Введение в сейсморазведку

1.

2. Сейсморазведка

*
* Сейсмическая разведка (сейсморазведка) - это
геофизический метод исследования строения Земли и
геологической среды, поисков и разведки нефти и газа, а
также других полезных ископаемых, основанный на
изучении распространения упругих волн, возбужденных
искусственно с помощью тех или иных источников:
взрывов, ударов и др. Горные породы отличаются по
упругим свойствам, поэтому обладают различными
скоростями распространения упругих волн. Это приводит к
тому, что на границах слоев, где скорости меняются, могут
образоваться различные волны, регистрируя которые на
земной поверхности, можно получить информацию о
скоростном разрезе, а по нему судить о геологическом
строении.

3.

4.

Методика сейсморазведки основана на изучении кинематики волн
(времени пробега волн от пункта их возбуждения до сейсмоприемников)
или их динамики (амплитуда, фаза, частоты).
По решаемым задачам различают глубинную, структурную, нефтегазовую,
рудную, инженерную сейсморазведку.
По месту проведения сейсморазведка подразделяется на наземную (полевую), акваториальную (морскую), скважинную и подземную.
По частотам колебаний используемых упругих волн можно выделить
высокочастотную (частоты свыше 100 гц), среднечастотную (частоты в
несколько десятков герц) и низкочастотную (частоты менее 10 гц)
сейсморазведку. Чем выше частота упругих волн, тем больше их
затухание и меньше глубинность разведки.
Сейсморазведка - очень важный и во многих случаях самый точный (хотя
и самый дорогой и трудоемкий) метод геофизической разведки, применяющийся для решения различных геологических задач с глубинностью от
нескольких метров (изучение физико-механических свойств пород) до
нескольких десятков и даже сотен километров (изучение земной коры и
верхней мантии). Однако главное назначение сейсморазведки - поиск и
разведка нефти и газа.

5. Физические основы сейсморазведки

* Теория распространения упругих (сейсмических) волн базируется на
теории упругости, так как геологические среды в первом приближении
можно считать упругими.
* Абсолютно упругим телом называется такое, которое после
прекращения действия приложенных к нему сил восстанавливает свою
первоначальную форму и объем. Тела и среды, в которых развиваются
необратимые деформации, называются пластичными, неупругими.
Изменение формы, объема и размеров под действием напряжения
называется деформацией. Напряжения (силы, действующие на единицу
площади), как и деформации, могут быть:
* растягивающими или стягивающими,
* сдвиговыми
* всесторонне сжимающими.
*

6. Принципы геометрической сейсмики

* Кинематические законы распространения упругих волн базируются на
принципах геометрической сейсмики или геометрической оптики.
* Если в некоторой точке пространства произвести взрыв (удар), то
возникает упругая волна, скорость распространения которой зависит от
упругих свойств среды. При прохождении волны частицы породы
начинают колебаться. Поверхность, отделяющая область, где частицы
колеблются под воздействием упругой волны, и невозмущенную
область, куда волна еще не пришла, называется фронтом волны.
Линии, перпендикулярные фронту, называются сейсмическими лучами.
Вдоль лучей переносится энергия упругой волны. Вблизи источника
фронт упругих волн сферический, а вдалеке - практически
плоский.ической оптики.
*

7.

Важный принцип геометрической сейсмики - принцип суперпозиции,
согласно которому при наложении (интерференции) нескольких упругих
волн их распространение можно изучать по отдельности для каждой
волны, пренебрегая влиянием волн друг на друга.
• Основным законом геометрической сейсмики является закон преломления - отражения, который включает следующие положения
• падающие, отраженные и преломленные лучи лежат в одной плоскости,
совпадающей с плоскостью, нормальной к границе раздела сред с разными
скоростями упругих волн;
• угол падения волны d1, отсчитываемый от перпендикуляра к границе, и ее
скорость в среде V1 связаны с углом преломления 2 и скоростью
V2 соотношением sin 1/sin 2 = V1/V2;
• этим же соотношением связаны углы падения (d1) и отражения (d1): sin 1/sin
V /V ;. Для волн одного типа, например продольных, V = V , что приводит к
закону равенства углов падения и отражения.
1
=

8.

Оcновные типы продольных волн: 1 - прямая,
2 - отраженная, 3 – преломленная
проходящая, 4 – преломленная скользящая,
5 – преломленная головная.
Рефрагированные волны, образующиеся во
втором слое и в среде с возрастающими с
глубиной скоростями упругих волн
В сейсморазведке к законам геометрической
оптики добавляются законы отражения и
преломления обменных волн: любая
падающая волна - продольная (P) или
поперечная (P) - порождает на границе две
отраженные (P1 и S1) и две преломленные
(P2 и S2) волны, связанные законом
Снеллиуса:

9. Типы сейсмических 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.

10.

11. Сейсмогеологический разрез

• Реальные геологические среды очень сложны с точки зрения
скоростного разреза и особенностей распространения в них
монотипных упругих волн. Упрощенными физико-геологическими
моделями (ФГМ) сейсмических сред являются следующие.
• В однородной изотропной среде скорость распространения упругой
волны в каждой точке неизменна по величине и направлению. В
анизотропной среде скорость распространения упругих волн по разным
направлениям различна. В однороднослоистых 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).
• Таким образом, в сейсморазведке чаще всего используются модели
слоистых сред, в каждом из которых скорость или постоянна, или
меняется непрерывно, а на границах слоев - меняется скачком.
*

12.

13. Скоростные свойства горных пород

• Основными упругими параметрами горных пород принято считать
скорости продольных (VP) и поперечных (VS) волн. и их поглощения (
bP, bS ), которые определяются упругими модулями ( E,δ,μ c, K c ) и
плотностью ( σ).
• Скорости распространения упругих волн являются 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, водонасыщенности.
*

14.

Наименование породы
или среды
Скорость VP (км/сек)
от
до
Воздух
0.3
0.36
Почвенный слой
0.2
0.8
Гравий, щебень, песок
0.1
1.0
Вода
1.4
1.6
Глина
1.2
2.5
1.5 (рыхлые) ((рыхлый)
4.0 ( очень плотные)
Сланцы
2.0
5.0 (метаморфич)
Известняки, доломиты
3.0
6.0
Лед
3.0
4.0
Базальт
5.0
7.0
Гранит
4.5
6.5
Песчаник

15.

Видео; https://ok.ru/video/89511758437