PL89659B1 - Geophysical prospecting methods[gb1404006a] - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest uklad do wibracyjnego badania utworów geologicznych. Znanych jest wiele urzadzen do wibracyjnego badania utworów geologicznych, zarówno jezeli chodzi o sposoby rozstawienia zespolów nadajnikowo-odbiornikowych, jak i rodzaje nadajników i odbiorników. Energia przenoszona z nadajników do odbiorników ma zazwyczaj postac fal akustycznych o czestotliwosciach od kilku do 120Hz. Nadajniki polaczone sa elektrycznie ze zródlem zasilania imaja postac na przyklad wibratorów hydraulicznych. Doprowadzony sygnal elektryczny zostaje przetworzony na pionowe lub poziome drgania ob¬ ciaznika, które zostaja nastepnie przekazane podlozu. Odbiorniki sa mechanicznie polaczone z gruntem, a wiec rejestruja drgania podloza wytworzone przez nadajniki i nastepnie znieksztalcone w wyniku niejednorodnosci tego podloza. Zarejestrowane sygnaly wibracyjne zostaja przetworzone w odbiornikach na odpowiednie sygnaly elektryczne. Odbiorniki polaczone sa z zespolami przetwarzania danych przy pomocy laczy radiowych lub przewodowych. Sygnal moze byc zwielokrotniany lub transmitowany bezposrednio. Zespoly przetwarzania danych sa realizowane w technice cyfrowej lub analogowej. Wiekszosc dotychczas znanych urzadzen do badan geofizycznych wymaga, dla uzyskania optymalnych wyników, wykonania duzej liczby sondowan w punktach rozstawionych wzdluz linii pomiaru. Istota rozwiazan jest zwykle dzialanie wzdluz okreslonej linii pomiarowej dla okreslenia ciaglej charakterystyki rozkladu parametrów podloza wzdluz tej linii. Rozwój techniki wykony¬ wania pomiarów geofizycznych dotyczy ostatnio zwlaszcza krzyzowych zespolów nadajnikowo-odbiornikowych umozliwiajacych uzyskanie dokladnych danych przy wykorzystaniu zasady sterowania promieniem sygnalowym. Rozwiazania tego rodzaju opisane sa w patentach Stanów Zjednoczonych Ameryki nr 3,529,282 i nr 3,597,727. Sposoby wykonywania pomiarów geofizycznych wedlug stanu techniki sa czasochlonne i nadaja sie raczej do precyzyjnego okreslania informacji w danym obszarze niz do wstepnego przeszukiwania podloza dla uzyska¬ nia okreslonych danych poczatkowych. Celem wynalazku jest opracowanie ukladu do wibracyjnego badania utworów geologicznych umozliwiaja¬ cego zebranie danych o rozciaglosci, spadku i róznicach predkosci rozchodzenia sie sygnalu wibracyjnego we wstepnie wybranej warstwie duzego obszaru ziemi, bez koniecznosci dokonywania sondowan, pozbawionego wad dotychczas znanych urzadzen. Cel ten zostal osiagniety przez to, ze uklad wedlug wynalazku zawiera co1 89659 najmniej dwa krzyzowe zespoly nadajnikowo-odbiornikowc, wibracyjne, przy czym odpowiadajace sobie linie nadajników i odbiorników poszczególnych zespolów sa do siebie równolegle, a odleglosci sasiadujacych ze soba zespolów krzyzowych sa wieksze niz odleglosci miedzy krancowymi nadajnikami lub odbiornikami w tych zespolach, oraz odbiorniki co najmniej dwóch sasiadujacych ze soba zespolów sa przystosowane do równoczesne¬ go odbioru fal wibracyjnych emitowanych przez jeden z nadajników jednego z tych zespolów, z chwila wzbudze¬ nia tego nadajnika. Korzystnie jest jezeli nadajniki i odbiorniki sa rozstawione w równych odstepach wzdluz obu skrzyzowa¬ nych linii prostych kazdego z zespolów krzyzowych. W co najmniej niektórych zespolach krzyzowych odleglosc punktu przeciecia dwóch skrzyzowanych linii od najblizszego nadajnika i/lub najblizszego odbiornika jest korzys¬ tnie wieksza niz wzajemna odleglosc sasiadujacych ze soba nadajników lub odbiorników. Zarówno nadajniki jak i odbiorniki sa korzystnie rozstawione wzdluz odpowiednio pierwszej i drugiej linii prostych po obydwu stronach punktu przeciecia tych linii, oraz symetrycznie wzgledem tego punktu. Uklad wedlug wynalazku mozna stosowac, przy wykorzystaniu standardowych urzadzen sejsmicznych, do okreslania parametrów warstw geologicznych przez pomiar czasów przebycia drogi od nadajnika do warstwy odbijajacej, a nastepnie do odbiornika, dla co najmniej czterech róznych torów sygnalów, a korzystnie dla wiekszej ilosci, dla zwiekszenia pewnosci oceny parametrów. Przy obliczaniu predkosci sygnalu w podlozu w ukladzie wedlug wynalazku zbedne jest zalozenie, ze warstwa odbijajaca ma zerowa grubosc. Ponadto mozli¬ we jest wprowadzanie zmian wszystkich parametrów wejsciowych jednoczesnie, az do chwili uzyskania optymal¬ nego wyniku pomiaru. Przedmiot.wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia schemat struktury zespolu krzyzowego nadajników i odbiorników, fig. 2 - trójwymiarowy model ilustrujacy tory sygnalów wibracyjnych, fig. 3 — szczególowy schemat rozstawienia nadajników i odbiorników w zespole krzyzowym wedlug wynalazku, fig. 4 — geometryczne zaleznosci miedzy okreslanymi parametrami, fig. 5 — sche¬ mat programu przetwarzania danych, w ukladzie wedlug wynalazku, fig. 6 — przyklad informacji wyjsciowej, fig..7 — przyklad jednej z form zapisu danych wyjsciowych zespolu krzyzowego bez wniesienia porpawek, fig. 8 — udoskonalona forme zapisu informacji wyjsciowej dla danych pokazanych na fig. 7. po wniesieniu popra¬ wek czasowych, fig. 9 — schemat ukladu z dwoma zespolami krzyzowymi, który umozliwia okreslenie utworów geologicznych znajdujacych sie pod tymi zespolami oraz miedzy nimi, w widoku z góry, fig. 10 — schemat ukladu z fig. 9 w widoku z boku, fig. 11 - schemat ukladu dwóch zespolów krzyzowych, w widoku z boku, w którym wykorzystuje sie przy pomiarze zjawisko refrakcji fal sejsmicznych. W celu wykonania pomiaru poszczególne nadajniki i odbiorniki w zespole krzyzowym wedlug wynalazku rozmieszcza sie w terenie w sposób przedstawiony schematem 10 na fig. 1. Kazdy zespól krzyzowy obejmuje wiele nadajników Sj do S!2, rozmieszczonych w równych odleglosciach wzdluz linii 12 nadajników, która przecina, zwykle pod katem prostym, linie 14 odbiorników, wzdluz której, w sposób podobny jak nadajniki na linii 12, rozmieszczone sa odbiorniki R! do R12. Nadajniki emituja sygnaly sejsmiczne, które ulegaja odbiciom od poszczególnych warstw geologicznych. Odbiorniki rejestruja sygnaly odbite, które rozchodza sie prostolinio¬ wo i ulegly odbiciu jednokrotnemu. Rzut toru sygnalu na plaszczyzne z zespolem pomiarowym ma kazdorazo¬ wo postac odcinka wyznaczonego nadajnikiem i odbiornikiem, polozonego ukosnie wzgledem schematu 10. Sygnaly odbite dostarczaja informacji dotyczacych punktów odbicia zawartych w obszarze okreslonym parame¬ trami procesu przetwarzania danych. Konfiguracje takiego obszaru przedstawia na fig. 1 kwadratowa lub prosto¬ katna siatka 16 ograniczona punktami A, B, C i D. Odbicia mieszczace sie w siatce 16 wywolane sa sygnalami sejsmicznymi emitowanymi przez nadajniki S7 do S12, których odbicia wykrywane sa w odbiornikach R7 do R!2. W podobny sposób powstaja w kazdej z pozostalych cwiartek schematu 10 sondowania siatki 18, 20 i 22. Sygnal emitowany przez nadajniki S7 do Si 2 okresla siatke 22 punktów odbicia równoczesnie z okreslaniem siatki 16, poniewaz odbiorniki Ri do R$ takze rejestruja sygnaly odbite pochodzace z tych nadajników. Podob¬ nie siatki 18 i 20 okreslane sa przez sygnaly z nadajników S! do S6, których odbicia rejestruja odbiorniki odpowiednio R7 do Rj 2 i Ri do Re. Fig. 2 ilustruje w uproszczonej formie sposób zastosowania krzyzowego zespolu nadajników i odbiorników wibracyjnych do okreslania wyzej opisanych siatek odbic od okreslonego poziomu podziemnego lub od warstwy litologicznej. Zespól krzyzowy jest usytuowany na powierzchni 24 ziemi wzdluz linii 28 i 30 przecinajacych sie w punkcie srodkowym 26. Odbiorniki Rx do R* ustawione sa wzdluz linii 28, a nadajniki S! do S6 wzdluz linii . Sondowanie przeprowadza sie dla zbadania warstwy geologicznej 32. Siatki, 34, 36, 38 i 40 stanowia zbiory punktów odbicia sygnalów sejsmicznych od powierzchni warstwy badanej 32. Sygnal emitowany przez nadajnik S! ulega odbiciom w obszarze pierwszego rzedu 42 punktów odbicia siatek 38 i 40, a nastepnie zostaje zarejestrowany przez odbiorniki R! do R$ lezace na linii 28. Nastepnie wlacza •89 659 3 sie nadajnik S2, który emituje sygnal ulegajacy odbiciom w obszarze drugiego rzedu 44 punktów odbicia. Te sygnaly odbite równiez zostaja zarejestrowane w odbiornikach Rj do R$. Opisany cykl pracy zostaje powtórzo¬ ny kolejno takze dla dalszych nadajników, zgodnie z programem pomiaru. Dzieki temu uzyskuje sie informacje o obszarach badanych objetych siatkami 34, 38, 40 i 36, w obrebie których lezy takze rzad 46 punktów odbicia, odpowiadajacy nadajnikowi S6. Unia 12, wzdluz której rozmieszczone sa nadajniki Si do S!2 jest najkorzystniej prostopadla do linii 14 odbiorników. Jezeli uksztaltowanie terenu nie pozwala na takie ustawienie nadajników i odbiorników, konieczne jest wprowadzenie w obliczeniach odpowiednich poprawek. Niejednokrotnie korzystne jest rozmieszczenie nadaj¬ ników i odbiorników w pewnej odleglosci od punktu srodkowego schematu 10. Zmniejsza sie w ten sposób wplyw interferencji sygnalów odbitych na wyniki pomiarowe. Takie rozmieszczenie nadajników i/lub odbiorni¬ ków znacznie zmniejsza równiez zaklócenia wywolane falami powierzchniowymi. ty przypadku rozmieszczenia nadajników i odbiorników w pewnej odleglosci od srodka korzystne jest ustawienie podzespolów wzdluz linii prostych równoleglych do linii 12, 14, jak to przedstawia fig. 3. Uzyskuje sie wówczas jednoznaczny obraz sygnalów odbitych pochodzacych z nadajników umieszczonych w koncowych polozeniach linii nadajników 12. Nalezy zaznaczyc, ze dla wszystkich kombinacji rozmieszczenia podzespolów, w których opisane liniowe rozmieszczenie nadajników jest stosunkowo efektywne, odpowiednie liniowe roz¬ mieszczenie odbiorników jest stosunkowo nieefektywne i odwrotnie. Okreslenie najkorzystniejszych konfiguracji nadajnikowo-odbiornikowych realizuje sie empirycznie. Jezeli badana warstwa jest plaska i ustawiona poziomo sygnaly odbite pochodzace z zestawu nadajników rozmieszczonych wzdluz polówki zespolu krzyzowego i rejestrowane w odbiornikach wzdluz odpowiedniej po¬ lówki zespolu krzyzowego okreslaja prostokatne obszary 16, 18 20 i 22 rozmieszczone jak na fig. 1. Natomiast w przypadku, gdy warstwa jest plaska, ale nie pozioma, plaszczyzny torów sygnalów nie sa pionowe i w zwiazku z tym wszystkie okreslane obszary daja obrazy przesuniete w tym samym kierunku o te sama odleglosc, przy czym przesuniecie to nie ma wplywu na dzialanie zespolu obliczajacego wyznaczajacego dane wyjsciowe. Przedstawiony na fig. 1 punkt C obszaru 16, okreslany jest w wyniku wspólpracy nadajnika Si 2 i odbiorni¬ ka Ri2 przez okres czasu znacznie dluzszy niz punkt A tego samego obszaru 16, okreslany przez nadajnik S7 i odbiornika R7. Ta róznica czasowa spowodowana jest róznica w dlugosci drogi przebywanej przez sygnal sejsmiczny w obu tych przypadkach, wynikajaca z prostopadlego przesuniecia, nawet jesli warstwa odbijajaca jest pozioma. Podobne róznice czasowe, zalezne od róznicy przesuniecia, wystepuja dla wszystkich punktów w ra¬ mach kazdego obszaru odbic. Dla zwyklego pokrycia terenu kazdy zespól krzyzowy powinien obejmowac dziesiec do dwudziestu nadaj¬ ników i dziesiec do dwudziestu odbiorników, przy czym calkowita odleglosc miedzy nadajnikami lub odbiorni¬ kami krancowymi wynosi okolo 2,4 do 4,8 km. Nalezy zaznaczyc, ze jezeli dlugosc ramienia krzyza wynosi 3,2 km, wówczas powierzchnia pokryta punktami odbicia jest równa 1,6 km2 dla wszystkich poziomych plasz¬ czyzn odbijajacych. Wielkosc ta ulega nieznacznej zmianie w przypadku odchylenia plaszczyzny odbijajacej w stosunku do horyzontu. Dla poziomej plaszczyzny odbijajacej o grubosci równej zero mozna wybrac taka srednia predkosc do tej warstwy, która wywoluje prostopadle przemieszczenia poszczególnych punktów odbicia, sprowadzajace ustawienie czterech prostokatnych obrazów punktów odbicia do jednej plaszczyzny. Jezeli predkosc zostanie okreslona niewlasciwie, powoduje to uzyskanie wyników pomiarowych odpowiadajacych zlozonej powierzchni, symetrycznej wzgledem dwóch prostych prostopadlych. Próby sprowadzenia powierzchni pomiarowej do plaszczyzny najmniejszych kwadratów powoduje wówczas zwiekszenie rozbieznosci wyników. Srednia predkosc mozna takze wybrac dla sygnalu odbitego od pochylonej warstwy. Jednak wówczas nie mozna przyjac, ze plaszczyzna najmniejszych kwadratów ma zerowa grubosc, a wiec kat opadania i bieg warstwy okresla sie przez minimalizacje rozbieznosci. W podobny sposób mozna okreslic wlasciwa srednia predkosc sygnalu przed odbiciem. Przy obliczeniach przyjmuje sie grubosc V warstwy stalej predkosci pomiedzy powierzchnia odniesienia a poziomem odbijajacym, co przedstawia fig. 4. Wielkosc c jest najmniejsza odlegloscia wybranego punktu po¬ czatkowego od plaszczyzny odbijajacej. Wielkosci 1 i m sa cosinusami kierunkowymi prostopadlych do osi odpowiednio X i Y. Tak wiec, jezeli n jest cosinusem kierunkowym prostopadlej do osi Z wówczas prawidlowe jest równanie: l2+m2+n2=l (1) Równanie plaszczyzny odbijajacej ma wiec postac: lx + my + nz = c (2)4 89659 Na fig. 4 pokazane sa dodatkowo geometryczne zaleznosci dla toru Q\ sygnalu, który przebiega od punktu Pj(xj, yj, O), w którym znajduje sie nadajnik, do punktu Pj(xj,yi, O), w którym znajduje sie odbiornik. Punkt odbicia sygnalu na powierzchni warstwy odbijajacej 32 oznaczony jest jako Ry.Takwiec dlugosc toru sygnalu od punktu Pj poprzez Ry do Pj jest taka sama jak odleglosc punktu ljj od Pj, gdzie Iy jest obrazem punktu Pj na zadanej plaszczyznie. Wynika z tego, ze: D?j = [xj - Xi(l-212) + 21 mxi - 21c]2 + + [yj - yi(!-2m2) + 21mxi - 2mc]2 + + (2nc -21nxi -2mnyi)2 (3) gdzie Dy oznacza dlugosc drogi sygnalu od nadajnika poprzez punkt odbicia do odbiornika. Okres czasu Ty potrzebny na przebycie drogi Dy przez sygnal z nadajnika okreslony jest zaleznoscia: Tfj = k£[xj - Xi(l-212) + 21myi - 21c]2 + + [yj- Yi0-2m2) + 21mxi - 2mc]2 + + 4(1 -l2 -m2)(c-lxi-myi)2) (4) w której podstawiono n2 = (1 -12 - m2) oraz K = y2 ' . Nastepnie okresla sie wartosc parametrów l, V, m i c odpowiadajace minimum wielkosci: SOij Ty)2 (5) gdzie ty oznacza zmierzony czas jaki uplywa od wyslania sygnalu przez nadajnik do zarejestrowania tego sygnalu w odpowiednim odbiorniku. Pomiar ten przeprowadza sie przy uzyciu standardowych urzadzen sejsmicz¬ nych. Poniewaz proces pomiarowy wymaga okreslenia czterech niezaleznych parametrów, wiec konieczne jest okreslenie co najmniej czterech niezaleznych terów sygnalów do plaszczyzny odbijajacej. Dla unikniecia dodat¬ kowych bledów statystycznych korzystne jest przeprowadzenie co najmniej dziesieciu pomiarów. Znajac poloze¬ nie nadajników i odbiorników oraz mierzac czas przebycia drogi przez sygnal dla wszystkich torów oblicza sie 1, m, n, c i V. Poniewaz wszystkie te parametry zmieniaja sie nieliniowo dlatego dla okreslenia ich przyblizonych wartosci stosuje sie standardowa metode iteracji nieliniowej, korzystnie metode opisana w "BMD, Biomedical Computer Programs, X-Series Supplement", której podstawe stanowi metoda kolejnych przyblizen Gaussa-New- tona, szczególowo opisana w literaturze statystycznej. Stosowanie tej metody wymaga, zeby okreslona byla funkcja [równanie /l/] oraz czastkowe pochodne tej funkcji wzgledem kazdego parametru. Teczastkowe pochodne maja nastepujaca postac: li i "I f ^ =TS ^ Uj " Xi0~2l2) + 21myi " 21C]2 + + [yj - yiO-2m2) + 21mxj - 2mc]2 + + 4(1 - l2 - m2) (c lxi - myO2}2 (6) TH 8 -^ =- {[Xj - xi(l-212) + 21myi - 21c](21xi+myi - c) + + mxj[yj - yi(l—22m2) + 21mxj — 2mc] + - 2xi(l - l2 - m2) (c - lxi - myi)+ - 21(c- lxi - myj)2! |[Xj - Xi(l - 212) + 21myi - 21c]2 + + [yj- yi0-2m2) + 21mxi- 2mc]2 + + 4(1 -l2 -m2 ) (c-lxi -myi)2J"2 (7) i(9) 89659 5 T^ =rJ lyi[xj-xi(l--212)+21myi-21c] + 5m V L + [yj - yiO-2m2) + 21mxi - 2mc] • (2myi+lxi - c) + - 2yi(l -12 - m2) • (c - lxj - myj) +' -2m(c-lxi-myi)2J |[xj- Xi(l-212) + 21myi-21c]2 + + [yj- yi(l-2m2) + 21mxi- 2mc]2 + ' + 4(1-l2 -m2)(c-lxi-myi)2^"2 (8) ^i =^ | l[xj - Xi(l-212) + 21myi - 21c] + + m[yj yi(l-2m2) + 21mxi - 2mc] + - 2(1 - l2 - m2) • (c - lxi - myOl • • J [xj - Xi(l-212) + 21myi - 21c]2 + + [yj - yiO-2m2) + 21mxi - 2mc]2 + + 4(1 - l2 - m2) • (c - lxi - myi)2! "i Znaczne odchylenia ksztaltu powierzchni odbijajacej od plaszczyzny wplywaja na dokladnosc oszacowa¬ nia kierunku i kata opadania warstwy oraz na wartosc sredniej predkosci. Prawidlowosc przyblizenia badanej powierzchni plaszczyzna mozna sprawdzic przez okreslenie dlugosci torów Qj dla kazdej cwiartki zespolu krzyzowego oddzielnie. Jezeli obliczone wartosci sa wystarczajaco zblizone wówczas przyblizenie mozna uznac za prawidlowe. Ze wzgledu na wysoki stopien zaleznosci pomiedzy parametrami spadku 1, m i predkosci dla pojedynczej cwiartki, obliczanie tych parametrów dla kazdej cwiartki oddzielnie jest niepraktyczne. Jednakze, ze wzgledu na strone fizyczna zagadnienia, uzasadnione jest zalozenie, ze srednia predkosc pozostaje zasadniczo stala we wszytfkich czterech cwiartkach nawet, jezeli kierunek i wielkosc spadku zmieniaja sie w poszczególnych cwiar¬ tkach. Jezeli jakosc danych jest niewystarczajaca, wówczas istnieje potrzeba ograniczenia ilosci zmian, które moga wystepowac w kierunku kazdej z czterech cwiartek. Ograniczenia te moga zostac wprowadzone w progra¬ mie obliczania parametrów. Ponizej podane jest równanie okreslajace czas Tjj przebycia przez sygnal drogi z nadajnika do powierzchni odbijajacej, a nastepnie do odbiornika, przy czym parametry 11? 12,13,14, mt, m2, m3, m4, ct, c2, c3 i c4 sa odpowiednimi cosinusami kierunkowymi dla poszczególnych cwiartek, a V jest predkoscia srednia sygnalu w drodze do powierzchni odbijajacej. Tak wiec Ty =-(S2 +P2 +4UW2)2 (10) gdzie S = i qk[xj - xi(l - 21^) - 21kmkyi -21kck] (11) k-1 W=2 akO-tf mi) (12) k=l 4 U = Z qk(ck - lkXi -mkyj) (13) k=l P = Z qk[yj - yl(l-2m£) + 21kmkXi -2mkck] (14) (xj, yj) sa wspólrzednymi i-go nadajnika, (xj, yj) sa wspólrzednymi j-go odbiornika, a qk jest zmienna dwuwar- tosciowa, która ma wartosc "1" gdy i-ty nadajniki ij-ty odbiornik okreslaja punkt odbicia zawarty wk-tej cwiartce, oraz wartosc "0" dla pozostalych cwiartek.6 89659 Metoda iteracji nieliniowej wymaga oszacowania pochodnych czastkowych Ty wzgledem kazdego para¬ metru. Pochodne te maja nastepujaca postac: —U =— (S2 + P2 +4UW2)i (15) 5VV2 ' STjj 1 , , _i 5S 5P ,SU —a = _ (S2 + p2 + 4UW2) 2 • (S— + P— + 2W2— + 51 V 51 61 51 5W • +4UW—) (16) Ol przy czym wyrazenia okreslajace pochodne czastkowe Ty wzgledem parametrów m i c sa analogiczne do zalez¬ nosci (16). Uzyskuje sie je przez zastapienie 1 odpowiednim symbolem. cc Wartosci pochodnych czastkowych — i podobnych mozna w prosty sposób okreslic na podstawie równan /ll/,/12/,/13/i/14/. 51 Na fig. 5 przedstawiony jest schemat programu 70, wedlug którego dziala zespól przetwarzania danych w ukladzie wedlug wynalazku. Program 70 rozpoczyna sie uruchomieniem bloku wejsciowego 72, który wspóldziala z blokiem 74 realizujacym odczyt wyników pomiaru czasu przebywania drogi nadajnik-odbiornik dla kazdej ilosci powierzchni odbijajacych w danym obszarze oraz realizujacym obliczanie wartosci V, 1 i m. Dane wyjsciowe z bloku 74 przekazuje sie do bloku 76, w celu obliczania poprawek dla wejsciowych wartosci mierzo¬ nych, czasów dotyczacych korekty poziomu nadajników w stosunku do odbiorników. Obliczone poprawki At wprowadza sie za posrednictwem stopnia 82 do bloku 74. Wejscia dla danych miejscowych z bloku 78 i odchylek ustalonych z bloku 80, jak równiez blok 82 poprawek sluza do przetwarzania danych w przypadku przelaczenia programu na kolejna powierzchnie odbijajaca. Dane wyjsciowe z bloku 76 przekazuje sie do bloku orkeslania danych wstepnych 84, który sluzy do obliczania wstepnej wartosci parametru c dla kazdej badanej powierzchni odbijajacej. Dane wejsciowe z bloku wstepnego przetwarzania 84 przekazuje sie do bloku 86, który sluzy do wyboru i zapamietywania pewnych informacji odnosnie procesu przetwarzania takich, jak wstepnie oszacowane wartosci V i c, skorygowane wartosci czasu przebycia poszczególnych torów przez sygnaly i odpowiadajace im polozenia nadajników i odbiorników. Dane wyjsciowe z bloku 86 przekazuje sie do bloku 88, gdzie dokonuje sie selekcji danych odpowiadajacych poszczególnym powierzchniom odbijajacym. Blok^8 sluzy do odczytywania wstepnych wartosci V, 1 i odpo¬ wiednich wartosci czasu z polozeniami nadajników i odbiorników dla zadanej powierzchni odbijajacej. Wprowa¬ dzenie danych przez koncówke B i linie 90 jest równiez mozliwe. Dalszy przeplyw informacji z bloku 88 do bloku wstepnego przetwarzania 92, sluzy do okreslenia opty¬ malnych wartosci V, 1, m i c metoda iteracji nieliniowej. Informacje wyjsciowe z bloku 92 przekazuje sie do bloku 94, który realizuje operacje zapisu danych odpowiadajacych minimalnej róznicy wartosci czasu zmierzonego i czasu otrzymanego na drodze obliczenia funkcji (1) dla danego przyblizenia. Róznice tych czasów moga byc dowolnie ustalane dla wszystkich torów nadajnik-odbiornik. Wartosci tych czasów wykorzystuje sie nastepnie do oceny wplywu warunków atmosferycz¬ nych lub sprawdzenia zalozenia o plaskosci powierzchni odbijajacej. Dane wyjsciowe z bloku 94 przekazuje sie dalej do bloku wstepnego przetwarzania 96, w którym okresla sie kierunek i wielkosc spadku dla wybranej powierzchni odbijajacej. W bloku tym wykorzystuje sie do obliczen koncowe oszacowania wartosci V, c, 1 i m. Dane wyjsciowe tego bloku przekazuje sie do bloku 98 dla ich wydrukowania. Dane te obejmuja wartosci ostateczne V, c, 1, m i parametrów spadku oraz kolejne wartosci resztkowe. Dane te przechodza jeszcze przez blok decyzyjny 100 sygnalizujacy zakonczenie programu w przypadku braku dalszych powierzchni odbijajacych w badanym obszarze. Sygnal zakonczenia programu podawany jest linia 102 do bloku A, który poprzez linie 104 wprowadza go do bloku 74. Jezeli w badanym obszarze znajduje sie jeszcze co najmniej jedna powierzchnia odbijajaca, przewodem 106 przekazany zostaje do bloku B sygnal powtórzenia programu od bloku 88. Poprzez przewód 90 nastepuje wczytanie do bloku 88 wartosci V, 1, czasu i polozenia odbiorników dla nowych powierz¬ chni. Na fig. 6 przedstawiony jest przyklad wykresu uzyskanego przy pomocy ukladu wedlug wynalazku. Infor¬ macje dotyczace spadku i glebokosci warstwy geologicznej zebrane zostaly za pomoca zespolów krzyzowych umieszczonych w szesciu punktach. Jezeli linie nadajników i odbiorników mialy przy tych pomiarach dlugosc po okolo 3,2 km to obszar okreslony wykresem z fig. 6 ma wymiary 16,1 km w kierunku 106 i 22,1 km w kierunku 108, a wiec powierzchnie okolo 360 km2. Kazdy z wykreslonych obrazów krzyzowych wskazuje kierunek spad-89659 7 ku i jego wielkosc liczona w stopniach, oraz polozenie miejsca sondowania. Porównanie wyników pomiarów z rzeczywistym ukladem warstw geologicznych, 110, 112, 114 i 116 w badanym obszarze wykazalo, ze otrzyma¬ ne dane dotyczace kierunku i wielkosci spadku warstwy w kazdym z punktów sa zgodne z rzeczywistymi. Na fig. 7 przedstawiony jest przykladowy wykres danych wyjsciowych okreslonych dla pojedynczego krzyzowego zespolu nadajnikowo-odbiornikowego. Wyjsciowy wykres 120 sklada sie z punktu srodkowego 122 i kwadratowych siatek 124, 126, 128 i 130 punktów odbicia, skladajacych sie z wielu punktów odbicia 132. Czasy przeplywu odbitego sygnalu sejsmicznego pokazane sa w formie warstwie. Warstwice zostaly wykreslone dla róznic czasowych 6ms, bez uwzgledniania poprawek czasowych. Tak wiec, czas przebywania drogi nadaj- nik-odbiornik przez sygnal sejsmiczny waha sie w granicach od 700 ms dla centralnej warstwicy 134 do 760 ms dla warstwicy 136. Czasy sa mniejsze w srodku wykresu i wieksze na brzegach, poniewaz nie uwzgledniono At. Warstwice sa zasadniczo kolowe ze wzgledu na symetryczna rozciaglosc, spadek oraz stala predkosc sygnalu w badanej warstwie horyzontalnej. Na fig. 8 przedstawiony jest wykres 140 pochodzacy z tego samego zespolu krzyzowego, w którym uwzgle¬ dnione zostaly przesuniecie prostopadle lub At oraz róznica czasowa miedzy warstwicami zostala zmniejszona do 2ms. Wykres 140 wykazuje znaczne odchylenia od plaszczyzny stanowiacej przyblizenie badanej powierzchni odbijajacej, które spowodowane sa warunkami powierzchniowymi. Nalezy zaznaczyc, ze w ukladzie wedlug wynalazku przyjmuje sie, ze powierzchnia odbijajaca jest plasz¬ czyzna w obrebie calego obszaru siatek 124, 126, 128 i 130. Jezeli uzyskany obraz warstwy podziemnej jest zakrzywiony to nalezy przyjac, ze krzywizna jest spowodowana przesunieciem prostopadlym i mozna ja usunac, ale uzyskuje sie wówczas falszywe wielkosci predkosci. W ten sposób w obrebie stromej antykliny istnieje tendencja do zbytniego uwzgledniania normalnego przesuniecia, wskutek czego otrzymane predkosci sa za male, podczas gdy zupelnie odwrotnie jest przy rejestrowaniu obrazów krzyzowych w obrebie synklin. Na fig. 9 przedstawiony jest uklad wedlug wynalazku obejmujacy pare odleglych od siebie zespolów krzyzowych 150 i 152 dla uzyskania danych odnosnie wybranej warstwy, w, obszarach 156 i 156 bezposrednio pod tymi zespolami. Tak wiec kolejre pobudzanie nadajników Si, Sn na linii 160 i rejestrowanie odbitych sygnalów przez odbiorniki Ri, Rn na linii 158, umozliwia zebranie danych w obrebie siatek 162, 164, 166, i 168. W podobny sposób kolejne pobudzanie nadajników S2, S2n wzdluz linii 170 i rejestrowanie odbitych sygnalów przez odbiorniki R2, R2n na.linii 172 umozliwia zebranie danych dotyczacych punktów odbicia w obrebie kwadratowych siatek 174, 176, 178 i 180. Obraz oddalony 182 w miejscu polozonym w przyblizeniu w srodku odleglosci miedzy zespolami krzyzo¬ wymi 150 i 152 moze zostac okreslony za pomoca selektywnego wzbudzania nadajników jednego zespolu krzyzowego w powiazaniu z odbiornikami drugiego zespolu krzyzowego. Sygnal wibracyjny emitowany przez nadajniki Si, Sn na linii nadajników 160 mozna rejestrowac w odbiornikach R2, R2n zespolu krzyzowego 152 dla ustalenia duzej ilosci szukanych punktów odbicia w obrebie obrazu oddalonego 182. Dla lepszego zilustrowa¬ nia oznaczone zostaly tylko narozne punkty odbic 184 w obrebie obrazu oddalonego 182, jednakze nalezy zaznaczyc, ze sygnaly przejmowane we wszystkich odbiornikach R2 do R2n okreslaja punkty odbicia zasadniczo równo rozlozone w poszczególnych cwiartkach, odzwierciedlajace spadki lub nieprawidlowosci wybranych warstw na calym obszarze obrazu odalonego 182. Wypelnienie i wzmocnienie obrazu oddalonego 182 uzyskuje sie przepuszczajac sygnal równiez w przeciwnym kierunku. Wówczas sygnal wibracyjny z nadajników S2, S2n zespolu krzyzowego 152 przepuszcza sie do odpowiednich odbiorników Ri, Rn zespolu krzyzowego 150, przy czym po drodze zostaja one odbite w obrebie obrazu oddalonego 182. Jak widac z fig. 10 dzieki zastosowaniu co najmniej dwóch oddalonych zespolów krzyzowych 150, 152 osiaga sie, poza zwiekszeniem ilosci danych, dodatkowa korzysc polegajaca na tym, ze dodatkowy obraz oddalo¬ ny 182 uzyskuje sie bez potrzeby przemieszczania nadajników i odbiorników w zespolach krzyzowych 150 i 152. Dla przykladu szerokosci zespolów krzyzowych, to jest dlugosci linii nadajników i odbiorników, wynosza okolo 3,2 km. Jezeli dwa takie zespoly krzyzowe umieszczone zostana w.odleglosci 12,9 km wówczas obraz oddalony uzyskuje sie w polowie drogi pomiedzy dwoma zespolami krzyzowymi, czyli w przyblizeniu w odleg¬ losci 6,5 km od kazdego z zespolów krzyzowych. Dokladne odleglosci jak równiez dokladne i symetryczne umieszczenie w poszczególnych cwiartkowych obrazach punktów odbicia w obrazach miejscowych i oddalonych zaleza od zmian parametrów glebokosci, spad¬ ku i predkosci dla badanej warstwy. Oczywiste jest, ze wstepne badania prowadzi sie wzdluz dlugiej linii badan, przy uzyciu malej ilosci wybranych i odpowiednio umieszczonych zespolów krzyzowych. Te wstepne dane moga nastepnie zostac uscislone przez wykonanie dalszych pomiarów przy pomocy zespolów krzyzowych ustawio¬ nych na dowolnej szerokosci terenu w sasiedztwie lub po obu stronach linii poszukiwan.8 89 659 W przypadku, gdy odleglosc pomiedzy zespolami krzyzowymi jest za duza lub gdy nakazuja to nieprawi¬ dlowosci powierzchniowe, dla uzyskania danych w obrazie oddalonym stosuje sie znane metody refrakcji. Jak pokazano na fig. 11 na powierzchni ziemi umieszcza sie dwa oddalone od siebie zespoly krzyzowy 190 i 192. Uklad krzyzowy 190 sklada sie z linii nadajników 194 i linii odbiorników 196 i sluzy do uzyskiwania miejscowe¬ go obrazu 198 dzieki odbiciu od wybranych spodnich warstw, w sposób opisany w odniesieniu do fig. 9 i 10. Podobnie drugi odalony zespól krzyzowy 192 obejmuje linie nadajników 200 i linie odbiorników 202, i sluzy do uzyskiwania miejscowego obrazu 204 punktów odbicia. Dla ustalenia danych odnosnie obrazu oddalonego 206 stosuje sie sondowanie refrakcyjne. Sygnaly z nadaj¬ ników Si, Sn zespolu krzyzowego 190 kieruje sie do wybranych warstw podziemnych dla zalamania ich biegu wzdluz tych warstw i nastepnie rejestrowania ich w odbiornikach R2, R.2n zespolu krzyzowego 192. Dodatkowe dane uzyskuje sie przepuszczajac sygnal z nadajników S2, S2n zespolu krzyzowego 192 do plaszczyzny refrak¬ cyjnej i dalej do linii odbiorników 196 zawierajacej odbiorniki R\, Rn nalezace do zespolu krzyzowego 190. Powrotny zalamany sygnal jest nastepnie przetwarzany w poprzednio opisany sposób. Gdy zapewni sie, ze co najmniej jedno, lub korzystnie wiecej, polozen nadajników jest jednoczesnie polozeniami odbiorników, wówczas glebokosc warstwy refrakcyjnej okreslana wzgledem takich punktów moze byc okreslona przy wykorzystaniu metody najmniejszych kwadratów zwanej metoda czasowa. PL PL PL PL PL PL PL PL

Claims (8)

Zastrzezenia patentowe

1. Uklad do wibracyjnego badania utworów geologicznych, zawierajacy zespól nadajników i odbiorników wibracyjnych, w którym nadajniki ustawione sa w okreslonych odstepach wzdluz pierwszej linii prostej, a od¬ biorniki wzdluz drugiej linii, prostej, przecinajacej pierwsza pod katem prostym, znamienny tym, ze zawiera co najmniej jeden dalszy krzyzowy zespól (152) nadajników (S2-..S2n) i odbiorników (R2-.R2n) wibra¬ cyjnych, przy czym odpowiadajace sobie linie (160, 170) nadajników i (158, 172) odbiorników poszczególnych zespolów (150, 152) sa do siebie równolegle, a odleglosci sasiadujacych ze soba zespolów krzyzowych sa wieksze nize odleglosci miedzy krancowymi nadajnikami lub odbiornikami w tych zespolach, oraz odbiorniki (Rl...Rn) i (R2—R2n) co najmniej dwóch sasiadujacych ze soba zespolów krzyzowych (150, 152) sa przystoso¬ wane do równoczesnego odbioru fal wibracyjnych emitowanych przez jeden z nadajników jednego z tych zespo¬ lów, z chwila wzbudzenia tego nadajnika.

2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze nadajniki (Si, S2, S3 i S4, S5y S^) i odbiorniki (Ri, R2, R3 i R4, R5, R6) sa rozstawione w równych odstepach wzdluz obydwu skrzyzowanych linii (28, 30) prostych kazdego z zespolów krzyzowych.

3. Uklad wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze w co najmniej niektórych zespolach krzyzowych odleglosc punktu przeciecia (26) dwóch skrzyzowanych linii (28, 30) od najblizszego nadajnika (S3, S4) i / lub najblizszego odbiornika (R3, R4)jest wieksza niz wzajemna odleglosc sasiadujacych ze soba nadajników (Si, S2, S3 lub S4, S5, S$) wzglednie odbiorników (Ri, R2, R3 lub R4, R5, Re).

4. Uklad wedlug zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienny tym, ze w kazdym z zespolów krzyzowych nadajniki (Si, S2, S3, S4, S5, S$) i odbiorniki (Ri, R2, R3, R4, R5, R6) sa rozstawione wzdluz obu skrzyzowa¬ nych linii prostych (28, 30) po obydwu stronach punktu przeciecia tych linii.

5. Uklad wedlug zastrz. 4, znamienny tym, ze zarówno nadajniki (Si do S$) jak i odbiorniki (Ri do R$) sa rozstawione wzdluz skrzyzowanych linii prostych (28, 30) symetrycznie wzgledem punktu przeciecia (26) tych linii.

6. Uklad wedlug zastrz. 5, znamienny tym, ze odcinki prostych laczace wspólpracujace ze soba nadajniki (Si do S$) i odbiorniki (Ri do R$) przecinaja dwusieczne katów zawartych miedzy skrzyzowanymi liniami prostymi (28, 30).

7. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze nadajniki (Si do S^) sa przystosowane do kolejnego wlaczania.

8. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze poszczególne zespoly krzyzowe (150, 152) sa roz¬ stawione w odstepach wzdluz linii pomiarów, dla badania utworów geologicznych w obszarach usytuowanych wzdluz tej linii ponizej tych zespolów i pomiedzy nimi.89 659 K i5* / te ' £ a?-Tl /SL-1 I ? i L:r" \.;:.^ 43 -50 22-'' .'l?0 136- 1 '~SS? "• \89 659 0~. T J 11ZJL ,l "F hs *>* C ®- ( rs* F r» 1 :i_JL ~^W ""^=L~i ^4 ,# ,w } < 1 l . /* ,» > 1 1 Z06 20i 1 1 Prac. Poligraf. UP PRL. naklad 120+18 Cena 10 zl