книги из ГПНТБ / Богданов, Алексей Иванович. Интерпретация сейсмических годографов

ластью АВС (рис. 60), годографы по прямому и обратному про­ филям будут иметь следующий вид. По прямому годографу имеем прямолинейную ветвь aibi преломленных волн и затухающую по интенсивности W годографа волны, дифрагированной от точки'/?. Эта ветвь гиперболической формы и тождественна участку го­ дографа волн, отраженных от плоской горизонтальной границы раздела, залегающей на глубине /г/2, который был бы получен, если бы пункт взрыва находился в точке L (мнимый пункт

Рис. 60. Прямой и обратный годографы преломлен­ ных волн над вертикальным или наклонным усту­ пом.

взрыва в точке В), а все ординаты этого годографа были бы уве­ личены на величину <ь, равную времени пробега волны из точки О' в точку В по пути О'АВ. Следовательно, ветвь bibi асимптоти­ чески приближается к прямой, выходящей из точки О с абсциссой хь и ординатой tb и угловым коэффициентом, равным 1/щ (рис. 60).

На обратном годографе будет наблюдаться ветвь Ьм2 волн,

участка АВ преломляющей поверхности и положение точки В резкого погружения преломляющей границы раздела. Если участок АВ горизонтален, то кажущиеся скорости по отрезкам aibi и Ь2й2 прямого и обратного годографов будут равны друг другу и V2. В случае негоризонтальиого залегания кажущиеся скорости по этим ветвям будут равны соответственно

149

ГЛАВА III

ГОДОГРАФЫ УПРУГИХ ВОЛН В СЛУЧАЕ СЛОИСТОЙ СРЕДЫ

ИИХ ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

§1. ГОДОГРАФЫ ПРЯМЫХ ВОЛН. ПРОДОЛЬНЫЙ ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ГОДОГРАФ

Когда горные породы, залегающие вблизи дневной поверхности, однородны и изотропны, поверхностный годограф прямых волн представляет собой конус вращения, а линейные продольные и непродольные годографы представляют собой прямые линии и гиперболы.

сред.

Если же горные породы вблизи дневной поверхности неодно­ родны, все годографы прямых волн будут иметь более сложную форму. Покажем это на простейшем примере.

Пусть горные породы вблизи дневной поверхности представ­ лены двумя однородными средами, разделенными плоской вер­ тикальной границей раздела, с различными значениями скоро­ стей распространения продольных волн.

151

Пусть граница раздела сред со скоростями vi и V2 проходит параллельно оси Оу на расстоянии d от пункта взрыва (рис. 61).

вее границы раздела, а у' — ордината точки S, лежащей на гра­ нице, после преломления в которой сейсмический луч из пункта взрыва О попадает в точку Р (рис. 61).

Ординату у' точки 5 можно выразить через координаты х и у точки Р и скорости vi и V2 распространения прямых волн по обе стороны от границы раздела следующим уравнением:

Если решить это уравнение относительно у’ и подставить полу­ ченное значение у' в предыдущее, то получим уравнение поверх­ ностного годографа прямых волн, в котором t будет функцией координат х и у любой точки, лежащей правее границы раздела, а также величин d, vi и V2. Значение у' из последнего выражения может быть получено путем решения уравнения четвертой сте­ пени, поэтому уравнение поверхностного годографа прямых волн для точек с абсциссами х > d будет иметь очень сложную форму.

Столь же сложными будут уравнения продольного и непро­ дольного годографов прямых волн. Уравнение продольного годо­ графа прямых волн примет простую форму при условии, что продольный профиль идет по оси Ох (у = у' = 0), т. е. вкрест про­ стирания границы раздела. В этом частном случае уравнение про­ дольного годографа прямых волн имеет вид:

Годограф прямых волн вдоль профиля, идущего по оси Ох, имеет вид ломаной прямой линии (рис. 62). При x<d наклон прямой обратно пропорционален гц, а при х > d — V2. Точка взлома годографа приурочена к границе раздела сред. По наблю­ денному годографу можно определить скорости щ и г>2, а также положение границы раздела.

Карта изохрон поверхностного годографа прямых волн при условии V2 > vi изображена на рис. 63. Левее границы раздела будут наблюдаться отраженные и головные волны, возбужден-

152

ные на границе раздела падающей волной. При обратном соотно­ шении скоростей i’2 < vi головных волн не будет.

Рис. 63. Фронты падающих, проходящих? отраженных и головных волн на поверхности двух однородных сред, разделенных плоской вертикальной границей раздела.

У — фронты падающих волн; 2 — фронты отраженных волн; з — фронты проходящих (преломленных) волн; 4 — фронты преломленных (головных) волн; 5 — пункт взрыва.

Например, имеется среда, которая представлена рядом однород­ ных и изотропных слоев с параллельными плоскостями раздела

Рис. 64. Линейный продольный годограф прохо­ дящих (прямых) волн на профиле, идущем вкрест простирания слоистой среды.

и различными значениями истинных скоростей распространения упругих волн. Линейный продольный годограф прямых волн, на­

153

блюденный па профиле, идущем вкрест простирания слоистости среды, будет иметь вид ломаной липни, составленной из ряда пря­ молинейных отрезков. Точки излома годографа будут, очевидно, приурочены к границам раздела слоев, а кажущиеся скорости каждой из прямолинейных ветвей годографа будут равны истин­ ной скорости распространения упругих волн в каждом слое. Прямые волны в слоистой среде будем в дальнейшем называть проходящими. В данном случае наклон ветвей годографа проходящих волн на интервале профиля, пересекающего слоистую среду, пе изменится при любом изменении местоположения пункта взрыва (рис. 64).

Рис. 65. Линейный продольный вертикальный (скважинный) годограф проходящих волп для слоистой среды и результаты его обработки.

Это свойство линейных продольных годографов проходящих волн может быть использовано и используется для дифференциа­ ции слоистой среды при геологическом картировании и при изу­ чении скоростной характеристики горных пород, вскрытых глу­ бокими скважинами. В обоих случаях наблюдения стремятся вести на линейных продольных профилях, расположенных пер­ пендикулярно к слоистости среды, так как при этом годографы имеют наиболее простой вид. Годографы на непродольных про­ филях и профилях, идущих не вкрест слоистости среды, имеют более сложную форму, что затрудняет их обработку.

При скважинных наблюдениях линией профиля является ее ствол, который обычно бывает вертикальным или близким к вер­ тикальному (рис. 65, а). Производя взрыв на дневной поверхности вблизи от устья скважины, регистрируют приход и определяют время прихода упругих волн к точкам скважины, расположенным на разных глубинах от ее устья. По результатам наблюдений

154

строят вертикальный годограф, представляющий собой кривую зависимости времени пробега волны от глубины точки приема уп­ ругих волн. Если пункт взрыва расположен у устья скважины, то тогда получают продольный вертикальный годо­ граф. Если геологический разрез, вскрытый скважиной, представ­ лен достаточно мощными однородными п изотропными слоями, то будет ломаная линия, состоящая из прямолинейных отрезков с кажущимися скоростями, равными истинным скоростям распро­ странения упругих воли в соответствующих слоях (рис. 65, б). Ординаты точек излома ветвей продольного вертикального годо­ графа будут соответствовать глубинам залегания границ раздела между слоями. Если количество слоев велико, а мощность каждого слоя мала, то вертикальный годограф при ограниченном числе наблюдений изображается в виде некоторой кривой линии, про­ ходящей через наблюденные точки.

При наличии вертикального годографа, полученного из пункта взрыва, расположенного у устья скважины, величина средней ско­

рости vH может быть определена для любого значения Н графи­ чески, как кажущаяся скорость прямолинейной ветви, проведенной через начало координат и точку с ординатой Н и абсциссой t

лежащую на вертикальном годографе. Справедливость этого гра­ фического приема определения vH непосредственно вытекает из уравнения (1) (см. введение).

На основании аналитической или графической обработки вер­ тикального годографа можно построить кривую зависимости vH

от Н, которая показана на рис. 65, в. Эта зависимость характери­ зует упругие свойства слоистой среды и используется в дальней­ шем при интерпретации годографов преломленных и отражен­ ных волн. Применение средних скоростей позволяет обрабатывать годографы отраженных и преломленных волн, наблюденных в условиях слоистой среды, по правилам и приемам, разработан­ ным для однородных сред, покрывающих отражающие и прелом­ ляющие границы раздела.

Для интерпретации годографов отраженных волн иногда более удобно иметь кривые зависимости vH от 2(я или 2fH от Н, так как при сравнительно горизонтальном залегании границ раздела to

упругих волн до отражающих горизонтов и глубины их залегания под пунктом взрыва.

По наблюденным вертикальным годографам в глубоких сква­ жинах в районе сейсморазведочных работ можно судить о постоян­ стве или установить закономерность изменения скоростной ха­ рактеристики отдельных пачек горных пород или всей их толщи

155

по площади. Это позволяет, особенно в условиях непостоянства скоростной характеристики слоистого разреза, существенно по­ высить точность и достоверность геологических построений по данным сейсморазведочных работ. При наличии на площади чет­ ких опорных отражающих границ раздела скважинные наблюде­ ния, выполненные параллельно с регистрацией прихода отра­ женных волн, позволяют отождествлять стратиграфические гори­ зонты с отражающими границами раздела на основании равенства между to и 2tH.

Результаты обработки совокупности вертикальных годографов, наблюденных в скважинах некоторой площади, где имеют место региональные изменения скоростной характеристики разреза, но не имеется четких опорных отражающих и преломляющих границ раздела, могут быть представлены и использованы для интерпретации сейсморазведочных данных следующими видами.

1. Картами или графиками изоглубин залегания отражающих горизонтов, дающих одинаковые времена to прихода отраженных волн. Эти карты и графики могут быть построены по совокупности кривых зависимости 2 tH от Н для любых значений to =

взятых с некоторыми интервалами (через 0,1 или 0,05 сек.), в пределах наблюдаемых времен прихода отражений в данном районе.

2. Картами или графиками изменения средней скорости рас­ пространения упругих волн до отражающих горизонтов, дающих одинаковые времена to прихода отраженных волн. Такие карты и графики, так же как и предыдущие, могут быть построены по

совокупности кривых зависимости 2 t[f от vH для любых значений to = 21^.

Если же па площади исследования по наблюдениям в скважи­ нах установлены четкие опорные отражающие и преломляющие горизонты, приуроченные к определенным стратиграфическим или литологическим границам раздела, и наблюдаются региональные изменения скоростной характеристики разреза, то данные сква­ жинных наблюдений могут быть представлены такими формами.

1.Картами изменения средней скорости распространения упругих волн от поверхности земли или поверхности приведения до отражающих или преломляющих границ раздела по пло­ щади.

2.Картами изменения по площади средних скоростей в пач­ ках или толщах, заключенных между определенными отражаю­ щими и преломляющими границами раздела.

Эти карты могут быть использованы в дальнейшем для интер­ претации данных, полученных методами отраженных и прелом­ ленных волн.

Иногда кривые зависимости to = 2 t от Н используют для интерпретации годографов волн, отраженных от четкого опорного горизонта. При этом из совокупности нескольких наблюденных

156

кривых to от Н выбирается какая-либо одна, общая для всей площади кривая, по которой и ведется определение II по снятым с годографов волн, отраженных от опорного горизонта, значениям /0. Но так как эта выбранная кривая зависимости i0 от Н не справедлива для всей площади сейсморазведочных работ, то опре­ деленные по ней значения II будут неверными. Для исправления допускаемых ошибок строят карты глубин­ ных (А//) или времен­ ных (А£) поправок. В первом случае глубин­ ные поправки (могущие иметь любой знак) при­ бавляют к глубинам залегания опорного от­ ражающего горизонта, вычисленным по вы­ бранной и единой для

проще всего рассмотреть на частном примере. Пусть имеются на­ блюдения в девяти скважинах: со скв. 1 по скв. 9, расположенных по квадратной сетке со стороной квадрата, равной 10 км. В ре­ зультате обработки вертикальных годографов было построено семь кривых зависимости to — 2tH от Н (рис. 66). Для скв. 4,

8 и 9 эти кривые оказались тождественными и совпали друг с дру­ гом, а для остальных скважин они различаются между собой. Это отличие указывает на то, что средняя скорость с глубиной в раз­

157

личных участках разбуренной площади изменяется по-разному и не остается постоянном.

Для обработки годографов воли, отраженных на этой площади от опорного горизонта, глубина залегания которого по данным скважин изменяется от 600 до 1200 м (па рис. 66 глубина зале­

гания опорного горизонта в каждой скважине указана стрелкой), воспользуемся единой для всей площади кривой зависимости

от II, соответствующей скв. 4, 8 и 9. Очевидно, что по to годографа волн, отраженных от опорного горизонта, наблюденного в районе скв. 4, 8, 9, нами будет правильно определена глубина залега­ ния опорного горизонта. Если же по выбранной кривой зависи­ мости to от II мы определим глубину залегания опорного горизонта,

158