Сейсморазведка - как метод разведочной геофизики

Рис. 9. Расположение профилей при детальных

исследованиях .[1]

а — увязка продольных и непродольных профилей; б —основная  и  заполняющая сети профилей; в  — исследование дизъюнктивного  нарушения; профили: 1 — продольные, 2 — непродольные; 3 — пункт возбуждения; 4 — дизъюнктивное нарушение.

 

Известные трудности  часто возникают, когда необходимо обнаружить и проследить различные  дизъюнктивные  нарушения. При наличии опорных горизонтов нарушения большой  амплитуды выявляют по резкому смещению записей по обе  стороны от нарушения при работе MOB .В МПВ такие нарушения обнаруживаются по характерным формам годографов, пересекающих сброс. Нарушения  небольшой амплитуды, расположенные на малой глубине,  обнаруживаются MOB не всегда и часто только косвенным образом. Поэтому для прослеживания нарушений целесообразно применять МПВ, используя непродольные и  продольные профили. Размещая пункты взрыва О1, О2, О3 над приподнятой частью нарушения, ведут наблюдения на  непродольных профилях, пересекающих предполагаемое нарушение (рис. 9в). Сопоставление годографов на соседних непродольных профилях позволяет определить направление простирания и положение нарушения. С целью более точного вычисления амплитуды нарушения и определения граничной скорости с обеих сторон от нарушения прокладывают продольные 

профили. Их используют одновременно для привязки непродольных профилей. Детальные работы, направленные на изучение структур,  расположенных на большой глубине, как правило, проводят с  помощью MOB, применяя в поле методику многократных  перекрытий. Эта методика должна обеспечить получение достаточно четких отражений после обработки материалов методами ОГТ, РНП и др. МПВ применяют для детального изучения структур при глубинах их залегания до 200—300 м. Кроме того, МПВ может быть использован совместно с MOB для решения  отдельных частных задач: обнаружения и прослеживания  тектонических нарушений, стратиграфической привязки отражающих границ, изучения строения верхней части разреза. При изучении неструктурных залежей нефти и газа  основное значение имеет MOB. Методика полевых работ должна обеспечить высокое качество записей, получение при обработке высоких отношений сигнал/помеха. Работы проводят  методикой многократных перекрытий по густой сети профилей на участках, выделяемых как перспективные по данным  структурных исследований или по другим материалам. При изучении глубоко залегающих объектов, когда  отношение сигнал/помеха оказывается очень малым, применяют  методику широкого профиля. Детальные  работы проводят также с целью оценки вероятности наличия  нефтегазовых залежей в перспективных пластах, для обнаружения стратиграфических или литологических ловушек (прямые  поиски). Для этой цели проводят высококачественные измерения с сохранением динамических свойств сейсмических записей В результате детальной разведки составляют структурные карты и схемы в масштабе 1:50 000 или 1:25000 по одному (или нескольким) сейсмическому горизонту. В сложных условиях ограничиваются представлением разрезов по профилям.[1]

Современная сейсмостанция  для геофизической разведки —  сложный измерительный комплекс, специализированная электронно-вычислительная машина (ЭВМ), смонтированная на одном-двух автомобилях. Сейсмоприёмники улавливают скорость волны до миллионной доли метра в секунду. К каждому прибору волна приходит через некоторый промежуток времени, и многоканальный самописец на сейсмостанции вырисовывает сложную картину системы отражённых волн — сейсмический разрез. ЭВМ из всей этой путаницы линий выделяет нужные сигналы, и по ним опытный геофизик может с уверенностью сказать, на какой глубине и под каким углом положены, скажем, рудные пласты или слои, пропитанные водой.

Многоканальная запись позволяет непрерывно следить за упругими волнами разных типов и разделять их. Записывают сигналы либо на рулонную бумагу, либо на широкую магнитную ленту. Форма записи — аналоговая или цифровая. С помощью графопостроителей (плоттеров) цифровые магнитограммы можно переписать в аналоговые .

Упругие волны возникают  и в результате естественных деформаций земных недр (землетрясений), приливных  волн Мирового океана, движения крупных  воздушных масс (циклонов и антициклонов), оползней, ветра, дождя. Для регистрации  упругих волн от землетрясений в обсерваториях (их в мире свыше 200) применяют сейсмографы (Рис.10-11). Прибор представляет собой инертную массу, подвешенную на пружине в жёстком массивном корпусе. Упругие волны вызывают колебания корпуса, а инертная масса стремится остаться неподвижной. Если к инертной массе подключить записывающее устройство (например, перо, которое легко касается бумаги, намотанной на вращающийся барабан), получится сейсмограмма — запись колебаний, произошедших от землетрясений. Кроме механической записи применяют оптические и электромагнитные способы автоматической (обычно круглосуточной) регистрации сейсмических волн.

При морской сейсморазведке чаще всего используют приёмники, работающие на основе пьезоэффекта. Суть этого  явления заключается в том, что на поверхности некоторых кристаллов (например, кварца) под влиянием упругой деформации возникают электрические заряды. Промышленные морские пьезоприёмники помещают в заполненный маслом плавающий шланг, который тянется за судном. Упругие волны в толще воды вызывают мощным искровым разрядом или выстрелом из газовой пушки. Морские пьезоприёмники способны улавливать волны, создающие перепад давлений в миллионные доли атмосферы.

Рис.10-11 Сейсмограф Strata Views [4]  

 

 

 

 

 

 

 

 

                     Глава4. Обработка полевых материалов.

В отличие от других методов  геофизики, интерпретации данных сейсморазведки предшествует очень трудоемкий этап обработки сейсмограмм и магнитограмм, направленный на выделение из сотен зарегистрированных волн нескольких полезных. С помощью как рациональной системы наблюдений, так и сложной цифровой обработки материалов надо подавить множество регулярных и нерегулярных волн-помех и выявить кинематические (время прихода) и динамические (амплитуда сигналов) характеристики волн. Далее их надо идентифицировать однократными отраженными или преломленными (рефрагированными) волнами.

Таким образом, в результате обработки сейсмических данных получаются времена  ( ) прихода тех или иных волн на разных расстояниях от ПВ ( ). По ним вручную или автоматически с помощью ЭВМ строятся:

• годографы волн (по горизонтали откладываются  , по вертикали вверх – );
• профилограммы (по горизонтали , по вертикали вниз записи всех полезных волн);
• временные разрезы (обычно в МОВ и МОГТ): по горизонтали , по вертикали вниз t0, истинное или преобразованное.

Обработка заканчивается  качественной интерпретацией выявленных однократных волн, т.е. дается характеристика изменения сейсмического разреза по горизонтали и вертикали. Особенно наглядны временные разрезы, на которых видны все структурные (геометрические) особенности разреза (Рис.12).

Рис.12 Временной разрез МОВ [6]

 

Обработка сейсмограмм  и магнитограмм.

1. Ручная обработка сейсмограмм. Для ручной обработки данных сейсморазведки используются сейсмограммы, на которых непрерывная аналоговая запись представлена в видимой форме. С этой целью в случае магнитной регистрации магнитограммы переписываются на фото- или рулонную бумагу.

На первом этапе обработки  сейсмограмм ставят марки времени  от момента взрыва. Далее ведут корреляцию, или выделение вступлений или фаз одной и той же волны по разным каналам сейсмограммы. Вступления волны (первое резкое отклонение записи сигнала от положения равновесия) легко определить для волн, пришедших первыми (первые вступления). Как правило, это прямые или преломленные волны.

·

Рис. 412.1. Общий вид сейсмограммы: - оси синфазности ряда волн [6]

 

На рис.12.1 - прямая, - преломленная, - отраженная волны. Определить вступление других полезных волн, особенно пришедших от глубинных границ и в условиях интерференции волн, трудно, поэтому ведется фазовая корреляция. Для этого на сейсмограммах прослеживаются оси синфазности, или фазы колебаний, т.е. максимумы и минимумы на записи, наблюдаемые вслед за вступлением волны и характеризующиеся одинаковой устойчивой формой и амплитудой на соседних трассах.

Для улучшения записи и облегчения выделения тех или  иных полезных волн в процессе перезаписи полевых материалов меняют фильтрацию, усиление, производят суммирование сигналов с тем, чтобы сделать запись визуально  более четкой и лучшей для ручной обработки. Выделив оси синфазности, по маркам времени легко найти время прихода фазы той или иной волны к каждому сейсмоприемнику. В полученное время прихода волн вводятся так называемые статические поправки: за зону малых скоростей мощностью в несколько первых десятков метров, где скорости всегда ниже, чем в коренных породах, за рельеф, за глубину взрыва и другие, а также поправка за фазу, благодаря которой определяется точное время вступления волны.

2. Цифровая обработка сейсмических данных. Решение сложнейших проблем сейсморазведки - выделение полезных однократных отраженных и преломленных (рефрагированных) волн от ряда границ раздела на фоне сотен волн-помех было бы невозможным без цифровой обработки сейсмических данных на ЭВМ. "Цифровая революция" в геофизике прошла в 60 - 70-е годы, а уровень компьютеризации в сейсморазведке - один из самых высоких среди всех научно-приклад-ных дисциплин.

Основу цифровой обработки  сейсмических данных составляют три  вида математических операций: преобразования Фурье, свертка (конволюция) сигналов и корреляция [4].

Преобразования Фурье  преобразуют функции во временной  области (например, короткий импульс  при возбуждении упругой волны) в функции в частотной области (например, длительная гармоническая запись сигнала, снимаемого с сейсмоприемника) и обратно. Важно, что информация в ходе таких преобразований принципиально не теряется, но ее обработка более удобна и наглядна иногда в частотной, иногда во временной областях.

Свертка сигналов - это  математическое решение задачи фильтрации, т.е. операция замещения каждого элемента входного сигнала некоторым выходным с определенной весовой функцией. Один из этих сигналов берется перевернутым, т.е. в противофазе.

Корреляция выявляет меру сходства двух последовательностей (выборок каких-то данных). Она аналогична свертке, только без переворота одной из функций. Например, с помощью метода взаимной корреляции определяется сходство сигналов двух трасс записей сейсмоприемников. Для улучшения сходства в один из каналов можно ввести временной сдвиг.

Целью разных методов  цифровой обработки является увеличение отношения сигнал/помеха, чтобы надежно  отфильтровать кратные и другие волны-помехи, прокоррелировать оси  синфазности полезных однократно отраженных или преломленных волн, определить время их прихода по всем трассам и изменение амплитуд сигналов по ним.

3. Построение временных разрезов. При обработке данных МОВ строятся временные разрезы (Рис.12). Временной разрез представляет собой определенным образом подобранные и преобразованные сейсмограммы, на которых записи отнесены к нулевому времени ( ), т.е. времени пробега волны при нулевом удалении от приемника до источника. Для этого в наблюденные сейсмограммы вводятся так называемые кинематические поправки.

Такие разрезы автоматически  получаются при работах методом , или центрового луча, когда сейсмоприемник располагается вблизи пункта возбуждения, а запись производится одним сейсморегистрирующим каналом, например, в методе непрерывного сейсмического профилирования на акваториях. Если сделать монтаж из трасс таких записей (для чего направить ось времен каждой трассы вниз, а рядом на определенных расстояниях, соответствующих положению пунктов возбуждения, расположить все соседние трассы), то это и будет временной разрез.

При многоканальной автоматической записи строятся временные разрезы с помощью ЭВМ. Выделяя на временных разрезах оси синфазности, соответствующие временам прихода однократных отраженных волн, получаем линии , каждая из которых отвечает одной из отражающих границ геологического разреза.

Временные разрезы хотя и не несут информации о глубинах залегания отражающих границ, но дают представление об основных чертах геологического строения и являются важным результатом качественной интерпретации данных МОВ. Если средняя скорость не меняется вдоль профиля, то линия может быть непосредственно сопоставлена с отражающей границей. Зная среднюю скорость в толще над отражающей границей и закон ее изменения со временем, например, по имеющемуся для данного района графику , легко перестроить временной разрез в глубинный. В случае, когда остается постоянной вдоль профиля, такое преобразование сводится к замене шкалы времени на шкалу глубин (Рис.4). В случае непостоянства трансформация временных разрезов в глубинные затруднена и осуществляется с помощью ЭВМ.

4. Обработка данных МОГТ. В методе общей глубинной точки (МОГТ) для каждой точки профиля ( ) получается несколько ( ) сейсмотрасс, т.е. запись с разных пунктов возбуждения (ПВ) и сейсмоприемников (СП), расположенных симметрично от (точки записи) (Рис.13). При такой системе наблюдений во всех точках профиля последовательно могут располагаться ПВ и СП, а число таких перестановок равно кратности перекрытий ( ).

Рис. 13 К обработке данных МОГТ [6]

Поскольку, кроме однократных волн (Рис.13), на сейсмограммах регистрируется множество многократно отраженных волн от всех границ раздела, то они маскируют полезные однократные волны. Целью обработки данных МОГТ и является хотя бы частичное подавление многократно отраженных волн. Для этого используются сложные многоступенчатые приемы суммирования всех сейсмотрасс с введением в них кинематических поправок и получением так называемых суммотрасс. Обработка требует больших расчетов и выполняется в автоматическом режиме на ЭВМ.