Способ геофизической разведки Советский патент 1940 года по МПК G01V3/08 

Известен способ разведки, основанный на сейсмо-электрическом эффекте, т. е. на эффекте изменения электрического сопротивления горных пород при прохождении через них упругих колебаний. Сейсмо-электрический эффект используется для приема упругих колебаний при проведении сейсмической разведки методом отраженных и преломленных волн. При этом через землю при помощи нескольких электродов пропускают ток. При подходе упругой волны к области, занимаемой электродами, изменяется сопротивление горных пород, а следовательно, и сила тока; изменения силы тока записывают с помощью обычного усилителя и осциллографа. Получаемая запись аналогична сейсмограмме. Этот способ записи упругих колебаний находится в стадии экспериментов как в СССР, так и в США.

Использование сейсмо-электрического эффекта затруднено тем, что при пропускании тока через землю в цепи возникают сильные помехи, вызванные колебаниями силы тока. Как показывают опыты, величина помех в начале возрастает линейно с увеличением тока, а затем, начиная

с некоторого предела, помехи увеличиваются значительно быстрее, чем ток. Так как сама величина сейсмоэлектрического эффекта прямо пропорциональна силе тока, то электрические помехи значительно ограничивают чувствительность всей схемы. Поэтому для получения четких результатов необходимо закладывать сравнительно больщие порции взрывчатки.

Предлагаемый способ геофизической разведки основан не на эффекте изменения сопротивления, а на эффекте электризации горных пород при прохождении через них упругих колебаний.

Иа прилагаемом чертеже фиг. 1 изображает схему установки; фиг. 2- вариант схемы, устраняющий естественные помехи; фиг. 3-схему кароттажа буровых скважин.

Если установить в горных породах на некотором расстоянии друг от друга два электрода и произвести взрыв, то при подходе упругой волны к месту; расположения электродов между ними возникает переменная разность потенциалов, которая может быть зарегистрирована с помощью

усилителя и осциллографа, причем получается обычная сейсмограмма.

Указанный эффект электризации является самостоятельным эффектом, а не проявлением сейсмо-электрического эффекта при наличии в земле естественных токов. Произведенные опыты показали также, что аффект этот является объемным эффектом и не связан с поляризацией электродов. Ниже дано краткое описание

:ЭТИХ опытов.

1.После получения записи по указанной выше схеме электроды были сдвинуты вместе и поставлены в землю на расстоянии 2-5 см друг от друга. В регистрирующей установке (как и в последующих опытах) не делалось никаких изменений, и чувствительность ее оставлялась прежней. Запись произведенного в прежнем месте взрыва дала прямую линию. Этот опыт доказывает, что электризация проявляется в самих горных породах, а не вызывается электродами. Опыт повторялся неоднократно в различных местах.

2.Для о(1ределения величины объема, охватываемого приемной установкой и для доказательства того, что электризация является объемным эффектом у ближайшего к взрыву электрода был установлен электрический сейсмограф. Если имеет место объемный эффект, то первый выброс (первое вступление) должен появиться в установке с электродами раньше, чем в записи сейсмографа, так как упругая волна пОлТ,ойдет непосредственно к сейсмографу позже, чем .к толще горных пород между электродами. Эти опыты также показали, что эффект электризации является объемным эффектом. При взрыве на рассотоянии 100-200 м от установки с двумя электродами первое вступление в установке с электродами появлялось на осциллограмме на 0,016... 0,02 секунды раньше, нежели на записи колебаний сейсмографа. Следует отметить, что вступление сейсмографом отмечалось вполне четко. Для этого частного случая глубина захвата установки была равна примерно 0,015X1000 15 м,а осциллограмме помимо первого вступления отмечались и другие типы волн.

3. Третий опыт должен был показать, что имеет место электризация, а не сейсмо-электрический эффект, проявляющийся при прохождении через горные породы естественных земных токов.

Был сделан взрыв с одной стороны от двухэлектродной установки, а затем точка взрыва была перенесена на другое направление этого же профиля, и взрыв был произведен с другой стороны установки на том же (небольшом) расстоянии. Оказалось, что при перемене азимута взрыва на 180° по профилю фаза записывае.мых колебаний изменяется на 180°, т. е. в первом случае первое вступление, например, направлено вниз, а во втором случае первое вступление на записи направлено вверх. Это доказывает, что исследуемый эффект является именно эффектом электризации. Если бы записанные колебания были вызваны естественными земными токами и сейсмо-электрическим эффектом, то при переносе азимута точки взрыва на 180 направление первого вступления на записи не изменилось бы.

Для уничтожения естественных помех может быть применена схема по фиг. 1, где цифрами I, 2 и 3 обозначены электроды, установленные вдоль или поперек профиля, через У обозначен усилитель, О - осциллограф. Такая установка будет являться приемником всех типов волн, которые приходят разновременно к электродам /, 2, 3. Она особенно пригодна, когда нужно отыскать волны, отраженные от наклонных границ раздела, и при приеме волн, отраженных от неглубоко залегающих пластов.

В то же время эта схема в принципе является поглотителем стационарных колебаний: при соответствующем выборе расстояний между электродами /, 2, 3, очевидно, колебания определенных периодов регистрироваться не будут. Опыт работы с такой установкой показал, что отдельные типы волн выделяются большими амплитудами на осциллограмме.

Фиг. 2 изображает схему, которая может оказаться особенно пригодной при установке электродов перпендикулярно к профилю с целью выделения упругих волн, подходящих к профилю несимметрично, т. е. когда сейсмические лучи лежат не в вертикальной плоскости при подходе к поверхности земли. Здесь, помимо прежних элементов, применен реостат-потенциометр 4, имеющий назначением компенсацию естественных электрических помех, существующих в почве.

Приемные электроды могут быть установлены не только в горизонтальной плоскости, но и по вертикали. В этом случае условия приема упругих волн будут лучще. На глубину может погружаться часть системы электродов или же вся система электродов при измерениях в буровой скважине.

Преимущества применения эффекта электризации для приема упругих волн видны из следующих соображений:

1. Приемником сотрясения является толща земли мощностью в 15- 30 ж и протяженностью, соответствующей величине разноса электродов. Это больщое преимущество по сравнению с приемом упругих волн сейсмографом; в последнем случае сотрясения принимаются не целым объемом пород, а одной точкой; форма записи зависит очень сильно от „подпочвы и условий установки сейсмографа, от его веса и пр.

Так, например, в Ищимбаевском районе Бащкирской АССР установлен так называемый эффект диффузного рассеяния упругих волн; эффект этот проявляется тем, что формы записей сейсмографов, соверщенно идентичных и поставленных на 2-3 м друг от друга, при одном взрыве получаются резко различными. Это объясняется неровностями ближайшего к дневной поверхности пласта алечников. В упомянутой разведочной партии для осреднения формы записи применено, так называемое, поперечное группирование нескольких сейсмографов, колебания которых записываются одним гальванометром.

Использование эффекта электризации, положенного в основу предлагаемого способа, дает предельное осреднение записей, ибо в приеме участвует целый пласт земли. Очевидно также, что помехи, вызываемые сейсмографами, например, колебания сейсмографа на подставке, прием колебания в одной точке и пр. в этом случае отсутствуют. Располагая особым образом электроды, можно добиться отсева мещающих колебаний.

2.Использование эффекта электризации позволяет производить прием упругих волн с помощью значительно больщего объема земли, нежели при применении упомянутого выще сейсмо-электрического аффекта; это объясняется тем, что, согласно теоретическим расчетам, изменения силы тока в питающей цепи и перераспределение эквипотенциальных линий на земле будут зависеть главным образом от объема земли, лежащей вокруг электродов в пределах расстояния, примерно равного стократной величине радиуса самого электрода, если он представляет собой полусферу. Изменения э. д. с, в цепи питающих электродов А и В или между приемными электродами М н N будут определяться изменением сопротивления под действием упругой волны именно этих весьма малых объемов земли. Весь остальной объем земли при использовании сейсмоэлектрического эффекта будет влиять в сотни раз меньще.

3.Преимущество применения для регистрации упругих волн эффекта электризации перед использованием сейсмо-электрического эффекта заключается и в том, что пока еще нет схемы, позволяющей при использовании сейсмо-электрического эффекта производить одновременную запись колебаний нескольких участков земли по одному профилю, что совершенно необходимо для регистрации отраженных волн; в этом случае изменения картины поля в одной питающей цепи будут отражаться на картине поля от другой питающей цепи. Эти

взаимные связи значительно усложняют технику проведения сейсмоэлектрической разведки. При использовании же эффекта электризации эти взаимные влияния практически совершенно отсутствуют.

Предлагаемый способ разведки может быть использован не только для определения времени распространения различных упругих волн и для их выделения на фоне других мешающих колебаний, но также и для определения физических свойств горных пород путем наблюдений величины электризации и изменения ее формы во времени. При этом наблюдения могут производиться по описанным выше схемам как на поверхности земли, так и в буровых скважинах. В последнем случае эти исследования будут представлять собой особого рода объемный кароттаж. Изучение амплитуды, формы и продолжительности электризации даст возможность отличать отдельные пласты горных пород друг от друга.

Предлагаемый способ геофизической разведки может быть применен. также и в случае кароттажа скважин, обсаженных металлическими трубами. В этом случае записывают измене ния во времени электрических напряжений под действием сотрясений против каждого пласта. Здесь могут наблюдаться разности потенциалов, возникающие в самых горных породах, а также, вероятно, изменения электродных потенциалов на границе раздела между трубой и горными породами. И те и другие будут сильно зависеть от электрических свойств насыщающей породу жидкости (например, пластовых вод или нефти).

Для практического осуществления этого способа может слулсить схема по фиг. 3, на которой / - электрод, заземленный на поверхности земли, 5- колонна обсадных труб, 6-источник сотрясений, опускаемый, согласно изобретению, в буровую скважину.

В качестве одного электрода используют обсадную трубу 5, а второго- электрод /, установленный на поверхности земли. Источник сотрясений погружают постепенно в скважину и исследуют изменения разности потенциалов между трубой и вторым электродом. Эти изменения будут происходить на уровне, куда опущен источник сотрясений. Записи изменений разности потенциалов на различной глубине погружения источника сотрясений будут давать материалы для построения кароттажной диаграммы и для выделения, в частности, нефтенасыщенных пластов.

Для усиления действия сотрясений между трубой и верхним электродом может быть пропущен вспомогательный ток. В этом случае, кроме эффекта электризации, будет использован также сейсмо-электрический эффект.

Опыты показали, что если между электродами пропускать ток, то чувствительность электродов к сотрясениям различна: электрод, являющийся анодом, в 8-10 раз более чувствителен к сотрясениям, чем электрод, являющийся катодом. Поэтому для более полного исследования свойств пород и для выяснения роли трубы в величине изменения разности потенциалов можно повторять исследования, делая трубу сначала анодом, а затем катодом и снимая каждый раз кароттажную диаграмму. Эти диаграммы будут дополнять кривую, полученную без тока в цепи. Можно также пропускать ток через землю при помощи двух других дополнительных электродов. Схема измерений при этом останется прежней.

Предмет изобретения.

1.Способ геофизической разведки, отличающийся тем, что для суждения о горных породах снимают осциллограммы электрического потенциала, возникающего в породах под действием искусственных сотрясений, а затем исследуют его абсолютную величину и изменение во времени.

2.Прием осуществления способа по п. 1 в случае кароттажа обсаженных буровых скважин, отличающийся тем, что источник сотрясений опускают в скважину на различную глубину и регистрируют изменения разности потенциалов между обсадной трубой и электродом на поверхности земли, а с целью более детального исследования скважины, после первого измерения прикладывают к обсадной трубе дополнительную

поляризующую разность потенциалов сначала отрицательную, а затем положительную и в обоих случаях снова осциллографируют изменения потенциала трубы.

ф и г2