Розділ 5 сейсморозвідка

Лабораторна робота № 5.6

Побудова сейсмічних границь за даними годографів та перебудова часового сейсмічного розрізу в сейсмічний глибинний розріз

5.6.1 Мета і завдання роботи

Набуття навиків і засвоєння методики побудови сейсмічних границь за даними годографів відбитих хвиль та ознайомлення з процедурою перебудови часового сейсмічного розрізу в глибинний сейсмічний розріз без врахування зносу.

Завдання роботи - визначити положення границь відбиття пружних хвиль в розрізі за заданими годографами та швидкостями розповсюдження хвиль, а також перебудувати часовий сейсмічний розріз в глибинний сейсмічний розріз.

5.6.2 Короткі теоретичні відомості

Для побудови сейсмічних границь необхідно мати такі дані: 1) годографи, отримані в результаті кореляції корисних хвиль, зареєстрованих на сейсмограмах, первинних чи трансформованих, або безпосередньо ці записи представлені сейсмограмами та динамічними часовими розрізами; 2) узагальнені дані про швидкісні параметри товщі порід, що в розрізі залягають вище тих сейсмічних границь, які треба побудувати.

Сейсмічні границі будують із застосуванням різних методів, вибір яких залежить від характеру сейсмогеологічного розрізу, ступені вивченості його швидкісних властивостей та очікуваної точності результатів. Методи мають відповідати прийнятій моделі покривної товщі. При виконанні сейсмічних побудов найширше застосовують метод середніх швидкостей, в основу якого покладено припущення, що середовище між поверхнею землі (чи поверхнею приведення) та будь-якою точкою границі є однорідним, тобто має постійну швидкість, яка дорівнює середній швидкості до цієї точки. За простих умов, коли відсутні різкі зміни швидкостей у розрізі, метод середніх швидкостей забезпечує досить високу точність побудови сейсмічних границь.

Якщо ці умови не виконуються, то середовище не може бути представлено як однорідне, застосовують більш складні і точні методи побудови сейсмічних границь у неоднорідних середовищах. Ці середовища можуть бути як градієнтними, так і шаруватими.

Найбільш простими методами побудови границь відбиття є спосіб засічок, спосіб , спосіб взаємних точок та спосіб . Розглянемо більш детально кожний із способів.

Спосіб засічок. За плоскої відбивної границі існує фіктивне джерело коливань , з якого начебто виходять усі промені (рис. 5.1).

Рисунок 5.1 – Побудова границі відбиття способом засічок

Довжина кожного із таких променів дорівнює , де - час у ій точці годографа. Щоб відновити ці промені з декількох точок реєстрації ( ), проведено дуги кіл з радіусами та відповідно. Ці дуги (засічки) за правильного вибору перетнуться у точці . Провівши лінію , знаходимо положення відбиваючої границі як перпендикуляр до середини відрізка , обмеженого з обох боків крайніми променями та . Довжина побудованої таким способом відбивної границі дорівнює приблизно половині довжини годографа .

Спосіб . Спочатку за часом приходу відбитої хвилі в точку збудження обчислюється ехо-глибина в цій точці профілю (рис. 5.2):

. (5.1)

Рисунок 5.2 – Побудова сейсмічної границі способом

Якщо провести коло з центром у точці та радіусом , то це коло буде визначати ізохрону відбиття, одна із точок якої буде належати границі.

При проведенні подібних кіл із центрами в точках радіусами відповідно отримаємо сімейство кіл, обвідна яких буде границею, яку треба було побудувати.

Спосіб взаємних точок. Для застосування цього способу достатньо мати елементи годографів відбитих хвиль, узгоджених у взаємних точках із часом , та значення позірних швидкостей та у цих точках (рис. 5.3). Знаючи та , визначимо кути підходу відбитої хвилі до денної поверхні за формулою .

Рисунок 5.3 – Побудова сейсмічної границі способом

взаємних точок

Проведемо згідно зі знайденими кутами та промені із точок та . Їхній перетин – це точка відбиття . Елемент межі у цій точці залягає перпендикулярно до бісектриси кута між променями. Довжина цього елемента приблизно дорівнює половині довжини коротшого з двох елементів годографів, що використовувалися для побудови границі.

Побудова границі заломлення за повздовжніми годографами.

Спосіб . Різницевий годограф. Цей наближений спосіб застосовується, коли покривна товща характеризується постійною середньою швидкістю . Він ґрунтується на трьох припущеннях: 1) границя заломлення не надто деформована, тобто радіус її кривизни значно перевищує глибину її залягання; 2) відсутні стрибкоподібні зміни граничної швидкості; 3) відсутній ефект проникання.

Розглянемо зустрічні годографи і , узгоджені у взаємних точках і (рис. 5.4), де час дорівнює .

Рисунок 5.4 - Побудова границі заломлення способом

і визначення граничних швидкостей

У точці глибина по нормалі до границі заломлення дорівнює . Часи і пробігу вздовж променів і дорівнюють

. (5.2)

Взаємний час дорівнює

. (5.3)

З наведених співвідношень визначимо

. (5.4)

Після скорочення отримаємо

. (5.5)

З точки опустимо перпендикуляр на границю . За умови, що на відрізку плоска, , маємо

; , (5.6)

або беручи до уваги, що ,

. (5.7)

З урахуванням цих перетворень

. (5.8)

Але вираз – це – час на перетині продовження годографа головної хвилі з віссю часу . Тому

. (5.9)

Таким чином, якщо на деякій ділянці профілю маємо зустрічні годографи, які узгоджені у взаємних точках із часом , то в будь-якій точці цієї ділянки можна визначити величину .

Ехо-глибина до границі заломлення дорівнює

, (5.10)

де .

Для визначення побудуємо різницевий годограф (рис. 5.5).

. (5.11)

Рисунок 5.5 - Побудова границі заломлення способом

- до виведення основного рівняння

Його кутовий коефіцієнт з урахуванням формули

, (5.12)

для позірних швидкостей матиме такий вигляд:

. (5.13)

Ця формула строго справедлива для горизонтальних границь.

Якщо змінюється уздовж профілю, то різницевий годограф матиме криволінійну форму. У цьому випадку швидкість треба обчислювати за кутовим коефіцієнтом дотичної до цього годографа. Пояснимо, у чому полягає спосіб побудови границь заломлення. Нехай ми маємо зустрічні годографи і на ділянці профілю. Побудуємо спочатку лінію . З цією метою співвідношення подамо у вигляді та, визначивши на рис. 5.5 у довільній точці за допомогою вимірювача різницю , відкладаємо її донизу від годографа . Виконавши таким чином побудови для низки точок спостереження та з’єднавши їх між собою, отримаємо криву . Глибина до границі заломлення під кожною із точок обчислюється за формулою

. (5.14)

Далі із точок спостереження, в яких визначено проводять кола відповідними ( ) радіусами. Дотична до сімейства побудованих таким чином кіл визначить положення границі заломлення .

Перебудова часового сейсмічного розрізу в глибинний сейсмічний розріз. Часовий сейсмічний розріз, на якому по вертикалі у вибраному масштабі відкладений час пробігу відбитих хвиль від земної поверхні до відбивальних границь і назад. На часових сейсмічних розрізах аналогом горизонтів відбиття є вісі синфазності хвильових пакетів.

Часовий сейсмічний розріз, отриманий у результаті горизонтального підсумовування сейсмограм СГТ, достатньо точно характеризує конфігурацію границь поділу гірських порід лише при їхньому заляганні, близькому до горизонтального. У цих випадках перетворення часового розрізу в глибинний зі збереженням динаміки запису зводиться до перетворення часового вертикального масштабу підсумованої траси в масштаб глибин. Коли кути нахилу границь розділу значні, перетворення часового вертикального масштабу в глибинний призведе до спотворення характеру залягання границь відбиття. Перехід від часового сейсмічного розрізу до глибинного ще більш складний у випадках, коли на часовому розрізі спостерігається взаємне перетинання вісей синфазностей пружних хвиль, відбитих від по-різному орієнтованих границь поділу. Така картина найбільше часто спостерігається в тих випадках, коли відбиті границі криволінійні і радіуси кривизни окремих увігнутих ділянок виявляються меншими за глибину їхнього залягання.

Перетворення часового розрізу в глибинний зі збереженням динаміки запису полягає в послідовності операцій, що забезпечують перенос відбитих хвиль з координат і в глибинні точки відбиття з координатами і .

Розглянемо процедуру перетворення часового сейсмічного розрізу у глибинний сейсмічний розріз на прикладі.

На рисунку 5.6(б) зображені десять просумованих трас годографів СГТ, що відповідають загальним глибинним площадкам і утворюють вісь синфазності (лінія t₀). З зіставлення цих рисунків видно, що ділянка поверхні відбиття на глибинному розрізі, що зумовила вісь синфазності вздовж лінії профілю, зміщена в напрямку підняття границі відбиття.

Для цього необхідно під кожною точкою профілю з абсцисою знайти глибину залягання площадки відбиття шляхом множення на і з цієї точки профілю, як центру, провести дугу кола з радіусом . Повторюючи цю процедуру для ряду точок профілю, одержимо положення границі відбиття, як обвідну до сімейства кіл. На рисунку 5.6(а) приведені два кола цього сімейства з центрами в точках 0 і 9 профіля з радіусами і , вважаючи, що в околицях точок 0 і 9 швидкість до горизонту відбиття залишалася постійною.

Рисунок 5.6 – Співвідношення між плоскою похилою поверхнею відбиття (а) і відповідною їй віссю синфазності

на часовому розрізі (б)

Якщо це припущення не обґрунтовано і швидкість до однойменного горизонту відбиття не залишається постійною вздовж лінії профілю (має місце горизонтальний градієнт швидкості), то для визначення величини для кожної точки профілю повинне бути узяте реальне значення швидкості . Для цієї мети повинні бути обчислені і побудовані графіки зміни вздовж профілю середніх швидкостей до різних границь розділу відбиття або розгорнуті графіки середніх швидкостей.

Границі розділу на глибинному розрізі будуються послідовно зверху вниз. За кривою для першої границі розділу і швидкості в покривному середовищі розраховуються координати точок відбиття центральних променів, що лежать на першій границі відбиття розділу. Знаючи її положення і швидкості в покривному і підстеленому середовищах, по кривій для другої границі відбиття розраховуються координати точок відбиття центральних променів, що лежать на другій границі розділу і так дальше. Таким шляхом від вихідного часового сейсмічного розрізу відразу ж (без побудови часового сейсмічного розрізу зі зміщенням) переходять до глибинного сейсмічного розрізу. У процесі цих перерахувань враховується і шаруватий характер середовища і сейсмічний знос.

Завдання 1 – Побудова відбивної границі способом засічок.

Таблиця 5.2 – Результати сейсмічних спостережень на інтервалі профілю (0 – 600 м)

Пункт збудження		Пункт збудження		Примітка
Координати точок реєстрації приходу сейсмічної хвилі	Час приходу відбитої хвилі	Координати точок реєстрації приходу сейсмічної хвилі	Час приходу відбитої хвилі	Для розрахунку годографа на ПК0 (по нормалі) =2500 м, на ПК600 - =800 м
1	2	3	4	5
0		800
25		775
50		750
75		725
100		700
125		675
150		650
175		625
200		600
225		575
250		550
275		525
300		500
325		475
350		450
375		425
400		400
425		375
450		350
475		325
500		300
525		275

Продовження таблиці 5.2

1	2	3	4	5
575		225
600		200
625		175
650		150
675		125
700		100
725		75
750		50
775		25
800		0

1) =2500 м/с; 2) =2750 м/с; 3) =3000 м/с;

4) =3150 м/с; 5) =3300 м/с; 6) =3450 м/с;

7) =3600 м/с; 8) =3750 м/с; 9) =3900 м/с;

10) =4000 м/с.

1 За даними, що наведені в таблиці 5.2 побудувати годографи і .

2 Розрахувати радіуси засічок (дуг кіл) для точок по профілю через 100 м. Середні швидкості по варіантам завдання вказано під таблицею 5.2 (для годографа ).

3 Віднайти уявний пункт збудження ( ) як точку перетину дуг. Якщо перетинаючись, дуги утворюють багатокутник, то точка, яка відповідає знаходиться у центрі багатокутника.

4 Знайти положення границі відбиття.

5 Повторити п.2-4 за годографом .

6 Порівняти результати визначення границь за годографами і .

Завдання 2 – Побудова відбивної границі способом .

1 За даними таблиці 5.2 обчислити ехо-глибину для точок і .

2 Побудувати кола радіусами і та провести дотичну до цих кіл. Дотична і буде границею відбиття.

3 Порвняти результати завдання 1 і 2.

Завдання 3 - Побудова відбивної границі способом взаємних точок.

1 Побудувати за даними таблиці 5.2 годографи і , узгодивши у взаємних точках.

2 Розрахувати позірні швидкості і у точках і .

3 Визначити кути підходу відбитої хвилі до денної поверхні і .

4 Віднайти точку відбиття .

5 Побудувати елемент границі відбиття.

6 Порівняти результат побудови границі відбиття з результатами завдання 1 і 2.

Завдання 4 – Побудова границі заломлення за повздовжнім годографом. Спосіб .

1 Розрахувати для прямого годографа (ПК₀=0) і для зустрічного годографа (ПК₀=1000 м).

2 Розрахувати (для прямого годографа) і (для зустрічного годографа).

3 Побудувати прямий і зустрічний годографи на інтервалі 0-1000 м.

4 Визначити позірні швидкості з годографів і .

5 Визначити граничну швидкість і спів ставити її з реальною швидкістю .

6 Побудувати різницевий годограф.

7 Побудувати границю заломлення і спів ставити її розташування з реальною границею.

Таблиця 5.3 – Сейсмогеологічна модель розрізу

Варіант завдання	(ПК0) по нориалі	(ПК10000м) по нормалі	, м/с	, м/с	Довжина годографа
1	750	1000	2500	4000	10000 м
2	800	1000	2000	3500	10000 м
3	1000	1200	2500	3750	10000 м
4	500	600	2500	3500	10000 м
5	600	700	2800	4500	10000 м
6	650	780	3000	4500	10000 м
7	700	800	2800	4000	10000 м
8	750	900	2500	5000	10000 м
9	800	950	2500	4500	10000 м
10	850	1000	2800	5000	10000 м

Питання для самоперевірки

1 Дайте визначення поняття «часовий сейсмічний розріз».

2 Які типи часових сейсмічних розрізів Ви знаєте?

3 Чим відрізняється часовий сейсмічний розріз від глибинного сейсмічного розрізу?

4 Які Ви знаєте способи перебудови часового сейсмічного розрізу у глибинний сейсмічний розріз?