Сейсморазведка - как метод разведочной геофизики

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Казанский Федеральный Университет

Геологический факультет

Специальность: №020302 - геофизика

 

 

Курсовая работа

 

Сейсморазведка - как метод  разведочной геофизики.

 

 

 

 

 

 

Студент курса

Группы 3

.____________

 

Руководитель 

.____________

 

«__»__________201г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань 201г.

 

 

Содержание

 

 

 

Введение

 

Геофизическая разведка является одним из наиболее прогрессивных современных средств изучения земных недр. Исследование разнообразных физических явлений на поверхности земли, в горных выработках и скважинах позволяет делать выводы о структурных особенностях и составе горных пород, наличии залежей полезных ископаемых. Благодаря своей дешевизне и эффективности геофизическая разведка дает возможность быстрее обнаруживать и разведывать месторождения ценных видов минерального сырья. Роль геофизических методов в геологоразведочных работах непрерывно возрастает.

Сейсмическая разведка (сейсморазведка) является одним из важнейших видов геофизической разведки и включает совокупность методов исследований геологического строения земной коры, основанных на изучении распространения в ней искусственно возбужденных упругих волн. Сейсморазведка позволяет с высокой точностью определять углы наклона слоев осадочной толщи даже при большой глубине их залегания. Поэтому сейсмические методы особенно широко используют при решении структурно-геологических задач, особенно при поисках месторождений нефти и газа. Сейсмические методы широко используют для поисков месторождений углей, каменной соли, бокситов, а также для решения разнообразных инженерно-геологических задач. В последнее время сейсмические методы широко применяют в рудной геологии. Большую роль играет сейсморазведка также при изучении региональной геологии. С ее помощью удается получать сведения о глубинном строении земной коры.

             

 

 

 

 

 

                    Глава 1.Сущность сейсморазведки.

Сейсмическая разведка (сейсморазведка) - это геофизический  метод исследования строения Земли  и геологической среды, поисков  и разведки нефти и газа, а также  других полезных ископаемых, основанный на изучении распространения упругих волн, возбужденных искусственно с помощью тех или иных источников: взрывов, ударов и др. Горные породы отличаются по упругим свойствам и поэтому обладают различными скоростями распространения упругих волн. Это приводит к тому, что 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. В специальных достаточно сложных установках (сейсмостанциях) электрические колебания, созданные в сейсмоприемниках очень слабыми колебаниями почвы, усиливаются и автоматически регистрируются на сейсмограммах и магнитограммах. В результате их интерпретации можно определить глубины залегания сейсмогеологических границ, их падение, простирание, скорости волн, а используя геологические данные, установить геологическую природу выявленных границ.

Скорости распространения  упругих волн являются определенным диагностическим признаком горной породы. Методы их определения делятся на лабораторные (измерения на образцах), скважинные (сейсмические и акустические наблюдения в скважинах), полевые (расчет скорости в результате интерпретации данных сейсморазведки).

Скорости распространения волн определяются составом, строением и состоянием горных пород, которые, в свою очередь, зависят от гранулометрического и минерального состава твердых частиц, глубины залегания, возраста пород, степени метаморфизма, плотности, пористости, трещиноватости, разрушенности, выветренности, водонасыщенности, нефтегазонасыщенности и других факторов.

Наименьшими скоростями ( ) обладают рыхлые сухие пески (0,5 - 1 км/с), нефть (~1,2 км/с), вода (~1,5 км/с), глины (1,3 - 3 км/с), уголь (1,8 - 3,5 км/с). Большие скорости (3 - 6 км/с) у скальных осадочных пород (известняки, мрамор, доломит, соль и др.). Самые большие (4 - 7 км/с) - у изверженных и метаморфических пород.

Все остальные факторы, которые  делают породу более массивной, сцементированной, консолидированной - например, водонасыщенность, замерзание, степень метаморфизма - делают больше. С увеличением раздробленности, трещиноватости, рыхлости, пористости ( при заполнении пор воздухом или газом) уменьшается. Нефтенасыщенные породы по мало отличаются от водонасыщенных. Для сильно рассланцованных пород характерно различие скоростей в разных направлениях (анизотропия): у них скорость на 10 - 20 % больше вдоль, чем вкрест напластования. Чем больше абсолютный возраст пород ( ) и глубина залегания ( ), тем больше скорость. Для осадочных пород известна следующая эмпирическая формула зависимости скорости от этих факторов , где - коэффициент пропорциональности.

Скорости распространения поперечных волн ( ) меньше, чем продольных ( ). Отношение меняется для разных пород: от 1,3 - 1,6 (для высокопористых газонасыщенных), к 1,5 - 2 (для сцементированных скальных или водонефтенасыщенных) до 2 - 3 (для рыхлых плохо сцементированных типа л\"ессов, песков, глин). Этим отношением определяется коэффициент Пуассона ( ).

Кроме скоростей распространения  упругих волн, которыми определяется кинематика волн, важным сейсмическим свойством горных пород является степень поглощения ими сейсмической энергии, что определяет динамические характеристики волн, и прежде всего их интенсивность и дальность распространения. Поглощение вызывается потерями упругой энергии за счет необратимых процессов в среде вследствие ее неидеальной упругости. По этой причине амплитуда, например, плоской гармонической волны экспоненциально убывает с расстоянием х, т.е. , где - амплитудный параметр; - коэффициент поглощения.

Коэффициент поглощения, разный для разных пород, возрастает с ростом пористости, трещиноватости пород, с уменьшением глубины их залегания и водонасыщенности. В среднем у изверженных, метаморфических и сцементированных осадочных пород = 10^-5 - 10^-3 (1/м), у рыхлых осадочных = 10^-3 - 0,5 (1/м).

В связи с разным строением слоистых сейсмических сред и границ в сейсморазведке используются следующие скорости (или  типы скоростей) распространения упругих  волн ( и ).

·  Истинная скорость - это скорость волны в малом объеме породы. Она определяется путем ультразвуковых измерений на образцах.

·  Пластовая скорость - это средняя скорость распространения упругих волн в каждом пласте изучаемого геологического разреза.

·  Интервальная скорость является частным случаем средней скорости для заданного интервала глубин.

·  Средняя скорость в пачке пластов - это скорость, определяемая по формуле

где - мощности отдельных пластов данной слоистой среды; - времена пробега в каждом пласте, измеренные вдоль луча, перпендикулярного слоистости.

Пластовая, средняя и интервальная скорости определяются по сейсмическим наблюдениям в скважинах.

·  Эффективная скорость - это некоторая средняя скорость, определяемая в результате интерпретации данных сейсморазведки методом отраженных волн в предположении, что скорость в толще, покрывающей отраженную границу, постоянна.

·  Граничная скорость - это скорость распространения скользящей преломленной волны вдоль преломляющей границы. Она рассчитывается при интерпретации данных сейсморазведки методом преломленных волн.

·  Кажущаяся скорость - это скорость распространения фронта любой волны вдоль профиля наблюдений. В любой точке профиля наблюдений она равна отношению приращения пути ко времени его прохождения волной , т.е. .[1]

                     

 

 

                           Глава 2.  Методы  сейсморазведки

Сейсморазведка включает два основных метода: метод отраженных волн (MOB) и метод преломленных волн (МПВ). Существуют и другие методы сейсморазведки, имеющие подчиненное значение. Метод отраженных волн основан на изучении упругих волн, отразившихся от границы раздела двух геологических пластов. Он имеет много общего с широко известным способом  измерения расстояний до цели в радиолокации, где специальный источник излучает короткий электромагнитный импульс, после чего определяется время возвращения к источнику волны,  отразившейся от препятствия. Поскольку скорость распространения электромагнитной волны в воздухе заранее известна, то  расстояние до отражателя определяют как половину произведения скорости на время пробега волны от момента ее возбуждения до возвращения к приемнику. В сейсморазведке процесс  протекает сложнее, так как скорость распространения упругих волн в геологических средах в зависимости от их состава  изменяется в широких пределах и часто заранее не известна. Тем не менее, измерив, время пробега отраженной волны от одного источника к нескольким точкам наблюдений, можно  вычислить скорость распространения волны в среде и определить положение границы, на которой произошло отражение. С целью непрерывного изучения формы отражающей границы  колебания регистрируются одновременно во многих точках (рис. 1). Для записи колебаний почвы используются специальные подвижные лаборатории—сейсморазведочные станции. В методе преломленных волн ведут наблюдения на  больших расстояниях от источника возбуждения по сравнению с глубиной залегания исследуемых границ. В этом случае сейсмические волны значительную часть своего пути проходят в направлении, близком к направлению напластования в слое, скорость в котором превышает скорости в соседних пластах.

 

 

 

Рис 1. Схема сейсморазведочных работ.[1]

 

Наблюдение преломленных волн во многих случаях дает  возможность судить о литологическом составе пород, слагающих слой. Сейсмические методы разведки при решении различных  геологических задач применяются  в сочетании с одним или  несколькими геофизическими и геологическими методами.  Комплексное применение разных методов в конкретных  геологических условиях позволяет повысить геологическую  эффективность. Сейсмическая разведка является сложной динамической системой, предназначенной для исследования земной коры. В этой системе происходят процессы преобразования энергии и информации, важнейшими из которых являются возбуждение сейсмическим источником первичных волн, их распространение в геологической среде с образованием на ее неоднородностях вторичных волн, прием и запись упругих колебаний в точках наблюдения, обработка и интерпретация сейсмических записей. Целенаправленную последовательность этих процессов можно рассматривать как сейсморазведочный канал, преобразующий воздействие источника упругих колебаний (входной сигнал) в сейсморазведочную информацию (выходной сигнал). Сейсморазведочный канал состоит из трех  последовательно действующих систем (рис. 2). Первая и основная из них — объект исследования, сейсмо- геологическая среда, т. е. геологическая среда в том виде, как она проявляется при формировании поля упругих колебаний. Наблюдаемое в некоторой точке среды поле можно считать результатом прохождения импульса источника через некоторый пространственно ограниченный объем среды — сейсмогеологический канал. Строение среды в пределах этого объема является той информацией, которая извлекается из сейсморазведочных наблюдений. Наблюденное поле служит входной информацией для  второй системы — сейсморегистрирующего канала, включающего сейсморазведочную технику и методику, т. е.  инструмент исследования. На выходе сейсморегистрирующего  канала получаются сейсмические записи (сейсмограммы),  которые являются входной информацией для третьей системы — сейсмообрабатывающего канала. Здесь  сейсмограммы преобразуются в результативный материал — сейсмический разрез. На этом этапе особенно велика роль  геофизика-интерпретатора.[1]

           Рис. 2. Структура сейсморазведочного канала[1].

 

Так же в сейсморазведке выделяют наиболее важные методы такие  как:

1. Метод МОВ-ОГТ.

2.Корреляционный метод преломленных волн.

3. Метод регулируемого направленного приёма.

4.Высокочастотная сейсморазведка.

5. Глубинное сейсмическое зондирование.

                                                                                                 1)МЕТОД МОВ-ОГТ.

Стандартная обработка  данных МОВ-ОГТ сводится преимущественно  к обработке отраженных волн. Другие типы волн, наблюдаемые на сейсмограммах, либо вообще не используются при стандартной  обработке МОВ-ОГТ, либо привлекаются для решения вспомогательных задач. В частности, по преломленным волнам определяется скоростная модель верхней части разреза для последующего расчета статических поправок. В настоящее время благодаря новым технологиям работ с радиотелеметрическими системами сбора информации, морскими цифровыми косами длина регистрирующей расстановки нередко превышает 8-10 км, что позволяет получать информацию по преломленным волнам до глубин, как минимум 2-3 км.

Пример обработки преломленных волн и их комплексирования с отраженными волнами представлен на сейсмических материалах МОВ-ОГТ, полученных с радиотелеметрической аппаратурой в транзитной зоне Российского сектора Каспийского моря. Использование этой аппаратуры обеспечило возможность отработки системы наблюдений с максимальными удалениями источник-приемник до 12480 м, что позволило зарегистрировать как отраженные, так и преломленные волны от одних и тех же геологических границ. 

 

Предлагаемая методика обработки  включает несколько направлений.

1) Обработка преломленных волн на основе миграции сейсмических записей встречных и нагоняющих систем наблюдений и построение волнового изображения преломляющих границ любой конфигурации с учетом явления проницания преломленных волн. Важной особенностью алгоритма является возможность формирования динамического разреза для нескольких преломляющих границ одновременно. На основе миграции уточняются значения граничной скорости и скорости в покрывающей среде. Предлагаемый подход позволяет автоматизировать обработку сейсмических записей МПВ с привлечением не только кинематических, но и динамических параметров волн. Представление результатов обработки МПВ в виде, аналогичном для результатов МОВ-ОГТ, упрощает сопоставление двух методов и делает более эффективным их совместное использование в концепции комбинированной сейсмической разведки геологических сред. Мигрированный по преломленным волнам разрез менее разрешен, чем его аналог, полученный по отраженным волнам, но он может давать интересную информацию о глубоких горизонтах (рис 3).