Методы сейсморазведки

Лекция 2 Методы сейсморазведки Сейсморазведка. Часть 1 Романов Виктор Валерьевич, доцент кафедры геофизики romanovvv@mgri.ru 1 Модели в сейсморазведке • Неоднородная среда – среда с различными значениями скорости сейсмических волн в разных точках. В реальной геологической среде скорость – непрерывная функция от трех пространственных координат. 𝑉 = 𝑓 𝑥, 𝑦, 𝑧 • Среда с непрерывным изменением скорости называется градиентной. Лишь бесконечно малый участок градиентном среды можно считать однородным. • Истинная скорость V, м/с ̶ cкорост бесконечно малого участка градиентной среды. • Для осадочных горных пород характерна слоистая структура. Накопление материала из которого формируются будущие породы происходит послойно, сверху вниз. • Состав и свойства осадочных горных пород зависят от условий осадконакопления, которые могут изменятся во времени (в том числе очень быстро) но незначительно по латерали. • Например, минерал известняка (кальцит) аккумулируется в мелководных морях, при температуре +25 +30 °C и в присутствии кораллов, водорослей и ракушек. С увеличением солености морской воды, в условиях засушливого климата накапливаются доломиты. Глины формируются при разложении горных пород, глинистый материал переносится водными потами и откладывает при резком уменьшении скорости течения. • Следовательно, истинная скорость в основном является функций глубины (z) и слабо зависит от x и y. 𝑉=𝑓 𝑧 • При описании моделям разрезов осадочных горных пород прибегают к вертикально-неоднородным 2 Модели в сейсморазведке • Скоростной закон – зависимость скорости от глубины, основная характеристика вертикально-неоднородной среды. • Как правило, на скоростном законе можно выделить несколько участков, где скорость близка к среднему по участку значению и отличается от него лишь случайным образом. • Такие участки можно считать однородным, они называются однородным слоями или просто слоями. Слой ограничен сверху и снизу, по простиранию – бесконечен. • Пластовая скорость V, м/с – основная характеристика однородного слоя, среднее арифметическое по значениям истинной скорости в пределах слоя. • Слоистая модель – содержит конечное количество однородных слоёв, разделённых границами. • Слои нумеруются сверху вниз, их пластовые скорости обозначаются V1, V2 … • Граница – поверхность, разделяющая слои. • • Кровля – верхняя граница слоя. У первого слоя поверхность совпадает с поверхностью Земли. Подошва – нижняя граница слоя. У последнего слоя модели нет подошвы. Его называются нижним полупространством. • Число границ на 1 меньше, чем число слоёв. 3 Модели в сейсморазведке • Плоские границы в пространстве имеют плоскую форму, в сечении – форму прямой. • Эхо глубина H, м – расстояние от пункта профиля до границы, измеренное по нормали. • Основные свойства плоской границы – эхо-глубина H и угол наклона φ. • По углу наклона границы разделяются на горизонтальные, наклонные и вертикальные. • Горизонтальные границы характеризуются нулевым углом наклона и постоянным значением эхо-глубины. 𝜑 = 0; 𝐻 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 • Наклонные границы характеризуются углом наклона больше нуля и переменной эхо-глубиной. 𝜑 > 0; 𝐻 ≠ 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 • Вертикальные границы характеризуются углом наклона = 90 и бесконечно большой эхо-глубиной. 𝜑 = 90°; 𝐻 → ∞ 4 Модели в сейсморазведке • Точность сейсморазведки падает с увеличением угла наклона границ, поэтому сейсморазведка наиболее эффективна при изучении горизонтальных и субгоризонтальных границ, характерных для осадочных горных пород • У горизонтального слоя кровля и подошва – горизонтально-слоистые • Горизонтально-слоистая модель состоит из множества горизонтальных слоев и нижнего полупространства с горизонтальной кровлей. • Мощность h, м – кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой слоя, определяется по нормали к его границам. • Глубина слоя H, м - кратчайшее расстояние от поверхности до подошвы слоя 𝑚 𝐻𝒎 = ෍ ℎ𝑘 𝑘=1 m- номер слоя. • Каждый слой (кроме последнего) описывается мощностью и пластовой скоростью. Глубины слоёв вычисляются по мощностям. 5 Тип границ • Скоростная граница – граница между двумя слоями с различной пластовой скоростью. 𝑉𝑚+1 ≠ 𝑉𝑚 m-номер скоростной границы • Преломляющая граница – кровля слоя, в котором пластовая скорость увеличивается. 𝑉𝑚+1 > 𝑉𝑚 • Акустическая жёсткость γ, кг/(м2·c) - способность горной породы сопротивляться распространению сейсмической волны. В породах с большей акустической жёсткостью амплитуда волны уменьшается сильнее, чем в акустически мягких породах • Акустическая жёсткость вычисляется как произведение пластовой скорости на плотность. γ𝑚 = 𝑉𝑚 · 𝜌𝑚 • Отражающая граница – граница между двумя слоями с различной акустической жёсткостью. γ𝑚+1 ≠ γ𝑚 6 Двухслойная среда • Простейшая модель неоднородной среды ̶ двухслойная среда, включающая один слой, одну горизонтальную или наклонную границу и нижнее полупространство. • В двухслойной модели, также как и однородной среде, наблюдается прямая волна, которая распространяется от пункта возбуждения к пункту приёма по прямолинейной траектории. • Скорость прямой волны определяется упругими свойствами первого слоя модели, поэтому 𝑙 𝑣 = 𝑣1 → 𝑡 = 𝑣1 • Скорость, определяемая по наклону годографа прямой волны, также равна V1 • Кроме того, падающая волна от источника достигает границы модели, в результате чего образуются новые волны - отражённые и преломлённые. • Отражённая волна образуется при падении волны на отражающую границу • Преломленная волн формируется на преломляющей границе. 7 Отражённые и преломлённые волны • Простейшая модель неоднородной среды ̶ двухслойная среда, включающая один слой, одну горизонтальную или наклонную границу и нижнее полупространство. • В двухслойной модели, также как и однородной среде, наблюдается прямая волна, которая распространяется от пункта возбуждения к пункту приёма по прямолинейной траектории. • Скорость прямой волны определяется упругими свойствами первого слоя модели, поэтому 𝑙 𝑣 = 𝑣1 → 𝑡 = 𝑣1 • Скорость, определяемая по наклону годографа прямой волны, также равна V1 • Кроме того, падающая волна от источника достигает границы модели, в результате чего образуются новые волны - отражённые и преломлённые. • Отражённая волна образуется при падении волны на отражающую границу • Преломленная волн формируется на преломляющей границе. 8 Законы Снеллиуса и Бенндорфа • Луч – одно из направлений распространения волны. • Угол луча α,° – угол между лучом и нормалью, опущенную на сейсмическую границу. Угол луча изменяется от 0° до 90° • Нормальный луч - луч волны, совпадающий с нормалью к границы, угол нормального луча равен 0 °. Если граница горизонтальна, нормальный луч имеет вертикальное направление. • Кажущаяся скорость V*, м/с - скорость движения волны вдоль произвольного направления. • Закон Снеллиуса – кажущаяся скорость волны при изменении её скорости сохраняется постоянной 𝑣 ∗ = const • По закону Бенндорфа 𝑉 = sin α • Кажущаяся скорость больше или равна истинной скорости 𝑣∗ 9 Отражённые волны • Падающая волна (1) – распространяется от пункта возбуждения к сейсмической границе. • Угол падения α1,° – угол луча падающей волны. • Отражённая волна (11) – образуется в глубинной точке отражающей границы, она возвращается в ту среду, откуда пришла падающая волна • Угол отражения α11,° - угол луча отражённой волны. • Закон Снеллиуса для отражения 𝑉1 𝑉1 = sin 𝛼1 sin 𝛼11 • Следовательно, угол отражения равен углу падения • Для горизонтальных границ глубинная точка находится точно под средней. 𝑥ГТ = 𝑥СР 10 Отражённые волны • Годограф отражённой волны для горизонтальной границы: 𝑙2 2 𝑡 = 𝑡0 + 2 𝑉1 2𝐻1 𝑡0 = 𝑉1 • t0 – время нормального отражения, время вступления отражённой волны при нулевом удалении • По измеренному времени отражающей границы 𝐻1 нормального отражения определяется глубина 𝑡0 ⋅ 𝑉1 2 • Годограф отражённой волны в случае горизонтальной границы имеет форму гиперболы, симметричной относительно пункта возбуждения. 𝐻1 = • Для наклонной границы годограф отражённой волны вычисляется по формуле: 𝑡= 𝑙 𝑉1 2 + 𝑡02 1 − 𝑑 sin 𝜑 𝐻1 11 Отражённые волны • Для наклонной границы годограф отражённой волны вычисляется по формуле: 𝑡= 𝑙 𝑉1 2 + 𝑡02 1 − 𝑑 sin 𝜑 𝐻1 12 Преломленные волны • Проходящая волна (12) образуется на скоростной границе и продолжает движение в направлении луча падающей волны, то есть во второй слой • Угол прохождения α12,° – угол луча проходящей волны • Закон Снеллиуса для прохождения 𝑉1 𝑉2 = → sin 𝛼1 sin 𝛼12 𝛼12 = 𝑎𝑟𝑐𝑠𝑖𝑛 sin 𝛼1 ⋅ 𝑉2 𝑉1 • При прохождении через скоростную границу угол прохождения больше угла падения 𝛼12 > 𝛼1 • Для скоростной границы существует такой угол падения i, при котором угол прохождения становится равным 90° 13 Преломленные волны • Скользящая волна – проходящая волна, распространяется вдоль преломляющей границы которая • Граничная скорость VГ, м/с – скорость скользящей волны, принимается равной скорости слоя под преломляющей границей(V2). • Критический угол скользящая волна i,° – угол падения, при котором образуется • Закон Снеллиуса для случая скольжения 𝑉1 𝑉2 = sin 𝑖 sin 900 𝑉1 sin 𝑖 = 𝑉2 • Преломлённая волна (121) – волна, порожденная распространением скользящей волны и возвращающаяся в слой над преломляющей границей (1) под критическим углом. 14 Преломленные волны • Предельная точка П – точка на преломляющей границе, начальная точка луча скользящей волны • Начальная точка Н - точка на профиле, где впервые наблюдается вступление преломленной волны • Предельный луч – луч, восходящий из предельной точки в начальную. • Координаты начальной точки на годографе: • Удаление начальной точки lН • Время вступления в начальное точке tH • Для горизонтальной границы они вычисляются по формулам: sin 𝑖 𝑉1 𝑉1 𝑙𝐻 = 2𝐻1 tg i = 2𝐻1 cos 𝑖 = 2𝐻1 = 2𝐻1 𝑉 𝑉2 1− 𝑉1 2 2𝐻1 = 1 cos 𝑖 𝑡𝐻 = 𝑉 2 𝑉22 −𝑉12 2𝐻1 𝑉2 𝑉1 𝑉22 −𝑉12 15 Преломленные волны • Фиктивное t0 (t0’) - время вступления в точке пересечения оси времени и продолжения годографа преломленной волны. • Для горизонтальной границы: 𝑡0′ 2𝐻1 = ⋅ cos 𝑖 = 2𝐻1 𝑉1 𝑉 1 − 𝑉1 2 𝑉1 2 = 2𝐻1 𝑉22 − 𝑉12 𝑉2 𝑉1 • Годограф преломлённой волны для горизонтальной границы 𝑙 ′ 𝑡 = 𝑡0 + 𝑉2 • На удалениях меньших, чем удаление начальной преломленные волны на профиле не наблюдаются. точки, • Годограф преломлённой волны имеет форму прямой, наклон которой зависит от граничной скорости. 16 Годограф первых вступлений • Первое вступление – это время вступления самой первой волны на сейсмической трассе • Если волна первой наблюдается на нескольких последовательно расположенных пунктах приёма, то она выделяется в первых вступлениях. • В первых вступлениях преломлённые волны. прослеживаются прямые и • Участки их годографов образуют единый годограф первых вступлений. • Он имеет форму ломаной линии, состоящей из звеньев (участков годографов) и точек излома, где наклон годографа первых вступлений резко изменяется. • Удаление первой точки излома вычисляется по формуле: 𝑉2 + 𝑉1 𝑙И1 = 2𝐻1 𝑉2 − 𝑉1 17