Патент ссср 331350

 

33I35O

Сок1з Советских

Социал11стических

Республик

Зависимо" от авт. свпдстельстгя №вЂ”. 11.Кл. 6 017 1/13

Заявлено 01 VI I.1910 (ЛЪ 1457017126-25) с присоединением заявки ¹â€”

Комитет по делам изобретений и открытий ори Совете Министров

СССР

Приоритет—

Опубликовано 07.1 I I.1972. Б1оллстень ¹ ) ятя опубликования описания 1с)Л .1972

УД К 550.834.5 (OSS.8) Автор изобретения

В. Д. Завьялов

Заявитель

СПОСОБ СЕЙСМИ -1ГСКО11 РАЗВ1;ДКИ

Изобретение относится к сейсмической разведке месторождений полезных ископаемых.

В сейсморазведке нет технико-методических средств, подобных прожектору в светотехнике пли параболическим антеннам в радиолокации. Не существует способов и устройств, позволяющих получить остронаправленный луч сейсмических волн, поворачивающийся н освещающий разные области изучаемого полупространства, В практике сейсморазведки часто возникает потребность осветить сейсмическими волнами только ту локальную область полупространства, которая представляет в разведочном отношении наибольший интерес, и тем самым исключить влияние волн, отраженных, дифрагированных объектами, находящимися в других, пе освсшенных, областях изучаемого полупространства. Особенно необходим такой способ в сложно построенных регионах при детялизацсио11ных работах. Способ «сейсмический луч» (СЛ) может быть полезен при поисках рудных залежей, представляющих собой локальные неоднородности в относительно однородной среде окружа1ощих их горных пород. Освещенные как бы прожекторным сейсмическим лучом неоднородности такого рода могуT создать поле интенсивных дифрагированных волн, легко набл1одаемое на поверхности земли без помех со стороны неосвещенных геологп1ес1сих объектов, паходятцпхся за пределам 1 луча. Способ СЛ может быть испо lьзс113а l для увеличения глубинности сейсморазве !1 i!, т" ê кяк он позволяет концентрировать в и»5 правле1шом сейсмпческох1 луче энергию большого числа взрывов или невзрывных источников сейсмических волн, расположенных иа таком удалении друг от друга, при котором пе может быть бесполезных потерь энергии п»

lс1 разрушение в области формирогания луча.

Известны способы возбуждения или искусственного (лабораторного) формирования сепсмпческих волновых полей различной формы.

Классический способ — взрыв или удар

15 031!оА TQL!1(Q.

Способ групппровация взрывов — однозременцые взрывы плп удары в нескольких то Iкаx., расположен:н1ях па малой базе (песо1гзМерИМО МаЛОй ПО СраВНЕ1ШЮ С ГЛ .с1ИПОй р;1 20 ведкп), т. е. так, чтобы можно было пренеоречь наличием нескольких точек излучения и считать суммарную волну сферической, исходящей п-, одной точки.

25 Спосоо 11 loci oro фронта (ПФ ) з я1сл1о 1 1е1ся в одновременных взрывах плп ударах в 11ескольких точках, расположенных па сюльшой базе (соизмеримо11 с глубиной разведки), ио с небольшим интервалом, т. е. так, чтобы в сум:;о ме ряд сферических волн сформировал одш.

331350

1О

50 ч = рад

Г>0 цилиндрический фронт со сферическими оконча(шями.

Способ у.правляемого плоского фронта (УПФ) состоит в разновремеш1ых взрыва i на больших базах с временными задержками, обеспечивающими поворот огибающей сферических фронтов таким образом, чтобы оыл сформирован суммарный конусообразный фронт со сферическими окончаш1ями, Способ регулируемого управления фронтами сейсмических волн заключается в разновременных взрывах в ряде точек на больших базах с временными задержками, величины которых устанавливают так, чтобы сформировался квазиконусообразньш фронт с оораз .1>щей, изогнутой по заранее заданному закону.

Характерной особеш1остью всех способов линейного группирования взрывов является размещение точек возбуждения сейсмических

130 1 H HB пРЯм013 JIHIIHH. 3TB п13Ях1ая взрывов после возбуждения ряда сферических воли служит осью симметрии формирующегзся цилиндрического, конического или более сложиоГО пространст13е11ного волнОВОГО поля.

Ни одним из перечисленных выше спосооов нельзя сформировать направленный, узкий сейсмический луч, у которого ось симметрии была бы направлена по нормали к фронту волны, и угол рас. ождения был достаточно мал и обеспечивал эффект «освещения» обчектов сейсморазведки, аналогичпьш прожекторному.

Цель изобретения — получение ориент>1рованного в пространстве, направлешюго сходящегося или расходящегося волнового лу1а.

Это достигается расположением точек взрывов или невзрывных источников сейсмических волн, при котором в упругом полупространстве формируется луч. Поворот луча осуществляется путем ввода временных задержек (фазовых сдвигов) в возбуждаемые сейсмические колебания или в переменные электрические токи при воспроизведении полевых магHHTIIIIx сейсмических записей.

Точки возбуждения сейсмических волн располагают по площади, в данном случае по кругу, что дает возможность формировать ссйсмический луч и поворачивать его в заданном направлении, применяя для этого временные задержки.

На фиг. 1 показан обгций вид сейсмического луча в пространстве, где: взрывной круг (ВК) 1 диаметром D, точки 2 возбуждения волн, сейсмический луч 3 с углом Ч. расхо>кдения, отражающая поверхность 4, область выхода сейсмического луча»B поверхность земли, волновые конусы б.

На фиг. 2а, и б показаны повороты луча в пространстве (а — в горизонтальной плоскости, б — в вертикальной).

На фиг. 2, а приняты следующие обозначения: С вЂ” взрывной круг, S — точка возбуждения сейсмических волн, Х. 1 — проекция луча на поверхность наблюдения, P — угол горизонтального поворота луча.

На фиг. 2,б обозначено: и — угол вертикального поворота луча, ЛЙ вЂ” исходная величина для вы шсления временной задержки.

На фиг. 3 показана схема расположения точек возбуждения сейсмических волн при формировании плоского луча.

Способ СЛ осуществляют в полевом и лабораторном вариантах.

Полевой вариант.

Известно, сели на пути распространения об ьсмной волны с.плоским или сферическим фронгом поместить препятствие, например плоскии круглыи и не прозрачныи для данных вол11 диск, то за этим диском, т. е. в теневой зоне, 13озникает поле волн, дифрагировàHHûх краями диска. Каждая точка края диска играет роль как бы самостоятельного, точечного источника сферических воли. Все дифрагиро13анные волны, накладываясь и интерферируя, образуют результирующее поле с узким центральным лучом конусообразной формы, исходящим как бы,из центра непрозрачного диска.

Гели препятствие не круглое, то луч приобретет более сложну ю форму. Так, например, если препятствие имеет удлиненну1о форму (длинная линейка в звуковом поле), то в теневой зоне формируется плоский луч.

Эффект дифракции на краях препятствия можно заменить возбуждением волн в ряде равномерно расположенных точек. В частности, конусообразный, слаборасходящийся луч можно сформировать, разместив точки взрыI3of3 (или источники гармонических колебаний) по кругу. Дискретность точек, заменяющих центры дифракции на краю сплошного диска, будет сказываться тем меньше, чем короче HHтсрвал между ними. При замене эффекта дифракции непосредственным возбуждением волн, формирующийся волновой луч, так же как и в первом случае, будет как бы исходящим из центра круга, образованного точками возбуждения.

Для формирования сейсмического луча точки возбуждения импульсныx (взрывы, удары) или гармонических волн (вибраторы) размещают на дневной поверхности по кругу диаметром D;) i., где i, — длина сейсмической волны. Угол q: расхождения центрального луча, формируемого синфазно действу1ощимн источ1шками, определяется следу1ощим уравнением:

Гели допустим, длина сейсмической волны 50 я и при этом требуется получить луч с углом расхождения не более 12, т. е. порядка

0,2 рад, то диаметр круга, на котором располагают точки возбуждения волн, должен быть не менее

D= =- -=500 я, 2i 100

0,2 значит и а один порядок больше длины волны .

Длина окружности в этом случае составит

331350

5 около 1500 я. Для образования сейсмического луча на ней потребуется, разместить не мен е

l5 —,30 точек возбуждения сейсмических волн, 1-1ем больше точек возбуждения, тем интенсивнее поле сейсмических колебаний в луче (прн неизменной интенсивности волн, возбуждаемых в каждой точке).

Уветичивая диаметр взрывного круга (ВК), уменьшают угол расхождения луча.

При этом число точек возбуждения оставляют неизменным, Следует учитывать, чем шире круг, тем меньше энергии в луче. Практически оптимальные значения диаметра круга, числа точек возбуждения и интенсивности возбуждаемых волп определяют экспериментально.

При одновременном взрыве во всех точкax

ВК и синфазном действии источников гармош1ческих колебаний из центра ВК формируется луч под углом 90 к дневной поверхности, т. е. уходящий вертикально вниз. 1тобы повернуть этот луч под углом в заданном направлении использу1от способ неодновременпого взрывания зарядов (ввода фазовых сдвигов), аналогичный способам ПФ, УПФ и РУФ.

Величину задержек определяют следующим образом: проводят через центр взрывного круга прямую линию под азимутом Pi, в котором требуется направить луч (фиг. 2, а), проектируют на эту линию точки возбуждения волн, затем в плоскости Х Z определяют длину отрезков и вычисляют временные задержки, необходимые для поворота луча на заданный угол а по формуле

Лй

f/ где V — средняя скорость в верхней части геологического разреза,т. е. в той области полупространства, в которой формируется наклонный сейсм111еский луч. С этими задержками производят групповой взрыв. В случае возбуждения гармонических колебаний аналогичным спосооом определя1от необходимыс фазовые сдвиги, ввод которых обеспечивает поворот луча. В отличие от импульского возоуждення луч гармонических колебаний существует сколь угодно долгое время, что позволяет применить методику набл1одений без осциллографической записи, т. е. способ замера относительных фазовых сдвигов в каждой точке наблюдения.

Волновой фронт в сейсмическом луче плоский. Это следует учитывать при интерпретации материалов, полученных способом СЛ. Lcли сейсмический луч падает на зеркально гладкую границу н отражается от нее, то координаты его выхода на поверхность наблюдений (фиг. 1) зависят от угла у наклона этой границы, азимута t> cc падения, азимута поворота луча и угла наклона луча. Если сейсмический луч направлен на незеркалы1ы11 объект, т. е. на каку1о-либо локальную неоднородпость с неровной (для сейсмических волн) поверхностью, то поле дифрагированных волн

6 наблюдается непосредственно за этой неоднородностью.

° При сейсморазведке способом СЛ отраженные и дпфрагированные волны на дневной поверхности можно набл1одать только ll строго определенных зонах, вся остальная площадb будет как бы в тени.

Размеры (площади) зон выхода на дневну1о поверхность отраженных волн можно ме1О нять, изменяя угол расхождения луча. Поворачивая луч, изменяют координаты этих зон па поверхности земли. Идеальным способом наблюдений является площадная съемка. Однако техника такой съемки слабо разработа15 11а, поэтому пользуются профильной системой набл1одений. При деталнзацнонных сейсморазведочных работах в районах, ранее изученных рекогносцировкой, общие черты глубинной тектоники известны, что позволяет обосноэо ванно выбирать направления для сейсмического луча и заранее определять на местност11 зоны возможного выхода отраженных н дпфPaI IIPOaaIII1I lX ВОЛН.

Конусообразный луч может быть сформи25 рован ие только при круговом размещении источников возбуждения волн. Если по какпмлибо причинам круговое размещение невозможно, то можно разместить точки возбуждения по любой замкнутой фигуре (квадрату, 30 треугольнику). В этом случае требуется расчетным путем найти значеш1я временных задержек, обеспечивающих формирование луча.

Одним из интересных в практическом отношении чаcTHûx случаев способа СЛ является

35 формирование плоского вертикального илп наклонного луча, что расширяет возможности способов ПФ, УПФ и ПУФ. Недостаток этих способов состоит в том, что практически с Нх помощью возбуждают объемные волно4о вые поля в виде цилиндра, конуса и т. д. Эт;1 поля распространяются нс только вглубь, но н во все стороны от лпнпн возбуждении, поэтому к сейсмоприемникам могут приходить отраженные и zIIIjipal.llpollalllllle волны со всех

45 сторон. Желательно, чтобы плоским фронтом освещалась только та часть полупространства, которая лежит В вертикальной плоскости профиля. Для этого надо сформировать не цилиндрический нли конический, а действительно

5О плоский фронт падающих волн, т. е. такой фронт, который имеет плоскую форму как с торца, так и с боков (нечто напоминающее доску, поставленную на ребро). Такой фронт может быть сформирован при одновременном возбужде1пгп сейсм11ческнх волн в ряде точек, размещенных на двух параллельных профилях. Угол расхождения плоского луча зависит от соотношения расстояния между параллельными профилями и длиной сейсмической волны и определяется по ранес приведенной формуле. Например, прн л = 50 я п расстоянии между профилями 500 .11 oil будет около

12 . Полоский луч можно повернуть и изогнуть подобно тому, как это делают в способах

55 УПФ и РУФ. Для этого временные задержки

331350

Мг1

60 юг. Я

К.Л ЫХМ.

Ф i? У

Подписное

ЦНИИПИ Заказ ¹ 1550 !!зд. № 309 Тира:; 448

Загорская типография вводят сразу по соответствующим точкам возбуждения на двух профиля.;.

Лабораторный вариант.

Полевой вариант способа СЛ практически может быть применен в случае одновременного (или с малыми временными задержками) возбуждения сейсмических волн в большом числе точек, расположенных на местности достаточно далеко одна от другой. Не во всех районах возможно организовать такого рода взрывные работы. Одновременное применение большого числа источников гармонических колебаний более доступно, но и в этом случае могут возникать организационные затруднения. Чтобы устранить затруднения, связанные с одновременным возбуждением волн во многих точках, производят поочередное возбуждение волн в каждой точке взрывного круга и записывают сейсмограммы методом воспроизводимой записи, например, на магнитную пленку, Таким образом получают столько многотрассовых магнитограмм, сколько точек возбуждения на взрывном круге. В случае применения источника гармонических колебаний в каждой точке наблюдения замеряют только сдвиг фаз относительно возбуждаемых колебаний.

Для получения эффекта, аналогичного формированию сейсмического луча после полевых работ, в лабораторных условиях суммируют сигналы, считываемые с полевых запи1 сеи. Суммирование проводят либо в электрическ|их цепях, либо на накопительной плоскости, например на фотослое, с помощью галографа. При суммировании сигналов так»<е, как и в полевом варианте, для наклонов луча используют временные задержки.

В лабораторном варианте не формируется один падающий луч, как это было в случае одновременного возбуждения волн. При наличии отражающих границ формируется столько лучей, сколько границ имеется в разрезе. Кроме того, каждый луч исходит не пз центра взрывного круга, а из центра круга, образованного системой мнимых точек, т. е. зеркальных изоб ажений точек вз ыва в от; ажающих р P P границах. Ввод временных задержек при суммировании приводит к повороту всех лучей точно так, как и при полевом варианте с той лишь разницей, что поворот происходит оТНосительно оси каждого отраженного сейсмического луча.

Преимущество лабораторного варианта состоит в том, что все отраженные волны выходят на дневную поверхность не широкими сферическими фронтами, а в виде узких лучей, и вероятность наложения и интерференции их р ез ко сокр а щa ется.

При интерференции волн, возбуждаемых круговым взрывом, кроме центрального луча 8 (фиг. 1) возникают волновые конусы б, окружающие этот луч. При поворотах луча на тот же угол поворачиваются и эти конусы. С уменьшением угла расхождения луча уменьшается и угол расирытия волновых конусов.

При сейсморазведке способом СЛ следует учитывать наличие и возможное влияние побочных волн на результаты волновых конусов.

В ряде случаев окажется удобнее пользоваться обращен<ным способом «сейсмического луча», т. е. на взрывном круге вместо точек взрывов помещать сейсмоприемники, а взрывы производить на профилях или на площади.

В обращенном варианте эффект достигается как и в лабораторном.

10 Предмет изобретения

Способ сейсмической разведки путем пло щадного группирования источников импульсных или гармонических волн, от.чичи ощыйся тем, что, с целью получения ориентированного в пространстве, направленного, сходящегося или расходящегося волнового луча, задают, в каждой точке излучения элементарных волновых полей временные задержки, рассчитанные с учетом координат точки по закону дей20 ствия собирательной линзы при фокусировке волн и по закону дифракцин воли Hà краях диска при формировании направленного расходя1цегося волнового луча, при этом источники гармонических колеоаннй размещают на поверхности возбужден!.-: волн по концентрическим кольцам, диаметры которых рассчитывают для заданной глубины фокусировки по закону колец Френеля.