Способ сейсмической разведки Советский патент 1983 года по МПК G01V1/00 

(5) СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ

.1 Изобретение относится к изучению строения Земли сейсмическими метода ми- и может быть использовано для полезных ископаемыхj изучения коры и верхней мантии Земли, прогноза землетрясений и изверже НИИ вулканов, а также, для поиска штолен, шахт и пустот другой природы. Известен способ сейсмической разведки, включающий регистрацию сейсмических волн, специально возбуждаемых искусственными источниками .длп освещения определенного объема исследуемой среды Q. Недостатком способа является необходимость использования специальных источников сейсмических волн. Известен также способ сейсмическо разведки, основанный на иопользова НИИ источников естественных или искусственных микросейсмических колеба ний 2 J. Недостаток способа - необходимость контроля колебаний источника, что представляет дополнительную техническую задачу. Наиболее близким к предлагаемому является способ сейсмической разведки, основанный на регистрации сейсмопоиемниками,установленными в пунктах наблюдений, образующих площадную расстановку, рассеянных неоднородностями среды сейсмических волн, обусловленных источниками сейсмических колебаний недостаткам способа относятся неоптимальность параметров площадной расстановки для изучения рассеивающих свойств среды, а также необходимость использования большого количества источников для получения надежных, результатов. Цель изобретения - повышение эффективности сейсморазведки. Поставленная цель достигается тем что согласно способу сейсмической разведки, основанному на регистрации сейсмоприемниками, установленными. в пунктах наблюдений, образующих площадную расстановку, рассеянных неоднородностями среды сейсмических волн, обусловленных источниками сей-; смических колебаний, поперечное сечение площадной расстановки выбирают не Меньшим утроенного значения минимальной глубины исследований, а расстояния между равномерно расположенными пунктами наблюдений - не превышающими 1,5 длин рег.истрируемых сейсмически-х волн, при этом в качестве источников сейсмических колебаний (..спользуются естественные и/или искусственные шумовые поля, а регистрируют волны при неизменном или меняющемся положении пунктов наблюдений и результатам обра-, ботки полученных данных судят о строении и эмиссионных свойствах среды.. Сущность способа заключается в, получении информации о строении Земли, содержащейся в микросейсмическом поле. Возможность получения такой информации обусловлена тем, что неоднородности, освещенные постоянно присутствующим микросейсмическим шумом, рассеивают згтот шум,и рассеянная энергия вносит свой вклад в общее волновое поле микросейсмичес ких колебаний. В качестве источника шумового полезного сигнала может быть также явление сейсмической эмис сии, возникающее при развитии трещин В процессе подготовки землетрясении и извержений вулканов и в более общем случае происходящее как следстви динамических процессов, протекающих в недрах Земли. Генерирование шумово го поля может происходить также в местах залежей полезных ископаемых где оно возникает за счет; энергии, высвободившейся при химических реак циях. Шумовое поле может также возни кать в результате действия нешумовых источников, являющихся источниками так называемых кода-волн. Эти волны образуются вследствие многократного рассеяния сейсмических волн на неод родностях среды.Неоднородность сред после облучения ее шумовым полем пе реизлучает продольную волнух tt/ (Также возможно переизлучение попере НОЙ или поверхностной волны). К каждому датчику на поверхности наблюдений подходит переизлученная рассеянная волна, имеющая одинаковую форму, но отличающаяся по амплитуде и времени прихода. В точках х , х их., рассеянный сигнал в случае распространения его в однородной среде можно записать в виде: b,et)),, 5xJ-t)(Xa:-x).H J /viix,,a),X) i где К - коэффициент, учитывающий расхождение и характеристику рассеяния, зависящую от типа, неоднородности. .- . . Таким образом, поверхность наблю дения освещается волной, генерированной точечным источником и имеющей вид случайного процесса, одинаковую форму, но разные амплитуды и запаздывания в соответствии с формулой (1). Точки наблюдения регистрируют волну, одинако.вые фазы которой на линиях ,-х)-и /м--const. 11) Суммируя записи по г- дографу, заданному равенством (2, получаем пропорциональное числу -точек регистрации увеличение амплитуды,, рассеянной неоднородностью среды волны. Та.кого суммирования недостаточно, чтобы выявить рассеянные, на неоднородности волны на -фоне интенсивных г.икросейсм. Поэтому, чтобы повысить отношение сигнал/помеха, суммирование проводится и по времени. Для определения наличия в неод- нородности среды рассеивающих свойств используют свойства случайных процессов, заключающиеся в том, что если (-tX случайные стационарные процессы, то дисперсия суммы (-t равна сумме, дисперсий только з ivUi случае, если процессы некоррелированы. Если процессы коррелированы, то (54 а)))). 1 1 Для того, чтобы выявить присутствие рассеянной на неоднородно1 ти волны, необходимо построить оценку R , величина которой была бы связана с рассеивающими свойствами неоднородности и количественной характеристикой контраста анома лии свойств элемента. В качестве та кой оценки мржно взять, например, функцию hi ZJKi-f Wv ut| которая принимает значение, близкое к нулю, если рассеивателя нет, и положительное или отрицательное отличное от нуля значение, если имеет рассеиватель, где индекс н соответствует одной из спрашиваемых точек в узлах трехмерной решетки х, у , индекс j относится к сейсмодат. чику, расположенному на поверхности наблюдений с координатами у, К.-: - коэффициент, учитывающим расхочдение сейсмической энергии и тип неоднородности; to - произвольный начальный отсчет времени; - годограф рассеянной волны t:.I()%()4z a /v- rn- индекс суммирования по време ни, Д1 - шаг дискретизации; п - количество сейсмодатчиков в площадной системе наблюдений, участ вующих в формировании оценки R.,j для выбранной точки х , .у- , Z среды, М -t необходимая длительность записи для получения состоятельной оценки. Величина R;; характеризует рассеивающую способность неоднородности v среды. В твердых упругих средах, характеризующихся наличием двух типов . волн - продольных Р и поперечных S существует явление обмена и S- Р, особенно сильное для небольших по размеру нетоднородностей. Поэтому в зависимости от характера рассеивателя величина R, может быть как положительной, так и отрицательной. Результаты определения значений для скоростей VP и V должны находиться в согласии; что является критерием их надежности. Для получения такого критерия расчитывают значенияR - для скоростей продольных и поперечных волн для нескольких образцов микросейсмического шума и строят график., по одной оси которого откладывают значения , а по другой R . Расположение точек графика в области биссектрисы прямого угла указывает на одинаковую способность нес)днородностей рассеивать Р и S волны. Рас положение точек около оси Rvp или RVS указывает на наличие рассеивающих свойств в опрашиваемой точке х. У|. i Способ реализуют следующим образом. На поверхности располагают площадную систему регистрации со следующими параметрами: поперечное сечение не менее утроенного значения минималь- ной глубины исследования расстояние между пунктами наблюдений не более 1 f) X где Д. - длина волны, соответствующая, например, средней частоте в спектре микросейсмических колебаний. В каждом пункте наблюдений располагают одиночные сейсмоприемники или трехкомпонентные установки сейсмоприемников. Записи микросейсмических колебаний поступают на вход нелинейного устройства, которое рассчитывает величину R по формуле (3) для знаений скоростей продольных и поперечых волн и проводит сравнение полученных оценок Ryp и , по результатам которого определяются рассеивающие свойства исследуемого бъема среды. В зависимости от контрастности исследуемой неоднородности и глуины ее залегания время регистрации находится в пределах от первых десятков минут до одного часа. Кроме того, при ограниченных технических возможностях рег1;1страции ее проводят поэтапно. В этом случае площадную расстановку разбивают на составляющие ее линейные профили и поочередно на каждом из профилей проводят наблюдения. Положительная эффективность от недрения изобретения достигается а счет исключения затрат на возбужение сейсмических колебаний.

Формула изобретения

Способ сейсмической разведки, основанный на регистрации сейсмоприемниками, установленными в пунктах наблюдений.образующих площадную расстановку j рассеянных неоднородностями среды сейсмических волн, обусловленных источниками сейсмических ко лебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности сейсморазведки, поперечное сечение площадной расстановки выбирают не меньшим утроенного значения минимальной глубины исследований, а расстояния между равномерно расположенными пунктами наблюдений - не превышающими 1,5 длин регистрируемых сейсмических, волн, при этом в качестве источников сейсмических колебаний используются естественные и/или искусственные шумовые пол, а регистрируют волны при неизменном или меняющемся положении пунктов наблюдений и по результатам обработ-, ки полученных данных судят о строении и эмиссионных свойствах среды.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

in seismic exploration for oil,- Sei Hrog.exf, 1977, б, f 87-519.

ff 66930, кл. G 01 у 1/00, .3.08,7A.

3.Aki К., Christophfersson, Husebye E.S. Determinationof three dimensional seismic, structure of lithosphere. -Journal of Geoph. Research. V. 82, 1977, № 2, p. 277296 (прототип).