Геофизическая разведка

Размещено на http://www.allbest.ru/

Геофизическая разведка

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.

Теоретические и технические основы МОВ разработаны в СССР В.С. Воюцким (1923), в практику сейсморазведки МОВ начал внедряться с 1935 г. и в настоящее время является основным методом сейсморазведки при поисках и разведке нефтеносных структур различной амплитуды и степени сложности.

Сейсмический метод основан на свойствах распространения упругих волн в земной коре. Упругие волны искусственно создаются в земной коре путем взрывов в мелких скважинах. Законы движения сейсмических волн, идущих от места взрыва, аналогичны законам движения звуковых волн. Скорость распространения упругих волн в различных породах различна. Так, например, скорость их в глинах изменяется в пределах 1,8-2,1 километра в секунду, в известняках 3,2-5,5, в кварцитах 4-7 километров в секунду. Упругие волны способны преломляться при переходе из одной среды в другую, подобно тому как это происходит со световыми волнами при переходе их из одной, среды в другую, например из воздуха в воду. Встретив на своем пути препятствие из плотных пород, сейсмические волны отражаются от них, подобно тому как отображаются звуковые волны от стен, образуя эхо.

В твердом теле при внезапном приложении силы возникают упругие колебания, или волны, называемые сейсмическими, сферически распространяющиеся от источника возбуждения. Сведения о внутреннем строении Земли получают по результатам анализа времен пробега сейсмических волн от источника колебаний к регистрирующим устройствам (времена пробега волн зависят от плотности среды на их пути).

Сейсмические волны генерируются или искусственными взрывами в неглубоких скважинах, или с помощью механических вибраторов. В морской сейсмике для возбуждения сейсмических волн используется пневмопушка. Применяются также эхолотные излучатели упругих колебаний большой мощности, электроискровые разряды и другие средства.

Направленные вниз генерируемые волны, достигая геологической границы (т.е. пород, состав которых отличается от вышележащих), отражаются подобно эху. Регистрация этого «эха» детекторами называется методом отраженных волн.

Сейсмическая разведка является сложной динамической системой, в которой происходят процессы преобразования энергии и информации. Целенаправленную последовательность этих процессов можно рассматривать как сейсморазведочный канал, 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.

Технические средства сейсморазведки включают:

1. источники сейсмических волн;

2. средства регистрации (сбора) данных;

3. 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 60 м, 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.

В методе отраженных волн (МОВ) возбужденная взрывом или механическим воздействием сейсмическая волна, распространяясь во все стороны от источника возбуждения, последовательно достигает нескольких отражающих границ в земной коре - поверхностей раздела пород с разными акустическим жесткостями. На каждой из них возникает отраженная волна, которая возвращается к поверхности Земли, где регистрируется приборами. МОВ позволяет изучать геологическое строение на глубинах от 0,1-0,2 до 7-10 км и определять глубины сейсмических границ с точностью до 1-2%.

Упругие волны в МОВ возбуждают с помощью проведения взрывов в неглубоких скважинах или действием специальных невзрывных источников на поверхности земли. На поверхности земли регистрируются отраженные волны от достаточно протяженных геологических границ, на которых заметно меняется волновое сопротивление (акустическая жесткость) соседних толщ. Таким границам обычно соответствуют литологические и тектонические поверхности разделов геологических сред. После регистрации упругих волн изучают их кинематические (времена прихода, скорости распространения) и динамические (амплитуды, частоты) характеристики.

При использовании метода отраженных волн регистрация осуществляется набором геофонов равномерно располагающихся на земной поверхности на одной линии с источником возбуждения. Обычно используется 96 групп геофонов, каждая из которых насчитывает от 6 до 24 соединенных вместе приборов.

Поскольку известны расстояние до геофона и скорость распространения сейсмических волн в изучаемых породах, по временам пробега волн можно рассчитать глубину отражающей границы. Путь волны может быть описан в виде двух сторон равнобедренного треугольника (так как угол падения равен углу отражения), а глубина отражающего слоя соответствует его вершине.

Суммарная длина сторон такого треугольника равна произведению времени прохождения волны и ее скорости. Глубины поверхности отражения рассчитываются в пределах достаточно обширной площади, что позволяет проследить конфигурацию пласта, обнаружить и нанести на карту соляные купола, рифы, разломы и антиклинали. Любая из этих структур может оказаться нефтяной ловушкой.

Отраженные волны всегда регистрируются на фоне помех глубинного и поверхностного происхождения. Поэтому для их выделения применяют специальные приемы возбуждения, записи и обработки, использующие различия в кинематических и динамических характеристиках отраженных волн и волн-помех.

Важной принципиальной особенностью МОВ является тот факт, что запись отраженных волн производится на сравнительно небольших удалениях от источников упругих волн, благодаря чему лучевые пучки отраженных волн всегда оказываются довольно узкими: диаметр их сечения редко превышает 2-3 км. Это обеспечивает высокую детальность и точность изучения геологической среды, что и определяет ведущую роль МОВ среди других методов сейсморазведки.

Методика наблюдений в МОВ мало зависит от глубины исследования. Основной системой наблюдений, т.е. системой взаимного расположения пунктов взрыва и точек установки сейсмоприемников, в МОВ является непрерывное профилирование, обеспечивающее корреляцию отраженной волны по кинематическим признакам вдоль всего профиля. Применяется однократное, полуторное и двойное профилирование, реже - дискретное профилирование.

Интерпретация в МОВ состоит из нескольких этапов:

- производится выделение полезных отраженных волн и их корреляция по всем сейсмограммам, составляющим сейсмический профиль или систему профилей;

- построение сейсмических корреляционных схем.

Годограф представляет собой эмпирически полученную кривую, показывающую зависимость между эпицентральным расстоянием и временем пробега волны. Обычно годограф является графиком, на котором по оси абсцисс откладывают расстояния до эпицентра взрыва в градусах или километрах, а по оси ординат - время в минутах. Каждая фаза имеет свой годограф, т.е. свою кривую на графике, показывающую зависимость между временем пробега волны, ее длиной и расстоянием до эпицентра.

По годографам вычисляются эффективные скорости (V_эф) сейсмических волн, отличающиеся от истинных скоростей в реальных средах вследствие неоднородности последних. Точность вычисления скоростей по годографам и построение графиков и карт эффективных и пластовых скоростей в основном зависит от скоростной характеристики среды.

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.

МОВ используется в основном для определения глубины и формы залегания границ пластов и выявления структурных и неструктурных ловушек полезных ископаемых, особенно нефти и газа.

Ловушка - часть природного резервуара, в котором благодаря различного рода структурным дислокациям, стратиграфическому или литологическому ограничению, а так же тектоническому экранированию создаются условия для скопления нефти и газа.

Гравитационный фактор вызывает в ловушке распределение газа, нефти и воды по удельным весам.

Стратиграфическая - сформированная в результате эрозии пластов - коллекторов и перекрытия их затем непроницаемыми породами;

Тектоническая - образованная в результате вертикального перемещения мест обрыва относительно друг друга, пласт-коллектор в месте тектонического нарушения может соприкасаться с непроницаемой горной породой.

Литологическая - образованная в результате литологического замещения пористых проницаемых пород непроницаемыми.

Около 80% залежей в мире связано с ловушками структурного типа.

Все прогнозы по данным сейсморазведки можем условно разделить на качественные и количественные. Если первые позволяют нам судить о присутствии в пространстве какого-либо объекта со специфичными свойствами, то последние позволяют эти свойства закартировать и использовать эту информацию непосредственно при построении цифровых геологических моделей. К первым относятся положения разломов, сейсмофаций, литологически обособленных тел. Ко вторым относятся карты свойств геологических тел: их толщин, пористости, проницаемости, трещиноватости.

На сегодняшний день сейсморазведка остается самым точным, но в тоже время одним из самых дорогих способов поиска и разведки полезных ископаемых, особенно нефти и газа. С помощью ее данных и современной аппаратуры специалисты могут строить 2D и 3Dмодели участков и разрезов исследуемых территорий.

Список литературы

1. Жданов М.А. «Нефтегазопромысловая геология». М. Недра. 1962 г.

2. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. - «Сейсмическая разведка». Изд. «Недра»

1980 г.

3. Бодаренко В.М., Демура Г.В., Савенко Е.И. - «Общий курс разведочной геофизики» Изд. «Норма» 1998 г.

4. Ерёменко Н.Л. «Геология нефти и газа». М. Недра, 1961 г.

геофизический поиск разведка сейсмический

Размещено на Allbest.ru