шпоры по СР. Основы теории упругости и виды моделей реальных сред
 Скачать 91.12 Kb.
|
|
Отличие терминов: поглощение и затухание. Дисперсия скоростей. Под динамикой обычно понимаются динамические особенности колебаний, куда входят амплитуда или энергия волн, их частотный состав, форма колебаний, траектория движения частиц среды и их изменения со временем или с расстоянием. Под кинематикой понимаются времена, связанные со скоростями и формы годографов. В поглощающих средах возникают явления дисперсии скоростей, т.е. зависимости скорости от частоты колебаний, при этом существует понятие фазовой скорости и групповой скорости. Фазовая скорость характеризует скорость распространения какой-то особенности волны. Групповая скорость характеризует скорость распространения максимума огибающей распространяющегося импульса. В реальных случаях иногда возникает явление, когда в зависимости от частоты колебаний у нас наблюдается различная скорость и это явление зависимости скорости от частоты называется дисперсией скоростей. Выделяют нормальную дисперсию, когда низкочастотные колебания распространяются быстрее, и аномальную дисперсию, когда быстрее оказываются высокочастотные компоненты сигнала. Существует так же в технике понятие «затухание», дак вот в этот термин вкладывается характер изменения амплитуд за счет воздействия нескольких факторов (геометрического расхождения, поглощения и рассеяния). Тогда как термин поглощение характеризует уменьшение амплитуды только за счет неидеальной упругости сред. При этом для низких частот и небольших удалений между ПВ и ПП потери на расхождение превышают потери на поглощение, а с увеличением частоты и уменьшением расстояния до нескольких километров, потери на уменьшении растут и становятся преобладающими. Широко в практике используется понятие декремента поглощения, которое характеризует произведение α на длину волны λ (5.3). Декремент поглощения характеризует изменение амплитуд колебаний на расстоянии равном длине волны.  | |||||||||||||||||||||||||||||
Под динамикой обычно понимаются динамические особенности колебаний, куда входят амплитуда или энергия волн, их частотный состав, форма колебаний, траектория движения частиц среды и их изменения со временем или с расстоянием. Под кинематикой понимаются времена, связанные со скоростями и формы годографов. Влияние отражающих границ на интенсивность колебаний При отражении-преломлении могут возникать как монотипные волны, так и обменные волны. Аналогично углам падения и преломления, изменяется и интенсивность отраженных и преломленных волн. Обычно считается, что интенсивность отраженных и преломленных волн как монотипных, так и обменных, контролируется уравнением Цеппритца (1919) (уравнение Кнотта-Цепритца). Все динамические особенности отраженных и проходящих волн при разных углах падения и для разных типов волн как раз контролируются этим уравнением Цеппритца. Причем под коэффициентами отражения подразумевают отношения амплитуды отраженной волны к амплитуде падающей волны.   Коэффициенты преломления Bppбудут равняться 5.4. Причем считается, что когда угол падения альфа=0, то возникают только монотипные волны, а обменные волны имеют самую высокую интенсивность где-то в районе 30 – 40 °, а уже к большим углам, их интенсивность падает. Чаще всего оперирует коэффициентами отражения, когда угол альфа=0. 5.5. Значок 0 показывает что угол падения равен 0. Коэффициент прохождения будет равен 5.6. Если же угол начинает изменяться, то коэффициенты отражения будут меняться по сложному закону рис 5.7.   В зависимости от величины коэффициента отражения различают, например, сильные и слабые отражающие горизонты. Если коэффициент отражения больше 0,2, то это уже сильная или резкая отражающая граница. Если же коэффициент преломления небольшой, то такие границы относятся к разряду слабых, то коэффициент отражения можно посчитать и без учета плотностей (только со скоростями). Когда происходит постепенная смена скоростей, говорят о переходном слое. |
Данные ГИС показывают, что реальные геологические среды являются тонкослоистыми и состоят из отдельных пропластков, мощность или толщина которых часто составляет от долей метра до нескольких метров. В соответствии с этим считается, что тонкими слоями сейсморазведки обычно являются такие слои, в которых двойное время пробега гораздо меньше длины волны. Реальные среды, особенно продуктивные горизонты, считаются тонкослоистыми. В соответствии с законами отражения-преломления, каждый тонкий слой порождает отраженные и проходящие волны (рис 6.3). И помимо основной отраженной волны от какой-то К-той волны, у нас возникает множество частично-кратных волн на промежуточных границах. Т.е. возникает большое количество частично-кратных волн, которые накладываются на основную волну от К-той границы и дают нам форму колебаний, обусловленную целой пачкой пород, и хотя, мы говорим, что колебание S(t) соответствует горизонту К, но на самом деле это колебание является интерферационным или суммарным и фактически зависит от распределения скоростей и толщин каждого слоя этой пачки.  Н(ω) – частотная характеристика пачки пород, проходя через которую, получаем S(t). Амплитудные, динамические характеристики отраженных волн зависят не только от одного коэффициента отражения какой-то К-той границы, но и зависят от коэффициентов отражения и преломления тонкослоистой толщи, которое порождает частично-кратные волны. Причем кратные волны с небольшими запаздываниями накладываются на однократные волны и создают некоторую форму сигнала (некоторый импульс), который мы считаем однократно-отраженной волной. Помимо однократных волн и одновременно с однократными отраженными волнами на сейсмограммах регистрируются различные волны-помехи, который накладываются на однократные отраженные и искажают их кинематические и динамические особенности. Кроме того динамические характеристики искажаются за счет наличия в верхней части разреза зоны малых скоростей. При возбуждении у нас возникают волны различной интенсивности и частотного состава в зависимости от условий возбуждения колебаний, например, при возбуждении в песках, сигнал слабый и низкочастотный; при возбуждении в глинах интенсивность сигнала резко возрастает и возрастает частота колебаний. Ну и аналогично форма регистрируемого сигнала изменяется в зависимости от условий регистрации. Эти изменения при возбуждении и регистрации колебаний объединяют в один термин – неидентичность условий возбуждения и приема колебаний. Рис 6.4. За счет фактора поглощения также уменьшается амплитуда колебаний. Высокочастотная компонента ослабляется быстрее, чем низкочастотная. |
При возбуждении колебаний у нас возникают продольные волны, поперечные волны и поверхностные волны, к которым чаще всего относят волны Релея и волны Лява. Поверхностные волны наибольшую интенсивность имеют когда возбуждение колебаний происходит вблизи дневной поверхности, и именно поэтому, при использовании взрывчатых веществ в качестве источника упругих колебаний, ВВ – взрывчатые вещества помещают в скважины (глубиной от 10 до 30 м). В этом случае интенсивность поверхностных волн уменьшается. Волны Релея – сумма продольных волн и поперечных SV. Рис 6.5. Частички среды колеблются по эллиптическим траекториям и распространяются во все стороны от ПВ. W – вертикальная компонента смещений, u – горизонтальная компонента смещений. Интенсивность и знак с глубиной меняются. За счет этого меняется ориентировка эллипса. По идее волны Релея не подвергаются дисперсии (изменение скорости с частотой), но в связи с тем, что скорость обычно с глубиной возрастает, а длина низкочастотных колебаний увеличивается, то h – мощность слоя, в котором существуют волны Релея, тоже увеличивается, то в связи с этим наблюдается нормальная дисперсия. Нормальная дисперсия – низкочастотная составляющая быстрее высокочастотной. Волны Релея имеют скорость около 0,9 скорости поперечных волн. |
В сейсморазведке изучаются скорости продольных и поперечных волн. В среднем скорости продольных волн больше чем скорости поперечных волн  . И та и другая скорости зависят от ряда факторов:1. Плотности пород и упругие модули. 2. Литологический состав пород (степень зернистости пород). 3. Минералогический состав пород (скорости в минеральном скелете породы). 4. Глубина залегания пород. 5. Тектонические надвижения. 8. Геологический возраст. 9. Температура. 10. Пористость. 11. Флюидонасыщение пород. Взаимосвязь скоростей и плотностей В целом наблюдается такая зависимость, что с увеличением плотности пород, увеличивается и скорость распространения упругих колебаний в породах. Рис 7.1. При этом наименьший диапазон изменения плотности наблюдается у изверженных пород ρизв=2,5 до 3,1 г/см3. Больший разброс плотностей наблюдается у метаморфических гп, а наибольший разброс плотностей у осадочных пород ρпесчаников=2,2 до 2,7 г/см3, ρизвестняков=2,3 до 2,75 г/см3, ρглин=2,05 до 2,4 г/см3. Эти цифры могут меняться для разных регионов. Существуют некоторые формулы, которые связывают скорость с плотностью. Например, широко известна формула Пузырева:  Формула Гарднера:  α – 1,74, V – км/с, ρ – г/см3. Формула Урзенбаха:  Для водонасыщенных пород: А = 0,0799, B = 0,64, С = 1,87. Для газонасыщенных пород: А = 0,192, B = 0,106, С = 1,612. Литология Породы различного литологического состава характеризуются разными скоростями.
Разброс скоростей гораздо больше, чем разброс плотностей (в процентном соотношении). Породы различного литологического состава могут иметь одни и те же скорости, а породы одной литологической разности могут иметь достаточно большой разброс скоростей. Минералогический состав Скорость зависит от минералогического состава, а с другой стороны, зависит от размеров зерен, из которых складывается порода, от степени сцепления этих зерен друг с другом (от плотности укладки), от качества цементирования межзерновых пустот и других факторов. Для изучения скорости в породе, для приближенной оценки, часто используется эмпирическое соотношение, которое называется уравнением среднего времени:  Vp – скорость в породе, которую определяем, Vфл – скорость воды, флюида. Vск – скорость в скелете породы. |
В сейсморазведке изучаются скорости продольных и поперечных волн. В среднем скорости продольных волн больше чем скорости поперечных волн . И та и другая скорости зависят от ряда факторов:1. Плотности пород и упругие модули. 2. Литологический состав пород (степень зернистости пород). 3. Минералогический состав пород (скорости в минеральном скелете породы). 4. Глубина залегания пород. 5. Тектонические надвижения. 8. Геологический возраст. 9. Температура. 10. Пористость. 11. Флюидонасыщение пород. Глубина залегания горных пород Этот фактор связан с изменением скорости, т.к. при увеличении глубины, возрастает давление вышележащих пород, ну и часто возрастает температура, поэтому контакты между отдельными зернами пород усиливаются и за счет этого уменьшается время пробега упругих колебаний, ну и возрастает скорость пробега волн. Понятно, что наибольшее возрастание скорости с глубиной наблюдается для верхних интервалов разреза, где породы более рыхлые, т.е. менее плотные. И в дальнейшем это возрастание скорости замедляется. Для осадочных пород эти изменения (скорости с глубиной) больше чем для изверженных или карбонатных пород. Если в разрезе имеются глины достаточно большой мощности, начиная с глубин 2 км и ниже, то в этом случае из-за низкой проницаемости глин, замедляется отток пластового флюида из глин. В этом случае возникают зоны аномально высоких пластовых давлений, которые часто называются АВПД. В этих зонах в следствии наличия воды, контакты между зернами глин ухудшаются и происходит уменьшение скорости с глубиной. Тектонические напряжения Об этом факторе мало что знают. По идее, чем выше давление, тем выше скорость. Тектонические напряжения, особенно их горизонтальная составляющая, практически не изучаются, но оказывают влияние на изменение скоростей в разрезе. Эти изменения необходимо учитывать, хотя бы в виртуальном плане. Геологический возраст пород Чем больше геологический возраст породы, тем выше скорости и плотности горных пород, даже одного литологического состава. Это происходит из-за того, что с возрастом породы уплотняются, поры цементируются и в связи с этим скорость увеличивается. Именно поэтому, отражающими границами являются не только пласты с различной литологией, но и породы одной литологии, но различного возраста. Часто это происходит при наличии перерывов в осадконакоплении. Различие скоростей приводит к изменению коэффициента отражения. Температура При увеличении температуры, сначала скорость несколько увеличивается, а затем уменьшается при больших температурах. Пористость пород и трещиноватость пород Обычно увеличение Кп приводит к уменьшению скоростей. Рис 7.2. Флюидосодержание Пористая порода с одним Кп имеет большие скорости, когда поры заполнены водой. С увеличением газосодержания, ну и нефтесодержания, скорость продольных волн уменьшается. В меньшей степени уменьшается и скорость поперечных волн. В связи с этим соотношение VP/VS при переходе от водосодержащих к газонасыщенным породам. В связи с наличием различных моделей строения среды в СР используются различные методы сейсмических исследований. | |||||||||||||||||||||||||
Основными методами СР являются метод отраженных волн (МОВ) и метод преломленных волн (МПВ) или метод корреляционных волн (КМПВ). МОВ используется для изучения глубин от 300-400 м до 10 000 м. МПВ чаще всего используется для глубин от 5-10 до 200-300 м. КМПВ изучает поверхность кристаллического фундамента от 600-800 м до 10 000 м. Кроме того иногда используются глубинные сейсмические зондирования ГСЗ (МПВ и МОВ). В этом случае наблюдения проводятся не по отдельным профилям, а в отдельных точках. Обычно изучаются глубины от 10-30 км и более. И МОВ и МПВ проводятся по методике общей глубинной точки (общей срединной точке). Эти же работы называются методикой многократных перекрытий или ОГТ (ОСТ). По существу эти работы являются модификацией или МОВ или МПВ. В практике часто пишут так: МОВ ОГТ. Кроме того, выделяют наземную, морскую, речную, транзитную СР. И выделяют также скважинную СР, когда прием колебаний происходит к скважинах, а возбуждение колебаний вблизи скважины рис 7.3. Такие работы называются сейсмокаротажем или вертикальным сейсмическим профилированием ВСП или азимутальное или непродольное ВСП (НВСП). Прежде всего скважинные сейсмические исследования позволяют определить скорости пробега колебаний до разных горизонтов, привязать отражающие границы в стратиграфическим или геологическим границам. К сейсморазведке в скважине можно отнести акустический каротаж. Акустический каротаж это МПВ рис 7.4. Он позволяет получить тонкослоистую скоростную модель разреза (детальное изменение скоростей в скважине). Кроме того, сейсмические методы разделяются по назначению: Нефтяная или газовая, рудная СР, иногда выделяют инженерную СР или СР малых глубин. В некоторых случаях многоволновую СР. В этом случае используют не только продольные, но и поперечные волны и обменные. 3С говорит о том, что изучаются продольные, поперечные и обменные волны. 9С – возбуждают продольные и поперечные волны и регистрируют продольные, поперечные и обменные волны (в этом случае регистрируем горизонтальную, вертикальную и северную составляющие. Иногда применяют методику сейсмического просвечивания. Рис 7.5. Иногда бывает взрывная СР и невзрывная СР. | | ||||||||||||||||||||||||||||