Моделирование волнового поля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВПО «Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова»

Геологоразведочный факультет

Кафедра ГМ ПиРМПИ

Курсовой проект

по дисциплине «Сейсморазведка»

На тему: «Моделирование волнового поля»

Вариант 1

Выполнил: ст. гр. ГФ-12

Сачарысов А.С.

Поверил: преподаватель

Уаров В.Ф.

Якутск 2016 г.



Содержание

Глава 1. Моделирование волнового поля

1.1 Построение теоретического вертикального сейсмического профиля

1.2 Определение амплитуды полезной волны от «опорной» границы

1.3 Расчет и построение годографа полезной волны

1.4 Выбор кратных волн, как наиболее вероятных волн-помех

1.5 Определение амплитуды волн-помех

1.6 Расчет и построение годографа основной волны-помехи

1.7 Построение импульсной сейсмограммы

Глава 2. Проектная часть

2.1 Расчет и выбор параметров системы наблюдений

2.2 Выбор параметров группирования сейсмоприемников

2.3 Выбор источников колебаний, их группирование и синхронное накопление

2.4 Аппаратура и оборудование

2.5 Технология проведения полевых работ

2.6 Первичная обработка материалов

2.7 Вспомогательные работы

Глава 3. Цифровая обработка материалов метода ОГТ

Заключение



Глава 1. Моделирование волнового поля

1.1 Построение теоретического вертикального сейсмического профиля

1. Вычисляем время пробега волны в i-ом пласте при нормальном прохождении его по формуле , где - мощность i-го слоя, -скорость в i-ом слое.

Решение:

1. С учетом принципа геометрической сейсмики для разреза может быть построен теоретический вертикальный сейсмический профиль, характеризующий основные виды волн, возникающих в конкретных сейсмогеологических условиях. Для нашей модели среды сейсмогеологических условиях. Для нашей модели среды сейсмические волны, отраженные различное число раз на разных границах, будут распространяться по нормали опущенной на границы из источника. При этом будем наблюдать как нисходящие, так и восходящие волны. В результате таких построений, годографами падающих и восходящих волн, должна быть заполнена часть плоскости вертикальных годографов.

3. Используя времена пробега волны в пластах с мощностью , построить теоретический годограф ВСП в масштабе: горизонтальный (время) - 1 см=0,05 с, вертикальный (глубинна) - 1 см=50 м.



1.2 Определение амплитуды полезной волны от «опорной» границы

1. Рассчитать коэффициент отражения в случае нормального падение волны по формуле (1) и записать в таблица. 1.

где i-номер слоя; j-номер границы; - волновое сопротивление среды, из которой волна падает на границу; волновое сопротивление среды, в которую волна проходит.

Коэффициенты отражения при падении волны сверху и снизу на границу различаются только знаком, т.е. : К свободной границе (с номером «0») волна подходит снизу, поэтому коэффициент отражения вычисляется по формуле:

сейсмический амплитуда волна синхронный

где - скорость волны в воздухе; - плотность воздуха

Решение:



Коэффициент отражения заносятся в табл. 1

Номер границы
0	1	0
1	-0,31	0,9
2	0,47	0,78
3	-0,24	0,94

2. Рассчитать коэффициенты двойного прохождения волн. Когда источник и приемник волны расположены на дневной поверхности, то волна пересекает каждую промежуточную границу четное число раз. Поэтому целесообразно вместе коэффициентов прохождения, описывающих переход волной J-й границы один раз, применять коэффициент двойного прохождения , учитывающий пересечение той же границы в обоих направлениях. Коэффициенты двойного прохождения вычисляется по формуле (2) и заносятся в табл.1

, (2)

где j-номер границы; - коэффициент отражения.

Решение:

1)

2)

3)

4)

3. Рассчитать амплитуду полезной отраженной волны от «опорной» границы. «Опорной» (целевой) границей считать нижнюю границу - границу с номером «3». Интенсивность полезной (однократной) волны вычисляется по формуле:



(3)

где - коэффициент отражения целевой границы; - эффективный коэффициент поглощения; - мощность i-го слоя; - коэффициент двойного прохождения. При отсутствии данных по коэффициентам поглощения, последние в расчетах могут быть приняты равными нулю.

Решение:

В формулах (3) первый сомножитель учитывает затухание волны в результате ее геометрического расхождения, второй сомножитель учитывает уменьшение амплитуды из-за поглощение энергии при прохождении волны через слои, а третий и четвертый сомножители - влияние отражения и прохождения волны.

1.3 Расчет и построение годографа полезной волны

1. Годограф однократной отраженной волны при горизонтальном залегании границы вычисляется по формуле:

где - время на пункте взрыва (на средней точке); V-средняя скорость; x-расстояние от пункта взрыва до пункта приема.

Средняя скорость определяется по формуле , время на пункте взрыва можно графически определить по теоретическому сейсмическому профилю или вычислить по формуле

.

Решение:

2. Построить годограф полезной волны в масштабе : горизонтальный (расстояние) - 1 см=250 м, вертикальный (время) - 1см=0,1 с. Длина годографа L=4 км.

x (км)	t (c)
0	0,6
0,5	0,62
1	0,68
1,5	0,78
2	0,89
2,5	1,02
3	1,16
3,5	1,31
4	1,46

1.4 Выбор кратных волн, как наиболее вероятных волн-помех

Выбрать кратные волны, у которых время прихода отличается от времени «опорного» отражения на (-0,1) - (+0,05)с. Эти волны являются наиболее вероятным волнами-помехами, так как различия времен прихода волн минимальны.

1.5 Определение амплитуды волн-помех

Выбор основной волны помехи - многократной волны с максимальной амплитудой.

Амплитуда выбранных кратных волн рассчитываются по формуле:

(4)

где - коэффициент отражения j-ой границы; - эффективный коэффициент поглощения; - мощность i-го слоя; - коэффициент двойного прохождения. При отсутствии данных по коэффициентам поглощения, последние в расчетах могут быть приняты равными нулю.

Решение:

и к дневной поверхности пришли одновременно, поэтому их значения складываем и получаем:

1) и к дневной поверхности пришли одновременно:

2) и к дневной поверхности пришли одновременно:

3) и к дневной поверхности пришли одновременно:



Если кратные волны, имеющее разные схемы образования, приходят к дневной поверхности практически одновременно ( то амплитуды этих волн надо складывать, учитывая их знаки. При этом мы предполагаем наложение (интерференцию) волн. Кратную волну с максимальной амплитудой считать основной помехой.

Во временное окно попали волны (), (, , . Максимальная амплитуда у (= 0,045

1.6 Расчет и построение годографа основной волны-помехи

1. Годограф рассчитывается для горизонтально-слоистой среды. Уравнение годографа многократной волны:

где - время на пункте взрыва (на средней точке); -средняя скорость кратной волны; x-расстояние от пункта взрыва до пункта приема.

Время на пункте взрыва можно найти графически по теоретическому сейсмическому профилю или его можно вычислить. Для вычисления нужно просуммировать время пробега волны во всех пластах (по всех нисходящих лучим), через которые она проходит, и умножить на 2:

Если основная волна-помеха получена в результате суммирования волн с практически одинаковыми временами прихода, но с разными схемами образования, то при вычислении студент сам выбирает одну из этих схем. Для определения средней скорости кратной волны необходимы поделить суммарный путь на суммарное время:

Решение:

;

х (км)
0	0,63
0,5	0,65
1	0,72
1,5	0,82
2	0,94
2,5	1,08
3	1,23
3,5	1,38
4	1,54

Годограф кратной волны построить на плоскости годографа полезной волны.



1.7 Построение импульсной сейсмограммы

Как видно на рис. 3 в разрезе с несколькими границами образуется множество (однократных и многократных) отраженных волн. Они прибывают в точку наблюдения вблизи источника в последовательные моменты времени t. Если построить зависимость амплитуды от времени а (t), то она отобразит характер распределения во времени амплитуд всех волн, наблюдаемых вблизи источник (рис4.) Такую зависимость называют импульсной сейсмограммой.

Построить импульсную сейсмограмму, при этом амплитуды однократных и многократных волн вычисляются по формулам (3) и (4) соответственно.



Глава 2. Проектная часть

2.1 Выбор параметров группирования сейсмоприемников

Группирование сейсмоприемников, так же как и суммирование по ОГТ, является интерференционной системой, которая имеет полосы пропускания и подавления. Интерференционной система называется в связи с тем, что получаемый при ее использовании эффект, основан на суммировании колебаний, зарегистрированных в разных точках приема, или из разных точек возбуждения и поэтому искусственно создается интерференция (наложение) волн.

Широкое распространение получило однородное продольное группирование сейсмоприемников. Основное назначение продольных групп сейсмоприемников состоит в подавлении регулярных низкоскоростных волн-помех, распространяющихся от источника упругих волн в направлениях близких к горизонтальным. К таким волнам относятся поверхностные волны (например, волна Релея) и преломленно-отраженные волны, образующиеся в приповерхностной зоне. Группа сейсмоприемников усиливает отраженные волны, которые подходят к группе почти вертикально.

Выбор параметров группирования основывается на результатах экспериментального изучения волнового поля регулярных помех. В результате эксперимента определяются диапазоны изменения следующих параметров помех. В результате эксперимента определяются диапазоны изменения следующих параметров помех: 1) кажущихся скоростей ; 2) видимых частот .

Подавление волновых помех обеспечивается подбором таких параметров группирования, чтобы все помехи находились в полосе подавления характеристики направленности группы сейсмоприемников.

Параметрами групп является количество сейсмоприемников n, распространения между соседними сейсмоприемниками ?x^l; база группы дх=(n-1)?x^l. Параметры n и ?x^l вычисляется по формулам:

где - соответственно максимальное и минимальное значение кажущихся пространственных частот.

При поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений обычно применяют группы с параметрами , ,

В нашем случае, , , .



2.2 Выбор источников колебаний, их группирование и синхронное накопление

Для усиления полезных колебаний и ослабления волн-помех применяется группирование, как взрывных, так и невзрывных источников упругих колебаний. При использовании взрывных источников заряды взрывчатого вещества (тротил, аммонит) обычно помещают в нескольких взрывных скважинах. Иногда применяется способ накладных зарядов (взрывы на поверхности), который характеризуется простотой и быстрым производством работ, однако расход взрывчатого вещества при этом увеличивается в 10 - 15 раз по сравнению со способом сква-жинного возбуждения. Используют сосредоточенные, удлиненные заряды и их комбинации.

Из невзрывных источников широкое применение получили вибросейсмические источники СВ-5-150, СВ-10-150, излучающие свип-сигнал. Свип-сигнал представляет собой квазисинусоидальные колебания большой длительности с плавно меняющейся частотой.

При группировании невзрывных источников наиболее широко используются группы с расстояниями между точками возбуждения колебаний базой равной базе группы сейсмоприемников. Число вибрационных источников в группе обычно равно 5-6.

При невзрывных источниках (импульсных, вибрационных) группирование их на практике осуществляется одновременно с синхронным накоплением воздействий. Синхронное накопление воздействий применяется для выделения слабых полезных (регулярных) сигналов на фоне нерегулярных помех и позволяет повысить отношение сигнал/помеха в раз, где - число накоплений. Это действие группы называет статистическим эффектом. На практике чаще всего применяется накопление 8-16 воздействий, которое оказывается наиболее оптимальным.

В нашем случае: , ,

2.3 Аппаратура и оборудование

Сейсмические станции подразделяются на линейные и телеметрические, предназначенные для 2D и 3D сейсморазведки соответственно. Телеметрическая система сбора информации построена как локальная сеть, объединяющая центральный компьютер сейсмостанции с периферийными компьютерами полевых модулей. По существу эти модули служат миниатюрными малоканальными линейными сейсмостанциями.

При проведении сейсморазведочных работ на нефть и газ применяются линейные цифровые многоканальные сейсмостанции ряда "Прогресс". Они имеют четыре модификации:

"Прогресс - 1" - 48-канальная, для работы с взрывными источниками;

"Прогресс - 2" - 48-канальная, для работы с взрывными и импульсными источниками, с накоплением;

"Прогресс - 3" - 48-канальная, для работы с взрывными, импульсными и вибрационными источниками, с накоплением;

"Прогресс - 96" - 96-канальная, для работы с взрывными, импульсными и вибрационными источниками, с накоплением.

В настоящее время в производство внедряется довольно много разновидностей сейсмических станций, созданных зарубежными и отечественными конструкторами.

К современной линейной сейсмостанции относится станция отечественной разработки «Интомарин L2». Станция имеет 120 каналов.

Представителем телеметрической сейсмической станции является аппаратура Input/Output Image System (сокращенно I/O), количество каналов может достигать 6000. Станция производится в США.

Для передачи сигналов от сейсмоприемников используются сейсмические косы (кабели), у которых предусмотрены выводы для подключения сейсмоприемников или их групп.

Применяются вертикальные сейсмоприемники электродинамического типа, предназначенные для регистрации продольных волн (СВ-20П,СВ-1-10Ц).

2.4 Технология проведения полевых работ

В методе ОГТ применяют два способа, не требующие переноса сейсмической косы после каждого взрыва (после каждой посылки свип-сигнала).

Первый способ предусматривает использование кос, каждая из которых рассчитана на 24 канала. При работах с 48-канальной сейсмостанцией обычно используют четыре косы. Косы укладывают вдоль профиля и подключают группы сейсмоприемников. Косы соединяют с входом сейсмостанции через коммутатор ОГТ, позволяющий оператору в нужный момент из 96 каналов выбрать требуемые 48 каналов.

Второй способ предусматривает использование секционных кос. Каждая секция включает шесть - двенадцать каналов и последовательно перемещается, как только заканчивается регистрация сейсмических волн на ее длине.

Проверка качества сейсмических материалов производится для каждого второго или третьего взрыва путем воспроизведения магнитной записи с параметрами, установленными при регистрации. По сейсмограммам оценивают правильность выбранных параметров, характер работы сейсмической аппаратуры, правильность подключения кос и т.д. Перезапись (воспроизведение) всего материала, полученного за рабочий день для первичной обработки со специально подобранными фильтрами, выполняют после окончания работы на профиле в тот же день.



2.5 Первичная обработка материалов

Основной задачей первичной (полевой) обработки материалов является расчет априорных статических поправок, которые вычисляют на основе результатов изучения параметров верхней части разреза (обобщение данных МСК, МПВ). Кроме этого, первичная обработка включает в себя оформление коррелограмм и кассет, оформление системы наблюдений, браковочной ведомости, ведомости статических поправок.

2.6 Вспомогательные работы

Основными задачами топогеодезических работ являются: 1) обозначение на местности запроектированных и исследованных профилей; 2) топографические привязки профилей, пунктов взрыва и наблюдений на местности с закреплением каждой точки таким образом, чтобы в любой момент можно было ее восстановить; 3) определение превышения пунктов взрыва и приема.

Скважины, в которых производят взрывы, бурят в пунктах взрыва на профилях в соответствии с избранной системой наблюдения. Обычно в каждом пункте взрыва бурят одну взрывную скважину. При группировании взрывов около каждого пункта взрыва пробуривают несколько скважин, размещаемых в соответствии с избранной схемой группирования.

Взрывную скважину располагают на линии профиля или на расстоянии 10 - 20 м от линии профиля в перпендикулярном к нему направлении. Глубина скважины колеблется в пределах 5 - 25 м. Бурение взрывных скважин осуществляется вращательным, ударным и шнековым способами. Широкое применение имеет вращательный способ.

В результате выполнения предыдущих пунктов настоящих методических указаний определяются основные параметры системы наблюдений МОГТ. Выбираются тип сейсмостанции, количество сейсмоприемников в группе, база группирования источников, их количество и т.д.

Наименование параметров условий	Ед. изм.	Параметры
Тип системы наблюдений	-	Правая фланговая система без выноса
Кратность наблюдений	-	6
Минимальное расстояние ПВ-ПП(вынос ПВ)	м
Максимальное расстояние ПВ-ПП	м	2350
Расстояние между центрами групп СП (шаг наблюдения)	м	6
Количество СП в группе	шт.	16
База группирования СП	м	90
Расстояние между ПВ (взрывной интервал)	м	200
Тип источника возбуждения	-
Количество источников в группе	шт.	5
База группирования источников	м	90
Количество воздействий	-	9
Длительность свип-сигнала	с
Шаг дискредитации	мс
Тип сейсмостанции	-
Канальность	-



Глава 3. Цифровая обработка материалов метода ОГТ

Материалы сейсморазведки методом ОГТ обрабатываются в вычислительных центрах по специализированным сейсмическим обрабатывающим системам. Исходными данными служат магнитограммы, система наблюдений, браковочная ведомость, ведомость статических поправок, априорный скоростной закон.

Обработка материалов описывается по этапам. При этом должен быть пояснен смысл и назначение каждого этапа обработки. Предлагается следующая примерная последовательность изложения процесса обработки:

Демультиплексирование. Основное назначение демультиплексирования записей - пересортировка данных так, чтобы серии отсчетов, связанные с каждым отдельным сейсмоприемником (каналом), были записаны последовательно. После этой процедуры на магнитной ленте записываются серии отсчетов сначала первого, затем второго и т.д. каналов.

Регулировка амплитуд колебаний требуется для исключения эффекта геометрического расхождения и затухания волн, чтобы интенсивность записи по возможности определялась только коэффициентом отражения границы. Выравнивание амплитуд делает запись пригодной для визуального изучения и анализа волн. Визуальный анализ необходим для контроля над ходом полевых наблюдений, качественной обработки сейсмических материалов и выбора окончательных, оптимальных параметров обработки.

Редактирование. Отдельные трассы, непригодные для использования отбраковываются, т. е. исключаются из дальнейшей обработки. Исправляются дорожки, имеющие обратную полярность. Из обработки исключаются начальные участки сейсмограмм ОТВ с интервалом времени 0,2- 0,4 с. Эти участки сейсмограмм характеризуются высокой интенсивностью прямых, преломленных и, возможно, отраженно-преломленных или преломленно-отраженных волн. Исключение из обработки этих участков сейсмограмм не сказывается на геологической эффективности метода отраженных волн, так как они не содержат информации о строении глубоко залегающих границах раздела изучаемого района. Операция исключения из обработки указанных участков сейсмограмм ОТВ носит название мьютинга (обнуления). На участках мьютинга амплитудам волн приписываются нулевые значения.

Полосовая фильтрация проводится с целью ослабления низко- и высокочастотных, помех.

Деконволюция (обратная фильтрация) расширяет частотный спектр отраженных волн, что приводит к уменьшению длительности сигнала по времени. Уменьшение длительности сигнала повышает временную разрешенность записи, т.е. создаются наилучшие возможности для раздельного выделения на записи быстро следующих друг за другом волн.

Подбор трасс ОГТ. Составляются сейсмограммы, объединяющие записи с общими точками отражения (с общими средними точками). Число дорожек (трасс) в сейсмограмме ОГТ равно кратности наблюдения;

Ввод априорных статических поправок. Статические поправки в сейсмограммы и годографы ОГТ вводятся с целью исключения различия во временах пробега волн, вызванных неоднородностью ВЧР или ЗМС и рельефа. С этой целью на некоторой отметке, находящейся обычно ниже подошвы ВЧР, выбирается плоскость (линия) приведения, которая условно принимается за поверхность возбуждения и приема сейсмических волн. Статическая поправка вычитается из наблюденного времени, она постоянна при неизменном положении пунктов возбуждения и приема упругих волн.

Ввод априорных кинематических поправок. Кинематические поправки вводятся с целью устранения различия во временах прихода полезных отраженных волн, вызванных неодинаковым удалением пунктов наблюдения от источника. В результате ввода кинематических поправок годограф ОГТ однократной (полезной) волны преобразуется в горизонтальную прямую линию вне зависимости от угла наклона отражающей границы. При этом годограф ОГТ многократной волны останется недоспрямленным.

Коррекция априорных статических поправок. Из-за ошибок определения мощности верхней части разреза, скоростей распространения волн в ней и в подстилающих ее породах, расчетные статические поправки всегда содержат погрешности, влияние которых приводит к уменьшению отношения сигнал/помеха. Необходимо определить корректирующие поправки и ввести их в годографы ОГТ.

Коррекция кинематических поправок. Априорные кинематические поправки часто не определяются с достаточной точностью. Это связано с погрешностью определения средней скорости и неизвестностью угла наклона границы, от которых зависит точность вычисления Неверные кинематические поправки снижают эффект суммирования полезных сигналов, что проявляется в ухудшении прослеживаемости полезных волн на временных разрезах. Коррекция кинематических поправок заключается в уточнении закона изменения скорости с глубиной.

Получение временного разреза. Временной разрез получается в результате суммирования по ОГТ, которое является одним из видов многоканальной фильтрации. При суммировании сейсмограмм ОГТ наиболее сильно подавляются (относительно однократных) многократные волны, значительно отличающиеся скоростью распространения от однократных. Чем меньше эти различия, тем слабее будут подавляться кратные волны. Их более успешному подавлению способствует увеличение длины годографа ОГТ.

В результате горизонтального суммирования вместо одной сейсмограммы ОГТ получаем одну дорожку суммарной записи для каждой общей глубинной точки. Записывая эти суммарные трассы друг за другом (предварительно ось времен направив вниз) вдоль линии профиля с интервалом равным половине шага наблюдения, мы получаем временной сейсмический разрез. Временной разрез является аналогом глубинного сейсмического разреза.

Размещено на Allbest.ru