Сейсмические методы изучения геологического разреза

С продольными волнами связаны колебания, направленные вдоль луча волны, а с поперечными - поперек. Прямой волной называется продольная или поперечная волна, распространяющаяся непосредственно от источника к точке наблюдения. Продольные волны характеризуются большими скоростями, приходят в любую точку среды раньше поперечных, распространяются практически в любых веществах и меньше. В силу этих обстоятельств сейсморазведка использует преимущественно продольные волны. Установлено, что различные горные породы характеризуются различными скоростями распространения упругих волн. Параметр скорости определяется упругими константами и плотностью горной породы, а они в свою очередь зависят от минерального состава, пористости, трещиноватости и глубины залегания. По значению скорости упругой волны геологический разрез разделяется на относительно однородные слои горных пород, на границах которых скорость меняется скачком. Как правило, границы областей с различными физическими свойствами совпадают с геологическими границам, что используется при интерпретации сейсмических данных. Наличие резких границ раздела между пластами приводит к образованию вторичных волн – отраженных, проходящих и преломленных. Интенсивность вторичных волн зависит от контрастности границы по упругим свойствам. Чем сложнее строение изучаемой геологической среды, тем больше волн образуется на ее границах раздела. Все вместе они образуют вторичное волновое поле – объект измерения в сейсморазведке. Если вторичные волны содержат информацию о целевых геологических границах и успешно регистрируются на поверхности земли или в стволе скважины, то они называются полезными. По типу выделяемых полезных волн в сейсморазведке различают методы отраженных и преломленных волн. Основным измерительным устройством в сейсморазведке служит сейсмоприемник, преобразующий механические колебания упругих волн в электрический ток переменного напряжения. При перемещении частиц горных пород вблизи корпуса приемника в нем вырабатываются электрические импульсы, которые затем откладываются на оси времени. Получаемые зависимости называются графиками колебаний или сейсмотрассами.

Сейсмотрассы объединяются в сейсмограммы – первичный полевой материал сейсморазведки. Сигналы от приемников подвергаются предобработке - усилению, фильтрации нежелательных колебаний и преобразований в цифровую форму. По независимым информационным каналам данные с точек наблюдения поступают в единый центр – сейсмическую станцию, где представляются в удобной для оператора форме. Сейсмическая станция представляет единый информационно-измерительный комплекс, предназначенный для объединения данных с сейсмоприемников, их предобработки, визуального анализа и сохранения на устройство памяти.

Для эффективного прослеживания целевых сейсмогеологических границ применяются типовые способы установки и перемещения пунктов возбуждения и приема колебаний – системы наблюдений. Типичной системой наблюдений является пункт возбуждения, c которого упругие волны регистрируются расстановкой, состоящей из 100-300 пунктов приема – каналов сейсмостанции. Пункт возбуждения обычно располагается в центре расстановки приемника и для получения новой сейсмограммы перемещается на расстояние в 25-50 м. Интервал между пунктами приема также выбирается равным 25-50 метров. Параметры расстановки при перемещении по профилю не изменяются для облегчения дальнейшей автоматизированной обработки данных. Описанная система наблюдений позволяет выделять целевые границы с достаточной надежностью, которая обеспечивается избыточностью получаемой информации. Например, при использовании 240 пунктов приема в расстановке количество сейсмострасс на одну точку границы может достигать 120. Правильный выбор системы наблюдений позволяет без лишних затрат получать необходимую информацию о строении интересующей части геологической среды.

Получаемые в процессе полевых работ сейсмограммы содержат значительную долю нежелательных волн-помех и мешающих колебаний, а полезные волны неудобны для интерпретации. Поэтому первичные сейсмограммы обрабатываются с использованием самой современной компьютерной техники. В результате выполнения процедур обработки сейсмограммы преобразуются во временной или глубинный разрез – материал для геологического толкования.По известным признакам на полученных разрезах выделяются аномальные участки, с которыми связываются скопления полезных ископаемых.

Методы сейсморазведки различаются по типу используемых полезных волн, по стадии геологоразведочного процесса, по решаемым задачам, по способу получения данных, по размерности, по типу источника колебаний и частоте колебаний целевых волн.

По типу используемых волн выделяются: Метод отраженных волн (МОВ) – основан на выделении волн, однократно-отраженных от целевой геологической границы. Наиболее востребованный метод сейсморазведки, позволяющий изучать геологический разрез с детальностью до 0,5% от глубины залегания границы. Используется в сочетании с методикой многократных перекрытий, в которой для каждой точки границы регистрируется большое количество сейсмических трасс. Избыточная информация суммируется по признаку общей средней или глубинной точки (ОСТ или ОГТ). Метод общей глубинной точки значительно расширяет возможности МОВ и применяется в большинстве сейсморазведочных работ. Метод преломленных волн (МПВ) – ориентирован на преломленные волны, которые образуются при падении волны на границу двух пластов под определенным углом. При этом образуется скользящая волна, распространяющая со скоростью нижележащего пласта. МПВ используется только для решения специальных задач из-за существенных ограничений метода.

По стадии геологоразведочного процесса различают региональную, поисковую и детальную сейсморазведку.

По решаемым задачам сейсморазведка подразделяется на глубинную, структурную (нефтегазовую) и инженерную.

По способу получения данных выделяют наземную, скважинную, морскую и лабораторную сейсморазведку.

По размерности сейсморазведка различается на 1D, 2D и 3D варианты. В одномерном варианте упругая волна возбуждается и регистрируется вдоль одного единственного вертикального луча – в стволе скважины. Двухмерная сейсморазведка реализуется расстановкой пунктов возбуждения и приема вдоль линейного профиля. Объемная (3D) сейсморазведка проводится при размещении пунктов приема по площади.

По типу источника различается взрывная, вибрационная и невзрывная импульсная сейсморазведка.

По частоте колебаний сейсморазведка классифицируется на низкочастотную, средне-частотную, высокочастотную и сейсмоакустику.

Также называется спектральным сейсмопрофилированием (ССП). Новое направление в сейсморазведке, основанное на "изучении спектральных характеристик собственного акустического поля Земли и резонансных явлений, возникающих в слоях горных пород при взаимодействии их с сейсмическими волнами". Основным параметром, изучаемым данным методом, является акустическая жесткость среды. Участки разреза с повышенной акустической жесткостью на спектральных разрезах отображаются высокими уровнями амплитуд частотного спектра и наоборот. Первые упоминания о практической значимости этого метода появились в конце XX века. В настоящее время метод спектральной сейсморазведки вызывает дискуссии и не является общепризнанным. Однако отдельные исследования подтверждают оправданность его применения в обнаружении карстовых пустот, нефтегазовых залежей, инженерно-геологических исследованиях.