Способ визуализации результатов сейсмоакустического просвечивания Советский патент 1983 года по МПК G01V1/34 

(54) СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ РЕЗУЛЬТАТОВ СЕЙСМОАКУСТИЧЕСКОГО ПРОСВЕЧИВАНИЯ Изобретение относится к сейсмоакустической разведке и может быть использовано для визуализации результатов сейсмоакустического просвечивания. Известен способ визуализации результатов просвечивания, в котором границы тени, создаваемой неоднородностью при просвечивании массива горных пород, устанавливаются по зоне максимальной крутизны аномальной кривой. На плоскости строятся области, ограниченные лучами, проведенными из мест стоянок излучателя или приемника до оснований проекций зон максимальной крутизны аномальной кривой, в пределах которых расположены искомые геологические неоднородности 1. Способ эффективен лишь при условии однородности вмещающих пород по физическим свойствам и наличии в них одиночных тенеобразующих объектов. В реальных геологических средах, особенно в рудных районах, вмещающие породы, как правило, неоднородны, искомые объекты могут иметь разнообразные размеры и формы, их количество в просвечиваемом пространстве различно, что приводит к снижению точности визуализации данных. Известен также способ регистрации изображений, основанный на получении изображений предметов с помощью акустических волн, возбуждаемых в исследуемой среде излучателями и принимаемых набором приемников, расположенных на контуре наблюдений. Записывают линейные изображения плоских волновых полей излучающих объектов в течение времени, длительность которого превышает время распространения волн от наиболее удаленной точки наблюдения до любого приемника, накладывают записанные осциллограммы на одну накопительную плоскость изображений с соблюдением условий подобия между плоскостями регистрации, располагая центры круговых разверток с масштабом, равным отношению скорости развертки осциллографа к скорости распространения звуковых волн, и преобразуют линейные осциллограммы в двумерные изображения кругового поля, приняв за центр вращения круговой развертки изображение данной точки приема в заданном масштабе в определенный момент времени 2. Способ применим только для визуализации геологических границ в отраженных

волнах, когда вышележащие горизонты характеризуются постоянной и известной скоростью распространения волн. В случае просвечивания способ не обеспечивает достаточной точности визуализации результатов наблюдений из-за погрешностей, возникающих при представлении о постоянстве скорости распространения волн и преобразования импульсных сигналов в монохроматические.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ визуализации результатов сейсмоакустического просвечивания, основанный на вычислении значений коэффициента звукопоглощения или скорости распространения упругих колебаний по лучам просвечивания между скважинами, (т. е. по кратчайшему расстоянию между точками возбуждения и приема упругих колебаний), выборе коэффициента звукопоглощения в точках среды между скважинами с помощью графических построений или ЭВМ и визуализации параметров просвечиваемого массива с помощью изолиний 3.

Недостатки способа заключаются в трудоемкости операций, зависимости результатов визуализации от опыта интерпретатора и сложности визуализируемого поля акустического параметра, а также невысокой точности визуализации.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение процесса визуализации параметров просвечиваемой среды.

Поставленная цель достигается тем, что в способе визуализации результатов сейсмоакустического просвечивания, основанном на вычислении значений коэффициента звукопоглощения по лучам просвечивания между скважинами или скорости распространения упругих колебаний, дополнительно значение коэффициента звукопоглощения или скорости распространения упругих колебаний по каждому лучу просвечивания преобразуют в оптический сигнал, которым освещают накопительную плоскость таким образом, чтобы ось симметрии освещаемой вдоль длинной стороны площади проходила по лучу просвечивания, причем масштабированные ширину и длину освещаемой площади выбирают с помощью соотношений

H hcoseii, , Ч-Шз,

где Я-ширина освещаемой площади;

ti - шаг просвечивания;

L -длина освещаемой площади;

Е длина луча просвечивания; ш, Htgoti; m2 .,; ;i,,2 90°-/,;

о(, з-Дз-углы между проекциями скважин на вертикальную плоскость и, соответственно, короткими и длинными сторонами освещаемой площади, а экспозицию устанавливают, пропорционально коэффициенту звукопоглощения или скорости распространения упругих колебаний по соответствующему лучу просвечивания, и по суммарной освещенности в каждой точке накопительной плоскости осуществляют визуализацию параметров среды.

Способ осуществляют следующим образом.

По полученным при выполнении Полевых исследований данным производят вычисление коэффициентов звукопоглощения или скоростей распространения упругих колебаний и длины лучей просвечивания.

Вычисленные параметры среды преобразуют в оптический сигнал поочередно по каждому лучу просвечивания для данной пары скважин.

Оптическим сигналом экспонируют накопительную плоскость, в качестве которой можно использовать фотоноситель. Освещаемая оптическим сигналом площадь на накопительной плоскости формируется в виде прямоугольника.

На фиг. 1 изображен вертикальный разрез среды, где 1 и 2 - проекции скважин; OjO2 E - длина луча просвечивания; ЛВСО - освещаемая оптическим сигналом площадь в виде прямоугольника; L - длина прямоугольника ЛбСО; h - шаг просвечивания; Я - ширина прямоугольника ABCD; - разница между L и ; ti,, /2 - углы между проекциями скважин на вертикальную плоскость и короткими и длинными сторонами освешаемой площади соответственно; на фиг. 2 - блоксхема устройства для реализации способа; на фиг. 3 - пример визуализации результатов просвечивания между двумя скважинами.

Ширину прямоугольника Н определяют по формуле

H hcoStfCi,

отрезки т, и т рассчитывают по формулам

т, i-Htgrfj , m2 , 90°-/,.2, а длину прямоугольника L определяют по формуле

L E+mi+m3.(2)

Как видно из фиг. 1, освещае.мая площадь располагается таким образом, чтобы луч просвечивания проходил через ее ось симметрии вдоль длинной стороны. Для ускорения процесса визуализации на накопительную плоскость можно нанести разрез среды с проекциями скважин и схемой измерения. При этом для экспонирования оставляют площадь на накопительной плоскости между проекциями скважин.

Экспозицию устанавливают пропорционально тому параметру среды, который визуализируют. Если это коэффициент звукопоглощения, то экспозицию выбирают обратно пропорциональной величине коэффициента, а если скорость распространения упругих колебаний, то прямо пропорциональной.

После выполнения экспонирования по всем лучам просвечивания для конкретной пары скважин в каждой точке экспонированной части накопительной плоскости накапливается информация о визуализируемом параметре среды. Пример. Способ может быть осуществлен с помощью устройства, которое содержит блок 3 питания, подключенный к модулятору 4 и блоку. 5 управления, источник 6 света, оптичеескую систему 7, экран 8 со щелью 9, привод экрана 10 и накопительную плоскость 11. Выход модулятора 4 соединен с источником 6 света, а вход - с блоком 5 управления. Экран 8 установлен на пути оптического сигнала от источника 6 света между оптической системой 7 и накопительной плоскостью 11, в качестве которой можно использовать фотоноситель с нанесенными на нее в соответствующем масштабе проекциями скважин и лучами просвечивания. Экран 8 выполняется из непрозрачного материала. Длина и ширина щели 9 регулироваться. Устройство работает следующим образом. С блока 3 питания напряжение подается на модулятор 4 и блок 5 управления. На блоке 5 управления устанавливают экспозицию пропррционально предварительно вычисленномузначению коэффициента звукопоглощения или скорости распространения упругих колебаний по одному из лучей просвечивания. Экран 8 с помощью привода 10 устанавливают таким образом, чтобы длинная ось симметрии щели 9 располагалась на соответствующем луче просвечивания на накопительной плоскости 11, причем масштабированные ширину и длину освещаемой площади выбирают с помощью соотнощений (1) и (2). Запускают модулятор 4 с помощью блока 5 управления. Модулятор 4 выдает на источник, 6 света напряжение, которое преобразуется последним в оптический сигнал. Оптический сигнал через оптическую систему 7 и щель 9 в экране 8 экспонирует накопительную плоскость 11. Экспозиция задавалась на блоке 5 управления. Засвеченная площадь на накопительной плоскости 11 имеет форму прямоугольника с рассчитанными ранее параметрами. После экспонирования экран 8 с помощью привода 10 перемещают на следующий луч просвечивания, на блоке 5 управления устанавливают экспозицию в соответствии с параметрами среды по этому лучу просвечивания и -далее повторяют операции, описанные выше. Процесс для конкретного просвеченного массива повторяют до тех пор, пока не будет выполнено экспонирование по всем лучам просвечивания. Далее, если накопительная плоскость 11 - фотоноситель, то производят соответствующую обработку и получают визуализированное- поле параметров просвеченной среды. В случае, если при проведении просвечивания среды излучатель упругих колебаний и звукоприемник перемещались в скважинах непрерывно, то выбирают в соответствии с геологическим разрезом щаг дискретизации, с которым производят вычисление требуемого параметра. Этот же шаг используют в дальнейшем при визуализации. На фиг. 3 приведен пример визуализации результатов просвечивания между скважинами, пробуренными на расстоянии 80 м друг от друга на одном из месторождений в Южном Казахстане. Просвечивание выполнялось с целью прослеживания водоносных горизонтов в межскважинном пространстве. На фиг. 3 видны песчано-глинистые отложения 12, крупно-зернистый песчаник 13, крупно-зернистый песчаник 14, непроницаемые плотные пермские отложения 15, глинистые отложения 16, верхний, средний и нижний водоносные горизонты 17-19, верхний, средний и нижний водоупоры 20- 22. Визуализации подвергались предварительно рассчитанные коэффициенты звукопоглощения. На фиг. 3 видно, что отчетливыми темными полосами выделяются области, характеризующиеся слабым поглощением звука. Эти области соответствуют водоносным горизонтам 17-19,- выделенным бурением. Наиболее светлые полосы соответствуют водоупорам 20-22, которыми являются глинистые отложения и метаморфизированные породы пермского возраста. Визуализированное поле коэффициента звукопоглощения показывает, что прослеживаемые водоносные горизонты 17-19 характеризуются выдержанностью по мощности, имеют преимущественно горизонтальное залегание, но далеко не однородны. Степень этой неоднородности, как и распределение между скважинами вещественного состава горизонтов, воздействующего на распространение упругих колебаний, достаточно отчетливо выделяются на описанном примере. Применение предлагаемого способа при визуализации данных сейсмоакустического просвечивания позволит оперативно получать распределение параметров среды в просвечиваемой плоскости, повысить достоверность за счет исключения субъективного выявления интерпретатора и, соответственно, точность визуализации. При этом значительно упрощается весь процесс благодаря автоматизации с помощью специализированных устройств, которые можно разработать для осуществления предлагаемого способа, аналогичных описанному выше. Пообные устройства могут являться переферийными устройствами ЭВМ. В этом случае расчет параметров щели экрана, а также установка последнего и управление источником света могут осуществляться от ЭВМ. Формула изобретения Способ визуализации результатов сейсмоакустического пр1освечивания, основанный

на вычислении коэффициента звукопоглощения или скорости распространения упругих колебаний по лучам просвечивания между скважинами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения процесса визуализации, значение коэффициента звукопоглощения или скорости распространения упругих колебаний по каждому лучу просвечиванияпреобразуют в оптический сигнал, которым освещают накопительную плоскость таким образом, чтобы ось симметрии освещаемой вдоль длинной стороны площади проходила по лучу просвечивания, причем масштабированные ширину и длину этой площади выбирают из соотношений

H hcosot), L l+mj+m2 где Н ширина освещаемой площади;

L -длина освещаемой площади;

h - шаг просвечивания;

t -длина луча просвечивания;

ш Htgeii,m2 |-Htg«x ;or, 90°-А ; 1,2,1; -углы между проекциями первой и

второй скважин на вертикальную плоскость и короткими и длинными сторонами освещаемой площади соответственно, а экспозицию устанавливают пропорционально коэффициенту звукопоглощения или ско« рости распространения упругих колебаний по соответствующему лучу просвечивания, и по суммарной освещенности в каждой точке накопительной плоскости осуществляют визуализацию параметров среды.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Воробьев В. С. и Рудакова Н. П. Обнаружение геологических неоднородностей методом акустического просвечивания из скважины. «Методика и техника разведки,

Сб. № 70, ВИТР, 1970. 2.Авторское свидетельство СССР № 258031, кл. G 01 V 1/28, 1968.

3.Прицкер Л. С. Некоторые методические вопросы межскважинного просвечиваНИН на тональном сигнале, - «Разведка и охрана недр, 1977, № 8, (прототип).

/f