Сейсморазведка - как метод разведочной геофизики

Рис.3. Временные разрезы по отраженным (левый) и преломленным (правый) волнам

2) Кинематическая обработка годографов преломленных и отраженных волн в рамках слоистой модели среды и построение сейсмического разреза с изображением положения преломляющих и отражающих границ со значениями скоростей (граничных, средних, пластовых). Система кинематической обработки “Граница” обеспечивает сквозной тракт обработки от считывания времен прихода волн с сейсмических записей до построения сейсмического разреза и рассчитана на обработку больших объемов данных в производственном режиме. Обращение сменяющих друг друга годографов преломленных волн позволяет построить скоростные колонки для каждого пункта возбуждения. Их совокупность образует Дискретный скоростной разрез, который является грубым, но устойчивым приближением к 2D распределению скорости. Помимо этого, система содержит средства построения непрерывно прослеживаемых сейсмических горизонтов, как преломляющих, так и отражающих. На этом шаге интерес, в частности, представляет природа отражающих и преломляющих границ, геометрическое положение которых порой не совпадает (рис. 4).

Рис.4. Глубинный разрез, построенный по годографам преломленных и отраженных волн

3) Обработка годографов первых вступлений, формируемых, как правило, преломленными волнами, методом сейсмической томографии и получение непрерывного двумерного распределения скорости вдоль всего разреза (рис. 5). Для томографического восстановления скоростной модели используются программа выделения первых вступлений TomoPicker и пакет программ сейсмической томографии Firstomo. В качестве начального приближения распределения скорости может быть принята слоистая модель, полученная на предыдущем этапе. Полученное скоростное распределение может быть легко трансформировано в разрез средних скоростей, как во временной, так и в глубинной области и использовано при стандартной обработке МОВ ОГТ. Наиболее интересное и перспективное направление использование томографического скоростного разреза – использование для временной или глубинной миграции до суммирования.[2]

Рис.5. Томографическая скоростная модель

Представленные материалы наглядно показывают эффективность комплексирования МОВ и МПВ, которые дополняют  друг друга. Совместная обработка и  интерпретация отраженных и преломленных волн позволяет получить более достоверные данные о скоростях и структурных особенностях разреза.

2.КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ МЕТОД ПРЕЛОМЛЕННЫХ ВОЛН (КМПВ) — модификация метода преломленных волн, основанная на регистрации первых и последующих вступлений преломлённых волн. При помощи КМПВ определяются глубины, форма сейсмических преломляющих границ и скорость распространения вдоль них упругих волн (граничная скорость — V_r) в интервале глубин от нескольких м до десятков км. КМПВ основан на регистрации головных волн. При падении волны под критическим углом на пласт, скорость прохождения волн в котором больше, чем в вышележащей среде (V ₁ < V₂), падающая волна образует в нем скользящую волну, распространяющуюся вдоль его верхней границы. Ее движение вызывает вторичную — головную волну, которая возвращается к поверхности земли и может быть зарегистрирована. Методика и техника КМПВ, разработанная под руководством Гамбурцева в 40-х гг., базируется на регистрации преломленных (головных) волн, но близка к методу отраженных волн (МОВ). Основные особенности КМПВ: на сейсмограммах используется время не только первых вступлений, но и время прихода последующих гр. преломленных волн; как и в МОВ, при КМПВ используются принципы фазовой корреляции волн; выбор системы наблюдений подчиняется требованию корреляционных полных систем годографов; в КМПВ широко используются динамические признаки сейсмических волн для проведения фазовой корреляции и идентификации волн и с целью изучения особенностей строения среды. При полевых работах КМПВ применяются стандартные и специализированные многоканальные сейсмические станции. Возбуждение упругих колебаний производится как с помощью взрывов (в скважинах, естественных водоемах, шурфах , воздушных и накладных взрывов, так и ударов (на коротких профилях). Для увеличения эффекта взрывов часто применяется группирование взрывов; для подавления помех при приеме используется группирование сейсмоприемников и фильтрующие свойства аппаратуры.

При КМПВ используются сложные системы  наблюдений и применяются большие  расстояния между пунктами взрыва и  сейсмоприемниками (взрыв — прибор), что ведет к усложнению техники  полевых работ: одновременно используется 3 — 5, а иногда и больше пунктов взрыва; применение больших расстояний взрыв — прибор требует высокой эффективной чувствительности аппаратуры; для снижения фона помех улучшают условия установки сейсмоприемников, выбирают для работы более спокойное время суток, строго соблюдают условия спокойствия на профиле и т. п. При работе на больших расстояниях от пункта взрыва применяются большие расстояния между сейсмоприемниками, благодаря чему увеличивается длина соединительных проводов, что приводит к увеличению электрических наводок. Большие расстояния от пункта взрыва требуют применения радиосвязи для передачи отметки момента и организация работ на профиле. Интерпретация материалов КМПВ предусматривает те же приемы фазовой корреляции, что и в МОВ. Исследуя форму записи в последующих вступлениях в КМПВ, можно уверенно различать преломленные волны, относящиеся к различным горизонтам, и прослеживать преломленные волны, не выходящие впервые вступления. По годографам преломленных волн можно вычислить граничную скорость, которая характеризует в некоторой степени литологический состав п. преломляющего слоя, благодаря чему удается отождествить преломляющий горизонт со стратиграфической границей. Построение преломляющих границ ведется различными способами: от сравнительно простого способа t₀ до метода полей времен для годографов сложной формы. Для ориентировочных расчетов средней скорости в покрывающей среде можно использовать годографы преломленных волн; для более точного знания средних скоростей необходимо получение годографов отраженных волн или данных сейсмического каротажа. КМПВ применяется на всех этапах сейсмической разведки при наличии в районе работ преломляющих горизонтов. Особое признание метод получил при региональных работах и трассировании нарушений.

3.МЕТОД РЕГУЛИРУЕМОГО НАПРАВЛЕННОГО ПРИЕМА (МРНП) — метод сейсморазведки, основанный на переменном разновременном суммировании воспроизводимых сейсмических записей, позволяющем расчленять интерференционную волновую запись на составляющие ее плоские волны с различными направлениями прихода. МРНП разработан в США Рибером (Rieber), в СССР — Рябинкиным. В МРНП разрешаются и выделяются волны, регулярные в пределах относительно коротких (120—240 м) баз приема. Мерой полезности выделенных волн в отличие от МОВ и КМПВ, где волны выделяются по признаку регулярности и коррелируем ости на значительных протяжениях, в МРНП являются относительная устойчивость их параметров к изменению фильтрации и группировка относящихся к ним площадок на разрезе в протяженные границы или сосредоточенные области. При производстве работ МРНП полевые сейсмограммы получают в воспроизводимом виде на магнитной пленке при использовании сейсморазведочной станции ПОИСК-1-24-РНП-Б и В. Применяется также лабораторный вариант МРНП, при котором комплект сейсмостанции ПОИСК-1-24-РНП-А обеспечивает обработку сейсмопленок шириной 125 мм, получаемых при применении любого типа сейсмостанции. Сейсмограммы осциллографической записи требуют предварительного преобразования их в воспроизводимый вид с помощью сейсмопантографа ФСП. Используемая в МНРП интерференционная система обладает характеристикой направленности, вид которой зависит от базы суммирования (общей длины расстановки сейсмоприемников на профиле), числа суммируемых каналов и распределения их чувствительности. В сумматоре в записи сейсмических каналов вводятся временные сдвиги, что позволяет изменять характеристику направленности. В процессе суммирования последняя изменяется от нулевого до максимального положения.

Результатом обработки  сейсмограммы на сумматоре является суммолента, на которой записывается суммарный сигнал для различных временных задержек. В момент, когда направление максимума характеристики совпадает с направлением прихода волны, на суммоленте регистрируется максимум, которому соответствуют наибольшие значения видимых амплитуд. В зонах наложения волн для определения направления подхода волны к профилю амплитудного признака недостаточно, здесь для интерпретации привлекается фазовый признак — изменение фазы суммарного колебания от одной трассы суммоленты к другой. Интерпретация суммолент для каждой зарегистрированной волны дает 2 параметра — время и временной сдвиг, являющиеся функцией кажущейся скорости. Зная сейсмогеологическую характеристику среды, по этим данным можно построить сейсмический разрез в виде отражающих площадок. МРНП применяется преимущественно при работах по методу отраженных волн в сложных сейсмогеологических условиях, когда обычные способы интерпретации не дают положительных результатов из-за сложной интерференционной волновой картины. Основные преимущества МРНП заключаются в следующем: 1) высокая разрешающая способность к разделению волн, не зависящая от угла наклона отражающей границы; 2) возможность прослеживания шероховатых границ; 3) возможность выделения источников дифрагированных волн. МРНП применяется в наиболее сложных для сейсморазведки геол. условиях, напр., при изучении крутых складок, осложненных тектоническими нарушениями, изучении солянокупольных структур, поисков рифовых массивов, исследовании глубоких (в т. ч. подсолевых) отложений чехла. Обычно МНРП из-за его значительной трудоемкости применяется на ограниченных участках в комплексе с др. методами сейсморазведки.

4.ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ СЕЙСМОРАЗВЕДКА (ВЧС) — метод сейсморазведки, при котором используются преломленные и отраженные волны с диапазоном видимых частот от 70 — 80 до 200 — 300 гц.. Применяется в основном для решения задач рудной геофизики — картирования коренных г. п. под наносами, расчленения слоистых сред, выделения в них тонких слоев, изучения зон выклинивания. Обладает более высокой разрешающей способностью (способностью раздельно регистрировать быстро идущие один за другим импульсы) по сравнению со среднечастотной сейсморазведкой. Трудность применения ВЧС — большое поглощение коротких волн, мешающее изучению больших глубин и р-нов с мощными толщами рыхлых отл. При ВЧС применяется регистрирующая аппаратура с высокой чувствительностью, соответствующими фильтрами и гальванометрами с частотой собственных колебании 300 — 400 гц.

        5.ГЛУБИННОЕ СЕЙСМИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ (ГСЗ) — метод сейсморазведки, используемый для изучения строения земной коры и верхней мантии. Сущность метода ГСЗ состоит в регистрации глубинных сейсмических волн, возбуждаемых взрывами. При ГСЗ используются системы наблюдений, осуществляющие корреляционные принципы выделения и прослеживания отраженных и преломленных волн . Регистрация сейсмических колебаний от взрывов с массой заряда 100—1000 кг, отраженных от глубинных слоев земной коры проводится на профилях длиной в несколько сотен км. Для регистрации глубинных сейсмических волн применяется низкочастотная сейсмическая аппаратура с повышенной чувствительностью. Взрывы производятся в основном в естественных водоемах, реже в скважинах; для усиления эффекта взрыва часто применяется группирование взрывов. В ГСЗ в зависимости от поставленных задач используются системы наблюдений разной детальности: непрерывное, кусочно-непрерывное, точечное профилирование и методика точечных зондирований. Наиболее рационально природу волн в каждом р-не изучать на непрерывном, достаточно детальном профиле, а затем применять более простые системы. Наличие протяженных зон интерференции вынуждает при интерпретации прослеживать не отдельные фазы, а протяженные гр. волн. ГСЗ позволяет изучать положение и форму основных глубинных границ раздела земной коры. Верхняя из них соответствует поверхности кристаллического фундамента (u _г 6 км/сек), нижняя — поверхность Мохоровичича (М или Мохо) — относится к подошве земной коры (u _г, ~ 8 км/сек; и находится на глубинах-30-75 км. Скорость в кристаллической коре возрастает с глубиной, в верхней части она близка к 6км/сек, а в нижней 6,3—6,8 км/сек. В большинстве р-нов прослеживается промежуточная граница с u _г 6,5—6,6 км/сек (поверхность Конрада). Часто исследователи связывают эти границы и соответствующие им волны с поверхностями (сверху вниз) гранитного, базальтового и перидотитового слоев. Эти назв. следует рассматривать только как условные характеристики совокупности признаков каждой гр. волн, а не как указание на геол. природу этих границ. Помимо трех основных гр. волн, наблюдаемых почти во всех р-нах проведения ГСЗ, удается прослеживать 2—3 промежуточных с u _г 6,8—7,5 км/сек и лежащие ниже поверхности М границы с u _г 9—10 км/сек. Скоростной разрез земной коры, установленный по ГСЗ, позволяет предполагать неоднородно-слоистую модель земной коры с границами раздела как первого (со скачком скорости), так и второго (со скачком градиента скорости) порядков. По данным ГСЗ наряду с общей мощи, земной коры определяется толщина ее основных слоев (осадочного, гранитного и базальтового), выделяется ряд промежуточных границ раздела, изучается их рельеф и определяются их сейсмические характеристики.. Наряду с горизонтальными границами в земной коре по данным ГСЗ устанавливаются и прослеживаются, иногда вплоть до поверхности М, глубинные сейсмические разломы, дающие основание для суждения о блоково-слоистом строении земной коры.

Недостатками ГСЗ на сегодняшний  день являются его громоздкость, несовершенство в подборе модели земной коры, соответствующей наблюденному волновому полю, и неоднозначность в определении фнз. и геол. природы сейсмических границ. В СССР ГСЗ проведено на Балтийском щите, Восточно-Европейской платформе, Украинском кристаллическом массиве, на Урале, Тянь-Шане, в Ц. Казахстане, на Кавказе, в Туркмении, Узбекистане, Западно-Сибирской низменности, в переходной зоне между азиатским континентом и Тихим океаном (Охотское и Японское моря), на Каспийском и Черном морях. За рубежом следует отметить работы американских геофизиков в обл. Мирового океана, сейсмические зондирования в США и Канаде, итало-французские исследования в Альпах, работы ГСЗ на Венгерской равнине, в ГДР и др. В результате этих работ мощи, земной коры известна более чем в 300 точках земного шара. Разрезы ГСЗ являются опорными при интерпретации других геофизических методов. Сравнение строения коры, определенной по ГСЗ в разнотипных р-нах, и сопоставление особенностей коры с историей их геол. развития позволяют судить о направленности процессов эволюции коры от геосинклинали к платформе, от материка к океану. Интерпретация данных ГСЗ выходит за рамки представлений о глубине и рельефе сейсмических границ и требует для объяснения их природы изучения процессов, связанных с состоянием и поведением глубинного вещества в условиях высоких давлений и температур.[2]

                 Глава3 Сети профилей при сейсморазведке. Технические средства сейсморазведки.

На разных стадиях  исследования того или иного района необходимо получать различные сведения о его геологическом строении. В начальной стадии — при региональных  геологосъемочных и геофизических работах — ограничиваются  установлением общих закономерностей, т. е. расчленением разреза,  выяснением наиболее крупных форм складчатости, крупных угловых несогласий и т. д. Затем переходят к поискам месторождений полезных ископаемых, что связано с подробным изучением геологического строения отдельных площадей с целью оценки их перспективности в отношении полезных ископаемых. При поисках месторождений нефти и газа в результате  геофизических, в первую очередь сейсморазведочных работ, осуществляют подготовку площадей к глубокому поисковому бурению.  Сейсморазведка является, однако, лишь составной частью единого геологоразведочного процесса. Поэтому обоснованный выбор комплекса геолого-геофизических исследований — одна из важнейших задач, решаемых с учетом геологической и экономической эффективности разных методов разведки. Ввиду относительно высокой стоимости сейсморазведки ее следует  применять только для решения таких задач, которые не могут быть с необходимой надежностью решены другими, более дешевыми, методами. В соответствии с основными стадиями геологоразведочного процесса различают региональные сейсморазведочные работы, выполняемые на начальной стадии, а также поисковые сейсморазведочные работы и детальные сейсморазведочные работы, применяемые на второй стадии. Различные виды  сейсморазведочных работ в соответствии с решаемыми геологическими  задачами различаются густотой и способом расположения сети профилей на местности, а также системами наблюдений на  профилях.

Основания для выбора сети профилей:

Расположение и густота сети профилей определяются главным образом решаемыми геологическими задачами и сейсмогеологическими особенностями изучаемого района. При выборе сети профилей должны быть приняты во внимание  разнообразные факторы. Большое значение имеет правильная оценка всех предшествовавших геолого-геофизических исследований, выполненных в районе работ. Изучая их результаты (геологические и геофизические карты, разрезы, профили и т. п.), можно составить представление о наиболее вероятном расположении  тектонических линий или структурных элементов, размерах и амплитудах искомых поднятий, углах наклона и т. п. Эти сведения в  значительной мере определяют выбор сети профилей. Основные профили обычно прокладывают в крест простирания структур и лишь несколько связующих профилей (при площадной  съемке)— параллельно линии простирания. При разведке структур с крутыми углами падения крыльев допускаются отклонения от этого общего правила. Отклонения также могут быть  обусловлены топографическими условиями или поверхностными сейсмогеологическими особенностями. При наличии глубоких  скважин следует стремиться связать с ними сеть профилей. Густота сети профилей зависит от поставленной  геологической задачи, горизонтальных размеров и амплитуд изучаемых поднятий и степени их сложности, качества получаемых  сейсмических материалов. При площадной съемке густота сети должна обеспечить построение структурной карты или схемы  заданного масштаба. При решении сходных геологических задач в районах с менее благоприятными сейсмогеологическими  особенностями сеть профилей следует сгущать. Выбирая сеть профилей и системы наблюдений, нужно учитывать требования, возникающие во время обработки  материалов. Необходимо обеспечить возможность взаимной увязки  наблюдений вдоль профилей, а при детальной разведке — и между ними. Следует уделять внимание геологической привязке  сейсмических горизонтов, используя имеющиеся скважины, выходы пород, определения граничных скоростей. Средние (или

истинные) скорости — основной параметр, знание которого  необходимо для  построения сейсмических разрезов. Поэтому  должно быть предусмотрено ВСП скважин, если такие  имеются. В случае их отсутствия эту задачу решают с помощью MOB. Топографические и поверхностные сейсмогеологические  особенности местности сильно влияют на расположение сети  профилей. Желательно, чтобы профили не пересекали участки,  заведомо неблагоприятные для возбуждения и приема сейсмических колебаний. Поэтому особенно важно изучать опыт сейсморазведочных партий, проводивших исследования раньше в данном районе или в сходных условиях. Выбор сети профилей зависит от состояния дорог, наличия путей подъезда. Иногда в болотистых, залесенных, песчаных