Лекция №8 - Геологический портал GeoKniga

Геофизические методы поисков
и разведки месторождений
полезных ископаемых
Лекция 8
Сейсморазведка
(часть 2)
Метод отраженных волн
•Это основной метод, которым
отрабатываются основные объемы
сейсморазведочных работ. Главная
сфера применения – поиски,
разведки и контроль эксплуатации
месторождений углеводородов (газ,
нефть, конденсат).
•Помимо исследований УВ
применяется в региональных
исследованиях глубинного
строения земной коры и в
исследовании рудных районов.
•Имеет применение в инженерной
геологии (т.н. малоглубинная
сейсморазведка).
•Характеризуется высочайшим в
геофизике уровнем развития
технической базы и технологии.
Прямая задача сейсморазведки
•
•
•
•
Двухслойный разрез с одной
отражающей горизонтальной границей.
Скорости слоев V1 и V2; глубина
отражающей границы – h.
Если на границе  V1   V2 то
образуется отраженная волна.
Формула годографа (графика зависимости
времени прихода отраженной волны от
расстояния) определяется расчетом:
2
 x
S     h2 
2
2S
t
;
V1
t
•
•
1
V1
x 2  4h 2
Годограф имеет форму гиперболы, ось
которой параллельна оси t.
Гипербола асимптотически приближается
к линии годографа прямой волны.
Прямая задача сейсморазведки
• Двухслойный разрез с одной
отражающей наклонной границей.
• Скорости слоев –V1 и V2; расстояние
по нормали от ПВ до отражающей
границы – h; угол наклона границы - j.
• Если на границе  V1   V2
то
образуется отраженная волна.
• Формула годографа определяется
формулой:
1
t
V1
x 2  4h 2  4hx  cos j
• Гипербола, ось которой смещена
относительно ПВ на расстояние
2hsinj;
• Характерные точки: t0=2h/V1;
tm=2hcosj/V1; xm=2hsinj
Сейсмограммы
•
•
•
•
•
•
На сеймограммах записи отнесены ко времени
регистрации t. Точки разреза не в равном
положении: под источником возбуждения УВ –
это h=Vxt; в других точках сигнал запаздывает
за счет того, что источник и приемник
разнесены и трасса луча становится больше.
Первые вступления – прямые волны.
Отражения от границ (субгоризонтальных)
имеют характерную гиперболическую форму.
Поздние вступления – шум.
Отраженные волны формируются на всеех
протяженных слоях со скачками акустической
жесткости и углами наклона менее 400.
Приведенное выше уравнение годографа для
двухслойного разреза справедливо и для
разрезов, в которых покрывающая отражающий
слой толща сложена различным количеством
слоев с постоянными и меняющимися
скоростями V. При выполнении расчетов в
формуле значение V1 следует заменить на Vср в
покрывающей среде.
Методика проведения сейсморазведки МОВ
• Методика проведения полевых
наблюдений должна обеспечивать
уверенное прослеживание
отражающих границ.
• Непрерывное сейсмическое
профилирование – система
наблюдений, обеспечивающая
непрерывность изучения
сейсмических границ:
Сейсмоприемники (СП)
устанавливаются симметрично
относительно источника.
- Источник –О3; наблюдения –О2-О4.
- Источник О4; наблюдения – О3-О5.
- Источник О2; наблюдения – О1-О3.
Методика проведения сейсморазведки
МОВ
• В сложных условиях с каждого
источника отрабатывается двойной
интервал по обоим направлениям.
Сейсмоприемники (СП)
устанавливаются симметрично
относительно источника.
Источник –О3; наблюдения –О1-О5.
Источник О4; наблюдения – О2-О6.
Обозначения
расстановки
•При отработке профиля
МОВ-ОГТ «Уралсейс» была
использована встречнофланговая система
наблюдений.
•При работе со взрывным
источником – 6-ти кратное
перекрытие; с вибрационным
источником – 60-ти кратное
перекрытие.
Методика проведения
сейсморазведки МОВ
•Метод общей глубинной точки
(МОВ0-ОГТ, МОГТ).
Сущность МОГТ – профилирование
по системе многократных перекрытий,
при которой источник и приемник
симметрично разносятся от центра
установки, расположенной над
изучаемым отражающим элементом
(«общей глубинной точкой).
Если просуммировать полученные
сейсмограммы , то отражения от одной
и той же границы усиливаются.
По данным суммарной сейсмограммы
можно определить время вступления
ОВ и построить годограф ОГТ,
обработка которого аналогична МОВ.
Интерпретация данных МОВ
•Интерпретация сводится к определению
глубины залегания отражающей
границы (h), угла ее наклона (j) и
скорости УВ в покрывающей среде (V).
•Для определения скорости
используются способы определения
«эффективной скорости» Vэф, мало
отличающейся от Vср. Более точные
способы – данные измерений в
скважинах или данные интерпретации
преломленных волн.
Способы построения границ по
годографам.
В результате сопоставления Vэф и Vср, по
данным скважинных наблюдений или
КМПВ строят график зависимости Vср
от t0, который используют при
интерпретации данных сейсморазведки
данного района.
Способ t0
Если имеется несколько ПВ (несколько
годографов) можно построить
отражающую границу как огибающую к
окружностям с радиусами h,
проведенными из соответствующих ПВ.
h
t0 Vcp
где Vср  средняя скорость,
2
t0  время на ПВ (прихода волны в ПВ)
при x  0
Интерпретация данных МОВ
Способ засечек
На профиле выбирается 3-5 точек.
Из них проводятся засечки с
радиусом R=Vср*t.
Засечки, пересекаясь в одной точке,
дают положение мнимого ПВ, а
отражающая граница располагается
в середине засечек перпендикулярно
ОО1.
Существует множество способов и
алгоритмов интерпретации данных
МОВ.
Построение временных разрезов
• Временной разрез – определенным образом
подобранные и преобразованные
сейсмограммы, на которых записи отнесены к
нулевому времени t0, вместо обычного времени
регистрации.
• При многоканальной записи для получения
временных разрезов сейсмограммы
преобразуются следующим образом:
1. В каждый канал вводится т.н.
«кинематическая поправка», полученная из
ф-лы годографа над двухслойной средой
cos 2 j
tk 
2V  t0
2
ср
далее расчитывается нулевое время
t0 ( x )  t ( x)  t k
2
2. Значение t0(x/2) относится к середине
расстояния между пунктами возбуждения и
приема. Т.е. для пункта x/2 определяется время,
которое могло бы быть измерено, если бы над
ней находился пункт возбуждения.
Построение временных разрезов
• Фактически пакеты волн, имеющие на
сейсмограммах вид гипербол,
выпрямляются. Наибольшая точность у
разрезов МОВ-ОГТ,т.к. благодаря
сложению сигналов происходит
ослабление кратных волн и волн-помех.
• Если Vср не изменяется вдоль профиля,
то линия t0 может быть сопоставлена с
отражающей границей.
• Если мы знаем Vср в вертикальном
сечении, то мы можем временной разрез
перестроить в глубинный.
H
Vср (t0 )  t0
2
• Разрез, полученный в результате
построения отражающих площадок по
линейным годографам – сейсмический
разрез.
Динамические характеристики сейсмических
волн
Анализ динамических характеристик
сейсмических волн (амплитуда,
частота и др. х-ки сигнала)
обеспечивает построение:
- разреза квазиакустичесткой
жесткости (А-разрез) строится по
амплитудным характеристикам
отраженных сигналов.
- параметра квазипоглощения
является функцией частоты
принимаемого сигнала и
используется для выявления зон
высокой и низкой консолидации
горных пород, зон высокого
поглощения.
- разрезы средней и интервальной
скоростей характеризуют
петроплотностные различия
крупных блоков. Их геологическая
эффективность невысока.
Эффективная скорость дает лишь
опосредованное представление о
смене геологической ситуации.
Сейсморазведка МОВ, МОВ-ОГТ
– главный геофизический метод поисков, разведки
и эксплуатации месторождений углеводородов
Простейшие модели нефтегазоносных структур
•
Нефть из нефтематеринской породы перемещается в пористые породы (резервуар) в
результате первичной миграции.
• В пределах резервуара нефть перемещается в ловушку – вторичная миграция.
• Наиболее распространенный тип ловушек – антиклинали. Зональность залежи УВ –
внизу нефть, выше –газ.
• Нефтяные бассейны, приуроченные к одной структуре – поле.
Размеры поля – от 5 до 3000 км2. Поле размером 25 км2 может содержать 136 000
млн.тонн.
Бассейны - от 0.5 км2 до n100 км2 с вертик. размером от n10м до n100 м. Обычно
располагаются на глубинах от 0.5 до 3 км. Более 6 км-редко.
Разрез МОВ-ОГТ осадочного бассейна
• На разрезе уверенно прослеживаются сейсмостратиграфические горизонты,
изучение которых позволяет оценить морфологию всего осадочного
бассейна, выделить синклинальные и антиклинальные структуры, наметить
стратиграфические несогласия, разрывные нарушения.
Применение сейсморазведки
•
•
•
Когда бассейн обнаружен –
КМПВ и МОВ – определение
глубины бассейна.
Главная фаза – выделение
структур ловушек.
Раньше использовались
профильные работы
В настоящее время 3D c
использованием систем
параллельных профилей с шагом
около 100 м. Ставится только на
перспективных площадях.
Необходимость сгущения сети наблюдений
МОВ
3D-сейсморазведка МОВ-ОГТ
Трехмерные (3D) модели
перспективных площадей
выполняются c использованием
систем параллельных профилей
с шагом около 100 м.
3D сейсмическая модель,
представленная на рисунке,
показывает распределение в в
пределах нефтяного поля Forties
field (Северное море)
пористости пород (от 0 до 30%).
Проявление контактов нефти и воды на
разрезе МОВ
• Разрез показывает
наличие рефлектора,
обусловленного
контактом вода-нефть
(выделяется чисто
горизонтальным
положением).
Использование
МОВ-ОГТ для
мониторинга
извлечения УВ
Сейсморазведка МОВ, МОВ-ОГТ
– в исследованиях глубинного строения
земной коры
Новый этап
исследований
глубинного строения
литосферы
• Современный этап
региональных глубинных
исследований
характеризуется резким
переходом от ГСЗ-МОВЗ к
МОВ-ОГТ
Структура поля
• Поле отражателей характеризуется:
- фрагментарностью отражателей, отсутствием протяженных
субгоризонтальных границ (реперных горизонтов), которые можно было
бы напрямую сопоставлять с границами, прослеживаемыми в ГСЗ;
- наличием латеральных и вертикальных неоднородностей поля
отражателей, чередованием прозрачных, полупрозрачных зон с
участками с многочисленными отражающими фрагментами.
Разрез верхней коры
- Наиболее геологическиинформативная структура
поля, проявляющаяся в
виде пакетов коротких
субгоризонтальных и
слабонаклонных
отражателей отмечается в
верхней части коры. Их
инфраструктура
отражает проявления
складчатых разрывных
деформаций, отдельных
геологических тел.
Процедура суммирования и генерализации
оптических изображений
•
Эффективным методическим приемом геологической интерпретации
данных МОВ-ОГТ являются процедуры суммирования и генерализации
оптических изображений, построением разрезов в показателях
отражательной способности (“reflectivity” в англоязычной литературе). На
таких моделях сложная картина распределения отражающих элементов
проявляется в виде сложного радиально-зонального распределения
сейсмически прозрачных и гетерогенных областей. На них более
контрастно выделяются блоки (палеоплиты) с древней архейской корой и
разделяющие их межплитные шовные, появляются дополнительные
аргументы для систематизации и прослеживания на глубину разрывных
нарушений. В этом выражении выделяются два типа объектов: области
стационарности расчетных геофизических параметров, отвечающие блокам
(палеоплитам) с древней континентальной корой и разделяющие их
градиентные зоны, маркирующие положение глубинных межплитных швов
Интерпетационный разрез земной коры по
данным МОВ-ОГТ (профиль Уралсейс).
•
Геолого-геофизическими исследованиями вдоль серии профилей глубинного МОВ-ОГТ
установлено:
- Разрезы палеоплит характеризуются закономерным чередованием в радиальном измерении
высокоотражательных и сейсмически прозрачных зоны. Индивидуальный характер этой
расслоенности в разных блоках, и его смена является индикатором положения межблоковых швов;
- Для верхней - средней коры блоков (палеоплит) характерно повсеместное проявление пакетов
наклонных дугообразных отражающих границ, а также линеаментов смещения субгоризонтальных
пакетов отражателей, которые в приповерхностной зоне хорошо увязываются с геологически
закартированными разрывными нарушениями. Главные надвиговые структуры имеют листрическую
морфологию с широким спектром углов падения в разрезе вулканогенно-осадочного складчатого
слоя и выполаживанием плоскостей сместителей в верхней – средней коре.
- Глубинное - литосферное заложение межплитных структур, их, в общем случае, клинообразной
морфология в разрезе верхней коры части и пологое погружение узких глубинных каналов. Анализ
морфологии, выделенных на разрезах «рефлективности» высокоотражательных пачек, в комплексе
с данными интерпретации потенциальных геофизических полей позволяет оценить положение и
морфологию этих тектонических границ.
Фрагмент разреза МОВ-ОГТ по линии
профиля «Усть-Пинега-Мезень»
• На разрезе уверенно выделяется структура асимметричного грабена
–авлакогена Мезенской синеклизы.