книги из ГПНТБ / Богданов, Алексей Иванович. Интерпретация сейсмических годографов

А. И. БОГДАНОВ

ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

СЕЙСМИЧЕСКИХ

ГОДОГРАФОВ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НЕФТЯНОЙ И ГОРНО-ТОПЛИВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Москва 1960

ВВЕДЕНИЕ

Под годографом сейсмической волны понимают зависимость времени t пробега волны из пункта взрыва к точке приема от координат точки приема относительно пункта взрыва.

В теории сейсмических годографов местоположение источ­ ника волны принимают за начало пространственной системы координат OXYZ.

Координаты точек приема упругих волн находятся на днев­

точек приема равна пулю, т. е. поверхность наблюдения плоская и очаг взрыва расположен на дневной поверхности.

Если на текущие координаты х« у пунктов приема не нало­ жены какие-либо ограничения, то аналитическую зависимость времени t пробега волны от координат х л у пунктов приема t = = / (х, у) называют поверхностным годографом сейсмической волны. Очевидно, что в системе прямоугольных координат Otxy это уравнение может быть изображено графически в виде неко­ торой поверхности в пространстве. Проекции сечения поверх­ ностного годографа плоскостями, перпендикулярными оси Ot, на плоскость хОу образуют семейство кривых, называемых изо­ хронами поверхностного годографа сейсмической волны. Семей­ ство изохрон часто называют картой изохрон поверхностного годо­ графа. Изохрона поверхностного годографа является геометри­ ческим местом точек, характеризующихся равными временами t пробега до них сейсмической волны. Время t — параметр изо­ хроны. Семейство или карта изохрон характеризуют поверхност­ ный годограф сейсмической волны так же, как топографическая! карта в изолиниях (горизонталях) характеризует рельеф мест­ ности.

При производстве сейсморазведочных работ наиболее распро­ странена такая система наблюдений, при которой пункты наблю­ дений располагаются на одной прямой линии, проходящем I —I или не проходящей II — II через пункт взрыва, или же ма дуге окружности с центром в пункте взрыва О и некоторым постоянным радиусом I III — III (рис. 1). Для этих систем наблюдений, назы­ ваемых профильными, зависимость времени пробега волны от координат пунктов приема может быть изображена на плоскости

или плоской развертке цилиндрической поверхности в виде пло­ ской кривой. Прямую линию, на которой расположены пункты приема сейсмических волн, проходящую через пункт взрыва,

линейным продольным годографом (годогра­ фами) сейсмической волны (волн) того или иного типа. Прямую линию на поверхности земли, где расположены пункты приема сейсмических волн, не проходящую через пункт взрыва, назы-

Рис. 1. Линейные профили: продольный I—I, непродольный II—II идуговой III—III.

вают линейным непродольным или попереч­ ным профилем, а соответствующий ей годограф (или си­ стему годографов) — линейным непродольным или поперечным годографом (годографами) сейсмической волны. Дугу окружности на поверхности земли с центром в пункте взрыва, на которой расположены пункты приема сейсмических волн, называют дуговым профилем, а соответствующий ей годограф (или систему годографов) называют дуговым годографом (годографами) сейсмической волны (волн).

Очевидно, что линейные продольные, линейные непродольные и дуговые годографы являются следом сечения поверхностного годографа плоскостями или цилиндрической поверхностью, перпен­ дикулярными плоскостям XOY.

В тех случаях, когда пункт взрыва находится на дневной поверхности, а прием сейсмических волн осуществляется в сква­ жине (или наоборот), кривую зависимости времени t пробега сейсмической волны от глубины Н пункта приема называют в е п- тикальным или скважинным годографом. Если пункт взрыва находился у устья исследуемой скважины, то получают продольный вертикальный годо­ граф. Если пункт взрыва был смещен относительно устья сква­

4

жины па некоторое расстояние х, то получают н е продол ь. н ый вертикальный годограф.

На плоскости годографа может быть изображен не один, а несколько годографов волн одного типа (непродольных верти­ кальных с различными параметрами х или продольных вертикаль­ ных, наблюденных в разных скважинах) или несколько годогра­ фов волн разного типа.

Совместное изображение нескольких годографов волн одного или разного типа на плоскости годографа помогает распознава­ нию различных волн, облегчает их обработку и интерпретацию. Под интерпретацией годографов (или систем годографов) сейсми­ ческих волн различного типа понимают установление глубины залегания и конфигурации отражающих и преломляющих гра­ ниц раздела и скоростной характеристики геологического раз­ реза толщи горных пород, слагающих участок, в пределах кото­ рого проводились сейсморазведочные работы. Результаты интер­ претации совокупности годографов волн разного типа, наблюдент пых по соответствующей системе профилей, чаще всего изображаю- в виде сейсмических разрезов и структурных карт (планов, схем), характеризующих особенности глубинного геологического строе­ ния исследованного участка.

Время пробега волны от пункта взрыва до точки приема зави­ сит от следующих факторов: 1) расстояния между ними; 2) харак­ тера строения и скоростей распространения волн в средах, по­ крывающих отражающие или преломляющие границы раздела; 3) положения и формы этих границ; 4) скорости распространения волн в среде, подстилающей преломляющую границу раздела; 5) типа распространяющейся волны.

Строение и скоростная характеристика горных пород, покры­ вающих и подстилающих отражающие и преломляющие границы раздела, и конфигурация последних весьма разнообразны и в боль­ шинстве случаев сложны.

Разрез осадочных горных пород изучаемого района может быть расчленен на ряд сравнительно однородных пластов неоди­ наковой мощности, характеризующихся различной скоростью распространения упругих волн. Исследовать свойства годогра­ фов в этих случаях очень трудно. Поэтому в теории и практике сейсморазведочных работ реальный закон изменения скорости распространения упругих волн с глубиной заменяют более про­ стым, фиктивным, но дающим, однако, возможность существенно не искажать характер залегания исследуемых границ раздела. Чаще всего многослойную, не особенно сильно дифференцирую­ щуюся по упругим свойствам среду с некоторой мощностью Н характеризуют не скоростями щ в каждом из п слагающих ее одно­ родных изотропных слоев с соответствующими мощностями hi, а

величиной средней скорости распространения упругих волн vH

в слоистой среде мощностью Н. Под средней скоростью vH слоистой

5

среды с мощностью Н понимают скорость распространения упругих волн в такой однородной среде той же мощности, в которой для пробега волны на глубину Н потребовалось то же самое время, что и в слоистой среде.

Таким образом,

где Н — мощность слоистой среды, a tH — время пробега упругой волны через слоистую среду мощностью Н.

Выражение для vH может быть записано в виде

i=n 'У i

среду общей мощностью Н.

Если реальная слоистая среда сильно дифференцируется по скоростям распространения продольных упругих волн, ее рас­ сматривают как среду с ограниченным числом (обычно 2—4) слоев или пластов различных мощностей и средних пластовых скоро­ стей, существенно (в 1,5—2 раза и более) отличающихся друг от друга.

И, наконец, не сильно дифференцированную реальную слои­ стую среду можно считать непрерывной в том случае, когда ско­ рость распространения упругих воли непрерывно изменяется (обычно возрастает) с глубиной по определенному закону, наибо­ лее близкому к реальному.

Также пытались использовать другие способы аппроксимации реальных сред, но они не получили столь широкого применения, как три первые.

Первое предположение позволяет получить наиболее простые способы интерпретации наблюденных годографов и достаточную точность интерпретации при сравнительно горизонтальном зале­ гании границ раздела. Последние два предположения дают воз­ можность повысить точность интерпретации как для малых, так и значительных углов наклона границ. Но практические приемы интерпретации при этом становятся более сложными.

6

ГЛАВА I

СВОЙСТВА ГОДОГРАФОВ ОТРАЖЕННЫХ ВОЛН ДЛЯ ОДНОРОДНОЙ ПОКРЫВАЮЩЕЙ СРЕДЫ И ИХ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

$ 1. ГОДОГРАФЫ ПРЯМЫХ, ПОВЕРХНОСТНЫХ И ЗВУКОВЫХ волн

Под прямыми в о л в а ми в сейсморазведке понимают обычно объемные продольные упругие волны, которые распростра­ няются из очага взрыва во все стороны и также вдоль дневной поверхности.

Под поверхностными волнами в сейсмораз­ ведке понимают упругие волны Рэлея, которые в отличие от объ­ емных продольных упругих волн распространяются лишь в тон­ ком слое, прилегающем к границе раздела земля — воздух.

При недостаточной глубине заряда или плохой его водяной укупорке в очаге взрыва возбуждаются, а приборами, установлен­ ными на дневной поверхности, регистрируются звуковые волны, распространяющиеся из очага взрыва по воздуху вблизи поверхности земли.

Несмотря на различную физическую природу прямых, поверх­ ностных, звуковых волн и различные скорости их распростра­ нения, общим — с точки зрения свойств их годографов — являет­ ся распространение их вдоль границы раздела земля — воздух. Поэтому годографы этих волн должны иметь общие осо­ бенности. Очевидно также, что годографы этих волн не могут дать каких-либо сведений об элементах залегания отражающих или преломляющих границ раздела, находящихся ниже дневной поверхности.

Если среды, залегающие выше и ниже дневной поверхности (воздух и горные породы), однородны и характеризуются некото­ рой скоростью v распространения звуковых или упругих волн, пункт взрыва и точки приема расположены на плоской дневной

деленному на скорость распространения волны вдоль этого пути. В прямоугольной системе координат Oxyt (рис. 2) с началом

8