2. Статичні та кінематичні поправки в сейсорозвідці

Методи розрахунку апріорних кінематичних поправок та їх корекція. При обработке данных МОВ необходимо введение, ки­нематических поправок. С их помощью устраняют раз­личия во временах прихода полезных отраженных волн, вызван­ных неодинаковым удалением пунктов наблюдения от источника. Кинематические поправки вычисляют, исходя из скоростного разреза толщи пород, покрывающей сейсмическую границу. Обычно априорных сведений о скоростях оказывается недоста­точно для удовлетворительного определения кинематических по­правок, что делает необходимым их уточнение. Соответствующий этап обработки называют коррекцией кинематических поправок. Введение кинематических поправок преобразует криволи­нейный годограф волны, отраженной от плоской границы пря­молинейный годограф нормальных времен —линию t₀(х). Эта линия в масштабе времени отображает форму соответствующего участка отражающей границы: нормальные времена пропорцио­нальны эхо-глубинам границы. Изображение линий t₀(х) одно­кратных отражений образует кинематический временной разрез по сейсмическому профилю. Изображение, выполненное в виде волновой картины, с сохранением информации о форме и интенсивности колебаний, называют динамическим временым разрезом. На нем проводят корреляцию полезных волн, которая является одним из наиболее сложных и ответственных этапов обработки. В условиях поло­гах границ, при отсутствии резких изменений пластовых скоро­стей, временной разрез в достаточной степени подобен глубин­ному и пригоден для геологической интерпретации сейсмических данных.

Кинематическая поправка ∆τ(x)—это разность времени отражённой волны t(х) в точке наблюдения, отстоящей от источ­ника на расстоянии х, и времени отражения t₀(x/2) от той же границы по нормальному лучу в точке х/2 (рис. 111):

(28,13)

Вводя кинематические поправки в наблюденные времена, годограф отраженной волны преобразуют в линию t₀, т. е. в годограф нормальных времен

(28.14)

Осуществляемый при введении кине­матической поправки переход от коорди­наты х к координате х/2 имеет точный физический смысл лишь в случае гори­зонтально-слоистой среды: в точке про­филя х наблюдается волна, отраженная от границы в точке, абсцисса которой равна х/2. При наклонной границе точка отражения r смещена по восстанию отно­сительно точки нормального отраже­ния n, соответствующей пункту про­филя х/2 (см. рис. 111). Для пологих отражающих границ расхождение между точками r и п относи­тельно невелико, и неучет его не вызывает больших искажений в сейсмических построениях.

Введение кинематических., поправок преследует две цели:

1) криволинейные годографы волн отраженных от плоских участков границ преобразуются в отрезки прямых, совокупность которых представляет собой временной разрез, дающий наглядное представление о структурных особенностях сейсмическиx границ.

2) спрямленйе годографов полезных волн облегчает их синфазное суммирование с целью выделения однократных отражений на фоне случайных и регулярных волн помех.

Точный расчет кинематических поправок возможен лишь при условии, что известны все скоростные и структурные параметры геологической среды, необхдимые для вычисления годографов отраженных волн. До начала обработки полевых наблюдений сведения о сейсмогеологическом разрезе бывают недостаточно полными. Обычно имеются некоторые априорные данные о ско­ростном строении изучаемого разреза, а предварительная ин­формация об углах наклона сейсмических границ отсутствует. Тогда поправки рассчитывают, исходя из модели горизонтально-слоистой среды. Годографы отраженных волн в этом случае (φ = 0) называют нормальными. Кинематические поправки

для нормального годографа, у которого вычисляют по формуле (28.15)

С овременная вычислительная техника позволяет рассчиты­вать теоретические годографы отраженных волн в средах с лю­бым скоростным строением. Однако на практике, учитывая точ­ность априорных данных и допустимую погрешность результата, для расчета кинематических поправок используют относительно простые модели среды. Чаще всего сейсмогеологический разрез считают слоисто-однородным, с горизонтальными границами раздела. Уравнение годографа отраженной волны в таком слу­чае определяется формулами (14.1) или (14.2),

которые исполь­зуются для расчета кинематических поправок. При большом числе слоев вычисления оказываются довольно громоздкими, что заставляет обращаться к упрощенным вариантам расчета. В самом простом варианте покрывающую толщу считают однородной и характеризуют средней скоростью Тогда нормальный годограф имеет гиперболическую форму (12.28) и кинематическая поправка при φ=0

(28.16)

Если длина годографа мала по сравнению с глубиной отра­жающей границы, то, согласно (12.37), нормальная кинемати­ческая поправка вычисляется по приближенной формуле

(28.17)|

Поскольку величина ν_ср обычно возрастает с глубиной, ки­нематическая поправка для фиксированного значения х убы­вает с ростом

Вычисление по формуле (28.16) дает хорошие результаты, когда значения х относительно невелики. С удалением от источника годограф, рассчитанный для однородной среды со ско­ростью оказывается значительно круче по сравнению с го­дографом для слоистой покрывающей толщи (рис. 112). Ка­чество приближения к последнему можно улучшить, если вместо средней скорости в формулах (28.16) и (28.17) использовать так называемую предельную эффективную скорость

С учетом наклона отражающей границы кинематическую по­правку, согласно (12.37), можно вычислить по приближенной формуле

(28.18)^;

Как видно из сравнения (28.18) и (28.17), поправки, вычисленные по нормальным годографам, в общем случае оказываются завышенными из-за неучета угла наклона границы. Относителъное завышение поправки состовляет

Для годографа ОГТ в случае однородной покрывающей толщи со скоростью ν_ср найдем точную и приближенную формулы кинематической поправки из соотношений (12.35) и (12.38):

где

Лучшее приближение к реальным годо­графам в слоистой среде получается при замене величины соответствующей предельной эффективной скоростью

При машинной обработке сейсмо­грамм МОВ кинематические поправки вводят во все отсчеты сейсмических трасс , исходя из того, что любой отсчет на записи может принадлежать вступлению однократной отражён­ной волны. Введение кинематических поправок в сейсмическую трассу состоит в том, что времена всех ее отсчетов, уменьшаются на соответствующие величины При аналоговой обработке эта операция выполняется путем изменяющегося во времени сдвига вдоль трассы магнитограммы считывающей маг­нитной головки или с помощью электрической линии задержки считанного сигнала с изменяющимся временем задержки. При цифровой обработке кинематические поправки вводятся путем переадресации дискретных отсчетов трассы, хранящихся в памяти ЭВМ: времена отсчетов определяются номерами ячеек, в которых они расположены.

Введение кинематических поправок в сейсмическую запись вызывает искажение формы волновых импульсов, а именно — их растяжение во времени. Действительно, кинематические поправки для данной трассы постепенно уменшаются, что соответствует выполаживанию годографов отра­женных волн по мере увеличения времени их прихода. Вслед­ствие этого поправки оказываются неодинаковыми для различ­ных отсчетов одного и того же сейсмического импульса. Время вступления волны в момент t уменьшается поправкой на наи­большую величину ,. а во время последнего отсчета, при­надлежащего этой волне, вводится наименьшая поправка — длительность колебания. Происходящее при этом растяжение сейсмического импульса характеризуется коэффициентом

(28.22)

Коэффициент растяжения зависит от" быстроты изме­нения кинематической поправки во времени. Он возрастает с увеличением х и уменьшением t, а также с увеличением вертикального градиента скорости в покрывающей толще. Для од­ной и той же отраженной волны, наблюдаемой на различных удалениях от источника, искажения формы вызванные растя­жением импульсов, оказываются неодинаковыми. Это снижает эффект суммирования полезных волн, на котором основан метод ОГТ и некоторые другие способы обработки данных многократ­ного сейсмического профилирования. Поэтому из обработки исключают начальные участки сейсмических трасс, где дефор­мация колебаний, вызываемая введением кинематических по­правок, превышает допустимые пределы.

Коррекция кинематических: поправок

Априорные кинематические поправки часто не обладают достаточной точностью. На временных разрезах погрешности определения кинематических поправок обнаруживаются по искажениям формы линий —годографов нормальных времен полезных волн. При заниженных поправках годографы одно­кратных отражений оказываются недослрямленнымй. При за­вышенных поправках они становятся переспрямленными, т. е. приобретают кривизну противоположного знака. Неверные ки­нематические поправки снижают эффект суммирования полез­ных сигналов, что проявляется в ухудшении прослеживаемости однократных отражений на временных разрезах ОГТ.

Рассмотрим способы коррекции кинематических поправок применительно к методу ОГТ. Эти способы представляют собой различные варианты подбора кинематических параметров полез­ных волн [58]. Как видно из формул (28.20) и (28.21), при фик­сированном значении кинематическая поправка для годо­графа ОГТ однозначно определяется фиктивным скоростным параметром . Поэтому коррекция поправок сводится к под-

бору наилучших значений по критерию синфазного сложения полезных волн при регулируемом криволинейном сумми­ровании сейсмограмм ОГТ.

Исходные сейсмограммы ОГТ суммируются по гиперболиче­ским линиям, соответствующим форме годографов отраженных волн при однородной покрывающей толще, для которой задана зависимость . После введения априорных кинематических поправок годографы всех отраженных волн становятся по­логими и хорошо аппроксимируются квадратичными парабо­лами. Это упрощает криволинейное суммирование исправлен­ных сейсмограмм ОГТ. Значения , соответствующие форме годографов полезных отражений на сейсмограмме ОГТ, можно найти с помощью так называемой суммоленты ОГТ, состоящей из ряда суммотрасс. Каждая суммотрасса — результат суммирования ис­ходных трасс вдоль линий теоретических годографов

вычисленных для заданной зависимости

(28.23)

где

Набор суммотрасс получают, изменяя определенным образом зависимость с тем, чтобы перекрыть диапазон возможных вариаций этого параметра на исследуемой площади.

Анализируя суммоленту ОГТ, интерпретатор выделяет на ней области повышенной интенсивности суммарных колебаний, на­зываемые разрастаниями. Каждое разрастание на суммо­ленте отвечает определённой отраженной волне на исходной сейсмограмме. При этом в центре разрастания максимальная амплитуда колебаний на некоторой суммотрассе получается при синфазном сложении амплитуд отраженной волны. Зная зависи­мость для суммотрассы, по времени центра разра­стания находят величину выделенной волны. Таким обра­зом, для нее однозначно определяют кинематические поправки По множеству выделенных на суммоленте разрастаний, ко­торые соответствуют полезным отражениям, регистрируемым на разных временах, устанавливают функцию кинематических по­правок При коррекции кинематических поправок используют раз­личные способы перебора зависимостей Широко при­меняют вариант, когда каждую суммотрассу получают при фиксированном скоростном параметре

Поскольку средние скорости обычно увеличиваются с глубиной, центры разрастаний на такой суммоленте с увели­чением смещаются на суммотрассы с возрастающими значе­ниями (рис. 113). При коррекции кинематических поправок используют также способ перебора(сканировалия) скоростей по вре­менному разрезу. Он заключается в том, что для исследуемого интервала сейсмического профиля строят множество вариантов временного разреза ОГТ. Каждый из них соответствует фиксированному значению , принятому при расчетах кинематических поправок для всех сейсмограмм ОГТ. Сопоставляя изображения некоторой волны на различных вариантах раз­реза, можно установить, при каком значении достигается наилучшее качество ее суммирования. Таким путем определя­ются кинематические поправки для всех отражений, прослежи­ваемых на временном разрезе. Достоинством способа сканиро­вания скоростей является то, что критерием правильности вве­денных кинематических поправок служит качество результата обработки — временного разреза. Кроме того, можно обнару­жить изменение вдоль профиля скорости до отражающей гра­ницы в пределах исследуемого интервала. Недостатком способа является субъективный характер визуальной оценки качества отражений на временных разрезах. Для объективной оценки качества суммирования отражен­ных волн при подборе кинематических поправок предложен ряд алгоритмов. Некоторые из них будут рассмотрены при опреде­лении эффективных скоростей. Когда интенсивность полезных отражений мала по сравне­нию со случайными волнами-помехами, целесообразно до под­бора кинематических поправок выполнить накапливание сейсмограмм ОРТ. При этом суммируют трассы несколь­ких соседних сейсмограмм, соответствующие одинаковым ди­станциям, и получают одну сейсмограмму ОРТ, на которой за счет статистического эффекта осреднения снижен относитель­ный урбвень случайных помех. Такой простой прием улучшения качества сейсмограмм допустим лишь тогда, когда годографы ОРТ одной волны не отличаются существенно в соседних точ­ках профиля. Это обстоятельство необходимо учитывать при вы­боре базы накапливания. Существуют способы накапливания сейсмограмм с учетом наклона отражающих границ. В сложных сейсмогеологических условиях, при плохой прослеживаемости полезных отражений из-за наложения регулярных и Случайных волн-помех, коррекция кинематических по­правок затруднена и может оказаться неоднозначной на пер­вом этапе ее проведения. Поэтому нередко коррекция ки­нематических поправок совместно с коррекцией статических поправок выполняется итерационным путем. Основным крите­рием степени приближения к наилучшему варианту служит ка­чество прослеживаемости целевых горизонтов на временном разрезе. По результатам коррекции кинематических поправок для основних отражающих границ определяют эффективные скоростные параметры ν_огт . эти определения позволяют вычислить среднепластовые скорости ν_пл для интервалов разрезов, заключенных между соседнми границами, и найти средние скорости ν_ср до отражающих горизонтов. Полученные сведения о скоростном строении покрывающей толщи используют для преобразования временного разреза в глубинный. Статическая поправка —это разность действительного вре­мени регистрации волны и предполагаемого времени ее прихода при условии, что точки возбуждения и приема колебаний нахо­дятся на линии приведения. При введении статической поправки в сейсмическую трассу от наблюденных времен переходят к при­веденным (исправленным) временам. Обычно линию приведе­ния располагают ниже точек возбуждения и приема, так что введение статических поправок уменьшает значения времен.

Пусть в некоторой точке профиля, где расположен пункт приема (ПП), превышение рельефа над линией приведения равно зона малых скоростей имеет мощность и характе­ризуется средней скоростью (рис. 108). Среднюю скорость в подстилающих породах, заключенных между подошвой ЗМС и линией приведения, обозначим . При расчетах статических поправок исходят из допущения, что для всех волн, приходя­щих снизу, направление лучей в интервале от линии приведения до поверхности вертикальное. Такое допущение справедливо только в отношении пробега волн через ЗМС: из-за большой разницы скоростей и сейсмические лучи, преломляясь на подошве зоны, проходят ее практически вертикально.

Статическую поправку можно рассматривать как сумму двух слагаемых —поправки за ЗМС и поправки за рельеф При отсутствии ЗМС время пробега волны у любой точке про­филя можно рассчитать по формуле

(28.3)

Величину находят по ни­велировочному разрезу сейсмического профиля. Остальные па­раметры специально оцениваются.

Расчет статических поправок упрощается для точек про­филя, где ниже подошвы ЗМС производят взрывы. В МОВ при таком возбуждении колебаний всегда регистрируют вертикаль­ное время т. е. время пробега волны от точки взрыва, нахо­дящейся на известной глубине до поверхности в пункте воз­буждения (ПВ), где превышение рельефа над линией приведе­ния составляет (см. рис. 108). Статическую поправку для ПВ вычисляют по формуле

(28.4)

Здесь требуется предварительная оценка только одного неиз­вестного параметра

Всякая сейсмическая трасса получена при определенном по­ложении источника и приемника. Поэтому полная статическая поправка для трассы есть сумма статических поправок за соответствующие пункты возбуждения и приема

(28.5)

Для расчета статических поправок необходимо знать строе­ние ЗМС, для чего выполняют специальные исследования. Ос­новным способом изучения ЗМС является микросейсмокаротаж (МСК) специальных скважин, проводимый обычно до начала сейсмического профилирования. По верти­кальному годографу МСК определяют строение ЗМС (границы слоев зоны и скорости в них), а также скорость в подстилаю­щих породах. Наблюдения МСК обрабатывают так же, как вертикальный годограф сейсмического каротажа. По результатам МСК вычисляют статистические поправки и выбирают оптимальные глубины заложения зарядов. В точках профиля, расположенных между скважинами МСК, параметры верхней части разреза (ВЧР) находят путем линейной интерполяции.

При отсутствии скважин, например при работах с поверх­ностными сейсмическими источниками, зону малых скоростей изучают методом преломленных волн. Вблизи источника в первых вступлениях на полученных сейсмо­граммах наблюдается прямая волна, скорость распространения которой принимают за скорость в ЗМС. Далее в первые вступления выходит волна, преломленная на подошве зоны. Ее граничную скорость принимают за . Отрезок, отсекаемый про­должением годографа преломленной волны на оси времени, со­гласно (13.7)

(28.6)

где

Из этого соотношения находят

В случае двухслойной ЗМС между прямой волной (Г₁) и пре­ломленной волной от подошвы зоны (Г₃) в первых вступлениях может наблюдаться преломленная волна от ее второго слоя (Г₂). Среднюю скорость в ЗМС в этом случае определяют по угловому коэффициенту вспомогательного прямолинейного годографа Г'

Наблюдения МПВ обычно не обеспечивают той точности изучения ЗМС, которую дает МСК. Существует опасность зна­чительных погрешностей в оценках рараметров сложно построенной зоны, особенно при наличии в ней экранирующих высокоскоростных прослоев.

В большинстве случаев на сейсмических записях не удается точно фиксировать моменты вступления полезных волн, поэтому их прослеживают по одной из последующих фаз колебаний. Раз­ница времен этой фазы и вступления волны составляет по­правку за фазу Поскольку для абсолютно регулярной волны годографы всех фаз параллельны между собой, величину принимают постоянной для определенной фазы. Чтобы вычислить следует найти такие трассы записи, на которых достаточно отчетливо наблюдаются вступления полезной волны. Неучет поправки за фазу приводит к завышению глубин гра­ниц, построенных на сейсмических разрезах, но форма границ практически не искажается. Поэтому поправки за фазу обычно не вводят. Исключение делается при построении очень мелких границ, когда поправки за фазу соизмеримы с временами про­бега волн, и при точной стратиграфической привязке отражений, когда полевые записи сопоставляют с данными сейсмокаро-тажа. Статистические поправки, вычисляемые по данным изучения ЗМС, называют априорными или расчетными. Они не всегда полностью компенсируют временные сдвиги, вызванные поверхностными неоднородностями, из-за погрешностей в уцен­ках параметров ВЧР, отклонения действительных путей пробега волн над линией приведения от упрощенной лучевой схемы, по­грешностей интерполяции между точками МСК. Пусть — функция истинных временных сдвигов, вызван­ных поверхностными неоднородностями в точках профиля х. Представим ее как сумму двух компонент

(28.7)

где —медленно изменяющаяся по профилю функция, которую назовем низкочастотной составляющей статических сдвигов. По абсолютным значениям эта компонента является преобладающей. Она удовлетворительно оценивается расчет­ными статическими поправками. Слагаемое отличается быстрой изменчивостью вдоль профиля и может рассматри­ваться как высокочастотная составляющая статических сдвигов, не учтенная предварительными оценками. Если ее ве­личина превосходит допустимый уровень погрешностей, то она должна быть определена и дополнительно введена в сейсмиче­ские записи. Получаемые оценки величин называются кор­ректирующими поправками.

При обработке данных МОВ исходным материалом для кор­рекции статических поправок служат сейсмические записи, в ко­торые введены предварительные статические и кинематические поправки. Если они достаточно точны, то оси сннфазности одно­кратных отражений должны быть практически прямолинейными. Поэтому локальные отклонения (флуктуации) времен- полезной волны от аппроксимирующей их прямой, которые нельзя отнести за счет явления интерференции колебаний, следует рассматри­вать как остаточные статические сдвиги в трассах сейсмо­граммы. В отличие от интерференционных искажений статиче­ские сдвиги должны быть одинаковыми для всех отражений, ре­гистрируемых на данной трассе.