СПОСОБ ГРУППИРОВАНИЯ ВЗРЫВОВ ПРИ СЕЙСМИЧЕСКОЙРАЗВЕДКЕ Советский патент 1967 года по МПК G01V1/13 

Известны способы группирования взрывов при сейсмической разведке для выделения поперечных и продольных волн по частоте и направленности колебаний.

Предложенный способ отличается тем, что взрывы производят в двух источниках, имеющих противоположное направление для возбуждеиия полезных волн и действующих через промежуток времени, близкий к среднему полупериоду мешающих колебаний.

Это иозволяет повысить точность выделения полезных воли на фоне помех.

Поставленную задачу можно разрешить в случае значительного различия преобладающих частот иолезпых и мешающих колебаний путем выбора оптимального промежутка времени между взрывами в группе или между груииами одновременных или разновременных взрывов, при котором выделяются полезные и подавляются мешающие колебания. Такое решение задачи можно получить при условии, когда полезные и мешающие волны одного типа (поперечные или продольные), и при условии, когда эти волны разных типов. При любых соотношениях преобладающих частот выделяемых и подавляемых колебаний, по при разных типах полезных и мешающих воли можно создать сложные источники, выделяющие поперечные волны и подавляющие продольные или, наоборот, выделяющие продольные и подавляющие поперечные волны.

Продольные волны, обычно возбуждаются взрывами отдельных зарядов или одновременными взрывами групповых зарядов, расстояние между которыми в группе больше удвоениого радиуса зоны необратимых деформаций. В предыдущих заявках автора, направленных в Государственный комитет по делам изобретений и открытий СССР, предложеиы способы и средства для возбуждения продольных и поперечных волн при помощи одновременных и неодновременных групповых взрывов зарядов, расстояния между которыми и в группе меньше удвоенного радиуса зоны необратимых деформаций (способ трансформации ударных волн взрывов, способы кумулятивного действия групповых взрывов, вертикальная рейка времени). Рассмотрено решение задачи и его практическое применение при указанных условиях.

На фиг. 1 представлены схемы расположения зарядов для группирования взрывов с целью выделения поперечных или продольных воли по частоте и направленности колебаний: 1,а - схема расположения отдельных или групповых зарядов для выделения поперечных или продольных волн по частоте колебаний; 1,6 - схема расположения осей направлениости возбуждения для получения

разностных сейсмограмм со сдвигом фаз с целью выделения поперечных волн; 1,8 - схема расположения осей направленности возбуждения с целью получения разностных сейсмограмм со сдвигом фаз с целью выделения продольных волн; 1,г - схема расположения осей направленности возбуждения для получения суммарных сейсмограмм с целью выделения поперечных волн; X, У, Z- координатные оси; на фиг. 2 - амплитудный график; на фиг. 3 -частотная характеристика групповых взрывов, предназначенных для возбуждения поперечных воли.

Возбуждение продольных волн взрывами отдельных зарядов или одновременными взрывами групповых зарядов.

Два заряда или две группы зарядов 1, 2 располагаются на прямой, перпендикулярной клинии профиля (фиг. ,а). Расстояние между составляющими зарядами или между центрами составляющих групп зарядов должно быть не меньше удвоенного радиуса зоны необратимных деформаций. Взрывы этих зарядов или групп зарядов производятся через промежуток времени Дт. Этот промежуток времени меняется в области значений средних полупериодов мещающих колебаний. Если полезные волны значительно отличаются от помех по преобладающим частотам колебаний, то они могут выделяться в тех случаях, когда промежуток времени между взрывами будет достаточно близок к среднему полупериоду преобладающих мешающих колебаний или к величинам, отличающимся от него на величину, кратную периоду. Во всяком случае, целесообразно построить частотные и фазовые характеристики описанного группового взрыва для разных значений промежутка времени Дт. Этот промежуток времени целесообразно выбирать так, чтобы возбуждаемые полезные колебания попадали в полосу основного максимума частотной характеристики, а мешающие колебания - в область минимума.

Возбуждение поперечных волн одновременными взрывами дискретных зарядов кумулятивного действия.

Дискретный заряд кумулятивного действия при одновременных взрывах представлен группами отдельных зарядов, размещенных на полусфере или на конической поверхности. Ось полусферы или конуса, направленная от центра заряда к центру, соответственно, сферы или основания конуса, является осью направленного возбуждения. Для, выделения поперечных волн по частоте колебаний такие дискретные заряды располагаются так, как указано в предыдущем разделе для обычных групповых зарядов, и взрываются через промежуток времени, выбираемый указанным способом. Оси направленного возбуждения ед, 82 направляются в одну сторону (параллельно линии профиля для возбуждения волн

типа 5У и перпендикулярно этой линии для возбуждения волн типа SH (фиг. 1, а).

Возбуждение поперечных волн неодновременными взрывами д искретных зарядов кумулятивного действия (способом трансформации или взрывами цилиндрических или сужающихся зарядов кумулятивного действия). При возбуждении поперечных волн способом трансформации отдельные заряды располагаются но оси направленного возбуждения (по линии взрывов) обычно через 2-3 м один от другого. В случае цилиндрических или сул ающихся зарядов кумулятивного действия вместо отдельных зарядов таким же образом размещаются дискретные заряды, указанные в предыдущем разделе. Отдельные заряды в первом случае или дискретные заряды во втором случае взрываются через

промежутки времени Дт. Эти промежутки времени вычисляются по формуле

A -TC/Cl/As,

(1)

где коэффициент «/( определяется экспериментально и для несчано-глинистых отложений равен 2-4;

С - вес заряда в кг;

Де- расстояние между соседними зарядами в м.

Обычно ,004-0,008 сек при 3 м. Первым взрывается крайний заряд, находящийся с тыльной стороны относительно направления воздействия. Каждый последующий взрыв происходит через промежуток времени бт после прохождения его пункта фронтом волн, возбужденной предыдущим взрывом. Этот промежуток времени определяется неравенством

,(2)

„ л ЛЕ гдебт Дт-;

D - средняя скорость распространения переднего фронта неупругой волны (ударной волны или сильной волны сжатия) между соседними пунктами взрыва;

продолжительность фазы сжатия;

3т- разброс моментов взрывов электродетонаторов, связанный с их неидентичностью.

Промежуток времени бтг близок к фазе сжатия и должен удовлетворять, кроме неравенства (2), следующим требованиям:

1)обеспечивать продолжительную асимметрию условий возбуждения, состоящую в

том, что перед каждым последующим взрывом с одной стороны от его пункта образуется зона разрущения, заполненная газообразными продуктами предыдущего взрыва; В момент последующего взрыва с одной стороны от его пункта находится фаза сильного сжатия, а с другой стороны - фаза разрежения волны, возбужденной предыдущим взрывом. Такой промежуток времени для каждого участка, отличного от предыдущего, предварительно вычисляется по формуле (1), затем, если это необходимо, проверяется путем экспериментального подбора. Экспериментальный подбор, в процессе которого определяется значение /С в формуле (I), производится в начале работ на новом участке, значительно отличающемся от предыдущего по сейсмогеологическим условиям. Промежуток времени At увеличивается обычно на 0,001 сек при переходе к каждому последующему взрыву. Критерием правильного определения Дг является обращение фазы поперечной волны на 180° при изменении направления оси возбуждения на обратное. Кроме того, при оптимальном значении Дт амплитуды поперечных волн должны быть наибольшие. Например, на графике (фиг. 2) максимальные амплитуды поперечных волн наблюдаются при ,003-0,006 сек. Однако в этом случае максимальное отношение амплитуд поперечных волн к амплитудам продольных волн, которые являются помехами, находится при Дт 0,008 сек. В последнем случае поперечные волны наиболее отчетливо выделяются. Рассматривая частотные характеристики группового взрыва, построенные для продольных волн (фиг. 3), видим, что при ,008 сек продольные волны попадают в область минимума характеристики. Следовательно, в случае неодновременных групповых взрывов целесообразно выбирать Дт (или бт) не только с расчетом на получение наилучшей направленности воздействия, но и с расчетом на то, чтобы мешающие колебания попадали в области минимума частотной характеристики группового взрыва. Основным критерием для выбора Дт в этом случае должно быть отчетливое выделение поперечных волн. Получение разцостных сейсмограмм для выделения поперечн ы X во л н. Расположим два дискретных заряда кумулятивного действия того или другого вида так, чтобы они образовали в сумме источник типа диполя (с моментом или без момента) (фиг. 1,а и б. Оси возбуждения BI, 82 направим в этом источнике в разные стороны (параллельно оси X, совпадающей по направлению с линией профиля, для возбуждения волн типа SV и параллельно оси У для возбуждения волн типа SH). Промежуток времени между взрывами этих дискретных зарядов, составляющих диполь, выбираем в пределах где Г,1 - преобладающий период продольных волн, являющихся помехами для регистрации поперечных волн. Для выбора промежутка времени Дт иногда необходимо записывать колебания (при открытом канале), возбужденные взрывами составляющих зарядов, взятых в отдельности. На полученных лентах находятся записи, фазы которых не меняются при изменении направления воздействия на обратное. Эти записи должны относиться к записям продольных волн-помех. Измеряются периоды и амплитуды ряда таких записей и вычисляются их средние значения. С помощью средней величины периодов определяется промежуток времени на основании неравенста (3), а с помощью средней величины амплитуд - величины суммарных весов составляющих зарядов. Наибольшим весом должен обладать тот заряд, при взрыве которого получены меньшие амплитуды помех, а наибольший весом - тот заряд, при взрыве которого получены большие амплитуды помех. Эти заряды нужно подобрать так, чтобы помехи были достаточно одинаковыми по амплитудам, и при их взаимном вычитании оставались следы незначительпые для выделения поперечных волн. Экспериментальный подбор в практике работ необходим на некоторых участках, главным образом с резко выраженной неоднородностью среды, около пунктов возбуждения, и не составляет большого объема работ. При установленном таким образом промежутке времени Дт между взрывами составного заряда продольные волны-помехи взаимно подавляются, а поперечные выделяются, если их преобладающие периоды 2 удовлетворяют неравенству 7.,5Гь Такое неравенство нередко наблюдается. На соотношение периодов влияет то, что продольные волны являются помехами в том случае, когда они накладываются на поперечные; в этом случае они имеют в несколько раз более длинный путь, чем поперечные, а с увеличением пути, как правило, средние частоты колебаний понижаются. Если же неравенство (4) не выполняется, то указанный выше подбор Дт нужно провести для поперечных волн и выбрать промежуток времени так, чтобы где TZ - средний период .поперечных колебаний. Заметим, что для определения среднгих периодов как полезных, так и мешающих колебаний, необходимо строить амплитудные спектры этих колебаний и делить их на частотные характеристики сейсмоприемников -и (если регистрация производилась при включенной фильтрации) усилйтелей. ; Таким образом достигается четкое выделение поперечных волн. Основные описанные операции аналогичны тем, которые применяются при получении разностной сейсмограммы путем вычитания из записи, полученной при одном направлении воздействия, записи, полученной при обратном направлении воздействия.

Получение разностных сейсмограмм для выделения продольн ы X волн.

В этом случае считаем, что поперечные волны создают мешающие колебания. Расположим два дискретных заряда кумулятивного действия того или другого вида так, чтобы их оси возбуждения были направлены в противоположные стороны по вертикали или по направлению среднего луча (фиг. 1,0). Эти заряды взрываются через промежуток времени, равный среднему полупериоду преобладающих поперечных колебаний и выбранный способом, указанным в предыдущем разделе. Эти продольные волны должны в таком случае выделяться по амплитудам колебаний.

Получение суммарных сейсмограмм для выделения поперечных волн.

Указанные в предыдущих разделах дискретные заряды кумулятивного действия располагаются так, как описано в этих разделах, и составляют источник типа диполя. Оси возбуждения направляются под углом порядка 45-60° К вертикали или к среднему направлению лучей выделяемых волн так, что вертикальные составляющие этих осей (проекции на среднее направление лучей) или, иначе говоря, радиальные составляющие, одинаковы по величине, но противоположны по направлению, а горизонтальные (тангенциальные) составляющие одинаковы по величине и направлению (фиг. 1,г). Эти дискретные заряды взрываются одновременно (точнее - совпадают по моменту начала или конца серии последовательных взрывов). В таком случае поперечные волны, возбужденные составляющими зарядами, прибывают в пункты приема одновременно и складываются синфазно, а продольные волны прибывают одновременно и складываются в противофазе. Если выделение поперечных волн недостаточно, то нужно получить сейсмограммы при взрывах отдельно взятых дискретных зарядов, составляющих источник типа диполя, и сопоставить между собой средние амплитуды записей прЬдольных волн. Эти записи, полученные при разйых направлениях возбуждения, должны выделяться по обращению фаз на 180°. В том случае, когда указанные средние амплитуды, полученные при одном направлении вертикальной составляющей оси возбуждения, значительно больше средних амплитуд, полученных при противоположном направлении соответствующей вертикальной составляющей, то суммарный заряд, соответствующий большим амплитудам, нужно

уменьшить или другой заряд увеличить так, чтобы эти амплитуды были достаточно одинаковыми. В таком случае при возбуждении волн составным зарядом произойдет вычитание помех (независимо от соотношения ча.стот), если они являются продольными, и синфазное сложение полезных волн, если они являются поперечными.

Получение суммарных сейсмограмм для выделения продольных волн.

Указанные в предыдущем разделе дискретные заряды кумулятивного действия располагаются так, чтобы радиальные составляющие их осей совпадали но величине и направлению, а тангенциальные составляющие были одинаковы по величине и противополож:ны по направлению. При промежутке времени между взрывами таких зарядов, равном нулю, продольные волны прибывают в пункты наблюдений одновременно, складываются синфазно и выделяются на записи; а поперечные волны прибывают одновременно, складываются в противофазе и взаимоподавляются. Если же продольные волны выделяются недостаточно отчетливо, то нужно произвести поочередно взрывы зарядов, составляющих диполь, определить отношение средних амплитуд поперечных волн так, как это указано в предыдущем разделе для продольных волн, и установить соответствующее отношение суммарных составных зарядов так, чтобы соотношение амплитуд поперечных волн при взрывах составляющих частей источника стало достаточно близким к единице. В этом слзчае поперечные волны-помехи подавляются путем взаимного вычитания при взрыве составного заряда, а продольные волны складываются синфазно и выделяются.

Постепенное изменение промежутка в р е м е н н Дт.

Во всех описанных способах выделения полезных волн по частоте и направленности колебаний целесообразно постепенно изменять промежуток времени Ат между взрывами в области наиболее вероятных значений. Это нередко приводит к выбору наиболее оптимального значения промежутка времени, В случае выделения волн по частоте колебаний постепенное изменение приводит к поочередному выделению волн, связанных с разными границами. В таком случае частоту колебаний, соответствующую оптимальному значению Ат (для определенной границы или ряда границ), можно использовать п качестве параметра для распозаавати-ш или характеристики этих волн.

Предмет изобретения

Способ группирования взрывов при сейсмической разведке для выделения поперечных или продольных волн по частоте и направленнасти колебаний. Отличающийся тем, что, с целью повышения точности выделения полезlibix волн на фоне помех, взрывы производят в двух источниках, имеющих противоположные направления для возбуждения полезных

10

волн и действующих через промежуток времени, близкий к среднему полупериоду мешающих колебаний.

uel