RU2125280C1

RU2125280C1 - Method investigating geological section

Info

Publication number: RU2125280C1
Application number: RU96113811A
Authority: RU
Inventors: В.З. Кокшаров; Э.И. Машинский; Ю.А. Нефедкин
Original assignee: Институт геофизики СО РАН
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1996-07-09
Publication date: 1999-01-20

Abstract

FIELD: geophysical methods f search and prospecting for deposits of mineral resources. SUBSTANCE: given method can be employed both in ground seismic prospecting and in acoustic logging. Method investigating geological prospecting consists in excitation and recording of seismic vibrations with subsequent comparison of kinematic and dynamic characteristics. Seismic vibrations are excited by change of excitation amplitude from minimum level to maximum one and in reverse order to initial level. Then kinematic and dynamic parameters of waves of forward and backward directions are compared to evaluate difference in physical and mechanical properties of rocks. Physical and mechanical properties of rocks can also be judged by hysteresis loop of kinematic and dynamic parameters. EFFECT: increased efficiency of differentiation of rocks by their physical and mechanical properties. 1 dwg

Description

Изобретение относится к геофизическим методам поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, а именно к способам изучения геологического разреза. Данный способ может быть использован как в наземной сейсморазведке, так и при акустическом каротаже. The invention relates to geophysical methods for prospecting and exploration of mineral deposits, and in particular to methods for studying a geological section. This method can be used both in ground-based seismic exploration and in acoustic logging.

Известен способ изучения геологического разреза с целью определения контуров нефтегазовой залежи. Способ заключается в возбуждении упругих колебаний в скважине ниже продуктивной залежи, регистрации на поверхности прямой волны и анализе ее характеристик. Согласно способу, регистрируют волны, отраженные от границ, расположенных ниже источника возбуждения, и по изменениям отношения интенсивностей отраженных и прямой волны судят о положении контуров нефтегазовой залежи [1]. A known method of studying a geological section in order to determine the contours of the oil and gas deposits. The method consists in exciting elastic vibrations in the well below the productive reservoir, registering a direct wave on the surface and analyzing its characteristics. According to the method, waves reflected from the boundaries located below the excitation source are recorded, and the position of the contours of the oil and gas reservoir is judged by changes in the ratio of intensities of the reflected and direct waves [1].

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет достоверно определять физико-механические свойства пород, которые меняются при изменении амплитуды зондирующего импульса. The disadvantage of this method is that it does not allow to reliably determine the physico-mechanical properties of the rocks, which change with a change in the amplitude of the probe pulse.

Известен способ изучения геологического разреза, заключающийся в возбуждении и регистрации сейсмических колебаний с последующим сравнением их кинематических и динамических характеристик. Согласно способу, при прогнозе литологического состава и нефтенасыщенности используют не отдельные детали сейсмической записи /амплитуду, период и т.д./, а волновой пакет. Причем регистрируют как кинематические, так и динамические параметры волн при неизменной амплитуде сигнала в источнике возбуждения, что существенно уменьшает возможности определения геологических свойств объекта [2]. A known method of studying a geological section, which consists in the excitation and registration of seismic vibrations with subsequent comparison of their kinematic and dynamic characteristics. According to the method, when predicting the lithological composition and oil saturation, it is not individual parts of the seismic record / amplitude, period, etc. / that are used, but a wave packet. Moreover, both kinematic and dynamic wave parameters are recorded at a constant signal amplitude in the excitation source, which significantly reduces the possibility of determining the geological properties of the object [2].

Недостатком данного способа является низкая эффективность дифференциации пород по физико-механическим свойствам. The disadvantage of this method is the low efficiency of differentiation of rocks according to physico-mechanical properties.

Задачей изобретения является повышение эффективности дифференциации пород по их физико-механическим свойствам. The objective of the invention is to increase the efficiency of differentiation of rocks according to their physico-mechanical properties.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе изучения геологического разреза, заключающемся в возбуждении и регистрации сейсмических колебаний с последующим сравнением их кинематических и динамических характеристик, возбуждение сейсмических колебаний производят, изменяя амплитуду возбуждения от минимального уровня до максимального и в обратном направлении до исходного уровня, а затем проводят сравнение кинематических и динамических параметров волн для прямого и обратного направлений и судят о различиях в физико-механических свойствах горных пород. О физико-механических свойствах горных пород можно также судить по петлям гистерезиса кинематических и динамических параметров волн. The problem is solved in that in the known method of studying a geological section, which consists in the excitation and registration of seismic vibrations with subsequent comparison of their kinematic and dynamic characteristics, seismic vibrations are excited by changing the amplitude of the excitation from the minimum level to the maximum and in the opposite direction to the initial level, and then they compare the kinematic and dynamic parameters of the waves for the forward and reverse directions and judge the differences in physical and mechanical physical properties of rocks. The physical and mechanical properties of rocks can also be judged by the hysteresis loops of the kinematic and dynamic parameters of the waves.

Использование при возбуждении широкого амплитудного диапазона при варьировании амплитудой возбуждения от минимальной до максимальной и наоборот, а также сравнение кинематических и динамических параметров колебаний, зарегистрированных в прямом и обратном направлениях, позволяет получить дополнительную информацию, благодаря которой можно с большей достоверностью судить о различиях в физико-механических свойствах изучаемых пород. Построение кривых в виде петель гистерезиса и их исследование позволяют еще точнее дифференцировать породы по их физико-механическим свойствам. The use of a wide amplitude range during excitation with varying the excitation amplitude from minimum to maximum and vice versa, as well as a comparison of the kinematic and dynamic parameters of oscillations recorded in the forward and reverse directions, allows you to obtain additional information, thanks to which it is possible to more reliably judge the differences in physical mechanical properties of the studied rocks. The construction of curves in the form of hysteresis loops and their study make it possible to more accurately differentiate rocks by their physicomechanical properties.

Предлагаемый авторами способ основан на обнаруженном экспериментально нелинейном эффекте как на образцах горных пород, так и при полевых экспериментах. Эффект состоит в том, что при увеличении амплитуды возбуждения в источнике от минимальной до максимальной амплитуда прошедшего через породу сейсмического сигнала в приемнике, во-первых, возрастает не пропорционально амплитуде в источнике, а во-вторых, при уменьшении сигнала в источнике сигнал в приемнике тоже спадает по нелинейному закону, при этом прямая и обратная ветви графика образуют петлю гистерезиса. The method proposed by the authors is based on an experimentally discovered nonlinear effect both on rock samples and in field experiments. The effect consists in the fact that as the excitation amplitude in the source increases from minimum to maximum, the amplitude of the seismic signal transmitted through the rock in the receiver, firstly, increases not proportionally to the amplitude in the source, and secondly, when the signal in the source decreases, the signal in the receiver also decreases according to a nonlinear law, while the direct and reverse branches of the graph form a hysteresis loop.

Изменение амплитуды сигнала в источнике также приводит к изменению скорости сейсмических волн, распространяющихся между источником и сейсмоприемником. Чем выше амплитуда сигнала в источнике, тем больше скорость U_p. Это подтверждено полевыми экспериментами. Скорость U_p также зависит от типа породы. Хотя петли гистерезиса для скоростей U_p выражены менее характерно, но тем не менее тоже являются дополнительным признаком для дифференциации геологического разреза.A change in the amplitude of the signal in the source also leads to a change in the speed of seismic waves propagating between the source and the geophone. The higher the amplitude of the signal in the source, the greater the speed U _p . This is confirmed by field experiments. The speed U _p also depends on the type of rock. Although hysteresis loops for speeds U _p are less characteristic, they are nevertheless an additional sign for differentiating the geological section.

Таким образом, обнаруженный эффект может быть использован для дифференциации пород по вещественному составу и его коллекторским свойствам. Thus, the discovered effect can be used to differentiate the rocks according to the material composition and its reservoir properties.

Способ осуществляют следующим образом. The method is as follows.

При непрерывном возбуждении (например, с вибрационным источником/ увеличивают постепенно амплитуду сигнала в источнике от A_min до A_max и уменьшают опять до A_min, одновременно с этим измеряют амплитуду сигнала в сейсмоприемнике /сейсмоприемниках/, строят зависимости A_i(U_i) для каждого пласта геологического разреза на профиле /или соответствующего пласта в акустическом каротаже/ и по различию этих кривых судят о строении и составе исследуемой среды.With continuous excitation (for example, with a vibration source /, gradually increase the amplitude of the signal in the source from A _min to A _max and decrease again to A _min , at the same time measure the signal amplitude in the geophone / geophones /, build the dependences A _i (U _i ) for each layer of the geological section on the profile / or the corresponding layer in the acoustic logging / and the difference in these curves is used to judge the structure and composition of the investigated medium.

При работе с импульсным источником начинают возбуждение с минимальной амплитуды A_1(min), регистрируя при этом сигналы в сейсмоприемниках U₁, соответствующие первой /по интенсивности/ амплитуде источника. Затем возбуждают амплитуду A₂ > A₁ и регистрируют амплитуды в сейсмоприемниках U₂, соответствующие U₂, и т.д. до A_n(max) - U_n(max). Потом производят снижение амплитуды в источнике до A_n-1 < A_n(max) и т.д. до A_1(min) с соответствующей регистрацией всех амплитуд U_i. Строят графики или сопоставляют различные значения U_i(A_i) для каждого интересующего пласта или участка разреза и по этим данным можно судить, например, о вещественном составе геологических границ. В общем случае используют не только амплитудные характеристики, но и полные динамические /форма волны, спектр и т.п./ и кинематические параметры волн.When working with a pulsed source, excitation is started from the minimum amplitude A _{1 (min)} , while recording signals in geophones U ₁ corresponding to the first / in intensity / amplitude of the source. Then the amplitude A ₂ > A _{1 is} excited and the amplitudes are recorded in the geophones U ₂ corresponding to U ₂ , etc. to A _{n (max)} - U _{n (max)} . Then the amplitude is reduced in the source to A _n-1 <A _{n (max)} , etc. to A _{1 (min)} with the corresponding registration of all amplitudes U _i . Charts are built or various values of U _i (A _i ) are compared for each layer of interest or section of a section and from these data one can judge, for example, the material composition of geological boundaries. In the general case, not only amplitude characteristics are used, but also full dynamic / wave form, spectrum, etc. / and kinematic wave parameters.

В экспериментах минимальная амплитуда составляла величину 2•10^-7 /в относительных деформациях/, а максимальная 4•10^-4. В сейсморазведке минимальные величины сигналов составляют такой же порядок, максимальные ≈10³. В акустическом каротаже величины деформаций меньше /A_min ≈ 10^-9 - 10^-8, A_max ≈ 10^-5 - 10^-4/. Различия значений в кинематических и динамических параметрах /по скорости U_p, амплитуде, частоте и т.д./ на разных амплитудах возбуждения резче видны в слаболитифицированных и флюидонасыщенных породах и меньше в консолидированных породах. То же самое имеет место и для петель гистеризиса. Они более узкие и не изломанные для высокомодульных консолидированных пород и достаточно широкие и нелинейные для слабых флюидонасыщенных пород. Таким образом, измеряемые в эксперименте параметры являются новым поисковым критерием.In the experiments, the minimum amplitude was 2 • 10 ^-7 / in relative strains /, and the maximum was 4 • 10 ^-4 . The seismic signals constitute the minimum value of the same order, the maximum ≈10 ^3. In acoustic logging, the strains are less than / A _min ≈ 10 ^-9 - 10 ^-8 , A _max ≈ 10 ^-5 - 10 ^-4 /. Differences in kinematic and dynamic parameters / in terms of velocity U _p , amplitude, frequency, etc. / at different excitation amplitudes are more clearly visible in slightly lithified and fluid-saturated rocks and less in consolidated rocks. The same is true for hysterisis loops. They are narrower and not fractured for highly modular consolidated rocks and quite wide and non-linear for weak fluid-saturated rocks. Thus, the parameters measured in the experiment are a new search criterion.

Пример. Example.

В качестве примера можно привести данные полевых экспериментов, выполненные в песчано-глинистых породах. Эксперимент проводился следующим образом. Источник акустических волн /частотой около 500 Гц/ располагали на неизменном расстоянии от сейсмоприемника и регистрировали сейсмический сигнал при разных амплитудах в источнике. Данные измерений приведены на фиг. 1. При возбуждении минимальной амплитуды A₁ в сейсмоприемнике зарегистрирована амплитуда U_1(min). При амплитуде A₂ - U₂ и т.д. до A_5(max) - U_2(max). Это график в прямом направлении. Далее амплитуду в источнике понижали с A₅ до A₄ и была зарегистрирована амплитуда U_n в сейсмоприемнике, которая не соответствует таковой, зарегистрированной в прямом направлении. Затем амплитуда в источнике далее уменьшалась до A_1(min) и последовательно регистрировались амплитуды в сейсмоприемнике. Таким образом, при завершении полного цикла возбуждения и регистрации амплитудный график имеет вид петли гистерезиса. Это говорит о том, что данная порода ведет себя нелинейным образом и характеризуется поглощением. Петли гистерезиса для разных пород ведут себя по-разному, что может служить дополнительным поисковым критерием. Петли гистерезиса наблюдаются при регистрации времен пробега волн /т.е. скоростей/. При изменении частоты сигнала в источнике петли изменяют свое положение. Таким образом, породы имеют характерные как кинематические, так и динамические признаки.An example is the data from field experiments performed in sandy clay rocks. The experiment was carried out as follows. The source of acoustic waves (with a frequency of about 500 Hz) was located at an unchanged distance from the seismic receiver, and a seismic signal was recorded at different amplitudes in the source. The measurement data are shown in FIG. 1. When the minimum amplitude A ₁ is excited, the amplitude U _{1 (min) is} recorded in the seismic receiver. With an amplitude of A ₂ - U ₂ , etc. up to A _{5 (max)} - U _{2 (max)} . This is a forward chart. Next, the amplitude in the source was reduced from A ₅ to A ₄ and the amplitude U _n was recorded in the geophone, which does not correspond to that recorded in the forward direction. Then, the amplitude in the source was further reduced to A _{1 (min)} and the amplitudes in the geophone were successively recorded. Thus, at the end of the full cycle of excitation and registration, the amplitude graph has the form of a hysteresis loop. This suggests that this breed behaves in a non-linear manner and is characterized by absorption. Hysteresis loops for different breeds behave differently, which can serve as an additional search criterion. Hysteresis loops are observed when recording the traveltime of the waves / i.e. speeds. When the signal frequency in the source changes, the loops change their position. Thus, the rocks have characteristic both kinematic and dynamic features.

Из вышесказанного очевидно, что предлагаемый способ позволяет повысить эффективность дифференциации пород по их физико-механическим свойствам. From the foregoing, it is obvious that the proposed method improves the efficiency of differentiation of rocks according to their physico-mechanical properties.

Источники информации. Sources of information.

1. Авторское свидетельство СССР N 614401, кл. G 01 V 1/00, 1978. 1. USSR author's certificate N 614401, cl. G 01 V 1/00, 1978.

2. Е. А. Галаган, Епинатьева А.М. Использование формы записи отраженных волн при прогнозе состава и нефтегазоносности осадочных пород. - Советская геология, 1985, N 10, с. 105-109. 2. E. A. Galagan, Yepinatyev A.M. Using the recording form of reflected waves in predicting the composition and oil and gas content of sedimentary rocks. - Soviet geology, 1985, N 10, p. 105-109.

Claims

1. The method of studying the geological section, which consists in the excitation and registration of seismic vibrations with the subsequent comparison of kinematic and dynamic characteristics, characterized in that the excitation of seismic vibrations is carried out by changing the amplitude of the excitation from the minimum level to the maximum and in the opposite direction to the initial level, and then spend a comparison of the kinematic and dynamic parameters of the waves for the forward and reverse directions and judge the differences in the physicomechanical properties of rocks.

2. The method according to claim 1, characterized in that the physical and mechanical properties of the rocks are judged by the hysteresis loops of the kinematic and dynamic parameters.