Основы сейсморазведки

Лекция 1 Основы сейсморазведки Сейсморазведка. Часть 1 Романов Виктор Валерьевич, доцент кафедры геофизики romanovvv@mgri.ru 1 Сейсморазведка • Сейсморазведка входит в цикл разделов разведочной (прикладной) геофизики. • Название «сейсморазведка» образовано из двух слов. Греческий корень Σεισμός (произносится как «сейсмос») означает сотрясение, землетрясение. • Термин «разведка» указывает, что сейсморазведка применяется геологоразведке, то есть при поиске месторождений полезных ископаемых. в • Также сейсморазведка используется при решении задач инженерной геологии, в археологии и экологии, при обследовании зданий, районировании по интенсивности землетрясений • Причиной колебаний, наблюдаемых на земной поверхности при землетрясении, является сейсмическая волна. Сейсмическая волна переносит энергию механических колебаний от источника во всех направлениях. • В сейсморазведке применяются не землетрясения, которые являются случайными катастрофическими событиями, а управляемые искусственные источники. • Такими источником может быть сильное механическое воздействие, которое деформирует участок земной поверхности – взрыв, интенсивная вибрация или удар • 2 Механическое колебание • Если все силы, действующие на частицу горных пород, равны она неподвижна и находится в точке устойчивого равновесия. • Механическое колебание - повторяющееся (периодическое) движение частицы горной породы по незамкнутой траектории, которую она проходит поочередно в противоположном направлении. • Состояние колеблющейся частицы в данный момент времени можно описать при помощи одной из трех колебательных величин: • Колебательное смещение u - расположение частицы относительно равновесного состояния. Равно нулю, если частица находится в равновесном состоянии. Знак смещения указывает на расположение частицы, + справа от равновесной точки, - слева от равновесной точки • Колебательная скорость v – относительное изменение смещения во времени. Нулевая колебательная скорость соответствует неподвижной частице. Знак скорости указывает на направление движения, + вперед по выбранной оси, - назад по выбранной оси Δ𝑢 𝑣= Δ𝑡 • Колебательное ускорение a – относительное изменение скорости во времени. Нулевое колебательное скорость соответствует неподвижной частице. Знак ускорения указывает на изменение скорости - увеличение (+) или уменьшение (-) Δ𝑣 𝑎= Δ𝑡 3 Сейсмотрасса • Сейсмотрасса (запись колебаний) – зависимость колебательной величины от времени. • Сейсмотрасса – результат работы сейсмоприёмника, который преобразует колебательную величину в пропорциональное напряжение электрического тока. • Как правило, сейсмоприёмники измеряют колебательную скорость • Время в сейсморазведке обычно измеряется в миллисекундах (мс) 1 мс = 10−3 с 1 с = 10+3 мс = 1000 мс 4 Динамические свойства волны • В момент вступления волны в точку наблюдения в ней начинается колебательное движение, которое называется импульсом волны. • Свойства импульса определяют динамические свойства волны – амплитуду, частоту, период • Амплитуда A – максимальное по модулю значение колебательной величины импульса. Измеряется в единицах колебательной величины, вольтах или полагается безразмерной. • Фаза φ[рад] – состояние колеблющегося тела в данный момент времени. Например, фазами являются максимумы и минимумы импульса волны. • Период Т[мс] - интервал времени, разделяющий две одинаковые фазы импульса. За один период фаза изменяется на 2π радиан. • Частота f[Гц] – количество колебаний за одну секунду. Величина, обратная периоду. 1 1000 𝑓[Гц] = = 𝑇𝑐 𝑇 мс • Круговая частота ω[рад/с] – скорость изменения фазы импульса Δ𝜑 2𝜋 𝜔= = = 2𝜋𝑓 Δ𝑡 𝑇 Длительность импульса LИ [мс] – промежуток времени от вступления волны до полного затухания импульса. • 5 Регистрация колебаний • Регистрация сейсмических колебаний ведётся в цифровой форме • Длина записи LЗ[мс] - время регистрации колебаний сейсмических волн, созданных при помощи одного источника. Регистрация синхронизована с началом работы источника. • В течение длины записи приёмник непрерывно формирует электрический сигнал. уже дискретен, его значения не образуют непрерывного ряда. • Отсчёты (значения) цифрового сигнала записываются через равный интервал времени – шаг дискретизации Δt[мс]. Как правило он не превышает 1-2 мс. • • Частота дискретизации F – количество отсчётов , регистрируемых за одну секунду 1 𝐹= Δ𝑡 У каждого отчёта цифрового сигнала есть порядковый номер – индекс i, индексация отсчётов начинается с нуля. • Время регистрации отсчёта зависит от его индекса и шага дискретизации Зарегистрированный сигнал 𝑡𝑖 = 𝑖 ⋅ Δ𝑡 • • Число отчётов в трассе NО определяется длиной записи и шагом дискретизации 𝐿3 𝑁0 = +1 Δ𝑡 Номер последнего отсчёта на трассе 𝑖𝑀𝐴𝑋 = 𝑁0 − 1 6 Расстановка • Для регистрации волны применяется множество одновременно работающих приёмников, установленных на прямой линии – сейсмическом профиле. Точка на профиле называется пунктом (П). • В сейсморазведке выделяют ПВ (пункты возбуждения) и ПП (пункты приёма). В пунктах возбуждения располагаются источники волн, в пунктах приёма – сейсмоприёмники. • При одновременной многоканальной регистрации сейсмических волн от одного пункта возбуждения приёмники занимают участок профиля, который называется расстановкой. • Канал - средство передачи сейсмической информации от приёмника к сейсмостанции. Станция накапливает, объединяет и выполняет предварительную обработку сейсмической информации. Для одновременной регистрации волны от приёмников станция должна быть многоканальной • Параметры расстановки: • Шаг приёма ΔxПП, м – расстояние между соседними пунктами приёма • Число пунктов приёма в расстановке n – равно числу используемых каналов станции • Длина расстановки LР, м – расстояние между крайними приёмниками расстановки 𝐿𝑝 = 𝑛 − 1 ⋅ Δ𝑥ΠΠ 7 Система наблюдений • Координата пункта хП, м – расстояние от пункта до начала профиля • Координата пункта приёма с номером i хПП-i, м 𝑥ПП−𝑖 = 𝑥ПВ + (𝑖 − 1)Δ𝑥ΠΠ • Удаление l, м – разность координат одного из пунктов приёма расстановки и пункта возбуждения 𝑙 = 𝑥ПП − 𝑥ПВ • Дистанция d, м – расстояние от одного из пунктов приёма расстановки до пункта возбуждения 𝑑 = 𝑥ПП − 𝑥ПВ • Средняя точка СТ - точка, посередине между пунктами приёма и возбуждения • Координата средней точки хП, м 𝑥ПП + 𝑥ПВ 𝑥𝐶𝑇 = 2 • Система наблюдений – взаимное расположение всех ПВ и ПП на профиле 8 Сейсмограмма • Сейсмограмма – множество сейсмотрасс, полученных с одной расстановки • Сейсмограмма формируется сейсмостанцией при одновременной регистрации информации от всех приёмников • Количество трасс в сейсмограмме Nt равно количеству каналов станции. • Число отсчетов в сейсмограмме 𝑁𝑎𝑙𝑙 𝑁𝑎𝑙𝑙 = 𝑁𝑡 ⋅ 𝑁0 • Трассы в сейсмограмме расположены в порядке возрастания координаты пунктов приёма хПП • Сейсмограммы записываются в формате в формате SEG-Y или SEG-D 9 Способы изображения сейсмограмм • Переменных отклонений трассы изображаются в виде графиков зависимости колебательной величины от времени. • Положительные значения откладываются справа от осей времени, отрицательные слева • Самый простой и быстрой способ отобразить сейсмограмму 10 Способы изображения сейсмограмм • Переменной ширины - значения колебательной величины изображаются в виде горизонтальных отрезков переменной длины 11 Способы изображения сейсмограмм • Переменной плотности значения колебательной величины кодируются разными цветами. 12 Способы изображения сейсмограмм • Комбинированный - переменных отклонений + переменной плотности 13 Выделение волн на сейсмограмме • Волна на сейсмограмме выделяется в виде группы колебаний по следующим признакам • Синфазность колебаний – на сейсмограмме запись волны выглядит как множество протяжённых параллельных линий равных фаз – осей синфазности • Стабильность формы импульса – форма импульса на соседних трассах практически идентична • Амплитудная выраженность – группа колебаний волны значительно отличается от уровня предшествующих и последующих колебаний 14 Корреляция • Корреляция – поиск волны на сейсмограмме, определение её типа и времён вступления во всех пунктах приёма • Результатом корреляции является годограф – зависимость времени вступления от координаты пункта приёма 15 Годограф прямой волны • Прямая волна - волна, распространяющаяся от источника к приемнику по кратчайшему пути – прямой линии. • Годограф прямой волны имеет форму прямой линии. • Вблизи источника прямая волна наблюдается в первых вступлениях, обгоняя все прочие волны, первой наблюдается на сейсмотрассах. • В последующих вступлениях прямая волна не выделяется • Скорость прямой волны и наклон её годографа зависит от упругих свойств первого от поверхности слоя V1 • Годограф прямой волны вычисляется по формуле 𝑙 хПП − хПВ 𝑡ПРЯМ = = 𝑣1 𝑣1 Δ𝑡ПРЯМ 𝑣1 = Δ𝑥ПП 16