Способ сейсмической разведки Советский патент 1993 года по МПК G01V1/40 

Изобретение относится к сейсмической разведке различных полезных ископаемых.

Целью изобретения является обеспечение разведки субвертикальных объектов с гладкими и шероховатыми границами при помощи продольных, поперечных и обменных волн.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу, включающему возбуждение сейсмических колебаний в глубокой скважине и прием их на поверхности при известной скорости V распространения сейсмических волн в среде, для возбуждения сейсмических колебаний в скважине на глубине 2hk, где hk - априорное положение объектов разведки, вдоль ее оси размещают линейный групповой источник сейсмических колебаний, включающий Р излучателей с расстояниями A Z между ними равными полудлине сейсмической волны, прием сейсмических колебаний выполняют площадной системой многокомпонентных сейсмопри- емников, расположенных на расстояниях A Z друг от друга, при этом возбуждение излучателей осуществляют последовательно снизу вверх с временными задержками m-AZ

t3i

V

cosei, где m 1,2,...,Р, е - угол

наклона фронта восходящей волны к оси скважины, регистрируют волны по азимутам р в интервале времени A tik

. -VVR(k+hЈ - где Rik и Rik - радиусы кольцевой зоны, Rik hk ctgei, Rik Rik + (P+1) A Z ctgei и на основе ввода временных сдвигов, компенсирующих разность времен прихода отраженных и рассе- .янных на излучаемых объектах волн к различным приемникам, осуществляют направленный прием этих волн с разных ази-Ч

ю

00

(Л

со

мутов на временах, лежащих в интервале Л tik затем изменяют задержку А уз срабатывания излучателей, многократно повто- ряют весь процесс для всех частично перекрывающихся кольцевых зон, расположенных на глубине hn и имеющих разные удаления RI от ствола скважины, после чего смешают групповой источник в скважине на интервал А h - k Л Z (где k 0,5; 1,2,...) повторяют весь процесс для объектов, залегающих на глубине hk+1 hk ± Ah реализуют всю последовательность операции многократно для всех заданных уровней hk и регистрируют результат в виде набора горизонтальных срезов съемного изображения объектов разведки через интервалы.

Для ускорения процесса обзора окружающего скважину пространства, в верхней части ствола скважины или в неглубокой скважине, пробуренной рядом с основной, дополнительно размещают линейную группу из п многокомпонентных сейсмоприем- ников с расстояниями Л2 друг от друга.

Для сокращения затрат на возбуждение колебаний при изучении околоскважинного пространства, запоминают регистрируемое волновое поле отраженных и рассеянных волн, .формирующихся в объеме кольца с параметрами Rik, hk, многократно воспроизводят запись, измеряют энергию волн,заре- гистрированныхскважинными: приемниками на времени tik, в интервале врем ени Atik, а затем осуществляют направленный прием волн по всем азимутам для тех значений Ri, ti и hk, где энергия превышает заданный уровень,

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1, приведена схема наблюдений для выявления неоднородностей субвертикального типа, а на фиг.2 - план исследуемого участка, где обозначены граница 1 изучаемого участка вокруг скважины, поверхность 2 земли, уровень 3 глубины hk, точки пересечения фронта конической волны с уровнем глубины, неоднородности 4 и 5. скважина 6, источники 7 упругих колебаний, сейсмоприемники 8 в скважине (flepx- ней части ее), расстановка сейсмоприемников 9 на дневной поверхности для площадей регистрации колебаний, индикатриса рассеяния 10 сейсмических волн на шероховатой боковой поверхности Неоднородности, то же самое на гладкой боковой поверхности 1Т неоднородности, коническая волна 12 возбуждаемая групповым источником в скважине, фронт 13 конической волны, лучи 14 отраженной от гладкой поверхности волны, лучи 15 рассеянных на шероховатой поверхности волн,

характеристика 16 направленности группового источника, блок 17 регулируемых задержек и суммирования регистрируемых сигналов, обеспечивающий направленный

прием волн из разных точек пространства, регистратор 18, генератор 19 сигналов возбуждения источников, кабели - 20, 21,22.

Способ реализуется следующим образом. На участке 1. где осуществляется поиск

0 неоднородностей, бурят скважину 6 на глубину, вдвое превышающую уровень залегания 3 искомых неоднородностей в среде. В скважину вдоль ее оси помещают линейный групповой источник 7 продольных или попе5 речных волн, в верхней части той же соседней скважины вдоль ствола располагают линейную группу вертикальных или трех- компонентных приемников 8, а на поверхности, вокруг устья скважины - площадную

0 группу 9 приемников. Затем возбуждают упругие продольные или поперечные волны последовательно снизу вверх всеми источниками 7 с временными задержками, обеспечивающими формирование в среде

5 конической волны 13, распространяющейся в верхнее полупространство под заданным углом е к вертикали (см. характеристику направленности источника 16) и облучающей боковые поверхности

0 неоднородностей 4, 5 в исследуемой области околоскважинного пространства. При этом энергия падающей конической волны 12 страхуется и рассеивается главным образом вперед (см. индикатрисы рассеяния

5 для гладкой 11 и шероховатой границ 10). Отраженные от гладкой границы лучи 14 распространяются в сторону систем приемников 8,9 и регистрируются ими с введением временных сдвигов, компенсирующих

0 различия йо временах прихода отраженных в некоторой области неоднородности волн в разные точки приема. Аналогичным образом регистрируются и волны 15, рассеянные вперед на неоднородности. Учитывая на5. правление распространения падающей волны от источника, направления прихода отраженных и рассеянных волн, время и скорости распространения волн в среде, легко определить положение отражающих и

0 рассеивающих .поверхностей, а следовательно и искомых неоднородностей в среде/ В однородной среде для этого достаточно знать направление распространения падающей волны, скорость и время.

5 Величина задержки At3i срабатывания источников 7 в линейной группе определяется выражением (при заданных Az, v, e) AZ

Atsr

-v

cosei

где V скорость распространения волн в среде; AZ - расстояние между источниками вдоль оси скважины.

Соответственно по заданной величине задержки At.3i можно определить угол наклона коничеVAt3iского фронта ei arc cos д .

Как следует из предыдущего, восходящая коническая волна будет облучать субвертикальные поверхности 4 и рассеивающие объекты 5, расположенные на глубине hk в области пересечения плоской части волнового фронта, имеющей максимальную интенсивность (см. характеристику направленности 16 группового излучателя 7), с уровнем 3, располагающимся на глубине hk. Как видно из фиг.1,.область пересечения волнового фронта с уровнем hk имеет форму кольца, заключенного между точками 3i и Зг слева и точками 3 и 34 справа от оси скважины 6. Очевидно также, что коническая волна приходит в разные точки этого кольца не одновременно, а с линейно возрастающими временными сдвигами от точек 32 и Зз к точкам 3i и 34 соответственно.

Если радиусы внутренней и внешней окружностей кольца 32 и 3i обозначить через Rik И tfik то

Rik hkctgei. RH Rik+ (p-1) AZ-ctger

Энергия волн, отраженных и рассеянных на субвертикальных объектах, лежащих в плоскости рассматриваемого кольца Si- 32, в соответствии с геометрией системы излучатели-приемники и формой индикатрис рассеяния 10, 11 изучаемых объектов, будет направлена главным образом в сторону приемных систем 8 и 9. При этом волны, возникшие на объектах, расположенных в пределах кольцевой зоны 3i-3a и удаленные от оси скважины на различные расстояния Rik Ј R Rik , будут регистрироваться в разные моменты времени. Времена прихода волн от крайних точек кольца определяются выражениями

V RfUhf Mt VVfu+hl Времена прихода волн от точек кольца, лежащих внутри интервала Rik-Rik, располагаются очевидно равномерно (линейно) в интервале rjk-tik. Эти выражения справедливы для продольных и поперечных волн.

В случае обменных волн имеют место соотношения

t|k Ј + 7Г ) и 4

( VP + w}

В то же время волны, образовавшиеся в разных по кругу частях кольца, но на одинаковых удалениях от оси скважины, приходят к приемникам 8, находящимся в скважине 6 одновременно (в однородной среде).

Таким образом, волны, приходящие от объема кольца Rik, hk, можно разделить по

времени прихода и по азимутам. Разделение их по времени прихода легко реализовать, вычислив времена прихода от частей кольца, с разными радиусами, лежащими в интервале Rik R Rik .

Разделение волн по азимутам их прихода реализуется с помощью направленного приема площадной системой 9 приемников. Следует отметить, что площадная приемная система 9 обладает конечной разрешающей способностью как в горизонтальной плоскости (по азимутам ± А г/7 ), так и в вертикальной плоскости (по глубине hk + Ah). В связи с этим отраженные и рассеянные волны, выделенные

приемной системой с учетом селекции волн по времени прихода, соответствуют объектам, расположенным в пределах объемного кольца размером 2 AR х 2 Ah. Соответственно, размеры отдельных элементов объемного кольца, для которых поолучаются изображения в виде разрастаний энергии (амплитуды) сигналов, равны 2 ARxA2 hx

а Ду

В случае применения одноканальной

системы направленного приема (что является обычным) для анализа волнового поля по каждому из азимутов в принципе требуется повторное возбуждение колебаний. В связи с этим целесообразно запомнить регистрируемое всеми приемниками волновое поле, а затем многократно воспроизводить запись, например, с ускорением (в 5-10 раз и более) и последовательно осуществлять направленный прием волн по различным азимутам. При этом, в целях дополнительного уменьшения затрат времени, измеряют энергию сигналов, зарегистрированных сейсмоприемниками 8, расположенными на вертикальном профиле (в скважине), из каждои кольцевой зоны околоскважинного пространства и осуществляют направленный прием волн по всем азимутам лишь в тех случаях, когда энергия отраженных и рассеянных из области кольца волн превышает

порог, устанавливаемый для каждого района опытным путем.

После завершения исследования рассматриваемой объемной кольцевой зоны, удаленной на расстояние Rik от оси скважины, меняют угол наклона е конического фронта (путем изменения временных задержек At3i включения источников 7) и повторяя все операции, исследуют следующую зону с другими радиусом Rik и т.д. до внешней границы изучаемой области околосква- жинного пространства. Для улучшения отношения сигнал/помеха соседние изучаемые кольцевые зоны задают с частичным перекрытием по R (Rik - R « AR, где AR R31 - Rsa) и азимутальным углам ф ± Д

После завершения исследований каждого слоя hk + Ah изменяют глубину hk исследуемого сечения для чего смещают по глубине источник 7 на величину k AZ (k 1,2,...,з) и затем циклически повторяют весь процесс исследований для нового слоя hk+1 и т.д. на всю глубину h.

Все это обеспечивает обнаружение и исследование субвертикальных гладких и шероховатых границ с многократным прослеживанием их за счет задаваемого при направленном приеме волн перекрытия по радиусу в пределах AR и азимуту в пределах Д . Это дает значительный дополнительный выигрыш в отношении сигнал/помеха, пропорциональный величине VSR, Sip (где - кратность перекрытия по соответствующему параметру).

Реализуемое в предлагаемом способе возбуждение упругих колебаний групповым источником на большой глубине в скважине позволяет повысить эффективность действия источников, по сравнению с возбуждением колебаний вблизи дневной поверхности, снизить уровень помех, создаваемых отдельными источниками, уменьшить поглощение упругих волн в верхней части разреза (ВНР), расширить в сторону высоких частот спектр возбуждаемых и регистрируемых колебаний и повысить за счет этого разрешающую способность направленного приема волн.

При необходимости изучения большей площади, чем это позволяют наблюдения, выполняемые на базе одной скважины, необходимо пробудить ряд скважины, расположенных на местности в зависимости от характера разведываемых объектов вдоль профиля или в узлах площадной сетки (например, шестиугольной). При этом расстояния между скважинами должны выбираться так, чтобы изображения субвертикальных объектов в околоскважинном пространстве, построенные по данным исследований в соседних скважинах, частично перекрывались и благодаря этому непрерывноувязывались между собой по площади любого размера. Следует также особо подчеркнуть, что пред0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

лагаемый способ позволяет регистрировать рассеянные и отраженные волны от строго вертикальных границ и даже от границ с обратным наклоном. Это практически недоступно другим известным способам сейсмической раз.ведки.

Предлагаемый способ сейсмической разведки может быть эффективно применен для поисков и разведки субвертикальных геологических объектов: зон разломов, рудных тел, вертикальных жил, даек, трубок взрыва, лакколитов, диапиров, соляных штоков, рифов и других объектов, обнаружение которых известными способами затруд- нено или практически невозможно. Предлагаемый способ впервые решает проблему изучения вертикально слоистых сред и изучения субвертикальных неоднородно- стей на больших площадях.

Формула изобретения .1. Способ сейсмической разведки, включающий возбуждение сейсмических колебаний в глубокой скважине и прием их на поверхности при известной скорости v распространения сейсмических волн в среде, о т л и ч а ю щ и и с я .тем, что, с целью обеспечения разведки субвертикальных объектов с гладкими и шероховатыми поверхностями при помощи продольных, поперечных и обменных волн, для возбуждения сейсмических колебаний в скважине на глубине 2hu, где hk - априорное положение объектов разведки, вдоль ее оси размещают линейный групповой источник сейсмических колебаний, включающий Р излучателей с расстоянием AZ между ними, равными полудлине сейсмической волны, прием сейсмических колебаний выполняют площадной системой многокомпонентных сейсмоприемнтов, расположенных на расстояниях A Z друг от друга, при этом возбуждение излучателей осуществляют последовательно снизу вверх с временными задержками

д , m AZ

Atji -у- cosei

гдет 1,2,...,Р;

е - угол наклона фронта восходящей волны к оси скважины, регистрируют волны по азимутам в интервале времени

А-тис- 4vR(Uhl vvRiUhЈ к

где Rik и Rik - радиусы кольцевой зоны;

Rik hk ctgei

Rik Rik + (P-1) AZ ctgei и на основе ввода временных сдвигов, компенсирующих разность времен прихода отраженных и рассеянных на излучаемых

объектах волн к различным приемникам, осуществляют направленный прием этих волн с разных азимутов на временных, лежащих в интервале Atm. затем изменяют задержку Ат.31 срабатывания излучателей, многократно повторяют весь процесс для всех частично перекрывающихся кольцевых зон, расположенных на глубине-hK и имеющих разные удаления Ri от ствола скважины, после чего смещают групповой источник в скважине на интервал Ah k A Z (где К - 0,5; 1,2,...). повторяют весь процесс для объектов, залегающих на глубине hk+1 hk + h, реализуют всю последовательность операции многократно для всех заданных уровней hk и регистрируют результат в виде набора горизонтальных срезов объемного изображения объектов разведки через интервалы.

2. Способ по п. 1,отличающийся тем,.что, с целью ускорения процесса обзо- ра окружающего скважину пространства, в

верхней части ствола скважины или в неглубокой скважине, пробуренной рядом с основной, дополнительно размещают линейную группу из п многокомпонентных сейсмоприемников с расстояниями AZ друготдруга.

3. Способ по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ и- й с я тем, что, с целью сокращения затрат на возбуждение колебаний при изучении околоскважинного пространства, заполняют регистрируемое волновое поле отраженных и рассеянных волн, формирующихся 8 объеме кольца с параметрами Rik. hk. много- кратнб воспроизводят запись, измеряют энергию волн, зарегистрированных сква- жинными приемниками на времени Atik, в интервале времени Atik, а затем осуществляют направленный прием волн по всем азимутам для тех значений RI. ti и hk. где энергия превышает заданный уровень.

Использование: при разведке субвертикальных объектов с гладкими и шероховатыми поверхностями. Сущность изобретения: в скважине на глубине, вдвое превышающей априорную глубину исследуемого объекта, размещают линейный источник. На поверхности, а также в верхней части скважины, размещают приемники, Расстояние между преобразователями принимают равным половине длины сейсмической волны. Линейный источник возбуждают снизу вверх с временными задержками, изменяющимися по линейному закону. Формируют восходящую волну с коническим фронтом. Облучают неоднородность в заданном объеме кольцевой зоны. Регистрируют отраженные и рассеянные волны в заданном интервале времени и осуществляют направленный прием волне разных азимутов. Процесс повторяют для дискретно меняющихся задержек. 2 з.п. ф-лы. 2 ил.

Фш./

Фиг.г