Способ геоакустического просвечивания Советский патент 1987 года по МПК G01V1/42 G01V1/00 

10

20

Изобретение относится к геофизическим, методам поисков и разведки месторождений полезных ископаемых и может, быть использовано при межскважин- ном просвечивании массивов горных пород для обнаружения и оконтуривания .;: звукопоглощающих объектов (рудных тел, пустот, зон трещиноватости и др.) из вертикальных скважин.

Цель изобретения - повышение достоверности получаемых результатов и упрощение обработки измеряемых величин.

На фиг. 1 приведен пример располо- is жения лучей просвечивания в межсква- жинном пространстве после первого сканирования скважинными снарядами; на фиг. 2 - то же, после второго сканирования скважинными снарядами; на фиг. 3 - то же, после третьего сканирования межскважинного пространства скважинными снарядами; на фиг. 4 - пример расположения точек пересечений лучей просвечивания после проведения трех сканирований межскважинного пространства скважинными снарядами; на фиг. 5 - функциональная схема лабораторной установки для сейсмоакустического моделирования; на фиг. 6 - схема прозвучивания дюралюминиевого листа по известному способу; на фиг. 7 - то же, по предлагаемому способу; на фиг. 8 - часть карты изолиний равных коэффициентов поглощения звука и, полученных по известной схеме прозвучивания; на фиг. 9 - то же, по предлагаемой схеме прозвучивания.

На чертежах обозначены лучи 1 просвечивания, точки 2 установки сква- жинного снаряда, плоскость 3, перпендикулярная осям обеих скважин точки 4 пересечения трех лучей просвечивания. На схеме лабораторной установки пока- заны дюралюминиевый лист 5, генератор 6 ультразвуковых колебаний с частотой 465 кГц, усилитель 7 с фильтром на частоту 465 кГц ± 75 Гц, осциллограф 8, пьезоэлектрический приемник 9 ультразвуковых колебаний, пьезокера- мический источник 10 ультразвуковых колебаний, неоднородность П. На карте изолиний (фиг. 8 и 9) обозначены изолинии 12 равных коэффищ-шнтов поглощения звука (в условных единицах).

Способ может быть реализован с помощью серийной аппаратуры, когорая содержит два излучателя упругих коле25, 2Q

35

40

50

s

баний 1,7 и 3,3 кГц , приемник упругих- колебаний, блок питания излучате-

лей упругих колебаний, анализатор спектра звуковых частот и переговор-i ное устройство.

Способ осуществляют следующим образом.

Аппаратуру устанавливают на два каротажных подъемника. Выбирают шаг перемещения ill скважинных снарядов, исходя из общепринятого положения о необходимости пересечения объекта поиска или разведки по крайней мере тремя лучами просвечивания и из геологических предпосылок о величине объекта поиска или разведки.

Для расчета величины параметра среды, например коэффициента поглощения звука oi , необходимо иметь в со- ответствующей точке межскважинного пространства пересечение как минимум двух лучей просвечивания. Это позволяет вычислить величину ei по его зна- 5 чениям по лучам просвечивания. Однако в этом случае велико влияние погрешности измерения величин параметров упругих колебаний по лучам про- , свечивания. Поэтому для уменьшения Q погрешности определение параметра среды в точках межскважинного про- .странства следует выполнять по трем лучам просвечивания, пересекающимся в одной точке среды. Поэтому лучи просвечивания должны быть наклонены друг относительно друга. Минимальная величина смещения одного скважинного снаряда относительно другого принята равной одному шагу перемещения д h скважинных снарядов при сканировании для образования равномерной сети точек пересечений лучей просвечивания. Максимальную величину смещения скважинных снарядов друг относительно друга выбирают кратной шагу перемещения скважинных снарядов при сканировании, исходя из максимальной дальности просвечивания по лучу в кон-- кретных геологических условиях. Эта величина может быть оценена экспериментально. Промежуточные величины смещений скважинных снарядов друг относительно друга выбирают для более точного оконтуривания локальных неод- нородностей.

В одну скважину опускшот излучатель упругих колебаний, а в другую - приемник упругих колебаний. Излучатель упругих колебаний устанавливают

5

0

0

в точках 2 пересечения оси скважины плоскостью 3 (фиг.1), перпендикулярной осям обеих скважин, которую выбирают по возможности вьше верхней границы просвечиваемого массива горных пород. Приемник упругих колебаний устанавливают ниже указанной плоскости (фиг.О на дЬ, т.е. на один шаг перемещения скважинных снарядов при сканировании. Приемник упругих колебаний мог быть установлен и вьше указанной плоскости. Кроме того, сква- жинные снаряды можно поменять местами. Включают блок питания и анализатор спектра, и излучатель генерирует упругие колебания в горные породы. Упругие колебания проходят массив горных пород по лучу 1 просвечивания, поступают на вход приемника упругих колебаний, преобразуются им в электрические колебания, которые регистрируются на выходе анализатора спектра. После этого смещают оба скважинных снаряда на один шаг bh, измерение параметров упругих колебаний повторяют по второму лучу 1 просвечивания и так до тех пор, пока приемник упругих колебаний не достигнет крайней нижней точки, соответствующей точке ниже нижней границы просвечиваемого массива горных пород (фиг. 1). -После этого блок питания и анализатор спектра выключают.

Приемник упругих колебаний устанавливают в соответствзгощей скважине в точке пересечения ее оси плоскостью 3, перпендикулярной осям обеих скважин, а излучатель упругих колебалучей просвечивания, полученньк при первых двух-сканированиях межскважин- ного пространства. В примере оба скважинных снаряда устанавливают в скважинах ниже плоскости 3 на один шаг. В этом случае верхний луч просвечивания при третьем сканировании проходит через верхнюю точку 4 (фиг. 4) меж10 скважинного пространства, в которой пересекаются лучи просвечивания при первых двух сканированиях скважинными снарядами. Включают блок питания и анализатор спектра и выполняют третье

15 сканирование скважинными снарядами. Шаг перемещения скважинных снарядов выбирают равным половине лЬ для того, чтобы лучи просвечивания при третьем сканировании прошли через все

2Q точки межскважинного пространства, в которых пересекаются лучи просвечивания, полученные при первых двух ска- нированиях скважинными снарядами. Последний луч просвечивания при третьем

25 сканировании скважинными снарядами проходит через нижнюю точку пересечения двух лучей, полученных при первых двух сканированиях скважинными снарядами. Блок питания и анализатор

30 спектра выключают.

В результате в межскважинном про- странстве образуется равномерная сеть точек пересечений лучей,полученных при трех сканированиях скважинными снарядами .

35 I

После завершения просвечивания вычисляют параметры среды, например oi , по лучам просвечивания, а затем в точках пересечения лучей просвечиваний устанавливают ниже указанной плос-40 ния. Полученные величины d легко ви- кости 3 на такую же величину, на ко- зуализировать, например, изолиниями торую при первом сканировании бьш ус- в полевых условиях, тановлен ниже плоскости 3 приемник упругих колебаний, т.е. ниже плоскос g

ти 3 на h (фиг. 2). Включают блок питания и анализатор спектра и выполняют второе сканирование скважинными снарядами межскважинного пространства (фиг. 2), после чего блок питания и анализатор спектра выключают. При этом шаг перемещения скважинных снарядов выбирают равным лЬ, как и при первом сканировании.

Затем излучатель и приемник упругих колебаний устанавливают в точках пересечения осей обеих скважин плоскостью, перпендикулярной осям обеих скважин (фиг. З) по лучу, которьй проходит через верхнюю точку пересечения

50

55

Способ опробован в лабораторных условиях на установке для моделирования (фиг. 5).

Пьезокерамические источник и приемник ультразвуковых колебаний устанавливают по обеим длинным сторонам листа 5, а сканирование их производят по известному (бриг. 6) и предлагаемому (фиг. 7) способам. С вькода генератора 6 ультразвуковых колебаний электрические колебания поступают на пьезокерамический источник 10, который преобразует их в упругие колебания и возбуждает ими лист I. Упругие колебания распространяются в листе 1, поглощаются неоднородностью 11, если она встречается на их

лучей просвечивания, полученньк при первых двух-сканированиях межскважин- ного пространства. В примере оба скважинных снаряда устанавливают в скважинах ниже плоскости 3 на один шаг. В этом случае верхний луч просвечивания при третьем сканировании проходит через верхнюю точку 4 (фиг. 4) межскважинного пространства, в которой пересекаются лучи просвечивания при первых двух сканированиях скважинными снарядами. Включают блок питания и анализатор спектра и выполняют третье

сканирование скважинными снарядами. Шаг перемещения скважинных снарядов выбирают равным половине лЬ для того, чтобы лучи просвечивания при третьем сканировании прошли через все

точки межскважинного пространства, в которых пересекаются лучи просвечивания, полученные при первых двух ска- нированиях скважинными снарядами. Последний луч просвечивания при третьем

сканировании скважинными снарядами проходит через нижнюю точку пересечения двух лучей, полученных при первых двух сканированиях скважинными снарядами. Блок питания и анализатор

спектра выключают.

В результате в межскважинном про- странстве образуется равномерная сеть точек пересечений лучей,полученных при трех сканированиях скважинными снарядами .

I

После завершения просвечивания вычисляют параметры среды, например oi , по лучам просвечивания, а затем в точках пересечения лучей просвечивания. Полученные величины d легко ви- зуализировать, например, изолиниями в полевых условиях,

После завершения просвечивания вычисляют параметры среды, например oi , по лучам просвечивания, а затем в точках пересечения лучей просвечива0 ния. Полученные величины d легко ви- зуализировать, например, изолиниями в полевых условиях,

g

0

5

Способ опробован в лабораторных условиях на установке для моделирования (фиг. 5).

Пьезокерамические источник и приемник ультразвуковых колебаний устанавливают по обеим длинным сторонам листа 5, а сканирование их производят по известному (бриг. 6) и предлагаемому (фиг. 7) способам. С вькода генератора 6 ультразвуковых колебаний электрические колебания поступают на пьезокерамический источник 10, который преобразует их в упругие колебания и возбуждает ими лист I. Упругие колебания распространяются в листе 1, поглощаются неоднородностью 11, если она встречается на их

пути, н достигают пьезокограмическо- го приемника 9, которьй преобразует упругие колебания в электрические

сигналы. Последние усиливаются и фильтруются усилителем 7 с фильтром и регистрируются с помощью осциллографа 8.

По лучам просвечивания рассчитаны коэффициенты поглощения звука «i (в ю условных единицах). Вычисленные данные о параметре среды с помо1Г(ью обобщенной плоскости преобразуются для получения величин коэффициентов поглощения звука oi в точках просвечен- 15 кого пространства между пьезокерами- ческими излучателем 10 и приемником 9 в случае, если обрабатываются данные, полученные при просвечивании по известному способу. В качестве 20 примера при определении величины коэффициента поглощения звука oi п точках среды используется принцип максимального сигнала, т.е. точке среды приписывается максимальный сигнал, 25 полученный по одному из лучей просвечивания, прошедших через соответствующую точку среды.

Сравнение карт изолиний равных поглощений зпука об , приведенных на зо фиг. 8 и 5 приведены лишь части карт, так как на других частях просвеченного пространства аномалий нет) позволяет сделать следующие выводьи

35

Предлагаемый способ позволяет получить более достоверные результаты о местонахождении искомого объекта 11, неоднородности, так как изолинии 12 значительно менее (фиг. 9), о чем изолинии 12 (оиг. 8), полученные при обработке параметров упругих колебаний, измеренных по известному способу. С помощью дополнительных ис- след ований можно приблизит получае- g мую при этом карту изолинии ci на фиг. 8 к карте изолиний oi на фиг. 9. Однако невозможно полностью избавиться от искажений, получаемых при преобразовании данных неравномерной се- „ ти точек в данные равномерной сети точек. Кроме того, вычисление коэффициента поглощения звука oi по двум точкам пересечения лучей просвечивания может привести к значительным ис- gg кажениям карты изолиний ci при наличии ошибки измерения параметра упругой волны, хотя бы по одному лучу просвечивания из двух анализируемых.

Способ позволяет избавиться от сложной обработки данных, за счет исключения необходимости использования преобразования неравномерной сети точек в межскважинном пространстве в равномерную сеть точек. При этом не требуется проводить интерполяцию данных для получения значений визуализируемого параметра среды. Способ позволяет повысить достоверность результатов за счет использования пересечений трех лучей просвечивания вместо двух.При этом сохраняется или увеличивается лишь на несколько процентов количество лучей просвечивания. Этого позволяет достичь разный шаг сканирования скважинными снарядами при просвечивании межскважинного пространства. Способ существенно облегчает выполнение визуализации параметров среды в полевых условиях.

Формула изобретения

Способ геоакустического просвечивания, основанный на возбуждении упругих колебаний в одной скважине и их приеме в другой скважине при синхронном сканировании излучающим и приемным скважинными снарядами, и выявлении геоакустическик неоднородностей в просвечиваемом массиве горных пород по вычисленным параметрам среды в точках пересечения лучей просвечивания, полученных при сканировании скважинными снарядами, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности получаемых результатов и упрощения обработки измеряемых величин, сканирование скважинными снарядами осуществляют три раза, при этом перед первым сканированием один из скважинных снарядов устанавливают или ниже по крайней мере на один шаг перемещения плоскости, перпендикулярной осям обеих скважин, а второй скважинный снаряд - в точке пересечения указанной плоскостью оси соответствующей скважины, перед вторым сканированием второй скважинный снаряд устанавливают Bbmie или ниже по крайней мере на один шаг перемещения той же плоскости с той же ее стороны, а первый скважин- ньй снаряд - в точке пересечения указанной плоскостью оси соответствующей скважины, перед третьим сканированием скважинные снаряды устанавливают в точках пересечения осей скважин с плоскостью, перпендикулярной осям обеих скважин, шаг перемещения обоих скважинных снарядов от точки к точке установки при их первых двух сканированиях выбирают одинаковьм, при третьем сканировании шаг перемещения скважинных снарядов выбирают равным половине шага их перемещения при первых двух сканированиях, точки установки скважинньк снарядов при

70618

третьем сканировании выбирают вдоль лучей просвечивания, включающих точки пересечения лучей просвечивания при первых двух сканированиях, а выявление геоакустических неоднороднос- тей в просвечиваемом массиве горных пород осуществляют только по вычисленным параметрам среды в точках пе- 1Q ресечения трех лучей просвечивания, полученных при трех сканированиях скважинными снарядами.

ФмгЛ

л

. 5

Фиг. 2

Фиг.{

Изобретение относится к геофизическим методам поисков и разведки месторождений полезных ископаемых и может быть использовано при межсква- жинном просвечивании массивов горных пород. Целью изобретения является по- вьшение достоверности получаемых результатов и упрощение обработки измеряемых величин. Способ геоакустического просвечивания основан на возбуждении упругих колебаний в одной скважине и их приеме в другой скважине при синхронном сканировании излучаю- .щим и приемным скважинными снарядами. Сканирование скважинными снарядами осуществляется три раза. Перед первым сканированием один из скважинных снарядов устанавливают выше или ниже на один или более шаг перемещения плоскости, перпендикулярной осям обеих скважин. Второй скважинный снаряд при этом устанавливают в точке пересечения указанной плоскостью оси соответствующей скважины , Перед вторым сканированием второй скважинный снаряд устанавливают вьше или ниже на один или более шаг перемещения той же плоскости с той ле ее стороны. Первьй скважинньш снаряд при этом устанавливают в точке пересечения указанной плоскостью оси соответствующей скважины. Перед третьим сканированием скважинные снаряды устанавливают в точках пересечения осей скважин с плоскостью, перпендикулярной осям обеих скважин. Цель достигается за счет использования пересечений трех лучей просвечивания вместо двух, .что позволяет избавиться от сложной обработки данных путем исключения необходимости преобразования неравномерной сети точек в межскважинном пространстве в равномерную сеть точек. 9 ил. (Л 1

Фи.б

Фиг.1

5- П11

Фиг.8

Фиг.3

Составитель Н.Журавлева Редактор Н.Лазаренко Техред А.Кравчук

Заказ 5118/45 Тираж 729Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,ул. Проектная, 4

Корректор А. Тяско