Упругие волны, изучаемые сейсмическими методами.

Всякая деформация элементарного объема упругой среды может рассматриваться как результат наложения двух деформаций – объема и формы. Это разделение имеет большое значение, т.к. с каждым из этих видов деформаций связан особый тип упругой волны, распространяющейся со скоростью присущей только ей. В безграничной упругой среде могут существовать два типа волн: Продольная (Р) и поперечная (S). Продольная несет с собой только деформации объема. В области упругой среды через которую проходит продольная волна, возникают зоны растяжения и сжатия, а частицы совершающие колебания вокруг своего первоначального положения, в направлении совпадают с направлением распространения волны. В зонах растяжения частицы удаляются друг от друга, в зонах сжатия наоборот. С течением времени зона сжатия переходит в ту часть упругой среды, где в предшествующий момент находилась зона растяжения, а там где находилась зона сжатия, возникает зона растяжения. Скорость распространения продольной волны м.б. определена как скорость распространения данной зоны сжатия или растяжения в упругой среде. Vp=√(E(1-σ))/(p(1+σ)(1-2σ)) где р – плотность.

Поперечная волна связана с деформацией формы, поэтому при ее распространении происходит как бы скольжение слоев упругой среды относительно друг друга, а частицы совершают колебания в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Скорость распространения поперечной волны: Vs=√(Е/р)(1/2(1+σ)).

Сравнивая два уравнения можно заключить что Р- волна распространяется быстрее: Vp/Vs=√(2(1-σ))/(1-2σ)>√2

Через среду проходит упругая волна, которая распространяется с некоторой конечной скоростью, зависящей от упругих постоянных и плотности среды. Продольная волна несет с собой деформацию объема, поперечная формы. Продольные и поперечные волны распространяются по всему объему упругой среды, поэтому они называются обменными волнами. В пласте распространяется упругая волна (падающая). Она в зависимости от типа связанных с нею деформаций может быть продольной и поперечной. Когда падающая волна достигает некоторой границы R, происходит ее отражение и преломление. За чет энергии падающей волны образуются вторичные волны. К их числу относятся отраженные волны – продольные и поперечные и проходящие – продольные и поперечные. Две из них имеют тот же тип (продольная и поперечная), что и падающая, и называются монотипными. Две другие имеют тип, отличный от типа падающей волны, и называются обменными волнами. Проходящая волна, скользя вдоль границы раздела, вызывает колебания частиц в среде, в ней возникает головная волна. Граница на которой возникает головная волна, называется преломляющей. Прямая продольная волна распространяется вдоль поверхности земли. Прямой волной называют волну, распространяющуюся в однородной среде, во всех направлениях по прямолинейным лучам. Явление огибания волной препятствия называется дифракцией. Дефрагированные волны образуются от различных поверхностей, неровностей сейсмических границ. Поверхностные волны распространяются вдоль поверхности земли с небольшой скоростью (100-1000м/с), (в.Релея, волна Лява – поперечная поверхностная волна). Звуковые волны, возникающие при взрыве и распространяющиеся в воздухе со скоростью около 340 м/с. Микросейсмы – беспорядочное движение почвы, вызываемое различными внешними причинами: ветер, дождь. Многократные-отраженные, отраженно-преломленные и преломлено-отраженные волны – отразившиеся или преломившиеся более одного раза на различных отражающихся или преломляющихся границах.

Полезными называют такие волны, которые используются для исследования геологического строения изучаемого участка. Волны, путь распространения которых близок к головной волне, но которые отличаются большей интенсивностью, называются рефрагированные волны.

2. Физико-геологические условия, благоприятствующие применению гавики и магнитки.

Гравитационные аномалии обусловлены различие плотности пород. Плотность – суммарная масса трех фаз (жидкая, твердая, газообразная) к объему, занимаемому этой массой. Наибольшую плотность имеют металлические руды, а из пород – кристаллические разности. Плотность осадочных пород меняется в широких пределах и зависит от пористости. Процессы метаморфизма приводят к увеличению плотности.

Геологическая интерпретация гравитационных аномалий заключается в выявлении их источников, объяснения распределения масс для изучения особенностей геологического строения исследуемого участка. При этом применяются аналитические методы, методы подбора и математической статистики. Важным условием получения достоверных результатов является наличие информации о величине и распределении плотности возмущающих объектов и вмещающих пород.

Применяемость гравиразведки определяется следующими факторами:

1. наличие достаточной разности между плотностью изучаемого объекта и вмещающих пород;

2. большими размерами изучаемого объекта, благоприятными условиями его залегания;

3. низким уровнем помех.

Гравиразведку применяют при решении следующих геологических задач:

1. изучение глубинного строения земной коры и верхней мантии;

2. исследования регионального геологического строения геосинклиналей и платформ;

3. геологическое картирование;

4. поиски и разведка рудных и нерудных месторождений;

5. поиски и разведка месторождений горючих полезных ископаемых;

6. инженерно - геологические изыскания.

При оценке возможностей применения магниторазведки учитывают:

1. дифференциацию пород по магнитным свойствам;

2. большое остаточное намагничение пород железорудных формаций основного и ультраосновного состава.

3. практичскую намагниченность пород при повышении температуры выше точки Кюри;

4. условия залегания исследуемых объектов;

5. уровень помех.

Магниторазведку используют при: всех геологического картирования; поисках и разведки месторождений черных, цветных, редких и благородных металлов, бокситов, нефти и газа, нерудных полезных ископаемых (алмазы, сера), детальной и эксплуатационной разведке магнитных тел, расположенных в окрестностях горных выработок и скважин; изучении трещинноватости и флюидальности текстур; изучение стратиграфии и т.д..

3. Характеристика основных способов выбора рационального комплекса геофизических методов в рамках качественно-логического подхода.

Рациональный комплекс геофизических методов – последовательность геофизических методов, которая обеспечивает решение поставленной задачи с наименьшими затратами средств и времени.

Ситуация выбора рационального комплекса: (Т-время, С –затраты, Н – качество).

1) С<С0, T<T0 – С0 и Т0 – ограничения на затраты средств и времени. Это допустимый комплекс.

2) Если для допустимого комплекса H>H0, Н0 – порог качества, то это подходящий комплекс.

3) Если для подходящего: K>=К0, К – обобщенный показатель эффективности Н и С, то это рациональный комплекс.

4) Если для рационального комплекса выполняется условие max, то это оптимальный комплекс.

В рамках первой группы качественно-логических подходов выделяют следующие:

- логический (строится ФГМ района и объекта исследования и на основе ее анализа выбирают такие параметры геофизической модели, которые позволяют охарактеризовать объект с необходимой позиции);

- типовой (на основе обобщения опыта решения задач, в различных условиях, выделяют значения параметров, характеризующие условия исследования. Для данных условий ставится типовой комплекс методов.)

Результативность данного подхода зависит от представительности выделенных типов, от обоснованности соответствия типовых условий и комплексов методов, от адекватности типовых условий реальной обстановки. Качественно-логический выбор опирается на некоторые принципы, соображения и рекомендации как общего, так и частного характера.

 

 

Билет 3.

1. Классификация методов сейсморазведки.

1. По мерности наблюдений изучения среды: одномерная 1D; 2D; 3D; 4D.

2. По регистрируемым волнам: Отраженная волна (МОВ, МОВ ОГТ, РНП-регистрируемого направленного приема); Преломленная волна (МПВ, КМПВ-корреляционный МПВ); Проходящая волна (СЗ-зондирование, СК, ВСП, МОГ-метод обращенных годографов)+скважинная сейсмика.

3. По типу регистрируемых волн: продольные; поперечные; обменные

4. По регистрируемым частотам: Низкочастотная сейсморазведка (для изучения глубокозалегающих границ, 10-30 Гц); Среднечастотная с. (Для глубин 3-5 км, 30-80 Гц); Высокочастотная с. (>80 Гц, для ВЧР).

5. В зависимости от нахождения площади: наземная; морская.

6. По назначению работ: структурная; рудная; инженерная

7. В зависимости от геологических задач: региональные (для больших территорий); поисковые (поиск локальных структур); детальные.

8. По кратности: однократные и многократные.

9. По виду источника: Взрывная, Невзрывная, Сейсмология или сейсмометрия.

10. По характеру возбуждаемых колебаний: Импульсная, Вибрационная.

2. Качественная и количественная интерпретация данных гравиразведки и магниторазведки. Их содержание и условия применимости.

Различают качественную и количественную интерпретацию. Качественная интерпретация – это основной вид интерпретации, она выполняется всегда. Выполняя качественную интерпретацию, мы даем какие то общие характеристики связи геологического объекта с аномальными полями. Делаем районирование территории по характеру аномальных полей. Для количественной интерпретации нужны дополнительные условия (какие либо априорные сведения о физических свойствах разреза).

Интерпретация данных гравиразведки

Это получение данных об источниках выделенных аномалий силы тяжести, форме и глубине залегания объектов и связь их с геологией. Исходный материал для интерпретации – аномалии Буге.

Качественная интерпретация заключается в анализе особенностей наблюденного поля, который позволяет получить данные об источнике аномалии на основе сопоставления с данными других методов.

Гравитационные аномалии делятся на:

1. региональные (размером >1000 км², они связаны с крупными поднятиями и прогибами)

2. локальные(размер – от долей км² до нескольких сотен км², они связаны с локальными структурами в земной коре или зонами тектонических нарушений)

3. гравитационные ступени (узкие вытянутые зоны, характеризующиеся большими градиентами гравитационного поля. Они связаны с участками быстрого погружения пород или с контактами пород различной плотности).

Трансформации аномалий применяются в сложных случаях и служат для выделения локальных аномалий на фоне региональных. Выполняется в три шага:

1. Осреднение наблюденного поля. Производят по профилю, вычитая из общего поля региональный тренд, или по площади, осредняя исходное поле выбранным радиусом и вычитая полученное отфильтрованное поле из исходного. Сложность заключается в выборе наиболее информативного радиуса осреднения.

2. Аналитическое продолжение поля на новый уровень.Производится на ЭВМ и подчиняется двум правилам:

- при пересчете поля на более высокий уровень ослабляются аномалии от мелких и неглубоких структур, а крупные аномалии выделяются лучше.

- при пересчете поля на нижний уровень лучше выделяются аномалии от мелких структур.

3. Пересчет наблюденного поля в поле высших производных потенциала силы тяжести

Способы:

- Способ осредненных градиентов. Применяется, когда известны аномалии в двух достаточно близких точках. Тогда находят приближенное значение: Δg=( Δga(x+ Δx)- Δga(x))/ Δx,

где Δх – расстояние между точками, а х – координата 1 точки

- Пересчет поля в поле третьей вертикальной производной потенциала силы тяжести (Wzzz). Применяется, если объекты невелики и расположены близко.

Количественная интерпретация заключается в решении прямой и обратной задачи. Обратная задача гравиразведки не имеет однозначного решения, если мы не знаем априори о каких то количественных характеристиках аномалиобразующих тел.

При выполнении количественной интерпретации исходят из следующих допущений:

1. предположение о постоянстве физических свойств

2. предположение о двухмерности аномалиобразующих объектов.

Интерпретация данных магниторазведки

Качественная интерпретация – это анализ карт и графиков магнитных аномалий с целью установления связи аномального поля с глубинным строением района.

Схема качественной интерпретации:

1. классификация аномалий: по форме (вытянутая, изометричная); по размеру; по знаку; по интенсивности.

2. на основе пункта 1 составляют схемы простирания осей аномалий.

3. составляют схемы локальных и региональных аномалий (трансформацией поля аналогично гравиразведке).

4. районирование магнитных аномалий по полученным особенностям/

5. сопоставление полученных данных с другими методами

Магнитные аномалии от неглубоких источников характеризуются бОльшими градиентами поля, чем от глубоких. Интенсивность и знак аномалии мало характеризуют глубину залегания объекта, так как величина и знак аномалии зависят от направления вектора намагниченности горных пород – он не всегда совпадает с магнитным полем.

Результат качественной интерпретации для регионов осадочных отложений, перекрывающих фундамент:

1. выделение основных направлений простирания тектонических элементов

2. выделение крупных тектонических нарушений в породах фундамента

3. выделение контактов пород разного петрофизического состава.

Количественная интерпретация заключается в решении прямой и обратной задачи.

Прямая задача – вычисление магнитных аномалий по заданным параметрам возмущающего объекта. При этом считается, что вмещающие тело породы немагнитные. Также важно, что при решении прямой задачи магниторазведки необходимо задать величину и направление намагниченности пород.

Обратная задача заключается в нахождении параметров объектов по известному распределению поля. Решение обратной задачи сходно с гравиразведкой, но более сложно, так как:

1. магнитная восприимчивость χ меняется в больших пределах, чем плотность

2. существует неопределенность в направлении намагниченности

3. сложная дипольная природа магнитов.

3. Обработка данных сейсморазведки.

В общем случае целью обработки данных является ре­шение обратной задачи (динамической и кинематической) сейсморазведки, установление характера распределения сейсмических параметров. Граф обработки должен обеспе­чить усиление амплитуды полезного сигнала относительно уровня помех. Обычно базовая кинематическая обработка включает в себя шесть следующих основных блоков:

I. Препроцессинг

• Ввод полевых данных • Демультиплексирование, восстановление амплитуд • Формирование заголовков трасс, предварительная ре­дакция • Вертикальное накапливание • Корреляция виброграмм • Сортировка трасс • Формирование базового массива.

II. Выбор параметров предварительной обработки

• Расчёт амплитудно-частотных спектров • Перебор полосовых фильтров • Перебор параметров режекторных фильтров • Перебор обратных фильтров • Расчет вертикальных спектров • Перебор параметров многоканальных фильтров.

III. Предварительное накапливание по ОГТ

• Дополнительная редакция • Режекторная фильтрация • Полосовая фильтрация • Регулировка амплитуд • Ввод априорных статических поправок • Обратная фильтрация • Многоканальный фильтр • Априорный скоростной закон, мьютинг.

IV. Коррекция статических поправок

• Ввод корректирующих статических поправок • Ввод априорных статических поправок • Автоматическая коррекция • Контрольное суммирование по ОГТ.

V. Коррекция кинематических поправок

• Ввод корректирующих статических поправок • Мьютинг • Анализ скоростей (спектры, вертикальные и горизон­тальные, сканирование по вееру скоростных кривых) • Серия временных разрезов • Анализ и выбор оптимальных скоростных разрезов.

VI. Окончательное накапливание на ОГТ

• Ввод окончательных статических поправок • Ввод окончательных кинематических поправок • Автоматическая коррекция статических поправок • Напряжение окончательного временного разреза • Масштабирование, визуализация.

Далее проводится углубленная кинематическая обра­ботка, целью которой является построение глубинной ско­ростной модели среды с реализацией следующих этапов:

• расчет горизонтальных спектров скоростей; • пересчёт V_эф, V_cp, V_иht; • перебор параметров адаптивного суммирования по ОГТ; • перебор параметров вычитания кратных волн; • перебор параметров миграции; • выбор скоростной модели.

Динамическая обработка обычно включает в себя:

• построение динамических разрезов с сохранением от­носительных амплитуд; • расчёт динамических параметров; • восстановление акустической характеристики сейс­мической среды (инверсии); • построение разрезов динамических параметров; • расчет поглощающих свойств среды; • прогноз акустических свойств среды.

В качестве дополнительных блоков могут выступать:

• расчёт атрибутов AVO; • элементы высокоразрешающей сейсморазведки (ВРС); • обработка ВСП; • Гильберт-преобразования; • мониторинг; • анализ анизотропии; • частотно-энергетический анализ и т.д.

Основным отличием обработки данных 3D сейсмораз­ведки от 2D является использование трехмерных процедур. Использование в настоящее время двумерных процедур в обработке и интерпретации данных 3D (например, скоро­стной анализ) является недостатком и данью времени, ко­торый в будущем будет устраняться.