СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ ГОРНЫХ ПОРОД Российский патент 1994 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано для поиска неоднородностей в геологической среде. В качестве объектов поиска могут быть зоны разломов, кимберлитовые трубки взрыва, рудоносные жилы, рифы и т. п.

Известен способ сейсмической разведки, заключающийся в возбуждении сейсмических колебаний на линейных базах группирования с вводом временных задержек, регистрации сейсмических колебаний на линейных базах приема с вводом задержек, переменных во времени, с последующей обработкой и получением временных разрезов [1] . Для выделения исследуемого объекта задают положение центров базы возбуждения и приема, величины этих баз и рассчитывают параметры волн таким образом, чтобы получить заданное ослабление от мешающего объекта по сравнению с ослаблением отраженного сигнала от исследуемого объекта.

Недостатком данного способа является необходимость информации о точном глубинном положении искомого и мешающего объектов, о геологическом строении среды и скоростных параметрах разреза, используемой для расчета углов падения и отражения волн от искомого и мешающего объектов, положения и размеров баз приема и возбуждения, параметров волн, величин ослабления и т. п. Поскольку точные априорные данные отсутствуют (при их наличии отпадает целесообразность решения задач поиска), то все расчеты носят сугубо ориентировочный характер и, следовательно, данный способ не позволяет эффективно разделить искомые и мешающие объекты.

Известен способ сейсмической разведки горных пород, заключающийся в размещении источников и приемников на поверхности Земли, фокусированном излучении и приеме с их помощью сейсмических волн и последующей обработке полученных данных [2] .

Данный способ недостаточно информативен и не позволяет получить объемное изображение локального дифрагирующего объекта в массиве горной породы.

Цель изобретения - повышение информативности за счет получения объемного изображения локального дифрагирующего объекта в массиве горной породы.

Цель достигается тем, что в известном способе сейсмической разведки горных пород, заключающемся в размещении источников и приемников на поверхности Земли, фокусированном излучении и приеме с их помощью сейсмических волн и последующей обработке полученных данных, источники и приемники размещают за пределами исследуемого массива горной породы, перед возбуждением и приемом сейсмических волн исследуемый массив делят на кубические блоки, высота граней каждого из которых не превышает 1/2 длины излучаемой волны, задаваемой глубинностью исследования, фокусируют излучаемые волны в центр каждого кубического блока с синфазным суммированием волн на приемниках от центра каждого кубического блока при каждом излучении и при обработке полученных данных определяют энергию волн от каждого центра, по максимальным значениям которой получают объемное изображение локального дифрагирующего объекта в массиве, при этом, с целью повышения достоверности способа, расстояние между крайними приемниками и/или излучателями определяют из соотношения:
L ≥ (H x V x T)^0,5, где L - расстояние между крайними приемниками и/или излучателями, м;
Н - глубина нижней границы массива, м;
V - средняя скорость распространения излучаемых волн, м/с;
Т - период сейсмического сигнала излучаемой волны, с.

Способ реализуется следующим образом.

На дневной поверхности размещают группы излучателей и приемников. Расстановка приемников (излучателей) может быть различной (пространственные системы типа квадрата, прямоугольника, креста, звезды, спирали, концентрических окружностей и т. п. ) с выполнением главного требования - изометричности расстановки приемников (излучателей) по площади для того, чтобы обеспечить пространственную диаграмму направленности, позволяющую разрешить интерференцию дифрагированных и отраженных волн, приходящих с разных направлений.

Пример определения дифрагирующего объекта поясняется фиг. 1а-г. Дифрагирующим объектом являлась полость размыва для хранения газа в теле соляного купола. Был выделен исследуемый массив горной породы размером 1 х 1 х 1 км, содержащий искомую полость. Размер массива был определен, исходя из эффективной чувствительности тракта излучение-прием таким образом, чтобы обеспечить регистрацию отраженных волн от нижней границы исследуемого массива с коэффициентом отражения 0,1. Согласно теоретическим расчетам, такое отражение соответствует рассеянию назад от полости, соизмеримой с длиной волны (излучаемой). Полость же указанных размеров может рассматриваться как минимальный дифрактор, который может быть выделен по данному способу.

Группы сейсмоприемников были установлены на границе исследуемого массива с внешней стороны (фиг. 1а). Расстояние между крайними сейсмоприемниками определялось по формуле L ≥ (H x V x T)^0,5, где Н - глубина нижней границы блока - 1000 м; V - средняя скорость распространения продольных волн - 4000 м/с; Т - основной период излучаемых волн - 0,025 с.

Отсюда расстояние между крайними сейсмоприемниками должно быть не менее 320 м. С учетом расстановки сейсмоприемников через 30 м было выбрано равным 330 м. Схема расположения сейсмоприемников соответствовала системе "звезда" по 12 шт вдоль самого луча (длиной 330 м). Всего было 4 луча из 48 сейсмоприемников. Аналогичные линейные параметры были определены для группы излучателей. Излучатели и приемники располагались на расстоянии 150 м между ближайшими в группах. Такой разнос групп проводился с целью исключения влияния волн-помех поверхностного типа на полезный участок записи. Возбуждение упругих волн осуществлялось невзрывным источником ИКИ-40, запись колебаний проводилась на сейсмической станции "Прогресс".

Выделенный массив горных пород был разбит на кубические блоки, высота граней каждого из которых не превышает 1/2 длины излучаемой волны, что соответствует 0,5 х Т х Y = 0,5 х 0,025 х 4000 = 50 м, где Т - период колебаний и Y - скорость продольной волны взяты те же, что и при определении размеров группы сейсмоприемников. Размер грани кубического блока в 0,5 длины волны избирался, исходя из того, что при поиске не должен быть пропущен минимальный дифрагирующий объект, диаметр которого соизмерим с длиной волны. Для надежного выделения дифрагирующего объекта в объеме исследуемого массива он должен быть представлен не менее чем тремя точками. Отсюда расстояние между центрами кубических объектов (точками фокусирования) должно быть не более 0,5 длины волны. После фокусирования излучаемых волн в центр каждого кубического блока и синфазного суммирования волн от этих центров был получен ряд значений энергии дифрагированных волн от всех центров кубических блоков исследуемого массива 1 х 1 х 1 км. Оценка распределения энергии дифрагированных волн в объеме массива проводилась путем получения этого распределения по отдельным горизонтальным и вертикальным плоскостям, проходящим через центры кубических блоков. На фиг. 1б, в, г приведены распределения энергии по плоскостям, проходящим через искомую неоднородность, где на фиг. 1б показан срез в плоскости Z; на фиг. 1в - в плоскости Y; на фиг. 1г - в плоскости Х.

Как видно из фиг. 1б, в, г, максимальное значение энергии дифрагированных волн (в относительных единицах) соответствует области, в которой находится искомая плоскость. Полученные данные по n-му количеству плоскостей позволяют определить искомый объект в его объемном изображении.

Способ в отличие от известных позволяет проводить поиск и выделение дифрагирующих объектов, расположенных на значительном удалении (по горизонтали) от места расположения приемников (излучателей), что дает возможность при одной расстановке приемников (излучателей) исследовать большой массив горных пород, что значительно ускоряет и упрощает поиск. Кроме того, настоящий способ позволяет выделять дифрагирующие объекты, находящиеся под участками, недоступными для выполнения сейсморазведочных работ жилищными и промышленными застройками, озерами, болотами и т. п. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 1444689, кл. G 01 V 1/00, 1987.

2. Авторское свидетельство СССР N 1449957, кл. G 01 V 1/00, 1986.

Использование: сейсмическая разведка, поиск локальных неоднородностей в геологической среде. Сущность изобретения: в способе сейсмической разведки перед началом работ исследуемый массив делят на кубические блоки. Высота граней каждого блока не превышает 1/2 длины излучаемой волны. Фокусируют излучаемые волны в центр каждого блока. Одновременно синфазно суммируют волны на приемниках от центра каждого кубического блока, при обработке полученных данных определяют энергию волн от каждого центра, по максимальным значениям которой получают объемное изображение локального дифрагирующего объекта. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ ГОРНЫХ ПОРОД, заключающийся в размещении источников и приемников на поверхности Земли, фокусированном излучении и приеме с их помощью сейсмических волн и последующей обработке полученных данных, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности за счет получения объемного изображения локального дифрагирующего объекта в массиве горной породы, источники и приемники размещают за пределами исследуемого массива горной породы, перед возбуждением и приемом сейсмических волн исследуемый массив делят на кубические блоки, высота граней каждого из которых не превышает 1/2 длины излучаемой волны, задаваемой глубинностью исследования, фокусируют излучаемые волны в центр каждого кубического блока с синфазным суммированием волн на приемниках от центра каждого кубического блока при каждом излучении и при обработке полученных данных определяют энергию волн от каждого центра, по максимальным значениям которой получают объемное изображение локального дифрагирующего объекта в массиве. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности способа, расстояние L между крайними приемниками и/или излучателями определяют из соотношения
L ≥ /H · Y · T/^0,5,
где H - глубина нижней границы массива, м;
Y - средняя скорость распространения излучаемых волн, м/с;
T - период сейсмического сигнала излучаемой волны, с.