СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ Российский патент 2000 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к сейсмической разведке и может быть использовано при региональных исследованиях для изучения геологического строения сложнопостроенных районов.

Известен способ региональных геофизических исследований [1] с применением метода отраженных волн. При этом способе региональные профили задают в виде пар квазипараллельных кусочно-непрерывных профилей, а поперечные профили - в виде пересекающихся друг с другом кусочно-непрерывных профилей, ориентируют поперечные профили по простиранию изучаемых тектонических элементов, создают вокруг этих элементов замкнутые полигоны, при этом положение каждой последующей пары профилей уточняют после получения данных в предыдущей паре профилей, а расстояние между региональными профилями определяют по размерам изучаемых тектонических элементов. Соблюдение указанных в способе особенностей методики способствовало повышению эффективности исследований.

При этом способе работы выполняются только одним методом разведки. В случае необходимости применения нескольких методов геофизической разведки работы выполняются каждым методом раздельно.

Известен способ геофизической разведки [2], при котором предусматривается раздельное производство сейсмических и электроразведочных работ. В способе определены следующие особенности выполнения работ: производство наблюдений по единым профилям, совмещение осей источников упругих волн и электромагнитного поля, ориентация профилей наблюдения вкрест и по простиранию основных тектонических элементов геологической среды, вносящих искажения в физические поля (перекрывающие разведуемые границы), а диаграммы направленности ориентируют относительно искажающих структурных форм таким образом, чтобы плоскость лучей была вертикальной. Вокруг тектонических элементов создают замкнутый полигон, по которому выполняют корреляционную увязку данных этих методов и параметров физических полей, наблюдения выполняют с оптимальными параметрами, при которых в конкретных тектонических условиях обеспечивается максимальное подавление помех и усиление полезных волн. Соблюдение требований производства работ методом сейсмо- и электроразведки оказывает положительное влияние на конечные результаты.

Однако анализ результатов и комплексная интерпретация выполняются по завершении полевых наблюдений, что исключает возможность коррекции параметров систем возбуждения упругих волн в зависимости от изменения тектоники исследуемой территории, непосредственно в процессе полевых работ.

Известен способ геофизической разведки [3], в котором для повышения достоверности и разрешающей способности способа при проведении электроразведки и сейсморазведки на совмещенных профилях выполняют наблюдения непрерывным профилированием с применением источников электрического поля и интерференционных источников упругих волн. Формируют систему инициирования механоэлектрических процессов в гетерогенной геологической среде путем единовременного воздействия на нее источниками электрического поля и упругих волн. По завершении инициирования среды выполняют раздельно наблюдения электроразведкой и затем сейсморазведкой. При такой методике работ повышается надежность трассирования физических границ в среде сейсморазведкой и электроразведкой.

Такие исследования также выполняются каждым методом раздельно, отсутствует операция коррекции параметров источников физических полей, что снижает надежность выделения сигналов полезных волн, вследствие чего невозможно обеспечить выполнение исследований с оптимальными параметрами для всех изучаемых границ геологического разреза, что снижает надежность выделения полезных волн.

Задачей изобретения является повышение эффективности, достоверности, надежности выделения и корреляции отраженных и преломленных волн, регистрируемых во всем диапазоне изучаемых глубин геологического разреза.

Поставленная задача решается следующим образом.

В способе сейсмической разведки, включающем непрерывное профилирование с многократным перекрытием и увязкой по конечным и промежуточным взаимным точкам с применением интерференционных систем возбуждения и регистрации упругих колебаний, на каждой расстановке возбуждают упругие колебания группой вибраторов с линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) и монохроматическими колебаниями с заданными частотными параметрами, формируют в среде вторичные импульсные источники с базами размещения вибраторов, обеспечивающих необходимую остроту направленности излучения, регистрируют отраженные волны, затем выполняют наблюдения преломленными волнами на фланговых расстановках относительно пункта возбуждения, разновременно последовательно прекращают излучения колебаний каждого из вибраторов, формируют тем самым в среде импульсное волновое поле с заданным наклоном плоской части фронта волны, ориентированным под критическим углом к преломляющей границе раздела, при котором образуется преломляющая волна, выполняют наблюдения с различными базами и углами наклона плоской части фронта от всех изучаемых границ, регистрируют колебания многоканальными расстановками, включающими группы последовательно соединенных сейсмоприемников, ориентированных по нормали к линии профиля на удалениях, при которых разность времен регистрации в соседних точках для мелкозалегающей границы, подлежащей изучению, не превышает 1/3 периода колебаний, проводят экспресс-анализ полученных данных, в соответствии с которым корректируют параметры интерференционных источников возбуждения и выполняют дополнительные наблюдения с этими параметрами для управления многоканальными расстановками, накапливают трассы записей, расположенных в пределах заданного интервала размещения пунктов регистрации, который последовательно перемещают вдоль профиля, вводят временные запаздывания для компенсации влияния рельефа, зоны малых скоростей, кривизны годографа волны и изменения ориентации диаграммы направленности в пространстве, последовательно выделяют волны в зонах интерференции с учетом направления их распространения.

Отличительными признаками в заявляемом способе являются:
возбуждение упругих колебаний группой вибраторов с ЛЧМ и монохроматическими колебаниями с заданными частотными параметрами позволяет регистрировать от одних физических границ отраженные волны с различными параметрами волновых полей для повышения надежности отождествления отраженных волн и корреляции вдоль профилей;
формирование в среде вторичных импульсных источников с базами размещения вибраторов, обеспечивающих необходимую остроту направленности излучения, позволяет выполнять разведочные работы с импульсными сигналами упругих волн короткой длительностью во времени, хорошей динамической выраженностью, стабильностью формы сигнала и наименьшей, в сравнении с волновыми полями других типов источников, зашумленностью;
выполняют наблюдения преломленными волнами на фланговых расстановках относительно пункта возбуждения, что позволяет при одной неизменной системе наблюдений регистрировать отраженные и преломленные волны от разведываемых границ при неизменных условиях влияния геологической среды на возбуждаемые волновые поля, что повышает надежность корреляции и интерпретации результатов;
разновременно последовательно прекращают излучения колебаний каждого из вибраторов, формируя в среде импульсное волновое поле с заданным наклоном плоской части фронта суммарной волны, ориентированным под критическим углом к преломляющей границе раздела, при котором образуется преломленная волна, это позволяет усилить сигналы преломленных волн от разведываемых границ и ослабить преломленные волны от вышерасположенных границ, обеспечить надежную регистрацию преломленных волн на интервалах, расположенных ближе к пункту возбуждения в области начальной точки формирования преломленной волны и упростить систему наблюдения;
выполняют наблюдения с различными базами и углами наклона плоской части фронта от всех изучаемых границ для последовательного выделения преломленных волн от изучаемых границ и ослабления помех;
регистрируют колебания многоканальными расстановками, включающими группы последовательно соединенных сейсмоприемников, ориентированных по нормали к линии профиля на удалениях, при которых разность времен регистрации в соседних точках не превышает 1/3 периода колебаний для обеспечения возможности в процессе накопления информации осуществить управление направленными свойствами интерференционных систем регистрации сигналов;
проводят экспресс-анализ полученных данных, в соответствии с которым корректируют параметры интерференционных источников возбуждения и выполняют наблюдения с этими параметрами для контроля регистрируемой информации и получения параметров интерференционных систем, необходимых при повторных наблюдениях с целью повышения надежности выделения сейсмических волн от изучаемых границ;
накапливают трассы записей, расположенных в пределах заданного интервала пунктов регистрации, который последовательно перемещают вдоль профиля и вводят временные запаздывания для компенсации влияния рельефа, зоны малых скоростей, кривизны годографа волны и изменения ориентации диаграммы направленности в пространстве с последовательным выделением волн в зонах интерференции и учетом направления их распространения для последовательного выделения сигналов сейсмических волн и обеспечения надежной их корреляции вдоль профиля.

В известных авторам источниках научной и патентно-технической информации не описан способ сейсмической разведки с перечисленной совокупностью признаков, направленных на решение поставленной технической задачи, что позволило сделать вывод о наличии в заявленном техническом решении критерия изобретения "изобретательский уровень".

На фиг. 1 приведена технологическая схема выполнения наблюдений при одновременной отработке способами многократного профилирования отраженными и преломленными волнами.

На фиг. 2 - схема площадного группирования сейсмоприемников.

Способ реализуется следующим образом.

В соответствии с сейсмогеологической характеристикой среды и прогнозируемым геологическим строением предварительно определяют основные отражающие и преломляющие границы, подлежащие изучению, и оптимальные параметры производства работ: длину интервала регистрации отраженных и преломленных волн, шаг перемещения баз возбуждения и регистрации упругих волн, расстояния между источниками возбуждения, количество источников и размеры баз возбуждения, расстояния между пунктами регистрации и параметры группирования приборов. После этого составляют схему отработки профиля для прослеживания отраженных и преломленных волн от конкретных физических границ.

Последовательность выполнения работ рассмотрим на одном из примеров фиг. 1. Предположим, что интервал глубин от поверхности земли до фундамента будет излучаться отраженными 1 и преломленными 2 волнами, а поверхность фундамента преломленными волнами 3. Соответственно регистрация колебаний будет осуществляться одновременно среднечастотными сейсмоприемниками для отраженных волн и низкочастотными приборами для преломленных волн. Поэтому на профиле расположены две параллельные системы регистрации с оптимальными параметрами площадного группирования приборов для выделения отраженных и преломленных волн. Кроме того, при производстве работ одновременно выполняется камеральная экспресс-обработка информации.

Возбуждение колебаний осуществляют группой вибраторов. Предположим, что расстояние между пунктами возбуждения для отраженных волн невелики (например, менее длины волны), а расстояния между пунктами возбуждения для регистрации преломленных волн достаточно велики (на порядок больше, чем между пунктами возбуждения для отраженных волн). Поэтому для технологичности производства работ предусмотрены две группы вибраторов, содержащие по N излучателей. Одна группа непрерывно перемещается вдоль профиля, выполняя наблюдения для регистрации отраженных 1 и преломленных 2 волн, а вторая - для выполнения наблюдений на удаленных расстановках. Отметим, что такое разделение весьма условно. Возможно выполнение наблюдений отраженными и преломленными волнами с последовательным возбуждением колебаний каждой группой излучателей в отдельности, объединение всех излучателей и формирование остронаправленных систем излучения для повышения надежности выделения сейсмических волн. Оперативное изменение параметров интерференционных источников упругих волн на основе данных экспресс-обработки в процессе выполнения полевых работ является основным преимуществом предлагаемого способа - непрерывный контроль регистрируемой информации и выполнение дополнительных наблюдений с уточненными параметрами источника для повторного изучения сложнопостроенных интервалов разреза. При такой технологии работ можно оперативно обеспечить высокую детальность и надежность результатов без увеличения наиболее трудоемких работ по размещению систем регистрации.

Предположим, что интервал профиля АВ (фиг. 1) соответствует длине одного интервала регистрации, включающий интервал МП (СД) для регистрации отраженныx волн с многократным перекрытием и преломленными волнами 2. При этом на интервале АВ размещается 15 пунктов возбуждения для регистрации отраженных волн и три пункта A, К₁, К₂. Для возбуждения преломленных волн. На пункте A выполняются следующие наблюдения. Для регистрации отраженных волн используется интерференционный источник, состоящий из N излучателей (вибраторов), размещенных на оптимальных базах на некоторых расстояниях друг от друга. Длина базы возбуждения и соответственно расстояния между излучателями зависит от частотного диапазона излучения колебаний и глубины залегания изучаемых границ. Производятся наблюдения с ЛЧМ и монохроматическими колебаниями, частотный диапазон ЛЧМ колебаний рассчитывают для регистрации волн из средних и больших глубин, а монохроматические колебания - для изучения верхней и средней частей разреза. Кроме того, применяют также монохроматическое излучение для регистрации отраженных волн во всем диапазоне глубин от вторичного импульсного источника возбуждения (импульс разгрузки).

Предположим, что по результатам сопоставления материалов экспресс-обработки на отдельных участках интервала АВ необходимо выполнить еще дополнительные наблюдения с ЛЧМ колебаниями, с измененным частотным составом для уточнения строения на средних глубинах и монохромом с повышенным частотным составом для уточнения строения верхней части разреза. Кроме того, для уточнения строения фундамента необходимо на одном участке интервала АВ повторить наблюдения с интерференционной системой импульсного вторичного источника, но с увеличенными длиной базы возбуждения и количеством излучателей. В результате таких работ будет получена дополнительная информация путем изменения параметров источников упругих волн частотного диапазона излучаемых вибраторами колебаний и повышения направленности излучения вторичного импульсного источника упругих волн.

На этом же пункте возбуждения должны быть выполнены наблюдения для трассирования преломленной волны 2 от одной границы в осадочном чехле (фиг. 1). Излучение колебаний выполняется также интерференционными системами с вибраторами для формирования вторичных импульсных источников (импульс разгрузки). Прекращение воздействия осуществляется разновременно с изменением временных запаздываний по линейному закону для формирования импульсного волнового поля с плоским фронтом, наклоненным под критическим углом к преломляющей границе. Размер базы возбуждения должен обеспечить остроту направленности для надежного выделения преломленных волн. Таким образом, последовательно регистрируются преломленные волны от каждой преломляющей границы в отдельности от начальной точки образования преломленной волны. Количество наблюдений соответствует числу изучаемых границ. При таком интерференционном источнике упругих волн в связи с высокой направленностью излучения на записи регистрируются только преломленные волны от изучаемой границы. Преломленные волны от вышележащих границ ослабляются, поэтому значительно упрощается система наблюдений, т.к. не требуется выводить преломленную волну в первые вступления.

Для выделения преломленной волны от поверхности фундамента изменяют длину базы группирования вторичных источников упругих волн и наклон плоской части фронта импульсного волнового поля. На интервале AK₁ выполняются только работы для регистрации отраженных волн. В пункте K выполняется цикл исследований, аналогичный пункту A. Такие же исследования выполняются в пунктах К₂, К₃, К₄.

Регистрация колебаний осуществляется с управляемыми группами сейсмоприемников, содержащих необходимое количество последовательно соединенных сейсмоприемников (фиг. 2, 1-10, в качестве примера 9 сейсмоприемников), подключенныx к каналам регистрации. Каждая группа сейсмоприемников ориентирована по нормали к линии профиля, и они расположены относительно друг друга на некотором удалении dx. Расстояния между последовательно расположенными приборами определяются по спектру регистрируемых колебаний для наибольшей частоты гармоники с амплитудой не менеe 0,7 амплитуды экстремума спектра и скорости распространения волн для первой изучаемой отражающей границы в верхней части разреза. При этом разность времен регистрации волн между приборами не должна превышать 1/3 периода сигнала сейсмической волны. Расстояния между каналами регистрации вдоль профиля не должны превышать 1/3 длины сейсмической волны. При накоплении определенного количества трасс сейсмических записей (фиг. 2, например 1,1-1,6) относительно центрального канала регистрации формируется база площадного группирования с размерами dx • dy с последовательно параллельным соединением приборов. При накоплении относительно канала регистрации в центре базы в каждый канал регистрации вводят временные запаздывания, включающие в себя поправки за рельеф, ЗМС и угол подхода волны к группе приборов, для изменения ориентации диаграммы направленности и усиления сигналов отраженных волн от изучаемых границ. Так как годографы отраженных волн имеют гиперболическую форму, то временные запаздывания за угол подхода волны будут изменяться при перемещении базы накапливания вдоль оси x. С увеличением глубины границы соответственно будут изменяться угол подхода волны и увеличиваться длина базы накапливания для повышения остроты направленности площадной группы сейсмоприемников (фиг. 2, например 2,1-2,5). Для раздельного выделения в зонах интерференции сейсмических волн с различной кривизной осей синфазности при накоплении последовательно выделяют сигналы отраженных волн на записи. Полученные таким образом сейсмограммы для каждой отражающей границы (или нескольких границ) используют для трассирования границ и получения временного разреза при обработке.

По мере регистрации сейсмограмм производится экспресс-обработка информации, и при необходимости выполняются дополнительные наблюдения, направленные на повышение результативности материалов путем изменения параметров интерференционных систем излучения колебаний: размеров баз возбуждения и количества излучателей и частотный диапазон вибросигналов. По завершении цикла наблюдений на интервале АВ систему регистрации перемещают вдоль профиля.

Особенностью рассматриваемого способа является поэтапное и целенаправленное изучение различных интервалов разреза при одновременном прослеживании отраженных и преломленных волн от физических границ в среде путем применения интерференционных систем на базе вибрационных излучателей упругих колебаний с ЛЧМ и монохроматическими колебаниями и возбуждением вторичных импульсных источников упругих волн (импульс разгрузки) с различными базами возбуждения для изменения направленных свойств интерференционных систем и их ориентации в пространстве и повышения надежности прослеживания границ в конкретных геологических условиях на основании результатов экспресс-обработки информации.

Такая система наблюдений технологична, обеспечивает контроль качества материалов и позволяет оперативно получить дополнительную информацию для повышения достоверности изучения участков с осложненным геологическим строением.

Список литературы
1. А. с. СССР N 1787273. Способ региональных сейсмических исследований/Хараз И. И. , Ямпольский Ю.А., Левин А.А., приоритет 09.11.89, Бюл. N 1 06.01.93.

2. А.с. СССР N 1448319. Способ геофизической разведки/Белемец Г.В., Иванчук А.М., Озерков Э.Л., Тикшаев В.В., Хараз И.И., Ямпольский Ю.А., приоритет 15. 05.82, Бюл. N 48, 30.12.88.

3. Патент РФ N 2119180. Способ геофизической разведки / Хараз И.И., Михайлов В. А. , Тикшаев В.В., Озерков Э.Л., Живодров В.А., Осипов В.Г., Лепешкин В.П., приоритет 21.10.97, Бюл. N 26, 20.09.98.

Использование: при проведении сейсморазведки непрерывным профилированием с многократным перекрытием. Сущность: на каждой расстановке возбуждают упругие колебания группой вибраторов с линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) и монохроматическими колебаниями с заданными частотными параметрами. Регистрируют отраженные волны. Выполняют наблюдения преломленными волнами на фланговых расстановках относительно пункта возбуждения. Разновременно последовательно прекращают излучения колебаний каждого из вибраторов. Выполняют наблюдения с различными базами и углами наклона плоской части фронта волны от всех излучаемых границ. Регистрируют колебания многоканальными расстановками. Накапливают трассы записей, расположенных в пределах заданного интервала размещения пунктов регистрации, перемещая его вдоль профиля, вводят временные запаздывания и последовательно выделяют волны в зонах интерференции с учетом направления их распространения. Технический результат - повышение эффективности, достоверности, надежности выделения и корреляции отраженных и преломленных волн. 2 ил.

Способ сейсмической разведки, включающий непрерывное профилирование с многократными перекрытиями и увязкой по конечным и промежуточным взаимным точкам с применением интерференционных систем возбуждения и регистрации упругих колебаний, отличающийся тем, что на каждой расстановке возбуждают упругие колебания группой вибраторов с линейно-частотной модуляцией (ЛЧМ) и монохроматическими колебаниями с заданными частотными параметрами, формируют в среде вторичные импульсные источники с базами размещения вибраторов, обеспечивающих необходимую остроту направленности излучения, регистрируют отраженные волны, затем выполняют наблюдения преломленными волнами на фланговых расстановках относительно пункта возбуждения, разновременно последовательно прекращают излучения колебаний каждого из вибраторов, формируя тем самым в среде импульсное волновое поле с заданным наклоном плоской части фронта волны, ориентированным под критическим углом к преломляющей границе раздела, при котором образуется преломленная волна, выполняют наблюдения с различными базами и углами наклона плоской части фронта от всех изучаемых границ, регистрируют колебания многоканальными расстановками, включающими группу последовательно соединенных сейсмоприемников, ориентированных по нормали к линии профиля на удалениях, при которых разность времен регистрации в соседних точках для мелкозалегающей границы, подлежащей изучению, не превышает 1/3 периода колебаний, проводят экспресс-анализ полученных данных, в соответствии с которыми корректируют параметры интерференционных источников возбуждения, и выполняют дополнительные наблюдения с этими параметрами, для управления многоканальными расстановками накапливают трассы записей, расположенных в пределах заданного интервала размещения пунктов регистрации, который последовательно перемещают вдоль профиля, вводят временные запаздывания для компенсации влияния рельефа, зоны малых скоростей, кривизны годографа волны и изменения ориентации диаграммы направленности в пространстве, и последовательно выделяют волны в зонах интерференции с учетом направления их распространения.