Способ вибросейсмической разведки

496 СООЭ СОВЕТСКИХсаицнлщвсыиРЕСПУБЛИК 0% (И 3,сЮс 1 ч 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ зоБеЕТСНИЯЕТЕЛЬСТВУ 3.",:.Гьямф еав 35010 30/18-2514.10.8230.01.84. Бюл. 9 4(72) А, В. Николаев, А. Л. РыкуВ. Б. Смирнов, О. Б. ХаврошкинВ. В. Цыплаков1) Ордена Ленина институт физЗемли им. О. Ю. Шмидта(56) 1, Авторское свидетельство9 894634, кл. 0 01 ч 1/00, 19802. Авторское свидетельство СВ 949574, кл, С 01 ч 1/00, 1980(54)(57) СПОСОБ ВИБРОСЕЯС 1 фИЧЕСРАЗВЕДКИ, включакщий излучениеным вибратором сейсмических сив зоне возбуждения и вибраторомзоне приема, а также запись полсигналов, о т л и ч а ю щ и й(7 и КОЯ осив гналов ныя ОПИСАНИ АВТОРСКОМУ тем, что, с целью увеличения деталь= ности и глубинности разведки на основе увеличения соотношения сигнал/ помеха, вибратором в зоне приема до прихода полезного сигнала изотропно излучают сейсмические сигналы, затем дополнительным вибратором из дополнительного пункта возбуждения, расположенного за пределами области распространения излучаемого в зоне приема сигнала, излучают дополнительный сигнал, идентичный полезному сигналу, по направлению выхода полезного сигнала с опережением относительно полезного сигнала на 10-30 периодов длины волны сигнала, а в момент подхода дополнительного сигнала к обла-сти распространения излучаемого в зоне приема сигнала прекращают работу всех вибраторов кроме основного.Изобретение относится к сейсмоло- гии, точнее к технике вибрационного просвечивания. Земли (ВПЗ), и предназначено для повышения существующих методов и увеличения глубинности просвечивания. 5Известен способ вибропросвечивания Земли, включакщий формирование в зонах излучения и приема сейсмических сигналов, регистрацию сигналов в зоне приема и последующую обработку 10 полученных данных 1.Недостатками данного способа являются незначительный коэффициент полезного действия параметрического преобразования сейсмической энергии 15 и трудности управления полем в дальней зоне.Наиболее близким к предлагаемому является способ вибросейсмической разведки, включакщий излучение основным вибратором сейсмических сигналов в зоне возбуждения и вибраторами в зоне приема, а также запись полезных сигналов 23.Недостатком известного способа является зависимость его эффективности от уровня микросейсмических помех.Цель изобретения - увеличение детальности и глубинности разведки на основе увеличения соотношения сигнал/ помеха.ь30Поставленная цель достигается тем, что, согласно способу вибросейсмической разведки, включакщему излучение основным вибратором сейсмическими сигналов в зоне возбуждения и вибратором 35 в зоне приема, а также запись полезных сигналов, вибратором в зоне приема до прихода полезного сигнала изотропно излучают сейсмические сигналы, затем дополнительным вибратором из 40 дополнительного пункта возбуждения, расположенного эа пределами области распространения излучаемого в зоне приема сигнала, излучают дополнительный сигнал, идентичный полезному сиг 45 иалу, по направлению выхода полезного сигнала с опережением относительно полезного сигнала на 10-.30 периодов длины волны сигнала, а в момент подхода дополнительного сигнала к области распространения излучаемого в зоне приема сигнала прекращают работу всех вибраторов кроме основного.На чертеже изображена схема установки вибраторов.Схема содержит дневную поверхность 55 1, основной вибратор 2, находящийся в зоне возбуждения, вибратор 3 эоны приема, дополнительный вибратор 4 и сейсмоприемник 5, находящийся в зоне приема.б 0На чертеже показано также направление б распространения полезного синала, направление 7 распространения дополнительного сигнала и область 8 диффузного сейсмического поля соз- б 5 даваемого вибратором эоны приема стрелками обозначено направление распространения вибросигналов).Сущность способа заключается в следующем.Благодаря параметрическим взаимодействиям, излучение в течение некоторого времени в нелинейной среде сигнала приводит к образованию вол- . нового поля с широким диапазоном частот. Образовавшееся поле, в свою очередь, взаимодействует с полем волн/помех и обусловливает перераспределение энергий его частотных составляющих в другой частотный диапазон. После прекращения излучения сигнала поле волн/помех в прежнем частотном диапазоне восстанавливается также в течение определенного периода времени. Располагая один иэ излучателей в зоне приема и прекращая излучение перед началом регистрации полезных сигналов, излучаемых в зоне возбуждения, т.е. регистрации их в период восстановления поля волн/помех, можно увеличить соотношение сигнал/помеха и повысить детальность и глубинность разведки.Действительно, при проведении сейсморазведочных работ полезный сигнал проходит через поле микросейсм, которое не только определяет соотношение сигНал/помеха; но и может взаимодействовать с вибросигналом, определяя его потери и искажение формы на излучение параметрических волн на других частотах. Вместе с тем полезный сигнал происходит в среде находящихся в условиях больших объемных давлений и существующих в верхних слоях земной коры разномасштабных дефектов и локальных очагов концентрации фоновых напряжений, где нелинейные свойства сейсмической среды оказываются значительными, а разнообразие типов сейсмических волн обуславливает по сравнению с гидроакустикой более широкий частотный диапазон параметрически излучаемых волн, т.е. в спектре сейсмического источника помимо суммарно-разностных частот дополнительно появляются другие частоты, определяемые следующими комбинациями. Это взаимодействие прямых волн: продольных Р, поперечных Б, поверхностных типа Рэлея Б, а также прямых и отраженных волн.Нелинейное взаимодействие Р, Б и В-волн начинается вблизи сейсмического источника. Допустим, что для простоты источник работает в гармоническом режиме на частоте Г. Если среда вблизи источника однородна, то вдоль линий источник-пункт регистрации в каждый момент времени сейсмические сигналы представляют. собойг (Р,й)й г (ь,д)3 г (ай Спадающие по амплитуде синусоиды спространственными периодами Лр Чр /Г ЛВ = Чз/Г Ля = Чя /Г Соответствующие пространственные частоты составляют 1/Лр для волны Р,1/Л 5 для волны Б и 1/ЛР для поверхностйой волны. При интерференцииэтих волн в пространстве возникаютбиения на разностных частотах 0 1/Л(Р,9) = г/чР - г/ч 1I (б,я) = г/ч - г/ч,вследствие детектирукщих свойств среды эти биения могут порождать сейсмические волны соответствующих разностных частот, которые в зависимо О сти от типа распространяются со скоростью Р, В или В, При этом их истинные частоты можно представить в следующем виде25 Последний индекс при частоте соответствует типу волны, образовавшейся в результате взаимодействия двух . волн, типы которых указаны в скобках.40 Представляет интерес и случай взаимоействия прямых и отраженных объемных волн в нелинейной среде, когда целесообразно в первую очередь анализировать образование сигналов на 45 суммарной и разностной частотах. Если источник точечный, а среда нелинейная 1 мутная), то параметрическое взаимодействие воли происходит в полусфере, радиус которой может опредеО ляться рассеянием и диссипацией сигнала до,амплитуд, не превышающих шумовые. Существующий Фон помех, малые амплитуды сигнала в пункте регистрации и чувствительность аппаратуры позволяют брать в расчет только процессы взаимодействия объемных волн в непосредственной близости от приемника в зоне приема.Таким образом, монохроматический сигнал только одной частоты, не су ществующий в земной коре на всех типах волн из-за параметрического взаимодействия, вырождается на первом этапе в сигнал многих частот (свыше шести вначале), а затем с учетом вто"65 ричных взаимодействий - в широкополосный шумоподобный сигнал. Подобная трансформация сигнала особенно нежелательна для волн малых амплитуд, как.показывают исследования, параметрические взаимодействия эффективны и на малых амплитудах полезного сигнала ( . 10 ф см 1 на значительных удалениях от вибратора. Так как при проведении сейсморазведки регистрируемый вибросигнал в широкой полосе частот сопоставим по амплитуде с микро- сейсмическими помехами, то указанное взаимодействие, расширяя спектр сигнала, уменьшает его амплитуду и соотношение сигнал/помеха. Для предотвращения падения этого соотношения целесообразнее в момент регистрации уменьшигь фон помех, поскольку просто наращивание мощности вибратора и (или ) вибросигнала быстро блокируется последующими параметрическими взаимодействиями и самовоздействиями волновых полей в системе полезный сигнал - микросейсмическая помеха.Операцию по замене микросейсмического поля помех волновым полем вибратора более эффективно осуществлять при излучении вибросигнала в полупространстве изотропно в широкой полосе частот. Тогда пространство волнового поля вибратора в зоне приема, по форме ограниченное полусферой радиуса В и дневной поверхностью, при выключении вибратора эа время В/С (С - скорость сейсмических волн) освобождается, от вибросигналов, а за время Б/С (С- скорость диффузионного распространения сейсмических шумов) заполняется волновым полем микросейсмических помех. Соответственно, если в момент выключения вибратора полезный виброеигнал на.ходится от полусферы на расстоянии В/С,то при подходе к сейсмоприемникам его потери на параметрическое па-, роиэлучение оказываются минимальны, как и фон микросейсмических помех, т.е. отношение сигнал/помеха погучается максимальным. Для дополнительного увеличения отношения сигнал/помеха или же просто для получения предыдущего результата вибратор зоны приема может излучать серии вибросигналов, идентичных полезному сигналу и распространяющихся к приемникам по трассам, совпадающим на своих конечных участках с трассой полезного сигнала, Если эти сигналы незначительно по времени (1-3 с) опережают полезный сигнал, то, параметрически взаимодействуя с полем микросейсмических помех, они, как и в предыдущем . случае, аналогично улучшают отношение сигнал/помеха.Способ осуществляют следующим об разом.1070496 ся микросейсмическим полем помехОпережая это поле, к сейсмоприемникам5, находящимся в зоне приема, приходит полезный сигнал. Так как опережающий его дополнительный сигнал параметрически взаимодействует с встречающимися помехами, а в области 8уровень микросейсм еще незначительный,то регистрация происходит с наилуч-.шим отношением сигнал/помеха и с на именьшими искажениями.П р и м е р, Зона возбуждения полезного сигнала удалена от зоны приема на 10 000 км. Диапазоны частотвибросигналов находятся в периодах:1-20 Гц для полезного сигнала, 1-,20 Гц для Дополнительного сигнала и1-100 Гц для изотропного поля, создаваемого в зоне приема. Длительностьвибросигналов составляет: 10 мин дляполезного сигнала, 40 с для дополнительного сигнала и 9 мин 20 с длясигнала, излучаемого в зоне приема.Удаление дополнительного вибратора отзоны приема 50 км.. Время включения вибратора зоныприема совпадает с временем включения вибратора зоны излучейия и является моментом отсчета 10, Дополнительный вибратор. включают через9 мин после начала излучения, а вибратор зоны приема выключают через9 мин 20 с после с О. Через 9 мин 40 свыключают дополнительный вибратор. Составитель В. ЧернявскийРедактор М. Рачкулинец Техред М.Надь . Корректор А, Зимокосов Тираж 711 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж; Раушская наб., д. 4/5 Заказ 1167/43 Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Предварительно в соответствии с геологическим строением среды вдоль направления распространения полезного сигнала от основного вибратора 2- источника полезных сигналов - до сей-, смоприемников 5, находящихся в зоне приема, рассчитывают времена его вступления в пункт приема. Если данных по геологии нет, то их опрЕделяют экспериментально, например методами взрывной сейсмологии. После этого 1 (основноевибратор 2 излучает вибросигнал вдоль направления распространения полезного сигнала к сейсяоприемникам 5, находящимся в зоне приема. За 10-20 с до прихода полезного сиг нала включают вибратор 3 зоны прие-. ма, который, излучая иэотропно в широкой полосе частот своим волновым полем за счет параметрического взаимодействия, вытесняет микросейсми ческие помехи и образует область 8 диффузного сейсмического поля. Одновременно с этим дополнительный вибратор 4 излучает серию вибросигналов, идентичных полезному сигналу. Причем направление 7 распространения дополнительных сигналов 9 имеет конечный участок, совпадающий с аналогичным участком направления 6 распространения полезных сигналов. Момент запуска дополнительного вибратора 4 должен обеспечить в зоне приема опережение дополнительными сигналами основного сигнала на 3-4 с, эа 5-10 с до перехода основного и дополнительного вибросигналов. Вибратор 3 зоны прие- З 5 ма выключают, в результате чего область 8 диффузного сейсмического поля лишается его и начинает медленно со скоростью диффузного звука заполнятьПоложительный эффект достигается за счет снижения интенсивности мешающего поля микросейсм в зоне приема, а также за счет уменьшения времени работы вибраторов, излучающих полезный сигнал.