книги из ГПНТБ / Невский, М. В. Квазианизотропия скоростей сейсмических волн

Эффективные скорости, определенные на базе 0 -1 0 0 0 м от источ­ ника способом квадратичных координат, для всех значений мощности второго слоя оказываются меньше средней скорости по вертикали и весьма близки к предельным значениям vgp. Для базы определения

10 0 0-200 0 м от источника эффективные скорости вначале превышают средние, а затем, с увеличением мощности второго слоя или с увели­

щественное отличие э ф> определенных на больших удалениях от источ­ ника, от значений средней и средней лучевой скорости, вычисленной в предположении прямолинейности луча, не позволяет использовать эффективные скорости для точного построения отражающих границ.

Ранее это положение отмечалось для однородной поперечно-изотропной среды; результаты расчетов, приведенные на рис. 39, подтверждают это положение для слоистой поперечно-изотропной среды.

<). в л и я н и е АНИЗОТРОПИИ с к о р о с т е й н а р е з у л ь т а т ы

ПОСТРОЕНИЯ ОТРАЖАЮЩИХ ГРАНИЦ

Для точного построения отражающей границы по годографу отражен­ ной волны произвольной длины, когда покрывающая толща представле­ на поперечно-изотропной средой, необходимо знать распределение лу­ чевой скорости либо в покрывающей толще v=v(6), либо вдоль по про­

филю v=v(X).

В первом случае по известному закону v=v (в) можно построить лу­ чевые диаграммы, с помощью которых отражающая граница строится по способу полей времен или по любому другому, разработанному для случая одномерно-неоднородных сред [9 2 ].

Если же известно распределение лучевой скорости вдоль по профи­ лю, т.е. v~v(X), то каждая точка годографа ( Т- , X •) должна интерпре­ тироваться с соответствующими значением лучевой скорости V' =vj (X j). В этом случае можно использовать метод засечек, либо приближенный метод окружностей [9 2 ].

Однако в сейсморазведке построение отражающих границ обычно проводят с постоянной скоростью для всех точек годографа. Как уже отмечалось, эффективные скорости существенно отличаются от лучевых

122

и не могут быть использованы для точного построения отражающих границ. То же можно сказать и о средних скоростях по вертикали, с помощью которых на практике обычно строят отражающие границы.

Для изучения ошибок, вносимых в интерпретацию при использовании средней скорости по вертикали для построения отражающих границ, бы­ ли проведены следующие расчеты.

Для различных моделей однородной поперечно-изотропной покрываю­ щей среды и плоской горизонтальной отражающей границы, расположен­ ной на глубине 2000 м, рассчитывались теоретические годографы от­ раженных волн для удалений до 8 0 0 0 м от пункта взрыва. По годо­ графам проводилось построение отражающих границ различными мето­ дами в предположении, что средняя скорость по вертикали V известна (хотя бы по данным сейсмокаротажа) и равна V| „ Подобные расчеты проведены для годографов отраженных квазипродольных волн.

Рассмотрим результаты построения отражающих границ различными способами без учета анизотропии скоростей в покрывающей толще.

Способ полей времен

На рис. 40, а приведены результаты интерпретации годографа отра­ женной волны для модели покрывающей толщи I из табл. 3 ( 1 тип анизотропии). Для удалений до 5 0 0 м от пункта взрыва ( X < 0,4 Н) граница, построенная по способу полей времен с постоянной скоростью в покрывающей толще ( V=V^p= 2 5 0 0 м /сек), практически совпадает с истинной. Для больших удалений она располагается существенно вы­ ше истинной и имеет ^вогнутую форму. Так, для удаления 3 0 0 0 м (Х= =1,5 Н) от пункта взрыва абсолютная ошибка при построении границы составляет 4 0 0 м (20% ), а при Х = 6 8 0 0 граница выходит на поверх­ ность.

Следовательно, неучет изменения лучевой скорости в покрывающей толще не вызывает существенных ошибок при интерпретации достаточ­ но коротких годографов и приводит к очень большим ошибкам при ин­ терпретации дальних ветвей годографа отраженной волны.

В случае III типа анизотропии (рис. 4 0,6 ) построение отражающей границы по способу полей времен с постоянной скоростью в покрыва­

располагается примерно на 200 м ниже истинной, а при дальнейшем увеличении расстояний - существенно выше истинной. Такая сложная форма отражающей границы, построенной с постоянной скоростью в покрывающей толще, объясняется в этом случае неучетом зависимости лучевой скорости от угла, которая для данного типа анизотропии име­ ет минимум в области углов падения 4 0 -5 0 °.

Итак, для данного типа анизотропии неучет изменения лучевой ско­ рости в покрывающей толще приводит к существенным ошибкам даже при сравнительно небольшой длине годографа.

Если в покрывающей толще наблюдается обратная анизотропия (мо­ дель IV из табл. 3 ), то граница, построенная по способу времен с

123

в

Р и с . 40 . Характер ошибок в построении отражающих границ при использовании средней скорости вместо лу­ чевой для однородной поперечно-изотропной среды

1 - истинное положение отражающей границы; 2 - граница, построенная по способу полей времен; 3 - по способу окружностей [9 7 ]; а - I тип анизотропии (см. табл. 3 ), б-III тип; в - IV тип; ПВ - пункт взрыва

Построение отражающих границ с постоянной скоростью, равной средней скорости по вертикали в покрывающей толще, проводилось так-- же и способом окружностей. При небольших удалениях от пункта взры­ ва границы, построенные по способу полей времен и способу окружно­ стей, совпадают. При больших удалениях способ окружностей дает по

124

сравнению со способом попей времен большую ошибку в построении границ (см. рис. 4 0 ,а и б). Это связано с тем, что первый основан на предположении о том, что изохрона отражения является окружно­ стью. Известно, что это предположение достаточно хорошо выполняется лишь для небольших углов падения и в случае изотропных сред. Влия­ ние анизотропии скоростей и отличие изохроны отражения от окружно­ сти приводят к весьма большим ошибкам при построении границ по дальним ветвям (Х> Н) годографов отраженных волн.

Исключение составляет лишь случай обратной анизотропии (см.

рис. 40, в), где способ окружностей дает результаты несколько лучшие, чем способ полей времен.

Аналогичные расчеты были проведены и для двухслойной покрываю­ щей среды, в которой верхний слой изотропен, а нижний представлен поперечно-изотропной средой. Индикатриса лучевых скоростей для по­ перечно-изотропного слоя приведена на рис. 3 9 ,о, годограф отраженной

от источника при общей мощности покрывающей толщи 2 0 0 0 м. Приня­ тые относительные удаления X «3 —■4,5Н примерно соответствуют уда­ лениям, на которых регистрируются закритические отраженные волны при работах по КМПВ.

При интерпретации годографа предполагалось, что известно положе­ ние промежуточной границы раздела, а также пластовые скорости по вертикали в первом и втором слоях. Таким образом, были приняты предположения, обычно выполняющиеся на практике.

Построение отражающей границы выполнено по способу полей вре­ мен с учетом преломления на промежуточной границе. При этом изо­ хроны во втором слое построены с постоянной пластовой скоростью, для всех направлений равной VnjI= ^2^=3500 м/сек.

Результаты, приведенные на рис. 41, б, показывают, что неучет даже сравнительно небольшой анизотропии (кр = 1 , 1 0 ) в случае сло­ истой среды также приводит к очень большим ошибкам. Построенная граница закономерно поднимается с удалением от пункта взрыва и

увеличивается при больших удалениях. Положение отражающей площад­ ки смещается по сравнению с истинными в сторону больших удалений от источника. Угол наклона построенной границы достигает 15°.

Следовательно, характер ошибок в построении отражающих границ остается в случае слоистой поперечно-изотропной толщи таким же, как й при однородной поперечно-изотропной покрывающей среде.

В -заключение отметим, что замена лучевой скорости средней или пластовой скоростью по вертикали в покрывающей толще приводит к существенным ошибкам при построении границ по закритическим вет­ вям годографов отраженных квазипродольных волн. В некоторых случа­ ях, например при обратной анизотропии при малых углах падения ( III и IV типы анизотропии), неучет изменения лучевой скорости в покры-

125

Р и с . 41. Характер ошибок в интерпретации дальней ветви годографа отраженной волны в условиях двухслойной покрывающей среды с нижним поперечно-изотропным слоем

а - теоретический годограф для двухслойной модели (показан учас­ ток, выбранный для интерпретации); б - результаты построения отражаю" шей границы: 1 —истинное положение; 2 - участок границы, построен­ ный по способу полей времен

вакяцей толще заметно сказывается и при небольших удалениях от пункта взрыва.

Неучет анизотропии скоростей приводит не только к искажению глу­ бин залегания отражающих границ, но и к искажению формы границы.

Аналогичные выводы будут справедливы и для годографов закритически отраженных SH волн.

Важно отметить, .что относительная ошибка в построении отражаю­ щей границы численно не равна коэффициенту анизотропии в покрыва­ ющей толще, а зависит от способа построения границы и удаления от источника. Причем с возрастанием последнего ошибка существенно возрастает и может в несколько раз превышать значение коэффициен­ та анизотропии в покрывающей толще.

Вьюод работы [ 44 ] о том, что ошибка в построении отражающей границы численно не превышает значения коэффициента анизотропии,

126

справедлив для небольших удалений от источника и в том случае, ког­ да для построения границы используется эффективная скорость вместо средней по вертикали. Кроме того, этот вывод получен для эллипти­ чески анизотропной, а не поперечно-изотропной среды.

7. ОН ИЗУЧЕНИИ АНИЗОТРОПИИ СК

ПРИ СОВМЕСТНОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ГОДОГРАФОВ ОТРАЖЕННЫХ ВОЛН Р, SV, SH И ДАННЫХ СЕЙСМОКАРОТАЖА

Решение обратной задачи сейсморазведки для случая поперечно­

разреза, 2 ) построение сейсмических границ. Первый сводится к эк­ спериментальному определению индикатрис скоростей или пяти незави­ симых упругих параметров поперечно-изотропных сред — V,

и К, полностью определяющих индикатрисы.

Как было указано, при известных индикатрисах скоростей в покры­ вающей толще задача построения сейсмических границ может быть Точно решена при использовании известных приемов интерпретации для изотропных сред. При построении границ не по индикатрисам, а по средним или эффективным скоростям можно допустит!, существенные ошибки, в особенности при интерпретации дальных ветвей годографов отраженных волн. В силу этого определение скоростных характеристик поперечно-изотропной среды является принципиально важной задачей, один из вариантов решения которой рассматривается в этом разделе.

Как известно [ 6 , 8, 9, 20 ], изучение индикатрис скоростей сей­ смических волн можно проводить при специальных скважинных иссле­ дованиях с использованием профиля разноудаленных от устья скважины пунктов взрыва. Нами предлагается способ определения пяти эффектив­ ных упругих параметров поперечно-изотропной среды по данным стан­ дартного сейсмокаротажа и годографов отраженных волн, зарегистри­ рованных на небольших удалениях от пункта взрыва.

Задача определения этих параметров с использованием годографов одного типа волн, например только продольных, является достаточно сложной. Так, при удалениях от источника, меньших глубины залегания отражающей границы, как было уже показано, форма годографа опре­ деляется только двумя упругими параметрами р и /Гр .Поэтому для определения остальных параметров, в частности, истинного коэффициен­ та анизотропии кр,требуется использовать годографы, полученные до Удалений, существенно превышающих глубину залегания отражающей границы. Однако в подавляющем большинстве практических случаев при интерпретации удаленных участков годографов отраженных волн требу­ ется учитывать неоднородность покрывающей толщи, например эффект преломления лучей на промежуточных границах раздела. Учет этого эффекта пока не разработан. Еще большие трудности представляет со­ бой подобная задача в условиях поперечно-изотропных сред.

127

В силу указанных причин для определения пяти упругих параметров поперечно-изотропной среды следует попытаться совместно использо­ вать годографы отраженных продольных и поперечных волн SV и SH, полученные при небольших удалениях от источника, а также данные сейсмокаротажа по Р и S волнам.

Один из вариантов решения этой задачи предложен в работе В.В. Локдика [61] . Однако, как отмечалось, уравнения годографов от­ раженных волн, использованные для решения обратной задачи, справед­ ливы лишь при слабой анизотропии одновременно по Р, SV и SH вол­ нам, когда различие между лучевыми и нормальными скоростями мало. Кроме того, для интерпретации годографов отраженных волн Р, SV и SH по способу В.В. Локцика [6 1 ] требуется дважды численно диффе­ ренцировать времена по экспериментальным годографам, что, как из­ вестно [8 1 ], приводит к большим вычислительным погрешностям.

Для устранения этих недостатков предлагается иной способ опреде­ ления пяти эффективных упругих параметров поперечно-изотропной сре­ дь!, принципиально применимый как при слабой, так и при сильной ани­ зотропии. Рассмотрим вначале случай однородной поперечно-изотропной среды с осью симметрии, перпендикулярной плоской горизонтальной от­ ражающей границе.

Пусть в результате трехкомпонентного сейсмического каротажа оп­ ределены пластовые скорости Р и S волн в вертикальном направлении (в направлении оси симметрии среды) в пределах покрывающей толщи. При этом можно найти два упругих параметра поперечно-изотропной среды:

128

нородной поперечно-изотропной покрывающей среды по данным сей­ смокаротажа-и метода отраженных волн, с использованием волн Р, SV и SH.

Найденные формулы обобщаются и на случай горизонтально-слои­ стой поперечно-изотропной среды. Пусть в такой многослойной среде с вертикальной осью симметрии в каждом слое по данным трехкомпо— нентного сейсмокаротажа известны пластовые скорости Р и S волн в вертикальном направлении. Эти данные дают возможность определить

же кажущихся коэффициентов анизотропии кр и Kgу следует восполь­ зоваться следующим уравнением, полученным из формулы (3 .3 8 ):

ствующим подошве и кровле пласта, a vek+1 и vgk - предельные эф­ фективные скорости, определенные по этим годографам.

129

9 1257-

Гл ава ч е т в е р т а я

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АНИЗОТРОПИИ СКОРОСТЕЙ В РЕАЛЬНЫХ СРЕДАХ

Для экспериментального изучения анизотропии скоростей в осадоч­ ных толщах проведены комплексные сейсмоакустические исследования в составе экспедиции Института физики Земли (ИФЗ) АН СССР. Для этого был выбран один из районов северного борта Припятского про­ гиба в Белоруссии. В 1 9 6 7 -1 9 7 0 гг. Е.В. Карусом, Г.Н. Гогоненко— вым, Н.Р. Сивковым, В.В. Бандовым и другими исследователями в районах северного борта Припятского прогиба детально изучено ско­ ростное строение с помощью ультразвукового каротажа. Результаты этих исследований показывают, что скоростные разрезы по ряду рай­ онов имеют тонкослоистый характер, сопровождающийся резкой диффе­

ного борта Припятского прогиба. Видно, что в широком интервале глу­

на фоне сравнительно слабого изменения с глубиной среднепластовой скорости. Согласно теоретическим представлениям [1, 1 0 9 ], подобный

характер разреза должен приводить к существенной анизотропии ско­ ростей сейсмических волн.

Тонкая слоистость в сочетании с резкой дифференциацией среды по скоростям, а также сравнительно небольшое изменение среднепласто— вых скоростей с глубиной отличают объекты в пределах северного борта Припятского прогиба от ряда других районов, детально изучен­ ных с помощью УЗК. Так, в районах Краснодарского края, согласно [ 1 1 0 ], осадочные отложения также характеризуются тонкой слоисто­

стью, однако дифференциация по скоростям в тонких прослоях невелика. Скорости в тонких прослоях в основном изменяются на первые сотни

стость в пределах пластов выражена в разной степени. В кар­ бонатных отложениях скорости в тонких прослоях изменяются на

131