СПОСОБ МАЛОГЛУБИННОЙ ВИБРАЦИОННОЙ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ Российский патент 2023 года по МПК G01V1/00 G01V1/02 

Способ относится к геофизическим методам выявления карстоопасных зон и других неоднородностей в приповерхностной части геологического разреза.

Карстовые процессы широко развиты на территории нашей страны и за рубежом. В районах проявления карста соответствующими нормативными документами рекомендуется инженерно-геологическую съемку сопровождать геофизическими исследованиями.

К карстоопасным районам относят территории, в геологическом разрезе которых присутствуют растворимые породы (известняки, доломиты, мел, гипсы, ангидриты и др.) и имеют место или возможны поверхностные и подземные проявления карста. Выделяют следующие основные литологические типы карста: карбонатный (известняковый, доломитовый), меловой (является подтипом карбонатного), гипсовый и соляной. Однако с точки зрения постановки геофизических работ литология карста существенного значения не имеет. На всех литологических типах карста методика проведения геофизических работ примерно одинакова. Благодаря неглубокому залеганию карстующихся пород облегчается проведение геофизических работ и повышается их эффективность. Геофизические методы исследования в карстовых районах решают следующие основные задачи:

литологическое расчленение пород;

поиски и оконтуривание карстовых полостей или зон их развития; определение рельефа карстующихся пород;

изучение степени трещиноватости пород и определение преобладающего ее направления;

исследование гидрогеологических особенностей карста.

Для поисков и обнаружения карстовых полостей используют большинство существующих геофизических методов: электроразведку, малоглубинную сейсморазведку, гравиразведку, магниторазведку, а также скважинные методы.

При сейсморазведочных исследованиях применяют метод преломленных волн и метод отраженных волн. Этими методами карст обнаруживают по уменьшению на временных разрезах интенсивности отраженных и преломленных волн вплоть до потери корреляции, по уменьшению граничной скорости преломленных волн, а также появлению дополнительных осей синфазности и уменьшению интенсивности волн, отраженных от подстилающих отложений. Общим недостатком известных методов является сложность, а также неоднозначность количественных оценок размеров карстовых полостей.

По своим физическим характеристикам зоны карстующих пород существенно отличаются от вмещающих пород, не затронутых карстовыми процессами. Эти отличительные особенности тем больше, чем интенсивнее карстовые процессы, чем больше карстовые полости и чем резче они отличаются по своему физическому состоянию от окружающих пород. Особенно благоприятны для развития карста участки тектонических поднятий с малой мощностью покровных отложений, склоны современных и древних речных долин, а также участки, в разрезе которых гипсо-ангидритовые отложения перекрываются трещиноватыми карбонатными породами. Напротив, затрудняет развитие карста наличие перекрывающих водонепроницаемых глинистых пород (глины, мергели, алевролиты) значительной мощности.

Геофизические методы исследования на карст могут выполнять как прямую задачу поисков и оконтуривания карстовых образований, так и косвенную - изучение общей геолого-гидрогеологической обстановки карстового района, определение мощности и состава покровных образований, изучение трещиноватости карстующегося массива, определение рельефа карстующихся пород и др.

Приповерхностные контрастные неоднородности способны генерировать резонансные колебания, несущие полезную информацию о размерах этих неоднородностей и их местоположении [Valeri Korneev Resonant seismic emission of subsarface objects/Geophysics, vol. 74, No. 2, 2009, P. Т47-Т53].

В нефте-газовой глубинной сейсморазведке эти и другие резонансные колебания, генерируемые приповерхностными объектами, рассматривают как помехи, препятствующие выделению глубинных целевых отражений. В малоглубинной же сейсморазведке, напротив, резонансные колебания, связанные с изучаемыми объектами, рассматривают как полезные сигналы, несущие информацию об этих объектах.

Наиболее близким к изобретению по сущности (прототип) является способ вибрационной сейсморазведки, включающий возбуждение и регистрацию вибрационных колебаний, а также коррекцию по спектрам регистрируемых сигналов опорного сигнала, используемого для сжатия виброграмм в импульсную форму, в котором определяют в спектре регистрируемых сигналов по меньшей мере одну резонансную частоту и повторно возбуждают и регистрируют вибрационные колебания, при этом из диапазона возбуждаемых колебаний исключают резонансную частоту или ослабляют ее относительную интенсивность путем повышения скорости изменения частоты опорного сигнала в диапазоне, содержащем частоту резонанса [Колесов С.В., Жуков А.П., Шехтман Г.А. Способ вибрационной сейсморазведки/Патент РФ №2593782 от 24.06.2015, опубл. 10.08.2016, Бюл №22].

Недостатком известного способа является подавление резонансных колебаний, несущих важнейшую информацию о неоднородностях, расположенных в приповерхностной зоне и являющихся объектом изучения в малоглубинной сейсморазведке.

Цель настоящего изобретения - повышение эффективности выявления карстовых образований малоглубинной вибрационной сейсморазведкой.

Поставленная цель достигается тем, что в способе малоглубинной вибрационной сейсморазведки, включающем возбуждение и регистрацию вибрационных колебаний и коррекцию опорного сигнала по спектрам возбуждаемых или регистрируемых сигналов, согласно предлагаемому изобретению определяют по меньшей мере одну вызванную присутствием карста резонансную частоту, повторно возбуждают и регистрируют вибрационные колебания, при этом в диапазоне возбуждаемых колебаний усиливают резонансную частоту путем снижения скорости изменения частоты опорного сигнала в диапазоне, содержащем частоту резонанса. В одном из конкретных воплощений изобретения возбуждение и регистрацию колебаний осуществляют неоднократно и по изменению резонансной частоты судят об изменении состояния изучаемого объекта, например, размера карстовой полости.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ малоглубинной вибрационной сейсморазведки в соответствии с изобретением характеризуется такими существенными отличиями:

- способом получения входной информации, целенаправленно направленным на сохранение на записях резонансных помех, генерируемых исследуемыми объектами, расположенными в приповерхностной зоне;

- большей информативностью сигнала, используемого для взаимной корреляции или деконволюции виброграмм.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем.

При воздействии на карстовую полость упругих колебаний она начинает генерировать резонансные колебания, сформированные огибающими полость волнами, имеющими разную природу [Korneev, 2009]. Эти колебания приходят к сейсмоприемникам уже после регистрации первых волн в начальной части сейсмической записи. Частота резонансных колебаний зависит от размера полости. Зная эту частоту и сейсмическую скорость в карстовмещающей среде, можно определить периметр полости, а путем миграции резонансных колебаний можно получить изображение объекта, генерирующего эти колебания.

Модельные и экспериментальные результаты указывают на то, что некоторые контрастные приповерхностные объекты, такие, как туннели, полости, заполненные жидкостью трещины способны генерировать продолжительные резонансные колебания после воздействия на них сейсмических колебаний. Излучение резонансных колебаний такими объектами происходит вследствие многократного огибания таких объектов волнами типа поверхностных с последующим излучением объемных поперечных волн [Korneev, 2009]. Резонансное излучение фиксируется в последующей части сейсмической записи после прихода сильных прямой и отраженных волн. Приповерхностные объекты могут быть выявлены и представлены в виде изображения без точного знания момента возбуждения сейсмических колебаний. Для изображения приповерхностных объектов требуется знание скоростей поперечных волн во вмещающей среде. Их можно получить интерактивным путем во время инверсии полученных записей.

В отличие от обычной техники формирования изображений, опирающейся на дифракционную томографию, изображения, получающиеся из резонансных колебаний, могут быть получены на одной частоте и не требуют точного знания о положении источника колебаний. Специальной обработки при этом не требуется, поскольку связанные с вмещающей средой сильные волны могут быть подавлены при помощи мютинга. Однако можно их подавить и путем вычитания волновых полей, если резонансные колебания регистрируют повторно в разное время с целью мониторинга состояния изучаемых объектов. Усиление целевых резонансных колебаний в предлагаемом изобретении может обеспечить их достаточно высокую интенсивность без применения многократных перекрытий.

Обоснование усиления целевых резонансных колебаний в предлагаемом способе состоит в следующем. При вибрационной сейсморазведке скорость изменения частоты в свип-сигнале равна производной от частотной развертки во времени. Уменьшая эту скорость, мы «тормозимся» на излучении соответствующих частот, являющихся, в частности, резонансными. При этом уровень этих сигналов на сейсмической записи повышается. Контроль может проводиться по регистрируемым коррелограммам путем сравнения их с коррелограммами на тех пунктах возбуждения, где целевые резонансные колебания отсутствуют.

Последовательность процедур в соответствии с предлагаемым изобретением является следующей:

- при первом накоплении на данном пункте возбуждения (ПВ) генерируется линейный частотно-модулированный свип-сигнал;

- проводится регистрация отклика (виброграмма) на этот сигнал;

- в спектре зарегистрированных сигналов выделяют резонансные частоты, для которых рассчитывают соответствующие свип-сигналы, возбуждаемые при пониженной скорости изменения частоты в диапазоне соответствующего резонанса;

- коэффициенты, рассчитанные на понижение скорости изменения частоты, передают на шифратор блока сейсмостанции для расчета временной развертки нового свип-сигнала на базе полученных коэффициентов;

- полученный путем коррекции нелинейный свип-сигнал по радиоканалу передают в дешифраторы вибрационных источников для генерации последующих накоплений на данном ПВ.

Внедрение предлагаемого изобретения в практику малоглубинноц вибрационной сейсморазведки не требует создания новых технических средств и может быть начато уже в настоящее время. Его использование позволит более обоснованно управлять спектром возбуждаемых сейсмических колебаний, добиваясь тем самым повышения достоверности изучения карстоопасных зон.

Источники информации:

Колесов С.В., Жуков А.П., Шехтман Г.А. Способ вибрационной сейсморазведки/Патент РФ №2593782 от 24.06.2015, опубл. 10.08.2016, Бюл. №22.

Valeri Korneev Resonant seismic emission of subsarface objects/Geophysics, vol. 74, No. 2, 2009, P. T47-T53.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении сейсморазведочных работ в карстоопасных зонах. Предложен способ малоглубинной вибрационной сейсморазведки, основанный на возбуждении и регистрации вибрационных сейсмических колебаний и включающий в себя коррекцию возбуждаемых сигналов путем увеличения относительной интенсивности компонента спектра для колебаний, представляющих разведочный интерес. Согласно заявленному решению предлагается дополнительно возбуждать и регистрировать колебания после того, как определена резонансная частота по меньшей мере одного из сигналов, который требуется усилить. Усиление полезного сигнала можно достичь путем понижения скорости изменения частоты возбуждаемого сигнала в диапазоне частот, содержащем каждую из резонансных частот, генерируемых изучаемыми объектами. В одном из воплощений изобретения сейсмические колебания регистрируют неоднократно, вычитают волновые сейсмические поля и по изменению резонансной частоты судят об изменении состояния изучаемого объекта. Технический результат - повышение качества малоглубинной вибрационной сейсморазведки. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ малоглубинной вибрационной сейсморазведки, включающий возбуждение и регистрацию вибрационных колебаний, а также коррекцию по спектрам регистрируемых сигналов опорного сигнала, используемого для сжатия виброграмм в импульсную форму, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности выявления карстовых образований, определяют в спектре регистрируемых сигналов, по меньшей мере, одну вызванную присутствием карста резонансную частоту, повторно возбуждают и регистрируют вибрационные колебания, при этом в диапазоне возбуждаемых колебаний увеличивают относительную интенсивность связанных с карстом резонансных частот путем уменьшения скорости изменения частоты опорного сигнала в диапазонах частот, содержащих частоту резонанса.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вибрационные колебания возбуждают неоднократно и по изменению резонансной частоты судят об изменении состояния карстовой полости, например ее размера.