Способ шахтной сейсмической разведки

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в условиях шахт с целью изучения геологического строения и физических свойств горных пород. Заявлен способ шахтной сейсмической разведки, который включает установку сейсмоприемников в горной выработке, возбуждение колебаний ударами в стенки, кровлю или почву выработки в направлении вдоль ориентации сейсмоприемников по двум линиям возбуждения, разнесенным друг от друга на расстояние в плоскости, перпендикулярной ориентации сейсмоприемников. При этом отраженные поперечные волны, приходящие к линии приема с разных сторон, разделяют в ходе камеральных работ либо путем введения положительных и отрицательных поправок за расстояние между линиями возбуждений и потрассным вычитанием полученных разрезов, либо путем сравнения пикировок одноименных горизонтов, прослеженных на разрезах для первой и второй линий возбуждения, либо с помощью ФВК, в результате чего получают два временных и глубинных разреза, содержащих информацию о геологическом строении с двух сторон относительно выработки, а затем эти разрезы интерпретируют. Технический результат - получение детальной модели геологической среды за счет использования для изучения поперечных волн и способов разделения отраженных волн, пришедших к линии приема с разных сторон. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано в условиях шахт с целью изучения геологического строения и физических свойств горных пород.

Известен способ согласно которому при установке сейсмоприемников в кровлю выработки и при возбуждении упругих колебаний ударами в кровлю выработки, регистрируются отраженные поперечные волны (High-resolution seismic reflections in a potash mine/D.J. Gendzwill, R. Brehm//Geophysics. - №5. - 1993. - P. 741-748).

Недостаток данного способа в том, что для изучения геологического строения горных пород используют продольные волны, а поперечные волны возникают в результате обменных процессов на границе целик-выработка, где их регистрируют.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ согласно которому верхнее полупространство изучают поперечными волнами, которые возбуждают вертикально-направленными ударами и регистрируют вертикально-ориентированными сейсмоприемниками (Пространственные интерференционные системы сейсмоакустических наблюдений в условиях горных выработок калийных рудников/А.И. Бабкин. - ГИАБ. - №1. - 2010. - С. 261-267).

Недостатком предложенного способа является возбуждение поперечной волны с плоскостью поляризации, развернутой относительно нужной на 90°, и регистрация отраженных поперечных волн вертикально-ориентированным сейсмоприемником, при этом его ось чувствительности не совпадает с направлением движения частиц во фронте поперечных волн, приходящих сверху. Это приводит к низкой чувствительности всей системы наблюдения к поперечным волнам, приходящим в вертикальном направлении. Так же указанный способ не предусматривает возможность разделения отражений, пришедших к сейсмоприемникам с разных направлений относительно горной выработки.

Техническим результатом изобретения является получение детальной модели геологической среды за счет использования для ее изучения поперечных волн и способов разделения отраженных волн, пришедших к линии приема с разных сторон.

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежом фиг. 1, где а - зондирование вверх и вниз относительно горной выработки; б - зондирование вправо и влево относительно горной выработки; в - зондирование под углом 45° к горизонту.

На чертежах обозначены: 1 - горная выработка; 2 - сейсмоприемник; 3 - стенка горной выработки; 4 - подошва горной выработки; 5 - кровля горной выработки; 6 - горизонтально-направленные удары; 7 - вертикально-направленные удары; 8 - наклонные удары; 9 - направление распространения волны; 10 - линия приема; 11 - линия возбуждения; 12 - направление прихода волны.

Способ осуществляется следующим образом.

Для изучения геологического строения с разных сторон относительно горной выработки 1 шахтная сейсморазведка осуществляется на поперечных волнах.

Сейсмоприемники 2 для зондирования устанавливают в отверстия, просверленные в стенке 3, подошве 4 либо кровле 5 горной выработки. Сейсмоприемники выбирают горизонтально-направленные для зондирования вверх и вниз относительно горной выработки (Фиг. 1, а), вертикально-направленные для зондирования вправо и влево (Фиг. 1, б), всенаправленные или трехкомпонентные для зондирования в направлении, отличном от горизонтального и вертикального, например, под углом 45° к горизонту (Фиг. 1, в).

Возбуждение колебаний (поперечных волн) выполняется горизонтально-направленными ударами 6 вдоль линий возбуждения 11, например, молотком или кувалдой в стенку выработки 3 для зондирования вверх и вниз относительно горной выработки (Фиг. 1, а), вертикально-направленными ударами 7 в подошву 4 выработки для зондирования вправо и влево (Фиг. 1, б) и наклонными ударами 8 в кровлю 5 для зондирования в направлении, отличном от горизонтального и вертикального, например, под углом 45° к горизонту (Фиг. 1, в). Поперечные волны при этом распространяются в направлении 9, радиальном относительно оси ударов, а отраженные поперечные волны приходят к линии приема 10 в направлении 12, в результате чего будет регистрироваться интерференционная картина, содержащая информацию о геологическом строении пород сразу с двух сторон относительно горной выработки 1.

Для регистрации и разделения волн, приходящих к линии приема 10 с разных сторон, предлагается следующий подход, состоящий из двух этапов - полевого и камерального.

На полевом этапе возбуждение поперечных волн выполняется, в зависимости от направления зондирования, ударами в стенку 3, подошву 4 или кровлю 5 выработки по двум линиям возбуждения 11, разнесенным друг от друга в плоскости перпендикулярной ориентации сейсмоприемников. Такой подход даст разницу прихода поперечных волн с разных сторон во времени порядка 1-2 мс, в зависимости от геологических условий, чего вполне достаточно для определения направления прихода упругой волны. Линии возбуждения 11 разнесены друг от друга на расстояние, которое зависит от длины волны и позволяет разделять отраженные волны наилучшим образом.

На камеральном этапе сначала получают первичные разрезы известным способом, характерным для MOB МОГТ. Каждый из первичных разрезов содержит отражения, пришедшие к приемной линии 10 с разных сторон, однако, эти отражения будут сдвинуты относительно друг друга за счет расстояния между линиями возбуждения 11.

Далее отраженные поперечные волны, приходящие с разных сторон, разделяют, в результате чего получают два временных и глубинных разреза для поперечных волн, содержащих информацию о геологическом строении в двух направлениях, в зависимости от выбранного на полевом этапе направления зондирования.

Способы разделения отраженных поперечных волн, пришедших к линии приема с разных сторон:

1. Произвольно присваивают линиям возбуждения 11 номера - первая и вторая линия возбуждения. В разрез для первой линии пунктов возбуждения вводятся отрицательные временные или глубинные поправки за расстояние между первой и второй линиями пунктов возбуждения. Полученный разрез потрассно вычитается из разреза для второй линии пунктов возбуждения. В итоге получается окончательный разрез, преимущественно содержащий отражения, приходящие со стороны первой линии возбуждения.

В разрез для первой линии пунктов возбуждения вводятся положительные временные или глубинные поправки за расстояние между первой и второй линями пунктов возбуждения. Из полученного разреза потрассно вычитается разрез для второй линии пунктов возбуждения. В итоге получается окончательный разрез, преимущественно содержащий отражения, приходящие со стороны второй линии возбуждения.

Равноценна обратная операция с тем же результатом, когда поправки вводятся в разрез для второй линии пунктов возбуждения, и из него вычитается разрез для первой линии пунктов возбуждения.

В итоге получают два окончательных временных или глубинных разреза для поперечных волн, содержащих информацию о геологическом строении со стороны первой и со стороны второй линий возбуждения. Далее в полученные разрезы может быть введены поправки за рельеф горной выработки, выполнена привязка к данным бурения, и выполнена интерпретация в рамках MOB МОГТ.

2. Произвольно присваивают линиям возбуждения 11 номера - первая и вторая линия возбуждения. Из первичных разрезов попарно выбираются трассы с одинаковыми координатами общей глубинной точки, в окне рассчитывается ФВК между этими трассами, причем сдвиг при расчете ФВК делается и положительный, и отрицательный. Далее отыскивается сдвиг, на котором находится максимум ФВК, и по знаку сдвига - отрицательный или положительный, определяется направление прихода волны - со стороны первой или со стороны второй линии возбуждения. Исходя из принятого решения, сигнал записывается в окончательный разрез либо для отражений, пришедших со стороны первой линии возбуждения, либо в разрез для отражений, пришедших со стороны второй линии возбуждения. После этого окно сдвигается, и операция повторяется до конца интервала анализа. Анализ может выполняться как по всей длине трасс, так и в определенном интервале. Анализ и интерпретация полученных разрезов выполняется в рамках MOB МОГТ.

3. Произвольно присваивают линиям возбуждения 11 номера - первая и вторая линия возбуждения. Направление прихода отражения определяется либо визуально, по результатам анализа двух первичных разрезов, либо по пикировкам одноименных отражающих горизонтов для этих же разрезов. Решение о направлении прихода отражения принимается на основе следующего положения: отражения, пришедшие со стороны первой линии возбуждения, на разрезах для первой линии пунктов возбуждения будут находиться на меньшем времени или глубине, чем на разрезах для второй линии пунктов возбуждения. И наоборот, отражения, пришедшие со стороны второй линии возбуждения, на разрезах для первой линии пунктов возбуждения будут находиться на большем времени или глубине, чем на разрезах для первой линии пунктов возбуждения. Анализ и интерпретация полученных разрезов выполняется в рамках MOB МОГТ.

Таким образом способ шахтной сейсмической разведки, основанный на использовании поперечных волн, как более информативных в условиях шахт позволяет получить детальные данные об особенностях геологического строения среды, и обеспечить повышение разрешающей способности метода. Разделение отражений позволяет изучать геологическую среду в нужном направлении, преодолевая явление интерференции отражений, пришедших к линии приема с разных сторон.

1. Способ шахтной сейсмической разведки, включающий выполнение полевых и камеральных работ, установку сейсмоприемников в горной выработке, возбуждение колебаний ударами в стенки, кровлю или почву выработки, отличающийся тем, что в ходе полевых работ возбуждение поперечных волн выполняют по двум линиям возбуждения, разнесенным друг от друга в плоскости, перпендикулярной ориентации сейсмоприемников, при этом отраженные поперечные волны, приходящие к линии приема с разных сторон, разделяют в ходе камеральных работ либо путем введения положительных и отрицательных поправок за расстояние между линиями возбуждений и потрассным вычитанием полученных разрезов, либо путем сравнения пикировок одноименных горизонтов, прослеженных на разрезах для первой и второй линий возбуждения, либо с помощью ФВК, в результате чего получают два временных и глубинных разреза, содержащих информацию о геологическом строении с двух сторон относительно выработки, а затем эти разрезы интерпретируют.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что возбуждение волн выполняют около кровли и подошвы выработки ударами в стенку выработки, при этом используют горизонтально-направленные сейсмоприемники, которые крепят на стенку выработки.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что возбуждение волн выполняют по двум линиям возбуждения, расположенным около стен выработки, ударами в подошву выработки, при этом используют вертикально направленные сейсмоприемники, которые крепят на подошву выработки.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что возбуждение волн выполняют по двум линиям ударами в кровлю, стену или подошву выработки, при этом используют всенаправленные или трехкомпонентные сейсмоприемники, которые крепят на кровлю, стену или подошву выработки.