Российский
Государственный
Геологоразведочный
Университет
Геофизический факультет
Реферат
Тема: сейсморазведка
Составил: студент группы РФ-05-1
Панов Василий
Принял: профессор Демура Геннадий Владимирович
Москва 2005
Геофизическая разведка занимает лидирующие позиции в изучении земной коры и является наиболее прогрессивным типом поиска полезных ископаемых. Непрерывно ведутся работы по изучению недр Земли, ее поверхности, свойств горных пород, слагающих оболочку нашей планеты. Впечатляют и темпы совершения новых открытий, как в научном, так и в промышленном плане. И именно геофизика в последнее время стала одной из наиболее развивающихся наук, постоянно совершенствующейся и открывающей нам тайны происхождения Земли.
Существуют пять основных методов геофизического поиска: магниторазведка, гравиразведка, электроразведка, сейсморазведка и радиометрия. У каждого из них свои принципы и особенности, но все они являются производными одной необъятной науки – геофизики.
Я решил выбрать тему “методы поиска полезных ископаемых путем сейсморазведки”, потому что она мне показалась наиболее удобной и интересной для изложения.
Сейсмическая разведка – это один из важнейших видов геофизической разведки, который основан на изучении распространения в земной среде искусственно созданных упругих волн (поле упругих колебаний), которые вызываются взрывом или ударом, опускаются в глубину земной коры, где происходит преломление или отражение. Волны частично возвращаются на поверхность Земли. Здесь их регистрируют специальные приборы, показания которых позволяют сделать вывод о составе горных пород, через которые прошла волна. С помощью сейсморазведки легко определить угол наклона горных пород, поэтому этот метод широко используется для поисков месторождений нефти и газа.
Вообще, волновое поле определяется свойствами сейсмического источника и распределением упругих свойств в изучаемой геологической среде. Волновое поле можно рассматривать как результат сложения полей отдельных волн. Вследствие зависимости волнового поля как от координат пространства, так и от времени, оно может иметь существенно различные черты, в зависимости от того, в какой области среды или в какой промежуток времени его изучают. Учитывая сложность структуры волнового поля, порождаемую разнообразием строения природной среды, имеется огромное количество различных характеристик волнового поля.
Сейсморазведка включает два основных метода: метод отраженных волн (МОВ) и метод преломленных волн (МПВ), относящихся к техническим модификациям, а также несколько второстепенных методов.
Метод отраженных волн включает изучение волн, которые отразились от границы раздела двух сред. Измерив расстояние от этой границы до нескольких произвольных точек, взятых на поверхности Земли, можно измерить скорость распространения волны в среде и определить положение границы, на которой произошло отражение.
В методе преломленных волн ведут наблюдение на больших расстояниях от источника возбуждения по сравнению с глубиной залегания исследуемых границ. Сейсмические волны проходят вдоль направления залегания горных пород, скорость в котором превышает скорость в соседних пластах. Таким образом, появляется возможность судить о литологическом составе горных пород слагающих слой.
Также можно отметить достаточно широко применяемый метод продольных волн. Это связано с тем, что взрывные источники колебаний генерируют прежде всего продольные волны. Но используя специальные средства возбуждения, можно получить и поперечные волны.
Метод поперечных волн имеет преимущества перед методом продольных волн. Поперечные волны имеют меньшую скорость распространения и меньшую длину волны по сравнению с продольными. Это позволяет повысить точность измерения времени пробега поперечной волны. Оба эти метода относятся к группе технических модификаций.
К технологическим модификациям относится метод общей глубинной точки (МОГТ), который основан на суммировании отражений от общих участков границы при различных расположениях источников и приемников. МОГТ применяют при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений.
Методом обращенного гидрографа (МОГ) изучают отражающие границы, расположенные ниже забоя скважины, где располагаются сейсмоприемники.
Методы сейсморазведки обычно применяются в сочетании с другими геофизическими и геологическими методами, что дает возможность повысить геологическую эффективность.
Трудность математической трактовки некоторых задач физики упругих волн, необходимость экспериментальной проверки получаемых теоретических решений привели к развитию методов изучения распространения упругих волн на моделях. Модели изготовляют из искусственных материалов, которые по параметрам упругости и плотности близки к горным породам. Применяют специальные моделирующие материалы с управляемыми упругими свойствами. Используют одномерные, двумерные и трехмерные модели. Наибольшее распространение получили двумерные твердые модели благодаря относительной простоте изготовления и контроля за их упругими свойствами.
Для сохранения подобия процессов, протекающих в натуре и модели, необходимо, чтобы удовлетворялись некоторые условия. Среди них важнейшими являются сохранение отношения длины волны к линейным размерам изучаемых объектов (мощность слоев, радиус кривизны границ и т.д.) и удалений источника от приемника. Обычно линейные размеры модели примерно в 1000 раз меньше размеров натуры, следовательно, длина волны в модели также должна быть уменьшена в такое же число раз. Если скорости волн в модели и натуре приблизительно равны, то необходимы значительное повышение частоты колебаний и переход к ультразвуковому диапазону частот. Используемые при сейсмическом моделировании колебания имеют частоту от 20 кГц до 1 МГц.
Помимо физического моделирования производят также математическое моделирование, рассчитывая волновые поля для заданных распределений упругих свойств в среде, пользуясь основными дифференциальными уравнениями.
Сейсмическая разведка является сложной динамической системой, в которой происходят процессы преобразования энергии и информации. Целенаправленную последовательность этих процессов можно рассматривать как сейсморазведочный канал (рис 1), преобразующий воздействие источника упругих колебаний в сейсморазведочную информацию.
Сейсмологический канал состоит из трех последовательно действующих систем.
Первая и основная из них – сейсмогеологическая среда (геологическая среда, представляющая собой некую среду, в которой формируются упругие колебания). Поле в некоторой точке среды – это результат прохождения импульса через некоторый ограниченный объем пространства – сейсмогеологический канал. Целью здесь является извлечение информации, которую несет среда, из объема рассматриваемого пространства.
Следующая система – сейсморегистрирующий канал. Он включает в себя сейсморазведочную технику и методику, т.е. инструмент исследования. На выходе сейсморегистрирующего канала получаются сейсмические записи (сейсмограммы), служащие входной информацией для третьей системы – сейсмообрабатывающего канала. Здесь сейсмограммы преобразуются в результативный материал – сейсмический разрез.
Теория сейсмогеологического канала основана на анализе связей между параметрами сейсмологической среды и характеристиками, возникающего в ней поля упругих колебаний. Анализ строится на анализе так называемых прямых задач – расчетах волновых полей для заданных сейсмических моделей.
Теория сейсморегистрирующего канала рассматривает сочетание методики и техники полевых наблюдений, позволяющих получить достаточно полную информацию об исследуемых волновых полях.
В теории сейсмообрабатывающего канала синтез обрабатывающих процедур сочетается с анализом их эффективности при геологической интерпретации получаемых результатов.Эта теория строится на обратных задачах – определении строения сейсмических моделей по наблюдаемым волновым полям.
Теперь мне бы хотелось рассказать про оборудование, которое используется при проведении сейсморазведочных работ.
Технические средства сейсморазведки включают:
источники сейсмических волн;
средства регистрации (сбора) данных;
обрабатывающие установки.
Источник сейсмических колебаний – это ограниченная область внезапного выделения энергии, приводящего к возникновению напряженного состояния окружающей среды.
В настоящее время для проведения сейсморазведочных работ применяют разнообразные источники сейсмических и акустических волн, имеющих различные энергетические и частотные характеристики. Выбор источника определяется условиями ведения работ (суша, море, город), характером решаемых геологических задач (исследование глубинного строения земной коры, нефтяная, рудная, инженерная сейсморазведка) и наличием конкретного фона сейсмических помех.
Одним из способов возбуждения колебаний в горных породах является взрыв. Для этих целей обычно бурят сейсмические взрывные скважины глубиной до 60м, куда закладывают заряд взрывчатого вещества. Взрывной пункт оборудуется системой синхронизации возбуждения, предназначенной для синхронного запуска сейсмостанции, производства взрыва и отметки момента взрыва (возбуждения колебаний). Взрыв – относительно дешевый и высокоэффективный источник сейсмических колебаний. Основные недостатки его – невозможность повторного точного воспроизводства импульса источника, а также сохранения точных временных интервалов между повторными взрывными импульсами, например, при движении разведочных судов на море. Кроме того, требуется специальное разрешение на хранение, транспортировку взрывчатых веществ и производство взрывов.
В определенной мере свободны от указанных недостатков и имеют другие конкретные преимущества невзрывные источники колебаний. При проведении сейсморазведочных работ на суше нашли широкое применение вибрационные источники (вибросейс), создающие в породах с помощью специальной металлической плиты импульсы давления частотой от 10 до 80 Гц. Благодаря тому, что вибрационный источник смонтирован на машине, он оперативен, удобен в обращении и позволяет получать точно известный и воспроизводимый сигнал. Обычно этот источник используется в городах, т.к. он не создает повреждений в окружающей среде.
При морских исследованиях используют импульсные источники возбуждения. К ним относят воздушные и водяные пушки, которые выбрасывают в море под большим давлением воздушный пузырь или струю воды. Спаркеры и бумеры генерируют акустические импульсы в результате разряда батареи конденсаторов непосредственно в морскую воду через систему электродов или жесткую алюминиевую плиту.
Сейсмоприемник – это устройство для приема сейсмических волн и преобразования сейсмических колебаний почвы в электрические напряжения. В наземной и скважинной сейсморазведке применяют сейсмоприемники с электродинамическими индукционными преобразователями. В морской и речной сейсморазведке используют сейсмоприемники давления (гидрофоны), возникающего при распространении упругой волны и преобразующегося в электрический сигнал пьезоэлектрическими преобразователями.
Сейсморазведочные усилители применяют для усиления сигналов, частотной фильтрации сигналов и регулировки усиления с целью уменьшения амплитуды колебаний на входе основного усилителя.
В сейсморазведочной аппаратуре используют электрические фильтры верхней частоты, нижней частоты, полосовые фильтры и узкополосые (режекторные) фильтры. После фильтрации сигнал записывается с помощью регистратора на бумажной или магнитной ленте.
Я решил также уделить внимание обработке и интерпретации полевых материалов.
Конечным продуктом сейсморазведочных работ является сейсмологический разрез, представляющий собой изображение сейсмических границ с соответствующей геологической привязкой. Построить сейсмическую границу можно только в том случае, если известно время прихода полезной волны (т.е. волны, несущей информацию о наличии этой границы) и скорости ее распространения в горных породах. На практике полезная волна всегда бывает затушевана различными помехами. Для уменьшения искажения времен прихода полезной волны за счет неоднородностей верхней части разреза вводят статистические поправки.
В данные метода отраженных волн вводят также кинематические поправки, которые устраняют различия во временах прихода полезных отраженных волн в пункты наблюдения, расположенные на разных расстояниях от источника колебаний. В результате криволинейный годограф преобразуется в кривую линию, отражающую форму границы.
Для еще большего подавления волн-помех и увеличению отношения сигнал/помеха применяют фильтрацию сейсмических колебаний. Используют частотную фильтрацию, если спектральный состав колебаний-помех отличается от спектрального состава полезных волн, и пространственно-временную фильтрацию, если кажущиеся скорости волн-помех и полезных волн отличаются друг от друга.
Итоговый этап обработки сейсмических записей – корреляция полезных волн, которая предусматривает обнаружение, отождествление и прослеживание регулярной полезной волны и регулярных волн-помех на всех сейсмических трассах. Процесс корреляции волн – наиболее сложная и ответственная операция обработки.
Сейсмические границы строят по годографам и данным о сейсмических скоростях, которые определяют по данным интегрального и дифференциального каротажа, а также, используя информацию о временах пробега сейсмических волн. Границы строят ручным способом, либо с помощью электронно-вычислительных машин.
Геологическая интерпретация сейсморазведочных данных заключается в построении сейсмических разрезов, структурных карт и схем. Для построения используют всю имеющуюся информацию о структурно-тектоническом и фациально-литологическом строении разреза, полученную по данным бурения, каротажа и других геофизических методов.
Генетически связанные осадочные комплексы пород приводят к появлению характерных особенностей волнового поля. Анализ этих особенностей позволяет получить сведения об обстановке осадконакопления и косвенным путем о литологическом составе отдельных пластов осадочного комплекса. Такой анализ получил название сейсмостратиграфии. Диагностическими признаками различных обстановок осадконакопления являются характерные особенности отражений на сейсморазрезах МОВ. Так, параллельные отложения характеризуют мелководные, шельфовые отложения. Более глубоководные окраины шельфа отмечаются развитием крупных сигмовидных или косослоистых диагональных форм напластования.
На этом я заканчиваю свое описание метода сейсмической разведки, краткое, но обобщающие основные пункты его принципов. В этой работе я учел, как мне показалось, наиболее основные моменты, характеризующие выбранный мной метод, являющийся частью всеобъемлющей и до конца еще не изученной науки геофизики.
План.
Роль науки геофизики;
Общее понятие сейсморазведки;
Общая характеристика волнового поля;
Методы сейсморазведки;
Моделирование сейсмических волн;
Понятие сейсморазведочного канала;
Технические средства сейсморазведки;
Обработка и интерпретация полевых материалов;
Заключение.
Список используемой литературы:
И.И.Гурвич, Г.Н.Боганик – “Сейсмическая разведка”. Изд. “Недра” 1980г.
В.М.Бондаренко, Г.В.Демура, Е.И.Савенко – “Общий курс разведочной геофизики” Изд. “Норма” 1998г.
Конспект лекций по предмету “История геофизики” профессора Шереметьева В.Э.
Список приложений.
рис.1
Сейсмо- Сейсмо- Сейсмо-
Сейсмический геологический Сейсмическое регистрирующий Сейсмо- обрабаты- Сейсмический
источник
канал поле канал грамма
вающий разрез
канал
Сейсморазведочный канал