CN88102697A - 对下层土地质断续性的改进的地震勘探法 - Google Patents

Abstract

一种用来较好认识下层土的地质断续性的位置和性质的地震勘探法，基本上包括利用一个或多个地震接收器接收在地层中传送的地震波，所述每个接收器具有互相垂直指向的轴线的三只传感器，在将由每个接收器的三只传感器发出的信号合成后，可确定出由每个接收器的重心描划出的轨迹的真实空间位置及其形状，根据收到的波，记录出作为从接收器到发送地点的距离的函数的这些不同参数的变化，再确定出这些参数有明显变化的接收位置。

Description

本发明属于一种能提供对下层土地质断续性的位置和特性的较好认识的地震勘探法。

地震勘探法一般包括一发出地震波的步骤，一在一个或多个地点上接收在所研究的地层中传播的地震波的步骤，一记录接收到的信号的步骤和一在画出地震段之前应用这些经不同类型加工处理的信号的步骤，在所述地震段中下层土的断续性在它的真空位置复原。

已有的地震勘探法包括从一置于地表或另一井中的震源发出地震波和在震波传开后在从地面上打出的井中的一个或多个点上接收震波。

利用一接收装置可以接收震波，该装置至少具有一用从置于地表的支撑件伸出的一电悬挂电缆悬挂的小探头，还有一可伸缩的锚臂，用以将探头体紧贴住井壁。在一个探头体中装入一只或多只定向地震传感器。

通常将这些传感器每三只结在一起，并使它们的三根轴线相互垂直。

接收装置也可包括井内探头，并悬吊得使一个比一个低些，每只探头至少装有一只三向传感器，以使增加接收地震波的接收点。将探头或探头组件连续地放下和升上。在每一次暂停时，完成了发射地震波的一个循环。

传至探头或探头组件的震波用三向传感器接收，再利用一捕获件将这些地震信号收集起来并传送到地面试验室。

这样的井内探头，例如在法国专利2501380和2548727中，以及在法国专利申请EN87/04365和87/04677中有所描述了。

通常这些收到的信号是较复杂的。地质物理学家试图制订出一条曲线，它是利用从同一接收器的三只单元传感器接收到的信号，由每只三向接收器的重心所描述的，然后用它们的轨迹所确定的。他们发现：至少在从开始接收时起的一定时间，最能体现该曲线的表面是一个通常很扁平的椭圆面。

至今要考虑的是：这一模拟真实轨迹的扁平的椭圆面是包含在基本上垂直的平面内，其偏差是忽略的，以及，这个垂直平面通过了震源和每个接收器位置。

由于在将接收器放下或升上过程中这些接收器中每个探头能绕其轴线或大或小旋转某个角度，则由每个接收器的三只单元传感器的各条轴线形成的三面体，其相对于通过震源和接收点的垂直面的方位是任意的。在这种假定下，必须比较和合成由同一接收器的各传感器发出的信号，以便确定由轨迹的垂直面与由三面体的两根轴线形成的垂直基准面所形成的两面体夹角以及轨迹的对称轴同水平面之间的夹角。同理可用经线和纬线表示的这两个夹角足以表征轨迹的位置。根据这种假定，了解这两个夹角和例如轨迹的椭圆度这样的其他参数，就能确定震波经过的地层的某种地质物理和地质特性。

本发明的地震勘探法非常合理地改进了对震波经过的地层的地质特性的认识。

本发明包括向地面发送声波，利用至少一只地震三向接收器在地层中传送的声波和记录这些接收到的声波。引为表征的包括有根据由每只接收器发出的不同的信号确定用来限定空间中的真实位置以及由各接收器重心表示出的轨迹形状的各参数;根据接收到的声波，作为在每只接收器和发送器和发送点之间的距离的函数，确定每个所述参数的变化和确定在测出所述参数明显变化的地层深度处地质断续性的位置。

由于轨迹的模型是一个“等效椭圆面”，由接收器的三只传感器接收到的震波被合成，以便确定其在空间的位置及显示其形状的各参数，并制定出其曲线，用以表示不同参数的变化，它是每只接收器和地震波的发送点之间的距离的函数。

例如，每个接收器被紧贴住井壁，震波发出位置位于地面上。在这种情况下，离发出点的距离基本上等于深度，那么所表示的不同参数则为深度的函数。

本方法的其它特征和优点可根据一由不受限定的例子所举的实施例的介绍并结合附图而能清楚地看到，附图中：

图1表示放入井孔中的装有几只探头的接收器组件;

图2表示在一有限时间间隔内的在垂直平面内优先极化的轨迹在三个互相垂直平面上的投影。

图3表示在一有限时间间隔内被记录的轨迹在三个互相垂直的平面上的投影。

图4表示在接收到的、在垂直平面内极化的地震波的作用下，同一三向接收器的三只传感器的重心的轨迹，其中ψ表示纬线，λ表示经线。

图5也表示在一有限时间间隔内的被记录的轨迹在三个互相垂直的平面上的投影，这是一种一般的情况，即轨迹的极化平面在空间的方向是任意的;

图6表示空间的任意轨迹及其表示的参数。

下层土的地震勘探的操作是这样进行的：将一系列在一多功能电悬挂电缆2的末端上的接收装置放入井1（图1）中，该接收装置包括一个单探头3，在它的下面悬吊了小探头4。

在每个探头中至少有一只地震接收器5，该接收器至少包括一只定向传感器。通常，接收器采用三向接收器，其包括三只定向传感器，它们的轴线指向三个方向并且相互垂直又组成一三直角的三面体。探头装备有锚臂，使在任一可记录到地震信号的深度处不会使探头在井孔中晃动。电悬挂电缆2将探头3或探头组件3、4与一包括一支撑构件6和装在一车8上的铰盘7的地面装置相连。通过电缆的电线可将由每一个接收器接收到的信号传送到装在车上的中央控制系统和记录系统9。如果接收器的数量较少，就用直接相连方法。如遇其他情况时，要采用一装在其中一只探头中的数据接收装置，用来收集被传送的地震信号并将其数学化和编程。这种用于钻探的接收组件在上述法国专利申请或法国专利中已得到介绍。

将探头或探头组件在一预定深度处紧贴井孔壁，然后地震源10向地层发出震波，这样传至各个接收器的震波就被记录下来。

被地震接收器紧贴住的井孔壁中心的地层粒子的运动通常是很复杂的。

每只三向地震接收器的重心的运动，可利用它的在三个互相垂直的平面上的投影表示，如图2所示，其中垂直平面XOZ包含了地震接收器和地震源10的所在位置，垂直平面YOZ垂直于前者和水平平面XOY，重心的运动可用轨迹表示出来。如果记录信号的时间有限，所述的轨迹可简单地用一空间中的曲线表示出来，如按较好的近似分析，该曲线可以认为是一条很扁平的椭圆面。从图3可看出：该轨迹在平面XOZ上的投影基本上是一个椭圆，而在垂直与前一平面的其他两平面（YOZ和XOY）上的投影几乎缩短成一直线段。

所采用的获得的信号接近于这样的假设，即由轨迹所描画出的基本上是扁平的椭圆包含在一垂直平面内，该平面通过了接收点位置和震源S（10）的位置。由于电悬挂电缆上升时发生扭转，所以由一三向接收器的各传感器的轴线组成的三面体的方位（H₁、H₂、H₃）是任意的（图4）。由于轴H₃始终可以看作是垂直的，所以其他基准位置（H₁、H₂）事实上是不定的。按照现行的假设，即认为轨迹基本上包含在通过震波发送点S的垂直平面XOZ内（图4），那么，同理对应于经线的单角λ就足以表征轨迹的极化面。

在这种情况下，对读自记录到的地震数据的处理是将来自每只接收器的三个信号加以合成，以便计算角λ以及ψ，后者类似于纬线，用来表示椭圆长轴相对于水平方向的倾角。

鉴于对检测到的轨迹的复杂性的更真实考虑，本发明的方法使能测到沿井孔的全部大量的参数，这些参数总的用来表示通过的不同地层的岩性变化和地质变化，这样，就可获得对下层土的详尽了解。

图5实际上表示了：轨迹没有按照优先极化的方法在如图3所示的情况中的平面XOZ上的投影，而是有在两个互补平面YOZ和XOY上的投影，此外，还表示出：在平面XOY上的投影几乎缩小为一直线段，如利用立体的一对轨迹并加以分析，就极易看出其中间平面从不是垂直的。这一结果可从这一事实加以解释，即在大多数情况下，轨迹的优先极化平面并不位于通过每只接收器和震波发出点10的垂直平面，而是相对于垂直面有某一倾斜度。

最好地表示观察到的轨迹的椭圆T必须用大量参数来限定，如图6所示。V1表示椭圆的主极轴线;V2是垂直于第一根轴线的第二根轴线，V3是垂直于由前面两根轴线组成的平面的第三根轴线。为限定这些三根轴线的位置，可采用例如欧拉角。称作为盘旋角的角θ是主轴线V1与垂直轴OZ之间的夹角。垂直于主轴线V1的平面和水平面截交于直线hh′，该直线和每个三向地震接收器的两只水平传感器的其中一只的轴线H₁夹一称作为领前角的角ψ。同一直线hh′与第三轴线V3夹一称作为固有旋转的角ψ。第四个角β称作为横向倾斜，该角是第三向量V3与水平面的夹角。

一个轨迹部分是由某一带有三个元素的信号样品数限定的。根据由同一三向接收器的三只传感器记录的诸信号值，按照已知的变换方法，可在一给定的时间间隔内计算出上述样品的协变矩阵，得出三个固有值L₁、L₂、L₃;三个固有向量V1、V2、V3，其中每一个向量是由对于与每只地震传感器有关的三面体的三根轴线H₁、H₂、Z的三个准线余弦来限定的，准线余弦V^H1i、V^H2i和V^Zi对应于固有向量Vi（i＝1、2或3）。然后，可计算前面定出的三个固有值的平方根，除一常数外，这些平方根是表示等效椭圆面的三根半轴的长度a、b和c。

然后，可利用下列公式计算前面限定的四只角的值：

θ＝cos^-1（V^Z1）

ψ＝tan^-1（ $V^{{\mathrm{H1}}_1}\mathrm{/-V}{}^{{\mathrm{H2}}_1}$ ）

φ＝tan^-1（V^Z3/V^Z2）

β＝sin^-1（V^Z3）

接着可确定出其它极化参数，如求出在先前计算出的三个半轴a、b、c值之间的比之后，可求出椭圆度系数e₂₁，e₃₁，e₃₂或者，也可根据三个半轴a、b、c值的合成确定出扁平度系数。

对每只三向地震接收器计算出不同的参数值之后，就能确定出它们的表示曲线，这些曲线是接收深度和接收记录的函数。

读得这些参数记录将大大有利于地震记录的整理，以达到这样一种程度，即在地质断续带所在的各深度与在各参数的表示曲线上能看到合理的变化的这些深度之间具有清楚的相互关系。

特别需引以注意的是：

-椭圆的主椭圆度e₂₁随着其逐渐变细而变大。

-盘旋角θ随地点使地震波传播速度的降低而减小。

考虑到参数变化的曲线，在地震记录上会清楚地表明地震的位置。在所考虑的实例中，是将三向接收器置于井孔中的。不用说，本发明的该方法也可将诸接收器置于地表上。

Claims (6)

1、一种用来较精确了解下层土的地质断续性的性质的地震勘探法，其特征在于包括将声波传入地层，利用至少一地震三向接收器接受在地层中传送的声波并记录收到的声波，其包括根据每只接收器发出的不同信号确定用来限定由每只接收器的重心描出的轨迹在空间的真实位置和形状的诸参数，根据接收到的声波，确定出作为每只接收器和发送地点之间的距离的函数的每个所述参数的变化以及确定某些深度处的地质断续性的位置，在这些深度，可测出所述诸参数的明显变化。

2、按权利要求1所述的方法，其特征在于利用一椭圆模拟的所述轨迹，例如将由每个接收器的三只传感器接收到的声波合成，以便确定它的空间位置和表示其形状的诸参数，描绘出表示作为每只接收器和地震波发送地点之间的距离的函数的不同参数的变化的曲线。

3、按权利要求1或2所述的方法，其特征在于所使用的每只接收器例如被紧贴住井孔壁，震波发送地点位于地表上，每只接收器与发送地点之间的距离基本上等于接收器所处的深度。

4、按权利要求1或2所述的方法，其特征在于所使用的接收器被置于地表，所述距离为相对于发送地点的纵向偏移。

5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于轨迹是由与利用每个三向接收器的三只传感器分别发出的信号所取得的n个试样对应的n个点描定的，计算出这些三元素试样的协变矩阵，以便确定出由它们各自的准线余弦限定的固有值和固有向量，将固有值和准线余弦合成以确定表示模拟出轨迹的椭圆和表示椭圆形状的参数的真实空间位置的诸角度。

6、按照权利要求5所述的方法，其特征在于用来限定轨迹的椭圆度和扁平度的系数尤应确定，还要确定作为发送点和每个接收器位置之间的距离的函数的所述系数的变化，根据能观察到所述各数值的明显变化的距离值，就可确定地质断续性的位置。

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