Способ определения декрементов частотно-зависимого затухания сейсмических волн Советский патент 1988 года по МПК G01N1/00 

MWH

мен ко

Изобретение касается излучения строения Земли сейсмическими методами и может быть использовано при поисках залежей полезных ископаемых для установления величин параметров неидеальной упругости и особенностей неоднородности осадочного комплекса пород, коры и верхней мантии Земли.

Целью изобретения является повышение точности определения декремен- .тов затухания сейсмических волн.

На чертеже представлены спектр- мощности элементарного сейсмического сигнала и типичная зависимость декремента частотно-зависимого затухания сигнала как функции частоты (.1 - спектр моп;ности элементарного сейсмического сигнала 2 -.кривая декремента затухания; 3, 4 и 5 - частоты соответственно минимальная f преобладающая f и максимальная f

Сущность способа сводится к следующему,

Независимо от механизма затухания сейсмической энергии предполагается, что относительное уменьшение амплитуды волны на малом отрезке пути dh пропорционально длине этого отрезка, т, е„

JA(W, h)/A(w,h) (0)) h, (1)

где ai(tO) - коэффициент пропорциональности, считывается независящим от h.

Ограничив исследуемой интервал значениями глубин h и h и решая уравнение (1) относительно об(бо) , получим

eiVco) - -1In 1е-..Ье). (2)

, A(W,h,)°

Декремент затухания (ДЗ) определяется как величина затухания на расстоянии, равном длине волны Я(а)) , т.е. ©(cJ) fti(w) f (W) или, поскольку ЯСсл)) (w) / (to) , где С (и)) - фазовая скорость, то 9(и)) 2 u (oi)C(u))/tA) . При сейсмических исследованиях отраженными волнами любой интервал геологического разреза рассматривается как динамическая система, входным воздействием которой является сигнал, выделенный из совокупности отражений от границ, лежащих выше изучас . емой толщи, а выходным - от нижележащей. Так как отсчет пройденного сигналом пути производится не в значениях глубин h, а по времени t, то, обозначив it tj. - t| , следует при0 нять, что At uh(w)/C(ii)), т.е. за время At каждая составляющая спектра сигнала со проходит путь 4h(tj) с фазовой скоростью С(с)). Поэтому при допущении наличия дисперсии скорос5 ти С (со) 5 const возможно определение только ДЗ, но не (t(U)), т.е.

Э(„) 21 1 A() (3) А(со, t ,)

0 Известно решение задачи определения спектра мощности элементарного сейсмического сигнала IA(tJ, t ) И , г 1,2 и их интерференционной совокупности нга небольшом по длине

5 (0,2-0,3 с) участке сейсмической записи. Решение основано на использовании свойств эргодичности сейсмического поля по волнам, рассеянным случай- но распределенными в среде крупномас0 штабными неоднородностями ( /k tO/CC o) - волновое-число, а - размер неоднородности), и в записи для функции автокорреляции (ФАК),. связанной со спектром мощности Фу5 рье - преобразованием, имеет вид

N-M+ (N-M+ 1)г. (г) -RCtr)

) (

0 где RO,( C ) - ФАК сигнала, рассеянного крупномасштабной неоднородностью с линейными размерами a(M-1)ux/2j

М - количество рядом расположенных вертикалей ОГТ, вмещающихся в 5 отрезок величиной а;

Лх - расстояние между сейсмоприем- никами,

N - число вертикалей, связанных с горизонтальными размерами L исследуемой толщи соотношением L (N - 1)дх/2.

г- С) - ФАК суммотрассы после действия оператора скользящего.сгла0

живанияз причем

Изобретение карается излучения строения Земли сейсмическими методами и может быть использовано для поиска залежей полезных ископаемых. Цель изобретения - повышение точности определения декрементов затухания сейсмических волн. Для этого расстояние между сейсмоприемниками выбирают не меньшим 0,1 , где V Vn - средняя скорость сей n/fm; смической волны до подошвы исследуемой толщи пород, расстояние от источника до приемников L в пределах 1,6 (V,p/V, )-1 1.(1-1,5)Н„, где Н 5 51|(Hf,) +Н, Vcp - средняя скорость до глубины Е, симальная кажущаяся скорость волн- помех, ,8. Сейсмическое поле регистрируют в ограниченном диапазоне частот f f f, где fm и fм - минимальная и максимальная из используемых частот в спектре эле,ментарного сейсмического сигнала, значения ко- В торых выбирают в зависимости от изучаемого физического типа декремента затухания. 1 ил. с S сл

rj СГ)

i+M-1

x(t)

i+MJ 1

R(T)

N-M+1i+M-1N-M+1i+M-1

.j 1

(угловые скобки обозначают операцию усреднения по времени). ,

Структура выражения (Д и применение .скользящего суммирования реализуют вариант пространственной фильтрации, задачей которой в данном случае является выделение статисти- чески независимых отражений с преобладающим радиусом корреляции, равным а, а также подавление нерегулярных волн-помех и волн, рассеянных мелкомасштабным () неоднородностями. Необходимость подавления последних связана с тем, что коэффициент рассеяния мелкомасштабной неоднородности как функция частоты зависит не только от отличий акустических жест- костей неоднородности и вмещающей толщи, но и от акустических свойств собственно неоднородности. Так, при одинаковых отличиях в акустических жесткостях акустически мягкая неод- нородность имеет на порядок больше коэффициент рассеяния, чем акустически жесткая (относительно вмещающей среды), и, что главное, их коэффициенты рассеяния существенно за- висят от частоты. Поэтому изменение физических свойств мелкомасштабных неоднородностей с глубиной приводит к изменению частотного состава рассеянного ими элементарного сейсми- ческого сигнала. Такое изменение сигнала, связанное с акустическим состоянием мелкомасштабных неоднородностей, находящихся выще и ниже излучаемой толщи, накладывается на изменение неоднородности изучаемой толщи и способно создавать ложное представление о свойствах последней .

В связи с этим выбор расстояния Дх между сейсмоприемниками подчинен требованию статической независимости волн, рассеянных мелкомасштабными неоднородностями, что приводит к подавлению их, а также нерегулярных волн-помех примерно в М раз при работе по (4). Условие статистической независимости волн, рассеянных мелкомасштабными неоднородностями, на соседних суммотрассах ОГТ может

лх

быть записано в виде -„-

где Ал а - полньй эффективньгй поперечник рассеяния акустически мягкой мелкомасштабной неоднородности, имеющей, как известно, наибольшее значение поперечника рассеяния. С другой стороны, из условия мелкомас- штабности имеем ka«1 или а« 5 /., или /205Г. Беря в качестве оценочного верхний предел для а, получаем 4х или АХ . , или окончательно

Лх /5- « 0,1 Я

гл

(5)

где /), - максимальная из длин волн м

в спектре сигнала.

Выбор минимально допустимого удаления источника от сейсмоприемников Х„,.и основан на следующем.

(ЛИ Н

Известно соотношение

2Нк

ср макс

) -1

где X

мин

- минимальное расстояние (вынос) источник - приеника в системе наблюдения, Н., - минимальная глубина раз

- ведки или минимально допустимая глубина залегания кровли исследуемой толщи; VCP - средняя скорость до Нц

V - максимальная кажущаяся мсике

скорость в спектре ско-.

ростей волн-помех. С учетом соотношения

Н, . 0,8 ,

полученного из требования независимости коэффициента отражения от частоты k2Н, 1 или Н,/ 10 Я...кс/А,

имеем

мин к

Мин

. (6)

()

мокс

5

Таким образом, выбор Х согласно (6) исключает из рассмотрения волны от мелкозалегающих границ, для которых характерно наличие зависимости коэффициента . отражения от частоты, вследствие чего они не могут быть использованы для определения декрементов эффективного затухания, а также повышает помехоустойчивость системы по отношению к поверхностным волнам-помехам.

Выбор минимально возможной Н залегания подошвы исследуемого комплекса должен удовлетворять условию

Н„ 5 V HK, .

Максимальное удаление источник - приемник при многократном профилировании связано со средней глубиной Н разведки соотношением

м«.)Н,р (1-П5)Н,.

Поэтому условие выбора Хдд,, имеет вид

Хм«кс(1 - U5)H .,), (7)

где /((Нц.) и дд (Н|) значения на глубинах залегания подошвы и кровли исследуемого комплекса.

Выполнение условия (7) обеспечивает независимость определяемых значений декрементов эффективного затухания от фильтрующего (с неизвестной частотной характеристикой) влияния слоистости изучаемой толпщ.

Предложенный способ предусматрива- I

ет Проведение опытных работ и определение спектра мощности элементарного сейсмического сигнала значений:

f лдин макс «Ь1бор рабочего диапазона частот , - f f или .- (в зависимости от типа определяемого декремента затухания), определение расстояния между соседними сейсмоприемниками (каналами), исходя из условия минимально допустимого его значения, и проведение полевых работ по системе многократного профилирования с регистрацией сейсмического поля в выбранном диапазоне частот, определение максимального и минимального удалений источника от сейсмоприемников, выбор размера круп80 .6

номасштабной неоднородности и в соответствии с ним числа вовлекаемых в работу суммотрасс ОГТ, выбор величины /IT участка трассы, обеспечивающего согласно условию эргодичности необходимую точность определения ФАК; выбор минимально допустимой мощности изучаемой толщи, обеспечивающей независимость определяемых значений декрементов от частотно-зависимого влияния ее слоистости, расчет значений декрементов затухания вдоль профиля.

I

Формула изобретения

системе многократного профилирования и его обработке по методу общей глу- бинной точки, изучении изменения спектра мощности элементарного сейсмичес- кого сигнала, проходящего исследуемую

толщу и рассеиваемого случайно распределенными в ней крупномасштабными сейсмогеологическими неоднородностя- ми, отличающийся тем, что, с целью повышения точности способа, расстояние между сейсмоприемниками выбирают не меньшим 0,1 Ярд, где

максимальная из длин волн в спектре, приуроченная к глубине Н залегания подошвы исследуемой толщи

пород, расстояние от источника до приемников L выбирают в пределах

5

U6,(H,)j(|

-)(1-1,5)H

0

ллакс

где Н 5(Н) + Н

ср средняя скорость до глубины Н залегания кровли исследуемой толщи,

VH - максимальная кажущая скорость в спектре скоростей волн-помех.

п

п

ЛДЙКС

55

,8(Н),

при этом сейсмическое поле регистрируют в диапазоне частот f fefS fj, где fm (Л минимальная и макси71/409880

из используемых частот в сигнала.

т н

2, Способ по П.1, о т л II ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью определения декремента эффективного поглощения, выбирают €„ f

(Л -(WtJlCC

сейсмическое поле регистрируют в диапазоне частот f f - f -9

f - преобладающая, а f

мальная энергетически значимая часмаис-

МОсКС

где - макси f

fS 25 35 ftS SS 65 75 65 9S lOS TtS .,Гц

тотные составляющие в спектре сиг- на.па

мин мин сейсмическое поле регистрируют в диапазоне частот

. где,

- минимальная

- м -мин энергетически значимая частотная составляющая в спектре сигнала.