SU894634A1

SU894634A1 - Method of examining earth with vibrations

Info

Publication number: SU894634A1
Application number: SU802897650A
Authority: SU
Inventors: Александр Степанович Алешин; Владимир Васильевич Гущин; Вадим Владимирович Кузнецов; Алексей Всеволодович Николаев; Геннадий Михайлович Шалашов; Олег Борисович Хаврошкин; Владислав Владимирович Цыплаков
Original assignee: Ордена Ленина Институт Физики Земли Им.О.Ю.Шмидта Ан Ссср
Priority date: 1980-03-20
Filing date: 1980-03-20
Publication date: 1981-12-30

Description

(54) СПОСОБ ВИБРОПРОСВЕЧИВАНИЯ ЗЕМЛИ(54) METHOD OF VIBRATING THE EARTH

II

Изобретение относитс к сейсморазведке и сейсмологии, точнее к технике вибропросвечивани Земли, и может быть использовано дл исследовани структуры земной Kopfct,просвечивани рычаговых зон, а также прк разведке полезных ископаемых.The invention relates to seismic exploration and seismology, more precisely to the technique of Earth's vibro-transmission, and can be used to study the structure of the earth's Kopfct, the transmission of lever zones, and also the mineral prospecting.

Известен способ вибросейсмических исследований, в котором сейсмические волны излучаютс одиночным или группой вибраторов, возбуждаилдих вертикальные или горизонтальные колебани грунта. Прием и регистраци сейсмического пол осуществл етс группой сейсмических приемников, расположенных в широком интервале рассто ний от виброисточников. В этом способе вибраторы работают в режиме параметрического излучени сейсмических волн, когла за счет нелинейных свойств среды возникают низкочастотные колебани , причем высокочастотна часть манипулированного вибросигнала быстро затухает и далее распростран етс его низкочастотна огибающа l.There is a method of vibroseismic research, in which seismic waves are emitted by a single or group of vibrators, excited by vertical or horizontal ground vibrations. The reception and recording of the seismic field is carried out by a group of seismic receivers located in a wide range of distances from the vibration sources. In this method, the vibrators operate in the mode of parametric radiation of seismic waves, due to the nonlinear properties of the medium, low-frequency oscillations occur, and the high-frequency part of the manipulated vibration signal attenuates quickly and its low-frequency envelope further propagates.

Недостатком этого способа вл етс его невысока эффективность при наличии пол интенсивных волнпомех .The disadvantage of this method is its low efficiency in the presence of a field of intense wave interference.

Известен также способ вибропрос-, вечивани , при реализации которого примен ют сгруппированные вибрато и приемники, режим работы которых определ ют программой, задаваемой по радиокомандам. При работе сгруппированных вибраторов необходима система дл их управлени и синхронизации Г2.There is also a known method of vibro-interrogation, the implementation of which uses grouped vibrato and receivers, the mode of operation of which is determined by a program defined by radio commands. When grouped vibrators operate, a system is needed for their control and G2 synchronization.

toto

Однако это усложение не гарантирует точного yпpaвJteни суммарным сейсмическим полем, поскольку параметры грунта, вли ющие на характер излучени , варьируют в пространстве However, this complication does not guarantee exact ypravteni total seismic field, since the parameters of the soil, affecting the nature of the radiation, vary in space

15 и не могут быть учтены достаточно точно.15 and can not be considered accurately enough.

Применение этого способа, основанного на нелинейной генерации и приеме сейсмических волн недостаточ20 но эффективно, поскольку не известно , кака часть сейсмической среды ответственна за образование нелинейных эффектов. Это ограничивает возможность поиска определенных полез25 ных ископаемых (например, нефти), не позвол ет параметрически усиливать принимаемый сигнал и требует дл формировани узконаправленных антенн из группированных вибраторов The application of this method based on nonlinear generation and reception of seismic waves is not sufficiently effective, since it is not known which part of the seismic environment is responsible for the formation of nonlinear effects. This limits the ability to search for certain minerals (for example, oil), does not allow parametrically amplifying the received signal, and requires the formation of narrow-beam antennas from grouped vibrators

30 и сейсмоприемников.30 and seismic receivers.

Цель изобретени - повышение эффективности за счет использовани в качестве источника информации параметров нелинейности среды и усилени принимаемого сигнала.The purpose of the invention is to increase efficiency by using as a source of information the parameters of nonlinearity of the medium and the gain of the received signal.

Поставленна цель достигаетс тем, что в способе вибропросвечивани Зеьлли путем возбужлени вибраторами сейсмических колебаний с последующей регистрацией и pacujHc poBкой возникающих интерференционных сейсмических полей в среде первоначально возбуждают монохропатический пакет поперечных волн, затем возбуждают- монохроматический пакет продольных волн с частотой, равной частоте поперечных волн, в пункте регистрации сейсмических колебаний навстречу этим волнам возбуждают высокочастотные колебани с частотой кратной частоте огибающей взаимодействующих пЕюдольных и поперечных волн, характеристики которых измен ют в процессе излучени .The goal is achieved by the fact that in the Zellly vibrocasting method by exciting seismic vibrations with vibrators with subsequent recording and pacujHc poB of the emerging interference seismic fields in the medium, they initially excite a monochropathic transverse-wave packet, then excite the monochromatic packet with I-shaped I-shapes and I-waves. the point of registration of seismic vibrations towards these waves excites high-frequency oscillations with a frequency of multiple frequency minutes interacting pEyudolnyh and transverse waves, the characteristics of which alter in the course of radiation.

Монохроматические колебани поперечньиг волн возбуждают в зоне отраженного от границы пакета сейсмических волн, либо врем запаздывани выбирают с. таким расчетом,чтобы наложение двух волновых пакетов произоЕШО в заданной точке в пределах объекта исследований.Monochromatic oscillations of transverse waves are excited in the zone of a seismic wave reflected from the boundary, or the lag time is chosen with. so that the imposition of two wave packets occurs at a given point within the object of study.

Способ основан на следующих предпосылках .The method is based on the following assumptions.

Вибратором, установленным в зоне исследовани , возбуждаю.т высокочастотный монохроматический сейсмический сигнаш в виде пакета поперечных S-волн. Затем через регулируемый прежежуток времени с помощью этого или другого вибратора излучают монохроматический сейсмический сигнал, представл кзвций пакет продольных Р-волн.. Так как скорость Р-волн превышает скорость 5-волн, то через определенньШ промежуток времени происходит наложение пакетов и параметрическое взаимодействие между ними, эффективность которого определ етс нелинейными свойствами среды.Врем запаздывани излучени Р-волны относительно 5-волн выбираетс таким образом, чтобы наложение излученных пакетов произошло в пределах неоднородности , вл ющейс объектом излучени и отличаклдейс от окружающей среды особенност ми нелинейных слоев В д)езультате прохождени волнового пакета Р-волн через пакет S-золн в среде возбуждаютс еще и длиннопериодные волны. Параметрическа генераци длиннопериодных волн возможна при совпадении частот высокочастотных Р и S волн, образующих пакеты . Один из механизмов такой генерации качественно описываетс так.The vibrator installed in the study area excites a high-frequency monochromatic seismic signal in the form of a package of transverse S-waves. Then, using an adjustable vibrator, emit a monochromatic seismic signal through an adjustable precursor time, representing a packet of longitudinal P-waves. Since the velocity of the P-waves exceeds the velocity of the 5-waves, overlapping packets and a parametric interaction between them occur after a certain period of time. , the efficiency of which is determined by the nonlinear properties of the medium. The delay time of the P-wave radiation relative to the 5-wave is chosen so that the imposition of the emitted packets occurs in the limits of inhomogeneity, which is the object of radiation and the difference from the environment, the features of nonlinear layers In e) Long-wave waves are also excited by the P-wave packet passing through the S-packet in the medium. Parametric generation of long-period waves is possible if the frequencies of high-frequency P and S waves forming packets coincide. One of the mechanisms for such generation is described qualitatively as follows.

Пусть кругова частота Р и S волн равна (Л)- Тогда прохождение пакета продольных волн через пакет поперечных вызывает возникновение более низкочастотных продольньлх и, при конечной амплитуде волн, образующих пакеты , поперечных волн. Длины продольны и поперечных волн составл ют соответственноLet the circular frequency P and S waves be equal to (L) - Then the passage of a packet of longitudinal waves through a packet of transverse waves causes the occurrence of lower frequency longitudinal waves and, at a finite amplitude of the waves forming the packets, transverse waves. The lengths of the longitudinal and transverse waves are respectively

, 2101) , Р (A)p-Vg) U,(Dp-Vg)i, 2101), Р (A) p-Vg) U, (Dp-Vg) i

Эффективны также параметрические взаимодействи Р и S волн равной длины . В результате интерференции этих двух волн в среде возникает периодическое поперечное волновое движение, частоты которого г Л/( Р больи:е частоты исходной волны S. Действительно , . пусть длина волны Р равна , а длина волны S 2 Волна Р при прохождении вызывает изменение модулей Я, и XJf, которые завис т от давлени , причем дл среды с микроструктурой - нелинейно. Амплитуда волны S зависит от модул // который, в свою очередь, определ етс деформацией от в.слны Р. Если,например , за половину периода увеличение модул // (фазы сжати ) св зано с движением частиц среды в волне S вправо, а умены юние влево, то за вторую половину периода все будет соответственно наоборот. В результате огибающа пакета S-волн подвергаетс регул рным пространственным искажени м , и будет промодулирована на частоте (,(A)p/)-t).Parametric interactions of P and S waves of equal length are also effective. As a result of the interference of these two waves in the medium, a periodic transverse wave motion occurs, the frequencies of which are r L / (P are large: e is the frequency of the original wave S. Indeed, let the wavelength P be equal and the wavelength S 2 Wave P when passing causes a change in the modul I, and XJf, which depend on pressure, and for a medium with a microstructure - non-linear. The amplitude of wave S depends on the modulus // which, in turn, is determined by the deformation from the mean R. If, for example, over half the period module // (phase compression) is associated with movement m particles of medium in wave S to the right, and smart ones to the left, then for the second half of the period everything will be vice versa. As a result, the envelope of the S-waves is subjected to regular spatial distortions, and will be modulated at a frequency of (, (A) p /) -t)

С другоГ; стороны, указанные эффекты используют.при приеме полезного сигнала - низкочастотной огибающе волновых пакетов. Так, согласно соотно1иени м Мэнли-Роу, мощна высокочастотна волна (например, на частоте второй гармоники принимаемого сигнала) может отдать всю свою энергию слабым низкочастотным волнам за счет влени каскадной неустойчивости . Поэтому в месте регистрации слабого полезного сигнала вибратор излучает в среду высокочастотные колебани , амплитуда которых превышает пороговое значение при соблюдении условий синхронизма. Если сигнал накачки и полезный сигнал излучаютс дискретно в виде пакетов определенной длительности и интенсивности , то при совмещении колебаний в какой-либо области на пути их распространени представл етс возможность исследовать за счет их параметрического взаимодействи нелинейные характеристики локальных участков среды. Подобное исследование можно вести не только с помощью двух. вибраторов - вибратора-источника параметрического излучени и вибратора в месте приема сигнала, но и с одним вибратором, в этом случае используют отражени лучей от границ или неоднородностей Б коре, причем усиление сигнала происходит за большее рем взаимодействи по сравнению со лучаем двух вибраторов. Аналогично ожно поступать при изучении очаговоо спектра зe lлeтp ceни . Анализ проедшего через очаг зe шeтp ceни астотно-модулированного луча из пакетов Р и 5 волн позвол ет по нормально усиленным и поглощенным астотам зарегистрированных пакетов восстановить высокочастотную часть очагового спектра, до сих пор неизвестную из-за сильного затухани и рассе ни .With friend; these effects are used. when receiving a useful signal - low-frequency envelope wave packets. Thus, according to the Manley-Row relation, a powerful high-frequency wave (for example, at the frequency of the second harmonic of the received signal) can give all its energy to weak low-frequency waves due to the appearance of cascade instability. Therefore, at the place of registration of a weak useful signal, the vibrator radiates high-frequency oscillations into the medium, the amplitude of which exceeds the threshold value under the conditions of synchronism. If the pump signal and the useful signal are radiated discretely in the form of packets of a certain duration and intensity, then when combining oscillations in any region in the path of their propagation, it is possible to investigate due to their parametric interaction the nonlinear characteristics of local areas of the medium. Such a study can be conducted not only with the help of two. vibrators - a vibrator-source of parametric radiation and a vibrator at the signal receiving point, but also with one vibrator, in this case, reflections from the edges or inhomogeneities of the B core are used, and the signal is amplified during a larger interaction time than the two vibrators. Similarly, you can do when studying the focal spectrum of zeletes. The analysis of the astro-modulated beam from the P and 5 wave packets passing through the center of the light of the shadow of the spectrum allows us to recover the high-frequency part of the source spectrum, which is still unknown due to strong attenuation and scattering, from the normally amplified and absorbed frequency of the registered packets.

Способ осуществл ют следугацим образом.The method is carried out in the following manner.

Один или несколько вибраторов, установленных на дневной Поверхности S пункте излучени , последовательно посьтает в .объем исследуемого региона пакеты высокочастотных продольных Р и поперечных S волн. Так как 1)р7 1, то через определенное врем , определ емое циклогратумой работы вибратора, пакет Р-волн приближаетс к пакету S-волн, и в течение их наложени происходит параметрическа генераци низкочастотных Р и S-волн. При значительном удалении пункта регистрации от пунта излучени из-за сильного затухани и рассе ни приемники могут прин ть только низкочастотные волны S. Дл повышени эффективности приема волны S параметрически усиливают с помощью вибратора, установленного в пункте регистрации. Вибратор создает вдоль трассы распрост анени сигнала высокочастотный встречный сейсмический луч повышенной интенсивности и имеющий ту же структуру из пакетов волны , как и в случае работы вышеуказанных вибраторов. Встречные пакеты, нелинейно взаимодейству с низкочастотны сигналом, усиливают последний и в оптимальном случае передают ему значительную часть собственной энергии. Усиленный взаимодействием с проход щими через него пакетами низкочастотный сигнал регистрируют приемником. Управл временным режимом работы вибраторов и трассой распространени пакетов сейсмических волн, последовательно обеспечивают параметрическое взаимодействие волн по всему исследуемому объему.One or several vibrators installed on the daytime surface S of the point of radiation successively sets into the volume of the studied region the packets of high-frequency longitudinal P and transverse S waves. Since 1) p7 1, then after a certain time, determined by the cyclogratum of the vibrator, the P-wave packet approaches the S-wave packet, and during their superposition, a parametric generation of low-frequency P and S-waves occurs. When the registration point is significantly removed from the radiation point due to strong attenuation and scattering, receivers can receive only low-frequency waves S. To increase the reception efficiency, wave S is parametrically amplified using a vibrator installed at the registration point. The vibrator creates along the path of the propagation of a signal a high-frequency counter-seismic beam of increased intensity and having the same structure of wave packets as in the case of operation of the above-mentioned vibrators. Counter packets, nonlinearly interacting with the low-frequency signal, amplify the latter and, in the optimal case, transfer to it a considerable part of their own energy. The low-frequency signal amplified by the interaction with the packets passing through it is recorded by the receiver. Controlling the time mode of operation of the vibrators and the path of seismic packet propagation, consistently provide parametric interaction of waves throughout the entire volume under study.

Поскольку нелинейные характеристики объекта исследовани (например, нефтегазова залежь или зона подготовки землетр сени ) отличаютс от соответствующих характеристик вмещающей среды, можно по наличию соответствующих аног1альных эффектов (генераци низкочастотных колебаний ) сулить о физическом состо нии объекта (например, о возможной нефтегазоносности, об очаговых процессах и т.п.).Since the nonlinear characteristics of the object of study (for example, an oil and gas deposit or an earthquake preparation zone) differ from the corresponding characteristics of the containing medium, it is possible to predict the physical state of the object (for example, possible oil and gas bearing, focal processes) by the presence of corresponding analogous effects (generation of low-frequency oscillations). etc.).

Дл упрощени аппаратурной реализации способа используют отражение вибросигналов от границ или неоднород нос те и .To simplify the hardware implementation of the method, the use of the reflection of the vibrating signals from the edges or the non-uniform nose is used.

В этом случае, дл исследовани нелинейных характеристик всего объема необ зательно работать с пакетами Р и S волн. Можно также возбуждать волновые пакеты одного типа.Такi если от границы отражаетс свип-сигнал в области высоких частот, заIn this case, to study the nonlinear characteristics of the entire volume, it is not necessary to work with the P and S wave packets. You can also excite wave packets of the same type. So if a sweep signal is reflected from the border in the high-frequency region, beyond

счет параметрического взаимодействи падающего и отраженного сигналов,отмечаетс по вление нового свип-сигнала , но в области низких частот, т.е. произойдет так называема самомодул ци , самовоздействие импульса. При сн тии вертикального профил нелинейных характеристик среды исследуемого объема, после момента самомодул ции свип-сигнала дл усилени the account of the parametric interaction of the incident and reflected signals, the appearance of a new sweep signal is noted, but in the low-frequency range, i.e. the so-called self-modulation, the self-action of the impulse, will occur. When removing the vertical profile of the nonlinear characteristics of the medium of the investigated volume, after the moment of self-modulation of the sweep signal to enhance

низкочастотного свип-сигнала вибратор переключают на новый режим работы , и он начинает излучать встречный дл сигнала высокочастотный сейе тческий луч. Усиленный сигнал прннимают сейсмоприемником, расположенНЫГ1 р дом с вибратором. Дл исследовани всего объема в целом в место установки сейсмоприемника направл ют отраженный от границы низкочастотныйThe low-frequency sweep-signal vibrator is switched to a new mode of operation, and it begins to radiate a high-frequency seismic beam that is opposite to the signal. The amplified signal is detected by a seismic receiver, located NG1 next to a vibrator. In order to study the total volume, a low-frequency reflection reflected from the boundary is directed to the place where the seismic receiver is installed.

сигнал, а его усиление производ т oтpaжeниe от ближайией неоднородности высокочастотнып сейсмическим лучом.the signal, and its amplification is produced by the near-frequency inhomogeneity of the high-frequency seismic beam.

Пpeдлaгae ль й способ зАфективен при использовании всех типов сейсмических волн. Он позвол ет с высокой точностью определ ть, например, от ношение -Ор/, что представл ет интерес дл прогнозировани землетр сений . Кроме того, он позвол ет определить так же с высокой точностью нелинейную сейсмическую зону в земной коре, приуроченную, например, к залежам полезных ископаемых.The proposed method is VALID when using all types of seismic waves. It allows to determine, for example, the -Op / ratio with high accuracy, which is of interest for predicting earthquakes. In addition, it also makes it possible to determine the nonlinear seismic zone in the earth's crust, which is associated, for example, with mineral deposits with high accuracy.

изобретени the invention

1. Способ вибропросвечивани Земли путем возбуждени вибраторами сейсмических колебаний с последующей регистрацией и расшифровкой возникающих интерференционных сейсмических полей, отличающийс тем, что, с целью повышени эффективности способа, в среде первоначально возбуждают монохроматический пакет поперечных волн, затем возбуждают монохроматический пакет продольных волн с частотой, равной частоте поперечных волн, в пукте регистрации сейсмических колебаний, навстречу этим волнам возбуждают высокочастотные колебани с частотой, кратной частоте огибающей взаимодействующих продольных и поперечных1. A method of vibrating the Earth by exciting seismic vibrations with vibrators followed by recording and deciphering the emerging interference seismic fields, characterized in that, in order to increase the efficiency of the method, a monochromatic transverse wave packet is excited in the medium, then a monochromatic wave of longitudinal waves is excited with a frequency equal to frequency of transverse waves, in the method of recording seismic vibrations, high-frequency oscillations with these the multiple frequency envelope of the interacting longitudinal and transverse

7 89463487 8946348

волн, характеристики которых изме-Источники информации,waves, the characteristics of which izmen-Sources of information,

н ют в процессе излучени .прин тые во внимание при экспертизеin the process of radiation. taken into account in the examination

2. Способ по П.1, отличаю-1. Мюир Т. Дик. Нелинейна акус« и и с тем, что монохроматичес-тика и ее роль в геофизике морских2. The method according to A.1, distinguishing -1. Muir T. Dick. Nonlinear accus "and the fact that monochromatic and its role in marine geophysics

кие колебани поперечных волн воз-осадков. М., Мир, 1977, с. 227-274Kie oscillations of transverse waves of precipitations. M., Mir, 1977, p. 227-274

бу щают в зоне отраженного от грани-- 2. Пакет США 1 4064481,they are scattered in the zone reflected from the face-- 2. US Pack 1 4064481,

цы пакета сейсмических волн. кл. 340-15,5, 1977 (прототип).tsy package of seismic waves. cl. 340-15,5, 1977 (prototype).

Claims

Claim

1. A method of vibro-illumination of the Earth by excitation of seismic vibrations by vibrators with subsequent registration and interpretation of the resulting interference seismic fields, characterized in that, in order to increase the efficiency of the method, a monochromatic shear wave packet is initially excited in the medium, then a monochromatic longitudinal wave packet is excited with a frequency equal to the frequency of the transverse waves, in the recording point of seismic vibrations, high-frequency vibrations with a frequency of frequency of the envelope of the interacting longitudinal and transverse

Ί waves whose characteristics change in the process of radiation.

2. The method according to claim 1, characterized in that the monochromatic oscillations of the transverse waves excite in the area reflected from the boundary of the packet of seismic waves.