СПОСОБ ВЫСОКОРАЗРЕШАЮЩЕЙ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ МЕТОДОМ ОБЩЕЙ ГЛУБИННОЙ ТОЧКИ (МОГТ) С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВЗРЫВА ЗАРЯДОВ Российский патент 1998 года по МПК G01V1/00 G01V1/13 

Изобретение относится к геофизике, к сейсмическим методам разведки полезных ископаемых, в частности нефти, газа и угля, и предназначен для получения сейсмической записи наибольшего разрешения, с помощью которой можно более детально изучить строение геологической среды.

Известны методы высокоразрешающей сейсмической разведки на суше и на море с помощью различных видов источников сейсмических колебаний [1,2]. Недостатками этих методов являются недостаточная разрешенность получаемых записей, а также технологическая трудоемкость проведения работ.

Наиболее близким способом к предложенному изобретению является способ высокоразрешающей сейсмической разведки методом общей глубинной точки (МОГТ) с использованием взрыва зарядов [3]. В этом способе на исследуемой площади по имеющимся геолого-геофизическим данным определяют условия залегания пород в зоне и ниже зоны малых скоростей (ЗМС), проводят предварительные сейсморазведочные работы для выбора оптимальных условий возбуждения и приема сейсмических колебаний и при выбранных условиях проводят основные сейсморазведочные работы. Недостатком известного способа является технологическая трудоемкость, так как возбуждение сейсмических колебаний проводится двумя типами источников: зарядом взрывчатого вещества и электроискровым источником, и в несколько этапов, а также недостаточная разрешенность полученных записей.

Технический результат изобретения заключается в создании условий, при которых может быть сформирован и использован широкополосный сейсмический сигнал, ширина спектра которого характеризуется величиной 3-5 октав (10-500 Гц), при достаточно равномерном амплитудном спектре, то есть без явно резонансных частот. Сигнал с такими амплитудно-частотными характеристиками обладает малой длительностью и обеспечивает высокое разрешение сейсмической записи в пространственно-временной области. В предложенном изобретении указанной сейсмический сигнал возбуждается с помощью минимизированного заряда и регистрируется при соблюдении определенных условий.

Сущность изобретения заключается в следующем. Перед началом профильных наблюдений на исследуемой площади по имеющимся данным геолого-геофизических исследований определяют условия залегания пород в зоне и ниже зоны малых скоростей (ЗМС). Проводят предварительные сейсморазведочные работы для выбора оптимальных условий возбуждения и приема сейсмических колебаний и при выбранных условиях проводят основные сейсморазведочные работы МОГТ.

Изобретение отличается тем, что на этапе предварительных сейсморазведочных работ определяют минимальную массу заряда с высокой скоростью детонации, обеспечивающую при взрыве формирование информационного сейсмического сигнала с минимально возможной длиной полезной волны и с интенсивностью, достаточной для выделения полезных волн на фоне нерегулярных волн-помех, путем подрыва в скважинах одиночных зарядов с нарастающим тротиловым эквивалентом от 1 до 1000 г на начальной глубине под ЗМС, равной 1/8-1/4 преобладающего значения кажущейся длины полезной волны, регистрации сейсмического сигнала позиционной расстановкой сейсмоприемников и/или акселерометров и анализа полученных сейсмограмм. После этого определяют глубину погружения заряда ниже ЗМС, обеспечивающую стабильность формы информационного сейсмического сигнала с минимально возможной длиной полезной волны и выделение его на фоне нерегулярных волн-помех путем подрыва заряда предварительно выбранной массы на удалениях ±(0,5-3) м от начальной глубины погружения заряда в по крайней мере одной скважине с последующей регистрацией позиционной расстановкой сейсмоприемников и/или акселерометров информационного сейсмического сигнала и его анализом. При этом на этапе основных сейсморазведочных работ максимальное расстояние взрыв-прибор Х_max выбирают из соотношения

где Z - глубина до целевого отражающего горизонта,
N = f^врс/f^счс - коэффициент увеличения преобладающей частоты информационного сейсмического сигнала,
f^врс - преобладающая частота при высокоразрешающей сейсморазведке,
f^счс - преобладающая частота при среднечастотной сейсморазведке.

Расстояние между центрами групп сейсмоприемников, которое не должно превышать волновое число Найквиста, выбирают из соотношения
ΔX≤λ_min/2≤π/χ
где χ - волновое число Найквиста,
λ_min - минимальная длина волны информационного сейсмического сигнала,
ΔX - расстояние между центрами групп сейсмоприемников.

Запись зарегистрированного сейсмического сигнала на сейсмических станциях осуществляют с шагом квантования Δt, выбираемым из соотношения
Δt≤1/f_max
где f_max - максимальная ширина спектра полезной волны.

База групп сейсмоприемников сводится к минимуму.

Изобретение отличается также тем, что при подборе минимальной массы заряда в качестве одиночных зарядов используют от 1 до 20 электродетонаторов.

Изобретение отличается тем, что при подборе минимальной массы заряда подрывают одиночные заряды массой взрывчатого вещества от 20 до 1000 г.

Изобретение отличается тем, что при уточнении глубины погружения заряда контролируют форму прямой волны по записи одиночного сейсмоприемника, погруженного в соседнюю со взрывной скважину на глубину Δh, определяемую из условия
Δh≥h_змс+λ,
где h_змс - мощность ЗМС,
λ - преобладающее значение кажущейся длины полезной волны.

Изобретение отличается также тем, что используют одиночные заряда со скоростью детонации более 5,5 км/с.

Способ осуществляется следующим образом.

Перед началом основных сейсморазведочных работ по данным технического нивелирования, микросейсмокаротажа с привлечением при возможности данных радиоактивного или электрического каротажа изучают геофизические характеристики и прослеживают условия залегания пород в зоне и ниже ЗМС. По этим сведениям определяют начальную глубину заложения заряда под ЗМС, которая должна быть глубже подошвы ЗМС на величину 1/8-1/4 преобладающей длины полезной волны. В этом случае длительность информационного сейсмического сигнала будет наименьшей.

Затем проводят исследования, направленные на выбор веса минимизированного заряда и оптимальной глубины взрыва. Для этого на начальной глубине осуществляют серию взрывов одиночных зарядов, имеющих компактную форму с малыми линейными размерами и высокую скорость детонации взрывчатых веществ, с нарастающими массами с различными тротиловыми эквивалентами, например, от 20 до 1000 г или от 1 до 20 детонаторов. Регистрация осуществляется позиционной расстановкой сейсмоприемников и/или акселерометров и в результате анализа полученных записей выбирается наименьший (минимизированный) по массе заряд, обеспечивающий при взрыве формирование информационного сейсмического сигнала с минимально возможной длиной полезной полны и с интенсивностью, достаточной для выделения полезных волн на фоне нерегулярных помех.

После подбора веса заряда следует уточнить глубину погружения заряда ниже ЗМС путем прострела взрывной скважины предварительно выбранным минимизированным зарядом на небольших удалениях ±(0,5-3 м) от начальной глубины. Регистрация осуществляется позиционной расстановкой сейсмоприемников и/или акселерометров, и по результатам обработки полученных записей с учетом вышеуказанных условий определяется глубина погружения заряда. При этом следует учитывать также, что форма прямой волны должна быть наиболее простой. При необходимости форму импульса прямой волны можно контролировать по записи одиночного сейсмоприемника, помещенного в соседнюю с взрывной скважину на глубину
Δh≥h_змс+λ,
где h_змс - мощность ЗМС,
λ - преобладающее значение кажущейся длины полезной волны.

При сложном строении верхней части разреза, как и при изменчивых поверхностных условиях, вышеописанные предварительные опытные исследования повторяются в нескольких характерных точках профиля или площади сейсморазведочных работ.

При проведении основных работ по предложенному в изобретении способу высокоразрешающей сейсмической разведки МОГТ используются известные, например в среднечастотной сейсморазведке МОГТ, подходы формирования интерференционных систем. Однако учитывая, что на вход регистрирующей системы поступает широкополосный сигнал, методика формирования интерференционных регистрирующих систем дополнена следующими необходимыми условиями.

Максимальное удаление взрыв-прибор определяется из условия

где Z - глубина до целевого отражающего горизонта,
N = f^врс/f^счс - коэффициент увеличения преобладающей частоты информационного сейсмического сигнала,
f^врс - преобладающая частота при высокоразрешающей сейсморазведке,
f^счс - преобладающая частота при среднечастотной сейсморазведке.

Расстояние взрыв - прибор в предложенном изобретении меньше расстояния взрыв - прибор, используемого при проведении сейсморазведки МОГТ по известной технологии в раз. Уменьшение расстояния взрыв - прибор стало возможным, потому что при уменьшении длительности сейсмического сигнала, характерного для предложенного в изобретении способа высокоразрешающей сейсмической разведки, возрастает эффективность системы МОГТ при подавлении кратных волн. Следовательно, необходимая степень ослабления кратных волн может быть достигнута при меньших Х_max. Уменьшение расстояния взрыв - прибор дает возможность снизить эффект поглощения горными породами высокочастотных составляющих спектра за счет уменьшения пути пробега отраженных волн к дальним от пункта возбуждения регистрирующим каналам, эффект рефракции на этих же удалениях и рассеяние на неоднородностях горных пород.

Регистрацию сейсмических колебаний на профилях осуществляют с помощью электродинамических сейсмоприемников, например, СВ-10 и СВ-20 или акселерометров.

Расстояние между центрами групп сейсмоприемников в интерференционных регистрирующих системах не должно превышать волновое число Найквиста и определяется из соотношения
ΔX≤λ_min/2≤π/χ
где χ - волновое число Найквиста,
λ_min - минимальная длина волны информационного сейсмического сигнала,
ΔX - расстояние между центрами групп сейсмоприемников.

Указанные условия необходимы для уменьшения помех с зеркальной пространственной частотой от низко- и среднескоростных волн-помех.

Запись зарегистрированной сейсмической информации осуществляют на цифровых сейсморазведочных станциях, например, Прогресс-96 с шагом квантования, определяемым из соотношения
Δt≤1/f_max
где f_max - максимальная ширина спектра полезной волны.

Пример. Определение минимальной массы заряда.

Начальная глубина погружения заряда расположена ниже подошвы ЗМС на 1/8•λ, где λ - преобладающая длина полезной волны. Мощность ЗМС в точке проведения эксперимента равна 14 м,а
λ = 1/f^вpc•V = 1/80Гц•2500 м/с ≈ 31 м.
Тогда начальная глубина определяется величиной 18 м. Оптимальным зарядом в данном случае является взрыв массой 23 г.

Оптимальная глубина погружения заряда определяется путем равномерного (с шагом 1 м) прострела скважины зарядом 23 г в интервале 15-21 м. Из опыта следует, что искомой является величина 18 м.

Определяем f^врс = 80 Гц и f^счс = 30 Гц.

Коэффициент увеличения преобладающей частоты равен N = 80/30 = 2,6. Максимальное расстояние взрыв - прибор для глубин 2 км при среднечастотной сейсморазведке равно
Х_max = 0,9•2 = 1,8 км
Максимальное расстояние при высокоразрешающей сейсморазведке равно

Преобладающая длина волны информационного сигнала при V = 2500 м/с равна λ_врс= 1/180Гц•V = 31 м. Расстояние между каналами (центрами групп) равно ΔX≤λ/2≤15,0 м. Шаг квантования для максимального сигнала с f_max = 250 Гц равен

Глубина погружения контрольного сейсмоприемника при преобладающем значении кажущейся длины полезной волны
λ^врос= 31м равно Δh = h_змс+λ^врс= 14+31 = 45 мм

Изобретение относится к геофизике, к сейсмическим методам разведки полезных ископаемых. Сущность способа заключается в том, что перед началом профильных наблюдений на исследуемой площади по имеющимся геолого-геофизическим данным определяют условия залегания пород в зоне и ниже зоны малых скоростей (ЗМС). Затем на этапе предварительных сейсморазведочных работ определяют минимальную массу заряда и глубину его погружения ниже ЗМС, обеспечивающие при взрыве формирование информационного сейсмического сигнала с минимально возможной длиной полезной волны и с интенсивностью, достаточной для выделения полезных волн на фоне нерегулярных волн-помех. При выбранных параметрах возбуждения проводят основные сейсморазведочные работы. При этом на этапе основных сейсморазведочных работ максимальное расстояние взрыв-прибор X_m a x выбирают из соотношения: где Z - глубина до целевого отражающего горизонта, N = f^в р с / f^с ч с - коэффициент увеличения преобладающей частоты информационного сейсмического сигнала, f^в р с - преобладающая частота при высокоразрешающей сейсморазведке, f^с ч с - преобладающая частота при среднечастотной сейсморазведке. Расстояние между центрами групп сейсмоприемников, которое не должно превышать волновое число Найквиста, выбирают из соотношения Δx≤λ_min/2≤π/χ где χ - волновое число Найквиста, λ_min - минимальная длина волны информационного сейсмического сигнала, Δx - расстояние между центрами групп сейсмоприемников. Запись зарегистрированного сейсмического сигнала на сейсмических станциях осуществляют с шагом квантования Δt , выбираемым из соотношения Δt≤1/f_max , где f_m a x - максимальная ширина спектра полезной волны. 4 з.п. ф-лы.

1. Способ высокоразрешающей сейсмической разведки методом общей глубинной точки (МОГТ) с использованием взрыва зарядов, заключающийся в том, что перед началом профильных наблюдений на исследуемой площади по имеющимся геолого-геофизическим данным определяют условия залегания пород в зоне и ниже зоны малых скоростей (ЗМС), проводят предварительные сейсморазведочные работы для выбора оптимальных условий возбуждения и приема сейсмических колебаний и при выбранных условиях проводят основные сейсморазведочные работы МОГТ, отличающийся тем, что на этапе предварительных сейсморазведочных работ определяют минимальную массу заряда с высокой скоростью детонации, обеспечивающую при взрыве формирование информационного сейсмического сигнала с минимально возможной длиной полезной волны и с интенсивностью, достаточной для выделения полезных волн на фоне нерегулярных волн-помех, путем подрыва в скважинах одиночных зарядов с нарастающим тротиловым эквивалентом 1 - 1000 г на начальной глубине под ЗМС, равной 1/8 - 1/4 преобладающего значения кажущейся длины полезной волны, регистрации сейсмического сигнала позиционной расстановкой сейсмоприемников и/или акселерометров и анализа полученных сейсмограмм, после чего определяют глубину погружения заряда ниже ЗМС, обеспечивающую стабильность формы информационного сейсмического сигнала с минимально возможной длиной полезной волны и выделение его на фоне нерегулярных волн-помех, путем подрыва заряда предварительно выбранной массы на удалениях 0,5 - 3,0 м от начальной глубины погружения заряда в по крайней мере одной скважине с последующей регистрацией позиционной расстановкой сейсмоприемников и/или акселерометров информационного сейсмического сигнала и его анализом, при этом при проведении основных сейсморазведочных работ максимальное расстояние взрыв-прибор x_m a x выбирают из соотношения
,
где z - глубина до целевого отражающего горизонта,
N = f_В Р С/f_С Ч С - коэффициент увеличения преобладающей частоты информационного сейсмического сигнала,
f_В Р С - преобладающая частота при высокоразрешающей сейсморазведке,
f_С Ч Ч - преобладающая частота при среднечастотной сейсморазведке, расстояние между центрами групп сейсмоприемников, которое не должно превышать волновое число Найквиста, выбирают из соотношения
Δx ≤ λ_min/2≤π/χ ,
где χ - волновое число Найквиста,
λ_min - минимальная длина волны информационного сейсмического сигнала,
Δx - расстояние между центрами групп сейсмоприемников,
запись зарегистрированного сейсмического сигнала на сейсмических станциях осуществляют с шагом квантования Δt, выбираемым из соотношения
Δt ≤ 1/f_max,
где f_m a x - максимальная ширина спектра полезной волны. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подборе минимальной массы заряда в качестве одиночных зарядов используют 1 - 20 детонаторов. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что при подборе минимальной массы заряда подрывают одиночные заряды взрывчатого вещества массой 20 - 1000 г. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при уточнении глубины погружения заряда контролируют форму прямой волны по записи одиночного сейсмоприемника, погруженного в соседнюю со взрывной скважину на глубину определяемую из условия
Δh ≥ h_ЗМС+λ,
где h_З М С - мощность ЗМС,
λ - преобладающее значение кажущейся длины полезной волны. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют одиночные заряды со скоростью детонации более 5,5 км/с.