Способ вибросейсмической разведки Советский патент 1984 года по МПК G01V1/00 

, Изобретение относится к сейсмологии, точнее к технике вибрационного просвечивания Земли (ВПЗ), и предназначено для повьдиения существующих методов и увеличения глубинности прр свечиваг ия. Известен способ вибропросвечивания Земли, включающий формирование в зонах излучения и приема сейсмических сигналов, регистрацию сигналов в зоне приема и последующую обработк полученных данных CllНедостатками данного способа являются незначительный коэффициент полезного действия параметрического преобразования сейсмической энергии и трудности управления полем в дальней зоне. Наиболее близким к предлагаемому является способ вибросейсмической разведки, включаищий излучение основ ным вибратором сейсмических сигнешов в зоне возбуждения и вибраторами в зоне приема, а также запись полезных сигналов 2 3, Недостатком известного способа яв ляется зависимость его эффективности от уровня микросейсмических помех. Цель изобретения - увеличение детальности и глубинности разведки на основе увеличения соотношения сигнал помеха. Поставленная цель достигается тем что согласно способу вибросейсмической, разведки, включающему излучение основным вибратором сейсмических сиг налов в зоне возбуждения и вибраторо в зоне приема, а также запись полезных сигналов, вибратором Б зоне приема до прихода полезного сигнала изо тропно излучают сейсмические сигналы затем дополнительным вибратором из дополнительного пункта возбуждения, расположенного за пределами области распространения излучаемого в зоне приема сигнала, излучают дополнитель ный сигнал, идентичный полезному сиг налу, по направлению выхода полезног сигнала с опережением относительно полезного сигнала на 10-30 периодов длкны волны сигнала, а в момент подхода дополнительного сигнала к области распространения излучаемого в зо не приема сигнала прекращают работу всех вибраторов кроме основного. На чертеже изображена схема установки вибраторов. Схема содержит дневную поверхност 1, основной вибратор 2, „находящийся в зоне возбужденияJ вибратор 3 зоны приема, дополнительный вибратор 4 и сейсмоприемник 5, находящийся в зоне приема. На чертеже показано также направление 6 распространения полезного , направление 7 распространения дополнительного сигнала и област 8 диффузного сейсмического поля создаваемого вибратором зоны приема (стрелками обозначено направление распространения вибpocигнaлbв. Сущность способа заключается в следующем. Благодаря параметрическим взаимо-действиям, излучение в течение некоторого времени в нелинейной среде сигнала приводит к образованию волнового поля с широким диапазоном частот. Образовавшееся поле, в свою очередь, взаимодействует с полем волн/помех и обусловливает перераспределение энергий его частотных составляющих в другой частотный диапазон. После прекращения излучения сигнала поле волн/помех в прежнем частотном диапазоне восстанавливается также в течение определенного периода времени. Располагая один из излучателей в зоне приема и прекращая излучение перед началом регистрации полезных сигналов, излучаемых в зоне возбуждения, т.е. регистрации их в период восстановления поля волн/помех , можно увеличить соотнощение сигнал/помеха и повысить детальность и глубинность разведки.. Действительно, при проведении сейсморазведочных {Забот полезный сигнал проходит через поле микросейсм, которое не только определяет соотношение сигнал/помеха-, но и может взаимодей|ртвовать с вибросигналом, определяя его потери и искажение формы на излучение параметрических волн на других частотах. Вместе с тем полезный сигнал происходит в среде находящихся в условиях больших объемных давлений и существующих в верхних слоях земной коры разномасштабных дефектов и локальных очагов концентрации фоновых напряжений, где нелинейные свойства сейсмической среды оказываются значительными, а разнообразие типов сейсмических волн обуславливает по сравнению с гидроакустикой более широкий частотный диапазон параметрически излучаемых волн, т.е. в спектре сейсмического источника помимо суммарно-разностных частот дополнительно появляются другие частоты, определяемые следующими комбинациями. Это взаимодействие прямых волн: продольных Р, поперечных S, поверхностных типа Рэлея R, а также прямых и отраженных волн. Нелинейное взаимодействие Р, S и R-волн начинается вблизи сейсмического источника, допустим, что для простоты источник работает в гармоническом режиме на частоте f. Если вблизи источника однородна, то вдоль линий источник-пункт регистрации в каждый момент времени сейсмические сигналы представляют, собой спадающие по амплитуде синусоиды с пространственными перисяами Ло Vp/f, Соответствующие пространственные час тоты составляют для волны Р, для волны S и 1/йр для поверхностйой волны. При интерференции этих волн в пространстве возникают биения на разностных частотах . 1/Д(Р,Э) f/Vp - f/v ; 1/ДР, R) f/Vp - f/Vjj ..(1 1/Л (S.R) f/V- - f/v. S R Вследствие детектирующих свойств среды эти биения могут порождать сей смические волны соответствующих разностных частот, которые в зависимости от типа распрбстраняются со скоростью Р, Sили R. При этом их истинные частоты можно представить в следующем виде г ( Р,5|Р (f/Vp - f/Vg) . Vp . f (P/S)5 (f/Vp - f/V,g) . Vg ; f P,R)P (f/Vp - f/V) . Vp ; (2 .Г (P, R)R (f/Vp - f/Vp) V ; f (.5,R.S (f/Y - Vj . f (RfR (f/Vj - f/Vg ) V. Последний индекс при частоте соот ветствует типу волны, образовавшейся в результате взаимодействия двух волн, типы которых указаны в скобках Представляет интерес и случай взаимо действия прямых и отраженных объемных волн в нелинейной среде, когда целесообразно в первую очередь анализировать образование сигналов на суммарной и разностной частотах. Если источник точечный, а среда нелинейная мутная}, то параметрическое взаимодействие волн происходит в полусфере, радиус которой может опреде ляться рассеянием и диссипацией сигнала до. амплитуд, не превышающих шумовые. Существующий фон помех, малые амплитуды сигнала в пункте регистрации и чувствительность аппаратуры позволяют брать в расчет только процессы взаимодействия объемных волн в непосредственной близости от приемника в зоне приема. Таким образом, монохроматический сигнал только одной частоты, не существуюадий в земной коре на всех типах волниз-за параметрического взаимодействия, вырождается на первсвд этапе в сигнал многих частот (свыше шести вначале , а затем с учетом вто ричных взаимодействий - в широкополосный шумоподобный сигнал. Подобная трансформация сигнала особенно нежелательна для волн малых амплитуд. Как. показывают исследования, параметрические взаимодействия эффективны и на малых амплитудах полезного сигнала ( cм на значительных удалениях от вибратора. Так как при проведении сейсморазведки регистрируемый вибросигнал в широкой полосе частот сопоставим по амплитуде с микро- ; сейсмическими помехами, то указанное взаимодействие, расширяя спектр сигнала, уменьшает его амплитуду и соотношение сигнал/помеха. Для предотвращения падения этого соотношения целесообразнее в момент регистрации уменьшать фон помех, поскольку просто наращивание мощности вибратора и (или I вибросигнала быстро блокируется последующими параметрическими взаимодействиями и самовоздействиями волновых Полей в системе полезный сигнал - микросейсмическая помеха. Операцию по замене микросейсмического поля помех волновым полем вибратора более эффективно осуществлять при излучении вибросигнала в полупространстве изотропно в широкой полосе частот. Тогда пространство волнового поля вибратора в зоне приема, по форие ограниченное полусферой радиуса R и дневной поверхностью, при выключении вибратора за время R/C (С - скорость сейсмических волн) освобожда,ется, от вибросигналов, а за время H/Cj ( скорость диффузионного распространения сейсмических шумов) заполняется волновым полем микросейсмических помех. Соответственно, если в момент выключения вибратора полезный вибросигнал находится от полусферы на расстоянии R/C ,то при подходе к сейсмоприемникам его потери на параметрическое па-. роизлучение оказываются минимальны, как и фон микросейсмических помех, т.е. отношение сигнал/помеха получается максимальным. Для дополнительного увеличения отношения .сигнал/ncweха или же просто для получения предыдущего результата вибратор зоны приема может излучать серии вибросигналов, идентичных полезному сигналу и распространяющихся к приемникам по трассам, совпещающим на своих конечных участках с трассой полезного сигнала. Если эти сигналы незначительно по времени (1-3 с1 опережают полезнь1й сигнал, то, параметрически взаимодействуя с полем микросейсмических помех, они, как и в предыдущем, случае, аналогично улучшают отношение сигнал/помеха. Способ осуществляют следующим об азом. Предварительно в соответствии с геологическим строением среды вдоль направления распространения полезного сигнала от основного вибратора 2источника полезных сигналов - до сей смрприемников 5, находящихся в зоне приема, рассчитывают времена его вступления в пункт приема. Если дацных по геологии нет, то их определяю экспериментально, например методами взрывной сейсмологии. После этого {основное I вибратор 2 излучает вибро сигнал вдоль направления распространения полезного сигнала к сейсмоприемникам 5, находящимся в зоне приема За 10-20 с до прихода полезного сигнала включают вибратор 3 зоны приема, который, излучая изотропно в широкой полосе частот своим волновым полем за счет параметрического взаимодействия, вытесняет микросейсмические помехи и образует область 8 диффузного сейсмического поля. Одновременно с этим дополнительный вибратор 4 излучает серию вибросигналов идентичных полезному сигналу. Причём направление 7 распространения дополнительных сигналов 9 имеет конечный участок, совпадающий с аналогичным участком направления 6 распространения полезных сигналов. Момент запуска дополнительного вибратора 4 должен обеспечить в зоне приема опереже ние дополнительными сигналами основного сигнала на 3-4 с, за 5-10 с до перехода основного и дополнительного вибросигналов. Вибратор 3 зоны приема выключают, в результате чбго область 8 диффузного сейсмического пол лишается его и начинает медленно со скоростью диффузного звука заполнять ся микросейсмическим полем помех. . Опережая это поле, к сейсмоприемникам 5, находящимся в зоне приема, прихо дит сигнал. Так как опережанмций го дополнительный сигнал парс1метрически взаимодействует с встречающимися помехами, а в области 8 уровень микросейсм еще незначительный, то регистрация происходит с наилучшим отношением сигнал/помеха и с наименьшими искажениями. Пример. Зона возбуждения полезного сигнала удалена от зоны приема на 10 000 км. Диапазоны частот вибросигналов находятся в периодах : 1-20 Гц для полезного сигнала, 1-/ 20 Гц для Дополнительного сигнала и 1-100 Гц для изотропного поля, создаваемого в зоне приема. Длительность вибросигналов составляет: Ю мин для полезного сигнала, 40 с для дополнительного сигнала и 9 мин 20 с для сигнала, излучаемого в зоне приема. Удаление дополнительного вибратора от зоны приема 50 км. Время включения вибратора зоны приема совпадает с временем включения вибратора зоны излученпия и является моментом отсчета tp. Дополнительный вибратор включают через 9 мин после начала излучения, а вибратор зоны приема выключают через 9 мин 20 с после t,,. Через 9 мин 40 с выключают дополнительный вибратор. Положительный эффект достигается за счет снижения интенсивности мешающего поля микросейсм в зоне приема, а также за счёт уменьшения времени работы вибраторов, излучающих полезный сигнал.

СПОСОБ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ, включающий излучение основным вибратором сейс мических сигналов в зоне возбуждения и вибратором в зоне приема, а также запись полезных сигналов, отлич аюцийся тем, что, с целью увеличения детальности и глубинности разведки на основе увеличения соотношения сигнал/ помеха, вибратором в зоне приема до прихода полезного сигнала изотропно излучают сейсмические сигналы, затем дополнительным вибратором из дополнительного пункта возбуждения, расположенного за пределами области распространения излучаемого в зоне приема сигнала, излучают дополнительный сигнал, идентичный полезному сигналу, по направлению выхода полезного сигнала с опережением относительно полезного сигнала на 10-30 периодов длины волны сигнала, а в момент подхода дополнительного сигнала к области распространения излучаемого в зоне приема сигнала прекращают работу всех вибраторов кроме основного. 4 СО w