Способ вибропросвечивания земли Советский патент 1981 года по МПК G01V1/00 

(54) СПОСОБ ВИБРОПРОСВЕЧИВАНИЯ ЗЕМЛИ

I

Изобретение относится к сейсморазведке и сейсмологии, точнее к технике вибропросвечивания Земли, и может быть использовано для исследования структуры земной Kopfct,просвечивания рычаговых зон, а также прк разведке полезных ископаемых.

Известен способ вибросейсмических исследований, в котором сейсмические волны излучаются одиночным или группой вибраторов, возбуждаилдих вертикальные или горизонтальные колебания грунта. Прием и регистрация сейсмического поля осуществляется группой сейсмических приемников, расположенных в широком интервале расстояний от виброисточников. В этом способе вибраторы работают в режиме параметрического излучения сейсмических волн, когла за счет нелинейных свойств среды возникают низкочастотные колебания, причем высокочастотная часть манипулированного вибросигнала быстро затухает и далее распространяется его низкочастотная огибающая l.

Недостатком этого способа является его невысокая эффективность при наличии поля интенсивных волнпомех .

Известен также способ вибропрос-, вечивания, при реализации которого применяют сгруппированные вибрато и приемники, режим работы которых определяют программой, задаваемой по радиокомандам. При работе сгруппированных вибраторов необходима система для их управления и синхронизации Г2.

to

Однако это усложение не гарантирует точного yпpaвJteния суммарным сейсмическим полем, поскольку параметры грунта, влияющие на характер излучения, варьируют в пространстве

15 и не могут быть учтены достаточно точно.

Применение этого способа, основанного на нелинейной генерации и приеме сейсмических волн недостаточ20но эффективно, поскольку не известно, какая часть сейсмической среды ответственна за образование нелинейных эффектов. Это ограничивает возможность поиска определенных полез25ных ископаемых (например, нефти), не позволяет параметрически усиливать принимаемый сигнал и требует для формирования узконаправленных антенн из группированных вибраторов

30 и сейсмоприемников.

Цель изобретения - повышение эффективности за счет использования в качестве источника информации параметров нелинейности среды и усиления принимаемого сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в способе вибропросвечивания Зеьлли путем возбужления вибраторами сейсмических колебаний с последующей регистрацией и pacujHc poBкой возникающих интерференционных сейсмических полей в среде первоначально возбуждают монохропатический пакет поперечных волн, затем возбуждают- монохроматический пакет продольных волн с частотой, равной частоте поперечных волн, в пункте регистрации сейсмических колебаний навстречу этим волнам возбуждают высокочастотные колебания с частотой кратной частоте огибающей взаимодействующих пЕюдольных и поперечных волн, характеристики которых изменяют в процессе излучения.

Монохроматические колебания поперечньиг волн возбуждают в зоне отраженного от границы пакета сейсмических волн, либо время запаздывания выбирают с. таким расчетом,чтобы наложение двух волновых пакетов произоЕШО в заданной точке в пределах объекта исследований.

Способ основан на следующих предпосылках .

Вибратором, установленным в зоне исследования, возбуждаю.т высокочастотный монохроматический сейсмический сигнаш в виде пакета поперечных S-волн. Затем через регулируемый прежежуток времени с помощью этого или другого вибратора излучают монохроматический сейсмический сигнал, представлякзвций пакет продольных Р-волн.. Так как скорость Р-волн превышает скорость 5-волн, то через определенньШ промежуток времени происходит наложение пакетов и параметрическое взаимодействие между ними, эффективность которого определяется нелинейными свойствами среды.Время запаздывания излучения Р-волны относительно 5-волн выбирается таким образом, чтобы наложение излученных пакетов произошло в пределах неоднородности, являющейся объектом излучения и отличаклдейся от окружающей среды особенностями нелинейных слоев В д)езультате прохождения волнового пакета Р-волн через пакет S-золн в среде возбуждаются еще и длиннопериодные волны. Параметрическая генерация длиннопериодных волн возможна при совпадении частот высокочастотных Р и S волн, образующих пакеты. Один из механизмов такой генерации качественно описывается так.

Пусть круговая частота Р и S волн равна (Л)- Тогда прохождение пакета продольных волн через пакет поперечных вызывает возникновение более низкочастотных продольньлх и, при конечной амплитуде волн, образующих пакеты, поперечных волн. Длины продольны и поперечных волн составляют соответственно

, 2101) , Р (A)p-Vg) U,(Dp-Vg)i

Эффективны также параметрические взаимодействия Р и S волн равной длины. В результате интерференции этих двух волн в среде возникает периодическое поперечное волновое движение, частоты которого г Л/( Р больи:е частоты исходной волны S. Действительно, . пусть длина волны Р равна , а длина волны S 2 Волна Р при прохождении вызывает изменение модулей Я, и XJf, которые зависят от давления, причем для среды с микроструктурой - нелинейно. Амплитуда волны S зависит от модуля // который, в свою очередь, определяетс деформацией от в.слны Р. Если,например, за половину периода увеличение модуля // (фазы сжатия) связано с движением частиц среды в волне S вправо, а умены юние влево, то за вторую половину периода все будет соответственно наоборот. В результате огибающая пакета S-волн подвергается регулярным пространственным искажениям, и будет промодулирована на частоте (,(A)p/)-t).

С другоГ; стороны, указанные эффекты используют.при приеме полезного сигнала - низкочастотной огибающе волновых пакетов. Так, согласно соотно1иениям Мэнли-Роу, мощная высокочастотная волна (например, на частоте второй гармоники принимаемого сигнала) может отдать всю свою энергию слабым низкочастотным волнам за счет явления каскадной неустойчивости. Поэтому в месте регистрации слабого полезного сигнала вибратор излучает в среду высокочастотные колебания, амплитуда которых превышает пороговое значение при соблюдении условий синхронизма. Если сигнал накачки и полезный сигнал излучаются дискретно в виде пакетов определенной длительности и интенсивности, то при совмещении колебаний в какой-либо области на пути их распространения представляется возможность исследовать за счет их параметрического взаимодействия нелинейные характеристики локальных участков среды. Подобное исследование можно вести не только с помощью двух. вибраторов - вибратора-источника параметрического излучения и вибратора в месте приема сигнала, но и с одним вибратором, в этом случае используют отражения лучей от границ или неоднородностей Б коре, причем усиление сигнала происходит за большее ремя взаимодействия по сравнению со лучаем двух вибраторов. Аналогично ожно поступать при изучении очаговоо спектра зe lлeтpяceния. Анализ проедшего через очаг зe шeтpяceния астотно-модулированного луча из пакетов Р и 5 волн позволяет по нормально усиленным и поглощенным астотам зарегистрированных пакетов восстановить высокочастотную часть очагового спектра, до сих пор неизвестную из-за сильного затухания и рассеяния.

Способ осуществляют следугацим образом.

Один или несколько вибраторов, установленных на дневной Поверхности S пункте излучения, последовательно посьтает в .объем исследуемого региона пакеты высокочастотных продольных Р и поперечных S волн. Так как 1)р7 1, то через определенное время, определяемое циклогратумой работы вибратора, пакет Р-волн приближается к пакету S-волн, и в течение их наложения происходит параметрическая генерация низкочастотных Р и S-волн. При значительном удалении пункта регистрации от пунта излучения из-за сильного затухания и рассеяния приемники могут принять только низкочастотные волны S. Для повышения эффективности приема волны S параметрически усиливают с помощью вибратора, установленного в пункте регистрации. Вибратор создает вдоль трассы распрост анения сигнала высокочастотный встречный сейсмический луч повышенной интенсивности и имеющий ту же структуру из пакетов волны, как и в случае работы вышеуказанных вибраторов. Встречные пакеты, нелинейно взаимодействуя с низкочастотны сигналом, усиливают последний и в оптимальном случае передают ему значительную часть собственной энергии. Усиленный взаимодействием с проходящими через него пакетами низкочастотный сигнал регистрируют приемником. Управляя временным режимом работы вибраторов и трассой распространения пакетов сейсмических волн, последовательно обеспечивают параметрическое взаимодействие волн по всему исследуемому объему.

Поскольку нелинейные характеристики объекта исследования (например, нефтегазовая залежь или зона подготовки землетрясения) отличаются от соответствующих характеристик вмещающей среды, можно по наличию соответствующих аног1альных эффектов (генерация низкочастотных колебаний) сулить о физическом состоянии объекта (например, о возможной нефтегазоносности, об очаговых процессах и т.п.).

Для упрощения аппаратурной реализации способа используют отражение вибросигналов от границ или неоднород нос те и .

В этом случае, для исследования нелинейных характеристик всего объема необязательно работать с пакетами Р и S волн. Можно также возбуждать волновые пакеты одного типа.Такi если от границы отражается свип-сигнал в области высоких частот, за

счет параметрического взаимодействия падающего и отраженного сигналов,отмечается появление нового свип-сигнала, но в области низких частот, т.е. произойдет так называемая самомодуляция, самовоздействие импульса. При снятии вертикального профиля нелинейных характеристик среды исследуемого объема, после момента самомодуляции свип-сигнала для усиления

низкочастотного свип-сигнала вибратор переключают на новый режим работы, и он начинает излучать встречный для сигнала высокочастотный сейе тческий луч. Усиленный сигнал прннимают сейсмоприемником, расположенНЫГ1 рядом с вибратором. Для исследования всего объема в целом в место установки сейсмоприемника направляют отраженный от границы низкочастотный

сигнал, а его усиление производят oтpaжeниe от ближайией неоднородности высокочастотнып сейсмическим лучом.

Пpeдлaгae ль й способ зАфективен при использовании всех типов сейсмических волн. Он позволяет с высокой точностью определять, например, от ношение -Ор/, что представляет интерес для прогнозирования землетрясений. Кроме того, он позволяет определить так же с высокой точностью нелинейную сейсмическую зону в земной коре, приуроченную, например, к залежам полезных ископаемых.

изобретения

7 8946348

волн, характеристики которых изме-Источники информации,

няют в процессе излучения.принятые во внимание при экспертизе

кие колебания поперечных волн воз-осадков. М., Мир, 1977, с. 227-274

буящают в зоне отраженного от грани-- 2. Пакет США 1 4064481,

цы пакета сейсмических волн. кл. 340-15,5, 1977 (прототип).