Особенности распространения сейсмических волн в горных породах.



Мы поможем в написании ваших работ!


Мы поможем в написании ваших работ!



Мы поможем в написании ваших работ!


ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Особенности распространения сейсмических волн в горных породах.



 

Сейсморазведка, как и другие геофизические методы, может ис­пользоваться как для изучения структурного строения геологической среды, так и для исследования физических свойств и литологии гор­ных пород. В обоих случаях необходимо определять скорости распро­странения сейсмических волн в горных породах. В зависимости от способов определения в сейсморазведке используются различные по­нятия скоростей упругих волн.

Истинная скорость ( ) соответствует бесконечно малому объему породы и определяется как скорость, с которой волна пробе­гает заданный бесконечно малый объем породы. Истинная скорость является функцией координат пространства, занятого породой, и может быть достаточно изменчивой для одного и того же типа пород (см. Приложение 1).

Средняя скорость ( ) является в сейсморазведке понятием, относимым к средам с плоскопараллельной слоистостью.

Вообще, средняя скорость равна частному от деления пути на время прохождения этого пути. Однако если таким образом опреде­лять скорость в среде с плоскопараллельной слоистостью, то ее значение будет зависеть от направления распространения волны вследствие разного угла преломления лучей на границах раздела. Для исключения такой неоднозначности под средней скоростью в сейсмо­разведке понимают скорость, определенную при распространении вол­ны перпендикулярно слоистости. Значение средней скорости одноз­начно определяется значениями пластовых скоростей и мощностей пластов.

Пусть имеется среда, состоящая из пачки слоев, обладающих мощностями , ,... и характеризующихся соответствен­но скоростями , ,... (рис. 7). Волна, распростра­няющаяся от точки А к точке В, на прохождение каждого слоя затрачивает время

Всю пачку волна пройдет за время

Если эту среду заменить однородной средой, по мощности рав­ной суммарной мощности пластов, а скорость выбрать такой, чтобы время пробега волны по указанному пути не изменилось, то это и будет средняя скорость. Она вычисляется по формуле:

(1.30)

Пластовая скорость ( ) является частным случаем средней скорости и относится к слоистой толще, в которой средняя скорость близка к истинной в подавляющем большинстве ее слоев. Такую толщу можно считать в среднем однородной и выделить ее в качестве сейс­мического пласта:

где h - мощность сейсмического пласта,

- время пробега волны от кровли до подошвы пласта.

Интервальная скорость ( )также является частным слу­чаем средней скорости и относится к заданному интервалу глубин:

где - время пробега волной интервала глубин .

Эффективная скорость ( ) – это скорость, вычисленная при определенных допущениях по годографу отраженных волн. Большинство спосо­бов вычисления эффективной скорости предполагает покрывающую тол­щу однородной, отражающую границу – плоской. В слоистой среде значения эффективной скорости выше значений средней скорости, и чем большей длины годограф отраженной волны используется, тем больше различие (см. приложение 2).

Эффективная скорость OГT ( )определяется по годографу ОГТ, ее значение зависит также от угла наклона отражающей границы (см. § 2).

Граничная скорость ( ) является скоростью, с которой про­ходящая волна, образующая преломленную, распространяется в тон­ком пласте вдоль преломляющей границы ( ). Знак равен­ства возможен только для случая однородных пластов.

Все эти по­нятия относятся как к продольным, так и поперечным волнам.

Существуют 3 группы методов определения скоростей сейсмичес­ких волн в горных породах.

1. Определение скоростей на образцах. При этом достигается высокая точность, можно изучать зависимость скорости от таких факторов, как пористость, нефте- или водонасыщенность, давление и т.д. Но результаты не могут быть распространены на весь массив пород, так как значения скорости, определенные на образцах небольших разме­ров, могут сильно отличаться от скорости распространения волны в больших массивах из-за трещиноватости, пористости и т.д.

2. Определение скоростей по наблюдениям в скважинах. Наблюде­ния в скважинах позволяют получить наиболее точные сведения о пластовых и средних скоростях. При сейсмическом каротаже (СК) воз­буждение волн производится на поверхности вблизи устья скважины, прием колебаний - в скважине на различных глубинах. Таким образом, измеряется время пробега волны по вертикали и определяется сред­няя скорость. При акустическом (АК) или ультразвуковом (УЗК) ка­ротаже источник и приемник размещаются на специальном снаряде внут­ри скважины на небольшом удалении друг от друга (1-2 м), что позволяет измерять интервальные скорости с высокой точностью и де­тальностью.

Сложность проведения скважинных сейсмических исследований объясняется высокой стоимостью бурения скважин, необходимостью специального оборудования для работ. Доступная исследованию об­ласть среды в зависимости от метода исследования ограничивается радиусом от нескольких сантиметров до нескольких сотен метров, а иногда и первых километров.

3. Определение скоростей по данным поверхностных наблюдений - это определение эффективных скоростей по годографам отраженных волн и определение граничных скоростей по годографам преломленных волн, а также определение скоростей по годографам рефрагированных волн. Преимущество этих методов - скорости определяются дистанцион­но, т.е. без доступа к исследуемым областям среды. Недостаток - низкая точность по сравнению с вышеуказанными методами.

Понятия ЗМС и ВЧР

Самая верхняя часть геологического разреза почти всегда пред­ставлена выветрелыми породами. Это - или рыхлые современные отло­жения, или трещиноватые коренные отложения. Скорость сейсмических волн здесь всегда значительно ниже скорости в коренных отложениях. Поэтому эта часть разреза в сейсморазведке называется зоной малых скоростей (ЗМС). Мощность ее обычно колеблется в пределах 0 - 15м, но иногда может быть и больше.

ЗМС оказывает огромное влияние на проведение сейсморазведочных работ.

1. За счет преломления на подошве ЗМС сейсмические волны подходят к поверхности наблюдений почти вертикально. Это создает благоприятные условия для приема продольных волн вертикальными (СВ), а поперечных волн - горизонтальными (СГ) сейсмоприемниками.

2. Значительные колебания мощности ЗМС и скорости в ней по профилю вызывают расфазировку волн и затрудняют их корреляцию на сейсмограммах, а в методе ОГТ - снижают эффективность суммирова­ния волн.

3. Сильное поглощение волн в ЗМС заметно их ослабляет и ме­няет спектральный состав.

Для учета влияния ЗМС обычно проводятся параллельно с основ­ными работами и специальные работы по изучению ЗМС.

При глубинных сейсмических исследованиях корреляция волн может ухудшаться также за счет неоднородностей, залегающих ниже ЗМС в верхней части разреза (ВЧР) до первой опорной границы. Тог­да могут проводиться специальные исследования ВЧР для ввода поп­равок в результаты глубинных исследований.

 

Приложение 1.

Типичные значения скоростей продольных и поперечных волн и значения плотности для некоторых пород (по [3, 4, 5, 8, 10])

 

Порода или среда VP , км/с VS , км/с σ , г/см3 Примечания
Воздух 0,31 – 0,36 - 0,00115 – 0,00135 В зависимости от температуры и давления
Вода 1,43 – 1,59 - 1,0 В зависимости от температуры и солености
Нефть 1,3 – 1,4 - 0,8 – 1,0  
Сухие пески, суглинки, галька, гравий, щебень 0,3 - 0,8 0,1 – 0,4 1,2 – 1,7 Обычно выше уровня грунтовых вод - зона малых скоростей
Те же породы, насыщенные водой 1,3 – 1,8 0,1 – 0,5 1,6 – 2,0 Обычно ниже уровня грунтовых вод
Глина влажная 1,4 – 2,5 0,4 – 0,7 1,6 – 2,2  
Песчаник 1,8 – 4,0 0,7 – 2,1 1,8 – 2,9  
Мергель 2,0 – 3,5 0,3 – 1,8 2,3 – 2,8  
Известняк, доломит 2,5 – 6,0 1,2 – 3,5 1,8 – 3,0  
Лед, мерзлые водонасыщенные пески и глины 3,2 – 4,0 1,6 – 2,1 0,9 – 1,6  
Каменная соль 4,2 – 5,5 2,1 – 3,0 2,1 – 2,4  
Гранит 4,0 – 5,7 1,8 – 3,5 2,5 – 2,7  
Метаморфические породы 4,5 – 6,8 2,4 – 3,8 2,6 – 3,2  
Габбро 6,0 – 7,0 3,2 – 3,7 2,8 – 3,1  
Перидотит 7,8 – 8,2 4,1 – 4,5 2,9 – 3,3  

 

Приложение 2.



Последнее изменение этой страницы: 2016-06-26; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.231.243.21 (0.013 с.)