Билет 10. 1. Скоростные характеристики сейсмических волн, виды скоростей сейсмических волн, используемых в сейсморазведке

1. Скоростные характеристики сейсмических волн, виды скоростей сейсмических волн, используемых в сейсморазведке. Использование скоростных характеристик для решения геологических задач.

Знание скорости распространения волн необходимо для определения глубины, наклона и горизонтального смещения относительно пункта взрыва отражающих и преломляющих площадок, для распознавания таких явлений, как возникновение головных волн и скачков скорости, для установления литологического состава горных пород и заполняющих их поры флюидов.

Скорость распространения продольных волн: , и поперечных волн: , где r - плотность среды, l и m - коэффициенты Ламе, Е – модуль Юнга, s - коэффициент Пуассона. Продольные волны распространяются значительно быстрее, чем поперечные.

В сейсморазведке рассматриваются следующие скорости. Истинная скорость (v) – скорость, с которой волна проходит заданный бесконечно малый объём породы. Средняя скорость (v _ср) – понятие, относимое к среде с плоскопараллельной слоистостью, определяется как отношение длины отрезка луча, нормального к слоистости, ко времени пробега волны вдоль него. В случае горизонтально залегающих слоёв с параллельными границами, имеющих мощности h ₁, h ₂,… h _n и характеризующихся скоростями v ₁, v ₂,… v _n, слоистая среда имеет скорость:

, где t ₁, t ₂,… t _n – времена пробега волн в каждом пласте, измеренные вдоль луча. Средняя скорость может быть точно определена только по сейсмокаротажным наблюдениям. Эффективные скорости, вычисленные по годографам отражённых и преломленных волн, незначительно отличаются от средних скоростей и могут быть применены вместо них при интерпретации. Пластовая скорость (v _пл) – частный случай средней скорости в пределах однородного пласта заданной мощности h: , где h – мощность сейсмического пласта; D t – время пробега волны от подошвы до кровли пласта. Интервальная скорость (v_инт) – частный случай средней скорости и относится к заданному интервалу глубин D H:

, где D t – время пробега волны на этом интервале. Интервальную скорость можно рассматривать как приближённое значение истинной скорости. Понятия пластовой и интервальной скорости близки между собой. Лучевая скорость (v _л) – в отличие от v _ср измеряется по наклонному лучу в предположении, что он является прямолинейным. При отсутствии бокового уклонения луча лучевая и средняя скорости равны одна другой. , где s – длина луча между двумя произвольными точками; t _s – время пробега волны между этими точками. Эффективная скорость (v _эф) - скорость в толще горных пород, определённая по годографам отражённых и преломленных волн. Граничная скорость (v _г) – скорость, с которой проходящая волна, образующая преломленную волну, распространяется в тонком пласте вдоль преломляющей границы. Граничная скорость всегда больше, чем средняя скорость в покрывающей толще. v _г ³ v _пл знак равенства возможен только для случаев однородных мощных пластов. Кажущаяся скорость (v _к) – скорость перемещения фронта волны вдоль поверхности (линии) наблюдения (х): ; - закон кажущейся скорости или закон Бендорфа, устанавливающий связь между кажущейся и истинной скоростями. Угол a называется углом падения. Кажущаяся скорость всегда больше или равна истинной скорости, когда поверхность или линия наблюдения совпадает с направлением луча. Если луч перпендикулярен к поверхности, или линии наблюдения, то кажущаяся скорость становится бесконечно большой. Волновая скорость (v _в) – скорость перемещения в пространстве какой-либо характерной особенности (горб, впадина) импульса. Групповая скорость (v _гр) – скорость перемещения огибающей импульса (скорость перемещения переносимой волной энергии). Фазовая скорость (v _ф) – скорость перемещения гармонических (синусоидальных) составляющих спектра импульса. Если волна сохраняет форму в процессе распространения, то волновая, групповая и фазовые скорости совпадают.

Определения скоростей, относящихся к одному сейсмогеологическому разрезу, обобщают для установления закономерностей скоростного строения покрывающей толщи и ослабления влияния случайных и систематических ошибок. Обычно оценки Vэф имеют массовый характер, однако надежность единичного определения недостаточно высока. Поэтому приходится выполнять их статистическую обработку с целью повышения объективности оценки скоростных характеристик разреза.

Статистические методы обработки составляют лишь одну сторону задачи обобщения данных о сейсмических скоростях. Необходимо составлять массив данных, подлежащих совместной обработке, с учетом особенностей сесмогеологического строения разреза, влияющих на изменения скоростей.

Точность и детальность изучения скоростного разреза повышается постепенно, путем последовательных приближений на основе анализа и сопоставления различных вариантов обобщения. На основе одномерного или двумерного сглаживания и обобщения получают и строят следующие материалы, характеризующие строение покрывающей толщи.

Вертикальные графики зависимости скорости от времени или глубины Vэф(tо), Vср (tо), Vср (z) составляют путем осреднения вдоль соответствующей оси значений Vэф или вычисления по ним Vср.

Горизонтальные графики зависимости скорости от координаты профиля Vэф(х), Vпл(х), Vср(х) и др. получают сглаживанием по профилю соответствующих величин, относящихся либо к определенному горизонту (пласту), либо к фиксированному сечению разреза по глубине z или времени tо. По этим материалам изучают горизонтальные градиенты скоростей, обусловленные структурными и фациально-литологическими факторами.

Развернутые графики скоростей типа Vэф (x,to), Vпл (x,to), Vср (x,to) и др. получают путем двумерного сглаживания результатов определений скорости на плоскости временнрго или глубинного разреза. Результаты изображают изолиниями равных значений.

Карты скоростей Vэф(x,y), Vпл(x,y), Vср(x,y) и др. строят для исследуемой площади на основании определений, сделанных по сети профилей. Карта харатеризует определенный сейсмический горизонт, либо некоторое сечение покрывающей толщи на глубине z или времени tо. Карту получают двумерным сглаживанием исходных значений или путем интерполяции осредненных значений, снятых с горизонтальных графиков скоростей.

Скоростные колонки Vпл(to), Vпл(z) и скоростные разрезы Vпл(x,to) составляют по осредненным значениям пластовых скоростей для совокупности слоев покрывающей толщи. Одна колонка характеризует разрез только по вертикали. Скоросной разрез характеризует изменение пластовых скоростей по вертикали и горизонтали для целого профиля

2. Аналитические выражения напряженности магнитного поля для источников правильной геометрической формы: шар, тонкий пласт, - намагниченных по падению. Практические рекомендации по истолкованию реальных аномалий.

При толковании аномалий нужно, в первую очередь, учитывать их форму. Так, в случае с простыми телами, многое может сказать форма аномалии в плане – если аномалия изометрична, то, возможно, ее породило тело шарообразной формы (или вертикальный стержень), если же аномалия вытянута, то и возмущающий объект должен быть протяженным, например, вертикальный пласт.

Аналитическое выражение напряженности для шара

Вертикальная составляющая:

где М – магнитная масса объекта: M=4/3*П*R³*J

Определение глубины до центра шара:

Аналитическое выражение напряженности для тонкого пласта:

Пласт называется тонким, если мощность его меньше глубины залегания.

Вертикальная составляющая:

глубина залегания верхней кромки: h=x_1/2

3. Решение прямых задач сейсморазведки

Прямая задача – состоит в расчете поля, распознавание волн; определение кинематических поправок и геометрического расхождения; построение синтетических (теоретических) сейсмограмм создаваемого моделью. Модель является упрощенным представлением реального разреза, для которого расчетное поле упругихволн согласуется с наблюденным полем. Важнейшим элементом модели среды является сейсмический пласт (слой). Чаще всего считают, что сейсмический слой имеет плоские границы, а его пластовая скорость постоянна. При прямой задаче на основе принятой модели рассчитывают ожидаемые значения параметров, которые затем сравнивают с результатами реальных измерений. Прямая задача сейсморазведки основана на создании синтетических (теоретических) сейсмограмм. Синтетическая сейсмограмма нужна для контроля и сравнения между скважинной информацией и сейсмическим горизонтом (например при 2D скв-на может быть значительно удалена от сейсмического профиля). Синтетическая сейсмограмма строится в вертикальном масштабе времен, а скважинная информация имеет глубинный масштаб. Для перевода глубин во временной масштаб опираются на данные (V_инт) по материалам акустического каротажа, отфильтрованным в сейсмической полосе частот. Однако интервальные скорости по АК, обычно завышены относительно интервальных скоростей по данным сейсморазведки МОВ ОГТ. В связи с этим полученную синтетическую сейсмограмму редактируют (сжимают или растягивают по вертикали), опираясь на данные сейсмокаротажа или вертикального сейсмопрофилирования скважин (ВСП). Процесс редактирования проводят в несколько приемов (итераций), добиваясь наилучшей сходимости реальной и модельной трассы. Прямые задачи решаются для анализа каких -то явлений.

Построение синтетической сейсмической трассы является простой формой одномерного моделирования и в комплексе с методами профильного (двумерного) и пространственного (трехмерного) моделирования позволяет получить модели сейсмических записей, близкие к истинным (то есть решить прямую динамическую задачу сейсморазведки). Сопоставление синтетических сейсмограмм с полевыми сейсмическими записями и материалами ВСП (вертикальное сейсмическое профилирование) является средством увязки данных промысловой геофизики с сейсморазведочной информацией. Эта процедура является ключевым моментом на начальном этапе комплексной интерпретации данных бурения и сейсморазведки. Основное назначение синтетических сейсмограмм — определение того, какая геологическая граница (или серия границ) вносят основной вклад в формирование той или иной отраженной волны.

Процесс построения синтетической сейсмограммы, реализованный в компьютерных системах, заключается в следующем: 1) по данным акустического и плотностного каротажа рассчитывается акустическая модель среды с определением коэффициентов отражения; 2) путем решения системы уравнений на основании акустической модели среды и реальных сейсмических трасс определяется падающий сейсмический сигнал; 3) при свертке импульсной кривой коэффициентов отражений и сейсмического сигнала получается модельная сейсмическая трасса, отображающая реальный геологический разрез в волновом поле; 4) качество привязки оценивается статистически, путем сопоставления реальных и модельных сейсмических трасс.