МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Инженерная школа природных ресурсов Отделение геологии Специальность: 21.05.03 Технология геологической разведки Расчет параметров системы наблюдений в методе ОГТ КУРСОВОЙ ПРОЕКТ Вариант 14 по дисциплине: Сейсморазведка Исполнитель: Студент группы 2291 Поломошнова П.И. (ОГ, ИШПР) Ростовцев В.В. Руководитель: Доцент Томск – 2024 Оглавление Оглавление..........................................................................................................................2 Введение .............................................................................................................................3 1. Теоретическая часть ............................................................................................3 1. 1. Физические основы метода глубинной точки (ОГТ) ....................................3 1. 2. Методика полевых работ методом общей глубинной точки (ОГТ). ...........4 1. 3. Методика интерпретации данных метода общей глубиной точки (ОГТ) ..5 2. Практическая часть ..............................................................................................8 2.1. Определение требуемой степени подавления кратной волны-помехи. ......8 2.2. Расчет функции запаздывания кратной волны-помехи ................................9 2.3. Расчет функции запаздывания ......................................................................11 Заключение .......................................................................................................................13 Список литературы ..........................................................................................................13 Введение Сейсморазведка – один из ведущих геофизических методов изучения геологических объектов с помощью упругих колебаний - сейсмических волн. Метод общей глубинной точки (модификация метода отражённых волн) - метод основанный на многократной регистрации и последующем накапливании сейсмических сигналов, применяющийся для исследований трудных сейсмических разрезов. Целью данного курсового проекта является закрепление и углубление знаний, полученных при изучении курса «Сейсморазведка» и получение навыков расчета оптимальных параметров систем наблюдений МОГТ-2Д. Задачами курсового проекта являются: рассмотрение теоретических основ метода ОГТ 2Д, а также расчет параметров системы наблюдений ОГТ 2Д сейсмологической модели, которую необходимо составить в результате выполнения проекта. Теоретическая часть 1. 1. 1. Физические основы метода глубинной точки (ОГТ) Метод общей глубинной точки (МОГТ) в сейсморазведке является модификацией метода отраженных волн (MOB). Метод ОГТ основан на многократной регистрации и последующем накапливании сейсмических сигналов. В отличие от MOB, в МОГТ происходит суммирование отражений от общих участков. Основой этого метода является многократное получение сейсмических отражений от каждого элемента геологической границы и последующее их распространённым методом суммирование. получения Данный изображений метод является наиболее геологических разрезов в сейсмической разведке уже более 50 лет. Отклики геологической среды на возбуждение сейсмической энергии на дневной поверхности в энергетически преобладающем диапазоне частот сейсмических волн формируются зеркальными отражениями от границ слоёв, слагающих исследуемую осадочную толщу. Из точки изображаемого объекта выходит множество лучей, как из точки рассеивания, и если эти лучи собираются (фокусируются) в некоторой другой точке, то она и есть изображение точки объекта (точка изображения). Если же поверхность объекта зеркальная, то из каждой её точки выходит лишь один луч и, значит, невозможно создать её изображение, можно лишь увидеть фиктивный источник возбуждения сейсмической волны (рис. 1). Чтобы создать рассеивающие точки на зеркальных объектах, нужно использовать не один источник возбуждения сейсмических волн, а множество источников, сравнимое с количеством приёмников. Такую систему регистрации сейсмических данных с шагом источников, сравнимых с шагом приёмников по профилю наблюдений, называют многократными перекрытиями. В точках отражения от зеркальных границ лучи от различных пар источник-приёмник создают рассеивающиеся пучки из этих точек – общих глубинных точек (рис. 2). Изображения таких искусственно рассеивающих точек можно формировать путём фокусировки лучей, из них исходящих. Эта не имеющая практического применения в оптике идея составляет основу метода ОГТ. Рисунок 1 - Зеркальное отражение Рисунок 2 - Зеркальное отражение в ОГТ Чтобы получить изображение ОГТ, необходимо сфокусировать лучи, выходящие из этой точки и приходящие на поверхность наблюдений. В случае световых волн фокусировка выполняется оптическим прибором. В сейсморазведке её осуществляют цифровыми методами. Цифровая обработка включает два этапа. На первом этапе регистрируемые на дневной поверхности сейсмические данные сортируют в сейсмограммы, связанные с общими глубинными точками (сейсмограммами ОГТ). Сортировка производится по принципу общей средней точки: в одну сейсмограмму ОГТ попадают трассы, у которых средняя точка между источником и приёмником общая (рис. 2). По этой причине иногда метод ОГТ называют методом общей средней точки (ОСТ). На втором этапе суммируются амплитуды сейсмических трасс в сейсмограмме ОГТ, снятых на удвоенных временах прихода сейсмической волны от ОГТ до точки источника (или приёмника). 1. 2. Методика полевых работ методом общей глубинной точки (ОГТ). Организация полевых работ осуществляется коллективом партии под руководством начальника сейсмической партии, действующего на основе единоначалия. Этапы деятельности партии подразделяются на следующие периоды: проектносметный; организационный; полевой; ликвидационный; камеральный. Содержание и сроки каждого периода устанавливаются проектом работ. В проектно-сметный период на основании полученного геологического задания составляется и утверждается вся проектно-сметная документация. После утверждения проекта издается приказ о формировании партий и назначается начальник сейсмической партии. В организационный период производится: - комплектование партии кадрами инженерно-технических работников и рабочих; - ознакомление всех работников партии с составом и сутью геологического задания и порядком его реализации в соответствии с проектом; - получение необходимой аппаратуры и оборудования и их транспортировка к месту работы; - согласование всей разрешительной документации на право проведения всех видов работ партией; - организация базы партии; - организация снабжения партии всеми расходными материалами (ГСМ, ВВ, продукты питания и т.п.); - рекогносцировка местности и изучение путей проезда по территории данной площади. Началом полевых работ принято считать день получения первой сейсмической записи, которую можно использовать для решения поставленных проектом задач. Окончанием полевых работ принято считать день получения последней записи, необходимой для решения поставленных задач. Продолжительность ликвидационного периода устанавливается проектом. Фактически его началом считается день, следующий за днем окончания полевых работ. Начало камерального периода устанавливается приказом начальника партии. В камеральный период производятся предварительная и окончательная обработка, и интерпретация полученных материалов, составление отчета о проведенных работах, его защита на научно-технических советах организации Исполнителя и Заказчика работ и сдача отчета Заказчику и в Росгеолфонд. День отправки отчета в Росгеолфонд считается датой окончания камерального периода и последним днем работы партии по этому проекту. В процессе всего периода деятельности партии ежемесячно составляют акты о выполненных объемах работы с представлением необходимых документов и актов, подтверждающих их выполнение. 1. 3. Методика интерпретации данных метода общей глубиной точки (ОГТ) Интерпретацию сейсморазведочных данных выполняют на всех этапах их обработки: без своевременного анализа и геологического истолкования промежуточных материалов нельзя получить полноценные окончательные результаты. Решающее значение интерпретация приобретает на заключительном этапе построения итоговой сейсмогеологической модели объекта исследований. Качество первичного (полевого) материала оценивается при анализе волновой картины. Волновая картина – это то, в каком виде на сводных сейсмограммах отображается волновое поле данного источника, т.е. характер регистрации волн на сейсмограммах, их динамические и кинематические параметры, области прослеживаемости на профиле, регулярные и нерегулярные помехи. По полученной сейсмограмме проводят корреляцию. Корреляцией (фазовой корреляцией, пикированием) волн называют процесс прослеживания от трассы к трассе какой-либо фазы (экстремума) волны. Линию, соединяющую одинаковые фазы одной и той же волны на разных трассах, называют осью синфазности. Она представляет собой годограф фазы волны в масштабе сейсмограммы. Извлечение полезной геологической информации из полевых сейсмических записей происходит в процессе их обработки и интерпретации. При этом получение итоговой геолого-геофизической информации о разрезе базируется на решении так называемой обратной задачи сейсморазведки - задачи определения сейсмогеологического строения изучаемой территории по наблюденному полю упругих волн. Идеальным результатом такого решения было бы установление характера распределения сейсмических параметров (скоростных и поглощающих свойств) во всем объеме изучаемой геологической среды. Однако получение такого результата на современном уровне развития теории метода по ряду причин пока невозможно. Тем не менее, с учетом ряда ограничений, существующая теория сейсморазведки позволяет получать количественные данные о строении изучаемых геологических объектов. При этом различают, в широком смысле этого слова, два различных подхода к обработке и интерпретации данных сейсморазведки. Первый подход - кинематический - позволяет по наблюденным временам прихода импульсов полезных (целевых) волн восстановить положение отдельных сейсмических границ и изучить в первом приближении распределение скоростей в среде. В настоящее время кинематическая интерпретация является на практике, преобладающей и служит основой для решения большинства традиционных задач структурной сейсморазведки. Второй подход - динамический - основан на одновременном количественном использовании, как времени прихода сейсмических колебаний, так и их интенсивности, и формы записи. В этом направлении достигнуты пока относительно скромные результаты. Однако этот подход быстро и эффективно совершенствуется. Можно ожидать, что в недалеком будущем на его основе станет возможным надежное получение важных и достоверных сведений не только о форме сейсмических границ, но и о характере распределения во всем разрезе акустической жесткости и коэффициентов поглощения упругих волн. Формальной задачей кинематической обработки сейсмических записей является такое их преобразование, которое позволило бы максимально просто и с высокой достоверностью выделять целевые сейсмические волны и эффективно подавлять все ненужные, мешающие волны-помехи. В такой постановке задача обработки включает в себя ряд процедур, относительная роль которых при решении различных геологогеофизических задач может быть различной. Среди этих процедур необходимо, прежде всего, назвать: препроцессинг, собственно типовую кинематическую обработку и детальную кинематическую обработку. Целью большинства видов обработки является усиление амплитуды полезного сигнала относительно уровня помех - улучшение соотношения "сигнал - помеха". При различиях спектрального состава полезных волн и волн-помех с целью улучшения соотношения "сигнал-помеха" широко применяют одноканальную частотную фильтрацию. Результативность обработки сильно зависит от того, насколько хорошо экспериментальные данные соответствуют принятой теоретической модели среды. Среди факторов, нарушающих это соответствие, прежде всего, следует отметить искажения времен прихода волн за счет неоднородностей верхней части разреза. Такие искажения устраняются путем введения статических поправок. При обработке данных многократных перекрытий в МОВ в большинстве случаев необходимо введение кинематических поправок. С их помощью устраняют различия во временах прихода полезных отраженных волн, вызванные неодинаковым удалением пунктов наблюдения от источников. После поправок и суммирования получаем кинематический временной разрез по профилю. Именно на нем проводят корреляцию (выделение и прослеживание) полезных волн. Во многих случаях временной разрез вполне пригоден для качественной геологической интерпретации сейсмических данных. На заключительных этапах обработки данных МОГТ производят определение сейсмических скоростей и построение границ. Сейсмические данные, получаемые после обработки первичных сейсмограмм, представляют собой набор цифровых значений некоторых сейсмических параметров (атрибутов), получаемых в узлах, как правило, регулярной двумерной сетки в вертикальной плоскости - при профильных работах 2D, или в узлах пространственной трехмерной сетки - при работах 3D. Для выполнения всей последующей интерпретации результатов обработки требуется представлять эту огромную по объему цифровую информацию в компактном виде, в той форме, в которой эта информация могла бы быть осознана, понята, проанализирована и сопоставлена с другими геолого-геофизическими данными. Единственным способом такого представления является графическое изображение сейсмических материалов на экране компьютера или бумаге. При сейсморазведочных работах по технологии 2 - D основной результат обработки - это сейсмический разрез (временной или глубинный). При обработке материалов сейсморазведочных работах, полученных по технологии 3 - D, результаты могут быть визуализированы в виде кубов в пространственном представлении, при этом могут быть проведены различные анимации этих кубов. Практическая часть 2. 2.1. Определение требуемой степени подавления кратной волны-помехи. Для построения геологического вертикального сейсмического профиля (прил.1) по исходным данным сейсмогеологической модели для 14 варианта в первую очередь рассчитывается время прихода полезной отраженной волны по формуле: ℎ ℎ ℎ ℎ ℎ 500 𝑉1 𝑉2 𝑉3 𝑉4 𝑉5 1500 𝑡0 = 2 ∙ ( 1 + 2 + 3 + 4 + 5) = 2 ∙ ( + 600 2000 + 400 2800 + 500 3000 + 250 2700 ) = 2,07 с. Каждая граница в разрезе характеризуется коэффициентом отражения А и двойного прохождения волн K, которые вычисляются по формулам: 𝐴𝑗 = 𝑉𝑖−1 ∙ 𝜌𝑖−1 − 𝑉𝑖 ∙ 𝜌𝑖 𝑉𝑖−1 ∙ 𝜌𝑖−1 + 𝑉𝑖 ∙ 𝜌𝑖 𝐾𝑗 = 1 − 𝐴𝑗2 где i – номер слоя, j – номер границы. A0 = 1,2 ∙ 330 − 1500 ∙ 2100 = −0,9998 1,2 ∙ 330 + 1500 ∙ 2100 1500 ∙ 2100 − 2000 ∙ 2200 = −0,1655 1500 ∙ 2100 + 2000 ∙ 2200 2000 ∙ 2200 − 2800 ∙ 2300 A2 = = −0,1882 2000 ∙ 2200 + 2800 ∙ 2300 2800 ∙ 2300 − 3000 ∙ 2500 A3 = = −0,076 2800 ∙ 2300 + 3000 ∙ 2500 3000 ∙ 2500 − 2700 ∙ 2400 A4 = = 0,073 3000 ∙ 2500 + 2700 ∙ 2400 2700 ∙ 2400 − 5000 ∙ 2800 A5 = = −0,3672 2700 ∙ 2400 + 5000 ∙ 2800 A1 = Коэффициент двойного прохождения К рассчитывается по формуле: K j = 1 − A2j Для границ разреза коэффициенты двойного прохождения равны: K 0 = 1 − 0,99982 = 0,0005 K1 = 1 − 0,16552 = 0,9726 K 2 = 1 − 0,18822 = 0,9646 K 3 = 1 − 0,0762 = 0,9942 K 4 = 1 − 0,0732 = 0,9947 K 5 = 1 − 0,36722 = 0,8652 Амплитуды целевой и кратных волн рассчитываются следующим образом: aп = A5 ∙ K1 ∙ K 2 ∙ K 3 ∙ K 4 = −7,57 ∙ 10−5 2h1 + 2h2 + 2h3 + 2h4 + 2h5 aкр1 = (−А0 )2 ∙ А13 = −1,512 ∙ 10−6 6h1 K1 ∙ K 2 ∙ А53 ∙ (−А2 )4 aкр2 = = −4,825 ∙ 10−5 2h1 + 2h2 + 10h3 |aкр2 | ≫ |aкр1 |, следовательно, для расчета D используется значение aкр2 Требуемая степень подавления кратных волн-помех: 𝐷= 𝑎п −7,57 ∙ 10−5 = = 50,07 𝑎кр2 −1,512 ∙ 10−6 Полученное значение D превышает положенную норму (от 3 до 5), поэтому степень подавления кратных волн-помех принимаем равное 4-ём (D=4). 2.2. Расчет функции запаздывания кратной волны-помехи Для кратной волны с максимальной амплитудой необходимо построить функцию запаздывания. Время 𝑡0кр можно определить по схеме образования кратной волны на теоретическом ВСП или суммированием времен пробега во всех пластах, через которые она проходит: ℎ𝑖 𝑡0кр = ∑ 𝑉𝑖. Вычисляется средняя скорость фиктивной среды по всему пути вертикального пробега кратной волны: Vкр = ∑ hi 6 ∙ 500 = = 1497,454 м⁄с t 0кр 2,0034 Аналогичным образом рассчитывается средняя скорость полезной волны: Vср = ∑ hi 2 ∙ 700 + 2 ∙ 400 + 2 ∙ 600 + 2 ∙ 300 + 2 ∙ 250 4500 = = = 2172,7 м⁄с t0 2,07 2,07 Далее вычисляется годограф кратной волны: 2 x t кр(x) = √t 20кр + ( ) Vкр Годограф полезной волны рассчитывается по аналогичной формуле: t (x) = √t 20 + ( x Vср(t0 ) 2 ) При построении годографов шаг по оси X берется равным 50 м в интервале от 0 до 3000 м. Затем вводятся кинематические поправки, рассчитанные по формуле. 𝑡𝑘 (𝑥0 𝑡0 ) = t(x) - 𝑡0 При этом закон 𝑉ср (𝑡𝑜𝑖 ) задается с некоторым небольшим шагом 𝑡𝑖 = (0,025 0,05 с.) Для каждого 𝑡0𝑖 рассчитывается теоретический годограф по всей длине сейсмозаписи (рис.3). 2,95 2,85 2,75 2,65 t, с 2,55 2,45 2,35 2,25 2,15 2,05 1,95 0 500 1000 x, м 1500 2000 2500 3000 Рисунок 3 – Построение остаточного годографа кратной волны. Годограф кратной волны пересекает несколько годографов. Очевидно, что в точках пересечения: 𝑥 𝑥 𝑖 2 2 + (𝑉ср(𝑡𝑖 ))2 = √𝑡02 кр + (𝑉кр ) √𝑡0𝑖 0𝑖 Отсюда легко найти xi – абсциссу точки пересечения i – го годографа однократного отражения с годографом кратной волны. 2 2 𝑡𝑜𝑖 − 𝑡0кр 𝑥𝑖 = √ 1 1 (𝑉 )2 − ( )2 𝑉 (𝑡 кр ср 𝑜𝑖 ) ` После ввода кинематических поправок исправленное время кратной волны 𝑡кр в точке пересечения годографа с i – ым годографом однократного отражения равно: ` 𝑡кр (xi) = 𝑡кр (xi) - 𝑡кр (xi, toi) = 𝑡кр (xi) = 𝑡0 (xi) + 𝑡𝑜𝑖 = 𝑡𝑜𝑖 Таким образом, остаточный годограф кратной волны после ввода кинематических поправок будет представлен на плоскости годографа совокупностью точек с координатами (𝑥𝑖 , 𝑡𝑜𝑖 ), где 𝑥𝑖 – абсциссы точек пересечения годографа кратной волны с нормальными годографами однократных отражений. Функцию запаздывания кратной волны (x) определяют по формуле: ` (x) = 𝑡кр (x) - 𝑡0кр 2.3. Расчет функции запаздывания Расчет параметров производится с помощью обобщенных нормированных характеристик направленности суммирования по ОГТ. В нашем случае степень подавления D = 4. Следовательно, P = 1/D = 1/4 = 0,25. Из набора характеристик направленности выбираем семейство с минимально возможной кратностью n, которое при любой кривизне σ обеспечивает подавление кратной волны в D раз, т. е. семейство, у которого все характеристики опускаются ниже уровня P=0,25. Данному условию удовлетворяет семейство с кратностью n=24 (рис.4) Рисунок 4 - Характеристики направленности суммирования по ОГТ при n = 24 Отложив Р по вертикальной оси снимаем значения: yн – нижнее значение обобщенного аргумента и yв – верхнее значение обобщенного аргумента. При P = 1/4, yн = 2,65 и yв = 11,4. fв и fн по условию 60 Гц и 20 Гц соответственно. Проверяем выполнение условия: ув 𝑓 н н ≥ 𝑓в ; у 11,4 2,65 60 ≥ 20; 4,3 ≥ 3 – условие выполняется. у у в н 11,4 2,65 + + Определяем требования к функции запаздывания: τ∗max = fв fн = 60 20 = 0,16125 2 2 На графике функции запаздывания τ(x) по оси ординат откладываем величину τ*max и по графику определяем xmax = 1763 м (рисунок 5). По заданным параметрам определяем стрелу прогиба функции запаздывания при x = 0,5xmax. Для этого соединяем точки (0;0) и (xmax; ∗𝑚𝑎𝑥 ) прямой и получаем значение ∗ = 0,037. 0,4 0,35 0,3 t, с 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 -0,05 0 500 1000 1500 x, м 2000 2500 3000 Рисунок 5 – График функции запаздывания. Так как определенное по графику значение стрелы прогиба ∆τ*≤σ ∆τ*max=0,037≤0,25*0,16125≤0,0403125, то выбранная характеристика направленности с параметрами n, σ и максимальным удалением удовлетворяет требованиям задачи. В результате проведенных операций получены значения n=24, xmin=0, xmax=1763 м. Теоретическая длина годографа 𝐻 ∗ = 𝑥𝑚𝑎𝑥 − 𝑥𝑚𝑖𝑛 = 1763 м. Практическая длина годографа H = k*x. Теперь необходимо подобрать канальность сейсмостанции K и шаг наблюдения ∆x так, чтобы H≤H*, то есть k∆x≤xmax-xmin = k∆x≤1763. Пусть шаг между каналами x = 50 м, тогда канальность сейсмостанции k=24, тогда практическая длина годографа составляет 1200 м. H 1200 Шаг между пунктами возбуждения В по формуле В = 2n = 2∙24 = 25 м. Заключение В ходе выполнения работы были решены все поставленные задачи: произведен расчет параметров системы наблюдений в методе общей глубинной точки (ОГТ). Построен вертикальный сейсмический профиль, график остаточного годографа кратной волны, график функции запаздывания. Система наблюдений представляет из себя сейсмостанцию с канальностью k = 24, шагом между каналами x = 50 м и шагом между пунктами возбуждения B = 25 м, практическая длина системы наблюдений составляет 1200 м. Список литературы 1. Резяпов, Г. И. Сейсморазведка: учебное пособие / Г. И. Резяпов //; Томский политехнический университет. − Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. - 309 с. 2. Гурвич И.И., Боганин Г.Н. Сейсмическая разведка. М.: Недра, 1990. 3. Напалков Ю.В., Сердобольский Л.А. Руководство по проектированию работ сейсмическим методом ОГТ. М.: Изд-во МИНХиГП, 1980. 4. Гриценко, С. А. Изображение геологических разрезов и определение скоростей методом общей глубинной точки. / С. А. Гриценко // – СПб.: Изд-во ВСЕГЕИ 2014. – 120 с.
