Разведочная геофизика Цель – поиски и разведка

Разведочная геофизика Цель – поиски и разведка месторождений полезных ископаемых. Методы: 1. Геологическая съемка. 2. Бурение. 3. Поиски признаков, сопутствующих месторождениям: морфология, сопутствующие ассоциации, условия сноса и т. д. Геофизика расширяет пространство признаков: электропроводность, температура, плотность, намагниченность, структурный фактор, скорость упругих волн, электрохимический потенциал и т. д.

Естественные и искусственные поля • Естественные (пассивные) физические поля Земли: - гравитационное поле, - магнитное поле, - сейсмическое поле упругих колебаний, вызванных землетрясениями, - электромагнитные поля, - поле ядерных излучений, - тепловое поле. • Активные (искусственные) поля, используемые в геофизике: - постоянные и переменные электрические и электромагнитные, - упругих колебаний, создаваемых взрывами или вибраторами, - тепловых или радиоактивных источников, помещенных в породу. • Шесть главных методов: - гравиразведка и магниторазведка, геотермия– пассивные методы, - сейсморазведка (в отличие от сейсмологии) – активный метод, - электроразведка, радиометрия – смешанные методы.

СЕЙСМОРАЗВЕДКА геофизический метод исследования земной коры, поисков и разведки полезных ископаемых, основанный на изучении характера распространения упругих волн.

Источниками возбуждения упругих волн являются взрывы и различного типа невзрывные источники (вибраторы, импульсные, пневматические, ударные).

Методика сейсморазведки основана на: возбуждении упругих колебаний в пунктах возбуждения (ПВ), регистрации упругих колебаний почвы в пунктах приема (ПП), преобразовании упругих колебаний в электрические сигналы, их оцифровку и фиксации числовых значений на магнитных носителях. Сейсмическая трасса определяется как временная последовательность, отображающая смещения почвы при определенном положении источника и приемника упругих волн. Последовательность трасс, зарегистрированных от одного ПВ, называется сейсмограммой общего пункта взрыва (ОПВ).

После завершения сейсмической съемки выполняется обработка сейсмограмм с выделением определенного типа волн с целью определения их кинематических (времена прихода, скорости) и динамических (амплитуд, амплитудно-частотных) параметров и интерпретация с целью решения геологических задач. Выделяется 3 основных типа полезных волн: - отраженные (метод отраженных волн МОВ); - преломленные - метод преломленных (головных) волн (МПВ); - проходящие (вертикальное профилирование, межскважинное просвечивание). По решаемым задачам сейсморазведка подразделяется глубинную, нефтегазовую, рудную, инженерно-геологическую. По условиям проведения сейсморазведка бывает наземная, морская, скважинная, подземная.

Сейсмические волны – являются носителями упругих колебаний, возникающих в Земле в результате землетрясений, взрывов или ударов. Элемент среды приходит в движение под воздействием силы (напряжения), в свою очередь напряжение вызывает деформацию (изменение формы и объема) элемента среды. Связь смещения точек среды, напряжения и деформаций описываются двумя фундаментальными законами: Ньютона и Гука, которые лежат в основе вывода уравнений распространения упругих колебаний.

Тело может испытывать два типа деформаций: растяжения и сдвига

Два типа деформаций: 1. Деформации продольного сжатия, вызывающие изменения объема тела. 2. Деформации поперечного смещения. Два разных типа деформации характеризуются разными значениями скорости распространения возмущений. Скорости продольных Vp и поперечных Vs волн.

Геометрическая сейсмика изучает формы волновых фронтов и сейсмических лучей в предположении абсолютной локальности лучей. Представим, что источник упругих волн излучает во все стороны «корпускулы» , траекториию распространения которых в среде будем называть лучами. Пусть также «корпускулы» могут колебаться. Если колебания направлены вдоль луча, то последние распространяются со скоростью продольных волн, если поперек направления распространения, то со скоростью поперечных волн.

Принцип Гюйгенса (1690 г. ). Этим принципом вводится формализм, согласно которому каждая точка среды после прихода в нее возмущающего импульса становится источником вторичных колебаний. Передний фронт волны определяется как поверхность равного времени прихода колебаний в каждую точку последней и является огибающей фронта вторичных источников. Принцип Гюйгенса дает возможность определения пошагового положения фронта волны с произвольным распределением скорости.

Принцип Ферма (~1650) утверждает, что действительный путь распространения волны есть тот путь, для прохождения которого требуется экстремальное (минимальное или максимальное) время. В практических случаях траектория луча определяется минимумом интеграла вдоль некоторой линии L , где условие минимума определяется равенством нулю производной:

Закон Снеллиуса (1580 -1626). связывает углы отражения и прохождения (преломления) на границе раздела двух сред. Решим задачу. Вывести закон Снеллиуса с использованием принципа Ферма

Принцип взаимности время по лучу не зависит от направления распространения волны. Отсюда следует, что время прохождения волны не изменится, если поменять местами источник и приемник. Кажущаяся скорость определяет скорость перемещения фронта волны вдоль линии наблюдения.

Измерения сейсмических волн. Типы источников: Взрывы, вибраторы, импульсные, пневматические, ударные Регистрация колебаний при наземных методах сейсморазведки выполняется сейсмоприемниками (геофонами), жестко соединенными с землей. Прибор представляет собой катушку, закрепленную на пружине в поле постоянного магнита. Колебания корпуса прибора, согласованные с колебаниями почвы, приводят к относительному смещению катушки в поле магнита с образованием ЭДС в цепи катушки. Считается, что электрический сигнал, получаемый от приемника, пропорционален амплитуде смещения среды в точке установки приборов. При регистрации в водной среде применяют пьезодатчики, реагирующие на изменение давления.

Измерения сейсмических волн. Все приборы, рассредоточенные с равным шагом по линии (или площади) наблюдения подключены к сейсмической станции и проиндексированы как каналы станции. В момент взрыва станция начинает записывать сигналы со всех активных каналов и останавливает запись через заданный интервал времени. Интервал записи определяется расчетным временем пробега волн до самой глубокой целевой отражающей границы и обратно к дневной поверхности. Запись сигналов от одного пункта приема называют сейсмической трассой, совокупность трасс образует сейсмограмму.

Сейсмограмма ОПВ

Каждая сейсмическая трасса характеризуется на плоскости наблюдения координатами источника xs и приемника xr (и альтитудой поверхности наблюдения в этих точках. Выборка трасс с общей координатой пункта взрыва определяет сейсмограмму ОПВ. Выборка трасс с общим пунктом приема – сейсмограмму ОПП. X=(xs+ xr)/2 - срединная точка Выборка трасс с общей срединной точкой– сейсмограмму ОСТ (ОГТ)

Основные типы полезных волн Рассмотрим модель среды «слой на полупространстве» , которая включает в себя одну границу раздела. Известны: скорости продольных и поперечных волн двух сред. Источник излучает «сейсмические лучи» во всех направлениях.

Отраженные волны Лучи, падающие на границу, образуют два отраженных луча, соответствующих продольной ( PP ) волне и волне, изменившей в акте обмена поляризацию с продольной на поперечную (PS). Для первой из них угол падения равен углу отражения, для обменной волны угол отражения определяется по закону Снеллиуса.

Проходящие волны Из точки падения луча продольной волны на границу вниз распространяются два луча, соответствующие проходящим продольной и обменной волнам. Волны этого типа называют также преломленными. Зарегистрировать волны, падающие вниз можно только методом скважинной сейсморазведки при расположении приемников в стволе глубоких скважин.

Головные (преломленные) волны Если выполняется условие V 2>V 1, т. е. скорость продольной волны в полупространстве больше скорости первого слоя, угол преломлении может достигать значения 90 градусов. Это событие происходит, если угол падения удовлетворяет условию: Угол, при достижении которого проходящая волна начинает скользить вдоль границы, определяется как критический угол. Волна, падающая на границу с углом падения больше критического, называется закритической. Проходящая волна, скользящая вдоль верхней кромки полупространства, в соответствии с принципом Гюйгенса, излучает энергию в верхний слой и регистрируется приемниками, установленными на поверхности.

Метод отраженных волн Для осадочных бассейнов определены стратиграфические модели, расчленяющие разрез на определенные типы условий осадконакопления. Смена обстановки осадконакопления сопровождается изменением петрофизических характеристик пород по разные стороны границы, что является необходимым условием образования отраженных волн. Будем считать, что осадочные бассейны представлены последовательностью слоев с выдержанными физическими параметрами пород внутри слоя и различающимися значениями параметров граничащих слоев. Обменные отраженные волны не имеют в настоящее время практического значения, поэтому ограничимся рассмотрением монотипных продольных отраженных волн.

Коэффициенты отражения/преломления В первом приближении будем считать, что коэффициенты отражения не зависят от угла падения волны на границу раздела. Тогда достаточным условием образования отраженной волны является граница раздела двух сред с различным значением акустической жесткости (акустического импеданса) I.

Коэффициенты отражения/преломления 1. Форма всех волн (падающей, отраженной, проходящей) одинакова 2. Отношения амплитуд волн будут определяться отношением амплитудных множителей. 3. Коэффициенты отражения и преломления определяются отношением акустических жесткостей на границе раздела:

Коэффициенты отражения/преломления

Расчет акустической модели среды по данным ГИС. (АК, ГГКп) Разрез коэффициентов отражения показывает, что геологический разрез порождает поток отраженных волн разной интенсивности

Уравнение годографа отраженных волн Годограф определяется как функция времени прихода волны в зависимости от удаления ПП-ПВ (пункт приема – пункт взрыва). Эта функция играет важную роль в задачах выделения полезных волн и кинематической интерпретации – построении структурно-скоростной модели изучаемой среды.

Для вывода уравнения годографа отраженной волны будем рассматривать модель слоя на полупространстве, игнорируя неоднородность среды, но учитывая более существенный фактор – угол наклона отражающей границы. Падающий и отраженный лучи лежат в одной плоскости (лучевой плоскости), в этой же плоскости лежит нормаль к поверхности раздела. Поэтому наклон отражающей границы двумерной модели определяется углом наклона линии, образующейся пересечением двух плоскостей: плоскости отражающей границы плоскостью, образованной сейсмическими лучами. Кажущийся угол наклона границы выражается через угол и азимут падения плоской наклонной границы:

Годограф общего пункта взрыва (ОПВ)

Годограф общей срединной точки (ОСТ, ОГТ)

Семейство годографов ОГТ Сейсмограмма ОГТ

«Дефекты» годографов ОГТ: Смещение точек отражения по восстанию границы с увеличением удаления Смещение отражающей точки центрового луча по восстанию

Годограф дифрагированной волны. Пусть отражающая граница имеет особенность в виде уступа. В соответствии с принципом Гюйгенса краевую точку можно рассматривать как вторичный источник волны со сферическим фронтом (дифрагированной волны). Годограф общей срединной точки краевой (будем называть ее дифрагированной) волны определяется суммой временем пробега волны от источника (А) до точки дифракции и от точки дифракции до пункта приема (Б).

Головные монотипные волны для плоской границы

Пространственно-временная разрешенность Принцип суперпозиции и интерференция волн Зона Френеля (1788 -1827) – размер дыры в границе которая не будет замечена в волновом поле. На формирование импульса ОВ влияет область границы где H- глубина, V -скорость, T- преобладающий период сейсмического импульса.

Продольные, поперечные волны, обменные волны Закритическое отражение Закон Снеллиуса Принцип Ферма Зона Френеля Кажущийся угол наклона границы Закон Бенндорфа Кажущаяся скорость Годограф ОПВ, ОГТ Годограф преломленной волны.