СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ СЕЙСМИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ

Изобретение относится к области сейсморазведки в геофизике, в частности к способам управления группой импульсных невзрывных источников возбуждения (НИВ).

Известен способ воздействия на грунт при сейсморазведке, заключающийся в импульсном силовом воздействии на грунт путем удара, производимого механическими, электромагнитными или другими генераторами сейсмической энергии (М.Б.Шнеерсон, В.В.Макаров. Наземная невзрывная сейсморазведка» М., Недра. 1988, 236 с.). Однако для исследования больших глубин получаемой энергии, производимой одним источником, недостаточно для выделения полезного сигнала над шумами.

Наиболее близким к заявленному изобретению является способ формирования сейсмической волны, в котором для увеличения энергии сейсмической волны ударный импульс создают одновременно несколькими невзрывными источниками возбуждения, возбуждаемыми синхронно (В.И.Юшин. «Мифы и парадоксы вибрационной сейсморазведки». Приборы и системы разведочной геофизики. Изд. Саратовского отделения евро-азиатского геофизического общества, г.Саратов, 02/2007 г., с.5÷8).

При этом спектр зондирующего (возбуждающего) сигнала перекрывает полосу частот , определяемую длительностью импульса τ, в которой содержится около 90% энергии импульса. Между тем полезный сигнал, поступающий с больших глубин георазреза, сосредоточен в достаточно узкой полосе частот, примерно 30-50 Гц. При длительности импульса возбуждения 5 мс общая полоса частот возбуждающего импульса соответствует 200 Гц, т.е. на порядок превышает полосу частот ожидаемого полезного сигнала. Энергия этой излишней полосы частот уходит на формирование регулярных и нерегулярных, т.е. синхронных с источником помех (СП), обусловленных переотражениями на неоднородностях геологического разреза, в частности в зоне малых скоростей.

В основу изобретения положена задача повышения отношения сигнал/синхронная помеха.

Поставленная задача решается тем, что в способе формирования сейсмической волны, при котором сейсмические сигналы возбуждают группой невзрывных источников возбуждения, согласно изобретению, невзрывные источники возбуждения включают последовательно друг за другом с частотой повторения импульсов в группе, соответствующей центральной частоте ожидаемого полезного сигнала.

На чертеже изображена временная зависимость формы импульса возбуждения а), в) и его спектра б), г), характерная для прототипа и заявляемого изобретения соответственно, где τ - длительность импульса 2 возбуждения; T₁ - период его повторения в группе НИВ; - центральная частота ожидаемого сигнала; - ожидаемая полоса частот полезного сигнала; Т - общая длительность последовательности импульсов в группе НИВ.

Заявляемый способ реализуется следующим образом. Невзрывные источники возбуждения запускают по одному с периодом повторения T₁, центральной частотой и шириной спектра в полосе частот . Если спектральная плотность мощности излучаемых колебаний F₁(ω)=F₂(ω) (где - для прототипа, - для заявленного изобретения) одинакова, то амплитуды принимаемых сейсмоприемником полезных сигналов будут одинаковыми на частоте .

В допущении равномерного распределения спектральной плотности мощности помех F_п в рабочей полосе частот мощность синхронной помехи на выходе сейсмоприемника составит соответственно для прототипа и заявляемого изобретения:

;

,

где (ω_в-ω_н) - полоса частот синхронной помехи; ω_н - нижняя частота спектра излучения одиночного сигнала; - верхняя частота спектра излучения одиночного сигнала.

Поскольку обычно ω_в>>ω_н, выигрыш в отношении сигнал/синхронная помеха при равенстве уровней полезного сигнала прототипа и заявляемого технического решения составит:

,

т.е. равен числу используемых невзрывных источников возбуждения.

Таким образом, в прототипе при одновременном синхронном излучении НИВ группы большая часть энергии излучения уходит на возбуждение синхронных помех. При этом дополнительная фильтрация сигналов при обработке сейсмограмм, приводящая к увеличению отношения сигнал/синхронная помеха, не приводит к экономии энергии НИВ.

Например, при τ=5 мс, ω_в=2π·f_в; f_в=200 Гц - для прототипа и T₁=25 мс, n=4, T=100 мс - для заявляемого изобретения на возбуждение полезного сигнала уходит лишь 10% затрачиваемой энергии источника, поскольку . В этом примере 90% энергии уходит на возбуждение помех, в то же время последовательное возбуждение источников группы с периодом повторения T₁ позволяет сосредоточить энергию возбуждения в более узкой полосе частот полезного сигнала и одновременно поднять отношение сигнал/синхронная помеха.

Особенно важно использование заявленного способа при сейсморазведке в условиях Восточной Сибири, где неоднородные геологические структуры поверхностных слоев Земли приводят к возбуждению многочисленных волн во всех участках спектра возбуждаемых частот.