книги из ГПНТБ / Богданов, Алексей Иванович. Интерпретация сейсмических годографов
.pdfА. И. БОГДАНОВ
ИНТЕРПРЕТАЦИЯ
СЕЙСМИЧЕСКИХ
ГОДОГРАФОВ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО НЕФТЯНОЙ И ГОРНО-ТОПЛИВНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1960
11-5-4
Л Н НОТА Ц И Я
Книга «Интерпретация сейсмических годографов» является разделом курса «Сейсморазведка», который читался автором слушателям Академии нефтяной промышленности.
В этой книге автор обобщает и систематизирует основные работы советских инженеров и научных работников, посвя щенные развитию теории сейсмических годографов и их ин терпретации.
Теория сейсмических годографов и их интерпретация рас сматриваются для однородных, слоистых и непрерывных сред, покрывающих отражающие и преломляющие границы раздела. В тех случаях, где это возможно в настоящее время, приво дятся решения прямой и обратной задач для любой конфигура ции границы раздела и для годографов всех типов. В других случаях, в частности для слоистых сред, решение дается для плоских или плоских горизонтальных границ раздела или только для линейных продольных годографов.
Книга рассчитана на инженерно-технических работников, занимающихся интерпретацией сейсморазведочных данных, а также может быть использована преподавателями и студен тами высших и среднетехнических учебных заведений, специа лизирующимися по сейсмическим методам разведки.
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
ной поверхности и обозначаются текущими координатами х, |
у,- |
z. Для упрощения анализа обычно считают, что координата |
z |
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
1* |
3 |
или плоской развертке цилиндрической поверхности в виде пло ской кривой. Прямую линию, на которой расположены пункты приема сейсмических волн, проходящую через пункт взрыва,
называют линейным продольным |
профилем, |
а соответствующий ей годограф (или систему |
годографов) — |
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
— |
_ И _ fel 4~ ^2 + ■ • ■ ~l~ |
_ fel + fa "j~ • ■ ■ + hn |
||
Н |
tjf |
. |
^2 I |
I hn |
|
|
vr ' |
i’2 |
■ ■ ■ ~r vn |
i=n 'У i
|
|
|
= |
l= n |
, |
|
(1) |
|
|
|
|
’ |
|
' ' |
|
|
|
|
|
У |
|
|
|
|
|
|
< Vi |
|
|
|
|
|
|
|
|
i=l |
|
|
|
где |
h2, . . ., hn, |
t2, . . |
tn, r1( v2, |
. . ., vn, |
соответственно мощ |
||
ности, |
времена |
пробега |
и скорости |
распространения |
упругих |
||
волн в |
каждом из п однородных слоев, |
слагающих |
слоистую |
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
Уравнения годографов и приемы их интерпретации упрощаются в тех случаях, когда границы раздела плоские, и усложняются при неплоских границах раздела. Далеко не для всех предпо ложений о строении покрывающих сред и типов волн даны вы воды уравнений годографов при неплоских границах раздела. Чаще всего практические приемы интерпретации наблюденных годографов для неплоских границ раздела базируются на свой ствах годографов для плоских границ и поэтому являются при ближенными.
В последующих главах рассматриваются свойства годогра фов отраженных и преломленных волн и вытекающие из них спо собы интерпретации наблюденных годографов для всех трех слу чаев аппроксимации реальных сред. Также излагаются общие и частные решения при любой либо определенной криволинейной форме границы раздела.
Изучению свойств годографов продольных упругих волн раз личных типов уделяется больше внимания, так как на современ ной стадии развития сейсморазведка базируется преимущественно на исследовании времен прихода и годографов этих волн. Приве денные выводы остаются справедливыми и для поперечных волн. Свойства годографов обменных упругих волн различного типа здесь не рассматриваются.
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
поверхности, то время пробега t этих |
волн из пункта взрыва |
к точке приема будет равно расстоянию |
I между этими точками, |
деленному на скорость распространения волны вдоль этого пути. В прямоугольной системе координат Oxyt (рис. 2) с началом
8