Способ вибропросвечивания земли

Союз Советскик Социалистических Республик(22) Заявлено 20. 03. 80 (21) 2897650/18-25с присоединением заявки ИУ(51) М К 6 01 Ч 1/00 Государственный комитет СССР но дедам изобретений и открытий.Хаврошкин е " е" .1 Ордена Ленина Институт Физики-Земли -(54) СПОСОБ ВИБРОПРОСВЕЧИВАНИЯ ЗЕМЛИ Изобретение относится к сейсморазведке и сейсмологии, точнее к технике внбропросвечивания Земли, и может. быть использовано для исследования структуры земной коры,просвечивания рычаговых зон, а также прк разведке полезных ископаемых.Известен способ вибросейсмических исследований, в котором сейсмические волны излучаются одиночным или группой вибраторов, возбуждающих вертикальные или горизонтальные колебания грунта. Прием и регистрация сейсмического поля осуществляется группой сейсмических приемников, 5 расположенных в широком интервале расстояний от внбронсточников. В этом способе вибраторы работают в режиме параметрического излучения сейсмических волн, когда за счет не линейных свойств среды возникают низкочастотные колебания, причем высокочастотная часть манипулированного вибросигнала быстро затухает и далее распространяется его низкочастотная огибающая ( 1.Недостатком этого способа является его невысокая эфФективность при наличии поля интенсивных волн- помех. 30 Известен также способ вибропрос-, вечивания, при реализации которого применяют сгруппированные вибраторы и приемники, режим работы которых определяют программой, задаваемой по радиокомандам. При работе сгруппи" рованных вибраторов необходима система для их управления и синхронизации 21.Однако это усложение не гарантирует точного управления суммарным сейсмическим полем, поскольку параметры грунта, влияющие на характер излучения, варьируют в пространстве и не могут быть учтены достаточно точно.Применение этого способа, основанного на нелинейной генерации и приеме сейсмических волн недостаточно эффективно, поскольку не известно, какая часть сейсмической среды ответственна за образование нелинейных эффектов. Это ограничивает возможность поиска определенных полезных ископаемых (например, неФти), не позволяет параметрически усиливать принимаемый сигнал и требует для формирования узконаправленных антенн из группированных вибраторов и сейсмоприемников.1 О 20 25 30 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 вибропросвечива ния Земли путем возбуждения вибраторами сейсмических колебаний с последующей регистрацией и расшиФровкой возникающих интерФеренционных сейсмических полей в среде первонаВ чально возбуждают монохро.1 атический пакет поперечных волн, затем возбуждают монохроматический пакет продольных волн с частотой, равной частоте поперечных волн, в пункте регистрации сейсмических колебанийнавстречу этим волнам возбуждают высокочастотные колебания с частотой,кратной частоте огибающей взаимодействующих продольных и поперечныхволн, характеристики которых изменяют в процессе излучения. Ионохроматические колебания поперечнык волн возбуждают в зоне отраженного от границы пакета сейсмических воли, либо время запаздывания выбирают с таким расчетом, чтобы наложение двух волновых пакетов произошло в заданной точке в пределах объекта исследований. Способ основан на следующих предпосылках.Вибратором, установленным в зоне исследования, возбуждают высокочастотный монохроматический сейсмический сигнал в виде пакета поперечных 5-волн. Затем через регулируемый промежуток времени с помощью этого или другого вибратора излучают монохроматический сейсмический сигнал,представляющий пакет продольных Р-волн, .Так как скорость Р-волн превьинает скорость 5-волн, то через определенный промежуток времени происходит наложение пакетов и параметрическое взаимодействие между ними,зФФективность которого определяетсянелинейными свойствами среды. Время запаздывания излучения Р-волны относительно 5-волн выбирается таким образом, чтобы наложение излученныхпакетов произошло в пределах неоднородности, являющейся объектом излучения и отличающейся от окружающей среды особенностями нелинейных слоев. В результате прохождения волнового пакета Р-волн через пакет 5-волн в среде возбуждаются еще и длиннопериодные волны. Параметрическая генерация длиннопериодных волн возможна при совпадении частот высокочастотных Р и 5 волн, образующих пакеты. Один из механизмов такой генерации качественно описывается так. Пусть круговая частота Р и 5 волнравна Ф Тогда прохождение пакетапродольных волн через пакет попереч 35 40 45 50 55 бО 65 ных вызывает возникновение более низкочастотных продольных и, при конечной амплитуде волн, образующих пакеты, поперечных волн. Длины продольных и поперечных волн составляют соответственнот 44, . гаЮр ЧВ ир-,) в вам:; ЭФФективны также параметрические взаимодействия Р и 5 волн равной длины, В результате интерФеренции этих двух волн в среде возникает периодическое поперечное волновое движение, частоты которого г /.(4 Р/1)5-1 ) раз больше частоты исходной волны 5, Действительно,.пусть длина волны В равна 27 с)/М а длина волны 5 2 Ж 4/Ю, Волна Р при прохождении вызывает изменение модулей Х и ,О, которые зависят от давления, причесал для среды с микроструктурой - нелинейно, Амплитуда волны 5 зависит от модуля ,О который, в свою очередь, определяется деФормацией от вслны Р. Если, напоимер, эа половину периода увеличение модуля ,б (Фазы сжатия) связано с движением частиц среды в волне 5 вправо, а уменьшение влево, то за вторую половину периода все будет соответственно наоборот. В результате огибающая пакета 5-волн подвергается регулярным пространственным искажениям, и будет промодулирована начастоте И(4 р Иб - 1) С другоГ: стороны, указанные эФФекты используют.при приеме полезного сигнала - низкочастотной огибающей волновых пакетов, Так, согласно соотношениям 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 парамет- " рического 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 в коре, причем усиление сигнала происходит за большеевремя взаимодействия по сравнению сослучаем двух вибраторов. Аналогичноможно поступать при изучении о гзгового спектра землетрясения, Анализ прошедшего через очаг землетрясения 5частотно-модулированного луча изпакетов Р и 5 волн позволяет понормально усиленным и поглощеннымчастотам зарегистрированных пакетоввосстановить высокочастотную частьочагового спектра, до сих. пор неизвестную из-эа сильного затухания ирассеяния.Способ осуществляют следующимобразом,Один или несколько вибраторов, 1установленных на дневной поверхностив пункте излучения, последовательнопосылает в,объем исследуемого региона пакеты высокочастотных продольных Р и поперечных 5 волн. Так как 204 Ф, то через определенное время,определяемое циклограммой работывибратора, пакет Р-волн приближается к пакету 5-волн, и в течение ихналожения происходит параметрическая генерация низкочастотных Р и5-волн. При значительном удалениипункта регистрации от пунта излучения из-за сильного затухания и рассеяния приемники могут принять толь- Зко низкочастотные волны 5. Для повышения эффективности приема волны 5параметрически усиливают с помощьювибратора, установленного в пунктерегистрации. Вибратор создает вдольтрассы распространения сигнала высокочастотный встречный сейсмическийлуч повышенной интенсивности и имеющий ту же структуру из пакетов волны, как и в случае работы вышеуказанных вибраторов, Встречные пакеты, 4 Онелинейно взаимодействуя с низкочастотным сигналом, усиливают последний и в оптимальном случае передают ему значительную часть собственной энергии. Усиленный взаимодействием с проходящими через негопакетами низкочастотный сигнал регистрируют приемником. Управляявременным режимом работы вибраторови трассой распространения пакетовсейсмических волн, последовательнообеспечивают параметрическое взаимодействие волн по всему исследуемомуобъему.Поскольку нелинейные характеристики объекта исследования (например.нефтегазовая залежь или зона подготовки землетрясения) отличаются отсоответствующих характеристик вмещающей среды, можно по наличию соответствующих аномальных эффектов(генерация низкочастотных колебаний) судить о Физическом состоянииобъекта (например, о возможнойнефтегазоносности, об очаговыхпроцессах и т.п.). 65 Для упрощения апнаратурной реализации способа используют отражение вибросигналов от границ или неоднородностейВ этом случае,для исследования нелинейных характеристик всего объема необязательно работать с пакетами Р и 5 волн. Кожно также возбуждать волновые пакеты одного типа.Так, если от границы отражается свип-сигнал в области высоких частот, эа счет параметрического взаимодействия падающего и отраженного сигналов,отмечается появление нового свип-сигнала, но в области низких частот, т.е, произойдет так называемая само- модуляция, самовоздействие импульса. При снятии вертикального профиля нелинейных характеристик среды исследуемого объема, после момента само- модуляции сввп-сигнала для усилемия низкочастотного свип сигнала вибратор переключают на новый режим работы, и он начинает излучать встреч" ный для сигнала высокочастотный сейсмический луч. Усиленный сигнал принимают сейсмоприемником, расположенныи рядом с вибратором. Для исследования всего объема в целом в место установки сейсмоприемника направляют отраженный от границы низкочастотный сигнал, а его усиление производят отражением от ближайшей неоднородности высокочастотнци сейсмическим лучом.Предлагаемый способ эффективен при использовании всех типов сейсмических волн. Он позволяет с высокой точностью определять, например, отношение Р /, что представляет ин. терес 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.формула изобретения1. Способ вибропросвечивания Земли путем возбуждения вибраторами сейсмических колебаний с последующей регистрацией и расшифровкой возникающих интерференционных сейсмических полей, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности способа, в среде первоначально возбуждают монохроматический пакет поперечных волн, затем возбуждают монохроматический пакет продольных волн с частотой, равной частоте поперечных волн, в пукте регистрации сейсмических колебаний, навстречу этим волнам возбуждают высокочастотные колебания с частотой, кратной частоте огибающей взаимодействующих продольных и поперечных894634 Составитель Э. ВолконскийРедактор Е. Папп Техред А.Ач Корректор М. Пожо Заказ 11483/75 Тираж 735 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 волн, характеристики которых изменшот в процессе излучения.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что монохроматические колебания поперечных волн возбуждают в зоне отраженного от границы пакета сейсмических. волн. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Мюир Т. Дик. Нелинейная акустика и ее роль в геофизике морских осадков. М., "Мир", 1977, с. 227-274,2. Пакет США 1 4064481,кл, 340-15,5, 1977 (прототип),