Способ сейсмической разведки с использованием шпуровых зарядов

 

Изобретение относится к геофизике, к сейсмическим методам разведки полезных ископаемых с использованием взрывов зарядов, расположенных в шпурах (скважинах) в зоне малых скоростей, и предназначено для получения сейсмических разрезов повышенной разрешенности и достоверности в сложных сейсмогеологических условиях, в частности при большой зоне малых скоростей (свыше 20-25 м). Способ сейсморазведки в районах со сложными сейсмогеологическими условиями включает возбуждение сейсмических колебаний в скважине, их регистрацию на поверхности и обработку полученных сейсмических данных по методу ОГТ. Отличие способа заключается в следующем. Возбуждение сейсмических колебаний проводят путем взрывов группы единичных излучателей с высокой собственной частотой колебания в очаге каждого взрыва на одной глубине h. Каждый единичный излучатель состоит из единичного заряда, размещенного в скважине. Масса единичного заряда и соотношение радиуса скважины и радиуса единичного заряда выбираются по принципу минимизации единичного излучателя. При обработке сейсмических данных до операции суммирования по методу ОГТ проводят для каждой сейсмической записи обратную фильтрацию с применением минимально-фазовой деконволюции, после чего осуществляют нуль-фазовую деконволюцию и последующую обработку сейсмических записей в соответствии с сейсмогеологическими условиями изучаемого района. Технический результат - получение максимальной разрешенности сейсмической записи с высоким отношением сигнал-помеха и обеспечение высокой производительности при использовании шпуровых зарядов в сейсморазведке.

Изобретение относится к геофизике, к сейсмическим методам разведки полезных ископаемых с использованием взрывов зарядов, расположенных в шпурах (скважинах) в зоне малых скоростей, и предназначено для получения сейсмических разрезов повышенной разрешенности и достоверности в сложных сейсмогеологических условиях, в частности при большой зоне малых скоростей (свыше 20-25 м).

Известен способ сейсмической разведки, проводимый при возбуждении сейсмических волн группированием взрывов в мелких скважинах (шпурах). (RU 2166778 А, опублик. 2001 г.). В этом способе произведена попытка повысить энергию полезных волн за счет снижения эффекта столкновения волн сжатия, возникающих от каждого элементарного источника в групповом взрыве, с удвоением амплитуды волны и, соответственно, дополнительным разрушением среды. Снижение интенсивности волн при их прямом столкновении достигается за счет выбора интервала расстояния между группируемыми линейно расположенными шпурами, рассчитанного с учетом величины зоны пластической деформации грунта и составляющего не менее трех и не более восьми радиусов зоны пластической деформации.

Недостатком данного способа является отсутствие обоснований выбора величины заряда, глубины его погружения, условий размещения заряда в шпуре, несоблюдение условий при выборе расстояния между шпурами для ослабления приповерхностных волн-помех типа Лява и Релея. Сейсмический материал, получаемый этим способом, не обладает устойчивым, простым по форме сейсмическим сигналом с низким фоном низкоскоростных волн-помех. Сейсмическая запись не может быть разрешенной, поскольку при таких расстояниях в случае использования больших единичных зарядов (более 0,4 кг) в группе и укупорке скважин возникает явление резонанса, то есть происходит колебание в унисон всей толще грунта (пласта пород) над очагами каждого элементарного источника. В результате этот пласт на всей базе группирования шпуров генерирует дополнительные низкочастотные колебания. Это приводит к увеличению длительности возбуждаемого импульса.

Наиболее близким аналогом является способ сейсмической разведки, в котором для повышения безопасности и производительности способа путем улучшения контроля за полнотой взрыва заряды помещают в шпурах на глубину камуфлетного взрыва, укупоривают грунтовой засыпкой на высоту, равную 0,6-0,7 величины линии наименьшего сопротивления, и в каждое устье шпура устанавливают индикатор. Этот способ позволяет лучше использовать энергию взрыва и контролировать полноту взрыва группового источника ((RU 2168187 С1, опублик. 27.05.2001 г.).

Недостатком данного способа является то, что, несмотря на некоторые соблюденные условия по глубине и особенностям размещения заряда в шпуре, не придается значения влиянию этих факторов на форму возбуждаемого сигнала, который при практическом применении способа оказывается недостаточно устойчивым и разрешенным. При таком взрыве за счет укупорки возникают значительные разрушения грунта и, соответственно, возбуждаются интенсивные сдвиговые волны. В полевых условиях создаются дополнительные сложности и затраты на доставку грунта и засыпку шпура, что, в целом, существенно снижает производительность и уменьшает возможности сейсморазведки при использовании шпуровых зарядов.

В изобретении достигается технический результат, заключающийся в получении максимальной разрешенности сейсмической записи с высоким отношением сигнал-помеха и обеспечении высокой производительности при использовании шпуровых зарядов в сейсморазведке.

Указанный технический результат достигается следующим образом.

Способ сейсморазведки в районах со сложными сейсмогеологическими условиями включает возбуждение сейсмических колебаний в скважине, их регистрацию на поверхности и обработку полученных сейсмических данных по методу ОГТ.

Отличие способа заключается в следующем. Возбуждение сейсмических колебаний проводят путем взрывов группы единичных излучателей с высокой собственной частотой колебания в очаге каждого взрыва на одной глубине h, выбираемой из соотношения

где Q - тротиловый эквивалент заряда (кг),

λ - длина прямой волны, замеренная на расстоянии 2-3 м от очага взрыва (м),

К_к - экспериментально определяемый коэффициент, зависящий от прочности грунтов (м·кг^-1/3).

Каждый единичный излучатель состоит из единичного заряда, размещенного в скважине. Масса единичного заряда, выбираемая по принципу минимизации единичного излучателя, составляет 0,02-0,4 кг.

Соотношение радиуса R скважины и радиуса г единичного заряда также выбирается по принципу минимизации единичного излучателя из условия

r² ≤ R²<2r.

При обработке сейсмических данных до операции суммирования по методу ОГТ проводят для каждой сейсмической записи обратную фильтрацию с применением минимально-фазовой деконволюции, после чего осуществляют нульфазовую деконволюцию и последующую обработку сейсмических записей в соответствии с сейсмогеологическими условиям изучаемого района.

Способ осуществляется следующим образом.

Предложенный способ сейсмической разведки особенно эффективен для районов со сложными сейсмогеологическими условиями, в частности при большой зоне малых скоростей (свыше 20-25 м), в которых сложно получить высокоинформативную, разрешенную сейсмическую запись при высокой производительности сейсморазведочных работ.

Вначале формируется группа единичных излучателей. Каждый единичный излучатель состоит из единичного заряда, размещенного в скважине. Бурение скважин производится передвижными буровыми установками типа УРБ-2А и другим высокопроизводительным буровым инструментом в разных модификациях для бурения различных по тяжести грунтов, в том числе и сыпучих. Из опыта работ диаметр шпура обычно не превышает 40-50 мм.

Количество зарядов и база возбуждения определяются опытным путем, исходя из общепринятых принципов составления интерференционных систем с дополнительным условием, что на этапе обработки после регулировок за расхождение и поглощение энергии упругих колебаний на сейсмограммах, либо после суммирования по методу ОГТ на временных разрезах оценивается возможность выделения самых глубоких целевых отражений.

Возбуждение сейсмических колебаний проводят путем взрывов группы единичных излучателей с высокой собственной частотой колебания в очаге каждого взрыва на одной глубине h, выбираемой из соотношения

,

где Q - тротиловый эквивалент заряда (кг),

λ - длина прямой волны, замеренная на расстоянии 2-3 м от очага взрыва (м),

К_к - экспериментально определяемый коэффициент, зависящий от прочности грунтов (м·кг^-1/3).

Длину прямой волны замеряют одиночным сейсмоприемником, расположенным на поверхности на удалении 2-3 м от источника, при взрыве одиночного заряда в скважине. На практике обычно при опытных работах выбирают длину волны из данных микросейсмокаротажа, либо по стандартной записи определяют преобладающую длину волны по ближайшим к взрыву каналам.

Коэффициент К_к определяется экспериментально и районирован по исследуемым территориям по плотности грунтов. Данные по этому коэффициенту приведены в работах по взрывному делу для разных грунтов, включая взрывы в шахтах и при других работах, в том числе и в карьерах. Обычно, чтобы обезопасить личный состав взрывных работ при расчетах безопасной зоны берется коэффициент для мягких и средних грунтов, равный 0,4-0,5. (И.И.Гурвич “Сейсморазведка”, М., Недра, 1981 г., с.374).

Достижение у единичного излучателя высокой собственной частоты в очаге взрыва обеспечивается при выборе массы единичного заряда и соотношения радиуса R скважины и радиуса r единичного заряда по принципу минимизации единичного излучателя (И.И.Гурвич “Сейсморазведка”, М., Недра, 1981 г., с.375).

Масса единичного заряда, выбираемая по принципу минимизации единичного излучателя, составляет 0,02 - 0,4 кг.

Соотношение радиуса R скважины и радиуса r единичного заряда также выбирается по принципу минимизации единичного излучателя из условия

При указанном соотношении радиусов R и r в каждой взрывной скважине обеспечивается повышение сейсмической эффективности взрыва и сокращение интенсивности поверхностных волн-помех.

В этом случае нет необходимости создавать дополнительную укупорку зарядов путем засыпки ее грунтом, достаточно установить индикаторы полноты взрыва.

Указанное соотношение радиусов R и r определяется из отношения объема заряда и объема той части скважины, где размещается заряд (В.А.Ассонова “Буровзрывные работы”, М.: Госстройиздат, 1960). Чем выше соотношение, тем минимальнее эффект разрушения пород, обусловленный наличием воздушной прослойки между зарядом и скважиной и соответственно меньше интенсивность поверхностных волн-помех. При соотношении радиусов R и r, равном 1, зона разрушения пород равна теоретической. При меньшем значении соотношения радиусов R и r разрушительный эффект от взрыва выше за счет воздушной прослойки вокруг заряда. Опыт работ показывает, что соотношение радиусов R и r должно составлять не менее 0,5-0,6. Если соотношение радиусов R и r меньше ~0,5, то взрыв становится более низкочастотным и интенсивность волн-помех растет.

Из теории и практики взрыва известно, что создание воздушной прослойки вокруг единичного заряда в скважине способствует интенсивному дроблению пород. В практике сейсморазведки нужен обратный эффект, когда условия взрыва создают минимальный разрушительный эффект. Указанные параметры единичного излучателя приводят к снижению воздушной прослойки между зарядом и грунтом.

Соотношение радиусов R и r согласно условию (2) при открытом стволе скважины позволяет наиболее эффективно использовать энергию взрыва на создание упругих волн. Известно, что упругие волны сжатия (продольные) возникают на начальной стадии взрыва, а остальная часть энергии идет на образование камуфлета, трения, возникновение тангенцильных напряжений и соответственно к возникновению сдвиговых волн, то есть, на образование упругих волн расходуется не более 5-10% от всей энергии. Открытый ствол скважины позволяет неэффективную часть энергии высвободить и тем самым ослабить условия возникновения сдвиговых волн и зоны разрушения. Возникшая при этом звуковая волна регистрируется только на нескольких каналах, причем далеко не во всех случаях, а при наличии определенных условий, когда дует ветер в сторону регистрирующей системы. При современных многоканальных сейсмических системах и современных обрабатывающих комплексах имеется оперативный простор для полного ослабления этой помехи вплоть до ее исключения из общей записи. Из практики сейсморазведки со шпуровым источником при диаметре шпура 45 мм и использовании в качестве заряда шашек аммонита по 0,2-0,25 кг создается вполне приемлемое соотношение радиусов R и r на уровне ≈0,55. Глубина погружения обычно составляет 1,8-2,0 м, что при скоростях продольных волн 400-600 м/с и длине волны 6-10 м вполне укладывается в условие (1).

При обработке сейсмических данных после амплитудных регулировок за расхождение и поглощение энергии сигнала до операции суммирования по методу ОГТ проводят для каждой сейсмической записи обратную фильтрацию с применением минимально-фазовой (предсказывающей) деконволюции. После этого осуществляют нульфазовую деконволюцию и последующую обработку сейсмических записей по графу, соответствующему конкретным сейсмогеологическим условиям.

Предложенный способ базируется на большом опыте работ методом ОГТ с использованием шпурового источника. Выбор глубины погружения заряда согласно условию (1) позволяет стабилизировать и упростить форму возбужденного сейсмического сигнала. Экспериментальными наблюдениями при ВСП было показано, что соблюдение описанных условий возбуждения сейсмического сигнала позволяет создать устойчивый близкий по форме к минимально-фазовому сигнал, который благоприятен для последующей свертки с использованием процедур обратной фильтрации (деконволюции сжатия) и последующего применения нуль-фазовой и стратиграфической деконволюций (Голиченко А.М. и др. “Использование приповерхностных источников в сейсморазведке” сборник докладов на Всесоюзной геофизической конференции, Волгоград, октябрь 1986 г, стр. 89-92).

Это позволяет существенно расширить спектр полезной записи, поскольку форма возбуждаемого при взрывах в скважинах сигнала практически не меняется, выдержана по профилю, что благоприятствует применению деконволюции. (Л.Хаттон и др. “Обработка сейсмических данных. Теория и практика, М., “Мир”, 1989, стр. 34-35). В противном случае без деконволюции сигнал будет слабо разрешен. Для высокого разрешения проводятся последовательно сначала минимально-фазовая, а затем нуль-фазовая деконволюции. Параметры деконволюции в обоих случаях подбираются экспериментально. Нуль-фазовую деконволюцию в целях экономии машинного времени можно осуществлять по временному разрезу.

Формула изобретения

Способ сейсморазведки в районах со сложными сейсмогеологическими условиями, включающий возбуждение сейсмических колебаний в скважине, их регистрацию на поверхности и обработку полученных сейсмических данных по методу ОГТ, отличающийся тем, что возбуждение сейсмических колебаний проводят путем взрывов группы единичных излучателей с высокой собственной частотой колебания в очаге каждого взрыва на одной глубине h, выбираемой из соотношения

где Q - тротиловый эквивалент заряда (кг);

λ - длина прямой волны, замеренная на расстоянии 2-3 м от очага взрыва, м;

К_к - экспериментально определяемый коэффициент, зависящий от прочности грунтов, м·кг^-1/3,

при этом каждый единичный излучатель состоит из единичного заряда, размещенного в скважине, масса единичного заряда, выбираемая по принципу минимизации единичного излучателя, составляет 0,02 - 0,4 кг, соотношение радиуса R скважины и радиуса r единичного заряда также выбирается по принципу минимизации единичного излучателя из условия

r² ≤ R²<2r,

а при обработке сейсмических данных до операции суммирования по методу ОГТ проводят для каждой сейсмической записи обратную фильтрацию с применением минимально-фазовой деконволюции, после чего осуществляют нуль-фазовую деконволюцию и последующую обработку сейсмических записей в соответствии с сейсмогеологическими условиями изучаемого района.

NF4A Восстановление действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение

Дата, с которой действие патента восстановлено: 10.04.2007

Извещение опубликовано: 10.04.2007        БИ: 10/2007