Способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн Российский патент 2023 года по МПК G01V1/28 G01V1/30 

Область техники

Настоящее изобретение относится к технической области сейсморазведки и, в частности, к способам геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн.

Уровень техники

Как правило, в рамках технологии сейсморазведки пространственная структура и характерные особенности геологических тел измеряются на основании времени пробега сейсмической волны и пластовой скорости, а волновое поле требует исследования с участием человека. Данная технология, получившая свое развитие на протяжении последнего столетия, широко применяется в области геологии. Тем не менее ее применение сопровождается множественными недостатками. Во-первых, данная технология требует наличия искусственного гипоцентра, а во-вторых, неглубоко залегающие пласты в рамках геологоразведки отличаются присутствием «слепых зон». Искусственные гипоцентры достаточно сложно использовать в густонаселенных и экологически чистых районах. «Слепые зоны» геологоразведки существенно ограничивают область применения данной технологии. К примеру, стандартная технология сейсморазведки трудноприменима для неглубоко залегающих пластов, пластов с большим углом падения, районов с метаморфическими горными породами вулканического происхождения, районов, где скальная порода не имеет четко выраженной граничной литологии, а также районов с развивающимися карстовыми породами и сложной геологической структурой.

По причине вышеизложенного в КНР был представлен патент № CN110954943A «Способ геологоразведки на основе сейсмического частотного резонанса пассивного источника», направленный на восполнение некоторых недостатков описанной технологии. Однако в процессе применения данной технологии отмечено наличие необходимости ее дополнения и совершенствования с целью преодоления некоторых упущений и недостатков в разрезе как теории, так и технологии. Во-первых, в источнике № CN110954943A не рассматривается влияние поля виртуального источника возбуждения на результат геологоразведки. Во-вторых, указанный источник не подразумевает необходимость технической корректировки данных, полученных в результате измерений, и данных о соотношении значений волнового сопротивления пластов. К примеру, амплитуда сейсмической волны меняется с течением времени, поэтому при применении в геологоразведке требует корректировки с поправкой на этот фактор. В-третьих, данные о соотношении значений волнового сопротивления должны быть преобразованы в разрезе данных о волновом сопротивлении и прочих параметров упругих геологических тел. Если говорить о технологии сейсморазведки, преодоление указанных недостатков, особенно устранение теоретического изъяна в вопросе влияния поля виртуального источника возбуждения, представляется крайне необходимым.

Соответственно, настоящее изобретение не только дополняет техническое решение, представленное в источнике «Способ геологоразведки на основе сейсмического частотного резонанса пассивного источника», но и оптимизирует предложенную им технологию с теоретической точки зрения, делая ее более цельной и практичной.

Содержание изобретения

С целью преодоления недостатков предшествующего уровня техники настоящим изобретением предлагается способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, позволяющий выполнить пространственную и атрибутивную визуализацию подземных сред по принципу резонанса в ходе распространения упругих сейсмических волн. В рамках данного способа принципиально не рассматривается фактор расстояния между гипоцентром и приемником. Визуализация подземных сред может быть выполнена только лишь с опорой на вибрационный шум, полученный на поверхности Земли, который имеет подземный источник.

Для достижения указанной цели в настоящем изобретении используется следующее техническое решение:

Предложенный способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн отличается тем, что включает в себя понятие исходной наземной точки x в пределах заданного диапазона измерений и произвольно выбираемой точки y, служащей для сбора данных, а также реализуется в следующей последовательности:

На этапе S1 в наземной точке y собираются данные вибрационного волнового поля в пределах временного диапазона t и посредством преобразования Фурье эти данные трансформируются в волновое поле частотного диапазона;

На этапе S2 рядом с точкой сбора данных y задается исходная точка x, в которой осуществляется сбор данных о вибрационной волне в пределах временного диапазона t. Затем посредством преобразования Фурье эти данные трансформируются в данные волнового поля в пределах частотного диапазона, тем самым в результате вычислений получается виртуальный источник поля возбуждения;

На этапе S3 в зависимости от поля виртуального источника возбуждения в результате вычислений в точке сбора данных y получается источник поля возбуждения. Далее получаются данные М_{(y, f)} о соотношении значений волнового сопротивления пластов в пределах частотного диапазона;

На этапе S4 на основании взаимосвязи между интенсивностью частотного резонанса среды V, частотой f и толщиной d в момент появления такого резонанса М_{(y, f)} преобразуется в соотношение значений волнового сопротивления глубинного диапазона.

На этапе S5 в условиях контролируемости части таких известных параметров, как околоповерхностное и глубинное волновое сопротивление и т. п., стремятся получить значения волнового сопротивления , изменяющиеся в зависимости от глубины, и тем самым вычислить прочие геологические параметры, такие как плотность, коэффициент Пуассона и т.п.

Далее, на этапе S2 по формуле In_{(x, f)} =O_{(x, f)}/ M_{(x, f)} вычисляется поле In_{(x, f)} виртуального источника возбуждения в наземной исходной точке x, при этом O_{(x, f)} - это данные амплитудного спектра в пределах частотного диапазона в наземной исходной точке x, а M_{(x, f)} - это данные о соотношении значений волнового сопротивления пластов в пределах известного частотного диапазона в наземной исходной точке x. Требования к вычислению M_{(x, f)} основаны на взаимосвязи между частотой f и глубиной d, при этом данную величину находят посредством трансформации данных глубинного диапазона M_{(x, d)}; V - это средняя скорость, соответствующая глубине d.

Далее, на этапах S2-S3 в зависимости от фактических потребностей сейсморазведки могут быть заданы несколько наземных исходных точек x_i в пределах диапазона измерений, при этом i означает порядковый номер такой точки (1, 2...n); в результате вычислений получается поле In_{(Xi, f)}) виртуального источника возбуждения в наземной исходной точке x_i. В результате вычислительных операций с данными In_{(Xi, f)} при помощи таких математических методов, как экстраполяция, интерполяция, параллельный перенос и т. п., получается поле In_{(y, f)} виртуального источника возбуждения в точке сбора данных y.

Далее, на этапе S3 в результате вычислений по формуле получаются данные о соотношении значений видимого волнового сопротивления пластов в пределах частотного диапазона в точке сбора данных y, при этом O_{(y, f)} - это данные амплитудного спектра в пределах частотного диапазона в точке y. В дальнейшем в отношении данных о соотношении значений видимого волнового сопротивления требуется выполнить регуляризацию, в результате получаются данные М_{(y, f)} о соотношении значений волнового сопротивления; при этом применяется следующий способ:

, где представляет собой максимальное значение .

Далее, когда на этапе S4 соотношение М_{(y, f)} значений волнового сопротивления пластов в пределах частотного диапазона по формуле преобразуется в соотношение М_{(y, d)} значений волнового сопротивления пластов в пределах глубинного диапазона, применяемая скорость V представляет собой среднюю скорость, соответствующую глубине d.

Далее, когда на этапе S5 стремятся вычислить значение волнового сопротивления, появляется необходимость обеспечить контролируемость условий вычисления посредством применения некоторых известных величин волнового сопротивления; данный подход также применим и в ходе вычисления прочих геологических параметров. Следует отметить, что на этапе S5 необязательно выполнять все в полном соответствии с требованиями к геологоразведке.

Далее, перед началом реализации этапа S1 также проводятся следующие подготовительные этапы:

На этапе A1 все датчики в количестве N, использующиеся для измерений, концентрируются в одном месте на ровной площадке, а также собираются вибросигналы в пределах временного диапазона t, при этом i=1, 2...N, продолжительность сбора данных T вычисляется по формуле , H - это максимальная глубина геологоразведки, а V - средняя скорость;

На этапе A2 данные о сигналах в пределах временного диапазона трансформируются в данные в пределах частотного диапазона;

На этапе A3 в отношении данных в пределах частотного диапазона выполняется совмещение, , где N - это количество оборудования для сбора; таким образом получается средняя величина сигнала оборудования на каждой из частот. Далее получается поправочный коэффициент в пределах частотного диапазона для каждого из датчиков.

.

Затем на этапах S1 и S2 на основании влияния однородности оборудования для сбора на данные обязательно выполняется корректировка данных O_{y, f} и O_{x, f} в пределах частотного диапазона, при этом применяется следующий способ корректировки:

,

,

где , - это данные о непрохождении корректировки, собранные датчиками под номерами i, j.

Далее, на этапах S1 и S2 данные O_{x, t} и O_{y, t} амплитуды колебаний в пределах временного диапазона представляют собой единократно или многократно полученные данные с одной или несколькими компонентами, при этом продолжительность сбора таких данных и временные интервалы между отбором проб определяются глубиной исследования. Продолжительность сбора данных должна соответствовать следующей эмпирической формуле:

T≥1500⋅D/V, где D - глубина исследования (м), V - средняя пластовая скорость (м/с), T - продолжительность сбора данных (с);

Временные интервалы между отбором проб должны соответствовать следующей формуле:

ΔT<4⋅ΔD/V, где ΔT - это временной интервал между отбором проб (с), V - средняя пластовая скорость (м/с), ΔD - минимальная разрешающая способность, подходящая для ожидаемой глубины исследования (м).

Далее, на этапах S1 и S2 данные O_{x, t} и O_{y, t} амплитуды колебаний в пределах временного диапазона также должны пройти предварительную обработку, в т.ч. корректировку с поправкой на изменение амплитуды колебаний с течением времени, а также обработку с целью подавления резко отклоняющихся значений. В ходе корректировки с поправкой на изменение амплитуды колебаний с течением времени необходимо установить рядом с участком измерений стационарный наблюдательный пункт для сбора сейсмических данных, после чего с опорой на данные об изменении амплитуды колебаний сейсмических волн, полученные при помощи такого пункта, произвести корректировку амплитуды колебаний в рамках данных наблюдения на участке измерений с поправкой на изменения с течением времени.

Далее, на этапе S4 в отношении соотношения М_{(y, d)} значений волнового сопротивления пластов в пределах глубинного диапазона также производится корректировка на основании нулевого горизонта, статическая корректировка на основании наземных условий сбора и корректировка на основании параметров стандартной скважины.

Далее, в понятие волнового поля входят такие волны, как продольная волна, поперечная волна и поверхностная волна. Для достижения целей стандартной геологоразведки получение изображения производится при помощи энергий и параметров поверхностной и поперечной волн, при этом получается соотношение значений волнового сопротивления или волновое сопротивление поверхностной и поперечной волн. Как правило, волновое сопротивление видимой поверхностной волны приблизительно равно волновому сопротивлению поперечной волны. При осуществлении геологоразведки при помощи энергии прямой волны получение изображения производится посредством энергии и параметров поперечной волны, при этом получается соотношение значений волнового сопротивления или значение волнового сопротивления.

Полезные эффекты настоящего изобретения заключаются в следующем:

Используя способ геологоразведки на основе сейсмического частотного резонанса упругих волн, предложенный настоящим изобретением, по сравнению со стандартными способами сейсморазведки можно достичь следующих полезных эффектов: 1) необходимость искусственной детонации источника возбуждения отсутствует, что самым непосредственным образом сокращает расходы на геологоразведку, а также уменьшает загрязнение окружающей среды; 2) при работе можно опираться на виброшумы непосредственно на поверхности Земли, что увеличивает область применения технологии сейсморазведки, позволяя применять ее не только при проведении работ в бассейнах глухих сельских районов, но и в оживленных городах и районах со сложным составом; 3) частотный резонанс возникает внутри пласта и не отличается отражательной способностью граничной поверхности, что позволяет получать изображения геологических тел с большим углом падения, а также геологических тел без четко различимой граничной поверхности или с неровной граничной поверхностью; 4) настоящее изобретение позволило восполнить некоторые недостатки технологии отражательной сейсморазведки и получать изображения на основании особенностей распространения волн с течением времени; к примеру, стало возможным получать изображения зон, являющихся «слепыми» в рамках стандартной геологоразведки, вертикальных пластов, вертикальных разломов, геологических тел без четко очерченных границ и т.п.; 5) геологические параметры, данные о которых получаются при помощи настоящего изобретения, такие как волновое сопротивление и т.д., сразу же причисляются к атрибутивным геологическим параметрам, и результаты анализа могут напрямую применяться для объяснения геологических атрибутов, что закладывает фундамент для литологической идентификации, а также определения взаимосвязи между геологическим строением и литологией и создает условия для дальнейшего получения информации о параметрах скально-почвенной механики и плотности.

Используя способ геологоразведки на основе сейсмического частотного резонанса упругих волн, предложенный настоящим изобретением, по сравнению с патентом № CN110954943A можно отметить следующее: в рамках настоящего изобретения в пределах установленного участка измерений задается исходная наземная точка x, а также произвольно выбирается точка сбора данных y, затем в результате вычислений получается поле In_{(x, f)} виртуального источника возбуждения в исходной наземной точке x, тем самым обеспечивая реализацию технического решения, заключающегося в устранении воздействия поля возбуждения. Это позволяет оптимизировать геологоразведочное решение, представленное в патенте № CN110954943A, в плане теории, а также представить завершенную последовательность работ по геологоразведке в рамках полночастотного диапазона (при условии трансформации понятия глубины в область от поверхности Земли до глубины произвольной величины). Помимо этого, в рамках настоящего изобретения предполагается установка стационарных наблюдательных пунктов для сбора сигналов об изменении амплитуды сейсмической волны и применения их для корректировки данных измерений. Это позволяет решить проблему качества изображений геологических тел, вызываемую изменениями амплитуды колебаний сейсмического волнового поля с течением времени.

Пояснения к прилагаемым изображениям

Фиг. 1 представляет собой схему процесса реализации способа геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предоставленную лицом, реализующим настоящее изобретение.

Фиг. 2 представляет собой сопоставление результата реализации способа геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предоставленного лицом, реализующим настоящее изобретение, и результата геологоразведки по патенту № CN110954943A «Способ геологоразведки на основе сейсмического частотного резонанса пассивного источника». Левое изображение было получено в результате применения технологии в рамках последнего способа, а правое изображение - в результате применения технологии, представленной в рамках настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой сопоставление результата реализации способа геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предоставленного лицом, реализующим настоящее изобретение, и результата геологоразведки по стандартной технологии отражательной сейсморазведки. Левое изображение было получено в результате применения технологии, представленной в рамках настоящего изобретения, а правое изображение - в результате геологоразведки по стандартной технологии отражательной сейсморазведки, причем визуализация производилась в отношении глубинной миграции до суммирования.

Фиг. 4 представляет собой результат геологоразведки карстопасного участка в рамках реализации способа геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предоставленный лицом, реализующим настоящее изобретение.

Примеры практической реализации

Чтобы обеспечить более ясное понимание содержания настоящего изобретения, ниже представлено его детальное описание с использованием прилагаемых изображений и вариантов практической реализации.

Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы представить способ сейсморазведки, отличающийся от стандартного. Его особенность выражается в отсутствии необходимости применения искусственных источников возбуждения, при этом геологоразведка осуществляется не на основании времени пробега сейсмической волны, а на основании такой характеристики, как частота сейсмической волны. Настоящий способ на основе частотного резонанса сейсмических волн позволяет выполнить атрибутивную визуализацию подземных сред по принципу резонанса в ходе распространения упругих сейсмических волн. В рамках данного способа принципиально не рассматривается фактор расстояния между гипоцентром и приемником. Изображение подземных сред может быть получено с опорой на микровибрационный шум, принятый на поверхности Земли, который имеет подземный источник.

Настоящее изобретение реализуется с опорой на следующие основные принципы:

Распространение подземной упругой волны происходит по волновому уравнению, которое для слоистой среды (ν - скорость) выглядит следующим образом:

Предположим, что на однородном участке земли присутствует только один пласт среды. Амплитуда колебаний волнового поля на входе в подошвенную часть такой среды принимается за условную единицу 1. Кроме того, если частотная составляющая волнового воля совпадает с собственной частотой монопластовой среды, амплитудная функция ее решения может быть выражена как:

где ω - это угловая частота, ρ - плотность, ν - скорость, произведение ρ⋅ν - данные волнового сопротивления; подстрочная 1 - обозначение монопластовой среды верхней части, подстрочная 2 - обозначение полупространства нижней части. (2) Формула показывает, что решение для волнового поля в разрезе амплитудных колебаний на поверхности Земли заключается в данных о соотношении значений волнового сопротивления.

Если задать диапазон глубины геологоразведки H как монопластовую среду с толщиной, равной H, пластовую скорость - как среднюю пластовую скорость ν, а также предположить, что волна с частотой ω, сигнал о которой поступает на поверхность Земли, является результатом резонанса пласта с толщиной H, то результат вычислений по формуле (2) будет представлять собой передаточную функцию амплитуды сейсмической волны, полученной на поверхности Земли для пласта с толщиной H, при этом ее значение будет являться кратным увеличением амплитуды поля после того, как поле наземного источника возбуждения достигнет поверхности Земли. Если не принимать во внимание влияние поля исходного источника возбуждения, остальные данные будут представлять собой соотношение значений волнового сопротивления, выраженные по формуле (2).

Если в процессе геологоразведки в какой-либо точке поверхности Земли осуществляется сбор данных о подземных вибрациях при помощи датчиков, будет разумно выбрать амплитуду колебаний в пределах определенной частоты, чтобы исключить влияние поля возбуждения. Это позволит получить данные о соотношении значений волнового сопротивления в том или ином месте под землей.

Последовательность реализации

В соответствии с вышеперечисленными основными принципами на Фиг. 1 представлена схема процесса реализации способа геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предоставленная лицом, реализующим настоящее изобретение. Данный способ включает в себя понятие исходной наземной точки x в пределах заданного диапазона измерений и произвольно выбираемой точки y, служащей для сбора данных, а также реализуется в следующей последовательности:

На этапе A1 при помощи датчиков вибросигнала собираются данные о временном диапазоне упругих волн подземной среды в исходной наземной точке x и точке y для сбора данных соответственно (Amp_{x, t} и Amp_{y, t}).

При этом данные Amp_{x, t} и Amp_{y, t} амплитуды колебаний в пределах временного диапазона представляют собой единократно или многократно полученные данные с одной или несколькими компонентами (одновременный сбор данных в нескольких различных точках не требуется), при этом продолжительность сбора таких данных и временные интервалы между отбором проб определяются глубиной исследования. Продолжительность сбора данных должна соответствовать следующей эмпирической формуле:

T≥1500⋅D/V, где D - глубина исследования, V - средняя скорость;

ΔT=4⋅ΔD/V, где ΔD - минимальная разрешающая способность, подходящая для ожидаемой глубины исследования.

Предпочтительно, чтобы собранные данные Amp_{x, t} и Amp_{y, t} амплитуды колебаний в пределах временного диапазона проходили предварительную обработку, в т. ч. корректировку с поправкой на изменение амплитуды колебаний с течением времени, а также обработку с целью подавления резко отклоняющихся значений;

Предпочтительно, чтобы минимальная частота датчика вибросигнала была меньше , а максимальная частота - больше , где - минимальная глубина измерений, - максимальная глубина измерений;

На этапе A2 данные Amp_{x, t} и Amp_{y, t} амплитуды колебаний в пределах временного диапазона посредством преобразования Фурье трансформируются в данные Amp_{x, f} и Amp_{y, f} амплитудного спектра в пределах частотного диапазона;

Предпочтительно, чтобы данные Amp_{x, f} и Amp_{y, f} амплитуды колебаний в пределах временного диапазона прошли корректировку с поправкой на единообразие оборудования для сбора данных и корректировку с поправкой на изменение поля с течением времени;

На этапе A3 в исходной наземной точке x выстраивается функциональная зависимость между частотой f и подземной глубиной d;

Исходя из статистики долгосрочных наблюдений, можно вывести следующие принципы:

1) Данные об упругой волне, собранные на этапе A1, по большей части представляют собой результат резонирования на пути распространения волны через пласт до поверхности Земли; т. е. источником основной энергии является резонанс;

2) Путь распространения упругой волны из глубинного пласта до точки сбора данных на поверхности Земли может быть разделен на множество достаточно тонких однослойных пластообразных формаций;

3) Данные Amp_{x, t} и Amp_{y, t} об амплитуде колебаний в пределах временного диапазона, собранные на этапе A1, связаны с геологическими сведениями и отвечают вышеперечисленным принципам; значение понятия «энергия резонанса сейсмических волн» в рамках статистики долгосрочных наблюдений шире понятия энергии, сформированной прочими вибрационными факторами. Таким образом, можно выстроить функциональную зависимость между частотой f и подземной глубиной d:

d=0.25⋅V/f, где V - средняя скорость, с которой волновое поле из точки с пластовой глубиной d достигает поверхности Земли;

На этапе A4 на основании функциональной зависимости данные М_{(x, d)} о глубине или соотношении значений волнового сопротивления пластов, предварительно известные для исходной наземной точки x, преобразуются в данные М_{(x, f)} о частоте или соотношении значений волнового сопротивления пластов;

На этапе A5 при помощи формулы In_{(x, f)} =Amp_{(x, f)}/ M_{(x, f)} вычисляется поле In_{(x, f)} виртуального источника возбуждения в стандартной наземной точке x;

На этапе A6 в соответствии с полем виртуального источника возбуждения In_{(x, f)} определяется поле In_{(y, f)} виртуального источника возбуждения в точке сбора данных y;

Если заданная область измерений мала настолько, что можно посчитать, что изменение амплитуды колебаний поля виртуального источника возбуждения в поперечном разрезе удовлетворяет условию однородности поля, можно приравнять величину In_{(x, f)} поля виртуального источника возбуждения к полю виртуального источника возбуждения In_{(y, f)}. В противном случае в зависимости от фактических потребностей сейсморазведки в пределах заданной области измерений выбираются несколько стандартных наземных точек xi, при этом i означает порядковый номер такой точки (1, 2...n).

Поле In(xi, f) виртуального источника возбуждения в стандартной наземной точке xi, данные о котором получены в результате вычислений на вышеприведенных этапах, позволяет при помощи таких математических методов, как экстраполяция, интерполяция, параллельный перенос и т.п., получить поле In(y, f) виртуального источника возбуждения в точке сбора данных y;

На этапе A7 при помощи формулы M_{(y, f)}=Amp_{(y, f)}/In_{(y, f)} вычисляются данные М_{(y, f)} о частоте или соотношении значений волнового сопротивления пластов в точке сбора данных y;

Если к геологоразведке предъявляются достаточно низкие требования, а область измерений небольшая, можно сразу же допустить, что In_{(y, f)}=1, тогда результат будет приравнен к рабочему решению, представленному в рамках патента № CN110954943A;

На этапе A8 на основании функциональной зависимости, выведенной на этапе A3, берутся данные М_{(y, f)} о частоте или соотношении значений волнового сопротивления пластов, собранные в точке y, и трансформируются в данные М_{(y, d)} о глубине или соотношении значений волнового сопротивления пластов;

Предпочтительно, чтобы в отношении данных М_{(y, d)} о соотношении значений волнового сопротивления пластов в пределах глубинного диапазона также производилась корректировка на основании нулевого горизонта, статическая корректировка на основании наземных условий сбора и корректировка на основании параметров стандартной скважины;

Предпочтительно, чтобы в отношении данных М_{(y, d)} о глубине или соотношении значений волнового сопротивления пластов была выполнена регуляризация;

Если данные, собранные на этапе A1, представляют собой данные с одной компонентой, то данные M_{y, d}, полученные на этапе A8, будут касаться глубины в рамках одной компоненты или соотношения значений волнового сопротивления пластов;

Если данные, собранные на этапе A1, представляют собой данные с несколькими компонентами, то для данных M_{i (y, d)}, касающихся глубины в рамках нескольких компонент или соотношения значений волнового сопротивления пластов, i будет являться порядковым номером компоненты. В этом разрезе существуют различные варианты. 1) При помощи данных с тремя компонентами можно отдельно сформировать данные M_{i(y, d)} (где i=1, 2, 3) о глубине или соотношении значений волнового сопротивления пластов для каждой из таких компонент; 2) Можно выполнить слияние двух горизонтальных компонент с получением данных о глубине таких горизонтальных компонент или соотношении значений волнового сопротивления пластов, а при помощи вертикальной компоненты можно отдельно сформировать данные M_{i(y, d)} о глубине или соотношении значений волнового сопротивления пластов; 3) Можно выполнить слияние нескольких компонент с получением данных об отдельно взятой глубине или соотношении значений волнового сопротивления пластов;

На этапе A9 в условиях контролируемости таких параметров, как значение околоповерхностного волнового сопротивления, частично известное значение подземного волнового сопротивления и т.п., в отношении данных М_{(y, d)} о глубине или соотношении значений волнового сопротивления пластов производится интегрирование с получением значения волнового сопротивления пластов Ω_{(y, d)}. При условии наличия других геологических сведений в дальнейшем можно получить информацию о плотности, а также о параметрах упругих волн прочих геологических тел.

Данные Ω_{(y, d)} о видимом волновом сопротивлении пластов, полученные в результате вычислений, а также данные о геологических параметрах, представляют собой данные результатов визуализации, что позволяет напрямую экспортировать полученные изображения.

Пример практической реализации 1

Применяется способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предложенный настоящим изобретением, и «Способ геологоразведки на основе сейсмического частотного резонанса пассивного источника» (см. патент № CN110954943A) для осуществления геологоразведки в едином разрезе, а также сопоставляются результаты геологоразведки. В месте проведения измерений неглубоко залегающий пласт на глубине более 400 м имеет песчано-аргиллитовое строение, а на глубине менее 400 м - известняковое строение. Слой на глубине 125-260 м в толще песчано-аргиллитового пласта представляет собой грубозернистый песчаник с прослоями аргиллита, слой на глубине 40-125 м - стабильный мелкозернистый песчаник, нижний слой - аргиллит, а все что ниже 40 м - слой четвертичной системы. В результате устранения влияния поля виртуального источника возбуждения и различного рода корректировок, выполненных в отношении разреза, при помощи способа, представленного в рамках последовательности реализации настоящего изобретения, было получено изображение, показанное на Фиг. 2 справа. Изображение отличается четкостью внутренних деталей геологических сведений и демонстрирует все петрографические характеристики подслоя. Если посмотреть на результаты визуализации с другого угла, то, как показано на Фиг. 2 слева, так как амплитуда колебаний поля виртуального источника возбуждения оказывает большое влияние на результаты визуализации, изображения хорошего качества были получены лишь для некоторых крупных пластов. Что касается тонких пластов, формаций четвертичной системы и нижезалегающего мелкозернистого песчаника, тонкого слоя аргиллита на глубине 100-125 м, а также внутреннего строения известняка на глубине 400 м, четкость изображения не была достигнута. В результате сопоставления и анализа двух указанных видов изображений становится понятно, что способ, предложенный настоящим изобретением, существенно повышает разрешение визуализации пластов.

Пример практической реализации 2

Применяется способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предложенный в рамках последовательности реализации настоящего изобретения, и способ геологоразведки по стандартной технологии отражательной сейсморазведки для осуществления геологоразведки в едином разрезе, а также сопоставляются результаты геологоразведки. Место проведения измерений представляет собой район на юге Пекина. Максимальная глубина геологоразведки составляет 5500 м. Разрез визуализации в результате геологоразведки по стандартной технологии отражательной сейсморазведки, представляет собой мигрирующий глубинный разрез (до суммирования), а разрез частотного резонанса сейсмической волны - разрез с данными в рамках соотношения значений волнового сопротивления. На Фиг. 3 представлены два изображения. Правое изображение было получено в результате геологоразведки по стандартной технологии отражательной сейсморазведки, а левое изображение - в результате реализации способа геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн по алгоритму, заданному в рамках настоящего изобретения. Если выполнить сопоставление, можно отметить, что применительно к песчано-аргиллитовым пластам кайнозойской эратемы разрез изображения сейсмического частотного резонанса упругих волн имеет более высокое разрешение по сравнению с мигрирующим глубинным разрезом (до суммирования) в рамках стандартной технологии отражательной сейсморазведки. Что касается стратиграфического горизонта каменноугольной системы в рамках протерозойской эратемы, то применительно к визуализации трещин, карстов и малых разломов в рамках нижнего палеозоя, а также геологических тел, таких как кора выветривания в рамках верхнего ордовика, последовательность реализации настоящего изобретения в части способа геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн отличается особыми преимуществами. Помимо этого в данном разрезе, если говорить о целостной технической последовательности сбора данных, обработки данных и геологической интерпретации, была выполнена комплексная оценка таких сторон, как технический персонал, экономические показатели, экологическая безопасность. Оценка показала, что техническое решение в рамках настоящего изобретения - способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн - характеризуется особыми преимуществами.

Пример практической реализации 3

Способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предложенный в рамках последовательности реализации настоящего изобретения, был опробован при геологоразведке в районе карстообразования в провинции Юньнань. Результаты показаны на Фиг. 4. Неглубоко залегающие пласты данного района представляют собой литопласты глинистого сланца с сильным выветриванием, ниже залегает умеренно выветренный доломит, содержащий некоторое количество карстовых пещер. Слой, залегающий еще ниже, представляет собой песчано-аргиллитовый слой с признаками умеренного выветривания. На всем геологическом разрезе есть несколько небольших разломов. Способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предложенный в рамках последовательности реализации настоящего изобретения, позволил обнаружить подробную геологическую структуру указанного района и три крупных карстовых формации. Буровая разведка показала, что одна из них представляет собой карстово-доломитовую пещеру, заполненную грязью, а две других - крупные карстово-доломитовые пещеры без наполнения. Профили визуализации и последующая буровая разведка также подтвердили наличие коры с выветриванием различной степени, а также диапазон их глубины и распределение различных литографических характеристик.

Обобщая вышесказанное, следует отметить, что способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, предложенный в рамках последовательности реализации настоящего изобретения, позволяет собирать на поверхности Земли данные о вибросигналах от различных источников и на их основании получать геологические изображения и сведения об атрибутах геологических формаций, что и является целью геологоразведки, при этом наличие искусственного гипоцентра не является обязательным. Здесь наблюдается отличие от стандартной технологии отражательной сейсморазведки, основанной на времени пробега волнового поля, а данные о частоте и амплитуде колебаний в рамках применимого сигнала служат для определения пространственных и атрибутивных особенностей подземной среды. Вышеописанные опыты показали, что настоящее изобретение позволяет осуществлять точную геологоразведку в разрезе изменений пространственных и атрибутивных особенностей подземных сред. Следовательно, можно сказать, что настоящее изобретение решает проблему, являющуюся трудноразрешимой для стандартных способов сейсморазведки: улавливание измерений плотности и волнового сопротивления. Это, в свою очередь, позволяет решить такие проблемы, как наличие «слепых зон» для стандартных способов сейсморазведки, проводимой возле поверхности Земли, сложность визуализации в условиях стремительных изменений скорости поперечного движения и плотности вертикальных разломов, а также, что наиболее важно, - проблему четкого разграничения составных сред. Таким образом, сейсморазведка в районах сложного состава получила решение - новое техническое решение в области сейсморазведки в пределах частотного диапазона. Настоящее изобретение может применяться для геологоразведки в области инженерной геологии и гидрогеологии, для оценки геологических катастроф, поиска недостатков подземного грунта при строительстве дорог, при разведке ископаемых ресурсов, обеспечении защиты окружающей среды, подземном поиске памятников культуры и т.д.

Текст выше представляет собой лишь достаточно выигрышные примеры практической реализации настоящего изобретения, однако область защиты, испрашиваемой для настоящего изобретения, не ограничивается ими. Любые изменения или замены, которые с легкостью могут быть придуманы специалистом данной области техники в рамках технического решения, раскрытого настоящим изобретением, также включаются в область защиты, испрашиваемой для настоящего изобретения. Исходя из этого, область защиты, испрашиваемой для настоящего изобретения, должна ограничиваться областью защиты для формулы изобретения.

Изобретение относится к области геофизики. Изобретением предлагается способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн, реализуемый в следующей последовательности: на этапе S1 в наземной точке y осуществляется сбор данных вибрационного волнового поля и эти данные преобразуются в данные частотного диапазона; на этапе S2 в исходной наземной точке x осуществляется конверсия собранных данных волнового поля и эти данные преобразуются в данные волнового поля частотного диапазона, после чего в результате вычислений получается виртуальный источник поля возбуждения; на этапе S3 в отношении поля виртуального источника возбуждения производятся вычисления и в результате получаются данные М(y, f) о соотношении значений волнового сопротивления пластов в точке сбора данных y; на этапе S4 на основании взаимосвязи между интенсивностью частотного резонанса среды V, частотой f и толщиной d М(y, f) преобразуется в соотношение значений волнового сопротивления глубинного диапазона; на этапе S5 в зависимости от требований к геологоразведке соотношение значений волнового сопротивления глубинного диапазона может быть выборочно преобразовано в волновое сопротивление глубинного диапазона. В дальнейшем в результате обработки данных данные о волновом сопротивлении преобразуются в данные о прочих геологических параметрах. Технический результат - повышение точности и информативности пространственной и атрибутивной визуализации подземных сред на основании сейсмических данных об упругих волнах, исходящих от источника шума. 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ геологоразведки на основе частотного резонанса сейсмических волн отличающийся тем, что включает в себя задание исходной наземной точки х, входящей в заданный диапазон измерений, и произвольно выбираемой точки у, служащей для сбора данных, а также реализуется в следующей последовательности:

на этапе S1 в наземной точке у осуществляют сбор данных волнового поля и конвертируют такие данные в волновое поле частотного диапазона

на этапе S2 рядом с точкой сбора данных у задают исходную точку х, в которой осуществляют сбор данных вибрационного волнового поля и эти данные конвертируют в волновое поле частотного диапазона, после чего в результате вычислений получают виртуальный источник поля возбуждения;

на этапе S3 в отношении поля виртуального источника возбуждения производят вычисления и в результате получают виртуальный источник поля возбуждения в точке сбора данных у, после чего получают данные о соотношении значений волнового сопротивления пластов в пределах частотного диапазона;

на этапе S4 на основании взаимосвязи между интенсивностью частотного резонанса среды V, частотой и толщиной преобразуют в соотношение значений волнового сопротивления глубинного диапазона;

на этапе S5 получают значение волнового сопротивления , плотность , коэффициент Пуассона, изменяющиеся в зависимости от глубины, посредством интегрирования данных значений волнового сопротивления глубинного диапазона, полученных на предыдущем этапе S4.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе S2 вибрационное волновое поле в исходной точке х представляет собой , при этом в результате вычислений по формуле получают поле виртуального источника возбуждения в наземной исходной точке х, при этом - это данные о соотношении значений волнового сопротивления пластов в пределах известного волнового диапазона в точке х.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе S2 данные о соотношении значений волнового сопротивления пластов в пределах волнового диапазона в точке х основываются на взаимосвязи между частотой и глубиной d, данные о которой получают в результате трансформации данных глубинного диапазона, при этом V - это средняя скорость, соответствующая глубине d.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе S3 в результате вычислительных операций с данными при помощи таких математических методов, как экстраполяция, интерполяция, параллельный перенос, получают поле виртуального источника возбуждения в точке сбора данных у.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе S3 в результате вычислений по формуле получают соотношение значений видимого волнового сопротивления пластов в пределах частотного диапазона в точке сбора данных у, при этом - это данные амплитудного спектра в пределах частотного диапазона в точке у, в дальнейшем в отношении соотношения значений видимого волнового сопротивления требуется выполнить регуляризацию, в результате получают данные о соотношении значений волнового сопротивления; при этом применяют следующее выражение:

, где представляет собой максимальное значение .

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, когда на этапе S4 соотношение значений волнового сопротивления пластов в пределах частотного диапазона по формуле преобразуется в соотношение значений волнового сопротивления пластов в пределах глубинного диапазона, применяемая скорость V представляет собой среднюю скорость, соответствующую глубине d.

7. Способ по любому из пп. 1-8, отличающийся тем, что на этапах S1 и S2 процесс реализации изобретения также включает в себя следующие подготовительные этапы:

на этапе А1 все датчики в количестве N, использующиеся для измерений, концентрируются в одном месте на ровной площадке, а также собираются вибросигналы в пределах временного диапазона t, при этом i=1, 2…N, продолжительность сбора данных Т вычисляют по формуле , Н - это максимальная глубина геологоразведки, а V - средняя скорость;

на этапе А2 данные о сигналах в пределах временного диапазона трансформируют в данные в пределах частотного диапазона;

на этапе A3 в отношении данных в пределах частотного диапазона выполняют совмещение, , где N - это количество оборудования для сбора, таким образом получают среднюю величину сигнала оборудования на каждой из частот, далее получают поправочный коэффициент в пределах частотного диапазона для каждого из датчиков,

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапах S1 и S2 на основании влияния однородности оборудования для сбора на данные выполняют корректировку данных и в пределах частотного диапазона, при этом применяют следующий способ:

где - это данные о непрохождении оборудованием корректировки для обеспечения однородности, собранные датчиками под номерами i и j.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе S4 в отношении данных о соотношении значений волнового сопротивления пластов в пределах глубинного диапазона также производится корректировка на основании нулевого горизонта, статическая корректировка на основании наземных условий сбора и корректировка на основании параметров стандартной скважины, что необходимо для увеличения качества изображения.

10. Способ по п. 2, отличающийся тем, что сейсмические данные , собранные в пределах сейсмического волнового диапазона, должны быть скорректированы с поправкой на изменения амплитуды колебаний волнового поля с течением времени, при этом временной интервал корректировки рассчитывают с опорой на интенсивность изменений поля, может быть выбран интервал от 500 до 3600 секунд.

11. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в понятие упругой волны входят такие волны, как продольная волна, поперечная волна и поверхностная волна, для различных целей геологоразведки выбираются различные по характеру волны и их скорость.