способ изучения геологического разреза

Формула изобретения

1. Способ изучения геологического разреза, заключающийся в возбуждении и регистрации сейсмических колебаний с последующим сравнением кинематических и динамических характеристик, отличающийся тем, что возбуждение сейсмических колебаний проводят, 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 направления и судят о различиях в физико-механических свойствах горных пород.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что о физико-механических свойствах пород судят по петлям гистерезиса кинематических и динамических параметров.

Описание изобретения к патенту

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.

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].

Недостатком данного способа является то, что он не позволяет достоверно определять физико-механические свойства пород, которые меняются при изменении амплитуды зондирующего импульса.

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].

Недостатком данного способа является низкая эффективность дифференциации пород по физико-механическим свойствам.

Задачей изобретения является повышение эффективности дифференциации пород по их физико-механическим свойствам.

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.

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.

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.

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.

Таким образом, обнаруженный эффект может быть использован для дифференциации пород по вещественному составу и его коллекторским свойствам.

Способ осуществляют следующим образом.

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.

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.

В экспериментах минимальная амплитуда составляла величину 210^-7 /в относительных деформациях/, а максимальная 410^-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.

Пример.

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.

Из вышесказанного очевидно, что предлагаемый способ позволяет повысить эффективность дифференциации пород по их физико-механическим свойствам.

Источники информации.

1. Авторское свидетельство СССР N 614401, кл. 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.