Презентация_сейсмика 20 марта. Сейсмическая разведка (сейсморазведка)
 Скачать 1.96 Mb.
|
|
Сейсмическая разведка (сейсморазведка) – это геофизический метод исследования строения земной коры, поисков и разведки залежей нефти и газа, а также других полезных ископаемых, основанный на изучении распространения упругих волн, возбужденных искусственно с помощью взрывов или ударов. Горные породы различаются по упругим свойствам и поэтому в них скорости распространения упругих волн различны. На границах слоев, где скорости меняются, могут образоваться отраженные, преломленные, рефрагированные, дифрагированные и другие волны, регистрируя которые на земной поверхности, можно получить информацию о скоростном разрезе, а по нему судить о геологическом строении. Методика сейсморазведки основана на изучении кинематики волн или времени пробега различных волн от пункта их возбуждения до сейсмоприемников, улавливающих скорости смещения почвы, и их динамики или интенсивности волн. На сейсмических станциях электрические колебания, полученные сейсмоприемниками от слабых колебаний почвы, усиливаются и автоматически регистрируются на сейсмограммах или магнитограммах. Интерпретируя данные колебаний, можно определить глубины залегания сейсмогеологических границ, их падение, простирание, скорости волн, а используя геологические данные, установить геологическую природу выявленных границ. По решаемым задачам различают глубинную, структурную, нефтегазовую, рудную, инженерную сейсморазведку. По месту проведения сейсморазведка подразделяется на наземную (полевую), акваториальную (морскую), скважинную и подземную, а по частотам колебаний упругих волн можно выделить высокочастотную (частоты свыше 100 Гц), среднечастотную (частоты в несколько десятков герц) и низкочастотную (частоты менее 10 Гц) сейсморазведку. Чем выше частота упругих волн, тем больше их затухание и меньше глубинность разведки. ВВЕДЕНИЕ В СЕЙСМОРАЗВЕДКУ • Установлено, что под действием внешних нагрузок жидкие и газообразные тела изменяют свои объем и форму, деформируются. • При деформации частицы тела смещаются относительно друг друга и исходного положения. • Величина и направление перемещений определяются величиной и характером внешних сил и свойствами тела. • Тела, в которых развиваются только обратимые деформации, называют упругими. Тела, в которых развиваются только необратимые деформации,—пластичными, неупругими. • При деформации в упругом теле возникают внутренние напряжения, обусловленные упругим взаимодействием между частицами тела. • Если упругие свойства тел не изменяются при переходе от точки к точке тела, то такие тела называют однородными. В противном случае тело называют неоднородным. Упругие волны в изотропных средах Волны и вызывающие их волновые процессы являются особым видом движения, при котором изменение какой-либо величины или состояния среды передается от одной точки среды к другой с конечной скоростью. Отличительной особенностью волновых процессов является то, что событие, происходящее в одной точке среды, через некоторое время происходит в другой почти в неизменном виде. Волны в упругих средах возникают всякий раз, когда на какую-либо, часть тела действует изменяющаяся во времени сила. Деформации и напряжения вблизи источника передаются затем всем частям упругого тела за счет упругих связей между частицами тела. При конечной скорости распространения энергии в каждый момент времени возмущение захватывает область конечного размера. Поэтому в любой момент времени существует поверхность, разделяющая возмущенную и невозмущенную области. Эту поверхность называют фронтом возмущения или фронтом волны. Следовательно, распространение возмущения можно описать как разрастание поверхности фронта. Основы теории упругости При одноосном сжатии (растяжении) призмы из твердого тела относительное изменение ее длины вдоль направления действующего напряжения выражается соотношением Изотропные тела можно описать с помощью упругих констант Ламэ — модуля сжатия λ и модуля сдвига μ . Эти модули однозначно связаны с модулем Юнга Е и коэффициентом Пуассона δ: При деформации упругого тела под действием внешней нагрузки размеры тела изменяются, например стержень сжимается. Если при снятии внешней нагрузки вся потенциальная энергия переходит в кинетическую, то тело называют идеально-упругим. Если же часть энергии уходит на необратимые процессы, например превращается в тепло, то тело называют вязко-упругим, неидеально-упругим. Способность тел деформироваться является причиной того, что напряжение от зоны действия внешней нагрузки распространяется на все области тела с конечной скоростью, определяемой упругими модулями и плотностью. Распространяющееся в упругом теле напряжение порождает деформации — перемещения частиц тела, которые можно измерить. Наблюдения за перемещением частиц тела позволяют экспериментально измерять скорости распространения упругих волн и выявлять различия в физических свойствах горных пород или их состоянии. Основы теории упругости Построение лучей при известном распределении скорости в среде и заданном положении источника осуществляют на основе принципа Ферма. Для однородных сред и сред с плавно изменяющимися скоростями принцип Ферма утверждает, что возмущение от источника к заданной точке среды распространяется по такому пути, который обеспечивает минимальное время пробега. Для однородных сред минимальное время пробега достигается при минимальной длине пути. Но минимальный путь от источника до точки наблюдения в этом случае— прямая и, следовательно, лучи в однородной среде—это прямые линии, выходящие из источника. Для сред с плавным изменением упругих свойств определение формы лучей требует сложных математических расчетов. Качественно эту задачу можно решить, опираясь на принцип Гюйгенса. Принцип Гюйгенса утверждает, что распространение волн любой природы происходит так, как будто при каждом положении фронта на его поверхности оказываются точечные источники, генерирующие волны, идущие только вперед. Основы теории упругости Лучи и фронты дают представление о кинематике волнового процесса—о том, как распространяется возмущение от источника к любой точке в упругом теле. Если в каждой точке на луче известна скорость распространения волны v(A), называемая лучевой, то можно найти время, которое волна затрачивает при распространении от источника к любой точке среды, — решить кинематическую задачу. Кинематические задачи подобного типа называют прямыми задачами: по известному распределению скорости в среде находят время прихода волны в заданную точку среды. При решении кинематических задач совершенно несущественно, каков характер возмущения, распространяющегося в изучаемой среде, т. е. как движутся частицы. Динамическая теория упругих волн устанавливает, что в однородной изотропной среде возможны волны двух типов. Волны первого типа вызывают такие колебания частиц среды, при которых направление перемещения частиц совпадает с направлением распространения волны. Такие волны называют продольными (Р-волнами). Волны второго типа вызывают колебания, при которых частицы смещаются в направлении, перпендикулярном к направлению распространения волн. Волны этого типа называют поперечными (S-волнами). В поперечных волнах вектор перемещения нормален к направлению распространения, т. е. к лучу, а луч нормален к поверхности фронта, следовательно, вектор смещения лежит в плоскости фронта. В жидких и газообразных телах распространяются только продольные волны, называемые звуковыми, акустическими. Основы теории упругости В техническом отношении сейсморазведка является наиболее сложным видом геофизических исследовании. Это связано, в основном, с двумя обстоятельствами: в каждой точке наблюдения на профиле необходимо возбуждать достаточно интенсивные колебания, обеспечивающие глубинность разведки в несколько километров, и при каждом положении пункта возбуждения необходимо вести прием упругих волн, как правило, одновременно во многих пунктах наблюдения (от 24 до 96 и более). Сейсмическая аппаратура включает в себя источник (источники) упругих волн; устройства, воспринимающие упругие колебания и преобразующие их в электрические, — сейсмоприемники в наземной сейсморазведке и пьезоприемники (гидрофоны) в морской; сейсмостанцию, представляющую собой многоканальный регистратор, управляющий включением источника и обеспечивающий точный отсчет времени от момента включения источника до конца записи упругих колебаний. Современные сейсмостанции имеют в своем составе миникомпьютеры и периферийные устройства объединенные в единый аппаратурный комплекс. Источники упругих волн Источники на основе взрывчатых веществ Установки газовой детонации (УГД) Источники типа «вибросейс» Источник типа падающего груза Пневматические источники Электроискровые источники Сейсморазведочная аппаратура 2. Приемники упругих волн 3. Сейсмостанции В зависимости от вида регистрации все сейсмостанции разделяют на два класса — аналоговые и цифровые. а – способ отклонений; б – способ переменной ширины; в – способ переменной плотности; г – смешанный способ. Сейсморазведочная аппаратура Сущность сейсморазведки Сейсмограмма Временной сейсмический разрез Сущность сейсморазведки Метод отраженных волн (МОВ) основан на изучении особенностей распространения упругих волн, отразившихся от границы раздела двух геологических слоев, различающихся по своим физическим свойствам. Определив времена пробега упругой волны от источника до сейсмических границ и обратно к точкам наблюдения на поверхности земли, можно в процессе последующей обработки этих данных получить представление как о пространственном положении отражающих границ (глубины их залегания, углы наклона и т. п.), так и о некоторых свойствах среды, лежащей выше каждой отражающей границы. Метод преломленных волн (МПВ) основан па регистрации вдали от источника колебаний преломленных упругих волн, скользящих вдоль кровли геологических образований. При этом большую часть своего пути упругие волны проходят приблизительно горизонтально по кровле слоев, в которых скорость их распространения выше, нежели в соседних вышележащих слоях. Изучая времена пробега преломленных волн вдоль кровли отдельных слоев, можно в процессе обработки получить данные о глубинах залегания этих слоев, их форме и, в отдельных случаях, о литологии таких слоев. Два основных метода сейсморазведки ОТРАЖЕНИЕ И ПРЕЛОМЛЕНИЕ ПЛОСКИХ ВОЛН НА ГРАНИЦЕ РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД Дифракция и рассеяние упругих волн Рассеянные волны образуются на геологических неоднородностях, размеры которых существенно меньше длины сейсмических волн. Именно такие размеры чаще всего характерны для систем трещин в горных породах. Открытая трещиноватость горных пород может порождать наиболее интенсивные рассеянные волны. Именно поэтому рассеянные волны могут служить отличным индикатором открытой трещиноватости геологической среды. Для выделения рассеянных волн в сложном интерференционном волновом поле необходимо применять специальные системы наблюдения и обработки. Дифракция - это явление перемещения энергии упругих колебаний поперек направления их распространения, обеспечивающее сглаживание резких изменений интенсивности колебаний вдоль фронта волны. Причиной (источником) условно можно считать некоторую, локально малую, в сравнении с видимой шириной волны, часть среды, после прохождения которой и возникает необходимость в сглаживании резких изменений интенсивности волнового поля вдоль фронта волны. Скорости распространения сейсмических волн и литология горных пород Скорости распространения продольных и поперечных сейсмических волн и коэффициенты их поглощения являются основными количественными параметрами, определяемыми по результатам обработки материалов полевых сейсмических исследований. Эти параметры в совокупности в той или иной мере характеризуют литологический состав горных пород в разрезе, их состояние, характер осадконакопления в разрезе, свойства флюидов, заполняющих поры горных пород и др. Кроме того, знание скоростей распространения упругих волн всегда необходимо для определения глубины залегания отражающих и преломляющих границ и углов их наклона. Взаимосвязь скорости и плотности Влияние пористости и порового флюида Направление влияния различных факторов на величину пластовой скорости горных пород с учетом состава, возраста, состояния и условий их залегания Влияние глубины залегания, давления, возраста и температуры горных пород Обобщенные графики зависимости скорости распространения продольных волн V от глубины их залегания Влияние особых условий залегания горных пород 1. Существование зоны малых скоростей 2. Существование зоны многолетней мерзлоты 3. Наличие газового гидрата 4. Аномальное пластовое давление Модели сред и сейсмические границы Виды сейсмических моделей сред: Однородной называется среда, в каждой точке которой все сейсмические характеристики одинаковы. Однородные среды подразделяются на изотропные и анизотропные. Чаще всего на практике рассматриваются изотропные среды. К однородным изотропным толщам, прежде всего, относят породы одинакового литологического состава с высокими значениями в них скоростей распространения упругих волн (карбонатные и галогенные породы осадочного комплекса). Слоисто - однородной среда представляется в тех случаях, когда она состоит из серии однородных слоев различной мощности. Скорости Vp и Vs в таких слоях принято называть пластовыми. По характеру залегания слоев можно выделить параллельно - слоистые и непараллельно-слоистые среды. Параллельно - слоистые среды могут быть горизонтально - слоистыми (когда границы слоев горизонтальны - это наиболее типичные модели) и вертикально - слоистыми, а также, в общем случае, наклонно - слоистыми. Градиентной (неоднородной) среду называют в том случае, если ее упругие свойства являются некоторыми функциями координат точек пространства. Наиболее отчетливо в реальных условиях проявляется зависимость скорости от глубины. Величину принято называть вертикальным градиентам скорости. Горизонтальные градиенты скорости, как правило, значительно меньше вертикального градиента и характеризуют горизонтальную (латеральную) неоднородность среды. Слоисто - градиентной среду называют в тех случаях, когда среда состоит из слоев, в каждом из которых скорость может быть либо постоянной, либо являться функцией координат пространства. Это наиболее общая модель среды. Модели сред и сейсмические границы Сейсмические границы L t - это поверхности раздела двух слоев, которые по своим качествам могут характеризоваться с различных точек зрения. Наибольшее распространение получил взгляд на границу как на поверхность, где происходит скачкообразное изменение скорости распространения упругих волн. Такие границы принято называть границами первого рода. Если на поверхности L. скачкообразно меняется градиент изменения скорости по нормали к границе, то такие границы принято называть границами второго рода. Нередко сейсмическую границу представляют как некоторую переходную толщу мощностью меньше длины волны, находящуюся между двумя однородными слоями. Такие границы принято называть транзитивными. Для наглядного изображения выбранной скоростной модели среды принято использовать скоростные колонки, или скоростные разрезы - обобщенные графические изображения зависимости скорости от глубины. Типичные примеры скоростных колонок для слоисто-однородной и слоисто-градиентной моделей сред показаны на рисунке. Кроме того, дополнительно на таких разрезах обычно изображают график, показывающий зависимость величин коэффициентов отражения от глубины для всех сейсмических границ. В совокупности эти материалы являются основой для решения прямых задач сейсморазведки - задач теоретического предсказания кинематической и динамической структур ожидаемого волнового поля. |