Наблюдение и регистрация сейсмического волнового поля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ  им. Н. Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО

 

 

Кафедра геологии и геохимии

 горючих ископаемых

 

 

ОТЧЕТ

по учебной геофизической практике

 

 

 

Выполнил:

Студент  5 курса геолог. Факультета , з/о , гр.511 .

                                                           Москалев О.Ю.

 

Проверил:

Кандидат геолого-минералогических наук ,доцент

                                                                                                                     Шестаков Э.С.

 

 

Саратов  2014  

Содержание

 

 

Введение                                                                                                                  стр.3.

1.Физико-геологические основы  метода отраженных волн.

Способ общей глубинной точки                                                                            стр.4.

1.1.Распространение упругих  волн в однородной

 изотропной среде, Годограф упругой волны                                                      стр.4.

1.2.Явление отражения-преломления; метод отраженных волн                        стр.5.

1.3.Способ «общей глубинной  точки» (ОГТ)                                                       стр.6.

1.4.Геологические основы  сейсморазведки                                                         стр.9.

2.Наблюдение и регистрация  сейсмического волнового поля                           стр.9.

2.1.Системы наблюдения  в методе отраженных волн.

 Методика  многократных перекрытий                                                                стр.9.

2.2.Понятие о сейсморегистрирующем  канале                                                   стр.13.

2.3.Источники сейсмических  колебаний                                                            стр.14.

3.Обработка материалов  способа ОГТ                                                                 стр.16.

3.1.Задачи обработки и  алгоритм                                                                         стр.16.

3.2.Условия приема упругих  волн                                                                        стр.18.

Заключение                                                                                                              стр.21.

Список использованных источников                                                                    стр.22.

 

 

 

 

 

 

 

Введение

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.

По решаемым задачам различают глубинную, структурную, нефтегазовую, рудную, инженерную сейсморазведку. По месту проведения сейсморазведка подразделяется на наземную (полевую), акваториальную (морскую), скважинную и подземную, а по частотам колебаний используемых упругих волн можно выделить высокочастотную (частоты свыше 100 гц), среднечастотную (частоты в несколько десятков герц) и низкочастотную (частоты менее 10 гц) сейсморазведку. Чем выше частота упругих волн, тем больше их затухание и меньше глубинность разведки.

Сейсморазведка - очень важный и во многих случаях самый точный (хотя и самый дорогой и трудоемкий) метод геофизической разведки, применяющийся для решения различных геологических задач с глубинностью от нескольких метров (изучение физико-механических свойств пород) до нескольких десятков и даже сотен километров (изучение земной коры и верхней мантии). Однако главное назначение сейсморазведки - поиск и разведка нефти и газа.

Возникла сейсморазведка в 20-х годах этого столетия как раздел сейсмологии - науки о землетрясениях. С 1923 - 1925 гг. сейсморазведка начинает применяться в России для решения различных геологических задач, особенно в нефтяной геологии. В настоящее время свыше трех четвертей геофизических исследований составляют сейсмические.

 

 

 

 

1.Физико-геологические  основы метода отраженных волн. Способ общей глубинной точки.

 

 

1.1.Распространение упругих волн в однородной изотропной среде, Годограф упругой волны.

Годограф -  (годос) - путь;  (графо) - пишу] - зависимость (функция), связывающая время t распространения упругих волн от одной точки поверхности земли к другой с расстоянием r между этими двумя точками. Годограф является основным материалом как для сейсмического метода разведки, так и для сейсмологии. Функцию  можно представлять аналитически в виде определенного уравнения, связывающего t с r. На практике, однако, приходится измерять время t. Годографы представляют тогда графически в прямоугольных координатах, причем за ординату берут t, за абсциссу - r. Функцию Годографа можно связать математически с распределением упругих свойств, точнее говоря, с величинами скоростей упругих волн в толще Земли и в ее верхних слоях.

 Этим открывается возможность на основе полученной функции Годографов ставить и разрешать задачи о распределении упругих свойств, а тем самым и физических свойств  глубинных пород, определять глубины и форму их залегания и пр. По разности пробега различных волн, полученной на сейсмограмме, можно определить эпицентральное расстояние.

В однородной изотропной среде существует два типа волн; один из типов волн носит название волн сжатия-разрежения (или продольные волны), другой – волн сдвига (или поперечные волны). Относительно этих волн можно сказать, что они характеризуются различными скоростями распространения фронта, а также тем, что в волнах сжатия – разрежения отсутствует вращение частиц, а сдвиговые волны не сопровождаются изменением объема. Далее, если в некоторый момент волновое поле имеет продольный характер, то оно остается продольным всегда, то есть продольные волны в изотропной однородной безграничной среде при своем распространении не генерируют поперечных.

 В свою очередь поперечные волны, распространяясь в безграничной среде, не генерируют продольных волн. В однородной среде с границей продольные и поперечные волны распространяются независимо лишь до того момента, пока фронт не пересечет границу. Тогда образуются так называемые отраженные волны обоих типов, так как обычно системе граничных условий нельзя удовлетворить, введя отраженную волну какого-либо одного типа. Характер волны не меняется только в случае перпендикулярного падения волны на поверхность раздела и в случае падения под произвольным углом поперечной волны с параллельными плоскости раздела колебаниями.

 

 

 

1.2.Явление отражения-преломления; метод отраженных волн.

 

Установлено, что различные горные породы характеризуются различными скоростями распространения упругих волн. Параметр скорости определяется упругими константами и плотностью горной породы, а они в свою очередь зависят от минерального состава, пористости, трещиноватости и глубины залегания.

По значению скорости упругой волны геологический разрез разделяется на относительно однородные слои горных пород, на границах которых скорость меняется скачком. Как правило, границы областей с различными физическими свойствами совпадают с геологическими границами, что используется при интерпретации сейсмических данных.

Наличие резких границ раздела между пластами приводит к образованию вторичных волн – отраженных, проходящих и преломленных. Интенсивность вторичных волн зависит от контрастности границы по упругим свойствам. Чем сложнее строение изучаемой геологической среды, тем больше волн образуется на ее границах раздела. Все вместе они образуют вторичное волновое поле – объект измерения в сейсморазведке. Если вторичные волны содержат информацию о целевых геологических границах и успешно регистрируются на поверхности земли или в стволе скважины, то они называются полезными. По типу выделяемых полезных волн в сейсморазведке различают методы отраженных и преломленных волн.

 

В методе отраженных волн (МОВ) возбужденная взрывом или механическим воздействием сейсмическая волна, распространяясь во все стороны от источника возбуждения, последовательно достигает нескольких отражающих границ в земной коре — поверхностей раздела пород с разными акустическими  жесткостями. На каждой из них возникает отраженная волна, которая возвращается к поверхности Земли, где регистрируется приборами. МОВ  позволяет  изучать  геологическое  строение на глубинах от 0,1-0,2 до 7-10 км и определять  глубины сейсмических  границ  с  точностью до 1-2 %.  
МОВ – наиболее  эффективный и развитый метод сейсморазведки, применяемый в наибольших объемах при поисках и детальной разведке месторождений нефти, газа и ряда других полезных ископаемых на суше и на море. Предложен в США Р. Фессенденом в 1917 году и Ж. Карчером в 1919 году и, независимо от них, - в СССР в 1923 году В. С. Воюцким и в Великобритании Дж. Ивенсом и У. Уитни - в 1922-м. 
МОВ используется в основном для определения глубины и формы залегания границ пластов и выявления структурных и неструктурных ловушек полезных ископаемых, особенно нефти и газа. 
Упругие волны в МОВ возбуждают с помощью проведения взрывов в неглубоких скважинах или действием специальных невзрывных источников на поверхности земли. На поверхности земли регистрируются отраженные волны от достаточно протяженных геологических границ, на которых заметно меняется волновое сопротивление (акустическая жесткость) соседних толщ. Таким границам обычно соответствуют литологические и тектонические поверхности разделов геологических сред. После регистрации упругих волн изучают их кинематические (времена прихода, скорости распространения) и динамические (амплитуды, частоты) характеристики. Отраженные волны всегда регистрируются на фоне помех глубинного и поверхностного происхождения. Поэтому для их выделения применяют специальные приемы возбуждения, записи и обработки, использующие различия в кинематических и динамических характеристиках отраженных волн и волн-помех. 
Важной принципиальной особенностью МОВ является тот факт, что запись отраженных волн производится на сравнительно небольших удалениях от источников упругих волн, благодаря чему лучевые пучки отраженных волн всегда оказываются довольно узкими: диаметр их сечения редко превышает 2 - 3 км. Это обеспечивает высокую детальность и точность изучения геологической среды, что и определяет ведущую роль МОВ среди других методов сейсморазведки. 
Разрешающая способность сейсморазведки МОВ по горизонтали оценивается минимальными горизонтальными размерами неоднородностей, порождающих регулярные отраженные волны. В обычных условиях разрешающая способность по горизонтали соизмерима с радиусом первой зоны Френеля и на глубинах от 1,5 до 3 км составляет, как правило, 0,3 - 0,5 км. 
Разрешающая способность по вертикали определяется толщиной отдельного пласта, от кровли и подошвы которого отраженные волны на записях наблюдаются раздельно, что в частотном диапазоне 20 - 100 Гц составляет обычно 15 - 25 м. При использовании некоторых специальных видов обработки возможно выделение пластов минимальной мощностью 8 - 10м.

 

 

 

 

 

 

1.3.Способ «общей  глубинной точки» (ОГТ).

 

Метод (способ) общей глубинной точки (МОГТ) — модификация МОВ, основанная на системе многократных перекрытий и отличающаяся суммированием (накапливанием) отражений от общих участков границы при различных расположениях источников и приемников. Метод ОГТ базируется на допущении о коррелируемости волн, возбужденных удаленными на разное расстояние источниками, но отразившимися от общего участка границы. Неминуемые различия спектров разных источников и погрешности во временах при суммировании требуют понижения спектров полезных сигналов. Основное преимущество метода ОГТ состоит в возможности усиления однократно отраженных волн на фоне многократных и обменных отраженных волн путем уравнивания времен отраженных от общих глубинных точек и их суммирования. Специфические особенности метода ОГТ определяются свойствами направленности при суммировании, избыточностью данных и статистическим эффектом. Они наиболее успешно реализуются при цифровой регистрации и обработке первичных данных.

 

 

Рис. 1. Схематическое изображение элемента системы наблюдений и сейсмограммы, полученной методом ОГТ.

А и А’ — оси синфазности отраженной однократной волны соответственно до и после введения кинематической поправки; В и В’ — ось синфазности многократной отраженной волны соответственно до и после введения кинематической поправки.

Рис. 1. иллюстрирует принцип суммирования по ОГТ на примере системы пятикратного перекрытия. Источники упругих волн и приемники располагаются на профиле симметрично проекции на нее общей глубинной точки R горизонтальной границы. Сейсмограмма, составленная из пяти записей, полученных в пунктах приема 1, 3, 5, 7, 9 (счет пунктов приема начинается от своего пункта возбуждения) при возбуждении в пунктах V, IV, III, II, I, показана над линией CD. Она образует сейсмограмму ОГТ, а годографы прокоррелированных на ней отраженных волн — годографы ОГТ. На обычно применяемых в методе ОГТ базах наблюдения, не превышающих 3 км, годограф ОГТ однократно отраженной волны с достаточной точностью аппроксимируется гиперболой. При этом минимум гиперболы близок к проекции на линию наблюдения общей глубинной точки. Это свойство годографа ОГТ во многом определяет относительную простоту и эффективность обработки данных.

Для преобразования совокупности сейсмических записей во временной разрез в каждую сейсмограмму ОГТ вводят кинематические поправки, величины которых определяются скоростями сред, покрывающих отражающие границы, т. е. они  рассчитываются для однократных отражений. В результате ввода поправок оси синфазностей однократных отражений трансформируются в линии t0 = const. При этом оси синфазностей регулярных волн-помех (многократных, обменных волн), кинематика которых отличается от введенных кинематических поправок, трансформируются в плавные кривые. После введения кинематических поправок трассы исправленной сейсмограммы одновременно суммируют. При этом однократно отраженные волны складываются в фазе и таким образом подчеркиваются, а регулярные помехи, и среди них в первую очередь многократно отраженные волны, складываемые с фазовыми сдвигами, ослабляются. Зная кинематические особенности волны-помехи, можно заранее рассчитать параметры системы наблюдений методом ОГТ (длину годографа ОГТ, число каналов на сейсмограмме ОГТ, равное кратности прослеживания) при которых обеспечивается требуемое ослабление помехи.