МЕТОДИКА И ПРИЛОЖЕНИЕ К ЗАДАЧАМ НЕФТЯНОЙ ГЕОЛОГИИ

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Однако, большое внимание необходимо уделять правилам установки сейсмоприемников, поскольку поперечные волны регистрируются горизонтальными сейсмоприемниками х, у. Кроме того, поляризация колебаний является одной из основных характеристик поперечных волн, поэтому ориентация горизонтальной силы относительно направления профиля становится определяющей при проведении наблюдений на поперечных отраженных волнах.

4.3.1. Непрерывное профилирование.

Метод непрерывного профилирования достаточно полно описан в учебной литературе (см. «Сейсморазведка» А.И. Бондарева), включая способы прослеживания волн на ближних и дальних каналах при фиксированном положении пункта возбуждения. Эта особенность методики прослеживания отраженных поперечных волн относится в основном к сдвиговым колебаниям Sh поляризации. Напомним результаты исследования источников поперечных волн, изложенные в главах III частей II и III курса лекций. Основным требованием, которое определяет не только схемы наблюдений, но и базовые принципы методических приемов использования колебаний сдвига в целях разведки углеводородов (это в первую очередь), является ориентация силового воздействия в источнике относительно направления профиля. Она должна быть либо ортогональна, либо вдоль направления профиля. Таким образом, там, где для сейсморазведки с использованием продольных волн достаточно всего одного источника, для проведения исследований на поперечных волнах необходимо применить два источника генерирующих в среде две ортогональные друг другу горизонтальные силы соответственно X и Y. Это определяет схемы линейного непрерывного профилирования в задачах многоволновой сейсморазведки. Увеличивать базы источник-приемник в наиболее простейших случаях полупространства с одной внутренней границей в той же пропорции, что и для продольных волн (схема Z - z), можно лишь для поперечных волн типа Sv. Ограничения диктуются не только свойствами геологического разреза, но и направленностью источников возбуждения типа вертикальной Z и горизонтальной X сил. Амплитуда волны, исходящей из источника, и поляризованной вдоль или ортогонально к траектории, имеет одну и ту же функциональную зависимость от величины полярного угла θ в виде Аl = А0 соsθ. С увеличением угла выхода из источника амплитуда убывает достаточно быстро, так при θ = π / 4 Аl = 0,7 А0.Другое дело, когда непрерывное профилирование ведется на поперечных Sh-волнах, которые не содержат зависимости от угла θ. В этом случае предельные величины базы регистрации отраженных волн определяются только физическими свойствами пород покрывающей и подстилающей

97

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

толщ. Лучевые траектории для простейшей геологической модели в методе непрерывного профилирования приведены на рис. 35. . Для удобства и упрощения технологии работы на профиле секции косы и сейсмоприемники переставляются с левого на правый конец установки или наоборот. При этом организуется одностороннее смещение по профилю источников и сейсмоприемников, что на практике обозначают как «фланговая» система отработки линейного профиля. Для осуществления такой технологии при использовании современных телеметрических многоканальных систем, обладающих цифровой формой записи сейсморазведочной информации, используют кабельные секции, объединяющие несколько десятков каналовЮ и при перемещении по профилю, переставляют сразу целую такую секцию.

Рис. 35. Схема стандартной (с пятикратным перекрытием) расстановки в методе ОГТ переключателем, который позволяет выбирать нужную последовательность приемников по мере перемещения источника колебаний. Для удобства секции косы и приемники переставляются с левого на правый конец установки. Светлые кружки представляют собой положения отражающих точек на горизонтальных границах на любой глубине.

Схема стандартной расстановки для регистрации отраженных волн не зависит, как правило, от их типа и определяется только скоростными и частотными характеристиками продольных и поперечных волн. Тем не менее, схема показывает, что при использовании источников поверхностного типа, в настоящее время наиболее распространенный прием возбуждения упругих волн, самым выгодным случаем c точки зрения сохранения амплитудной идентичности волны в лучевой плоскости является Y-y схема возбуждения – приема. Эта схема обеспечивает наибольшую длину линии непрерывного профилирования за одну расстановку. Это особенно эффективно при малом увеличении скорости с глубиной, поскольку обеспечивает использование достаточно больших расстояний источник-приемник, что собственно и определяет условие наиболее экономичного метода ОГТ. Здесь не рассматриваются полевые установки для метода общей глубинной точки, поскольку они не отличаются от таковых для сейсморазведки на монотипных продольных волнах с теми незначительными изменениями, которые изложены в п.4.1. главы IV.

98

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

4.3.2. Трехмерные наблюдения

Литологический состав горных пород меняется не только по глубине, но и по латерали. Данные, полученные из сейсмических наблюдений по стандартным линейным профилям, дают сведения об изменениях только по двум координатам – глубина и направление профиля. Для структурных геологических построений, при поиске наиболее сложно построенных геологических тел, смены типов накопления осадков необходимо исследовать изменения свойств геологических пород в трех направлениях: по глубине, вдоль профиля и по перпендикуляру плоскости разреза. Наиболее просто этой цели можно добиться путем использования целого ряда профилей непрерывного профилирования расположенных параллельно друг другу. Однако, качество записей отраженных волн зависит от местоположения поверхностных источников и приемников. По этой причине условие идентичности и стабильности процессов возбуждения и регистрации упругих волн любой поляризации является фактически недостижимым. Одним из вариантов развития методики трехмерных наблюдений мог бы быть следующий прием: два параллельных профиля, расположенных на расстоянии y друг от друга, отрабатываются одновременно, как показано на рис. 36.

При этом точки отражения формируются не только под двумя профилями по стандартному методу, но и между ними на расстоянии y / 2, в результате чего эти точки имеют двукратное перекрытие по сравнению с теми рефлекторами, которые образуются под каждым профилем по отдельности. Достаточно просто эта схема наблюдений реализуется на продольных волнах по схеме Z-z, при использовании которой поляризация упругой волны, конечно в условиях изотропии исследуемой среды, остается постоянной и не оказывает

Рис. 36. Способ формирования отражающих точек ОГТ между двумя одновременно отрабатываемыми профилями. Число перекрытий при суммировании произвольно; оно зависит от взаимного расположения источника и приемника и от числа регистрируемых трасс.

1 — отражающие точки под профилем ОГТ (для ясности изображены смещенными); 2 — центральные точки отражения.

влияния на конечный результат наблюдений. Совсем по иному дело обстоит при попытке использовать эту же методику на монотипных поперечных волнах Sv или Sh. Нам известно, что источники S-волн должны генерировать в среде горизонтальные силы X или

99

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Y направленности, возбуждая в среде сдвиговые колебания строго определенной направленности по смещениям. Таким образом, если на линиях непрерывного профилирования поляризационная схема «источник-приемник» сохраняется по всей длине расстановки и имеет монотипный характер типа X-x либо Y-y, то на отражениях от промежуточных рефлекторов, расположенных между двумя профилями этой схемы недостаточно. Поляризация отраженной волны от одного и того же типа источника остается неизменной, но постепенно изменяется соотношение между компонентами регистрации y на x и наоборот. Это изменение определяется величиной азимутального угла φ, под которым виден сейсмоприемник на параллельном профиле из точки возбуждения. Чем дальше от источника расположении сейсмоприемник на параллельном профиле, тем больше амплитуда побочной компоненты, если этот угол отсчитывать от кратчайшей линии, соединяющей источники двух параллельных профилей, имеющих одну и ту же координату x, против часовой стрелки. При φ = 0° в условиях изотропии полупространства основная компонента меняется пропорционально значению cosφ, а побочная соответственно sinφ. Для полного соответствия между наблюдениями на продольных и поперечных волнах необходимо использовать теперь два источника, генерирующих X и Y горизонтально направленные силы. При этом на точках промежуточных отражений между двумя параллельными профилями кратность перекрытий увеличивается в два раза. Теперь вместо монотипной схемы наблюдений необходимо применять смешанные схемы вида X – x,- y или Y – y, x, а амплитуды отраженных волн рассчитывать по формулам:

Для каждого типа источника.

Можно использовать и симметричные установки сейсмоприемников (см. п. 3.3 настоящей книги) или группирование их по замкнутой кривой (окружности). В первом случае необходимо проводить дополнительные математические преобразования для разделения компонент вертикального и горизонтальных колебаний, а во втором амплитуды отраженных поперечных волн подчинены условию

где: θ – угол между вертикалью и осью чувствительности сейсмоприемника в группе; А – амплитуда отраженной волны; i– номер сейсмоприемника в группе (I = 1, 2, 3,…, n); n – количество их в группе. Как ясно из формулы, такие установки работают только на значительных удалениях от источника, поскольку при θ ≈ 0° отклик группы сейсмоприемников близок к нулевому значению.

100

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Другой вариант методики трехмерных наблюдений связан с использованием симметричных источников поперечных волн кольцевого и роторного. В этом случае можно ограничиться одной горизонтальной компонентой х – для кольцевого и у – для роторного соответственно. Однако, как известно, осесимметричное возбуждение поперечных волн не позволяет получать отражения на малых выносах, т. е., отсутствуют «эхо сигналы» и работа происходит на практически линейных участках годографов отраженных волн, минимум которых должен быть зарегистрирован другим методическим приемом. Одной из модификаций принципа равномерного распределения точек наблюдения по площади при получении информации по трем пространственным координатам, что наиболее удобно с точки зрения технологии производства полевых работ, является размещение сейсмоприемников по линиям ортогональным профилю источников, особенно в тех случаях, когда регистрирующая система имеет размер порядка глубины исследования и линия источников тянется непрерывно на несколько километров. Рис. 37. В этом случае образуются целые полосы отражающих точек на заданной глубине. Густота сетки отражающих точек, покрывающих поверхность исследуемого геологического объекта, определяется шагом сейсмоприемников по координатам х и у, а также интервалом движения источников вдоль выделенного направления.

Рис. 37. Полосовая сейсмическая установка. Источники размещены вдоль центральной горизонтальной линии, приемники — по направлениям, перпендикулярным к центральной линии. При условии, что можно записать одновременно 99 трасс, что дает десятикратное (или большее) накапливание.Si – профиль перемещения источников;Rij – ортогональные профили размещения ейсмоприемников; пересечение прямых лучей проекция на поверхность точек отражения сформированных действием на профиле источников Si.

Метод широкого профиля C.G.G. решает ту же самую задачу получения информации по трем пространственным координатам. Методика полевых наблюдений принципиально мало отличается от предыдущего случая, где формирование сетки отражающих точек происходит по полосам вследствие движения источников вдоль некоторой линии. В этой модификации источники упругих волн перемещаются вдоль нескольких линий не обязательно ортогональных к профилю, на котором размещены сейсмоприемники.

В конечном счете, все, изложенные выше, модификации непрерывного сейсмического профилирования содержат в большей или меньшей степени детали метода линейного профиля, когда источники и сейсмоприемники размещены вдоль одной и той же линии.

101

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

По этой причине поляризационные характеристики монотипных поперечных волн определяют необходимость использовать сразу две компоненты х и у.

При работе по методикам трехмерных наблюдений нельзя не учитывать и экономические факторы. Совершенно ясно, что для проведения наблюдений на поперечных волнах необходимо двукратное увеличение, как канальности сейсмостанции, так и количества источников, причем в одной и той же точке азимутальной плоскости и, кроме того, обладающих свойствами горизонтальной направленности в ортогональных направлениях и признаком фазовой инверсии. Это требует повышенных затрат труда, расходных материалов и времени, что существенным образом снижает производительность труда. Все эти факторы, определяющие применимость этих методик, носят в основном экономический характер, учет которых приводит к тому, что и основу всей многоволновой сейсморазведки составляет метод линейного профилирования МВСОГТ.

4.4. Метод обменных отраженных волн.

4.4.1. Основные свойства обменных волн PS

Как было показано в части II, обменные поперечные волны образуются всякий раз, как только происходит процесс взаимодействия продольной волны с границей смены литотипа горных пород. Таким образом, на сейсмограммах регистрируются значительное количество обменных отраженных волн, но наибольшую интенсивность имеют обычно те поперечные волны, которые образовались вследствие однократного обмена. Поскольку отраженные обменные волны относятся к типу поперечных Sv, то системы наблюдений в сейсморазведке МОВ совпадают с теми, которые используются для регистрации монотипных отраженных поперечных волн. В месте с этим, для проведения непрерывного профилирования в отличие от монотипных волн при одной и той же характеристике разреза обменные отраженные волны регистрируются и в тех интервалах, где наблюдаются закритические отражения РР и SS. Абсцисса lk точки отражения приближенно выражается следующим образом:

lk = l0 /(1+γ).

Годограф ОГТ-PS формируют следующим образом. На профиле задается точка, к которой относят t0 при l = 0. Далее источники располагают на расстояниях от этой точки lk

= l / (1+γ), а сейсмоприемники по другую сторону на расстояниях γl / (1+γ).

102

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

Уравнение годографа ОГТ-PS обычно представляют в виде симметричной параболы. В условиях пологого залегания отражающих границ годограф ОГТ-PS можно аппроксимировать также гиперболой.

Поле обменных волн на х-компоненте. В районах с относительно простым геологическим строением, но с наличием зоны малых скоростей при расположении профиля вкрест простирания пород вектор колебаний обменной отраженной волны линейно поляризован в лучевой плоскости в направлениях, близких к оси Х, в связи с чем при регистрации PS-волн основной является х-компонента записи. В большинстве районов обменные отраженные PS-волны, доминирующие на записи в последующих вступлениях, уверенно прослеживаются, начиная с относительно небольших расстояний от источника (l / H ≈ 0,2). В отдельных случаях минимальные величины l / Н, начиная с которых волны PS четко выделяются на записи, составляют 0,05Н. Чаще всего, интенсивность PS-волн достигает максимальной величины на расстояниях l=(0,5÷1)H от источника. Волны PS от слабых границ выделяются в основном в закритической области, начиная с расстояний «источник-приемник»

l =(1,5÷2)H.

При оптимальном выборе параметров процедуры фильтрации волны PS имеют достаточно простую форму импульса, устойчивую в большом диапазоне расстояний прослеживания, и лишь в закритической области она может незначительно изменяться. Если х-приборы на профиле имеют постоянную ориентацию, то наблюдается отчетливое обращение фазы колебания по разные стороны от источника.

Обменные отраженные волны, как правило, более низкочастотны, чем продольные. Это подтверждается многочисленными экспериментальными данными. Преобладающие частоты: на записях, полученных в разных районах, колеблются от 10 до 30 Гц. Изучение частотных спектров волн различных типов показало, что преобладающие частоты волн РР, PS и SS относятся приблизительно как 1:1/(1,5— 2): 1/(2,0—3,5) (это близко к отношению средних скоростей каждой из волн). Поскольку волны РР и PS генерируются как продольные одним и тем же источником, понижение частоты обменных PS-волн происходит в процессе отражения и последующего распространения их как поперечных и связано с фильтрующими свойствами среды, в первую очередь с ее тонкослоистостью и поглощением.

Наряду с волнами PS, которые в большинстве случаев доминируют на x- компоненте, на сейсмограммах нередко отмечаются и те волны, которые возникли в результате обмена в процессе прохождения на нисходящих либо восходящих путях. Анализ экспериментальных материалов показывает, что кажущиеся скорости и

103

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

частоты у волны PSSS несколько ниже, а у волны PPPS – выше, чем у обменной PS- волны. Для волн типа PSSS диапазон изменения эффективных скоростей, определяемых исходя из гиперболической либо параболической аппроксимации годографов, ограничен слева vэф монотипных SS-волн, справа — vэф обменных PS-волн. Эффективные скорости волн типа PPPS изменяются от vэф PS-волн до vэф монотипных РР-волн. Волны с промежуточными точками обменами могут представлять самостоятельный разведочный интерес.

При равных условиях возбуждения волновое поле помех на x-компоненте может быть более многообразным и интенсивным по сравнению с помехами на z-компоненте, влияющими на выделение волн PS.

В группу наиболее низкоскоростных и низкочастотных воли входят, прежде всего, поверхностные волны рэлеевского типа, обладающие резко выраженным дисперсионным характером, обусловленным вертикальной неоднородностью ВЧР. Кроме того, симметричными источниками, действующими в неоднородной среде либо помещенными близко к земной поверхности, возбуждаются с той или иной интенсивностью поперечные волны Sv, также регистрируемые в основном на х- компоненте. В отдельных районах эти волны отличаются высокой интенсивностью и препятствуютвыделению волн PS.

Рис.38 Волновая картина на х-компоненте от симметричного взрыва в скважине (Солкинская площадь, Западная Сибирь).

Рис. 38 иллюстрирует характер прослеживания обменных волн на фоне волн-помех.

Полезные отраженные волны PS с кажущимися скоростями 2000 м/с<Vk<∞ четко выделяются вне конуса волн-помех с меньшими Vk; ими освещается весь разрез осадочной толщи, включая опорный горизонт Б, залегающий на глубине 2,7 км. Помехи представлены монотипными волнами Sv — преломленной с Vk = 850 м/с, однократно и многократно отраженными с Vk от 350 до 680 м/с, а также волной Рэлея с Vk =190 м/с.

На больших удалениях от источника помехами могут являться также отраженные волны типа PSSS, обменявшиеся на сильных промежуточных границах, а также преломленные обменные волны.

Поляризация волн PS. При наблюдениях на земной поверхности в районах, где имеется ЗМС, волны PS поляризованы практически в горизонтальной плоскости. Если у поверхности залегают породы с высокими скоростями волн (например, в районах

104

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

развития монолитной мерзлоты), колебания PS волн имеют значительную вертикальную составляющую, а продольные волны, напротив, горизонтальные составляющие. Пока имеется опыт изучения характера поляризации волн PS в районах первого типа.

При ориентации профиля наблюдений в направлении вкрест простирания границ y- составляющая колебаний волн PS должна быть очень малой (теоретически — нулевой). В других направлениях отношение Ay / Ax отличается от нуля, но в случаях, когда среда изотропна, оно остается намного меньше единицы, если угол наклона границы не очень большой. Только при углах наклона φ > (30 ÷ 40°) значение Ay / Ax может приблизиться к единице в некоторых азимутах линии наблюдения.

Экспериментальные работы по изучению поляризации показали, что обменные волны (так же, как и монотипные поперечные) поляризованы нелинейно. Например, при наблюдениях волн PS, отраженных от полого залегающих границ (φ << 6°), в области с солянокупольной тектоникой (Южная Эмба), установлено, что в различных азимутах отношение компонент Ax / Ay изменяется очень сильно вследствие расщепления волны на две различно поляризованные составляющие и наличия фазового сдвига между ними. Вдоль линий падения (восстания) и простирания преобладает основная компонента (Ay / Ax = 0,2 ÷ 0,3); на направлениях, составляющих 45° с линией простирания, интенсивность волны выше на побочной компоненте (Ay

/ Ax = 1,5 ÷ 2.0). Очень сходными особенностями поляризации отличались в данном районе и монотипные поперечные волны. Все это следует связывать со спецификой анизотропии реальной среды, когда ее ось симметрии имеет произвольный наклон либо модель не является поперечно-изотропной, а является более сложной. Отмечается связь изменения параметров поляризации волн PS с тектонической ситуацией, например при пересечении профилем разрывных нарушений.

4.4.2. Методика наблюдений

Оптимальные условия возбуждения волн PS и продольных волн РР в основном совпадают; чаще всего это взрывы в скважинах необходимой глубины. В ряде случаев допустимо использовать группирование поверхностных источников типа линий ДШ. При таком источнике возбуждения удается параллельно выделять два типа волны: обменные - на суммарных сейсмограммах, а поперечные - на разностных.

Как следует из анализа поляризации обменных волн, в ряде случаев оказывается достаточной однокомпонентная (x) их регистрация. При более общей ситуации, особенно при наличии данных о сложной структуре среды и ее анизотропности, применяется, как минимум, двухкомпонентная регистрация (x,y).

105

СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru

В настоящее время почти повсеместно применяются системы многократного прослеживания обменных волн, обеспечивающие их суммирование по ОГТ. Используются как фланговые, так и встречные симметричные системы наблюдений. В связи с нулевой интенсивностью обменной волны PS и высоким уровнем помех вблизи пункта взрыва применяют вынос до (0,1— 0,2) Hmax, т. е. 200—600 м. Максимальные удаления пунктов приема (ПП) от пунктов возбуждения (ПВ) определяются диапазоном расстояний прослеживания волн PS в докритической области и обычно не превышают 2H.

Группирование сейсмоприемников, так же как в методе продольных волн, применяется для ослабления волн-помех поверхностного типа, при этом базы группирования обычно выбираются меньшими, чем в методе продольных волн, в связи с большей нестабильностью ВЧР по скоростям поперечных волн.

Расстояние между центрами групп сейсмоприемников (АПП) при регистрации PS-волн обычно меньше, чем при регистрации продольных волн в связи с пониженными их кажущимися скоростями. Кроме того, из-за несимметричной схемы лучей обменной PS-волны при суммировании по ОГТ применяют несимметричные выборки каналов, для реализации которых должно выполняться соотношение ПП ≤

γΔПВ. Очевидно, что при различных γ это неравенство будет выполняться тем лучше, чем меньше ПП. При регистрации обменных волн совершенно недопустимо равенство ПП = ПВ, часто принимаемое при регистрации монотипных. На рис. 39

изображена система наблюдений волн PS, на которой принято ПВ = 4 ПП;

данная система наилучшим образом настроена на γ ≈ 0,25. Требования к установке сейсмоприемников остаются такими же, как в методе поперечных волн.

К параметрам цифровой сейсмостанции не предъявляется никаких специфических требований, за исключением возможно большей ее канальности, обеспечивающей двухили трехкомпонентную регистрацию.

При постановке работы по методу обменных отраженных волн должна учитываться необходимость детального изучения ВЧР как по Р-, так и по S-волнам.

106