Геофизические методы исследования земной коры

В отличие от других методов геофизики, интерпретации данных сейсморазведки предшествует очень трудоемкий этап обработки сейсмограмм и магнитограмм, направленный на выделение из сотен зарегистрированных волн нескольких полезных. С помощью как рациональной системы наблюдений, так и сложной цифровой обработки материалов надо подавить множество регулярных и нерегулярных волн-помех и выявить кинематические (время прихода) и динамические (амплитуда сигналов) характеристики волн. Далее их надо идентифицировать однократными отраженными или преломленными (рефрагированными) волнами.

Таким образом, в результате обработки сейсмических данных получаются времена ( $t$ ) прихода тех или иных волн на разных расстояниях от ПВ ( $х$ ). По ним вручную или автоматически с помощью ЭВМ строятся:

годографы волн (по горизонтали откладываются $х$ , по вертикали вверх - $t$ )(см. рис. 4.2 - 4.7);
профилограммы (по горизонтали $х$ , по вертикали вниз записи всех полезных волн);
временные разрезы (обычно в МОВ и МОГТ): по горизонтали $х$ , по вертикали вниз $t _{0}$ , истинное или преобразованное (см. 12.1.2).

Обработка заканчивается качественной интерпретацией выявленных однократных волн, т.е. дается характеристика изменения сейсмического разреза по горизонтали и вертикали. Особенно наглядны временные разрезы, на которых видны все структурные (геометрические) особенности разреза (см. рис. 4.13).

Рис. 4.13. Временной разрез МОВ

12.1.2. Обработка сейсмограмм и магнитограмм.

1. Ручная обработка сейсмограмм. Для ручной обработки данных сейсморазведки используются сейсмограммы, на которых непрерывная аналоговая запись представлена в видимой форме (рис. 4.10). С этой целью в случае магнитной регистрации магнитограммы переписываются на фото- или рулонную бумагу.

На первом этапе обработки сейсмограмм ставят марки времени от момента взрыва. Далее ведут корреляцию, или выделение вступлений или фаз одной и той же волны по разным каналам сейсмограммы. Вступления волны (первое резкое отклонение записи сигнала от положения равновесия) легко определить для волн, пришедших первыми (первые вступления). Как правило, это прямые или преломленные волны. На рис. 4.10 $t _{1}$ - прямая, $t _{2}$ - преломленная, $t _{3}$ - отраженная волны. Определить вступление других полезных волн, особенно пришедших от глубинных границ и в условиях интерференции волн, трудно, поэтому ведется фазовая корреляция. Для этого на сейсмограммах прослеживаются оси синфазности, или фазы колебаний, т.е. максимумы и минимумы на записи, наблюдаемые вслед за вступлением волны и характеризующиеся одинаковой устойчивой формой и амплитудой на соседних трассах.

Для улучшения записи и облегчения выделения тех или иных полезных волн в процессе перезаписи полевых материалов меняют фильтрацию, усиление, производят суммирование сигналов с тем, чтобы сделать запись визуально более четкой и лучшей для ручной обработки. Выделив оси синфазности, по маркам времени легко найти время прихода фазы той или иной волны к каждому сейсмоприемнику. В полученное время прихода волн вводятся так называемые статические поправки: за зону малых скоростей мощностью в несколько первых десятков метров, где скорости всегда ниже, чем в коренных породах, за рельеф, за глубину взрыва и другие, а также поправка за фазу, благодаря которой определяется точное время вступления волны.

2. Цифровая обработка сейсмических данных. Решение сложнейших проблем сейсморазведки - выделение полезных однократных отраженных и преломленных (рефрагированных) волн от ряда границ раздела на фоне сотен волн-помех было бы невозможным без цифровой обработки сейсмических данных на ЭВМ. "Цифровая революция" в геофизике прошла в 60 - 70-е годы, а уровень компьютеризации в сейсморазведке - один из самых высоких среди всех научно-приклад-ных дисциплин.

Основу цифровой обработки сейсмических данных составляют три вида математических операций: преобразования Фурье, свертка (конволюция) сигналов и корреляция.

Преобразования Фурье преобразуют функции во временной области (например, короткий импульс при возбуждении упругой волны) в функции в частотной области (например, длительная гармоническая запись сигнала, снимаемого с сейсмоприемника) и обратно. Важно, что информация в ходе таких преобразований принципиально не теряется, но ее обработка более удобна и наглядна иногда в частотной, иногда во временной областях.

Свертка сигналов - это математическое решение задачи фильтрации, т.е. операция замещения каждого элемента входного сигнала некоторым выходным с определенной весовой функцией. Один из этих сигналов берется перевернутым, т.е. в противофазе.

Корреляция выявляет меру сходства двух последовательностей (выборок каких-то данных). Она аналогична свертке, только без переворота одной из функций. Например, с помощью метода взаимной корреляции определяется сходство сигналов двух трасс записей сейсмоприемников. Для улучшения сходства в один из каналов можно ввести временной сдвиг.

Целью разных методов цифровой обработки является увеличение отношения сигнал/помеха, чтобы надежно отфильтровать кратные и другие волны-помехи, прокоррелировать оси синфазности полезных однократно отраженных или преломленных волн, определить время их прихода по всем трассам и изменение амплитуд сигналов по ним.

3. Построение временных разрезов. При обработке данных МОВ строятся временные разрезы (рис. 4.13). Временной разрез представляет собой определенным образом подобранные и преобразованные сейсмограммы, на которых записи отнесены к нулевому времени ( $t_{0}$ ), т.е. времени пробега волны при нулевом удалении от приемника до источника. Для этого в наблюденные сейсмограммы вводятся так называемые кинематические поправки.

Такие разрезы автоматически получаются при работах методом $t_{0}$ , или центрового луча, когда сейсмоприемник располагается вблизи пункта возбуждения, а запись производится одним сейсморегистрирующим каналом, например, в методе непрерывного сейсмического профилирования на акваториях. Если сделать монтаж из трасс таких записей (для чего направить ось времен каждой трассы вниз, а рядом на определенных расстояниях, соответствующих положению пунктов возбуждения, расположить все соседние трассы), то это и будет временной разрез.

При многоканальной автоматической записи строятся временные разрезы с помощью ЭВМ. Выделяя на временных разрезах оси синфазности, соответствующие временам прихода однократных отраженных волн, получаем линии $t_{0}$ , каждая из которых отвечает одной из отражающих границ геологического разреза.

Временные разрезы хотя и не несут информации о глубинах залегания отражающих границ, но дают представление об основных чертах геологического строения и являются важным результатом качественной интерпретации данных МОВ. Если средняя скорость не меняется вдоль профиля, то линия $t_{0}$ может быть непосредственно сопоставлена с отражающей границей. Зная среднюю скорость в толще над отражающей границей и закон ее изменения со временем, например, по имеющемуся для данного района графику ${V}_{cp}(t_{0})$ , легко перестроить временной разрез в глубинный. В случае, когда ${V}_{cp}(t_{0})$ остается постоянной вдоль профиля, такое преобразование сводится к замене шкалы времени $t_{0}$ на шкалу глубин $H = {V}_{cp}(t_{0})\cdot t_{0}/2$ (см. рис. 4.13). В случае непостоянства ${V}_{ср}$ трансформация временных разрезов в глубинные затруднена и осуществляется с помощью ЭВМ.

4. Обработка данных МОГТ. Как отмечалось в 11.2.4, в методе общей глубинной точки (МОГТ) для каждой точки профиля ( $х_{i}$ ) получается несколько ( $N$ ) сейсмотрасс, т.е. запись с разных пунктов возбуждения (ПВ) и сейсмоприемников (СП), расположенных симметрично от $х_{i}$ (точки записи) (см. рис. 4.14). При такой системе наблюдений во всех точках профиля последовательно могут располагаться ПВ и СП, а число таких перестановок равно кратности перекрытий ( $N$ ).

Рис. 4.14. К обработке данных МОГТ

Поскольку, кроме однократных волн (рис. 4.14), на сейсмограммах регистрируется множество многократно отраженных волн от всех границ раздела (рис. 4.12), то они маскируют полезные однократные волны. Целью обработки данных МОГТ и является хотя бы частичное подавление многократно отраженных волн. Для этого используются сложные многоступенчатые приемы суммирования всех $N$ сейсмотрасс с введением в них кинематических поправок и получением так называемых суммотрасс. Обработка требует больших расчетов и выполняется в автоматическом режиме на ЭВМ.

12.2. Количественная интерпретация данных сейсморазведки

12.2.1. Сущность и конечные результаты количественной интерпретации.

Количественная интерпретация годографов и временных разрезов начинается с изучения скоростного разреза и определения средних скоростей ( ${V}_{ср}$ ) толщ пород над каждой из выявленных отражающих и преломляющих границ. Далее временные разрезы преобразуются в глубинные, т.е. определяется геометрия разреза (глубины залегания, углы наклона ( $\varphi$ )) и распределение пластовых, средних, граничных скоростей по профилю и глубине. Заключительным этапом является геологическое истолкование результатов, для чего используется вся геологическая информация, данные бурения и геофизических исследований в скважинах (ГИС). Оно заканчивается построением сейсмогеологических разрезов, называемых так потому, что это фактически структурно-геологические разрезы, но построенные по данным сейсморазведки и ГИС. Кроме того, строятся структурные карты.

Назад| Вперед

Геологический факультет МГУ

См. также

Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2

Геофизические методы исследования земной коры. Часть 2 : Геофизические методы исследования земной коры.

Роль магнитотеллурических методов в комплексе региональных геолого-геофизических исследований: Роль магнитотеллурических методов в комплексе региональных геолого-геофизических исследований

Проект осуществляется при поддержке:
Геологического факультета МГУ,
РФФИ