Способ сейсмического просвечивания субгоризонтально и субвертикально залегающих локальных неоднородностей Советский патент 1992 года по МПК G01V1/40 

Изобретение относится к геофизическим способам исследования неоднородностей в горных породах и может быть использовано для обнаружения и оконтури- вания локальных объектов, обладающих по- вышенными, либо пониженными скоростными свойствами по отношению к вмещающим породам: валунов, пустот, рудных тел и т.д.

Известен способ скважинной сейсмоа- кустической локации неоднородностей, состоящий в возбуждении упругих волн на нескольких частотах, приеме прямых проходящих и отраженных волн в двух других скважинах и измерения кинематических и динамических параметров принятых сипТа- лов. По кинематическим параметрам отра- женных волн определяют местоположение неоднородностей.

Недостатками способа является низкая производительность работ вследствие

сложной методики осуществления т.к. требуется менять местами источники и приемники, использовать, как минимум, три скважины. Кроме того, недостатком является низкая надежность выявления неоднородностей по отраженным волнам в случаях, когда выделяемые объекты имеют шероховатые или нерезкие границы.

Наиболее близко к изобретению способ сейсмического просвечивания локальных неоднородностей (ЛН), осуществляемый при размещении излучателя импульсных сигналов и приемных сейсмодатчиков в двух различных скважинах с регистрацией проходящих и дифрагированных волн в фиксированном диапазоне частот.

Недостатком способа является то, что просвечивание производится без учета направленности возбуждения и приема, а также не учитываются оптимальные для обнаружения локальной неоднородности

VJ

00

N о

CJ

N

углы подхода волн, при которых объект является наименее прозрачным. Это снижаетвероятность обнаружения слабоконтрастных по отношению к вмещающей среде объектов, а также объектов, имеющих малую мощность по отношению к длине волны. В способе для повышения разрешающей способности увеличивается количество наблюдений, что снижает производительность труда.

Цель изобретший - повышение разрешающей способности сейсмического просвечивания. ...

Нафиг,1 показан случай, когда наибольший размер локальной неоднородности (ЛН) перпендикулярен оси скважин; на фиг.2 - то же, размер ЛН параллелен.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом. Сейсмодатчики 1 и излучатель 2 размещают в двух различных скважинах. Прием колебаний осуществляют на интервале 3, не меньшем расстоянии между скважинами 4. Излучают горизонтально-поляризованные поперечные волны, если наибольший размер ЛН 5 перпендикулярен оси скважины (фиг.1), либо вертикально-поляризованные поперечные волны, если наибольший размер ЛН 5 параллелен оси скважины 4 (фиг.2). Сейсмодатчики 1 в приемной установке ориентируют в первом случае по касательной к стенке скважины, излучатель 2 размещают в пределах проекции интервала наблюдения 3 на скважину с излучателем. Когда наибольший размер Л Н 5 параллелен оси скважины, сей- смодатчики 1 ориентируют по образующей скважины, излучатель 2 размещают выше (или ниже) проекции 6 интервала наблюдения 3 на скважину с излучателем. Измеряют амплитуды 2-3 фаз первых вступлений проходящей волны. По наличию зон с резким уменьшением амплитуд волн судят о наличии ЛН. Размеры ЛН в плоскости просвечивания определяют по пересечению лучей, ограничивающих аномальные зоны. Для этого, в случае обнарух ения последней, выполняется просвечивание при другом положении излучателя.

Пример. Конкретным примером осуществления предлагаемого способа является обнаружение с помощью сейсмического просвечивания конкреционных образований, так называемых крепких включений в вскрышной толще угольных разрезов. Там локальные неоднородности (крепкие включения) имеют пластообразную форму т.е. горизонтальнь е размеры больше вертикального и концентрируются вдоль горизон- тов, называемых конкрециеносными горизонтами. Конкреции представляют собой участки сильной сцементированных песчаников, причем границы их могут быть выражены нерезко, с постепенным переходом свойств к свойствам вмещающих пород.

Скорость поперечных волн в конкрециях 800 м/с, во вмещающих породах 250-300 м/с, Конкрециеносные горизонты выдержаны по простиранию на значительных площадях и их положение определено с

помощью геологических методов и уточняется перед просвечиванием с помощью геофизических1 меТодов: вертикального сейсмического профилирования. Зная положение конкрециеносного горизонта, размещаем приемное устройство так, чтобы последний находился в ее пределах.

Приемное устройство имеет 12 сейсмо- датчиков, размещенных на сейсмокосе через 1 м.

Сейсмодатчики прижимаются с помощью прижимных устройств к стенке скёа- жины.Приприеме

горизонтально-поляризованных поперечных волн (SH-волн) Сейсмодатчики расположены перпендикулярно оси скважины. В другунЗ скважину помещается источник SH- волн, на 1, 2 м выше конкрециеносного горизонта. Источник представляет собой совокупность электромагнитов равномерно

размещенных по окружности, с направлением действия по касательной к ней. Электромагниты прижимаются к стенкам скважины с помощью прижимного устройства.

С аккумуляторной батареи через устройство управления на электромагниты подаются импульсы напряжения длительностью мс, что позволяет возбуждать в породе волны сдвига-кручения частотой S

250 Гц. Расстояние между скважинами выбирается с учетом поглощающих свойств вмещающей среды, дифракции и в приведенном случае составляет 6-8 м. При таком взаимном расположении приемного устройства, источника колебаний и локальной неоднородности SH-волны падают на границу ЛН под углами ( а ), большими критического угла (I). В приводимом примере i составляет не более 23°. а а - более 25°. При

любом положении ЛН углы падения волн будут больше критического. Это приводит к вырождению падающей волны в плоскую, которая резко затухает при удалении от границы ЛН.

В приводимом примере ЛН имеют форму плоских, горизонтально расположенных линз. Поэтому просвечивание с помощью SH-волн, в которых смещения происходят также в горизонтальном направлении,

уменьшает толщину слоя, в котором существует плоская волна. Это снижает прозрачность ЛН, увеличивая аномальный эффект. Крепкие включения минимальных, технологически заданных размеров (1,5x1,5x0,2 м) вызывают уменьшение амплитуд падающей волны не менее чем на 8-10 дБ. Такая аномалия может быть обнаружена без предварительной обработки, по дисплею сейс- мостанции. При обнаружении крепкого включения источник колебаний устанавливался в той же скважине, только м ниже конкрециеносного горизонта. Положение Л Н и ее размеры в плоскости просве- чивания определялись пересечением ЯуМей просвечивания, ограничивающих аномэЛь- ные зоны.

Предлагаемый способ сейсмического просвечивания субгоризонтально и субвертикально залегающих локальных небд но- родностей позволяет повысить разрешающую способность сейсмического просвечивания и обнаруживать крепкие включения с минимальными технологически обусловленными размерами 1,5x1,5x0,2 м. Эти размеры обусловлены техническими параметрами добывающей роторной техники. Менее этих размеров включения будут разрушены роторным экскаватором, более - могут привести к его поломке и остановке. Поэтому задача обнаружения крепких включений с помощью сейсмического просвечивания считается решенной, если последнее позволяет обнаруживать все включения, в том числе и с минимальными размерами. Впервые эта задача была решена с помощью предлагаемого способа. Это позволяет уменьшить объемы бурения, что значительно сокращает расходы на подготовку пород к вскрыше.

Формула изо-бретения Способ сейсмического просвечивания субгоризонтально и субвертикалъно залегающих локальных неодно одностей. включающий размещение излучателя импульсных сигналов и приемной установки в двух скважинах, возбуждение и прием поперечных волн в фиксированном диапазоне частот, выбираемом с учетом геометросейсмиче- ского параметра, и определение параметров неоднор бднобтей по аномалиям волнового поля, отличающийся тем, что, с целью повышения разрешающей способности сейсмического просвечивания, последовательно возбуждают горизонтально поляризованное и вертикально поляризованные поперечные волНы с направлением лучей просвечивания под углом соответственно к оси скв Зжины и ее нормали, большим критического при этом вышеуказанный угол выбирают исходя из априорных данных о соотношениях скоростей во вмещающих породах и локальной неоднородности.

Использование: при геофизических способах исследования неоднородностей в горных породах, а также при оконтуривании локальных объектов с отличными от вмещающих пород скоростными свойствами. Сущность изобретения: излучатель импульсных сигналов и приемную установку размещают в двух скважинах. Возбуждают горизонтально-и вертикально-поляризованные волны с направлением лучей просвечивания соответственно к оси скважины и ее нормали, под углом большим критического. Принимают поперечные волны в фиксированном диапазоне частот. Параметры неоднородностей определяют по аномалиям волнового поля. 2 ил.

#

N.

)л ч

У

%

/

У

%

V

Фиг.1

Я

/

/FV

Фигг