вибратором. Для исследования всего объема в целом в место установки сейсмоприемника направляют отраженный от границы низкочастотный сигнал, а его усиление производят отражением от ближайшей неоднородности высокочастотныи сейсмическим лучом.

Предлагаемый способ эффективен при использовании всех типов сейсмических волн. Он позволяет с высокой точностью определять, например, отношение ()р /g+, что представляет интерес для прогнозирования землетрясений. Кроме того, он позволяет определить так же с высокой точностью нелинейную сейсмическую зону в земной коре, приуроченную, например, к залежам полезных ископаемых. формула изобретения

1. Способ вибропросвечивания Земли путем возбуждения вибраторами сейсмических колебаний с последующей регистрацией и расшифровкой возникающих интерференционных сейсмических полей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа, в среде первоначально возбуждают монохроматический пакет поперечных волн, затем возбуждают монохроматический пакет продольных волн с частотой, равной частоте поперечных волн, в пукте регистрации сейсмических колебаний, навстречу этим волнам возбуждают высокочастотные колебания с частотой, кратной частоте огибающей взаимодействующих продольных и поперечных

894634

Составитель Э. Волконский

Редактор Е. Папп Техред A.A÷ Корректор М. Пожо

Заказ 11483/75 Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Гасударственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4 волн, характеристики которых изменяют в процессе излучения.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что монохроматические колебания поперечных волн возбуждают в зоне отраженного от границы пакета сейсмических. волн.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Июир T. Дик. Нелинейная акустика и ее роль в геофизике морских осадков. М., "Мир", 1977, с. 227-274, 2. Пакет США 1 4064481, кл. 340-15,5, 1977 (прототип).