Способ излучения поперечных сейсмических волн

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для работы в многоволновой сейсморазведке, в частности при поиске нефти и газа. Заявлен способ излучения поперечных сейсмических волн, включающий создание в земле дипольного эффекта возбуждения сейсмических поперечных волн с помощью группы импульсных невзрывных управляемых источников, разнесенных относительно друг друга по поверхности земли. Начало излучения каждого из источников смещают по времени на величину, определяемую по задержке распространения сигнала (волны) от каждого источника до точки возбуждения. Одновременно определяют скорость распространения поперечной волны по времени прихода отраженной волны от каждого источника излучения на сейсмоприемник. Точку формирования волны смещают в сторону относительно центральной линии положения источников. Возбуждение источников в группе производят последовательно двумя циклами. На первом цикле возбуждения формируют волну одного направления и с задержкой генерируют, формируют поперечную волну противоположного направления. Технический результат: повышение информативности импульсов зондирования при многоволновой сейсморазведке. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемое техническое решение относится к области геофизики и может быть использовано для работы в многоволновой сейсморазведке, в частности

при поиске нефти и газа.

Известно техническое решение «СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ ПОПЕРЕЧНЫХ ВОЛН». Пат. США №4980874, МКИ H04R 23/00. Опубл. 25.12.1990 (аналог). В данном способе для повышения эффективности передачи энергии поперечных волн грунту при ударном воздействии на опорную плиту ударной массы сейсмический генератор располагают под углом к линии, перпендикулярной поверхности почвы. Величина угла зависит от условий почвы и определяется путем установки акселерометра на опорную плиту генератора и наблюдения за показаниями степени горизонтального ускорения на акселерометре. Если степень ускорения превышает заданную величину, угол положения генератора изменяют автоматически или вручную до тех пор, пока степень ускорения не перестанет превышать заданную величину.

Однако этот способ реализуется сложной системой привода, позволяет измерять лишь непрерывные колебания, используемые в способе невзрывной сейсморазведке. Поскольку эффективность возбуждения сейсмической волны имеет сильную зависимость от параметров грунта под опорной плитой генератора, то применение данного способа возбуждения сейсмических волн имеет существенные ограничения.

Известен также СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ (Пат. РФ 2381527, опубл.10.02.2010. МПК⁷ G01V 1/02, прототип), в котором сейсмические сигналы возбуждают группой невзрывных источников возбуждения, которые включают последовательно друг за другом с частотой повторения импульсов в группе, соответствующей центральной частоте ожидаемого полезного сигнала.

Способ реализует генерирование импульсов излучения на частоте повторения зондирующих сигналов группой источников.

Реализация прототипа позволяет излучать преимущественно продольные волны, что не соответствует требованиям многоволновой сейсморазведке поперечными волнами.

Задачей предлагаемого технического решения является устранение отмеченных недостатков, а именно реализация излучения преимущественно поперечных сейсмических волн независимо от состояния грунта в месте зондирования.

Поставленная задача решается тем, что в способе излучения поперечных сейсмических волн, включающем генерирование продольных волн с помощью группы импульсных невзрывных управляемых источников, которые включают последовательно друг за другом, дополнительно создают в земле дипольный эффект возбуждения сейсмических поперечных волн, для чего начало излучения каждого из источников смещают по времени на величину, определяемую по задержке распространения сигнала (волны) от каждого источника до точки возбуждения, одновременно определяют скорость распространения поперечной волны, по времени прихода отраженной волны от каждого источника излучения, на сейсмоприемник, а точку формирования волны смещают в сторону центра симметрии расположения источников излучения. Для создания дипольного эффекта возбуждение источников в группе производят последовательно двумя циклами на первом цикле возбуждения (очередность возбуждения: излучатель - а, излучатель - б) формируют волну одного направления и с задержкой (очередность возбуждения: излучатель - б, излучатель - а), поперечную волну противоположного направления, и создают в земле эффект эквивалентного диполя излучения сейсмических поперечных волн длиной λ/4 или λ/2 между точками О и О'.

Величину времени задержки импульсов синхронизации (τ₃) определяют по времени запаздывания сейсмических сигналов на расстояниях r₁ и r₂ от точки излучения до точки формирования эквивалентного диполя, из равенства

,

где υ₃≈ 2000 км/с - скорость распространения поперечных волн в земле,

которую рассчитывают по времени задержки между фронтом импульса излучения от источников, расположенных в точке r₁ и r₂ и принимаемых сейсмоприемником импульсов, отраженных от слоя, на котором формируется поперечная волна.

Существенное отличие заявляемого технического решения от прототипа состоит в том, что дополнительно создают в земле дипольный эффект возбуждения сейсмических поперечных волн, для чего начало излучения каждого из источников смещают по времени на величину, определяемую по задержке распространения сигнала (волны) от каждого источника до точки возбуждения, одновременно определяют скорость распространения поперечной волны, по времени прихода отраженной волны от каждого источника излучения, на сейсмоприемник, а точку формирования волны смещают в сторону центра симметрии расположения источников излучения. Для создания дипольного эффекта возбуждение источников в группе производят последовательно двумя циклами на первом цикле возбуждения (очередность возбуждения: излучатель - а, излучатель - б) формируют волну одного направления и с задержкой (очередность возбуждения: излучатель - б, излучатель - а), поперечную волну противоположного направления, и создают в земле эффект эквивалентного диполя излучения сейсмических поперечных волн длиной λ/2 между точками О и О'.

Данное техническое решение обеспечивает более точный учет частотных характеристик источников сейсмических сигналов, изменение их динамики и состояния зондируемого грунта. В известных источниках патентной и научно-технической информации не описан способ сейсморазведки, позволяющий обеспечить такие технические характеристики.

Вторым существенным отличием заявляемого технического решения от прототипа является то, что величину времени задержки импульсов синхронизации (τ₃) определяют по времени запаздывания сейсмических сигналов на расстояниях r₁ и r₂ из равенства

,

где υ₃≈ 2000 км/с - скорость распространения поперечных волн в земле, которую рассчитывают по времени задержки между фронтом импульса излучения от источников, расположенных на расстоянии r₁ и r₂ от слоя, на котором формируется поперечная волна, регистрируемая сейсмоприемником.

Использование системы управления началом излучения каждого из источников сейсмических сигналов позволяет повысить интенсивность излучения поперечных волн и, как следствие, эффективность поиска нефти и газа.

Сказанное позволяет сделать вывод о наличии в заявленном техническом решении "изобретательского уровня".

На фиг.1 изображена функциональная схема реализации способа излучения поперечных сейсмических волн, где введены следующие обозначения: блок генерации импульсов синхронизации - 1; первый генератор сейсмических сигналов - 2; второй генератор сейсмических сигналов - 3; схема задержки времени формирования сейсмических сигналов - 4; схема управления задержкой формирования сейсмических сигналов - 5; первый сейсмический излучатель - а; второй сейсмический излучатель - б; сейсмоприемник - 6; области формирования поперечных волны - О,О'.

Способ реализуется следующим образом.

При подаче импульсов синхронизации с блока генерации импульсов синхронизации (1) запускается первый генератор сейсмических сигналов - (2), с выхода которого импульсы поступают на вход второго сейсмического излучателя (б). Затем импульсы синхронизации с блока генерации импульсов синхронизации (1), пройдя через схему задержки формирования сейсмических сигналов (4), поступают на вход второго генератора сейсмических сигналов (3), нагрузкой которого является первый сейсмический излучатель (а). Время задержки импульсов синхронизации (τ₃) задает схема управления задержкой формирования сейсмических сигналов (5), а величину задержки определяют по времени запаздывания сейсмических сигналов на расстояниях r₁ и r₂ из равенства

где υ₃≈ 2000 км/с - скорость распространения поперечных волн в земле.

Скорость распространения поперечных волн на конкретном участке земли определяется но времени задержки между фронтом импульса излучения от первого (а) и второго (б) импульсных излучателей и принимаемых сейсмоприемником (6) импульсов, отраженных от слоя, на котором формируется поперечная волна.

Модуль вектора интенсивности поперечной сейсмической волны определяется из равенств ,

,

где ; ;

здесь P - эквивалентная сила удара (интенсивность) излучателей;

;

; где x₁, x₂ - координаты расположения сейсмических излучателей (а) и (б) относительно точки формирования поперечной сейсмической волны.

Таким образом путем автоматической установки времени запаздывания (τ₃) сейсмических сигналов, формируемых первым сейсмическим излучателем (а) относительно второго сейсмического излучателя (б), после определения скорости (υ₃) в заданной точке генерации поперечной волны на глубине (h) и координатой x₁+x₂ относительно положения первого сейсмического излучателя, формируется вектор силы поперечной волны (F_s) в виде суммы проекций векторов F_s1 и F_s2 на горизонтальную плоскость.

Поскольку скорость продольной волны превышает в два раза скорость поперечной волны

устанавливается в точке (О) произвольно, без учета запаздывания на участках r₁ и r₂ на суммарный вектор (F_p) будет меньше поперечного (F_s) на величину, определяемую из разности времени запаздывания продольных волн

.

Поскольку интенсивность продольных волн падает с увеличением углов α₁ и α₂, а поперечной нарастает, то заявляемый способ позволит существенно поднять отношение в точке (О) формирования поперечной сейсмической волны.

Устройство, реализующее предлагаемый способ излучения сейсмических волн, может быть реализовано промышленным способом и найти применение в сейсморазведке.

1. Способ излучения поперечных сейсмических волн, включающий генерирование продольных волн с помощью группы импульсных невзрывных управляемых источников, разнесенных относительно друг друга по поверхности земли, отличающийся тем, что создают в земле дипольный эффект возбуждения сейсмических поперечных волн, для чего начало излучения каждого из источников смещают по времени на величину, определяемую по задержке распространения сигнала волны от каждого источника до точки возбуждения, одновременно определяют скорость распространения поперечной волны по времени прихода отраженной волны от каждого источника излучения на сейсмоприемник, а точку формирования волны смещают в сторону относительно центральной линии положения источников.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания дипольного эффекта возбуждение источников в группе производят последовательно двумя циклами, на первом цикле возбуждения с очередностью возбуждения излучатель а) - излучатель б) формируют волну одного направления и с задержкой с очередностью возбуждения излучатель б) - излучатель а) генерируют поперечную волну противоположного направления.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что время задержки импульсов синхронизации (τ₃) задает схема управления задержкой формирования сейсмических сигналов, а величину задержки определяют по времени запаздывания сейсмических сигналов на расстояниях r₁ и r₂ из равенства
где υ₃≈2000 км/с - скорость распространения поперечных волн в земле, которую рассчитывают по времени задержки между фронтом импульса излучения от источников, расположенных на расстояниях r₁ и r₂; от слоя, на котором формируется поперечная волна, регистрируемая сейсмоприемником.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что для создания в земле дипольного эффекта излучения сейсмических волн источники излучения включают поочередно с задержкой (τ₃) и создают эквивалентный диполь длиной λ/2 между точками О и О' формирования поперечных волн.