Способ сейсмической разведки

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 V 1/40

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4872323/25 (22) 11,10.90 (46) 28.02.93. Бюл. Ъ 8 (71) Киевское геофизическое отделение Украинского научно-исследовательского геологоразведочного института (72) Ю.В.Тимошин, Ю.А,Васильев, С.А.Бирдус, А.Г.Третьяк, Н,H,Ìàðìàëåâñêèé и

В.В.Мерщий (56) Мешбей B,È. Методика многократных перекрытий в сейсморазведке. M.:Íåäðà, 1985, с. 181.

Гальперин Е.И. Вертикальное сейсмическое профилирование. M,: Недра, 1982, с. 321. (54) СПОСОБ СЕЙСМИЧЕСКОЙ РАЗВЕДКИ (57) Использование: при разведке субвертикальных объектов с гладкими и шероховатыми поверхностями. Сущность изобретения:

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 2йк, где М вЂ” априорное положение объектов разведки, вдоль ее оси размещают линейный групповой источник сейсмических колебаний, включающий P излучателей с расстояниями AZ между ними равными полудлине сейсмической волны, и рием сей,!Ж,, 1798753 А1 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 волн с разных азимутов. Процесс повторяют для дискретно меняющихся задержек. 2 3.п, ф-лы, 2 ил. смических колебаний выполняют площадной . системой многокомпонентных сейсмоприемников, расположенных на расстояниях

h Z друг от друга, при атом возбуждение излучателей осуществляют последовательно снизу вверх с временными задержками Ю

m-hZ

Qi= соэеь где m = 1,2,...,P, е — угол наклона фронта восходящей волны к оси () скважины, регистрируют волны по азимутам р в интервале времени Л Нв - )

2 — 2 тктв + hi д тйГ+ hi радиусы кольцевой эоны, Rip = йк ctge;, Яп

=Rig + (Р+1) Л Z 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 ази1798753 мутов на временах, лежащих в интервале характеристика 16 направленности группоЛ tip затем изменяют задержку Л уз сра- coro источника, блок 17 регулируемых забатывания излучателей, многократно повто- держек и суммирования регистрируемых ряют весь процесс для всех частично сигналов, обеспечивающий направленный перекрывающихся кольцевых зон, располо- 5 прием волн из разных точек пространства, женных на глубине hh и имеющих разные регистратор 18, генератор 19 сигналов возудаления Ri от ствола скважины, после чего бу>кдения источников, кабели — 20, 21, 22. смешают групповой источник в скважине на Способ реализуется следующим обраинтервал Л h.= k Ь Z (где k = 0,5; 1,2,...) зом. На участке 1, где осуществляется поиск повторяют весь процесс для Объектов, зале- "0 неоднородностей, бурят скважину 6 на глугающих на глубине ha+1 = hk * hh реализуют бину, вдвое превышающую уровень залегавсю последовательность Операции много- ния 3 искомых неоднородностей в среде. В кратно для всех заданных уровней hk и ре- скважину вдоль ее оси помещают линейный гистрируют результат в виде набора групповойисточник7продольныхилипопегоризонтальных срезов съемного изображе- "5 речных волн, в верхней части той же соседния объектов разведки через интервалы. ней скважины вдоль ствола располагают

Для ускорения процесса обзора окру- линейную группу вертикальных или трехжающегоскважинупространства,вверхней компонентных приемников 8, а на поверхчасти ствола скважины или в неглубокой ности вокруг устья скважины — площадную скважине, пробуренной рядом с основной, 20 группу9приемников. Затем воэбуждэютупдополнительно размещают линейную груп- . Ругие продольные или поперечные волны пу из и многокомпонентных сейсмоприем- последовательно снизу вверх всеми источников с расстояниями hZ друг or друга. никами 7 с временными задержками, обесДлясокращениязатратна возбуждение печивающими формирование в среде колебаний при изучении околоскважинного 25 конической волны 13, распространяющейся пространства, запомйнают регистрируемое в верхнее полупространство под заданным волновое поле отраженных и рассеянных углом е к вертикали (см. характеристику наволн, формирующихся в объеме кольца с правленности источника 16) и "облучаюпараметрамийи<, hp, многократно васпроиз- щей" боковые поверхности водятзапись, измеря(от энергию волн, заре- 30 неоднородностей 4, 5 в исследуемой обла гистрированн ых скважинными сти околоскважинного пространства. При приемниками на времени ttk, в интервале этом энергия падающей конической волны времени ht y, а затем осуществляют на- 12 отражается и рассеивается главным обправленный прием волн по всем азимутам разом вперед (см. индикатрисы Рассеяния для тех значений В, t и hk, где энергия 35 для гладкой 11 и шероховатой границ 10). превышает задэнныйуровень, . Отраженные от гладкой границы лучи 14

Изобретение поясняется чертежами, . Распространяются в сторону систем приемгде на фиг,1, приведена схема наблюдений ников 8,9 и регистрируются ими с введенидля выявления неоднородностей субверти- ем временных сдвигов, компенсирующих кального типа, а на фиг.2 — план исследуе-. 40 различия во временах прихода отраженных мого участка, где обозначены граница 1 в некоторой области неоднородности волн изучаемогоучастка вокругскважины, повер- в разные точки приема. Аналогичным обрахность 2 земли, уровень 3 глубины hg точки зом регистрируются и волны 15, рассеянные пересечения 31 — 3n фронта конической вол- вперед нэ неоднородности, Учитывая наны с уровнем глубины, неоднородности 4 и 45 правление распространения падающей вол5, сква>кина 6, источники 7 упругих колеба- ны от источника, направления прихода ний,.сейсмоприемники 8 в скважине(верх- отраженных и рассеянных волн, время и ней части ее), расстановка скорости распространения волн в среде, сейсмоприемников 9 на дневной поверхно- легко определить положение отражающих и сти для площадей регистрации колебаний, 50 рассеивающих, поверхностей, а следоваиндикатриса рассеяния 10 сейсмических тельно и искомых неоднородностей в среде, волн на шероховатой боковой поверхности В Однородной среде для этого достаточно неоднородности, то же самое на гладкой знать направление распространения падабоковой поверхности 11 неоднородности, . «ощей волны, скорость и время. коническая волна 12 возбуждаемая группо- 55 Величина задержки hu срабатывания выл источником в скважине, фронт 13 кони- источников 7 в линейной группе определяческой волны, лучи 14 отраженной от ется выражением(при заданных 5z, v, е) гладкой поверхности волны, лучи 15 p3ccG.. AZ янных нэ шероховатой поверхности волн, Ь1з =-Ч- созе

1, 98 !53

15

30 где V скорость распространения волн в среде; hZ — расстояние между источниками вдоль оси скважины.

Соответственно по заданной величине задержки

Жз; можно определить угол наклона коничеV tçj ского фронта е = агс cos

Как следует из предыдущего. восходящая коническая волна будет облучать субвертикальные поверхности 4 и рассеивающие обьекты 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 31 и Зя слева и точками 3> и 3„ справа от оси скважины б. Очевидно тэк>ке, что коническая волна приходит в разные точки этого кольца не одновременно, а с линейно возрастающими временными сдвигами от точек 32 и Зз к точкам 3> и 34 соответственно.

Если радиусы внутренней и внешней окружностей кольца 32 и 3> обозначить через Rik и 4jk то

Rik = hk ст9е, R;k = Rjk + (р-1) Ж ctgej

Энергия волн, отраженных и рассеянных на субвертикальных обьектах, лежащих в плоскости рассматриваемого кольца 31—

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 31 — 32 и удаленные от оси скважины на различные расстояния

Rjk < R

2 2

tlk = г, яГ+kj N l;k = kr k+ + пГ

Времена прихода волн от точек кольца, лежащих внутри интервала Rjk — Rjk, располагаются очевидно равномерно (линейно) в интервале tik — ь Эти выражения справедливы для продольных и поперечных волн.

В случае обменных волн имеют место соотношения

1Л = (— + — ) lр Ч Я и 6 =

55 (—;„- + —,; ) >"R< + h)

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 б одновременно (в однородной среде).

Таким образом, волны, приходящие от обьема кольца Rjk, 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 Rjk 4 R cRjk .

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

pj + Лrp ), так и в вертикальной плоскости (по глубине hk+ Ah). В связи с этим отраженные и рассеянные волны, выделенные приемной системой с учетом селекции волн го времени прихода, соответствуют объектам, расположенным в пределах объемного кольца размером 2 Л R х 2 Л>. Соответственно, размеры отдельных элементов обьемного кольца, для которых поолучаются изображения в виде разрастаний энергии (амплитуды) сигналов, равны 2 М хЬ2 h x

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 каждой 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 Rjk 07 оси сква>ки1798753 ны, меняют угол наклона ei конического фронта (путем изменения временных задержек At> включения источников 7) и повторяя все операции, исследуют следующую зону с другими радиусом Rik и т.д. до внешней границы изучаемой области околоскважинного пространства. Для улучшения отношения сигнал/помеха соседние изучаемые кольцевые эоны задают с частичным перекрытием по R (Rik - R «М, где Л R =

Рз1- Rn) и азимутальным углам pj +. Ь р

После завершения исследований каждого слоя hk+ Al изменяют глубину hk исследуемого сечения для чего смещают по глубине источник 7 на величину k bZ (k =

=1,2,...,з) и затем циклически повторяют весь процесс исследований для нового слоя

hk+< 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 hR и азимуту в пределах Ар, Это дает значительный дополнительный выигрыш в отношении сигнал/помеха, пропорциональный величине тг, . (где яд — кратносте перекрыЯ тия по соответствующему параметру).

Реализуемое в предлагаемом способе возбуждение упругих колебаний групповым источником нэ большой глубине в скважине позволяет повысить эффективность действия источников, по сравнению с возбуждением колебаний вблизи дневной поверхности,снизитьуровень помех, создаваемых отдельными источниками, уменьшить поглощение упругих волн в верхней части разреза (ВЧР), 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 пред10

40 сейсмоприемников, расположенных на рас45

55 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 разведки.

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 затруднено или практически невозможно.

Предлагаемый способ впервые решает проблему изучения вертикально слоистых сред и изучения субвертикальных неоднородностей 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, отличающийся .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 2hk, где hk — априорное положение объектов разведки, вдоль ее оси размещают линейный групповой источник сейсмических колебаний, включающий P излучателей с расстоянием hZ между ними, равными полудлине сейсмической волны, прием сейсмических колебаний выполняют площадной системой многокомпонентных стояниях Л Z друг от друга, при этом возбуждение излучателей осуществляют последовательно снизу вверх с временными задержками

mh, Жу = — cosei

Ч где m = 1,2„.„Р; е — угол наклона фронта восходящей волны к оси скважины, регистрируют волны по азимутам в интервале времени с тн- в",а+па 7 Я н-пТ

2 2 где Rik u Rik — радиусы кольцевой зоны;

Rik = hk Ctg8I

В = Rik + (Р-1) Ы Ctge, I и на основе ввода временных сдвигов, компенсирующих разность времен прихода отраженных и рассеянных на излучаемых

1798753

10 объектах волн к различным приемникам, осуществляют направленный прием этих волн с разных азимутов на временных, лежащих s интервале sty. затем изменяют задержку Лтэ срабатывания излучателей, многократно повторяют весь процесс для всех частично перекрывающихся кольцевых зон, расположенных на глубине h< и имеющих разные удаления R. от ствола скважины, после чего смещают групповой источник в скважине на интервал hh = k Л2 (где К =

=0,5; 1,2...,), повторяют весь процесс для объектов, залегающих на глубине hy+> = Ьк+ h, реализуют всю последовательность операции многократно для всех заданных уровней hk u регистрируют результат в виде набора горизонтальных срезов объемного иэображения объектов разведки через интервалы, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что, с целью ускорения процесса обзора окружающего скважину пространства, в верхней части ствола скважины или в неглубокой скважине, пробуренной рядом с основной, дополнительно размещают линейную группу из и многокомпонентных

5 сейсмоприемников с расстояниями hZ друг от друга, 3. Способ по пп. 1 и 2, от л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью сокращения затрат на возбуждение колебаний при изучении

10 околоскважинного пространства, заполняют регистрируемое волновое поле отраженных и рассеянных волн, формирующихся в объеме кольца с параметрами Rip, hp, многократно воспроизводят запись, измеряют

15 энергию волн, зарегистрированных скважинными приемниками на времени 6 tip, в интервале времени Л та, а затем осуществляют направленный прием волн по всем азимутам для тех значений Яь it и hp, где

20 энергия превышает заданный уровень.

1798753

Юи8. 2

Составитель ЮЛймошин

Техред М.Морген«тал Корректор у, Керецман

Редактор Н.Козлова.

Заказ 771 " .. Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113036, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 h4,h, h Ь А4 4-,, 4 ЬА &h hggk Г

hhh .h а Ьг

АЬ h Ьфд Д -г