Классификация геофизических методов по природе используемых полей

СОДЕРЖАНИЕ

Заполнить Таблицу 1,2.

2. Ответить на теоретические вопросы.

Тест.

Заполнить таблицы 1 и 2.

Таблица 1

Классификация геофизических методов по природе используемых полей

Название метода	Используемые поля
Гравиразведка	Гравитационное поле
Магниторазведка	Магнитное поле
Электроразведка	Электроволновое(Электромагнитное)поле
Сейсморазведка	Сейсмоволновое(поле упругих колебаний или сейсмоакустическое)
Терморазведка	Тепловое поле
Ядерная геофизика	Радиационное поле

Таблица 2

Основные характеристики некоторых геофизических полей и их источников

Геофизическое поле	Характе­ристики поля	Еди­ницы изме­рения	Петрофизическая характеристика	Единицы измере­ния
Гравитационное поле	Ускорение свободного падения	[м/с2]или [Н/кг].	Поле тяготения	«непер» (нп)
Магнитное поле	Полный вектор напряжонности	Ампер на метр(а/м)	магнитной восприимчивости, намагниченности, радиоактивности	веберах (Вб)
Электро- магнитное поле	Составляющие вектора напряженности	Ex-в мВ/км,Н-в нанотеслах(нТл)	Величина электропроводности	(σ)
Поле упругих колебаний	Скорость распространение продольных поперечных упругих волн	Гц	энергия упругих колебаний	мСмм (миллиСименс на метр)
Тепловое поле	Температура,тепловой поток	Вт/м2	(теплофизическое) температуропроводность.	в градусах Цельсия (С°) или Кельвинах (К)
Радиационное поле

 

В этом разделе подробно рассмотреть физические основы метода, регистрируемые параметры, используемую аппаратуру, виды кривых, масштабы записи, решаемые задачи.

Типы сейсмических волн, продольные, поперечные волны. Отражение, преломление, дифракция, рефракция упругих волн.

От пункта возбуждения во все стороны распространяются упругие волны. Вдоль земной поверхности идут поверхностные волны, а в глубь слоя распространяются прямые или падающие (продольная и поперечная) волны. На границах раздела сред с разными скоростями упругих волн за счет энергии падающей волны возникают отраженные и преломленные волны. При этом могут образоваться отраженные и преломленные волны как того же типа, что и падающая (монотипные, однотипные волны), так и другого типа (обменные волны). Поскольку продольные волны обладают большими скоростями, чем поперечные (и поэтому к пунктам регистрации приходят первыми), а при возбуждении упругих волн взрывами и многими невзрывными источниками возникают в основном продольные волны, то в сейсморазведке они используются чаще. В дальнейшем речь будет идти в основном о продольных волнах, хотя все рассмотренные закономерности могут быть справедливы и для поперечных волн. Отражение монотипных продольных сейсмических волн происходит на границах слоев с разными волновыми сопротивлениями (акустическими жесткостями σV), т.е. условие образования отраженной волны определяется неравенством

σ ₁V₁≠σ₂V₂

где V1, V2 и σ 1,σ 2 – скорости распространения волн и плотности пород в первом и втором слоях, а угол падения равен углу отражения (рис.).

Рис. Основные типы продольных волн: а – 1 – прямая, 2 – отраженная, 3 – преломленная проходящая, 4 – преломленная скользящая, 5 – преломленная головная; б и в – рефрагированные волны, образующиеся во втором слое и в среде с возрастающими с глубиной скоростями упругих волн.

Из преломленных волн для сейсморазведки особый интерес представляют волны, падающие под углом = i, называемым критическим, или углом полного внутреннего отражения, когда угол преломления становится равным 90º. В этом случае вдоль границы раздела пойдет скользящая преломленная волна. Именно она, согласно принципу Гюйгенса, создает новые волны, называемые головными, которые изучаются в сейсмическом методе преломленных волн. При = 90º, sin = 1 и формула для определения критического угла падения получит вид sin i = V1/V2. Так как sin i 1, то условием образования скользящей, а значит, и головной преломленной волны является V2 V1. Если скорость распространения упругой волны в среде возрастает с глубиной, то лучи проходящих волн искривляются и возвращаются на поверхность. Такие волны называются рефрагированными. На рис б, изображена рефрагированная волна, образующаяся в слоистой толще, перекрытой однородным слоем.

Подобную форму лучей рефрагированных волн можно объяснить следующим образом (рис. в). Если среду с непрерывно возрастающей с глубиной скоростью разбить на отдельные прослои с V1 V2 V3 … Vn, то на границах между ними должны образоваться преломленные волны. Углы преломления в данном разрезе согласно закону отражения - преломления будут возрастать по мере углубления (β_1,2 <(β_2,3 <… <β_n-1, _n ) до тех пор, пока β_n-1, n = 90º в точке максимального проникновения или поворота луча. Далее волна выйдет на поверхность наблюдений. Рассмотренными особенностями объясняется тот факт, что волны, входящие в подобную среду под меньшим углом падения, проникают глубже.

В сейсморазведке основным является метод отраженных волн (МОВ), меньшее применение имеет метод преломленных волн (МПВ) (раньше его называли корреляционным – КМПВ), близкий к нему метод рефрагированных волн (МРВ), а также методы проходящих волн.

Рефрагированные волны по природе близки к головным. Однако нагоняющие годографы над слоистой средой, получен-ные из разных пунктов возбуждения, для рефрагированных волн сходятся, а для головных – параллельны.

Прямые волны используются при скважинных сейсмиче-ских, акустических, ультразвуковых исследованиях, когда ис-точники возбуждения волн и приемники располагаются либо в одной скважине, либо разнесены по соседним скважинам или горным выработкам, либо наблюдается комбинация скважинно-го возбуждения (измерения) с околоскважинным, поверхност-ным возбуждением (измерением) упругих волн.

Реальные геологические среды очень сложны с точки зрения скоростного разреза и особенностей распространения в них монотипных упругих волн. Рассмотрим упрощенные физико-геологические модели (ФГМ) сейсмических сред.

В однородной изотропной среде скорость распространения упругой волны в каждой точке неизменна по величине и направлению. В однородной анизотропной среде скорость распространения упругих волн по разным направлениям различна. В однородных слоистых средах скорость остается постоянной лишь в каждом слое и скачком меняется на их границах. В градиентных средах скорость распространения волн является непрерывной функцией координат. Чаще всего наблюдается увеличение скорости с глубиной (среды с вертикальным градиентом скорости). В двуxмерных неоднородных средах скорость меняется и в вертикальном, и в горизонтальном направлениях, а в трехмерных – по трем направлениям. В сейсморазведке чаще всего используются модели сред, состоящих из слоев, в каждом из которых скорость или постоянна, или меняется непрерывно, а на границах слоев она меняется скачком. Для образования тех или иных волн большую роль играют форма и качество сейсмических границ между слоями. На резких границах скорости и акустические жесткости меняются более чем на 25%, на нерезких в меньшей степени. С геометрической точки зрения сейсмические границы бывают гладкими, на которых неровности по размерам значительно меньше длины упругой волны, и шероховатыми – с неровностями, сравнимыми с длиной волны.

Скорости распространения упругих волн являются определенным диагностическим признаком горной породы. Методы их определения делятся на лабораторные (измерения на образцах), скважинные (сейсмические и акустические наблюдения в скважинах), полевые (расчет скорости в результате интерпретации данных сейсморазведки).

Скорости распространения волн определяются составом, строением и состоянием горных пород, которые в свою очередь зависят от гранулометрического и минерального состава твердых частиц, глубины залегания, возраста пород, степени метаморфизма, плотности, пористости, трещиноватости, разрушенности, выветренности, водонасыщенности, нефтегазонасыщенности и других факторов.

Наименьшими скоростями (Vp) обладают рыхлые сухие пески (0,5–1 км/с), нефть (~1,2 км/с), вода (~1,5 км/с), глины (1,3–3 км/с), уголь (1,8–3,5 км/с). Большие скорости (3–6 км/с) распространения волн у скальных осадочных пород (известняки, мрамор, доломит, соль и др.); самые большие скорости (4–7 км/с) – у изверженных и метаморфических пород.

Все остальные факторы, которые формируют породу более массивной, сцементированной, консолидированной (например, водонасыщенность, замерзание, степень метаморфизма) увеличивают скорость распространения волн. С увеличением раздробленности, трещиноватости, рыхлости, пористости (при заполнении пор воздухом или газом) скорость уменьшается.

Нефтенасыщенные породы по скорости волн мало отличаются от водонасыщенных. Для сильно рассланцованных пород характерно различие скоростей распространения волн в разных направлениях (анизотропия): у них скорость на 10–20% больше вдоль, чем в крест напластования. Чем больше абсолютный возраст пород (T) и глубина их залегания (h), тем больше скорость.

Рис. 1. Функциональная схема сейсморазведочного канала

Рис. 2. Типовая блок-схема цифровой сейсмостанции

Технологии сейсморазведочных работ объединяют операции подготовки и производства наблюдений. Это изучение геолого-геофизических условий, оценка местности, разбивка профилей, выбор аппаратуры и технических средств, топографическая привязка, составление и оперативная корректировка последовательности работ и.т.д. Технологии существенно отличаются при проведении сейсморазведки на суше, акваториях, в скважинах и горных выработках. Основные отличия заключаются как в специфике самих работ, так и в применяемых аппаратурных модулях и технических средствах. В частности, только при полевых работах на суше в зависимости от условий местности и климатических условий специально оснащаются и переоборудуются сейсмостанции, буровые станки, передвижные пункты взрыва, установки невзрывного возбуждения, вспомогательный транспорт и.т.д. Используются различные сейсмические косы (многожильные сейсмические кабели) и присоединяемые к ним сейсмоприемники.В морской сейсморазведке применяют специально оснащенные плавсредства (суда), на которых устанавливаются сейсмостанция, оборудование для буксирования источников и приемных устройств (кос), навигационная аппаратура и др. Сейсмические косы являются цифровыми (стримеры), делятся на плавающие и донные (при работах на мелководье и малых водоемах). Сейсмическими источниками служат группы пневмо и (или) электроискровых (спаркеры) излучателей. Все это, как и в наземной сейсморазведке, предопределяет различные системы наблюдений методами МПВ и МОВ. Сейсморазведка 2Dвыполняется, как правило, в виде продольного многократного профилирования с одной косой, а сейсморазведка 3Dреализуется с помощью буксируемой базы наблюдений (один источник и несколько параллельных кос).Скважинная сейсморазведка в основном состоит из сейсмокаротажа (определение средних и пластовых скоростей распространения упругих волн) и вертикального сейсмического профилирования – ВСП (изучение волновой картины в стратиграфическом разрезе). Исследования выполняются в глубоких буровых скважинах по схеме скважина-поверхность (рис. 3). Для выполнения работ требуется термостойкая скважинная сейсморегистрирующая аппаратура, устанавливаемая на спецавтомобиле, на котором помимо цифровой сейсмостанции находится лебедка с многожильным каротажным кабелем.

Рис. 3. Схема наблюдений методом ВСП

Порядок составления, рассмотрения и утверждения проектов на проведение сейсморазведочных работ регламентируется «Инструкцией по составлению проектов и смет на геологоразведочные работы», Макетом проекта на проведение сейсморазведочных работ, а также другими действующими инструктивными, нормативными документами и приказами Министерства.

В проекте должны быть обоснованы и определены методика, техника, технология, организация сейсморазведочных и связанных с ними работ, которые необходимо провести для выполнения геологического задания, а также исходные данные для расчета сметной стоимости работ.

На каждое геологическое задание составляется единый проект, в котором предусматриваются все необходимые виды работ (геофизические, буровые, топографо-геодезические, опытно-методические, тематические и другие), входящие составной частью в проектируемый комплекс исследований.

Название Проекта должно соответствовать геологическому заданию и отражать наименование объекта и стадии (подстадии) работ. Проект состоит из двух частей — геолого-методической и производственно-технической.

В геолого-методическую и производственно-техническую части должны включаться все разделы, приведенные в Макете проекта, форма и содержание которого обязательны при составлении проектно-сметной документации.

Годографы волн.

Годографом сейсмической волны называется график зависимости времени пробега волны от источника до приемника волны (регистрирующего устройства) от эпицентрального расстояния. Эпицентральное расстояние -- это угол с вершиной в центре шара, которым изображается Земля, а сторонами этого угла являются радиус-векторы источника и приемника.

Из закона Снелиуса следует, что сейсмический луч, направленный внутрь Земли, будет отклоняться от нормали к сферическому пласту, так как с увеличением глубины скорость упругих колебаний, за редким исключением, увеличивается. Поэтому сейсмический луч, который вышел из точки на поверхности Земли, погрузившись на некоторую глубину, снова выйдет на поверхность в точке , где поставим сейсмоприемник (сейсмостанцию). Другой луч из той же точки, почти совпадающий с первым, выйдет на поверхности в точке (рис.3).

Опустим перпендикуляр из точки на второй луч. Точку пересечения этого перпендикуляра с траекторией второго луча обозначим через . Точки , , образуют треугольник.

Примем за основание этого треугольника сторону . Угол при вершине обозначим через -- это угол падения первого луча на поверхность раздела, в частности, на поверхность Земли. Тогда увеличение пути второго луча по отношению к первому, будет равно . Пусть время, которое необходимо, чтобы волна достигла точки равно , а точки -- соответственно , где -- приращение эпицентрального расстояния, равное . Следовательно, . Отсюда следует

В полученной формуле индекс "0" означает, что соответствующие величины относятся к приповерхностному слою на выходе сейсмического луча. Однако, можно показать, что величина приведенного отношения не изменяется вдоль всей траектории луча, он является параметром луча . Остается выяснить, каким образом с помощью параметра луча, который можно получить из годографа, определить изменение скорости в зависимости от радиус-вектора .

Изображонного на рис.4 но , поэтому

. Выразим через параметр луча . Теперь . Введем обозначение

Временные разрезы.

Была разработана аппаратура Квант, предназначенная для вывода сейсмической информации из ЭВМ на микрофильм и построения временных и глубинных сейсмических разрезов .

Эти явления, совместно со значительными толщинами газонасыщенных интервалов (до 20О м), позволяют получить устойчивую и выразительную волновую картину на временных сейсмических разрезах. Все описанные выше эффекты зафиксированы на открытых сеноманских газовых залежах южной части Гыданской НГО (Тотаяхинское, Антипаютинское, Минховское месторождения ], однако выраженность их на временных сейсмических разрезах несколько ниже, чем на месторождениях Ямальской или На-дым - Пур-Тазовской НГО.

Это обусловлено, как низким качеством сейсмических материалов, так и характеристиками залежей - небольшими газонасыщенными толщинами, более низкой пористостью коллекторов. Таким образом, исходя из классического подхода к построению изображений на основе миграции до суммирования, удается разработать чрезвычайно гибкий инструмент, который может быть применен для решения широкого круга задач, связанных с детализацией сейсмического разреза.

Прежде всего, конечно же, это возможность существенного повышения информативности и разрешенности изображения за счет надежного выделения дифрагирующих / рассеивающих объектов, в том числе и располагающихся в непосредственной близости от интенсивных отражающих горизонтов.

С помощью анализа селективных изображений, полученных для разного значения величины сейсмического сноса, удается рассмотреть с разных сторон отдельные составляющие сейсмического разреза, сконцентрировавшись на наиболее интересных из них.

Если качество записи слишком плохое, чтобы обеспечить непрерывное прослеживание отражений, или если непрерывное отражение присутствует на записи пе в той части разреза, по которой требуется информация, можно провести условные горизонты - линии на сейсмическом разрезе, которые параллельны расположенным вблизи отражающим площадкам, выделенным интерпретатором как надежные. Там, где данные противоречивы или вовсе отсутствуют, интерпретатор проводит условные горизонты так, как считает наиболее разумным, исходя из любых доступных разрозненных сведений. Во-первых, из-за того, что грабенообразные прогибы в силу специфических признаков, из которых определяющим является их небольшая ширина, нечетко выражены в нижнепермском структурном плане и не всегда однозначно интерпретировались (особенно в первые годы) на сейсмических разрезах, важно было выявить линейно вытянутые зоны положительных структур северо-восточного простирания и сопровождающие их с запада узкие зоны прогибов.

Метод отраженных волн (МОВ) и метод общей глубинной точки (МОГТ).

Основан на выделении волн, однократно-отраженных от целевой геологической границы. Наиболее востребованный метод сейсморазведки^[6], позволяющий изучать геологический разрез с детальностью до 0,5 % от глубины залегания границы.Используется в сочетании с методикой многократных перекрытий, в которой для каждой точки границы регистрируется большое количество сейсмических трасс. Избыточная информация суммируется по признаку общей средней или глубинной точки (ОСТ или ОГТ). Метод общей глубинной точки значительно расширяет возможности МОВ и применяется в большинстве сейсморазведочных работ.

Рис. 1. Схема сейсморазведочных работ методом отраженных волн: 1 — сейсмоприёмники; 2 — сейсморазведочная станция; 3 — взрывной пункт; 4 — место взрыва; 5 — прямая волна; 6 — отраженная волна.

Принципиальную сущность МОГТ составляет идея многократного прослеживания одних и тех же отраженных волн при различном взаимном положении источников и приемников упруги колебаний. Рассмотрим один прямолинейный профиль, расположенный на поверхности земли. На некоторой глубине находится одна плоская горизонтальная отражающая граница. Выделим и отражающей границе единственную точку Д расположенную строго под линией профиля.

Чтобы зарегистрировать отражения от точки D (точнее, от некоторой части отражающей границы с центром в этой точке), источник S и приемник R должны располагаться на профиле симметрично относительно точки М, являющейся проекцией точки D на линий наблюдений. На рис.1. показаны три из множества возможных положений источника и приемника, при которых возможна регистрация отражений с заданной глубинной точки D. Это означает, что данная схема наблюдений обеспечивает трехкратное прослеживание отражения с глубинной точки D. При реальных работах используют большие кратности - 24, 48 и более.

Рис.1. Схема, поясняющая процесс формирования многократных отражений от общей глубинной точки D.

Каждому сочетанию пунктов возбуждения и приема упругих волн соответствует своя сейсмическая трасса. С каждой трассой связаны три координаты профиля: пункта воз6уждения s, пункт приема r и средней точки т. Кроме того, для ряда задач удобно и полезно рассматривать расстояния h от средней точки до источника или приемника. Все эти величины связаны между собой следующими очевидными соотношениями (рис.2):

r = m + h,

s = (m – h),

h = 0,5*(r – s),

m = 0,5*(r + s)

Поскольку после целого ряд преобразований исходных трасс получающуюся результативную (суммарную) трассу принято связывать (относить) с общей глубинной точкой D то данный метод получил название метод общей глубинной точки.

Рис.2. Связь различных координат профиля наблюдений в методе общей глубинной точки.

 

Тест

1. Разведочная геофизика –

А) Раздел прикладной геофизики, занимающийся исследованиями строения земной коры геофизическими методами с целью поиска и разведки месторождений полезных ископаемых.

Б) Раздел прикладной геофизики, занимающийся исследованиями строения земной коры геофизическими методами.

 

Физическое поле -

А) Пространство, каждая точка которого может быть охарактеризована некоторой величиной постоянного или меняющегося значения.

Б) Пространство, каждая точка которого может быть охарактеризована некоторой величиной меняющегося значения.

Геофизическое поле -

А) Поле, особенности которого зависят от геологического строения земной коры, называют.

Б) Множество значений физических величин, количественно характеризующих физическое поле в пределах определенной области или территории Земли.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Заполнить Таблицу 1,2.

2. Ответить на теоретические вопросы.

Тест.

Заполнить таблицы 1 и 2.

Таблица 1

Классификация геофизических методов по природе используемых полей

Название метода	Используемые поля
Гравиразведка	Гравитационное поле
Магниторазведка	Магнитное поле
Электроразведка	Электроволновое(Электромагнитное)поле
Сейсморазведка	Сейсмоволновое(поле упругих колебаний или сейсмоакустическое)
Терморазведка	Тепловое поле
Ядерная геофизика	Радиационное поле

Таблица 2