Поперечные волны: от регистрации до интерпретации

Robert Garotta
Поперечные волны: от
регистрации до интерпретации
Arbeit macht frei
1
Краткий курс лекций для высших учебных заведений, 2000 г.
Серия №3
Общество геофизиков-разведчиков
Поперечные волны: от регистрации до интерпретации
Robert Garotta
Раздел 1. Исторический обзор
Геофизики-разведчики могут считать, что история поперечных волн началась, когда их стали использовать при поисках нефти. Фактически, этому «историческому» периоду предшествуют три
«доисторические» эпохи:
•
•
•
Эпоха физиков и математиков
Эпоха инженеров-сейсмологов
Эпоха инженеров-строителей
1A. Ученые раннего периода
Список возглавляет Пуассон (рис.1.A.1). Он первым исследовал уравнения движения P- и S-волн
(1828). В 19 веке, другие ученые, проявившие интерес к проблеме распространения волн, разработали теорию упругой среды. Среди них можно назвать Стокса, Кирхоффа, Коши, Грина, Рэлея,
Нотта (Knott), Кельвина и Ламе.
1B. Сейсмология землетрясений
Трехкомпонентные (3C) данные регистрировались с конца 19-го столетия, в частности, для определения причины и координат землетрясений. Олдхэм (Oldham) был первым, кто в 1897 году
идентифицировал первичные, вторичные и поверхностные волны на полевых данных.
На типичной записи (рис.1.B.1) хорошо видны основные элементы, которые определяют
анализ: сначала на трех компонентах появляется вступление первичной волны (P) – на вертикальной составляющей его амплитуда несколько выше; затем появляется вторичная волна (S).
Она распространяется медленнее, характеризуется очень высокой энергией и намного интенсивнее на горизонтальных компонентах, нежели на вертикальных. Точный анализ непрост, поскольку
имеет место наложение нескольких типов волн, включая кратные, преломленные, обменные волны и их сочетания. Однако установлен основной факт: поперечные волны не распространяются
от источника до другой стороны Земли, тогда как P-волны распространяются.
Если говорить точнее, и рассматривать угол между вертикалями, проведенными из источника и точек регистрации, энергия поперечных волн обращается в нуль при апертуре, близкой
к 105° (рис.1.B.2). Затем было предсказано существование жидкой среды на некоторой глубине.
углубленный анализ записей при возрастающем расстоянии от источника позволил сейсмологам
определить мощность твердой мантии и радиус твердого ядра Земли путем интерпретации графика скорости на рис.1.B.3. Эти величины, которые сейчас можно найти в курсе лекций любой
высшей школы, являются результатом первых трехкомпонентных наблюдений, для регистрации,
обработки и интерпретации которых потребовалось около 25 лет.
Arbeit macht frei
2
1C. Гражданское строительство
Инженеры-строители увидели возможное применение поперечных волн в своей отрасли раньше
геофизиков (патент Рикера, 1941). В благоприятных условиях, легкого источника энергии и короткой системы наблюдения метода преломленных волн достаточно для получения скоростей продольных и поперечных волн в приповерхностных отложениях. Как будет показано, достаточно
знать эти скорости и оценку плотности, чтобы вывести модули упругости, которые связаны с механическими свойствами пород и, следовательно, с безопасностью строительства таких объектов
как дамбы или туннели (Suyama, 1984).
На рис.1.C.1 приведен пример короткой системы наблюдения метода преломленных
волн. Хорошо видны вступления P- и S-волн, преломленных на первом консолидированном слое.
1D. Поперечные волны в разведке на нефть
В разведочной геофизике наблюдалось движение к поперечным волнам. Для этого было, по
меньшей мере, три причины:
•
Пока структурные ловушки были основной целью разведки, работу выполняли одни лишь продольные волны (P-волны), чаще всего лучше, чем поперечные волны.
•
Теоретики не проявляли энтузиазма относительно поперечных волн как средства разведки:
основными причинами были величина и сложность анизотропии поля поперечных скоростей
(Jolly, 1956).
•
Применение поперечных волн было сопряжено с трудностями из-за проблем с разработкой и
эксплуатацией источников поперечных волн; кроме того, при обработке данных поперечных
волн приходилось сталкиваться с серьезными проблемами статических поправок.
1Da. SH-волны
Несмотря на это, некоторые геофизики экспериментировали с отраженными S-волнами. Возможно, это началось в 60-х годах в России, когда Пузырев и др. (1966), а затем Бродов и др. (1968)
привели описание источников поперечных волн, полученных в результате подрыва последовательных групп зарядов. В США патенты на вибрационные источники взяли Cherry и Waters (1968),
и Erikson и др. (1968). Тем временем, французские и российские институты согласились провести
эксперименты с поперечными волнами, но они разошлись в том, чему следует уделять основное
внимание.
• Российские ученые сосредоточились на особенностях распространения SH- (или Sh-) волн.
Как показано на рис.1.D.1, SH-волна поляризована горизонтально, перпендикулярно плоскости
падения. С их точки зрения, некоторые геофизические проблемы было бы лучше решать с
применением SH-волн, нежели P-волн, по двум основным причинам:
1) SH-волны не испытывают преобразования, по меньшей мере, в одномерной (1D) среде.
2) SH-волны более чувствительны к литологии, в частности. вследствие более значительной
и более простой осевой изотропии.
•
Французы настаивали на использовании продольных и поперечных волн. Цель – анализ и интерпретация различий времен и амплитуд между двумя типами волн, которые, как предполагалось, имеют место в присутствии флюида.
Экспериментальные сейсмические профили методами P- и SH-волн были отработаны в
Актаныше (Россия) в 1975 году, в Chambon (Франция) в 1977 году, и в США, с применением
Conoco S-wave Groupshoot. Результаты были опубликованы в 1976 году (Полшков и др, EAEG),
1977 году (Garotta и др., SEG) и в 1980 году (Anno:M.S. thesis).
В целях обобщения, эти авторы упомянули особенности прохождения и обработки данных SH-волн, и попытались извлечь выгоду из анизотропии поперечных волн. Однако все увидели
Arbeit macht frei
3
важность соотношения скоростей Vp/Vs, которое может быть получено в результате наблюдения
времен пробега между парами осей синфазности, ассоциированных с P- и S-волнами.
За поперечными волнами признали также способность подтверждать действительность
амплитудных аномалий P-волн. Например, «яркие пятна», происхождение которых объясняли наличием газа, должны отсутствовать на данных S-волн. Этот процесс подтверждения действительности оказался успешным. Однако после публикации Ostrander (1984) об изменении амплитуды в зависимости от выноса (AVO) для отраженных P- волн, стало ясно, что ответ могут дать
одни лишь данные P-волн, и данные SH-волн более не требовались для этой цели.
1Db. Обменные PS-волны
Дальнейшие опытные работы во Франции и в Сибири проводились с регистрацией реальных многокомпонентных данных – излучение и прием в трех ортогональных направлениях. Как показали
наблюдения, отношение Vp/Vs, или его эквивалент, коэффициент Пуассона, можно получить,
имея пару разрезов по данным методов P- и SH-волн, или обменных P- и PS-волн (рис.1.D.2 и
1.D.3). Обход проблемы источника поперечных волн и уменьшение проблемы статических поправок данных поперечных волн за счет использования обменных PS-волн стали определенным шагом вперед, несмотря на некоторые неудобства, связанные с особенностями распространения и
отражения PS-волн.
1Dc. Двойное лучепреломление S-волн
Скважинные сейсмические методы были исходной точкой для анализа явления двойного лучепреломления, синхронного разделения поперечны волн. В начале 80-х годов, Гальперин в России, Crampin в Шотландии и Naville во Франции представили результаты анализа и измерений,
которые показали величину и степень двойного лучепреломления поперечных волн.
В поверхностной сейсморазведке, эксперименты с целью анализа разделения начались в
1980 году (Amoco в Техасе, CGG в Альберте, Colorado School of Mines в Вайоминге). Они подтвердили, что азимутальная анизотропия более не может быть игнорирована при обработке данных поперечных волн. Этот азимутальный эффект открыл путь к исследованию ориентации и
плотности трещин.
Рис.1.A.1.
История поперечных волн
1 – Ученые
• Пуассон: уравнения движения P- и S-волн
2 – Инженеры-сейсмологи
• Oldham: Анализ и распознавание P-, S- и поверхностных волн (1897)
3 – Инженеры-строители
• Вывод параметров пород по скоростям P- и
S-волн (Vp и VS) (патент Рикера – 1941)
4 – Геофизики-разведчики
• Разрезы по данным метода Sh-волн с 1965г.
• Разрезы по данным метода обменных PSволн с 1975г.
• Анализ двойного лучепреломления с 1980г.
(в скважинах) и с 1985г. (на поверхности)
Arbeit macht frei
Рис.1.B.1.
Рис.1.B.2.
Рис.1.B.3.
4
Arbeit macht frei
Рис.1.C.1.
Рис.1.D.1.
Рис.1.D.2.
5
Arbeit macht frei
6
Рис.1.D.3.
Раздел 2. Почему используются поперечные волны?
Даже если количество трудностей в использовании поперечных волн на сегодняшний день существенно сократилось, с ними работать все же намного сложнее, чем с продольными волнами, и
поперечные волны часто не дают лучшего изображения сейсмических данных. Применение поперечных волн должно быть оправдано тем, что они дают дополнительную информацию. Если установлены некоторые преимущества использования поперечных волн, мы можем ожидать их
дальнейшего применения по мере совершенствования технологии, в частности, технологий обработки, сохранения амплитуд и получения изображения.
Как будет изложено далее, применение поперечных волн сегодня означает применение
поперечных волн вместе с продольными волнами, несмотря даже на то, что окончательное изображение данных поперечных волн является объектом для упражнений. В основном, это имеет
место в силу практических причин:
•
Регистрация поперечных волн часто означает регистрацию обменных PS-волн, поэтому дополнительная регистрация P-волн имеет предельную стоимость.
•
Даже если ожидается, что версия данных поперечных волн должна быть лучше, предварительная обработка данных P-волн этой же съемки окажет существенную помощь в обработке
данных поперечных волн.
Приведенные ниже ситуации и примеры иллюстрируют, как поперечные волны могут внести эффективный вклад. Подробнее эти случаи будут рассмотрены в Разделе 6 (интерпретация).
2A. Когда применение продольных волн не имеет успеха
2Aa. Использование преимуществ сильных различий по скорости
Границы песок-глина могут формировать слабые различия по скорости P-волн. В качестве примера можно привести турбидитовые русла (рис.2.A.1). Кровля коллектора не может быть обнаружена по сейсмическим данным. Поскольку по данным поперечных волн различие намного сильнее,
перешли к PS-волнам. Сравнение (рис.2.A.2, с разрешения Chevron) показывает, как данные обменных PS-волн позволяют выделить границы коллектора на времени 4.0 с.
2Ab. Использование преимуществ геометрии лучей обменных волн
Газовые каналы нарушают распространение P-волн, и иногда обуславливают появление теневых
зон на сейсмических разрезах, как раз на участках, представляющих значительный интерес. На
таких участках, одни только поперечные волны дают лучшее изображение, поскольку наличие газа не нарушает их распространения. Обменные PS-волны также могут оказать существенную помощь, при условии, что теневая зона имеет ограниченную ширину, как показано на рис.2A.3. Гео-
Arbeit macht frei
метрия лучей обменных волн используется следующим образом: сейсмические волны не распространяются в виде P-волн через газовые каналы.
7
2Ac. Получение изображения ниже областей соли или базальта
Эта потенциальное применение поперечных волн касается обработки, точнее говоря, получения
изображения. Нет необходимости регистрировать поперечные волны. На рис.2.A.4 показано, почему получение изображения ниже высококонтрастной скоростной границы с применением обменных волн может быть более успешным, нежели в случае использования одни лишь продольных волн. Сравниваются пути распространения P-волн и обменных PSSP-волн (преобразование
P-волн в S-волны, а затем из S-волн в P-волны).
Между перекрывающими отложениями и слоем, где распространяется волна постоянного
вида, существует сильное различие по скорости, которое нарушает геометрию луча. Напротив,
скорость продольных волн в перекрывающих отложениях может быть близкой (в данном случае
равной) к скорости поперечных волн в слое, что дает простую геометрию луча. Несомненно, обменные волны намного проще сфокусировать на подошве высокоскоростного слоя. Другими словами, для фокусирования P-волн требуется точное моделирование области высоких скоростей,
тогда как обменные волны легче сфокусировать с применением общепринятых программ суммирования и получения изображения.
2B. Когда требуется литологическая информация
2Ba. Коэффициент Пуассона
Как упоминалось выше, коэффициент Пуассона напрямую связан с отношением скоростей Vp/Vs
(см. Раздел 3). Внутри данного слоя, отношение скоростей равно обратному отношению времен
пробега волн (Ts/Tp). Это легко наблюдается для всех основных отражающих поверхностей, при
условии, что установлена корреляция осей синфазности, соответствующих кровле и подошве
слоя.
После того, как определен коэффициент Пуассона, при литологической интерпретации
используются два параметра (Vs и Vp, или Vp и Vp/Vs), вместо одного, который представляет собой волновое сопротивление продольных волн.
На рис.2.B.1 представлен весьма наглядный случай. Известняки, пески и глины полностью разделяются в области Vp(Vp/Vs), тогда как по оси Vp они перекрываются. На рис.2.B.2 показан сейсмический профиль, где регистрировались P- и SH-волны; на разрез по данным метода
P-волн наложены значения коэффициента Пуассона, кодированные цветом.
2Bb. Ориентация естественных осей анизотропии
Тектонические нагрузки обуславливают преимущественные ориентации в свойства пород и, следовательно, азимутальную анизотропию. В свою очередь, знание анизотропии дает нам информацию о тектонике или палеотектонике. Часто следствием тектонических нагрузок является трещиноватость пород, которая представляет значительный интерес при исследовании коллектора.
Поперечные волны более чувствительны к азимутальной анизотропии, нежели продольные волны. Поляризация и разделение делают поперечные волны естественным средством исследования трещиноватости. На рис.2.B.3, ориентация естественных осей выявлена в результате 3D×3D
(трехмерной трехкомпонентной) съемки, благодара наблюдению разделения поперечных волн.
Исследования в скважинах подтвердили эту ориентацию.
2Bc. Интенсивность трещиноватости
Оценка эффекта разделения внутри слоя заставляет измерить временную задержку между двумя
поперечными волнами. Измерение может быть выполнено на каждой глубинной точке съемки. В
общем случае, чем больше задержка, тем интенсивнее трещиноватость. Конечно, такая интерпретация должна быть поддержана скважинными данными, поскольку неожиданная анизотропия
может подвергнуть опасности заключения, сделанные по априорной модели.
На рис.2.B.4, интенсивность анизотропии по сейсмическим данным хорошо коррелируется с таковой по скважинным данным, что поддерживает соотношение между интенсивностью анизотропией и трещиноватости.
2Bd. Акустический каротаж методом поперечных волн
Arbeit macht frei
8
Сегодня данные трехкомпонентного АК являются общедоступными. Несколько авторов предположили, что скорости Vp и Vs, получаемые по этим данным, могут быть использованы для выявления изменений в поровом флюиде и литологии (Gassmann, 1951; Pickett, 1963; Tatham, 1982,
Castanga, 1993 и др.).
Например, Krief и др. (1989) упоминают почти линейное соотношение между квадратами
скоростей P- и S-волн, при условии, что литология постоянная и изменяется только пористость.
Это соотношение зависит от скорости P-волн в пластовом флюиде, но остается линейным независимо от типа флюида.
V P2 = Угловой коэффициент V S2 + Смещение
[1]
Угловой коэффициент является функцией матрицы (ma) и флюида:
Угловой коэффициент = (V P2 ma − Смещение) V S2 ma
Угловой коэффициент используется для идентификации матрицы (в частности, он позволяет надежно разделять карбонаты и песчаники, рис.2.B.5).
Квадрат скорости P-волны в пластовом флюиде, Vp2 (fluid), определяется коэффициентом «Смещение» в уравнении [1], как на рис.2.B.5. Таким образом, используя величину смещения,
можно отличить жидкости (воду, нефть) от газа.
2C. Когда затрагивается состав флюида
Пример подтверждения яркого пятна показан на следующих рисунках, хотя для этой цели AVO
продольных волн может заменить поперечные волны. На рис.2.C.1a и 2.C.1b, зеленый цвет горизонтов облегчает визуальную корреляцию; разрез по данным метода P-волн демонстрирует амплитудные аномалии. Аномалии P-волн на рис.2.C.1a отсутствуют в версии S-волн; они обусловлены наличием газа. На рис.2.C.1b амплитудные аномалии имеются на данных P- и S-волн (причиной последних является литология, а не газонасыщенность).
2D. Когда необходимо подтверждение
Пара разрезов по данным методов P- и S-волн дают два независимых результата, но сообщают
они об одном и том же, по меньшей мере, в терминах определения структуры. Кроме того, их нежелательные элементы различные. Следовательно, велика вероятность того, что элементы, которые выглядят одинаково на двух версиях, являются реальными. Это может помочь интерпретации в ряде случаев.
На рис.2.D.1 показаны два временных масштаба данных поперечных и обменных PSволн, которые преобразованы во временной масштаб данных P-волн. Разрез соответствует карбонатной обстановке осадконакопления. Некоторые элементы обозначены желтым цветом. Будучи наблюденным на разрезе по методу P- или S-волн, каждый из этих элементов может быть
объяснен как помеха или кратная волна. Поскольку они устойчиво наблюдаются на данных нескольких независимых типов волн, эти элементы могут помочь интерпретатору. В частности, желтое пятно на малой глубине в центральной части разреза соответствует краю рифа, из которого
ведется добыча.
2E. Когда требуется разрешающая способность на глубинах от малых до средних
Поскольку поперечные волны распространяются медленнее, чем продольные волны, их разрешающая способность должна быть лучше, при условии, что амплитудно-частотные спектры обоих
видов волн одинаковы. Однако, как будет более подробно рассмотрено в Разделе 6, этого часто
не происходит. Опыт показывает, что разрезы по данным метода обменных PS-волн демонстрируют на глубинах от малых до средних более высокую разрешающую способность, нежели разрезы по данным метода P-волн.
Arbeit macht frei
Рис.2.A.1.
]
Рис.2.A.2.
Рис.2.A.3.
9
Arbeit macht frei
Рис.2.A.4.
Рис.2.B.1.
Рис.2.B.2.
10
Arbeit macht frei
Рис.2.B.3.
Рис.2.B.4.
Рис.2.B.5.
11
Arbeit macht frei
12
Рис.2.C.1.a, b.
Рис.2.D.1.
Раздел 3 Теоретические основы
Максимальное понимание распространения сейсмических волн в геологической среде является
естественной целью сейсморазведчиков. Хотя теоретические выводы не являются предметом
данного курса, мы приведем здесь минимальные теоретические обоснования, которые проясняют
некоторые аспекты. Необходима также минимальная точность для понимания и оперирования
концепциями, относящимися к распространению волн.
Задача данного раздела состоит в том, чтобы напомнить нам наиболее важные принципы
и терминологию, которые будут использоваться в следующих разделах. Описание анизотропии
геологической среды дается в соответствии с тезисами Hocine Tabti (1997).
3A. Распространение упругих волн
Когда рассматривается распространение упругих волн в геологической среде, описание и математическое выражение физических явлений нельзя назвать простыми. Однако имеющий место
прогресс позволяет нам включать в технологию все более и более сложные элементы. Волновое
Arbeit macht frei
уравнение является ключевым моментом в этой области. Вывод волнового уравнения означает
три существенных шага:
13
•
Выражение стабильности малого элемента в упругой среде (кубе), который испытывает воздействие окружающих напряжений.
•
Применение закона Гука, который связывает напряжения, смещения и деформации с упругими постоянными.
•
Применение закона Ньютона, который приравнивает силу инерции (поскольку волна является
проходящей) к окружающим напряжениям, и выражает их согласно постоянным Гука.
3Aa. Упругие среды
В любой среде, общее соотношение описывает распространение упругих волн, выражая фазовую
скорость ( v ) согласно трем переменным: длине волны ( λ ) или волновому числу ( k = 2π / λ ), направлению распространения (перпендикулярно фронту волны), которое обозначается вектором
r
r
r
n , и положению точки наблюдения (M); k = kn – волновой вектор.
Общее соотношение имеет вид:
v = F (k , n, M )
[2]
Если:
•
v зависит только от k, о среде говорят, что она дисперсная.
•
r
v зависит только от n , о среде говорят, что она анизотропная.
•
v зависит только от M, о среде говорят, что она неоднородная.
В реальных условиях возможны все сочетания этих случаев. Положительным фактором
является то, что объемные волны в геологической среде могут считаться недиспергированными.
Однако поверхностные волны являются диспергированными и имеют значение при обработке
сейсмических данных.
При рассмотрении анизотропии и неоднородности геологической среды, важным моментом является соотношение между длиной волны и размером (d), которое характеризует явление,
обуславливающее неоднородность. Если d << λ , фактическая среда может быть замещена (что
касается λ ) однородной, но анизотропной средой. Согласно Marion и др. (1994), это имеет место
для d ≤ λ / 10 , и относится, например, к случаю слоев, мощности которых малы по отношению к
длине волны. При d ≥ λ , волна «видит» границы между неоднородностями как макроскопические
потери непрерывности. Структура большинства геологических сред представляет один или более
масштабов неоднородности, такие как организация кристаллов, размер зерен и слоистость. Поэтому среды могут рассматриваться как однородные и анизотропные.
3Ab. Однородная изотропная среда
Интерес к изотропным средам можно было наблюдать в прошлом. Сегодня мы в основном работаем с анизотропными средами, и наша способность оперировать ими все более возрастает. Эта
упрощенная схема была достаточно эффективной для обработки значительного количества данных, и продолжает использоваться во многих случаях. Более того, это предположение позволяет
нам вывести волновое уравнение, не прибегая к слишком сложным математическим выкладкам, и
установить соотношения между параметрами, как сейсмическими (скоростями, отношениями скоростей), так и петрофизическими.
Arbeit macht frei
14
Элементарный куб находится в системе координат o,x,y,z, и каждая из его сторон испытывает нормальное и тангенциальное напряжения. Имеются лишь три величины нормальных или
тангенциальных напряжений, поскольку существуют необходимые условия устойчивости: N1, N2,
N3 и T1, T2, T3, как показано на рис.3.A.1. Если F1, F2 и F3 – составляющие результирующей
объемной силы F, приложенной к кубу, то N и T заданы на единичную поверхность, а F – на единичный объем.
•
Первый шаг состоит в выражении устойчивости куба:
⎧∂N 1 / ∂x + ∂T3 / ∂y + ∂T2 / ∂z + F1 = 0
⎪
⎨∂T3 / ∂x + ∂N 2 / ∂y + ∂T1 / ∂z + F2 = 0
⎪∂T / ∂x + ∂T / ∂y + ∂N / ∂z + F = 0
1
3
3
⎩ 2
•
[3]
Второй шаг представляет собой запись закона Гука: пропорциональность между напряжением
и деформацией.
r
Вектор деформации: f (u , v, w) .
∂u
∂v
∂w
∂w
+ B2
+ B3
+ C1
∂x
∂y
∂z
∂y
∂v
∂u
∂w
∂v
∂v
+ C2
+ D1
+ D2
+ E1
+ E2
∂z
∂z
∂x
∂x
∂y
N (или T ) = A1u + A2 v + A3 w + B1
[4]
Двенадцать постоянных выражают пропорциональность. Поскольку можно записать
шесть сходных уравнений, количество констант равняется: 6 × 12=72. Это число можно уменьшить
до 36, если, например, учесть, что при полном перемещении, ∂u / ∂x и сходные производные равны нулю, поскольку перемещение не затрагивает упругие силы. Таким образом, A1 (и аналогичные постоянные) должны быть равны нулю, т.е. количество постоянных уменьшается на 18.
В других случаях, берется симметрия изотропного случая, для которого могут быть определены некоторые простые деформации; симметрия этих деформаций дает выражение сил, их
формирующих.
В конечном счете, для изотропного однородного случая, остаются две константы, называемые коэффициентами Ламе: λ и µ . Если:
θ = (∂u / ∂x + ∂v / ∂y + ∂w / ∂z ,
N 1 = λθ + 2µ
∂u
, и два сходных уравнения.
∂x
T1 = µ (∂w / ∂y + ∂v / ∂z , и два сходных уравнения.
•
[5]
[6]
Для третьего шага, рассматривается деформация куба, поскольку волна является
r
проходящей (предполагается, что она плоская). Это означает, что в [3], F будет
замещена инерциальной силой.
∂N 1 / ∂x + ∂T3 / ∂y + ∂T2 / ∂z = ρ∂ 2 u / ∂t 2 ,
и два сходные уравнения, где ρ – плотность.
Исключение N и T в [3] – [7] дает:
[7]
Arbeit macht frei
(λ + µ ) ∂θ + µ∆u = ρ ∂
∂x
15
2
u
∂t 2
,
[8]
и два сходных уравнения для v и w .
До настоящего времени, это применяется продольных и поперечных волн. Различие следует из процесса, который обычен при оперировании векторными полями:
r
поле векторов смещения δ (u , v, w) можно рассматривать как сумму двух векторных полей – скалярного (scalar) и векториального (vectorial). Если рассматривать
каждый элемент этой суммы по отдельности, можно прийти к двум решениям
уравнения [8]. Можно проверить следующее:
•
В скалярной компоненте, движение частиц перпендикулярно фронту волны, а скорость распространения α ,
α=
λ + 2µ
ρ
[9]
это скорость распространения продольных волн.
•
В векториальной компоненте, движение частиц происходит по касательной к
фронту волны, а скорость распространения β ,
β=
µ
ρ
[10]
это скорость распространения поперечных волн.
3Ac. Постоянные Ламе, объемный модуль упругости, модуль Юнга, коэффициент Пуассона
Постоянные Ламе обычно используются для выражения теории распространения волн в изотропных однородных средах, но, в силу исторических и/или практических причин, популярны некоторые другие константы. Они появились в результате классических экспериментов, где измеряются
относительные изменения длины и диаметра стержня, испытывающего растяжение:
•
Модуль сдвига µ = (∆F / S ) /( ∆L / L)
[11]
где ∆F = сдвигающая сила (тангенциальная составляющая), S = площадь сечения,
L = расстояние между плоскостями сдвига, ∆ L = смещение при сдвиге.
•
Модуль Юнга E = µ
3λ + 2µ
λ+µ
[12]
( E∆L / L = F / S для стержня длиной L, с площадью поперечного сечения S, испытывающего
продольное нормальное напряжение F).
[13]
• Объемный модуль упругости K = λ + 2 / 3µ
•
Коэффициент Пуассона σ =
λ
2λ + µ
( σ = − L∆D / D∆L для стержня длиной L и диаметром D).
•
α и β выражаются также через K и µ , или E и σ
[14]
Arbeit macht frei
α=
β=
•
k + 4µ / 3
ρ
=
16
E (1 − σ )
σ (1 + σ )(1 − 2σ )
µ
E
=
ρ
2 ρ (1 + σ )
[15]
σ может быть выражен через отношение α / β :
⎛ α2
⎞ ⎛α 2
⎞
σ = ⎜⎜ 2 − 1⎟⎟ ⎜⎜ 2 − 1⎟⎟
⎝ 2β
⎠ ⎝β
⎠
[16]
3Ad. Однородная анизотропная среда
Поскольку тензоры предназначались специально для исследования упругости в общем, математический аппарат, необходимый для выполнения этого анализа, не может исключить их. Здесь у
нас нет возможности вдаваться в детали, но основные моменты должны быть упомянуты: поиск
возможного распространения плоских волн в таких средах приводит к решению кубического уравнения относительно ( ρv 2 ).
Для одного данного направления в однородной анизотропной среде, могут быть три объемные волны, распространяющиеся с различными скоростями и поляризованные согласно трем
различным направлениям. Поскольку существует симметрия, можно показать, что плоскости поляризации трех типов волн являются взаимно перпендикулярными.
Перечислим три типа волн в порядке уменьшения скорости:
•
•
•
Квази-P-волна (qP-волна), или квазипродольная волна
Квази-S-волна (qS1-волна), или квазипоперечная волна 1
Другая квази-S-волна (qS-волна), или квазипоперечная волна 2
Так называемая qP-волна чаще всего поляризуется близко к нормали фронта волны, а
qS1- и qS2-волны, как правило, поляризуются в плоскости, касательной к фронту волны. Но это
не всегда можно назвать истинной сильной анизотропией. Когда анизотропные материалы имеют
плоскость или ось симметрии, три типа волн имеют чистую продольную или касательную поляризации для распространения в плоскости или оси симметрии.
3Ae. Постоянные анизотропии
Согласно тензорному изложению, «обобщенный» закон Гука, выражающий линейное соотношение между напряжениями и деформациями, требует для представления упругих постоянных в
трехмерном (3D) пространстве тензора четвертого порядка. Это означает, что количество постоянных равно 34=81, размерность которых – это размерность объемного модуля упругости, или постоянных Ламе.
Условия устойчивости, симметрии, а также требования термодинамики, уменьшают количество постоянных до 21 для самого общего (триклинного) случая анизотропии. Это множество
констант обычно представляется в матричной форме и записывается согласно записи Фойгта
(Voigt), которая уменьшает количество необходимых индексов с 4 до 2. Значения симметричны
относительно диагонали.
Согласно общепринятым обозначениям, σ = напряжение, ε =деформация, и C = упругая
постоянная:
Arbeit macht frei
⎛ σ 11 ⎞ ⎛ C11
⎜
⎟ ⎜
⎜ σ 22 ⎟ ⎜
⎜σ ⎟ ⎜
⎜ 33 ⎟ = ⎜
⎜ σ 44 ⎟ ⎜
⎜
⎟ ⎜
⎜ σ 55 ⎟ ⎜
⎜σ ⎟ ⎜
⎝ 66 ⎠ ⎝
C12
C 22
C13
C 23
C14
C 24
C15
C 25
C 33
C 34
C 35
C 44
C 45
C 55
C16 ⎞ ⎛ ε 11 ⎞
⎟ ⎜
⎟
C 26 ⎟ ⎜ ε 22 ⎟
C 36 ⎟ ⎜ ε 33 ⎟
⎟=⎜
⎟
C 46 ⎟ ⎜ 2ε 23 ⎟
⎟
C 56 ⎟ ⎜⎜ 2ε 13 ⎟⎟
C 66 ⎟⎠ ⎜⎝ 2ε 12 ⎟⎠
17
[17]
Это уравнение выражает закон Гука, обобщенный для анизотропной среды. Можно заметить, что
для изотропного случая:
C11 = C 22 = C 33 , и фазовая скорость P-волны α = C11 ρ
[18]
C12 = C 21 = C13 = C 31 = C 23 = C 32 , и C 44 = C 55 = C 66 = (C11 − C12 ) 2
[19]
а фазовая скорость S-волны β = (C11 − C12 ) 2 ρ
[20]
3Af. Анизотропия в геологической среде
Большинство геологических сред представляет собой агрегаты минералов, на которые воздействуют механические разрушающие нагрузки, выраженные в виде микротрещин, более или менее
организованных в пространстве. На практике, встречаются пять видов симметрии (Paterson и
Weiss, 1961). Характерные формы матриц их упругих постоянных представлены на рис.3.A.2. Перечислим их в порядке убывания симметрии:
•
Изотропная – породы, состоящие из агрегатов минералов, кристаллографические оси и/или
микротрещины которых ориентированы случайным образом. Для характеристики этих сред
достаточно двух упругих постоянных.
•
Поперечно-изотропная (VTI) – повторяющаяся последовательность тонких слоев, но это может быть также первоначально изотропная среда, которая испытывает влияние одной системы параллельных трещин. Пять упругих постоянных.
•
Орторомбическая – три взаимно перпендикулярные оси симметрии. Например, последовательность горизонтальных тонких слоев, которая испытывает влияние системы параллельных
и вертикальных трещин. Предполагается, что такие среды создаются под действием тектонических напряжений. Девять упругих постоянных.
•
Моноклинная – одна плоскость симметрии. Например, однородная и первично изотропная
среда, которая испытывает влияние двух неортогональных систем трещин. Тринадцать упругих постоянных.
•
Триклинная – один центр симметрии. Двадцать одна упругая постоянная.
Один важный факт состоит в том, что матрица упругих постоянных на рис.3.A.2 действительна только в том случае, когда оси или плоскости координат совпадают с элементами симметрии. Для геологических сред, например, поперечно-изотропных, ось Z параллельна оси симметрии. Для орторомбического случая, каждая из координатных плоскостей должна быть перпендикулярна плоскости симметрии. На практике, для обработки 3C данных, это наблюдение придает
особое значение поиску естественных координат.
3Ag. Терминология
Arbeit macht frei
18
Вид волны должен быть определен согласно характеристикам среды и условиям распространения.
Суффиксы H и V указывают, что соответствующая поперечная волна поляризована, соответственно, в горизонтальной или в вертикальной плоскости. Приставка q (квази-) означает, что
волна является почти поперечной (имеется смещение, перпендикулярное направлению распространения волны).
В изотропном случае, две поперечные волны являются чисто поперечными, SH- волна и
SV-волна поляризованы, соответственно в горизонтальной и в вертикальной плоскостях.
В поперечно-изотропном случае, поляризация может быть усложнена, в зависимости от
соотношения между осью симметрии и координатами регистрации данных. Если говорить более
точно, терминология для поперечной изотропии различается в зависимости от четырех случаев:
•
Распространение (источник, точка отражения, сейсмоприемник) в вертикальной плоскости,
содержащей ось симметрии; обозначение поперечных волн: qSV и SH.
•
Распространение в плоскости, вертикально (или горизонтально) перпендикулярной оси
симметрии; обозначение: SH и SV, две поперечные волны поляризуются, соответственно,
в горизонтальной и в вертикальной плоскостях.
•
Распространение в горизонтальной плоскости, содержащей ось симметрии; обозначение:
qS и SV.
•
Если плоскость распространения отличается от вышеперечисленных случаев, за пределами вертикальной или горизонтальной плоскости могут быть поляризованы две поперечные
волны; правильное обозначение: qS1 и qS2. В этом случае, даже поперечно-изотропная
среда выглядит в системе регистрации данных, включающей горизонтальные и вертикальные сейсмоприемники, как триклинная среда. На практике, когда ориентация оси симметрии неизвестна, запись должна иметь вид: qS1 и qS2, но чаще всего – S1 и S2.
3Ah. Слабая анизотропия
Несколько лет назад, разработки в области анизотропии материалов, упоминавшиеся выше,
представляли незначительный практический интерес. Лишь немногие были в достаточной степени вовлечены в обработку данных и оперирование упругими постоянными. Проведенный по инициативе L. Thomsen (1986) анализ изменил ситуацию.
Статья Thomsen «Weak elastic anisotropy» (Слабая анизотропия упругих свойств) дает
представление о практическом способе оперирования анизотропией при обработке и интерпретации сейсмических данных. Ее основные положения включают следующее:
•
В большинстве случаев, представляющих интерес для геофизиков, анизотропия является
слабой (10-20%).
•
Наиболее общая мера анизотропии, которая различает вертикальные или горизонтальные составляющие скорости, не подходит для проблем распространения P-волн, близкого к вертикальному.
•
Общая аппроксимация, используемая для упрощения эллиптического уравнения скорости
волн в анизотропной среде, обычно не подходит для P- и SV-волн.
•
Использование коэффициента Пуассона для расчета горизонтального напряжения (как определяется по вертикальным составляющим скоростей P- и S-волн), обычно приводит к значительным ошибкам. Для описания слабой анизотропии используются три безразмерных параметра:
Arbeit macht frei
ε=
C11 − C 33
C − C 44
(C + C 44 ) − (C 33 − C 44 )
, γ = 66
, δ = 13
2C 33
2C 44
2C 33 (C 33 − C 44 )
2
19
2
[21]
Можно видеть, что если v(θ ) и V (φ ) – соответственно фазовая и групповая скорость в
соответствии с углом θ волнового вектора и с углом φ луча к вертикали (рис.3.A.3):
ε=
v p (π 2) − α 0
α0
, γ =
v sh (π 2) − β 0
β0
⎛ V p (π 4 ⎞ ⎛ V p (π 2 ⎞
⎟−⎜
, δ = 4⎜
− 1⎟
⎜ V ( 0) ⎟ ⎜ V ( 0)
⎟
⎝ p
⎠ ⎝ p
⎠
[22]
Отсюда можно вывести фазовые скорости v(θ ) и скорости ОГТ или суммирования и
VNMO (скорости вертикального суммирования):
v p = α 0 (1 + δ sin 2 θ cos 2 θ + ε sin 4 θ )
⎛ α
V SV (θ ) = β 0 ⎜⎜1 + 0
⎝ β0
⎞
⎟⎟(ε − β ) sin 2 θ cos 2 θ
⎠
v sh (θ ) = β 0 (1 + γ sin 2 θ )
V NMO ( P ) = α 0 1 + 2δ
V NMO ( sv ) = β 0
⎛α
1 + 2⎜⎜ 0
⎝ β0
[23]
2
⎞
⎟⎟ (ε − δ )
⎠
V NMO ( sh ) = β 0 1 + 2γ
[24]
[25]
Отметим, что ε = δ означает эллиптическую анизотропию.
На рис.3.A.4, фронты P-волн соответствуют δ = ε и δ = −ε . Скорость ОГТ обусловлена
кривизной фронта волны в окрестности вертикали. Эта кривизна соответственно меньше (δ = ε )
и больше (δ = −ε ) , чем кривизна окружности, обозначенной точками и представляющей случай
изотропии. Это означает, что VNMO соответственно выше и ниже, чем групповая скорость на вертикали.
3B. Отражение, прохождение и преобразование типов упругих волн
3Ba. Уравнения Zoeppritz
Прохождение упругих волн через границу раздела двух сред с различными волновыми сопротивлениями подчиняется физическим законам, согласно которым, энергия падающей волны разделятся на отраженную энергию и проходящую энергию. Для данного типа падающей волны, происходит также преобразование, в результате которого формируются различные типы отраженных и
проходящих волн:
•
Преломление отраженных или проходящих волн подчиняется закону Снеллиуса.
•
Разделение энергии между различными типами отраженных, обменных или проходящих волн
определяется уравнениями Zoeppritz, которые выражают непрерывность смещения по двум
сторонам границы.
На рис.3.B.1, для падающей P-волны, имеются отраженные и проходящие P- и SV-волны.
Уравнения Zoeppritz описывают изменение отражательной способности P-волн в функции
угла падения. Они являются основой исследований AVO.
Arbeit macht frei
20
Полная формулировка уравнений Zoeppritz сложна; обычно принимаются упрощенные
версии, во всяком случае, для облегчения понимания. Например, формулировка Bortfeld-Hilterman
принята для угла падения около 50°, и дает коэффициент отражения P-волны:
V p 2 ρ 2 cos θ 1 − V p1 ρ 1 cos θ 2
2
⎛ sin θ 1 ⎞
⎡ V ρ − V s1 ρ 2
⎤
⎟ (V s 2 + V s1 ) ⎢2 s 2 1
+⎜
+ 3(V s1 − V s 2 )⎥
R pp (θ 1 ) =
⎜
⎟
ρ1 + ρ 2
V p 2 ρ 2 cos θ 1 + V p 2 ρ 2 cos θ 2 ⎝ V p1 ⎠
⎣
⎦
[26]
В этом уравнении, индексы 1 и 2 относятся к среде, в которой падающая волна является сначала
прошедшей (propagated) (1), а затем проходящей (transmitted) (2).
Другие формулировки менее претенциозны (они действительны только до 30°),но намного проще для понимания, поскольку они являются линейными в функции различия о скорости или
плотности на границе раздела. Эти формулировки должны быть использованы только для слабых
различий (<0.2). Записи принимают вид:
θ = (θ 1 + θ 2 ) / 2, ∆V / V = различие по скорости на границе, Vp = (Vp1 + Vp 2) / 2, ∆ρ / ρ = различие по плотности на границе, Vs = (Vs1 + Vs 2) / 2 .
Aki и Richards (1980) предложили следующее уравнение:
⎛V
1⎡
R pp (θ ) = ⎢1 − 3⎜ s
⎜V
2⎢
⎝ p
⎣
2
2
⎤ ∆ρ
⎛ Vs ⎞
⎞
∆V p
∆V s
1
2
⎜ ⎟ sin 2 θ
⎟ sin θ ⎥
4
+
−
⎜V ⎟
⎟
Vs
⎥ ρ 2 cos 2 θ V p
⎝ p⎠
⎠
⎦
[27]
Для полноты картины, необходимо записать еще три соотношения, которые дают коэффициент для отраженных поперечных PS-волн – проходящих PP- и PS-волн. Кроме того, необходимо рассмотреть поперечную падающую волну, что означает еще три соотношения. Эти формулировки не представляют большого интереса для нашей цели; тем ее менее, не рис.3.B.2 приведены графические представления. Они приводят к замечаниям, представляющим общий интерес,
относительно верхнего предела углов падения, которыми можно уверенно оперировать в сейсморазведке МОВ. Эти углы должны быть меньше критического угла отражения для P-волн.
Если рассматривать падение P-волны под критическим углом, происходит изменение знака фазы:
•
Для этого же угла падения PSv-волны.
•
Для меньшего угла падения ShSh-волны.
•
Для значительно меньшего угла падения SvSv-волны.
На практике, это обуславливает максимальное расстояние регистрации для каждого из типов
волн.
Возвращаясь к формулировкам, мы полагаем, что линеаризованная форма уравнений
Zoeppritz может быть уверенно записана для ограниченных величин различия по импедансу, и
для ограниченных величин угла падения. Поскольку эти ограничения охватывают большинство
реальных случаев, их предпочтительнее использовать для упрощения.
3Bb. Линеаризованные уравнения Zoeppritz
Если взять уравнение [27] и предположить, что sin θ ≈ tgθ , можно показать (Shuey, 1985):
R pp (θ ) = R pp (0) + G pp sin 2 θ
[28]
Gpp – «градиент» Rpp( θ ) в системе координат Rpp( θ ), sin2 θ , а Rpp(0) – коэффициент отражения при
нормальном падении. Запишем эти величины:
Arbeit macht frei
R pp (0) =
1 ⎡ ∆ V p ∆ρ ⎤
+
⎥
⎢
2 ⎣⎢ V p
ρ ⎥⎦
21
[29a]
и
G pp
V s2 ∆V s
V s2 ∆ρ
1 ∆V p
=
−4 2
−2 2
2 Vp
V p Vs
Vp ρ
[29b]
Аналогично, коэффициент отражения для падающей P-волны и отраженной S-волны
имеет вид:
R ps (θ ) = G ps sin θ p
где
G ps = −2
Vs ∆Vs 2Vs + V p ∆ρ
−
V p Vs
2V p
ρ
[29c]
Дадим четыре комментария к этим упрощенным формам:
• Rpp(0) не зависит от различия по скорости поперечных волн, а Gpp зависит.
• О Gpp говорят, что это «градиент» коэффициента отражения P-волны.
• Rps(0) = 0 (при нормальном падении обменная волна отсутствует).
• Уравнение [29c] показывает, что коэффициент отражения обменной PS-волны не зависит от
различия по скорости продольных волн.
3Bc. Амплитуда на сейсмическом разрезе
Амплитуда сейсмической волны, наблюдаемая на разрезе общей точки приема (CRP), представляет собой среднюю амплитуду отдельных трасс, которые зарегистрировали сейсмический сигнал в пределах угла падения около 30°.
Уравнения [29a и 29b] показывают, что Rpp(0) не зависит от различия по скорости поперечных волн, а Gps не зависит от различия по скорости продольных волн. На рис.3.B.3, заштрихованные зоны представляют амплитуды сейсмических волн в диапазоне углов падения (0-30°);
они, соответственно, пропорциональны Rpp(0) и почти пропорциональны Gps. Наконец, разрез по
данным метода P-волн демонстрирует различия по плотности и сжимаемости, а разрез по данным метода обменных PS-волн демонстрирует, в основном, различия по плотности и жесткости.
3Bd. Отражательная способность и анизотропия
Соотношения Zoeppritz установлены с учетом границы между двумя изотропными средами; это
означает, что скорости не зависят от угла падения. Даже простейший случай анизотропии, т.е.
вертикальная поперечная анизотропия, вовлекает зависимость Vs и Vp от θ . Если известны параметры анизотропии Thomsen, можно (по меньшей мере, в теории) учесть их и, следовательно,
подобрать коэффициент отражения в соответствии с зависимостью скорости от угла падения. Эта
зависимость должна быть рассмотрена для целей AVO.
3Be. Методики AVO (зависимости амплитуды от выноса) и многокомпонентных данных
Из [27] следует, что отражательная способность продольных волн зависит от различия по скорости поперечных волн, при условии достаточно большого выноса. Такая зависимость позволяет
делать вывод о различии по скоростям поперечных волн, имея только данные P-волн. Это может
Arbeit macht frei
22
оказать существенную помощь, но не является целью настоящего курса. Методика AVO рассмотрена в публикации Castagna, SEG, 1993. Фактически, AVO для P-волн способна дать информацию только о различии по скорости поперечных волн. Это имеет место при благоприятном отношении сигнал/помеха (S/N), при отсутствии усложненной структуры и, строго говоря, при отсутствии анизотропии. Напротив, регистрация поперечных или обменных волн позволяет получить
информацию об отражательной способности и распространении поперечных волн (т.е. сопоставленные времена пробега P- и S-волн, сопоставленные затухания) более устойчивым способом.
3C. Граничные и поверхностные волны
Распространение плоских волн слишком далеко от реальности, чтобы описывать его близко к настоящему курсу. Это случай граничных и поверхностных волн.
В сейсморазведочных работах, источник энергии обычно располагается на поверхности
земли (вибраторы), или близко к ней (в неглубоких скважинах). Это относится ко всем источникам
поперечных волн, поскольку в настоящее время отсутствуют источники, которые могли бы работать ниже ЗМС. Поскольку ЗМС и подстилающие его отложения сильно различаются по импедансу, часть сейсмической энергии остается захваченной, распространясь близко к поверхности.
Для сейсморазведки представляют интерес два типа такого распространения, поскольку
они почти систематически влияют на записи, и характер этого влияния зависит от типа волны:
волны Рэлея (или псевдорелеевские волны) вносят искажения при регистрации P- и PS-волн, а
волны Лява присутствуют при регистрации SH-волн.
3Ca. Волны Рэлея
В теории, волны Рэлея представляют собой смесь продольных и поперечных волн, которые распространяются по свободной поверхности упругой среды. Их характер хорошо определен и может
быть обобщен, например, по Knoppof (1952):
•
Скорость распространение не зависит от частоты волны; она зависит от коэффициента Пуассона среды, и представляет около 92% ( ± 4%) скорости поперечных волн.
•
Движение частиц сохраняется в вертикальной плоскости распространения; оно является эллиптическим и регрессивным – движение в верхней части эллипса ориентировано в направлении поверхности.
•
Амплитуда уменьшается пропорционально квадратному корню расстояния от источника;
уменьшение амплитуды в зависимости от расстояния до границы носит экспоненциальный характер.
На практике, на полевые записи влияют волны, преломленные на нижней границе ЗМС.
Если принять в расчет возможные преобразования типов волн на пути от источника к сейсмоприемнику, могут существовать восемь различных мод волн: PPP, PPS, PSP, PSS, SPP, SPS, SSP,
SSS. Только одна из них является чисто продольной волной и дает «первые вступления», а все
остальные могут рассматриваться как помехи.
3Cb. Волны Лява
Волны Лява распространяются в виде SH-волн (необязательно от источника SH-волн), что является благоприятным условием захвата в ЗМС, особенно когда источник располагается внутри
этой зоны или над нею. Недостаточность преобразования SH-волн на верхней и нижней границах
не позволяет основной части энергии покинуть слой.
Характеристики волн Лява описаны в соответствии с рис.3.C.1. SH-волна, захваченная в
слое, испытала последовательные отражения от кровли и подошвы, с углом падения θ , который
больше критического угла отражения от нижней границы. Важно отметить, что слой также поддерживает непрерывное семейство таких путей распространения, параллельных один другому.
Arbeit macht frei
Это заставляет нас рассмотреть волновой фронт точки M, который содержит также точку N, и
дает конструктивную интерференцию, при следующем условии:
mλ = L MN + l B
23
[30]
m – индекс вида интерференции, λ = 2πβ / ϖ – длина волны, LMN – длина вдоль пути распространения MN, lB – эквивалентная длина, соответствующая изменению фазы волны на нижней границе.
Вполне очевидно, что скорость фронта волны β / cos(π / 2 − θ ) = β / sin , что больше скорости распространения поперечной волны. Также очевидно, что для данной длины волны λ и
данной мощности слоя h, путь распространения LMN пропорционален h / cos θ . Таким образом,
уравнение [30] может удовлетворять различным значениям θ и m. В общем случае, возможно несколько типов волн.
Для данного типа волны, θ зависит от λ , а, следовательно, от частоты волны. Это означает, что скорость фронта волны, β / sin θ , также зависит от частоты: волны Лява являются диспергированными. Анализ дисперсии, которая представляет собой соотношение между β / sin θ и
частотой, может оказаться способом выведения статических поправок, связанных с ЗМС. На
практике, этот подход имеет незначительный успех, вероятно, из-за значительных изменений на
малых расстояниях переменных h и β .
3Cc. Псевдорэлеевские волны
Эти волны формируются источниками продольных волн; условия их распространения сходны с
условиями распространения волн Лява (рис.3.C.2). Преобразование P-волн в SV-волны на поверхности или на подошве слоя может происходить, но может и не происходить, при условии, что
отраженная волна падает на подошву под углом, который больше критического угла.
Как и в случае волн Лява, существуют различные возможности конструктивной интерференции. Однако они намного сложнее вследствие преобразования продольных волн в поперечные.
3D. Затухание волн
Проникновение и разрешающая способность оказывают существенное влияние на результаты
сейсморазведки. Оба эти свойства ограничены факторами, которые зависят от источника и от
распространения волн. Описание сейсмических источников приводится в Разделе 4. Здесь мы
рассмотрим эффекты распространения.
3Da. Геометрическое расхождение
Энергия сейсмической волны уменьшается по ее фронту, площадь которого возрастает со временем распространения (T) или расстоянием от источника (R). В однородной изотропной среде,
геометрическое расхождение приводит к уменьшению амплитуды упругой волны пропорционально 1/R или 1/T. Этот эффект не зависит от частоты и, конечно, продольные или поперечные волны испытывают аналогичное воздействие, при условии, что их фронты можно считать гомотетичными.
3Db. Потери при распространении
Как упоминалось выше (Раздел 3Ba), часть энергии падающей волны отражается на каждой границе; для P- или SV-волн, часть энергии расходуется на преобразование. Таким образом, энергия
Arbeit macht frei
падающей волны на каждой границе раздела изменяется, причем коэффициент изменения
меньше единицы. Этот эффект не зависит от частоты.
24
3Dc. Кратные волны
Любая пара границ раздела формирует систему интерференции между проходящей волной и частью волн, отраженных вверх нижней границей, а затем вниз верхней границей (рис.3.D.1). Это
сочетание может быть представлено в единицах свертки, с помощью дополнительного оператора
(peg-leg), временной сдвиг которого равен полному времени пробега внутри слоя, а амплитуда
представляет собой произведение коэффициентов отражения вверх и вниз (как правило, это малая величина). Однако, поскольку для каждой дополнительной границы раздела имеется такой
оператор, их сумма может быть значительной, особенно в случае повторяющихся последовательностей.
Вполне очевидно, что влияние, оказываемое такими операторами, зависит от частоты;
это фильтр нижних частот. Фактически, если дополнительный путь распространения кратной волны меньше длины волны, распространение принимает вид кратной волны. Это не относится к
волнам меньшей длины, которые затухают.
Эти эффекты, упоминаемые также как восстановление потерь при распространении, детально исследованы с учетом всех возможных кратных волн в периодических последовательностях. Публикации имеются у Schoenberg и Gilbert (1983) для P- и SV-волн, и у Helbig (1984) для
SH-волн.
3Dd. Поглощение
Учет поглощения означает отказ от предположения идеально упругой среды. Если обратиться к
Разделам 3Ab и 3Ad, и принять во внимание поглощение энергии в материале за счет ее преобразования в тепловую энергию, можно видеть, что линейное соотношение между напряжениями и
деформациями (закон Гука) более не действительно. Это приводит к зависимости модулей упругости от напряжений.
При распространении, амплитуда волны в большей степени уменьшается вследствие поглощения энергии, нежели вследствие эффектов, обусловленных геометрическим расхождением,
потерями при распространении и интерференцией кратных волн (если таковая имеется).
Поскольку неупругие свойства флюида или газа, содержащегося в породах, оказывают
влияние на поглощение, наблюдение явления должно принести пользу при разведке.
Обычной характеристикой свойств поглощения плоских волн является «добротность» Q ,
определяемая следующим образом:
A / A0 = exp− (d / λQ) или
A λ
1
= log 0
Q
A d
[31]
A0 – начальная амплитуда, A – амплитуда на расстоянии d, λ – длина волны. При λ = d,
1/ Q представляет собой логарифм затухания амплитуды после распространения на одну длину
волны. Поскольку Q прямо зависит от длины волны, поглощение является частотно-зависимым.
3De. Сравнение затухания P- и S-волн
Было замечено, что геометрическое расхождение не зависит от типа волны, по меньшей мере, до
элементов первого порядка. Потери при распространении на границах раздела для падающих Pи S-волн неодинаковы, поскольку различие по скорости может не совпадать. С точки зрения статистики, в реальных случаях это не главный эффект. Если существует локальное сильное различие по отражательной способности, в первую очередь затрагиваются коэффициенты отражения,
разности которых являются полезными индикаторами.
Величина вклада кратных волн обусловлена мощностью серии слоев, которая прямо
влияет на длину волны, затронутую интерференцией. В единицах длины волны, распространения
P- и S-волн не различаются; если затрагивается разрешающая способность, это относится к одной и той же длине волны.
Arbeit macht frei
25
Поглощение определяется величиной Q , действует в единицах длины волны и одинаково затрагивает P- и S-волны, если они характеризуются идентичными величинами Q . Однако
данные наблюдения землетрясений, замеры на образцах и скважинные сейсмические данные показали, что Qp ≠ Qs . Согласно наблюдениям сейсмологов, применительно к мантии Земли, величина Q для S-волн обычно меньше, чем для P-волн (Helbig, под ред. Dambon и Domenico, 1987).
Замеры на образцах (Toksoz, 1979) дали величину Qp несколько меньше, чем Qs для сухих пород. В образцах, насыщенных водой и рассолом, Qp больше, чем Qs . Величины Qp и Qs существенно возрастают с ограничивающим давлением.
Приведенные выше положения находят в разведочной геофизике лишь ограниченное
применение, вследствие неопределенности величин, которые должны быть использованы, в частности, в программах для снятия поглощения.
3E. Моделирование
Моделирование часто бывает необходимо для того, чтобы понять поведение волновых полей в
данном разрезе. Результаты анализа моделирования используются в широких пределах – от
проектирования сейсморазведочных работ до выбора параметров обработки. Следовательно,
они присутствуют на всех стадиях геологического процесса. Результаты моделирования могут
сыграть решающую роль при рассмотрении окончательного обработанного изображения – с точки
зрения выдержанности горизонтов и зависимости амплитуд от литологического состава.
В данном разделе рассматривается построение луча и упругое моделирование полного
колебания (full wave elastic modeling).
3Ea. Построение луча
Построение луча (2D или 3D) предлагает дискретное изображение характеристики разреза, и может включать структурные элементы и особенности распространения (например, разломы, наклонные оси синфазности, физические свойства, латеральные изменения, анизотропию поля скоростей в горизонтальном направлении и т.д.). Целью таких исследований может быть освещение
участков на сложнопостроенных моделях (рис.3.E.1), или на более простых горизонтальнослоистых моделях, которые можно использовать для идентификации оптимальных параметров
регистрации.
Преимуществом построения луча является его исключительная гибкость при выборе искомой отражающей поверхности, траекторий (включая внутрислойные кратные волны), сложного
распространения луча, и результирующих углов подхода к сейсмоприемникам.
3Eb. Упругое моделирование полного колебания
Упругое моделирование полного колебания обычно относится к 1D моделированию горизонтально-слоистой среды. Обычно оно включает использование «легких» средств, таких как программное обеспечение Osiris от Odegaard – наряду с другими. Программы 2D моделирования, которые
используют конечно-разностные схемы, относятся к «тяжелым», т.е. требуют значительного количества вычислений.
Анализ распространения волн выполняется путем разложения волнового поля на восходящие и падающие волны, для использования, например, в обычном или многовыносном ВСП.
Волновое поле разлагается также на P- и S-волны. Исследования могут выполняться во временной области (как это чаще всего делается у геофизиков), а также в области волновых чисел и в
спектральной области. В последнем случае, преобладающие скорости волн отражаются в функции волнового числа или градиента времени, а потери при распространении на выбранных сейсмоприемниках отражаются в функции частоты.
Доказано, что упругое моделирование полного колебания является весьма эффективным,
если рассматривать амплитуды, полные полевые записи, которые включают вступления прямой
волны, все кратные волны, смену типа источника, потери при распространении и т.д. Упругое моделирование полного колебания дает также ряд возможных записей с полями сейсмических волн,
готовыми для тестов обработки. На рис.3.E.3, синтетические записи рассчитаны, исходя из радиального источника поперечных волн, и зарегистрированы на радиальном (a) и вертикальном (b)
велосиметрах.
3Ec. Исследования амплитуд
Arbeit macht frei
26
На рис.3.E.4 приведен пример ангидритовой среды, где знак коэффициента отражения P-волны
изменяется при угле падения 37°, а величина коэффициента отражения S-волны остается высокой на больших выносах, оправдывая длинную расстановку.
Методики AVO связывают 1D модели с поведением амплитуд по всей записи ОГТ. Сначала выполняется редакция диаграмм АК P- и S-волн, и создаются синтетические записи AVO,
где используется полный расчет амплитуд Zoeppritz. Может быть учтено уравнение полного колебания; Zoeppritz или Aki и Richards представляют упрощенный обзор моделированных данных. В
результате получается синтетическая запись ОГТ, где может быть выполнен пикинг и согласована
амплитуда с реальными данными.
3Ed. Сравнение модели с реальными данными
Моделирование (рис.3.E.5) преследует двоякую цель:
• Выбор наиболее подходящего типа волн для изображения объекта поиска на кровле формации Balder. В модели присутствуют PSV- и SS-волны; выбраны PSV-волны.
•
Определение параметров регистрации, таких как максимальный вынос и длина записи. Сохранена область (X,s), обозначенная на рисунке. Можно сделать сравнение с реальными данными, показанными слева вверху.
Подведем итог. Средства моделирования являются дополнительными, поскольку каждое
из них отвечает на определенный вопрос, касающийся геометрии, зарегистрированной волны и
амплитуды. На всех шагах, синтетические записи и амплитудные кривые должны сопоставляться
с реальными зарегистрированными данными для дальнейшего уточнения.
Рис.3.A.1.
Рис.3.A.2.
Arbeit macht frei
Рис.3.A.3.
Рис.3.A.4.
Рис.3.B.1.
27
Arbeit macht frei
Рис.3.B.2.
Рис.3.B.3.
Рис.3.C.1.
28
Arbeit macht frei
Рис.3.C.2.
Рис.3.D.1.
Рис.3.E.1.
Рис.3.E.2.
29
Arbeit macht frei
Рис.3.E.3.
Рис.3.E.4.
Рис.3.E.5.
30
Arbeit macht frei
31
Раздел 4. Регистрация поперечных волн
4A. Источники поперечных волн
4Aa. Общие сведения
Конструирование чистого источника продольных волн в упругой среде – непростая задача, даже в
лабораторных условиях: на практике, морская сейсморазведка соответствует единственной ситуации, где работают чистые источники P-волн. Как только так называемый P-источник оказывается связанным с упругой средой, любое различие между действительными окружающими условиями и совершенной сферической симметрией формирует напряжения сдвига и, следовательно,
поперечные волны. Например, SH-волны наблюдались при взрывах вблизи границы двух сред,
характеризующихся значительным различием по импедансу (Shtivelman, 1978).
Сходная проблема возникает при конструировании источников поперечных волн, которые
должны рассматриваться как источники, излучающие преимущественно поперечные волны, или,
другими словами, минимизирующие излучение P-волн. С источниками поперечных волн возникает дополнительная проблема, связанная с согласованием, поскольку поперечные волны могут
вызвать скольжение в горизонтальном направлении; с продольными волнами такой проблемы не
возникает.
4.Ab. Взрывные источники
Чтобы свести к минимуму энергию P-волн, излучаемую при взрыве, необходимо избегать отстрела ниже ЗМС, т.е. источники обычно располагаются на малых глубинах. Имеется несколько типов
взрывных источников:
•
Взрывные траншеи (рис.4.A.1), где используется динамит или детонирующий шнур, прикрепленный к стенкам траншеи. Затем траншея заполняется сыпучим материалом (песком)
(Pusyrev, 1967). Взрывы от каждой стороны последовательно регистрируются, после чего записи вычитаются одна из другой, чтобы подавить (или почти подавить) общее содержание
энергии P-волн, и добавить поляризованную (Y+–Y–) энергию поперечных волн.
•
Группа из трех скважин, называемая также камуфлетом (camouflet) (рис.4.A.2), где сначала
подрывается центральная скважина, для регистрации P-волн. Заряд и глубина этой скважины
подбираются таким образом, чтобы создать «экран» из сыпучего материала между боковыми
зарядами. Оставшиеся скважины регистрируются последовательно, после чего выполняется
вычитание записей для подавления энергии P-волн.
Такие группы могут давать весьма удовлетворительные результаты, при условии,
что параметры подобраны правильно. Заряды должны располагаться на малой глубине, но
Arbeit macht frei
без выброса. Расстояние между последовательными взрывами должно быть достаточно
малым, чтобы получился эффективный экран без подрыва следующего заряда.
•
32
Предлагается также группа их двух скважин (рис.4.A.3), но заряд предполагается фиксировать
на соответствующей стороне полости, что непросто реализовать. Однако при благоприятных
поверхностных условиях (песок/глина), детонирующий шнур в двух неглубоких параллельных
траншеях (рис.4.A.4), представляет собой эффективный источник поперечных волн, также ассоциированный с процедурой (Y+–Y–).
Все параметры этих видов последовательных источников можно с эффективностью подобрать, рассматривая соотношение между энергией, поляризованной в плоскости Y, и энергией,
поляризованной не в плоскости Y, т.е. r = Y + − Y − / Y + + Y − . Необходимо также найти максимальную величину этого соотношения, соответствующую заряду, глубине и расстоянию между
скважинами или траншеями.
Пример пары записей в противоположных поляризациях, Y+ и Y–(слева направо) показан
на рис.4.A.5. Крайнее правое изображение – комбинация Y+–kY–.Отметим, что коэффициент k
применен к записи Y– с целью минимизации оставшейся энергии P-волн.
4Ac. Горизонтальные вибраторы
Приведение в движение по горизонтали массы вибратора не составляет проблемы для производителей, которые предлагали такое оборудование (Conoco Groupshot, 1977) относительно недавно.
Проблемой, связанной с поперечным вибратором, является согласование с грунтом. Вибратор–источник P-волн может передавать в разрез максимальное усилие, равное его собственному весу. Усилие, передаваемое в разрез горизонтальным вибратором, равно произведению его
веса на коэффициент трения между плитой и грунтом; для сухого грунта, типичная величина этого
коэффициента составляет 0.5.
Чтобы преодолеть этот предел, на плите необходимо разместить фиксирующие устройства, такие как лопатки или перевернутые пирамиды. Fair (1979) исследовал соотношение между
весом вибратора (прижимной силой), горизонтальным максимальным усилием и углом при вершине (summit angle) перевернутых пирамид. Как и ожидалось, для данного горизонтального максимального усилия, угол должен увеличиваться с уменьшением прижимной силы. Однако существует предел, который равен разрушающей нагрузке материала грунта между перевернутыми
пирамидами. Оптимальное согласование с грунтом должно предотвратить это разрушение, поскольку обычно используется вертикальное суммирование. Может также возникнуть необходимость в перемещении вибраторов между последовательными свип-сигналами, даже если это и не
требуется для обеспечения фильтрующего действия полевой расстановки. Во всяком случае, закрепление возможно лишь в том случае, если ухудшение грунта не является главной проблемой.
При использовании вибраторов, необходимо также рассмотреть последовательность
свип-сигналов.
•
Плита смещается больше при низких частотах, поэтому их следует излучать после высоких
частот, чтобы избежать ухудшения согласования с грунтом; рекомендуется использовать преимущественно свип-сигналы, где частота уменьшается во времени. Следовательно, последовательность свип-сигналов должна обеспечивать устранение нелинейного искажения.
•
Рекомендуется использовать последовательности с чередующейся полярностью: это позволяет устранить энергию P-волн, излучаемую горизонтальным вибратором.
Характеристики некоторых горизонтальных вибраторов приведены на рис.4.A.6.
4.Ad. Ударные источники
Arbeit macht frei
33
Вероятно, ручной молот был первым источником поперечных волн, который использовался инженерами-строителями. Удар наносился по вертикальной стенке траншеи, или по стороне плиты,
закрепленной в грунте. Этому принципу следую более мощные механические источники.
Типичным ударным источником поперечных волн является Marthor, разработанный в
1976 году в Institut Francais du Petrole (рис.4.A.7). Здесь используется падающий груз, движение
которого ограничивается вращением вокруг горизонтальной оси, поэтому удар по опорной плите
направлен по горизонтали. На каждом ПВ регистрируются два удара в противоположных направлениях, и используется процедура (Y+–Y–), о которой упоминалось выше. Основные характеристики приведены на рис.4.A.8.
Последовательность Marthor обычно состоит из серии вертикального суммирования, от
трех до шести пар противонаправленных ударов. Как и для вибраторов, рекомендуется сохранять
согласование с грунтом; может оказаться необходимой смена положения после пары ударов. Используется некоторое другое оборудование различных размеров, основанное на этом же принципе, в зависимости от требуемого проникновения.
4Ac. Примеры сигнатур источников
Регистрация сигнатур источников представляет собой способ оценки излученного амплитудночастотного спектра данного источника, сопоставления различных источников и сбора информации, используемой для обработки сигнала.
На рис.4.A.9 представлены сигнатуры трех различных источников. Они получены с помощью трех горизонтальных сейсмоприемников, расположенных под источниками на глубине 30 м.
На рис.4.A.9a можно видеть две компоненты пары взрывов на каждой стороне центральной траншеи. Хорошо видна остаточная энергия продольных волн, а также одинаковая полярность на каждой записи пары. После вычитания остается энергия поперечной волны.
На рис.4.A.9b, две компоненты пары воздействий Marthor практически не содержат энергии P-волн.
На рис.4.A.9c показана сигнатура горизонтального вибратора.
Обратите внимание, что при одном и том же взрывном источнике, импульс P-волны,
предшествующий импульсу S-волны, является более высокочастотным. Отметим также увеличенное содержание высоких частот для взрывного источника, сравнительно с источниками, которые согласуются с грунтом с помощью опорной плиты, а также различие в фазочастотных спектрах между сигнатурами Marthor и вибратора.
4Af. Важность согласования с грунтом
Продемонстрируем важность согласования с грунтом на двух примерах.
На рис.4.A.10 показаны результаты взрывного источника (камуфлета) – см. Раздел 4Ab.
Соотношение между энергией, поляризованной в плоскости Y, и энергией, поляризованной не в
плоскости Y, обозначено на рисунке как S/P, и может быть рассчитано для каждой точки наблюдения. График этого соотношения построен по профилю, и показывает, как условия повышенной
влажности (на концах профиля) могут влиять на излученную поляризованную энергию.
На рис.4.A.11 можно видеть результаты, полученные с применением горизонтального
вибратора. Из записи вибратора невозможно вывести признак поляризации; однако качество разреза четко отражает зону слабой поляризации в центральной части разреза по данным S-волн.
Это обусловлено повышенной влажностью. Обратите внимание, что качество данных P-волн не
затронуто, что подтверждает потерю поляризованной энергии.
4Ag. Об источнике чистых поперечных волн
Крутка вокруг вертикальной оси, приложенная к опорной плите, не обуславливает излучение продольных волн (Brown, 1966). К сожалению, такой источник неэффективен, поскольку для данного
усилия, переданного в разрез в данной точке плиты, существует усилие противоположного знака
в точке, расположенной симметрично относительно оси. В результате, в вертикальном направле-
Arbeit macht frei
нии излучается практически нулевая энергия, что непригодно для сейсморазведки на нефть.
Такие источники предложены для инженерной сейсморазведки (Won, 1982).
34
4Ah. Использование вертикальных вибраторов
Теоретические расчеты (Miller и Pursey, 1956) показали, что энергия продольных волн, излученная вертикальным вибратором, составляет лишь 7%, а относительное содержание поперечных
волн – 26%. Однако энергия поперечных волн, которые имеют вид SV-волн, не излучается в вертикальном направлении: максимум на диаграмме направленности излучения приходится на угол
около 45° (Dankbaar, 1983).
Энергия поперечных волн при вертикальных вибраторах может использоваться методом,
называемым «SHOWER» (Edelmann, 1981), где два вертикальных вибратора работают вместе со
сдвигом фаз 180°. В этом случае, большая часть энергии P-волн устраняется, тогда как горизонтальная составляющая поперечной волны может оставаться достаточно сильной для получения
записей поперечных волн.
4Ai. Преобразования, происходящие близко к источникам продольных волн или псевдо-SV-волн
Дополнительно к упомянутой выше диаграмме направленности излучения SV-волн (Раздел 4Ah),
может происходить несколько преобразований типов волн, близких к источнику продольных волн.
Можно рассмотреть три типа волн (рис.4.A.12):
•
Если используется вибратор или взрывной источник, преобразование за счет прохождения на
уровне ЗМС формирует поле SV-волн (a).
•
Если используется взрывной источник, преобразование за счет отражения от свободной поверхности также формирует поле SV-волн (b).
•
S*-волна (c) формируется на свободной поверхности, по вертикали сферического фронта
продольной волны, когда расстояние между источником и поверхностью равно части длины
волны. В результате также может сформироваться поле SV-волн.
Эти три типа волн непросто различить и разделить. Они сосуществуют при различных
амплитудах и фазах. В зависимости, в основном, от характеристик ЗМС, один тип волн может
преобладать над другими, и в этом случае, может быть использован как источник SV-волн. В Разделе 6 приведен пример, где, в предположении второго из перечисленных выше типов преобразования, была получена некоторая совместимость.
Что касается S*-волны, интересно отметить, что ее существование было открыто путем
исследования теоретических моделей, и только после этого она наблюдалась. Согласно Hron и
Mikhailenko (1981), S*-волна обладает следующими характеристиками:
•
Она начинается в точке поверхности O, расположенной над погруженным зарядом.
•
Она распространяется со скоростью поперечной волны ( β ).
•
Амплитуда S*-волны экспоненциально возрастает с уменьшением глубины заряда.
•
Движение частиц линейно поляризовано под прямым углом к направлению распространения.
•
Энергия вступления S*-волны ограничена внешней областью конуса с вершиной в точке O и
углом при вершине c: sin c = β / α . В приповерхностных отложениях величина β / α может
составлять от 1/5 до 1/10; это означает, что энергия SV-волн излучается при относительно
малых углах падения.
Arbeit macht frei
4Aj. Изотропия групп источников и сейсмоприемников
35
При проведении 3D работ, неизотропные источники и/или сейсмоприемники могут влиять на соотношение между азимутами векторов источник/сейсмоприемник и амплитудами сейсмических
волн. Можно видеть (Радел 5), сто надежные амплитуды необходимы для исследования естественных ориентаций орторомбической среды. Следовательно, полевые расстановки должны быть
изотропными в пределах ширины полосы сигнала. На практике, поскольку с линейными группами
работать намного проще, чем с 2D расстановками (особенно в морской сейсморазведке), необходимо с помощью моделирования исследовать эффекты азимутальной фильтрации, чтобы определить, до какой степени они могут влиять на сигнал. При необходимости, на стадии обработки
должны быть ведены поправки.
4B. Наземные многокомпонентные сейсмоприемники
В ряде случаев, могут привлекаться отдельные горизонтальные сейсмоприемники. Например, SHволна в поперечно-изотропной среде с вертикальной осью симметрии может быть зарегистрирована на 2D профиле с помощью горизонтальных сейсмоприемников, ориентированных параллельно поляризации источника. В действительности, регистрация поперечных волн должна охватывать все возможные поляризации восходящей волны. Это зависит не только от поляризации
источника и типа волны, но и от возможного наклона и анизотропии слоев, которые влияют на поляризацию волн, зарегистрированных сейсмоприемником. Кроме того, ориентация одного горизонтального сейсмоприемника не может охватить поляризационные характеристики, вовлеченные
в 3D съемку. Это означает необходимость различных ориентаций источник/сейсмоприемник и наличия двух горизонтальных сейсмоприемников. На практике, имеются причины для регистрации
поля продольных волн, даже при проведении работ методом поперечных волн. Наконец, подходящим сейсмоприемником для работ методом поперечных волн является трехкомпонентный
сейсмоприемник.
4Ba. Системы координат сейсмоприемников
Кажется очевидным, что, по меньшей мере, для удобства, три регистрирующие компоненты
должны иметь идентичные характеристики. Было отмечено, что для велосиметров, у которых угол
с вертикалью один и тот же, повышается вероятность того, что это условие будет соблюдено. Для
регистрации экспериментальных профилей (рис.4.B.1), использовалась система координат (называемая также системой координат Гальперина), первая диагональ которой направлена по вертикали. Поскольку оси координат не совпадают с поляризацией типа волны, перед обработкой требуется изменить координаты, что не является главной проблемой. Однако контроль качества отдельных записей в полевых условиях непрост; каждая трасса представляет смесь полей P-, SV- и
SH-волн. Поэтому, для подтверждения эквивалентности системы координат Гальперина и координат, использующих направление регистрации (вертикально, ин-лайн, кросс-лайн), были выполнены сравнения. В результате эти сравнений была принята наиболее удобная система.
4Bb. Собственная частота
Идентичность характеристики означает также идентичность собственной частоты для вертикальных и горизонтальных велосиметров. При регистрации отраженны волн, собственная частота, используемая для данных P-волн, изменяется от 8 до 14 Гц. Можно считать, что соотношение между собственной частотой для P-волн и S-волн должно быть одним и тем же, как и соотношение
между скоростями этих типов волн; это должно привести к сходной характеристике в единицах
длин волн. В результате, при регистрации поперечных волн, собственная частота должна составлять от 4 до 7 Гц.
К сожалению, такие велосиметры непригодны для широкого использования, поскольку
дороги и требуют особо тщательной установки. Чем ниже собственная частота, тем меньше допустимое отклонение оси велосиметра от горизонтальной оси. При собственной частоте 5 Гц и
ниже, установку велосиметра необходимо контролировать с помощью уровня. Для вертикальных
Arbeit macht frei
36
и горизонтальных сейсмоприемников, приемлемый компромисс оставляет 7-10 Гц. Методика
обработки сигналов позволяет восстанавливать частотные составляющие поперечных волн приблизительно на одну октаву ниже собственной частоты.
Большинство производителей предлагает 10-герцовые 3C (трехкомпонентные) сейсмоприемники с одним вертикальным и двумя горизонтальными ортогональными велосиметрами [например, Geosource (PE-6), Litton (LPS-1033) и Oyo]. Фирма Omniphone предложила 4-герцовый 3C
сейсмоприемник, устанавливаемый в конфигурации Гальперина.
4Bc. Терминология и обозначения полярности SEG для регистрации
многокомпонентных данных
Приведенная ниже информация взята у Stewart и Lawton (1998). Далее система регистрации определяется для поверхностных и скважинных источников и сейсмоприемников. На рис.4.B.2 приведены обозначения полярности для сейсмоприемников.
Терминология и обозначения полярности поддерживают правовинтовую систему координат, где ось Z направлена вниз. Ось X показывает направление перемещения источника для 2D
случая. В 3D случае, ось должна быть задана согласно определенному направлению. Положительный угол вращения, если смотреть на сейсмоприемник сверху вниз – по часовой стрелке от
оси X к оси Y.
Данные, зарегистрированные при этих обозначениях, дают разрезы P-P и P-SV с одной и
той же полярностью. Обработку данных рекомендуется проводить таким образом, чтобы на окончательных разрезах максимум соответствовал возрастанию импеданса.
На рис.4.B.3a и 4.B.3b показана терминология и полярность для источника и сейсмоприемника при регистрации многокомпонентных данных, согласно рекомендациям SEG. На
рис.4.B.4.a и 4.B.4b, направление координат отсчитывается от направления на север; такая система может оказаться более простой для оперирования, особенно в случае перекрывающихся 3D
съемок, у которых направления профилей не совпадают.
4Bd. Связь чувствительности с помехами
Наблюдения показали, что горизонтальные велосиметры более чувствительны к естественным
помехам, нежели вертикальные велосиметры. В случае совместной регистрации данных P- и PSволн, может возникнуть необходимость в увеличении энергии источника, даже если это и не требуется для данных P-волн.
Что касается излученных помех, на рис.4.B.5 показана типичная 3C запись, полученная с
помощью взрывного источника. В теории, псевдорэлеевские волны должны повлиять на вертикальную составляющую больше, чем на составляющую, ориентированную по профилю, и не
должны влиять на поперечную составляющую. На практике, уровень помех одинаков для трех направлений, как показано на рисунке.
4C. Сухопутные работы методом поперечных волн
4Ca. Типы волн и координаты системы регистрации
Разделение типов волн при регистрации возможно вследствие их поляризации. Поскольку в приповерхностных отложениях скорость мала, направление луча, выходящего из источника или подходящего к сейсмоприемнику, близко к вертикали (рис.4.C.1). Это существенно упрощает разделение типов волн. В продольных волнах, перемещение частиц происходит в направлении луча и,
следовательно, регистрируется вертикальным сейсмоприемником. Поперечные составляющие
имеют горизонтальную поляризацию и, следовательно, регистрируются горизонтальными сейсмоприемниками.
Строго говоря, следует пересмотреть предположение квазивертикального выхода (особенно в случае отсутствия ЗМС, например, в обнажениях крепких пород), а также проекции волнового поля на компоненты системы регистрации. Здесь необходимо учитывать вертикальную составляющую поперечных волн и горизонтальную составляющую продольных волн.
Arbeit macht frei
Если оставить простой случай квазивертикального выхода, для различения двух ситуаций необходимо использовать соответствующую терминологию:
37
•
Среда изотропная или поперечно-изотропная с вертикальной осью симметрии – в случае
слабой анизотропии.
•
Другие случаи, также предполагающие слабую анизотропию.
В первом случае, который действителен также для орторомбических сред, когда направления R и T совпадают с естественными координатами, зарегистрированные типы отраженных
волн и координаты связаны между собой, как показано на рис.4.C.2. На этом рисунке не принимается во внимание лишь возможная регистрация SVSV-волн от источника S*, т.е. от источника
продольных волн. Пропуски в строках и колонках составляющей Y кросс-лайн выражают отсутствие преобразования SH-волн в принятых условиях.
В других случаях сред, орторомбических или более распространенных анизотропных,
квазипродольная (qP-) и две квазипоперечные (qS-) волны распространяются, а затем отражаются или преобразуются, что затрудняет их описание. Поэтому на рис.4.C.3 показаны не режимы
распространения, как на рис.4.C.2, а только типы волн с наибольшей энергией, которые достигли
сейсмоприемников. Это предполагает слабую анизотропию.
Если параметры анизотропии не позволяют рассматривать ее как слабую, все сейсмоприемники могут регистрировать смесь qP-, qS1- и qS2-волн, независимо от характеристик источника.
4Cb. 2D работы методом поперечных волн
Регистрация чистых поперечных волн не относится к числу распространенных, даже в VTI среде.
Тем не менее, она выполнялась в случаях, когда P-волны не удавалось регистрировать. Оставалось регистрировать SH-волны, к преимуществам которых относятся:
•
Отсутствие преобразования на границах.
•
Эллиптическая анизотропия в VTI среде.
•
Уменьшенное количество кратных отражений (см. Раздел 5Ad).
Источник выделяет энергию, которая поляризуется поперечно профилю; сейсмоприемники ориентированы в том же направлении.
4Cc. 2D работы методом поперечных волн в анизотропной среде (не
VTI)
Если естественные направления анизотропии известны и не изменяются по площади, работа может быть такой же, как описано в Разделе 4Cb, при условии, что 2D профили ориентированы согласно естественным направлениям. Данная ситуация относится больше к области теории, нежели практики. Тем не менее, такие экспериментальные профили были отработаны методом SHволн компанией Amoco (см. Lynn и Thomsen, 1990), и подтвердили важность разделения волн при
проведении разведочных работ, в основном путем наблюдения невязок на пересечениях профилей, где регистрировались SH-волны.
В других случаях, источники и сейсмоприемники должны были работать в двух ортогональных направлениях для регистрации поля поперечных волн. Источник должен работать согласно поляризациям ин-лайн и кросс-лайн. Точки приема должны включать сейсмоприемники инлайн и кросс-лайн.
4Cd. 2D совместные работы методом P- и S-волн
Arbeit macht frei
38
Этот случай более распространен по сравнению с двумя предыдущими случаями. В зависимости от ожидаемых условий анизотропии, данные поперечных волн должны регистрироваться согласно Разделам 4Cb или 4Cc. Используется дополнительный источник P-волн, и точки приема
включают вертикальные сейсмоприемники.
4Ce. 2D совместные работы методом P- и PS-волн
Возможно, что такие работы являются наиболее распространенными на сегодняшний день, поскольку для их проведения не требуется источника поперечных волн. Различия между случаями
ожидаемой анизотропии, приведенные в Разделах 4Cb и 4Cc, действительны для точек приема
(т.е. в общем случае необходимы два горизонтальных сейсмоприемника).
4Cf. 3D совместные работы методом P- и S-волн
При 3D работах, большинство точек приема не находится в положении «ин-лайн» по отношению к
точке взрыва; и поляризации ин-лайн или кросс-лайн, как в случае 2D, не происходит. Для источника (сейсмоприемника?) используются термины «радиальный» и «поперечный» (см. рис.4.B.3).
Однако поскольку какой-либо сейсмоприемник не может быть ориентирован в радиальном или
поперечном направлении для любой точки взрыва, радиальные и поперечные волновые поля
восстанавливаются на стадии обработки. То же самое относится и к точкам взрыва. Каждая точка
взрыва включает вертикальный источник для регистрации P-волн, и два ортогональных источника
поперечных волн, горизонтально поляризованных. Каждая точка приема включает трехкомпонентные сейсмоприемники.
Пример на рис.4.C.4 взят из экспериментальных 3C × 3D работ. Источники – вертикальные
и горизонтальные вибраторы, работающие с поляризацией север-юг и восток-запад. Грид приемных профилей регулярный; незначительные смещения положений источника не влияют на карту
перекрытия средних точек при регистрации P- и S-волн.
4Cg. 3D совместные работы методом P- и PS-волн
Источники поперечных волн более не привлекаются. Точки приема остаются такими же, как для
3D работ методом P- и S-волн (т.е. трехкомпонентные сейсмоприемники). Необходимо рассмотреть схему суммирования PS-волн, поскольку традиционная концепция средних точек в методе Pволн здесь недействительна.
Если учесть изменение величины Vp/Vs по вертикали (а, следовательно, горизонтальное
смещение точки отражения/преобразования PS-волны), можно прийти к выводу, что схем суммирования должно быть столько же, сколько имеется объектов поиска. На практике может оказаться
достаточно схемы суммирования, которая основана на определении положения точки отражения
PS-волн асимптотическим способом. Чтобы избежать потери перекрытия в углах или на краях
площади 3D работ, помните, что точка отражения PS-волн расположена ближе к сейсмоприемнику, чем к источнику, и что трассы на малых выносах получают незначительное количество энергии
обменных PS-волн.
Схема перекрытия на рис.4.C.5 анализирует также распределение азимутов, которое
обуславливает равновесие амплитуд S1- и S2-волн. В этом частном примере, кратность в направлении приемных профилей (восток-запад) намного больше, чем в других направлениях; это не
оказало влияния на результат для обменных волн, поскольку направление восток-запад близко к
биссектрисе естественных ориентаций.
4D. Параметры регистрации поперечных волн при сухопутных работах
4Da. Длины отраженных продольных и поперечных волн
Данное отражение появляется на записях P- и S-волн на различных временах, с различными кажущимися скоростями и частотным составом. При выносе X, с очевидными обозначениями
( Tp , Ts ,Vp , Vs , λp , λs , fp , fs ), легко устанавливаются следующие соотношения:
Arbeit macht frei
Кажущаяся скорость P-волн, VAP = V AP
39
V
= P
X
TP2V P2 + X 2
[32]
VS
X
TS2V S2 + X 2
[33]
кажущаяся скорость S-волн, VAS = V AS =
λ p = V AP / f p ; λ s = V AS / f s
Для данной отражающей поверхности, TPVP=TSVS, следовательно, VAP/VAS =
VP/VS
и
λp
λs
=
V AP f s V p f s
=
V AS f p V s f p
[34]
[35]
[36]
В Разделе 6 будет показано, что Vp/Vs часто близко к fp/fs, или несколько меньше, что делает
близкой к
λs
λ p , или несколько больше.
4Db. Длины отраженных и обменных PS-волн
Наблюдения показывают, что длина PS-волны для данной отражающей поверхности может быть
меньше, чем длина P-волны в области малых глубин, но она возрастает с глубиной быстрее, чем
длина P-волны, и, в конечном счете, становится больше. В первом приближении можно считать,
что λ ps ≈ λ p , но особое внимание рекомендуется в случае, когда интерес представляет разрешение отражающих поверхностей в ВЧР.
4Dc. Пространственная выборка для работ методом поперечных волн
Длина отраженной волны является фактором, который определяет пространственную выборку.
Пока сохраняется равенство различных типов волн, пространственная выборка может оставаться
такой, какая была определена для регистрации данных P-волн. Однако следует рассмотреть два
дополнительных пункта:
•
Масштаб приповерхностных эффектов может быть меньше для поперечных волн, чем для Pволн; это уменьшает кажущуюся длину волны и тем самым оправдывает, в некоторых случаях, уменьшение расстояния между точками наблюдения.
•
Помехи источника (волны Лява) в значительно большей степени искажают данные поперечных волн, обуславливая необходимость f-k-фильтрации, а также оправдывая сближение точек
наблюдения, сравнительно с работами методом P-волн.
К чистым поперечным волнам относятся оба пункта, а к обменным PS-волнам – только
первый пункт.
4Dd. Фильтрующее действие полевой расстановки
При регистрации данных P-волн, расчет полевых расстановок выполняется по хорошо известной
методике; расстановка должна обеспечивать сохранение отраженного сигнала и подавлять помехи. В Разделах 4Da и 4Db говорилось, что в первом приближении длины волн-сигналов можно
Arbeit macht frei
считать эквивалентными независимо от типа волны. Идентичны ли волны-помехи? следует различать случаи регистрации чистых поперечных волн и PS-волн.
40
•
При регистрации чистых поперечных волн, дополнительным ограничением является волна
Лява, сформированная источником поперечных волн, поскольку она характеризуется высоким
уровнем, и ее амплитудно-частотный спектр перекрывается со спектром сигнала.
•
При регистрации PS-волн, помехи принимаются от источника P-волн вертикальными и горизонтальными сейсмоприемниками. Следовательно, не имеет смысла модифицировать расстановку для регистрации P-волн. В теории, горизонтальная составляющая волны Рэлея
должна быть даже меньше вертикальной составляющей.
Таким образом, при регистрации продольных и чистых поперечных волн, расстановки,
рассчитанные для P-волн, воспринимают поперечные отраженные волны даже лучше, чем продольные отраженные волны, но они слишком легки, чтобы ослабить волны Лява от источника SHволн. При регистрации продольных и обменных PS-волн, расстановки, рассчитанные для P-волн,
могут незначительно влиять на PS-волны, отраженные в ВЧР, но они также ослабляют помехи,
сформированные источником так же, как и в случае P-волн.
4De. Параметры регистрации
Динамический диапазон современного регистрирующего оборудования не требует предварительной регистрации данных; все типы волн могут быть зарегистрированы с открытой шириной полосы. Оптимальное время выборки может быть различным. Если при регистрации данных P-волн
подходит шаг дискретизации 2 мс, для обменных PS-волн и поперечных волн может быть принят
шаг 3 или 4 мс.
Единственное, что необходимо рассмотреть – это длина записи. К длине записи методом
P-волн необходимо применить коэффициенты от 3/2 до 2, если разведка этих же отражающих поверхностей производится методом PS-волн, и коэффициенты от 2 до 3, если применяются поперечные волны.
4Df. Максимальный и минимальный выносы
Хорошо известно, что, в первом приближении, регистрация P-волн следует традиционному практическому правилу: максимальный вынос равен самому глубокому объекту поиска. При регистрации P-волн и чистых SH-волн, лучи, соответствующие отраженным волнам обоих типов, сходны, и
коэффициент отражения сигнала определяется аналогичным образом по отношению к углам падения, по меньшей мере, в пределах диапазон суммирования ( θ ≤ 30° ). Нет смысла изменять
длину расстановки для того ли иного типа волн. Минимальный пригодный вынос может быть различным из-за возможного появления весьма интенсивных волн Лява (рис.4.D.1), из-за которых
сигнал на внутренних трассах в методе поперечных волн может оказаться невосстановимым.
При регистрации P-волн и обменных PS-волн, характер помех одинаков для обоих типов
волн. Однако для данного выноса X, углы падения, соответственно θ p и θ s , заметно различаются
(рис.4.D.2.a). Дальше точки максимального сигнала, отражательная способность PS-волн резко
уменьшается и обращается в нуль. Это означает возможную смену знака амплитуды сигнала,
причем трудно предсказать, где это произойдет. Чтобы избежать суммирования сигналов с противоположной полярностью, максимальный вынос для PS-волн (Xps) должен быть ограничен таким образом, чтобы углы их падения не приводили к неопределенной полярности ( θ L ). Этот вынос также должен быть меньше оптимального выноса для P-волн, или Xp, как на рис.4.D.2.b.
4Dg. Параметры совместных работ методом P-, S- и PS-волн
Arbeit macht frei
41
Использовать различные системы наблюдения для P-и S-волн непрактично, поэтому, когда для
регистрации S-волн требуется уменьшенный интервал, он будет использоваться и для регистрации данных P-волн. Аналогично, если некоторый внутренний вынос необходим для регистрации
S-волн, но не P-волн, ненужные короткие трассы поперечных волн будут игнорироваться при обработке.
4Dh. Дополнительная стоимость регистрации поперечных волн
Дополнительная стоимость регистрации поперечных волн, сравнительно со стоимостью стандартной регистрации P-волн, определена, и эти данные опубликованы (Garotta, 1987, и Kendall,
1996). При первом сравнении (1987) была включена обработка, и дополнительная стоимость составила 60% для регистрации P-волн и PS-волн, и 220% для регистрации P-, PS- и SS-волн. При
втором сравнении (1996) стоимость обработки не включалась, и дополнительная стоимость составила соответственно 34% и 137%.
В таблицах на рис.4.D.3, 4.D.4.a и 4.D.4.b детально представлены эти оценки. На сегодняшний день, величины, выраженные в процентах, обусловленные дополнительной обработкой
данных поперечных волн, должны быть значительно уменьшены. Другая часть дополнительной
стоимости, которая связана с регистрацией поперечных волн, вызвана нехваткой специального
оборудования. Несомненно, эта дополнительная стоимость уменьшится при более широком использовании работ методом поперечных волн.
4Di. Повторные 3C съемки
Целью повторных работ является исследование нефтяных или газовых месторождений на стадии
разработки. Они не обязательно проводятся в таком же объеме, как при разведке, поскольку могут быть сосредоточены на хорошо определенных объектах. С другой стороны, повторные работы
должны дать результаты, достаточно точные для получения достоверных различий в откликах. В
этом отношении, позиционирование и согласование с грунтом в точках наблюдения являются
ключевыми моментами. Лучше всего использовать погруженные сейсмоприемники, и при необходимости подключаться к ним.
Эта процедура была применена для контроля расширения пространства, занятого газом,
в газохранилище в Gournau-sur-Aronde, Франция. Коллектор образован слоями песчаника сор
средней мощностью 45 м и средней пористостью 20%. В ходе совместных работ методом P- и Sволн, были зарегистрированы четыре времени по структуре с различными объемами газа в коллекторе. Параметры регистрации представлены на рис.4.D.5. Протяженность пузыря газа исследовалась в процессе закачки газа, четырежды с интервалом в шесть месяцев (рис.4.D.6).
4E. Регистрация поперечных волн при морских работах
4Ea. Особенности морских работ
Напряжения сдвига не распространяются в жидкостях, и в настоящее время не существует донных источников поперечных волн. Сигнал поперечной волны можно получить только из обменных
PS-волн. Представляется весьма удобным регистрировать PSP-волны и, следовательно, использовать обычные морские сейсмоприемники. Такая попытка была предпринята в ходе анализа
сейсмограмм, полученных при проведении морских работ. Некоторого успеха удалось достичь с
данными дальних выносов, что, в сущности, означает анализ AVO. Однако для данных в пределах выносов, обычно используемых для суммирования, успех был значительно меньше. Это объясняется, по меньшей мере, двумя причинами:
•
PSP означает два преобразования типов волн, т.е. оставшаяся энергия мала.
•
То, что регистрируется приемниками продольных волн, представляет собой смесь, которая
включает PP-волны с высокой энергией, две PSP-волны с низкой энергией (рис.4.E.1), PSSPволны с низкой энергией, кратные отражения PP-волн. В нестоящее время, программы обра-
Arbeit macht frei
ботки недостаточно мощны для того, чтобы различать еще что-то кроме PP-волн, за исключением весьма частных случаев.
42
Способ регистрации приемлемого сигнала поперечных волн заключается в улавливании
обменных PS-волн с помощью специализированных сейсмоприемников, установленных на морском дне и поляризованных в горизонтальной плоскости (рис.4.E.2). Как следствие, при проведении морских работ методом поперечных волн используется обычные морские источники, а донные сейсмоприемники конструируются специально для этой цели.
Морским работам свойственны некоторые преимущества. Морской источник является источником многократного действия, его сигнатура хорошо управляемая, и, к тому же, он не формирует поверхностные волны, как сухопутный источник поперечных волн. Морские данные не демонстрируют изменения, обусловленные непостоянными характеристиками источника, и ниже зоны приливов среда спокойная. Следовательно, подводные записи обычно намного «чище», чем
наземные записи.
4Eb. Морской источник
Для регистрации многокомпонентных данных на морском дне часто используются обычные морские источники, но они не являются в достаточной степени изотропными наблюдаются различия в
отклике около 3 дБ. Для энергии, излученной в прямом и в обратном направлениях, наблюдаются
различия в отклике около 3 дБ при угле падения 30 градусов. Такие различия не могут быть приняты для надлежащего расчета азимутальных эффектов, и их существование оправдывает изменение конструкции морских источников. Изотропия достигается за счет уменьшения длины группы
пушек и изменения порядка их расположения.
4Ec. Морские сейсмоприемники
Морские сейсмоприемники для регистрации поперечных волн представляют собой трехкомпонентные велосиметры. Обычно следуют двум вариантам. В первом варианте, наиболее близком к
технологии морских работ, применяется океанская донная коса (OBC). Во втором варианте, который ближе к технологии сухопутных работ, применяются корпуса, устанавливаемые на морском
дне (узлы – nodes).
Несомненно, что во втором случае согласование с грунтом получается лучше, но работать труднее, чем с OBC. Применение узлов может обеспечивать точное позиционирование и
ориентацию сейсмоприемников, поскольку на каждом корпусе имеется компас и инклинометр
(рис.4.E.3).
При работе с донными косами, важным шагом является установка компонентов, ориентированных ин-лайн, кросс-лайн и вертикальных компонентов. Можно считать, что азимут компоненты ин-лайн совпадает с ориентацией косы, но ее наклон и ориентация двух ортогональных
сейсмоприемников неизвестны. Здесь снова можно следовать двум вариантам.
В первом варианте, требуемая ориентация (вертикальная, ин-лайн, кросс-лайн) обеспечивается кардановыми шарнирами. В другом варианте используются сейсмоприемники, фиксированные в структуре косы, а проблема ориентации передается на стадию обработки. В общем случае, анализ первых вступлений обеспечивает абсолютно восстановление ориентации. Однако
этот вариант не может использовать сейсмоприемники с низкой собственной частотой, поскольку
их сигнал должен зависеть от угла отклонения оси от вертикали. Предложены сейсмоприемники
собственной частотой 28 Гц. Такая частота может показаться высокой для регистрации сигнала
обменных волн, но большая величина S/N на морском дне позволяет восстанавливать низкие
частоты.
Могут представить интерес некоторые характеристики морских сейсмоприемников:
•
Типичное расстояние межу группами – 25 м(2D) или 50 м (3D).
•
Максимальная глубина воды зависит от сейсмоприемника – для косы обычное ограничение
составляет 300 м, тогда как салазки (sledges), где используются сейсмоприемники на кардано-
Arbeit macht frei
вом шарнире (предлагаются компанией PGS), выдерживают глубину 1800 м, а узлы испытаны до глубины 1500 м.
43
К разработкам в области методик работ на морском дне сегодня проявляется значительный интерес (Meunier и др., 1998).
4Ed. Позиционирование морских сейсмоприемников
Точность позиционирования сейсмоприемников на морском дне зависит от глубины воды. Для
выполнения ряда операций предлагаются три методики; первые две методики требуют только
бортового оборудования.
•
В методике короткой базовой линии (short base line – SBL) используются два датчика, разнесенные на 10-15 м; она основана на принципе «диапазон/диапазон» (range/range). Точность
позиционирования составляет 0.5% диапазона наклона.
•
В методике сверхкороткой базовой линии (SSBL) используется комбинированная операция
«угол/диапазон» (angle/range). Точность позиционирования составляет 1% диапазона наклона.
•
В случае большой глубины воды или применения методики длинной базовой линии, на морском дне устанавливаются дополнительные датчики. Операция выполняется по принципу
«диапазон/диапазон»; расстояние между датчиками на морском дне может составлять до 2 км.
4Ee. Морские 2D работы
Для выполнения работ на морском дне требуются два судна: одно для отстрела, второе для регистрации. Концепция косы показана на рис.4.E.4. Определение положения косы осуществляется
путем контроля точки касания на конце косы. Согласование сейсмоприемников с грунтом либо
естественное под действием веса косы, либо принудительное, за счет применения дополнительных устройств, таких как салазки. Рассматривается также погружение сейсмоприемников.
Обычный морской профиль отрабатывается с применением косы длиной от 3 до 6 км
(рис.4.E.5); расстояние между точками наблюдения составляет 25 м. После раскладки косы, начинается отстрел с выносом в каждую сторону до 6 км (симметричная система наблюдения). Затем косу перемещают на всю длину волоком или развертывают повторно. В результате получается высокая кратность перекрытия ( ≥ 120) и длинные выносы, которые могут представлять интерес
для исследований AVO.
Регистрация данных с применением узлов показана на рис.4.E.6. Для установки требуется средство, дистанционно управляемое с судна, которое осуществляет динамическое позиционирование, и в процессе регистрации остается на месте. Отстрел над повторяющимися участками
узлов дает 2D профиль, как и в случае работы с косой. На рис.4.E.7 и 4.E.8 приведен пример многокомпонентной полевой записи с применением узлов.
4Ef. Морские 3D работы
На рис.4.E.9 показан пример регистрации данных с применением узлов. Обычно расстояние между узлами составляет 300 м, но может достигать 600 м. Выборка делается с помощью взрывов,
как правило, 50 × 50 м. Площадь отстрела располагается на удалении от группы узлов до 4 км.
Полоса регистрации обычно состоит из двух параллельных кос, разнесенных на расстояние от 300 до 800 м. Направление отстрела – ин-лайн или кросс-лайн. Отстрелу ин-лайн сопутствуют ограничения по боковому смещению относительно косы, тогда как отстрел кросс-лайн дает
полное распределение азимутов, которое может потребоваться для съемки азимутальной анизотропии.
Пример таких работ показан на рис.4.E.10 (с разрешения Statoil). Используются две косы;
величина подтягивания после регистрации составляет два интервала между косами. Расстояние
между ПВ равно 25 м, что требует применения источников флип-флоп (flip-flop sources). Перекры-
Arbeit macht frei
44
тие очень высокое (до 1800); однако данная экспериментальная съемка проводилась с целью
исследования возможного прореживания.
Прореживание первоначального грида в направлении кросс-лайн (рис.4.E.10) дает 250кратные данные PSV-волн. Полнократные и прореженные данные обеспечивают одинаковые результаты (рис.4.E.11).
4Eg. Морские повторные работы
Для источника, характеристики и позиционирование которого контролируются с высокой точностью, вопрос повторяемости отсутствует. Проблема изотропии: является ли источник изотропным
или повторяется его направленное действие. Проблема согласования с грунтом и позиционирования сейсмоприемников носит иной характер, поскольку точность позиционирования на морском
дне ограничена, и повторяемость согласования с грунтом не гарантируется. Фактически, проблема согласования с грунтом имеет большее значение, нежели позиционирование, поскольку последнее может быть проконтролировано и подобрано на стадии обработки, исходя их положения
источника. В этом отношении, узлы более предпочтительны, нежели косы.
Рис.4.A.1.
Рис.4.A.2.
Arbeit macht frei
Рис.4.A.3.
Рис.4.A.4.
Рис.4.A.5.
45
Arbeit macht frei
46
Рис.4.A.6.
Характеристики вибратора – источника поперечных волн
MERTZ
Система
ма
Модель
M13
подъе- два гидроцилиндра
внутренний диаметр 3 1/4 дюйма
ход 38 дюймов
Изоляция
вертикальные и горизонтальные пневмоподушки
Возбуждение
вес 7200 фунтов
ход 8 дюймов
площадь поршня 10.30 кв. дюйма
максимальное усилие 30900 фунтов
минимальная частота 3.2 Гц
Синхронизация
с помощью траверсы
Вес транспорт- 53300 фунтов
ного средства
Arbeit macht frei
47
Рис.4.A.7.
Рис.4.A.8.
Характеристики Marthor
M 1(1977)
Вес грузови- 14000 кг
ка
Вес молота
1700 кг
M 3 (1983)
Вес гру- 22200 кг
зовика
Вес
мо- 1700 кг
лота
Высота
⎧⎪1.5 м
падения
⎨
Высота
дения
па- 3 м
Энергия
дения
па- 52000 джо- Энергия
улей
падения
Время
цикла
Рис.4.A.9.a,b,c.
Рис.4.A.10.
⎪⎩2.4 м
⎧⎪26000 джоулей
⎨
⎪⎩40000 джоулей
10 с
Arbeit macht frei
Рис.4.A.11.
Рис.4.A.12.
Рис.4.B.1.
48
Arbeit macht frei
Рис.4.B.2.
Рис.4.B.3.a, b.
Рис.4.B.4.a, b.
49
Arbeit macht frei
Рис.4 B.5.
Рис.4.C.1.
Рис.4.C.2.
50
Arbeit macht frei
Рис.4.C.3.
Рис.4.C.4.
Рис.4.C.5.
51
Arbeit macht frei
Рис.4.D.1.
Рис.4.D.2.a.
Рис.4.D.2.b.
52
Arbeit macht frei
53
Рис.4.D.3.
Дополнительная стоимость работ методом поперечных волн
P-волны
+ поперечные волны
P-волны
+ обменные волны
P-волны
100 P-волны
Источник поперечных волн 1
130 +P/Sv (ин-лайн)
30
Дополнительная
составляющая
(оборудование + обработка)
Дополнительная
составляющая
35 (оборудование + обработка)
265
Итого
30
Источник поперечных волн 2
(время регистрации
и/или оборудование)
⎧от 30
⎪
⎨ до
⎪ 70
⎩
Обработка
Итого
100
160
30
25
320
Рис.4.D.4.a, b.
Параметры регистрации
(a)
Параметры регистрации для сравнения стоимости
Случай
Тип
работ
Источник
Сейсмоприемник
Параметры
свипсигнала
1
3D, Pволны
Вертикальный
вибратор
Вертикаль6x10с,
ная состав- регистр.
ляющая
4с
(b)
Параметры регистрации, нормированные к стоимости 1 кв.
мили работ методом P-волн
КомпаСлуСлуСлуния
чай 1 чай 2 чай 3
A
1
1.348
2.435
Arbeit macht frei
2
3D 3C
Вертикальный
вибратор
3 ортогональные составляющие
6x10с
регистр.
8с
3
3D 9C
Вертикальный
вибратор и
2 ортогональных
горизонтальных
вибратора
3 ортогональные составляющие
6x10с.,
регистр.
4с для
верт.
вибраторов
6x10с.,
регистр.
8 с для
гориз.
вибраторов.
B
C
D
E
F
1
1
1
1
1
1.163
1.151
1.152
1.500
1.741
2.000
2.772
1.879
3.000
2.111
В сред- 1
нем
1.343
2.366
±
0.240
±
0.499
Рис.4.D.5.
Параметры регистрации сейсмических данных; Gournay-surAronde
•
Прием
- Траншеи 80 см
- Три многокомпонентные сейсмоприемника на точку
наблюдения
- Расстояние между группами 10 м
•
Источник P-волн
- Один вибратор
- Один свип-сигнал [10-160 Гц], 10 секунд на точку
вибрации
- Расстояние между точками вибрации 10 м
•
Источник S-волн
- Один вибратор
- Один свип-сигнал [5-80 Гц], 10 секунд на точку вибрации
- Расстояние между точками вибрации 10 м
•
Регистрация
- Кратность 48
54
Arbeit macht frei
Рис.4.D.6.
Рис.4.E.1.
Рис.4.E.2.
Рис.4.E.3.
62
Arbeit macht frei
Рис.4.E.4.
Рис.4.E.5.
Рис.4.E.6.
63
Arbeit macht frei
Рис.4.E.7.
Рис.4.E.8.
Рис.4.E.9.
64
Arbeit macht frei
Рис.4.E.10.
Рис.4.E.11.
65
Arbeit macht frei
66
Раздел 5. Обработка данных поперечных волн
При рассмотрении распространения чистых поперечных волн (т.е. SHSH- и SVSVволн) или обменных PS-волн, проблемы обработки существенно различаются. Обработка данных чистых поперечных волн в основном сходна с общепринятой последовательностью обработки данных P-волн, при условии, что двойным лучепреломлением
можно пренебречь. Последовательность обработки данных обменных (PS- или SP-)
волн подразумевает правильную выборку данных, которая представляет собой тонкую
операцию формирования окончательной разрешающей способности.
5A. Обработка данных чистых поперечных волн в изотропной или VTI среде
В этих ограничительных условиях, существуют два существенных различия в обработке данных SHSH- и SVSV-волн.
• Первое изменение связано с изменением фазы на 180 градусов, которое оказывает
влияние на два типа волн при данном угле падения. В большинстве случаев, это
изменение происходит при угле падения 30-40° для SH-волн, и может иметь место
при углах 30-40° для SV-волн (рис.3.B.2). С практической точки зрения, это означает необходимость тщательного контроля обнуления, применяемого к данным
SVSV-волн.
•
Второе различие связано с анизотропией. Анизотропия поля SH-волн является эллиптической, и определяется одним параметром. Для характеристики анизотропии
поля SV-волн требуются два параметра (см. Раздел 3Ah). С практической точки
зрения, это означает гиперболическое приращение времен вступления SH-волн, и
гиперболическую схему миграции, что дает более точную и простую фокусировку,
нежели для SV-волн.
5Aa. Статические поправки для данных SS-волн
Методы, используемые для определения статических поправок данных P-волн, могут
быть применены в области поперечных волн:
•
Статические поправки для скважинных методов получаются путем применения горизонтальных сейсмоприемников и, возможно, источников, поляризованных в горизонтальной плоскости, таких как удары молотом или легкие источники.
•
Статические поправки за преломление получаются аналогичным способом, на коротких расстановках сейсмоприемников, предпочтительно от источников, поляризованных в горизонтальной плоскости.
•
Статические поправки от трассы к трассе интерполируются между точками калибровки, путем пикинга отраженных волн и использования избыточности многократного перекрытия.
Использование таких же методов, как и для P-волн, не означает общности
проблем. Статические поправки для данных поперечных волн характеризуются намного большими изменениями в значительно меньшем масштабе расстояний, нежели статические поправки для продольных волн. Причиной этого является большая изменчивость скорости поперечных волн в приповерхностных неоднородных отложениях, а
также прозрачность уровня грунтовых вод для распространения поперечных волн.
На рис.5.A.1 показан случай приповерхностных отложений, где статические
поправки для данных продольных и поперечных волн определяются совершенно поразному. Сильно неровная граница разделяет низкоскоростные поверхностные отложения и консолидированный слой для поперечных волн, тогда как уровень грунтовых
Arbeit macht frei
67
вод стабилизирует границу, определяющую статические поправки для данных продольных волн.
Действительный пример важных различий между статическими поправками
для данных продольных и поперечных волн показан на рис.5.A.2. Видимые поверхностные условия не указывают на несходство левой и правой третей профиля. Статические поправки для данных P-волн изменяются в пределах 50 мс. Эта средняя величина
близка к нулю на концах профиля. Статические поправки для данных S-волн, которые
хорошо подтверждены, изменяются в пределах 200 мс. Разность средних значений на
концах профиля составляет 150 мс. В этом частном случае, проблема статических поправок была решена благодаря хорошему преломляющему маркирующему горизонту.
Другой пример показывает намного меньшие различия величин статических
поправок, но снова иллюстрирует недостаток корреляции между статическими поправками P- и S-волн. На профиле (рис.5.A.3), проблема длиннопериодной статики является причиной искусственного наклона вправо, который обозначен цветными вставками
на разрезах данных P- и S-волн. Как видно, наклон на разрезе по данным S-волн смещен приблизительно на 50 полевых точек наблюдения от наклона на разрезе данных
P-волн. После независимой коррекции двух разрезов, где использовался критерий регулярности скоростных границ, обе версии стали почти горизонтальными.
5Ab. Поправка за нормальное приращение для данных SS-волн
Как и для данных P-волн, поправки за нормальное приращение выводятся в результате скоростного анализа или перебора скоростей. Базовые программы идентичны; однако меньшая скорость поперечных волн обуславливает меньший шаг выборки шкалы
скоростей, нежели в случае P-волн. В качестве примера, предположим, что для данной
отражающей поверхности, Vp/Vs = 2, что означает также Ts/Tp = 2. Если принята параболическая аппроксимация кривой поправок за нормальное приращение, на расстоянии X величина поправки определяется как ∆T ≈ X 2 2TV 2 , следовательно,
∆Ts ∆T p = 2 , и приращения ∆T для данной величины δV будут иметь вид:
δ ∆ T p = −2
∆T p X 2
Vp
δV p
следовательно,
т.е.
и
δ∆Ts − −2
Ts X 2
δV s
Vs
δ∆Ts ∆Ts V p δV s
=
⋅
δ∆T p ∆T p V s δV p
δ∆Ts
δV
=4 s
δ∆T p
δV p
[37]
[38]
[39]
Если для продольных и поперечных волн приняты одинаковые приращения
скорости, т.е. δV s δV p = 1 , отношение δTs к δ T p равно 4. Поскольку отношение преобладающих частот продольных и поперечных волн должно быть близко к 2, шаг выборки при скоростном анализе в масштабе ∆T для поперечных волн должен быть
двойным в единицах длины волны.
Наконец, выборка скорости при скоростной анализе должна тщательно рассматриваться, в зависимости от ожидаемого отношения скоростей на площади. Дополнительное замечание о поправке за нормальное приращение для данных SHSH-волн:
SH-волны обладают свойством формирования гиперболической картины, даже в случае VTI; это объясняется их эллиптическим фронтом, который не встречается у SVSVволн.
Arbeit macht frei
68
3Ac. Ослабление кратных SS-волн
Кратные отраженные поперечные волны имеют две характеристики, которые уменьшают их энергию и обеспечивают более быстрое затухание, сравнительно с продольными кратными волнами:
•
Уровень грунтовых вод, уже упоминавшийся как фактор стабильности для статической поправки данных P-волн, является также хорошей верхней границей раздела
для формирования кратных отраженных волн; для S-волн эта граница не действует.
•
Пока для оценки остаточной кривизны кратных отражений принята параболическая
аппроксимация, и для отношения Vp/Vs принята величина, близкая к 2, кратные поперечные волны ослабляются в четыре раза интенсивнее, нежели кратные продольные волны. Поскольку преобладающие частоты продольных и поперечных
волн различаются только в 2 раза, можно сказать, что в ослабление кратных поперечных волн статистически в два раза интенсивнее.
На рис.5.A.4, показаны спектры скоростей P- и SH-волн для одной точки. Обратите внимание на дополнительную сложность спектра P-волн. Причиной являются
кратные отражения и возможные обменные волны, которые не касаются спектра скоростей SH-волн.
5Ad. Негиперболическое приращение времени отраженных волн
Эффекты негиперболического приращения времен отраженных волн исследованы
Tsvankin и Thomsen (1994). Основным является то, что для выносов, превышающих
глубину отражающей поверхности, негиперболичность должна учитываться для P- и
SV-волн.
Обращаясь к Разделу 3Ah, где определены параметры слабой анизотропии, из
работы Tsvankin можно сделать другие заключения, действительные в поперечноизотропной среде с вертикальной осью симметрии (VTI):
•
Характер приращения времен SV-волн в значительной степени зависит от знака
величины ε − δ . Если ε > δ (наиболее распространенный случай), отклонения от
гиперболы для SV-волн являются умеренными до выноса, равного полутора глубинам. Если ε < δ , приращение времен SV-волн на малых выносах (меньше глубины)
может сильно отличаться от гиперболического.
•
PSV-волны не демонстрируют на очень малых выносах при ε < δ такое же аномальное негиперболическое приращение, как и SV-волны. Следовательно, чтобы
восстановить аналитическую величину скорости приращения на короткой расстановке для SV-волн, можно использовать приращения времен P- и PSV-волн на короткой расстановке.
Согласно этим заключениям, можно принять, что негиперболичность данных
PS-волн не является главной проблемой для суммирования, пока выносы оставшихся
данных не превышают пределов, представленных в Разделе 4Cg. Однако другие области, такие как AVO, используют более длинные выносы, и, следовательно, необходимо рассматривать негиперболическое приращение.
Пример, приведенный на рис.5.A.5, позволяет оценить влияние негиперболичности на данные SV-волн: после ввода поправки за нормальное приращение в предположении ее гиперболичности, данные SH-волн сглаживаются в значительно более широких пределах, нежели данные SV-волн. Область X,T, оставленная для суммирования, обозначена на записях, и показывает, что негиперболическое приращение оправдано для данных SV-волн.
Arbeit macht frei
69
5B. Обработка данных PSV-волн в VTI среде
Как упоминалось выше, обменные PS-волны практически всегда регистрируются при
тех же работах, что и P-волны. Это существенно помогает при обработке данных PSVволн: можно предположить, что разрез по данным P-волн уже обработан. Это модель,
которая определяет обработку данных PSV-волн.
5Ba. Преобразование и отражение PSV-волн
В течение продолжительного времени, обменные волны имели плохую репутацию. Основным аргументом была неопределенность положения точки преобразования, которое могло возникать при отражении или прохождении на любой границе раздела вдоль
луча.
В теории, преобразование P-волны, сформированной источником, в SV-волну,
зарегистрированную радиальной составляющей, может произойти на любой границе
раздела, где энергия P-волн проходит или отражается. На практике, однако, должна
учитываться относительная величина изменений и, как мы увидим, наиболее важным
является преобразование в точке отражения.
Для определения относительной величины энергии после отражения или прохождения, может быть использована типичная граница раздела песок/глина. Относительные содержания энергии для падающей P-волны показано на рис.5.B.1, а для падающей SV-волны – на рис.5.B.2. Сплошная линия показывает пределы для угла падения, для которого может быть применена программа обработки данных ОГТ. Когда
P-волна преобразуется в точке отражения (в точке C), энергия восходящей SV-волны
представляет малую долю энергии падающей волны.
Если взять другой тип преобразования, отраженной волной является либо Pволна (точка P на рис.5.B.1), либо SV-волна (точка S на рис.5.B.2). В любом случае,
отражается лишь незначительный процент энергии падающей волны. Преобразование
имеет место при прохождении (точка C` на рис.5.B.1), и применяется другой процент.
Принятая энергия представляет собой произведение двух малых коэффициентов, и
является величиной второго порядка сравнительно с энергией, преобразованной в
точке отражения.
На рис.5.B.3 рассмотрены три возможных сценария распространения PSVволн от источника до сейсмоприемника, исходя из отражения на нижней границе слоя,
параметры которого определяют различие по импедансу для P- и S-волн. Один из возможных вариантов (2) соответствует падению в виде P-волны и восхождению в виде
поперечной волны: преобразование и отражение происходят одновременно в одной и
той же точке C на нижней границе слоя.
В двух других вариантах, преобразование происходит в результате прохождения на кровле нижнего слоя, на пути либо вверх (1), либо вниз (3) – точки C`. Конечные
сигналы в вариантах (1) и (2) намного слабее, чем в варианте (2). Их времена вступления различны; это означает, что они будут ослаблены процедурой фокусировки, предназначенной для точки C.
Наконец, любой другой тип волны, кроме обменной волны, возникшей в точке
отражения, является более слабым, и не соответствует ожидаемой геометрии. В силу
этой причины, в последующем тексте будет считаться, что преобразование происходит
только в точке отражения (если не определено иначе).
Следует принять во внимание другой более важный момент, касающийся преобразования в точке отражения: на коэффициент отражения этого типа волны влияет
симметрия относительно точки нулевой вынос/нулевой коэффициент отражения. Другими словами, полярность сигнала изменяется для каждой стороны нулевого выноса.
Конечно, полярность должна быть определена перед выборкой данных. Это не представляет проблему при регистрации 2D данных, чего нельзя сказать о 3D данных в
случае азимутальной анизотропии. Пример детально рассмотрен в Разделе 6.
Arbeit macht frei
70
5Bb. Статические поправки для данных PSV-волн
При регистрации поперечных волн, статические поправки вводятся только за точку
приема, поскольку поправки за точку взрыва уже известны из предыдущей обработки
данных P-волн. Это существенно упрощает проблему статических поправок для данных PSV-волн, сравнительно с данными чистых S-волн. Чаще всего, проблему могут
решить суммы ОТП, как будет показано в примере последовательности обработки
данных PSV-волн (Раздел 5Bi).
5Bc. Компоновка данных PSV-волн
Тонкость этого шага обработки, свойственного данным обменных волн, заключается в
том, что даже в случае горизонтальной слоистости, траектория точки преобразования
не находится на вертикали. Как показано на рис.5.B.4, соотношение
V p / V s = sin θp / sin θs должно соблюдаться для каждого слоя, и требует решения
квадратного уравнения для определения Xp и Xs.
Сегодня широко используется первый подход, называемый асимптотической
компоновкой (asymptotic gathering). В нем предполагается tgθ ≈ sin θ , а затем для каждого слоя на данной глубине h:
X p = htgθ p ,
X s = htgθ s
[40]
и
tgθ p / tgθ s ≈ V p / V s
[41]
X p X s ≈ V p Vs
[42]
X p ≈ X (V p V s ) (1 + V p V s )
[43]
X s ≈ X (1 + V p V s )
[44]
И, наконец:
Даже при аппроксимации tg ≈ sin θ , из уравнения [44] совершенно понятно, что
положение точки отражения зависит от величины Vp/Vs, которая обычно изменяется с
глубиной, тем самым смещая точку отражения по горизонтали между сейсмоприемником и источником. На рис.5.B.4, пары источник/сейсмоприемник (S` R`) и (S R) имеют
общую точку отражения на горизонте, соответствующем времени T2, но не на менее
глубоком горизонте (время T1).
Асимптотическую компоновку данных PSV-волн можно сравнить с компоновкой
средних точек в системе координат расстояние/глубина (рис.5.B.5) и на суммарном
разрезе (рис.5.B.6). Приемлемые разрезы данных PS-волн были получены путем
«монтажа» разрезов, скомпонованных по нескольким величинам Vp/Vs, что представляет собой способ моделирования асимптотической компоновки, изменяющейся во
времени. При «монтаже» использовались промежуточные переходные зоны (tapers).
Асимптотическая методика обычно используется в фазе предварительной обработки, поскольку, если далее следуют программы поправки за наклон (DMO), достаточно аппроксимировать скорости горизонтальных осей синфазности. После ввода по-
Arbeit macht frei
71
правки за нормальное приращение, выполняется преобразование данных отраженных
PS-волн, относящихся к горизонтальным отражающим поверхностям, в данные при
нормальном падении. Для этого в точке преобразования (CP) вводится поправка за
горизонтальное смещение, изменяющееся во времени.
Для однородной среды, горизонтальное положение CP является функцией
удаления взрыв/прибор, глубины отражающей поверхности и отношения скоростей
(Vp/Vs). Для среды, свойства которой изменяются в вертикальном направлении, положение CP может быть определено в результате моделирования луча (Eaton и др.,
1991), или из случая постоянной величины Vp/Vs, с использованием среднеквадратичной величины. При этом предполагается, что для локального описания кинематических
свойств разреза можно использовать эквивалентную однородную среду.
В слоистой анизотропной среде, отношение эффективных скоростей определяется как:
(V P
V s )eff = (V P V s )2 (V P V s )0
2
[45]
где (Vp/Vs)0 – отношение средних скоростей, а (Vp/Vs)2 – соответствующее отношение
скоростей приращения при короткой расстановке. Это определяет большую часть
свойств положения CP. Согласно Thomsen (1998), приведенные выше соотношения
могут быть выведены из данных P-волн и обменных волн, при условии установления
приблизительной корреляции между соответствующими осями синфазности.
В Разделе 5Bh будет показано, что это отношение может быть также получено
путем сопоставления положительных и отрицательных выносов, без какой-либо априорной информации о скоростях P-волн (Grander и Spitz, 1998, и Hermann и др., 1999).
Оптимальное решение компоновки данных PSV-волн, определенно, должно включить
в процесс обработки получение изображения глубин перед суммированием.
5Bd. Скорости PSV-волн
В зависимости от объекта, определяются следующие скорости PSV-волн:
a) Средняя вертикальная скорость:
V av =
b)
V p t p + Vs t s
t + ts
=
2V p
[46]
1 + V p Vs
Среднеквадратичная скорость: Среднеквадратичная скорость распространения
PSV-волн также определяется согласно рис.5.B.7: каждый слой для PS-волн мощностью h, скоростями Vp и Vs, замещается двумя слоями для P-волн, мощностью
h/2, скоростями Vp и Vs.
⎛V t +V t ⎞
⎟
V RMS = ⎜
⎜ t p + ts ⎟
⎝
⎠
2
p p
2
s s
1
2
[47]
В более общем случае:
V RMS
⎛ ∑iV pi2 t pi + ∑iV si2 t si
=⎜
⎜ ∑ t pi + ∑ t si
i
i
⎝
1
⎞2
⎟
⎟
⎠
В случае простого слоя, это соотношение приводит к следующему выражению:
[48]
Arbeit macht frei
72
V RMS = V p ⋅
c)
Vs
Vp
[49]
Скорость ОГТ: Даже в изотропной среде, соотношение между временем t и
расстоянием X не является гиперболическим:
tx = t p + ts ,
∆t = −t + t +
2
p
X p2
V p2
+ t +
2
s
X s2
[50]
V s2
Предложена гиперболическая аппроксимация, например, Castle (1988):
t = t p + t s − t n (1 − S ) + t n2 S 2 +
S2X 2
2
V NMO
[51]
где t = время перед суммированием, tn = время нормального приращения, S = параметр временного сдвига, VNMO = скорость ОГТ.
5Be. Негиперболическое приращение для данных PSV-волн
Независимо от аппроксимации, предпочитаемой для формулировки VNMO, выбирается
один из двух подходов:
•
Миграция перед суммированием, которая требует полей скоростей P- и S-волн в
ходе анализа фокусировки.
•
Суммарный временной разрез в качестве промежуточного.
Во втором случае, должны быть определены функции скорости ОГТ. Если
предположить, что функция скорости ОГТ известна для P-волн, скоростной анализ может быть заменен анализом соотношения Vs/Vp. Переписывая уравнение [49] и учитывая, что:
•
tp=t/[1+(Vs/Vp)],
•
ts=tp/(Vs/Vp),
•
Vs=(Vs/Vp)Vp,
можно выполнить перебор Vs/Vp.
На практике этот подход сложен, поскольку перебор значений Vs/Vp для целей
поправки за нормальное приращение требует компоновки входных трасс согласно величинам Vs/Vp. Следовательно, для каждой выборки Vs/Vp требуется одна компоновка
трасс. Поэтому анализ скоростей PSV-волн чаще всего выполняется согласно нескольким величинам Vs/Vp. При этом требуется определенная компоновка и используется
общепринятая программа скоростного анализа.
5Bf. Преобразование в нулевой вынос
Преобразование в нулевой вынос (TZO) данных PS-волн включает функции скоростей
Vp и Vs, которые предполагаются известными, по меньшей мере, приблизительно.
Процесс состоит из трех шагов, как показано на рис.5.B.8:
Arbeit macht frei
73
•
•
Поправка за нормальное приращение согласно [50].
Горизонтальное смещение согласно локальной среднеквадратичной величине.
•
Применение оператора DMO.
Операторы DMO предлагают Harrison (1990) и Grander (1991). Далее в пространстве τ , p будет выведен оператор, предложенный Hermann (1998), путем разложения плоской волны по наклону. Оператор DMO для P-волны в области τ , p представляет собой гиперболу:
τ 2 ( p ) = t n2 + p 2 h 2 (h = половина выноса)
[52]
Оператор DMO для PS-волн в области τ , p может быть аппроксимирован с точностью
1 мс для наклона 90 градусов следующим соотношением:
τ 2 ( p ±) = t n2 + A ± p 2 h 2 +
B ± p4h4
1+ C ± p 2 h 2
[53]
Коэффициенты A, B, C, определенные числовым способом, являются функцией знака параметра градиента времени p, и предназначены для оперирования разрушенной симметрией оператора DMO для PS-волны. Уравнение [53] (конечная асимптотическая характеристика) было введено Tsvankin (1994) для ввода поправки за нормальное приращение в VTI среде. Можно сопоставить синтетические отклики оператора DMO для PS-волны при различных значениях (рис.5.B.9).
5Bg. Получение изображения данных PSV-волн
В получении изображения после суммирования, первое приближение заключается в
использовании гибридного поля скоростей, которое получается по средней скорости,
определенной в разделе 5Bd:
VAV =
2V p
1 + V p Vs
[54]
На практике, эта средняя скорость миграции должна быть уменьшена на 5-15%, согласно величине Vp/Vs. На рис.5.B.10 показано отношение средней скорости к скорости
миграции в функции Vp/Vs (Harrison, 1993).
5Bh. Получение изображения в области глубин перед суммированием
С теоретической точки зрения, эта процедура выглядит наиболее удовлетворительной,
поскольку она игнорирует некоторые сложности и приближения, которых нельзя избежать при обработке во временной области; в частности, речь идет о неопределенности
программ компоновки. Описание программы обработки в области глубин имеется у
Audebert (см. Приложение). Предполагается, что модель P-волн известна, и для запуска процесса используется условная величина Vp/Vs в верхней части разреза. Затем
выполняется автоматическое удаление слоев.
5Bi. Последовательность обработки данных PSV-волн
Arbeit macht frei
74
Относительно недавно появившегося интереса к обработке данных PS-волн: представляется, что промышленная последовательность обработки еще не согласована.
Поскольку поведение PS-волн является несимметричным, обработка во временной
области может выглядеть сложной и приблизительной, сравнительно с обработкой в
области глубин перед суммированием. Даже при выполнении обработки в области
глубин, необходимы некоторые предварительные шаги (т.е. ввод статических поправок, обработка сигнала, подавление помех, вывод и учет азимутальной анизотропии –
помимо всего прочего).
Приведенная ниже последовательность обработки во временной области
обычно предлагается главными исполнителями. Данное описание представлено компанией CGG.
Обработка данных P-волн: Применительно к многокомпонентным данным, первым
шагом должна быть обработка обычных данных P-волн до получения оптимальной
суммы. Решение статических поправок для данных P-волн используется как первое
приближение статических поправок для данных PS-волн. В общем случае, поправки за
ПВ, умноженные на 2-4, могут быть применены в качестве первого приближения статических поправок для данных поперечных волн за точку приема. Само по себе изображение данных P-волн весьма полезно для направления процесса обработки данных
PS-волн.
Точность воспроизведения вектора в сухопутных работах: Если цель работ состоит в исследовании азимутальной анизотропии, важным шагом является обеспечение
направления горизонтальных составляющих и устранение влияния ЗМС. При проведении сухопутных работ, этот шаг выполняется путем анализа эффекта разделения (splitting-effect) в области ОТП, с использованием отражения или преломления на границе в
ВЧР. Для каждого сейсмоприемника выводятся и применяются значения угла, запаздывания и дифференциального затухания, не зависящие от поверхностных условий.
При этом по данным, свободным от эффектов азимутальной анизотропии, вычисляется путь до поверхности в координатах системы регистрации (This achieves data free of
azimuthal anisotropy, from the computation event to the surface, in acquisition coordinates).
Обозначение полярности: Для каждой горизонтальной ориентации и ориентации источник-сейсмоприемник, происходит изменения знака данных в зависимости от направления источника энергии относительно сейсмоприемника. При 2D работах, смена
полярности для отрицательных выносов решает проблему. В случае 3D работ, эта
операция выполняется путем вращения в радиальной и поперечной системе координат (рис.5.B.11).
Статические поправки: Предполагается, что статические поправки за точку взрыва
определены в ходе предыдущей обработки данных P-волн, а затем применены к данным PSV-волн. Для ввода статических поправок за точку приема может быть применена любая программа автоматического расчета недоучтенных статических поправок.
Однако величина S статических поправок может привести к отказу от использования
обычных программ. Хорошим предварительным подходом к решению является сумма
ОТП. На рис.5.B.12, отдельные трассы суммы ОТП характеризуются хорошей устойчивостью, благодаря примененным поправкам за точку взрыва. Следовательно, этот
процесс может быть применен по отношению к горизонтам на данных P-волн.
Восстановление амплитуд: Общепринятая программа применяет усиление Tn. Необходимо применять идентичное усиление на двух горизонтальных компонентах.
Азимутальная анизотропия в перекрывающих отложениях: Анизотропия ВЧР и
возможные азимутальные ошибки ориентации сейсмоприемников влияют на все отражения. Первый шаг анализа азимутальной анизотропии должен быть сделан в режиме
ОТП. Необходим ввод поправок за влияние эти эффектов с учетом изменения поверх-
Arbeit macht frei
75
ностных условий. Комментарии и примеры такого анализа требуют некоторых предварительных сведений об орторомбической среде (см. Раздел 5Ch).
Поправки за азимутальную анизотропию: Для данного горизонта определяются параметры анизотропии, ориентация запаздывание и дифференциальное затухание. Затем они применяются для компенсации влияния анизотропии от свободной поверхности до этого горизонта, что позволяет получить данные, свободные от эффектов анизотропии для дальнейшего удаления слоев. Такая компенсация приводит к орторомбической среде. Пример представлен в Разделе 5Cc.
Деконволюция: Деконволюция должна сохранять изотропию обработки, т.е. оператор
деконволюции должен быть определен по двум компонентам и применен одним и тем
же способом. После обработки данных P-волн, известен оптимальный оператор деконволюции этих данных. Чтобы для PS-волн сохранить тот же диапазон длин, представляется резонным определение длины оператора деконволюции данных PS-волн в соответствии с соотношением Vp/Vs. Когда для данных PS-волн требуется значительно
более высокая разрешающая способность, сравнительно с данными P-волн, связывать
длины операторов нет смысла.
Поправка за нормальное приращение: Как упоминалось ранее для методик TZO,
функция скорости, необходимая на этой стадии обработки, касается только поправки
за нормальное приращение для горизонтальных осей синфазности. Если предположить, что для поправки за нормальное приращение приняты среднеквадратичные скорости, любой скоростной анализ может быть использован с целью определения гибридной скорости (hybrid velocity) для кинематической поправки.
На практике, несовершенная поправка за нормальное приращение приводит к
обнулению большего количества данных. Это может иметь отрицательный эффект,
который оправдывает негиперболическое приращение. На рис.5.B.13, дается сравнение гиперболического и квадратичного приращений. Сглаживание улучшилось; растяжение уменьшилось.
Применительно к PSV-волнам, асимметрия распространения вызывает два
эффекта:
1)
Для одной данной наклонной оси синфазности, отстрел в прямом и во встречном
направлении включает различные углы падения, что означает различные коэффициенты отражения. Это необходимо учесть при выборе выноса (рис.5.B.14).
2)
На путь распространения для одной и той же глубинной точке может оказывать
влияние аномалия в ВЧР, что может оправдать применение различных скоростных функций для данных прямого и встречного профилирования (рис.5.B.15).
Поправка за наклон: После применения поправки за нормальное приращение, данные разделяются в плоскостях выносов на данные прямого и встречного профилирования (рис.5.B.16). Последовательно применяются смещение по горизонтали, оператор DMO и поправка за нормальное приращение во встречном направлении.
Снова выполняется скоростной анализ данных, который может включать наклонные оси синфазности. Уточненная функция скорости применяется к данным прямого и встречного профилирования, которые суммируются раздельно. Важным шагом
последовательности является анализ фокусировки (рис.5.B.17 и 5.B.18).
1)
Как и ожидалось, оси синфазности в прямых и встречных частичных суммах занимают различное пространственное положение из-за неточности первоначальной
оценки Vs/Vp.
2)
Горизонтальный сдвиг между положительными и отрицательными выносами может быть точно измерен посредством горизонтальной взаимной корреляции двух
наборов данных.
Arbeit macht frei
76
В правой части рис.5.B.17. анализ скоростей показывает отсутствие горизонтального сдвига между положительными и отрицательными выносами (выше желтого
окна в верхней части разреза). Внутри желтого окна, которое соответствует интересующей нас зоне, наблюдается горизонтальный сдвиг влево. Величина сдвига используется для уточнения значения Vp/Vs во временном окне. После подбора изменяющейся во времени величины Vp/Vs выполняется следующая итерация поправки за наклон с целью получения окончательной суммы.
Обратите внимание, что на рис.5.B.18 горизонтальный сдвиг между положительными и отрицательными выносами устранен. На рис.5.B.19, можно оценить улучшение, обусловленное подбором переменной Vp/Vs (указано стрелками).
Обработка после суммирования: После того, как данные обработаны и имеются
суммарные разрезы данных PS-волн (или PS1- и PS2-волн), постобработка зависит от
цели работ. Можно различить два типа ситуаций:
1)
В первом типе, целью работ является исследование литологии посредством соотношений Vp/Vs.
2)
Во втором типе, целью работ является исследование возможной азимутальной
анизотропии, в основном в карбонатной среде.
В первом случае, обработка состоит в выполнении корреляции между данными P- и PS-волн, с целью выведения соотношений времен пробега волны, а, следовательно, Vp/Vs.
Во втором случае, определяются атрибуты анизотропии, при необходимости,
посредством удаления слоев. Или же рассчитать атрибуты искомой зоны, анализируя
временные окна выше и ниже нее. Примеры этого анализа после суммирования комментируются в Разделе 7.
Интеграция скважинных данных: Большинство параметров обработки можно с эффективностью подобрать при наличии скважинной информации. Особенно это касается данных вертикального сейсмического профилирования методом обменных волн.
Пример такого подбора (Daures, 1999) прилагается.
Миграция глубин перед суммированием: В этом варианте обработки, шагами, общими с обработкой во временной области, являются следующие:
1) Статические поправки для данных поперечных волн.
2) Поправки за азимутальную анизотропию.
3) Обработка сигнала (деконволюция и т.д.).
4) Подавление кратных волн и линейных помех (при необходимости).
5) QC (контроль качества) суммы.
Описание процедуры миграции глубин перед суммированием имеется у Audebert,
1999.
5Bj. Особенности обработки данных морских работ
Точность воспроизведения вектора в морских работах: Если в сейсмоприемнике
отсутствуют инклинометр и компас, его ориентация на уровне морского дна рассчитывается по вступлению прямой волны. Координаты источника и сейсмоприемника ис-
Arbeit macht frei
77
пользуются для сопоставления теоретических углов с результатом анализа движения
частиц.
На рис.5.B.20, приемный профиль представлен в координатах грида. Разность
между теоретическим и рассчитанным углами для сейсмоприемника ин-лайн измерена
и изображена в виде гистограммы. Поскольку конфигурация косы включает карданов
подвес, контроль сейсмоприемника ин-лайн является достаточным для характеристики
ориентации сейсмоприемников.
Суммирование данных P- и Z-составляющих. Для устранения реверберации в водном слое, необходимо зарегистрировать поле давления (P) с помощью гидрофонов и
поле скоростей (Z) с помощью сейсмоприемников (Barr, 1990). Этот шаг обработки оптимизирует S-волны путем разделения волнового поля (Soubarras, 1998).
На рис.5.B.21, сумма данных гидрофонов демонстрирует очевидные реверберационные волны в водном слое (горизонтальные оси синфазности). Сумма данных
вертикальных сейсмоприемников (рис.5.B.22) показывает наличие кратных волн с
меньшей энергией, некоторое количество ложных аномалий (слева) и более высокий
уровень случайных помех. Выгода комбинирования данных P- и Z-составляющих
(рис.5.B.23) очевидна: кратные волны практически подавлены.
Изменение поверхности приведения: При проведении работ на больших глубинах
( ≥ 300 м), применяется миграция волнового уравнения для перемещения источника на
уровень сейсмоприемников. Такое изменение поверхности приведения, которое является точным и не составляет проблему, благодаря однородности водного слоя, моделирует ситуацию, которой удобнее оперировать. Дальнейшие программы обработки,
включая поправку за нормальное приращение, компоновку и миграцию, связаны с полем скоростей. Если целью является сопоставление данных, полученных с помощью
донной косы (OBC) и стримера, изменение поверхности приведения может быть выполнено в обратном направлении, что моделирует сейсмоприемники на поверхности
моря.
5C. Обработка данных поперечных волн в орторомбической среде
5Ca. Естественные координаты, координаты регистрации, явление разделения
На рис.5.C.1 и 5.C.2 представлена основа явления анизотропии и обозначения осей.
На рис.5.C.1, анизотропный слой обозначен главными осями анизотропии, A1 и A2. Эти
естественные оси обусловлены свойствами симметрии слоя.
В случае параллельных трещин (рис.5.C.1), ось A1 параллельна простиранию.
Когда падающая поляризованная волна, обозначенная вектором S, достигает слоя в
точке I, она разделяется на две волны, которые обозначены векторами S1 и S2. Вектор
S1, параллельный простиранию, соответствует более быстрой составляющей. S1 и S2
представляют собой естественные ориентации слоя.
На рис.5.C.2, указаны также направления осей регистрации X и Y. При данных
обменных волнах и в предположении горизонтальной слоистости, направление вектора S совпадает с направлением сейсмического профиля, а также с составляющей X
системы регистрации. Если угол α не равен 0, две составляющие, X и Y, являются
результатом взаимодействия волн, представленных векторами S1 и S2.
На некоторой глубине внутри анизотропного слоя, эта ситуация включает модели единичных импульсов, показанные на рис.5.C.3. Сейсмоприемники X и Y регистрируют два единичных импульса, разделенных временем запаздывания ∆T . Однако
полярность последовательных импульсов сохраняется для сейсмоприемника ин-лайн;
на поперечном сейсмоприемнике знак полярности единичного импульса изменяется на
противоположный. Если, например, предположить, что угол между естественными
осями и осями регистрации равен 45°, и пренебречь дифференциальным затуханием
между S1 и S2, амплитудно-частотные спектры данных для составляющих X и Y будут
такими, как показано на рис.5.C.4.
Arbeit macht frei
78
Положение провала на си частот амплитудных спектров зависит от величины
запаздывания ∆T , но в любом случае, провал для одной составляющей соответствует
максимуму для другой составляющей. Это объясняет, почему данные составляющих X
и Y могут выглядеть совершенно по-разному, особенно когда провал влияет на наиболее энергетичный частотный диапазон сейсмического сигнала. В этом случае, корреляция разрезов X и Y может быть затруднена; отношения амплитудных спектров может
оказаться лучшим средством для первой оценки времени запаздывания.
Конечно, эти замечания действительны как для поперечных, так и для обменных волн.
5Cb. Выявление двойного лучепреломления, определение естественных ориентаций
Рассматривая полевую запись или 2D профиль, зарегистрированный сейсмоприемниками ин-лайн и кросс-лайн, можно сразу получить ответ на вопрос – имеется ли двойное лучепреломление?
•
Если сейсмоприемники, ортогональные к вектору поляризации источника, не показывают согласованную энергию отраженной волны, разделения поперечной волны
нет. В этом случае, среда является поперечно-изотропной, или линия источниксейсмоприемник ориентирована вдоль естественной оси анизотропии. Так или иначе, такой профиль может быть обработан так, как указано выше.
•
Если горизонтальные сейсмоприемники, ортогональные к вектору поляризации,
демонстрируют некоторое количество согласованной энергии отраженных волн,
разделение имеет место и должно быть учтено на ранней стадии обработки.
Предварительное замечание: как видно на рис.5.C.5.a, когда поляризованный
источник (s) и сейсмоприемник (r) ориентированы согласно естественному направлению (s1), сейсмоприемник (r) регистрирует максимальную энергию, а сейсмоприемник,
ортогональный к r (r`), показывает отсутствие сигнала.
Несколько алгоритмов определения естественной ориентации восстанавливают ситуацию, показанную на рис.5.C.5.a, моделируя вращение точек взрыва и приема.
Это выполняется путем применения соответствующих коэффициентов ( cos α , sin α ) к
ортогональным составляющим действительных точек взрыва и приема (т.е. sr, st и rr,
rt), и восстановления требуемой ориентации сложения векторов, как показано на
рис.5.C.5.b. Выполняется перебор величины α , который моделирует параллельные
ориентации источника (s1) и сейсмоприемника (r1): естественная ориентация совпадает с моделированной ориентацией, когда составляющая ортогонального сейсмоприемника обращается в нуль. Это показано на рис.5.C.5.b: моделированные ориентации источника и сейсмоприемника s1 и s2, и нулевой сигнал на r2. Такие алгоритмы предложены Alford, 1986 и Mutrah.
Другой способ определения естественной ориентации заключается в исследовании симметрии функции взаимной корреляции между трассами, зарегистрированными двумя ортогональными сейсмоприемниками, например, r и r` на рис.5.C.5.a. Когда ФВК является симметричной, она похожа на функцию автокорреляции, и две составляющие несут сигнал, не затронутый two-legged операторами, показанными на
рис.5.C.3. Точнее говоря, мы представляем сигналы двух ортогональных сейсмоприемников следующими выражениями:
r (α ) = m * O(α )
[55]
и r (α + π 2) = m * O (α + π 2)
[56]
Arbeit macht frei
79
где m – сигнал, O(α ) и O (α + π 2) – операторы, вызывающие разделение. Это два
two-legged
оператора,
выборки
которых,
соответственно,
s1 cos α , s 2 sin α
и
s1 sin α , − s 2 cos α , разделенные интервалом ∆t :
−
−
r (α ) * r (α + π 2) = ( m * Oα ) * ( m * O (α + π 2))
−
−
= ( m* m) * (O (α ) * O (α + π 2))
Отметим, что
−
= ( m* m)
[58]
– функция автокорреляции сигнала; она симметрична отно-
сительно времени ее максимального значения.
мента:
s1s 2 cos 2α ,
[57]
−
O (α ) * O (α + π 2)
s1s 2(cos α sin α − cos α sin α ), и − s1s 2 sin 2α
имеет три эле-
[59]
Центральный элемент равен нулю. Два ненулевых элемента сокращаются до единицы,
когда угол α является кратным π / 2 – когда ориентация сейсмоприемника совпадает
с естественной ориентацией.
Критерий симметрии, предложенный Naville (1986), рассчитывается так, как показано на рис.5.C.6. Доказана его большая значимость для обнаружения естественной
ориентации, сравнительно с максимальным значением функции взаимной корреляции.
Этот алгоритм может быть применен в 2D или 3D, а также при регистрации чистых поперечных или обменных волн. Для него не требуется моделирования поляризации источника, и это делает его полезным при обработке данных обменных PS-волн, поляризация которых определяется ориентацией вектора источник-сейсмоприемник и не может быть моделирована.
На рис.5.C.7 приведен пример перебора функций взаимной корреляции между
составляющими в одной и той же точке приема. Верхняя ось показывает угол поворота. Добротность симметрии рассчитана так, как показано на рис.5.C.6; ее величина
убывает с увеличением симметрии. На рис.5.C.6, в окне 1, выше объекта поиска и для
определенного положения сейсмоприемника, показана максимальная симметрия для
угла поворота 0 градусов и времени запаздывания 0 мс. В окне 2, ниже объекта поиска,
угол поворота равен 30 градусов, а время запаздывания между S1 и S2 равен 10 мс.
На рис.5.C.8, суммы ОТП составляющих X и Y демонстрируют эффекты применения поворота и времени запаздывания по всему профилю. Как видно на горизонтах между 2.5 и 3 с, после этого первого поворота, динамические особенности становятся намного более сходными, нежели перед поворотом.
Еще одним способом определения естественной ориентации при регистрации
3 данных обменных волн является «радиальная сумма» (radial stack). 3D данным присуща специфичная проблема. Когда данные поступают с различных азимутов, на практике невозможно достичь согласованного суммирования с учетом полярности до того,
как будут известны естественные оси, которые являются объектом исследования. В
силу этой причины, координаты системы регистрации заменяются радиальными и поперечными координатами (рис.5.C.9). Радиальная ось ориентирована от источника на
сейсмоприемник; угол поперечной оси равен + π / 2 . Начальная поляризация обменной волны равна S. Она разделяется на S1-волну и S2-волну, которые проектируются
вдоль радиальной и поперечной осей R и T. Модели единичных импульсов, которые
зависят от пределов изменения азимута и проиндексированы от 1 до 8 по отношению к
естественным координатам S1 и S2, показаны в верхней части рис.5.C.10, в радиальной и в поперечной системах координат.
Отношение радиальной и поперечной составляющих энергии может быть рассчитано для каждого диапазона азимутов, и используется как критерий для выявления
Arbeit macht frei
80
естественных осей. Теоретически, поскольку поперечная составляющая равна нулю,
отношение равно бесконечности на естественных осях. На практике, из-за сейсмических помех и несовершенства симметрии углов в диапазоне азимутов по каждую сторону естественной оси, отношение не равно бесконечности, но демонстрирует максимальное значение.
В примере на рис.5.C.11, соотношение радиальной и поперечной составляющих энергии для данного положения сейсмоприемника и для каждого зарегистрированного положения источника представлено с помощью цвета. Две ортогональные
диаграммы высоких значений (синий цвет) показывают ориентацию естественных
осей. Ориентация может быть проверена с помощью двух наборов данных.
1)
Выбор между естественными осями (рис.5.C.12): радиальная и поперечная составляющие показывают эквивалентную энергию отраженных волн, но существует
разность фаз.
2)
Выбор на естественной оси (рис.5.C.13): когерентную энергию демонстрирует
только радиальная составляющая.
Как подтверждение, рис.5.C.14 показывает радиальную составляющую, ассоциированную с естественными осями (S1 и S2). Характеристики отражения вполне
сходные; между двумя типами волн можно наблюдать 8-миллисекундную задержку.
5Cс. Поправка за разделение
Эффекты разделения (вращение, задержка) могут быть обусловлены перекрывающими отложениями, и отличаться от разделения, связанного с характеристиками объекта
поиска. По этой причине, может возникнуть необходимость в применении методик
«удаления слоев». Удаление слоев заключается в исследовании эффектов разделения во временном окне, соответствующем ВЧР, с целью поправки за эти эффекты перед исследованием более глубоких осей синфазности.
Предыдущий пример перебора симметрий в двух различных окнах (рис.5.C.7)
соответствует сейсмическому профилю из Альберты (рис.5.C.15). На рис.5.C.16, который показывает разрез ОТП составляющих регистрации, представляющая интерес зона находится между окнами 1 и 2.
После определения естественных осей в окне 1, можно применить вращение,
и его эффекты видны на разрезе ОТП (рис.5.C.16). Здесь снова динамические особенности более сходны, чем ранее.
Шаги ввода поправки за разделение в морских работах можно также наблюдать на рис.5.C.17.
1) R, T представляют собой первоначальные данные, где каждая трасса – это сумма
в диапазоне азимутов 15°.
2) S1, S2 – проекции на естественные координаты.
3) R`, T` – данные, исправленные за анизотропию перекрывающих отложений до
времени 1.6 с. Обратите внимание на устойчивость сигнала на R` и на псевдозатухании (quasi-extinction) на T`.
5Cd. Поляризация по исследуемому интервалу
На рис.5.C.18 с горизонтальным временным масштабом представлены трассы ОГТ после ввода поправки за эффекты анизотропии в перекрывающих отложениях. Красные
и синие трассы показывают идентичные времена отражения в окне 1. Можно видеть
различия; например, на времени 2.5 с, а также на горизонте на времени 3 с.
На рис.5.C.19 показаны углы вращения и времена запаздывания, найденные
после ввода поправки за влияние перекрывающих отложений в режиме ОТП. В окне 1,
Arbeit macht frei
81
вверху, средний угол вращения близок к нулю, и незначительно изменяется вдоль
профиля. Некоторое запаздывание сохраняется между 0.8 и 1.3 км.
Внизу, углы вращения и запаздывания соответствуют окну на большей глубине, где значения угла вращения изменяются от 0 до 20 градусов.
Величина запаздывания изменяется, достигая 10 мс вблизи середины участка,
и практически обращаясь в нуль на краях. Заштрихованная зона соответствует запаздыванию, сохраняющемуся в окне 1; оно должно быть вычтено с целью расчета запаздывания, обусловленного исследуемой зоне.
В интервале между окнами расчета, максимальное запаздывание соответствует малому (в процентах) эффекту двойного лучепреломления. Это локальное лучепреломление связано со специфичной анизотропией интервала коллектора.
5D. Корреляция данных P- и S-волн
Несколько примеров анализа коэффициента Пуассона (см. Раздел 7), показывают, как
коэффициент Пуассона выводится путем корреляции осей синфазности, присутствующих на данных P- и S- (или PS-) волн.
Один из методов корреляции таких осей синфазности заключается в применении преобразования в глубины данных P- и S- (или PS-) волн, и ассоциировании осей
синфазности, найденных на одной глубине. На практике, оценки глубин, выведенные
по скоростям сейсмических волн, обычно не являются совершенно точными в силу
различных причин, таких как анизотропия.
В настоящее время, визуальная корреляция основных сейсмических горизонтов является первым шагом процесса, и эта идентификация возможна, в основном, по
разрезам ОТП, обработанным для каждого типа волн. Необходимым условием увеличения количества визуально коррелируемых осей синфазности и получения большей
детальности является тщательная обработка сигнала. Результатом такой обработки
должны стать нуль-фазовые данные P- и S- (или PS-) волн с согласованной полярностью.
Вторым условием является наблюдение разрезов, демонстрирующих приблизительно одинаковые длины волн. Это может означать одинаковые амплитудночастотные спектры после преобразования в глубины. Однако при прогоне преобразования в глубины на двух наборах данных обычно вовлекаются дополнительные вопросы, что вызвано неточностями и расхождениями в скоростях P- и S-волн. Поэтому рекомендованным (и более быстрым) способом является преобразование шкалы времени данных S- (или PS-) волн в шкалу времени данных P-волн. Это выполняется путем
переноса на данные P-волн основных горизонтов, ассоциированных с S- (или PS-)
волнами. Иначе говоря, шкала времени данных S- или PS-волн «растягивается и сжимается» для того, чтобы видеть оси синфазности S- или PS-волн на том же времени,
что и соответствующие оси синфазности P-волн.
Пример частотного анализа, выполненного в масштабе времени P-волн для
данных P- и S-волн, показан на рис.5.D. 1 и 5.D.2. В этом частном случае, амплитудночастотный спектр первоначальных данных (рис.5.D.3) показывает, что амплитудночастотные спектры данных P- и S-волн разнесены приблизительно на одну октаву, что
согласуется со средней величиной Vs/Vp=2. Следовательно, уменьшение шкалы времен данных S-волн в два раза является достаточным для подготовки данных к корреляции.
Второй шаг, способствующий корреляции, заключается в применении частотной фильтрации к данным P-или S- (или PS-) волн, которая увеличивает сходство их
амплитудно-частотных спектров. Чаще всего эта фаза обработки приводит к сужению
амплитудно-частотного спектра данных P-волн.
После обработки данных таким способом, могут быть применены три возможные процедуры корреляции:
•
•
Визуальная корреляция.
Полуавтоматическая корреляция (см. Раздел 7Ab).
Arbeit macht frei
•
82
Автоматическая корреляция (см. Раздел 7Ab, 7Ac).
Независимо от выбора, корреляция является действительной при двух условиях:
•
•
Величина отношения сигнал/помеха является достаточной.
Различия P- и S-волн по скорости должны быть сходными, или, по меньшей мере,
одного знака для данной границы раздела.
Если второе условие не соблюдается, визуальная или автоматическая корреляция
сейсмических данных не может ассоциировать оси синфазности. Для таких временных
интервалов, которые встречаются редко и, как правило, короткие, корреляция действительна выше и ниже них. Временные интервалы ∆Tp и ∆Ts отсутствия корреляции
определяют среднюю величину Vp/Vs, и, следовательно, коэффициент Пуассона.
Рис.5A.1.
Рис.5.A.2.
Arbeit macht frei
Рис.5.A.3.
Рис.5.A.4.
Рис.5.A.5.
83
Arbeit macht frei
Рис.5.B.1.
Рис.5.B.2.
Рис.5.B.3.
Рис.5.B.4.
84
Arbeit macht frei
Рис.5.B.5.
Рис.5.B.6.
Рис.5.B.7.
85
Arbeit macht frei
Рис.5.B.8.
Рис.5.B.9.
Рис.5.B.10.
86
Arbeit macht frei
Рис.5.B.11.
Рис.5.B.12.
Рис.5.B.13.
87
Arbeit macht frei
Рис.5.B.14.
Рис.5.B.15.
Рис.5.B.16.
88
Arbeit macht frei
89
Рис.5.B.17.
(1- NMO ОСТ и ОТО асимптотичны); 2,4- кривая DMO ОТО
(общая точка обмена); 3- скоростной анализ DMO; 5- сумма данных прямого профилирования; 6- анализ фокусировки; 7- сумма данных встречного профилирования; 8сумма DMO; 9- миграция.)
Рис.5.B.18.
Рис.5.B.19.
Arbeit macht frei
Рис.5.B.20.
Рис.5.B.21.
Рис.5.B.22.
90
Arbeit macht frei
Рис.5.B.23.
Рис.5.C.1.
Рис.5.C.2.
91
Arbeit macht frei
Рис.5.C.3.
Рис.5.C.4.
Рис.5.C.5. a, b.
92
Arbeit macht frei
Рис.5.C.6.
Рис.5.C.7.
Рис.5.C.8.
93
Arbeit macht frei
Рис.5.C.9.
94
Arbeit macht frei
Рис.5.C.10.
Рис.5.C.11.
Рис.5.C.12.
97
Arbeit macht frei
Рис.5.C.13.
Рис.5.C.14.
Рис.5.C.15.
98
Arbeit macht frei
Рис.5.C.16.
Рис.5.C.17.
Рис.5.C.18.
99
Arbeit macht frei
Рис.5.C.19.
Рис.5.D.1.
Рис.5.D.2.
100
Arbeit macht frei
101
Рис.5.D.3.
Раздел 6. Сравнение разрешающей способности типов волн
6.A. Разрешающая способность P-, PSV- и SH-волн
Разрешающая способность различных типов волн исследована и сопоставлена с различных точек зрения.
•
В Разделе 3 рассматривается затухание и поглощение волн (3De).
•
В Разделе 4 рассматривается согласование источников (4Ac) и сигнатуры источников (4Ac).
•
Раздел 5 включает примеры частотного анализа и амплитудно-частотных спектров.
Поскольку разрешающая способность является важным свойством сейсмических данных, полезно сделать обзор основных принципов и наблюдений, и выделить
некоторые руководящие установки.
6Aa. Сигнал, излученный источником, и ЗМС
Особенности распространения P- и S-волн в ЗМС иллюстрируются двумя примерами.
Рис.6.A.1 сделан по результатам девятикомпонентных работ МПВ, проведенных Lawton (1990), где времена первых вступлений P- и S-волн весьма различаются –
соответственно 100 и 250 мс. К тому же преобладающий период первого вступления
поперечных волн приблизительно в два раза больше преобладающего периода первого
вступления продольных волн.
Arbeit macht frei
102
Рис.6.A.2 выделен из рис.4.A.9, и показывает сигнатуру источника, представляющего собой две траншеи с детонирующим шнуром. После распространения по вертикали на 30 м, преобладающий период первого вступления S-волны приблизительно
на 22% длиннее, чем преобладающий период первого вступления P-волны.
Условия распространения в этих двух экспериментах различны, но на коротком
расстоянии от их общего источника, P- и SH-волны демонстрируют существенную и
быстро возрастающую разницу в их амплитудно-частотных спектрах. В обоих случаях,
распространение происходит в приповерхностных отложениях.
Обычно на высокочастотную составляющую амплитудно-частотных спектров
поперечных волн сильное влияние оказывает распространение по ЗМС. Следовательно,
неудивительно, что обменные PSV-волны, которые распространяются по ЗМС в виде
поперечных волн только один раз, испытывают меньшее воздействие, нежели SSволны.
6Ab. Амплитудно-частотные спектры обменных волн
Сохранение амплитудно-частотного спектра в точке отражения/преобразования никогда не оспаривалось в общепринятой теории. На практике, подтверждение представлено на рис.6.A.3. Обратите внимание, что:
•
Часть вертикального сейсмического профиля с выносом демонстрирует четкое
отражение обменной волны (точка C).
•
Из падающей P-волны и из восходящей SV-волны выделены импульсы, которые
выглядят весьма сходными.
Рассчитанные амплитудно-частотные спектры импульсов также выглядят весьма похожими; незначительные различия могут быть обусловлены неодинаковой длиной путей
распространения первого вступления P-волны и отраженной PSV-волны.
Наконец, признается, что обменная PS-волна в точке отражения/преобразования имеет такой же частотный состав, как и первоначальная P-волна. В
этом отношении, образование обменных PS-волн, которое может рассматриваться как
источник поперечных волн, является более подходящим, нежели поверхностный источник поперечных волн.
6Ac. Наблюденные результаты
От частоты
Раздел 5F включает пример эквивалентной разрешающей способности P- и SH-волн. В
Разделе 7Ba имеется другой пример, который приводит к такому же заключению путем
сопоставления данных P-, PSV- и SH-волн.
Исследование рис.6.A.4, где временные масштабы подобраны так, чтобы обеспечить эквивалентное представление глубин, не требует частотного анализа, чтобы
прийти к выводу, что разрешающая способность поперечных волн (здесь SH) намного
ниже, нежели разрешающая способность P-волн. Вероятно, причиной является худшее
согласование источника с грунтом.
Исследование данных P- и PSV-волн требует большего количества деталей.
Относительные амплитуды, конечно, сохраняются. Границы полосы частот для двух
типов волн относятся так же, как вертикальные составляющие скоростей Vp/Vs.
Что касается амплитуды сигнала, четыре полосы нижних частот выглядят
сходными. От частоты 45 Гц (P-волны) и выше, уровень сигнала на малых глубинах
Arbeit macht frei
103
выше в PSV-волнах, нежели в P-волнах. Это хорошо видно между частотами 45 и 85 Гц
(P-волны), если сравнивать амплитуду отраженной волны около 0.8 с (P-волны) с амплитудой выше этого времени. Более интенсивные амплитуды PSV-волн на малых глубинах появляются в полосе верхних частот, но в этой полосе тренд сигнала, присутствующий в данных P-волн на времени 0.8 с, отсутствует в данных обменных волн. Как
правило, PSV-волны характеризуются более высокой разрешающей способностью в
верхней части разреза при меньшем проникновении.
6Ad. Разрешающая способность типов волн: обобщение
•
На сегодняшний день, нереально ожидать более высокой разрешающей способности чистых поперечных волн при проведении разведочных работ, поскольку их
амплитудно-частотные спектры сходны с амплитудно-частотными спектрами Pволн; кроме того, S-волны характеризуются меньшей скоростью распространения.
Существующие источники поперечных волн продолжают испытывать влияние ВЧР
и сложности с согласованием.
•
Более высокое разрешение часто дают PSV-волны, но они, как правило, ассоциируются с меньшим проникновением. Что касается проникновения, работы методом PSV-волн характеризуются ростом трудозатрат сравнительно с работами методом P-волн.
•
Распространение волн имеет эффекты, связанные с их длиной (см. Раздел 3De),
которые должны быть одинаковыми для P- и S-волн в единицах разрешающей способности, если их добротности (Qp и Qs) являются эквивалентными. Предыдущее
наблюдение в Разделе 6Ac (т.е. более быстрое снижение разрешающей способности
PS-волн) позволяет предполагать, с практической точки зрения, что будет происходить при возрастании Qp/Qs с глубиной.
6B. Разрешающая способность в работах методом двойного лучепреломления (birefringence surveys)
6Ba. Вертикальная разрешающая способность
Показатель двойного лучепреломления, который представляет собой отношение разности и суммы скоростей вдоль осей анизотропии, рассчитывается как отношение запаздывания ∆T к времени пробега T в исследуемом слое. Было отмечено, что точность
оценки двойного лучепреломления должна быть выше в случае поперечных волн, поскольку в данном исследуемом слое, в обоих направлениях распространяются поперечные волны.
При поперечных волнах, большие и малые времена пробега, соответственно
TS1 и TS2, различаются на величину ∆T в направлениях падающей и восходящей волн.
Величина 2( ∆T ) может быть измерена непосредственно и сопоставлена со средним
временным интервалом или 2(TS).
При обменных волнах, запаздывание возникает только в направлении восходящей волны. Его величина ∆T может быть сравнима с полным временем пробега, которое в общем случае близко к 1.5(TS), как показано в нижней части рис.6.B.1. Фактически, время пробега P-волны, TP, в общем случае известно, и, чаще всего, с большей
точностью, нежели времена пробега поперечных волн, что связано с более широким
спектром и лучшим отношением S/N. Его можно вычесть из полного времени пробега.
Arbeit macht frei
104
Это запаздывание в одном направлении, ∆T , сопоставимо со временем пробега TS, и
точность измерения одинакова для поперечных и обменных волн.
В дополнение к этим аргументам, текущий опыт показывает, что обменные
волны характеризуются более широкой полосой частот, нежели чистые поперечные
волны. Это приводит к повышению точности определения времени.
6Bb. Горизонтальная разрешающая способность
Разделение поперечных волн и поляризация вдоль осей анизотропии связаны с распространением в среде. В поверхностной сейсморазведке, это явление может быть исследовано только путем наблюдения отраженных волн на кровле и на подошве исследуемого объекта, например, слоя N на рис.6.B.2.
Поскольку сейсмический профиль включает суммирование ОТП, исследование
слоя N означает некоторое различие внутри области, вовлеченной семейством трасс
ОТП: влияние синей зоны должно быть вычтено из влияния зеленой зоны. Очевидно,
разностный эффект, который в идеальном случае должен включать только один (вертикальный) участок в слое N, рассеивается внутри большой области. Эта область несколько обширнее в случае поперечных волн, нежели в случае обменных волн.
На рис.6.B.3, поперечные волны и обменные PS-волны отражаются от кровли и
подошвы трех слоев. Слой L, в отличие от слоев M и N, предполагается изотропным.
Для обменных волн, разделение происходит только в направлении восходящей
волны: один раз в слое M и второй раз в слое N. Отраженная волна на подошве слоя M
разделяется дважды. В модели единичных импульсов, в результате этого одного отражения, должны возникнуть четыре импульса.
Для поперечных волн, разделение также происходит в направлении падающей
волны, и, в конечном итоге, может сформировать восемь единичных импульсов вместо
четырех. Поскольку имеется вынос, любое изменение параметров анизотропии в горизонтальном направлении будет включать различные характеристики разделения в направлениях падающей и восходящей волн. Поскольку исследование изменений в горизонтальном направлении обычно является целью работ, они не могут быть игнорированы. Можно ожидать, что в данных поперечных волн информация является намного более усложненной, сравнительно с данными обменных волн. Это должно рассматриваться как преимущество метода обменных волн.
Обобщая содержание рис.6.B.2 и 6.B.3, следует согласиться, что горизонтальная разрешающая способность исследования поляризации намного выше в случае обменных волн. В заключение отметим, что регистрация обменных волн представляет собой средство, с которым в настоящее время работать в поле проще, в том числе, с точки
зрения некоторых критических элементов обработки. Обменные волны обладают очень
высокой горизонтальной и вертикальной разрешающей способностью.
Arbeit macht frei
Рис.6.A.1.
Рис.6.A.2.
Рис.6.A.3.
105
Arbeit macht frei
Рис.6.A.4.
Рис.6.A.5.
Рис.6.A.6.
106
Arbeit macht frei
Рис.6.B.1.
Рис.6.B.2.
Рис.6.B.3.
107
Arbeit macht frei
108
Arbeit macht frei
108
Раздел 7. Результаты работ методом поперечных волн
Коэффициент Пуассона как показателя литологии продемонстрирован на рис.7.1. В зависимости от контекста, чувствительность коэффициента Пуассона к насыщающим
флюидам является дополнительной информацией. Несколько приведенных здесь примеров относятся к исследованию коэффициента Пуассона.
7A. Вывод коэффициента Пуассона по данным работ методом P- и SH-волн
7Aa. Работы методом P- и SH-волн на малых глубинах в газохранилище: визуальная
корреляция
В данном примере используются работы в бассейне Paris; объектом исследования является водонасыщенный песок в формации Wealdian, используемый для хранения газа.
Как показано на рис.7.A.1, источником является горизонтальный вибратор, активная масса которого установлена вместо бульдозерного отвала. Диаметр опорной
плиты – около 2.5 футов. Для использования на рыхлом грунте, он может быть закреплен трехдюймовыми зубьями. На мощеных дорогах используется специальная неразрушающая опорная плита без зубьев.
На рис.7.A.2 и 7.A.3 показаны разрезы по данным методов соответственно P- и
S-волн, построенные по одному и тому же трехкилометровому профилю. Временной
масштаб на разрезе данных SH-волн в два раза меньше временного масштаба разреза
данных P-волн, что дает приблизительно одинаковое представление глубин. Можно
видеть, что качество и глубина проникновения SH-волн близки к таковым P-волн, при
условии, что поверхность не слишком мокрая, как на левом и правом концах профиля.
В середине профиля, на данные поперечных волн оказало влияние то, что грунт был
пропитан водой после сильного дождя. Благоприятным фактором является малая глубина объекта исследования (непосредственно под горизонтом C), поэтому уменьшение
глубины проникновения не является критическим.
Как всегда, при совместных работах методом P- и S-волн, ключевой проблемой
является корреляция двух разрезов. В данном примере, некоторое сходство динамических особенностей двух типов волн весьма полезно. Горизонты A – C пикируются согласно визуальной корреляции разрезов данных P- и SH-волн, и контролируются путем
сопоставления с моделями глубин по данным методов P- и SH-волн.
На рис.7.A.4 приведен пример скоростного анализа, выполненного в точке
профиля. Непрерывные скоростные анализы выполнены для обоих типов волн по профилю, и скомпонованы в виде скоростных границ для горизонтов на временном разрезе
A – D.
На рис.7 A.5 показана скоростная граница по горизонту C: скорость суммирования для P-волн составляет около 2.3 км/с, а для SH-волн – около 1.1 км/с. Результаты
являются достаточно хорошими для выведения интервальных скоростей и моделей
глубин.
На рис.7.A.6 и 7.A.7, модели глубин по данным методов P- и SH-волн выглядят
одинаковыми, но различия все же существуют. Оценки глубин по данным метода SHволн на 35-45 м больше, чем по данным метода P-волн, но мощности согласуются.
Причиной различий является первая среда, над горизонтом A. Фактически, в данном
частном случае, аномалия в скоростях SH-волн за счет ЗМС не была проверена, и средняя скорость до горизонта C могла оказаться под ее влиянием.
Рис.7.A.8 показывает, что сходные динамические особенности позволяют выполнить корреляцию между горизонтами, полученными по данным методов P- и SH-
Arbeit macht frei
109
волн. Обратите внимание, что абсцисса на изображении данных метода SH-волн обращена для совмещения двух изображений на точке M. В интервале между горизонтами
A и C, трудно предположить другое соотношение между разрезами по данным методов
P- и SH-волн. Например, ниже C, в области горизонта D, особенности весьма сходны.
На рис.7.A.9 представлен разрез по данным метода P-волн, с примененным
цветовым кодированием. Ожидается, что песок, который является объектом исследования, находится ниже горизонта C, в формации Wealdian (синий цвет).
Рис.7.A.10 дает значения Vs/Vp через каждые 300 м по профилю. Эти значения
хорошо согласуются со средней литологией каждого интервала, которая характеризуется следующим образом:
•
сеноман: преимущественно карбонаты.
•
альб-апт: пески и глины.
•
баррем-Wealdian: глины и пески.
•
портланд: карбонаты.
Кроме того, устойчивость величин в горизонтальном направлении позволяет перейти к
меньшим временным интервалам.
На рис.7.A.11, можно исследовать различные явления после ручного пикинга
промежуточных горизонтов и дополнительных расчетов Vs/Vp.
Около горизонта D, и особенно в центральной части разреза, значения Vs/Vp не
отличаются устойчивостью. Вероятно, расчет недействителен из-за плохого отношения
сигнал/помеха в данных SH-волн. В частности, пикинг промежуточного горизонта во
временном интервале портланда представляется очень плохим и дает нереалистичные
приращения величины Vs/Vp.
Напротив, в верхних слоях, получена согласованная дополнительная информация. Например, большие величины Vs/Vp (около 0.6 в кровле сеномана) свидетельствуют о возможном присутствии карбонатов. Намного меньшая величина Vs/Vp непосредственно над горизонтом B указывает на альбские глины. Но самая интересная информация относится к самому объекту исследования. Wealdian водоносные пески (синий
цвет) четко выделяются пониженным значением Vs/Vp (около 0.3).
7Ab. Экспериментальный профиль методов P- и SH-волн: полуавтоматическая и автоматическая корреляция
Экспериментальный профиль также был отработан в бассейне Paris. Цель работ: исследование возможности различения литологии по данным совместных работ методами Pи SH-волн, а также опробование программ автоматической и полуавтоматической корреляции. На рис.7.A.12 и 7.A.13 представлены окончательные разрезы по данным методов P- и S-волн, сглаженных для облегчения оперирования данными с целью корреляции волн.
Первым шагом корреляции было преобразование в глубины. На разрезах по
данным методов P- и S-волн, интерпретатор коррелировал некоторые горизонты, начав
с полуавтоматической корреляции. Эти горизонты представляют собой границы между
литологическими областями, кодированными цветом, которые наложены на разрез по
данным метода P-волн (рис.7.A.14). Программа автоматической корреляции дает значения Vs/Vp в каждой области.
Результатами являются профили Vs/Vp, показанные на рис.7.A.15. Профиль
вверху (светло-зеленый цвет) соответствует верхней геологической области на
Arbeit macht frei
110
рис.7.A.14. Значения Vs/Vp показаны более темными цветами. Изменение от черного
цвета до красного соответствует улучшению качества корреляции.
Вторая зона (желтый цвет) характеризуется очень малой мощностью (около 25
м), что является причиной неустойчивости значений Vs/Vp. Несмотря на такую неустойчивость, представляется возможным выявление длиннопериодной вариации Vs/Vp
на профиле. В любом случае, легко наблюдать вертикальные колебания величины
Vs/Vp. В первой и второй областях (светло-зеленый и желтый цвета), которые соответствуют третичным глинам, величина Vs/Vp составляет около 0.5. В третьей области
(синий цвет), которая соответствует сеноманским карбонатам, она увеличивается до
0.6.
В четвертой области, значения Vs/Vp снова уменьшаются до 0.4 (оранжевый и
розовый цвета, которые соответствуют глинам и пескам). В двух последних областях
(зеленый и светло-синий цвета) величина Vs/Vp возрастает до 0.5. Эти области соответствуют слоям портландскго карбоната.
При использовании автоматической корреляции, интерпретатор должен лишь
указать соотношение между двумя парами горизонтов по данным методов P- и SHволн. Затем программа прогоняется по разрезу. Результаты представлены на рис.7.A.16,
где кодированные цветом отношения Vs/Vp наложены на разрез по данным метода Pволн. Большие величины (около 0.6) обозначены красным или оранжевым цветом,
средние величины (около 0.5) – желтым цветом, и малые величины (около 0.4.и меньше) – синим или фиолетовым цветом.
Программы автоматической и полуавтоматической корреляции дают согласованные результаты. Очевидно, что автоматической корреляции свойствен больший
риск при наличии помех или затрудненной корреляции. В таких случаях, предпочтительна полуавтоматическая корреляция.
7Ac. Коэффициент Пуассона и данные АК
Данный пример также относится к бассейну Paris и включает два участка профиля, отработанного методами P- и SH-волн; оба участка расположены близко к скважине, где
был проведен АК. Горизонты A-E идентифицированы на разрезах (рис.7.A.17) и коррелируются с данными АК (в середине рисунка 7.A.18). Слева на рисунке показана кривая интервальной скорости, построенная с максимально возможной детальностью по
данным метода P-волн. Кривая справа ( γ T = Vs / Vp ) была получена путем корреляции
осей синфазности на рис.7.A.17, и интересна в двух отношениях:
•
•
Она получена по обычным сейсмическим данным и имеет такую же разрешающую
способность, которая выше, чем можно ожидать от использования среднеквадратичных интервальных скоростей.
Она дает значения физических параметров (Vs/Vp или коэффициент Пуассона) с
точностью, зависящей от точности определения времени пробега, которая чаще всего лучше 4-8%.
7B. Вывод коэффициента Пуассона по данным работ методом P- и PSV-волн
7Ba. Коэффициент Пуассона по данным работ методом P-, SH- и PSV-волн
Экспериментальные работы включают два профиля, отработанные с применением 3C
сейсмоприемников. На первом профиле использовались источники P- и SH-волн, а на
втором – только источник P-волн.
Arbeit macht frei
111
Разрезы по данным метода P-, SH- и PSV-волн (профиль 1) показаны на
рис.7.B.1-7.B.3. На этом профиле коэффициент Пуассона можно вывести дважды: по
данным метода P- и SH-волн, и по данным метода P- и PSV-волн. Результаты представлены на рис.7.B.4 и 7.B.5. Они сходны и могут быть использованы аналогичным образом. Разрезы по данным метода P- и PSV-волн и соответствующий коэффициент Пуассона показаны на рис.7.B.6, 7.B.7 и 7.B.8.
На время съемки (1980 год) метод PSV-волн не признавался как средство разведки, но данный пример способствовал его продвижению. Более интересным в этом
примере является согласованность разрешающей способности для всех типов волн. Это
можно видеть на рис.7.B.9, где для данных методов S- и PS-волн была применен временной масштаб P-волн, а затем они были пропущены через два полосовых фильтра.
7Bb. Коэффициент Пуассона по данным работ методом P- и PSV-волн
Экспериментальные профили методом P- и PSV-волн также были отработаны с применением сейсмоприемников только с вертикальной и ин-лайн составляющими. Возможная азимутальная анизотропия не учитывалась.
Профиль, показанный на рис.7.B.10 и 7.B.11, имеет длину около 15 км, и был
отстрелян с одного конца с использованием двух источников (double off-end shots). Расстановка включала 60 двойных трасс; в каждой точке наблюдения регистрировались
вертикальная и ин-лайн составляющие. Такая геометрия эквивалентна геометрии 120трассной центральной расстановки, где регистрируются P-волны и обменные волны.
Кратность равна 30. Полевые работы, в сущности, идентичны обычным работам методом P-волн (тот же источник, расстановка и количество групп сейсмоприемников).
Единственное различие заключается в использовании бифонов (biphones).
На рис.7.B.10 и 7.B.11 глубина фундамента, который соответствует оси синфазности с наибольшим временем, составляет около 7 км. Выше фундамента среда в
основном обломочная. Основные оси синфазности можно видеть на обеих версиях
профиля, даже если некоторые из осей синфазности, соответствующих большим глубинам, не характеризуются столь же высокой энергией на данных метода обменных волн.
Другой профиль, представленный на рис.7.B.12 и 7.B.13, расположен на том же
участке, но ближе к краю бассейна. В этом случае необходима миграция из-за более
жестких тектонических условий. По этому профилю возможна также идентификация
основных геологических событий (geological events) на обеих версиях. Несмотря на тот
факт, что обменные волны не обладают такой же высокой разрешающей способностью,
как P-волны, качество разреза совершенно приемлемо.
Эти примеры показывают, что возможно получение дополнительного разреза
методом обменных волн с прибылью при условии адаптации регистрирующей расстановки. Очевидно, что следующим шагом является максимизация прибыли, предлагаемой двумя версиями.
На рис.7.B.14 с помощью цветового кода на разрезе по данным метода P-волн,
построенном способом переменной площади (рис.7.B.10), показано отношение Vs/Vp
(или коэффициент Пуассона, как показано на масштабной линейке). Эта информация
получена путем простой ассоциации осей синфазности на разрезах по данным методов
P-волн и обменных волн. Основные геологические области четко очерчены как изменения в латеральном направлении, связанные с отношением песок/глина. Более детальная версия показана на рис.7.B.15, который получен с помощью программы автоматической корреляции.
На рис.7.B.16, который содержит фрагменты разрезов на рис.7.B.12 и 7.B.13,
показаны участки, где характеристики по данным продольных и обменных волн существенно различаются. В таких случаях, вероятно, будет интересно иметь скважинную
Arbeit macht frei
112
кривую (например, ВСП), поскольку скважинные данные будут более полными, нежели данные, полученные только с помощью источника P-волн. На этом рисунке, оси
синфазности (розовый цвет) или разломы (красный цвет) должны быть связаны с двумя
типами волн. Определенные оси синфазности (темно-оранжевый цвет) характеризуются более высокой энергией, и определяются по данным метода P-волн лучше, чем по
данным метода обменных волн. Однако другие оси синфазности (зеленый цвет) намного более четко видны на данных метода обменных волн. Если оси синфазности, обозначенные зеленым цветом, представляют интерес для разведки, вполне очевидно, что работы методом PSV-волн являются более подходящими, нежели обычная сейсморазведка методом P-волн.
7C. Примеры выявления газа
7Ca. Выявление газа с помощью работ методами P- и SH-волн
Для данного примера использованы работы в миоценовом бассейне в Марокко. Источник – детонирующий шнур в траншеях.
Запись данных метода SH-волн выглядит намного хуже записи данных метода
P-волн (рис.7.C.1). Тем не менее, основные оси синфазности на разрезе по данным метода P-волн можно идентифицировать и на разрезе по данным метода SH-волн
(рис.7.C.2 и 7.C.3). Скважина в точке A добывает газ из песка, соответствующего «яркому пятну» G на разрезе по данным метода P-волн. Другие высокие амплитуды (E или
F) связаны с алевритом, а не с газом. Справа от профиля, появляется другая амплитудная аномалия, обозначенная H. Разрез по данным метода SH-волн не показывает высоких амплитуд в областях G и H, но в F амплитудная аномалия присутствует.
Трассы сохраненных амплитуд были выделены в данных P- и SH-волн в точках
A и B. Они представлены на рис.7.C.4, чтобы показать соотношения амплитуд между
типами волн в газонасыщенном песке G, потенциально газонасыщенном песке H и в
алеврите F.
7Cb. Использование AVO с методами P- и PSV-волн для выявления газа
Профиль, используемый для этого примера, демонстрирует сопоставимое качество
данных обменных и продольных волн (рис.7.C.5. и 7.C.6) для газа на времени около 0.7
с (для P-волн) в середине разреза (рис.7.C.6).
Условия залегания газоносного коллектора схематически показаны на
рис.7.C.7. Меловые известняки перекрываются миоценовыми песками и глинами. Газонасыщенный песок располагается на глубине около 800 м. Угол падения кровли меловых отложений составляет приблизительно 6 градусов.
Модель глубин (рис.7.C.8) показывает пять отражающих маркирующих горизонтов, которые выбраны в качестве основных границ раздела. Значения скоростей
продольных и поперечных волн указаны для каждого слоя. Поскольку на этом профиле
существует скважина, скорости P-волн точно известны. Скорости поперечных волн для
среды песок/глина также точно определены по предыдущим исследованиям времен
пробега. Контрольные данные для известняка отсутствуют, поскольку ниже него нет
отражающего маркирующего горизонта. Однако дальнейшее моделирование доказало
относительную точность определения этой скорости.
Согласно модели глубин, программы построения луча были использованы для
определения времен пробега отраженных волн. В верхней части рис.7.C.9, построение
луча P-волны учитываются пять перекрывающих слоев для расчета времен вступления
волны, отраженной от горизонта H5. Расчет выполнен для множества из шести выно-
Arbeit macht frei
113
сов, проиндексированных от A до F в прямом направлении, и от –A до –F во встречном
направлении. Индекс F соответствует максимальному выносу действительной расстановки, который близок к 1.5 км, или приблизительно равен полутора глубинам горизонта H5. Согласно отношению Vs/Vp, лучи обменных волн явно несимметричны; восходящий луч поперечной волны близок к вертикали. Построение лучей и уравнения
Zoeppritz использовались с учетом распространения через перекрывающие слои для
расчета откликов на горизонтах H4 (уровень газонасыщенного песка) и H5 (кровля известняка).
Упругие параметры среды, включая H4 и H5, показаны на рис.7.C.10; коэффициент Пуассона в газонасыщенном песке весьма мал. На рис.7.C.11 и 7.C.12 показано,
как отклики, рассчитанные по модели, согласуются с действительными данными. Рассчитаны два отклика составляющих Z и X. Сверху вниз, время отражения P-волны от
горизонта H5 составляет около 1 с, для обменных волн – около 1.8 с, а для SV-волны –
приблизительно 2 6 с. Можно отметить два момента:
•
На составляющей Z, кратные волны первого порядка между H5 и поверхностью
присутствуют на действительных и синтетических данных. Время отражения изменяется в тех же пределах, что и в случае обменных волн, но кривизна оси синфазности намного меньше.
•
Для получения визуальной увязки между действительными и синтетическими данными для SV-волн, было опробовано несколько возможностей, и в конечном итоге,
лишь один синтетический отклик оказался приемлемо близким к действительным
данным. Для него предполагался низкоскоростной слой мощностью 12 м непосредственно над взрывным источником и преобразование P-волн в SV-волны на поверхности. Поскольку энергия отраженных SV-волн присутствует на действительных
данных и должна появляться близко к источнику, следует также ожидать некоторого количества энергии P-волн, преобразованных из SV-волн. Таким образом, отраженные обменные волны, которые можно наблюдать на временах около 1.8 с, представляют собой смесь энергий обменных P-SV- и SV-P-волн на составляющих Z и X.
В некоторых случаях возможна интерференция, которая усложняет обработку данных обменных волн. В этом конкретном случае, преобладает энергия P-SV-волн, в
особенности на составляющей X.
На рис.7.C.13 и 7.C.14 показаны однократные данные продольных и обменных
волн для того же множества выносов, которое использовалось для построения лучей.
На этих данных нормирование амплитуд не применялось: единственная обработка амплитуд заключалась в компенсации сферического расхождения и вводе некоторых поправок за влияние поверхностных изменений. Для сопоставления первоначальных откликов, к этим данным не применялась ни деконволюция, ни предварительная фильтрация (prefiltering). Одни пределы изменения выноса дают чистый результат, другие –
нет. Яркое пятно можно видеть в середине профиля, для пределов изменения выноса CF.
Данные были сглажены на уровне горизонта 4, а затем горизонта 5 (H4 и H5) –
как показано на рис.7.C.15 и 7.C.16 для H5. Для получения хорошей величины S/N,
трассы были горизонтально суммированы после сглаживания. Следовательно, импульсы, которые будут исследованы, представляют собой средние по профилю для горизонта 5, или средние на ярком пятне для горизонта 4.
Осредненные отклики на горизонте 5 для продольных и обменных волн показаны на рис.7.C.17 и 7.C.18 соответственно. Обозначены углы падения луча. Поскольку
индексы A-F соответствуют значениям выноса, один данный индекс не соответствует
одному и тому же углу падения для P-волн и обменных волн, куда вовлечено падение
Arbeit macht frei
114
под большим углом. На этих рисунках учитывается полярность полевых данных, поэтому можно видеть изменение знака PSV-волны при прямом и встречном направлении
отстрела.
Значения амплитуды этих импульсов в функции выноса показаны на рис.7.C.19
и 7.C.20. Наблюденные амплитуды можно сопоставить с результатами, полученными
для модели с помощью уравнений Zoeppritz. Масштабы амплитуды произвольные. Они
не могут быть калиброваны в единицах коэффициента отражения. Следовательно, с
трендом наблюденных величин может быть сопоставлена только форма соотношения
амплитуда/вынос. Тем не менее, масштабы амплитуд являются согласованными между
продольными и обменными волнами, поэтому можно видеть, что средние отношения
наблюденных величин к рассчитанным величинам для P-волн несколько меньше, чем
для обменных волн. Мы обратимся к этому различию, рассматривая амплитудные
спектры.
На рис.7.C.21 и 7.C.22 показан набор трасс с сейсмическим откликом продольных и поперечных волн на двух уровнях: горизонт 4. в зоне яркого пятна, и горизонт 5.
Амплитуды были выбраны на двух горизонтах, но здесь рассматривается только часть
H5 ниже яркого пятна. На этом участке, на характеристику H5 оказывает влияние прохождение через газонасыщенный песок.
Рис.7.C.23 и 7.C.24 обобщают результаты измерения амплитуды в функции выноса. Для продольных волн (рис.7.C.23), рассчитанные и наблюденные соотношения
между амплитудой сейсмической волны и углом падения являются приемлемыми на
уровне горизонта 4. Как и ожидалось в этой среде песок/глина, амплитуда P-волн возрастает с выносом. Более того, при использовании H5 в качестве опорного горизонта,
эффект прохождения через газ очень хорошо виден. Между зонами ниже и выше скопления газа имеется разность в 6 дБ.
Для обменных волн (рис.7.C.24), наблюденные амплитуды и коэффициент отражения также согласуются. Разность амплитуд между зонами ниже и выше газонасыщенного песка не так велика, как в случае P-волн: в диапазоне углов падения от 0° до
38° (а в данном случае это единственный диапазон, который представляет интерес в
обычной сейсморазведке МОВ), она составляет лишь 4 дБ.
Рассматривая затухание волн в газонасыщенном песке, которое оценивается в 6
и 4 дБ для PP- и PSV-волн соответственно, можно предположить, что ослабление в одном направлении, обусловленное присутствием газа, для продольных волн составляет 3
дБ, а для поперечных волн – только 1 дБ.
Отметим, что для оценки затухания P- и S-волн, исследования AVO проводить
не обязательно. Сумма сохраненных амплитуд должна давать тот же результат, который, очевидно, связан с потерями при распространении и с соответственными величинами Qp и Qs в газонасыщенном песке.
На рис.7.C.25 можно сравнить амплитудные спектры импульсов по горизонту 5
в соответствии с выносами. Фактически, амплитудные спектры нечувствительны к выносу. Однако можно сделать два важных наблюдения:
•
Что касается общей формы этих спектров, можно проверить, что их наиболее значимые части (выше –36 дБ) должны почти совпадать, если шкалы частот спектров
заменить шкалой длин волн. Это наблюдалось чаще всего при сопоставлении действительных данных продольных и не продольных волн.
•
Если посмотреть на впадину, которая появляется на спектре PSV-волн (рис.7.C.25),
и использовать временные окна, соответствующие одному и тому же сейсмическому сигналу в глубинах, различие между спектрами не будет наблюдаться, пока отсутствует эффект разделения поперечной волны. Эта впадина представляет некото-
Arbeit macht frei
115
рую потерю энергии обменных волн, которая может объяснить, почему отношение
рассчитанных и наблюденных величин для обменных волн меньше, чем для продольных волн. Данное явление должно подтверждаться при использовании только
трех составляющих вместо двух. Однако для одной данной горизонтальной составляющей, разделение поперечной волны вследствие азимутальной анизотропии оказывает на данные такое же действие, как и two-leg оператор.
Впадину на спектре PSV-волн можно полностью объяснить, если предположить
26-миллисекундное запаздывание и дифференциальное затухание 3 дБ между двумя
legs. Такая интерпретация исходит из того, что скорости вдоль естественных осей анизотропии различаются в среднем на 2%, что представляется приемлемым в контексте
среды песок/глина. Необходимо отметить, что действие two-leg оператора можно компенсировать обратной фильтрацией, и что даже двухкомпонентная регистрация может
обеспечить данные обменных волн с компенсацией разделения.
На рис.7.C.26, данные метода продольных волн, на которые не оказало влияние
разделение, рассматриваются как эталонные, и могут быть сопоставлены с двумя версиями разрезов по данным метода обменных волн. В верхней части, общепринятая версия не учитывает эффект разделения; в частности динамические особенности на горизонте 5 не столь просты, как для продольных волн. Однако в нижней части обратная
фильтрация применена для компенсации эффекта разделения, и динамические особенности на H5 весьма близки к таковым P-волн. Компенсацию эффекта разделения можно
также наблюдать на амплитудных спектрах (рис.7.C.27).
Из примера можно вывести два основных заключения:
• Сейчас возможно исследовать не только временные интервалы, но и амплитуды по
данным методов продольных и обменных волн. В результате этих исследований
можно получить дополнительную информацию о литологии и характеристикам
коллектора.
•
Для этих целей может оказаться достаточной регистрация двухкомпонентных данных, поскольку разделение поперечных волн не является предметом работ.
7D. Сравнение типов волн
7Da. Разрезы, полученные с помощью источника продольных волн
Разрезы по данным методов P- и PS-волн относятся к предыдущему примеру (рис.7.C.5
и 7.C.6). В связи с моделированием упоминалось, что энергия SV-волн сформировалась
в результате преобразования, близкого к источнику P-волн. Поэтому было принято решение обрабатывать первоначальные двухкомпонентные данные согласно различным
схемам распространения от источника продольных волн.
•
Данные вертикальной составляющей, обработанные ранее как «P-волны»
(рис.7.D.1), были обработаны согласно схеме распространения обменных SVP-волн.
•
Данные горизонтальной составляющей, обработанные ранее как «обменные PSволны» (рис.7.D.2), были обработаны согласно схеме распространения SVSV-волн.
Полученные разрезы представлены на рис.7.D.1 и 7.D.2. Они показывают худшее отношение S/N сравнительно с ассоциированными типами волн. Тем не менее,
можно идентифицировать основные особенности вокруг исследуемой зоны; следует
отметить, что обработка этих дополнительных разрезов не извлекла пользы из оконча-
Arbeit macht frei
116
тельных уточнений. В частности, вычитание энергии P-волн из записей SVP-волн, и
энергии PSV-волн из записей SVSV-волн должно улучшить результат.
Такие разрезы могут быть интересны в смысле выведения атрибутов из сочетаний различных типов волн, и, следовательно, повышения устойчивости измерений.
7Db. Разрезы, полученные с помощью источников P-, SH- и SV-волн
Этот экспериментальный профиль был отработан с помощью легкого поверхностного
источника, показанного на рис.7.D.3. Это обычная трамбовка, используемая в дорожных работах, как можно видеть справа на рисунке. Для формирования поперечных
волн, трамбовка устанавливается на раме, которая делает удары горизонтальными и
связана с опорной плитой, закрепленной на грунте (рис.7.D.4).
Регистрация выполнялась согласно с матрицей (рис.7.D.5), которая предполагает условия изотропии или VTI. Продольные волны регистрируются от вертикальной
трамбовки вертикальными сейсмоприемниками, SH- и SV-волны – от горизонтальных
источников горизонтальными сейсмоприемниками, а обменные PSV- и SVP-волны –
соответственно от вертикального источника ин-лайн сейсмоприемником, и от ин-лайн
источника вертикальным сейсмоприемником.
Избранные фрагменты результатов показаны на рис.7.D.6, где временная шкала
снова адаптирована для представления глубин. Средняя величина Vp/Vs близка к 2. Поскольку площадь хорошо известна, и с этими пятью вариантами регистрации и обработки можно выполнить перекрестную проверку, непродольные волны отображены во
временном масштабе P-волн, путем подбора времени основных горизонтов (рис.7.D.7 и
7.D.8).
Интересно в деталях наблюдать, как изменяется отражательная способность
различных типов волн. В частности, обменные или поперечные волны дают определенно лучшую детальность интервала между 0.4 и 0.6 с (который соответствует киммериджским пескам и глинам), нежели продольные волны. Отражательная способность
SH- и SV-волн выше 0.5 с также демонстрирует различия, которые могут поставить под
вопрос принятую поперечно-изотропную среду с вертикальной осью симметрии (VTI).
7E. Поперечно-изотропная среда с вертикальной осью симметрии
«Коэффициенты анизотропии» чаще всего рассматриваются как коэффициенты, которые необходимо применить к скоростям, полученным по данным сейсморазведки с целью исключения (или минимизации) невязок между сейсмическими и скважинными
данными. Далее представлены результаты скважинных исследований, скоростного анализа и сейсморазведочных работ, которые позволяют лучше понять предмет; в частности, различие по величине коэффициентов анизотропии полей скоростей продольных и
поперечных волн.
7Ea. Исследования скважин
На рис.7.E.1, где показан участок вертикального сейсмического профиля метода SHволн, вибратор расположен в 1750 м от скважины, а глубина исследования составляет
от 0.3 до 2 км при ∆ Z =15 м. Справа показана схема, которая используется для расчета
времен первых вступлений в соответствии с интервальными скоростями в каждом слое.
При этом учитываются изменения угла падения на каждой границе раздела. Углы наклона незначительные, поэтому интервальные скорости получены по замерам для нор-
Arbeit macht frei
117
мального падения. Регистрация производилась для выносов от 0.1 до 2.3 км, и времена
первых вступлений для каждого из выносов рассчитывалась согласно схеме на
рис.7.E.1.
Рассчитанные времена первых вступлений сравнивались с экспериментальными временами на рис.7.E.2, где принято два предположения.
•
Слева на рис.7.E.2, совпадение между рассчитанными и экспериментальными временами отыскивается путем применения статических поправок. Следует рассматривать величины до 150 мс. Тем не менее, остаются различия, которые нельзя игнорировать.
•
Справа на рисунке, принята эллиптическая анизотропия, и статическая поправка не
применялась. Здесь различия меньше, и их можно существенно снизить, применяя
приемлемые статические поправки (20 мс) на выносах 0.7 и 1.4 км. Для получения
такого результата, слои между 1.1 и 2 км были подвержены воздействию эллиптической анизотропии от 5 до 22%.
Еще одно исследование с целью определения эллиптической анизотропии на
данном выносе (X=1.95 км) представлено на рис.7.E.3. Вверху показаны интервальные
скорости (при нормальном падении). Внизу – разности времен при трех предположениях: отсутствие анизотропии, изменяющаяся анизотропия и постоянная анизотропия.
Как видно, в случае изменяющейся анизотропии, различия существенно уменьшаются.
Такая же процедура применена к данным метода P-волн; результаты показаны
на рис.7.E.4. В этом случае, лучшей глобальной величиной для эллиптической анизотропии должна быть величина 6%, но эллиптическая анизотропия полей скоростей Pволн – лишь частный случай, и данные о ее применении отсутствуют. Из этого эксперимента можно заключить, что эллиптическая анизотропия может быть и должна быть
определена послойно.
Второй эксперимент исходит из хорошо определенных условий, близких к горизонтальным. На рис.7.E.5, показана диаграмма сопротивления, интервальные скорости SH- и P-волн и кривая Vs/Vp. Измерения выполнены в слое, который известен как
постоянный и однородный, между 1.2 и 1.45 км. Цель: получение в этом слое набора
путей распространения, охватывающих широкий диапазон углов падения.
Как показано на рис.7.E.6, и благодаря 1D среде, можно моделировать такую
ситуацию, регистрируя времена вступления на кровле и подошве слоя при различном
удалении источника. Это дает широкие пределы изменения углов падения лучей, таких
как ING или IN+1G.
Поскольку соответствующие времена распространения известны, можно построить фронты волн и семейство ортогональных лучей. Эти операции были выполнены для продольных и поперечных волн. Результаты показаны на рис.7.E.8 и 7.E.9. Начиная с вертикального падения, скорость P-волны сначала уменьшается приблизительно до угла падения 26°, а затем возрастает. Это означает отрицательную величину для
параметра Thomsen δ . В случае SH-волны, результаты измерений до угла падения 40°
согласуются с эллиптической моделью, и анизотропия должна быть около 22%.
7Eb. Анализ скоростей
Анализ скоростей (рис.7.E.10) взят из примера выявления газа в Разделе 7Ba. Скважина
в той же точке дает только глубину кровли газоносного коллектора, которая составляет
1296 м. Другие оценки глубин выведены по среднеквадратичным скоростям. Для Pволн, эта глубина равна 1306 м. Это хорошая (возможно, удачная) оценка, которая
Arbeit macht frei
118
предполагает практически полное отсутствие эффекта анизотропии. Напротив, для Sволн оценка глубины кровля коллектора составляет 1559 м, т.е. на 19% больше, чем для
P-волн. Рассматривая другие оси синфазности, коррелируемые по данным методов P- и
S-волн, можно видеть, что отношения оценок глубин S/P изменяются от 1.14 до 1.27,
что свидетельствует о значительной анизотропии поля скоростей поперечных волн.
7Ec. Получение показателя литологии
До настоящего времени, отношение Vs/Vp по сейсмическим данным приравнивалось к
отношению Tp/Ts. Другой оценкой является отношение интервальных скоростей, полученное в результате анализа скоростей P- и SH-волн.
Две оценки обозначаются соответственно величинами γ T и γ V . Вполне понятно, что γ T измеряет отношение интервальных скоростей, т.е. β 0 / α 0 . Вследствие эллиптической анизотропии, интервальная скорость, измеренная для SH-волн, представляет собой горизонтальную составляющую скорости. Для P-волн, интервальная скорость зависит от двух параметров «слабой анизотропии». Нельзя сказать, что среднеквадратичные скорости напрямую связаны с горизонтальными составляющими скорости.
Согласно Thomsen (см. Раздел 3Ah), отношение интервальных скоростей близко к величине β 0 (1 + γ ) / α 0 (1 + δ ) , тогда как отношение горизонтальных составляющих
скорости равно β 0 (1 + γ ) / α 0 (1 + ε ) . Тем не менее, отношение γ V / γ T = (1 + γ ) /(1 + δ ) с
некоторым успехом использовалось в качестве показателя литологии, вероятно, вследствие высокой чувствительности распространения SH-волн к анизотропии, обусловленной глинами, что дает γ > δ .
На рис.7.E.11 показан сейсмический профиль методов P- и SH-волн: на двух
разрезах идентифицированы четыре сейсмических горизонта, которые увязаны со
скважинами 100 и 91, расположенными близко к концам профиля. Объектами исследования являются обломочные отложения между горизонтами 2 и 3.
На рис.7.E.12 представлены профили показателя γ V / γ T : в интервале (2-1) величины почти стабильные, но справа от интервала (3-2) происходит скачкообразное
изменение показателя, которое интерпретируется как возросшее содержание глины.
7F. 3C × 3D исследования азимутальной анизотропии
Эти работы проводились на месторождении Silo (Вайоминг), и являются первыми
3C × 3D исследованиями. Исполнитель – консорциум, возглавляемый Colorado School of
Mines. Задача заключалась в установлении возможности наблюдения азимутальной
анизотропии в исследуемых слоях с помощью таких работ.
Полевая расстановка приводится в Разделе 4 (рис.4.D.1). Профили источников,
обозначенные красным цветом, ориентированы с севера на юг; среднее расстояние между ними составляет 1000 футов. Расстояние между ПВ равно 165 футов; в каждой
точке вибратор излучает четыре свип-сигнала в диапазоне от 5 до 54 Гц. ФНЧ такой же,
какой используется при обычных работах методом P-волн, а ФВЧ обеспечивает сохранение низкочастотной части спектра обменных волн. Восемь приемных профилей ориентированы с востока на запад. Каждый из них включает 30 трехкомпонентных точек
наблюдения с шагом 330 футов. Расстояние между профилями – 990 футов.
Как обычно, для данных метода P-волн была применена общепринятая обработка. Как видно на рис.7.F.1, на этой площади данные метода P-волн не составляют
проблемы. Этот вид результата получен после стандартной обработки и может быть
Arbeit macht frei
119
оптимизирован с учетом определенного объекта исследования. Интервал, представляющий интерес для поисков нефти – 1.7-1.8 с в карбонатной среде. Выявление трещиноватых зон является основной задачей исследования азимутальной анизотропии.
Обработка данных метода PSV-волн и чистых поперечных волн, полученных с
помощью горизонтальных вибраторов, была начата одновременно. Однако обработка
данных метода обменных волн выполняется намного проще и быстрее, тогда как ввод
статических поправок для данных метода чистых поперечных волн представлял собой
сложную длительную работу. В конечном итоге, эта задача была решена путем использования статических поправок (т.е. поправок за точку приема) для данных метода PSVволн. Далее рассматриваются важные шаги обработки данных метода PSV-волн, после
чего сопоставляются результаты, полученные по данным методов обменных, поперечных и продольных волн.
7Fa. Метод обменных волн: обработка и результаты
Важно отметить, что статические поправки данных метода поперечных волн были получены без каких-либо затруднений, поскольку поправки за точку взрыва были известны после общепринятой обработки данных метода P-волн. Для определения поправок
за точку приема достаточной является сумма постоянных точек приема (constant geophone stack).
На рис.7.F.2 и 7.F.3 показаны статические поправки данных метода обменных
PSV-волн. На рис.7.F.2, сторона источников соответствует P-волнам, а на рис.7.F.3 сторона сейсмоприемников соответствует поперечным волнам. Цветовые шкалы этих карт
различны. Шкала статических поправок для поперечных волн приблизительно в три
раза больше, чем для продольных волн. Между картами имеется некоторая грубая корреляция, поскольку малые величины расположены справа, а повышенные – слева, но
имеются существенные различия. Например, красная зона (высокие значения) в нижнем правом углу карты, соответствующей поперечным волнам, не имеет эквивалента на
карте, соответствующей P-волнам.
На рис.7.F.4 показаны скорости суммирования данных методов P-волн и обменных волн. Функция скорости P-волн помогает при получении первой оценки скорости суммирования данных метода обменных волн: поскольку отношение вертикальных
составляющих Vs/s близко к 0.5, квадратный корень из этой величины (0.7) используется в качестве первой оценки отношения скоростей суммирования данных продольных и
обменных волн. Программа дальнейшей оптимизации дает окончательную величину. В
любом случае, не имеет смысла искать точную функцию скорости обменных волн в начале последовательности обработки, поскольку разделение ожидается и должно рассматриваться в первую очередь.
Определение естественных осей следует методу «радиальной суммы», который
рассмотрен в Разделе 5Cb (рис.5.C.9 и 5.C.10). В случае реальных данных, отношение
радиальной и поперечной составляющих энергии является максимальным, когда поперечная составляющая энергии отраженной волны минимальна. Это показано на рисунках 7.F.5 и 7.F.6, которые соответствуют центральному профилю набора данных, ориентированному с востока на запад. Шкала в левой части рисунка показывает действительную величину отношения составляющих энергии, которая изменяется от 1 до 9 и,
следовательно, дает хорошее определение естественных осей. Как видно, максимальные значения располагаются вблизи азимутов 45° и 135°. Более детальное исследование
определяет направление естественных осей 41° и 134° от направления на восток, или
против часовой стрелки.
Arbeit macht frei
120
Если предположить, что естественные оси являются ортогональными, лучшей
оценкой среднего на площади работ должен быть азимут 42.5° для наименьшей скорости и 132.5° для наибольшей скорости. Как мы увидим, эти направления не являются
постоянными в диапазоне исследования, и могут также зависеть от глубины рассматриваемого слоя. Однако данные могут быть повернуты и суммированы с применением
средней величины угла поворота: результат стабилен, поскольку в диапазоне нескольких градусов около 0, функция косинус близка к единице.
Ориентированные с востока на запад разрезы, показанные на рис.7.F.7 и 7.F.8,
соответствуют горизонтальной сумме пяти смежных профилей в модели грида. Можно
оценить потребность поворота до естественных координат. Отражения намного более
согласованы в естественных координатах, нежели в координатах системы регистрации.
Динамические особенности отраженных волн более сходны в S1 и S2, чего нельзя сказать про X и Y. Однако на главных осях синфазности времена вступления отраженных
волн несколько больше на S2, где амплитуда немного меньше, чем на S1.
На рис.7.F.9, стратиграфическая колонка выровнена по разрезам методов продольных и обменных волн. Интервал глин Pierre (зеленый цвет) расположен выше объектов разведки на нефть. Залегающий ниже интервал Niobrara соответствует горизонту
Kn, который является объектом поисковых работ.
На рис.7.F.10, карта, кодированная цветом, представляет угол между направлением на восток и естественной осью с повышенной скоростью. Углы рассчитываются в
глинах Pierre; это означает, что они учитывают влияние анизотропии выше интервала,
представляющего интерес для разведки на нефть. Цветовая шкала позволяет представить распределение углов в виде гистограммы.
На некоторые величины вдоль краев гридов могут оказывать влияние помехи.
Одна аномалия находится в верхнем правом углу грида; она обозначена синим цветом,
и может быть значимой, поскольку устойчиво присутствует на нескольких профилях,
ориентированных с востока на запад.
За исключением этой аномалии и краевых величин, которые, вероятно, осложнены помехами, углы в оставшейся части грида изменяются в пределах от 128° до 140°,
т.е. 134° ± 6°.
На рис.7.F11 и 7.F.12 показаны эффекты двойного лучепреломления, рассчитанные в окне 1. На рис.7.F.11, разности времен пробега (или запаздывания) между более медленной и более быстрой составляющими изменяются от 30 до 60 мс времени
пробега в одном направлении (восходящей волны). Они могут включать эффекты приповерхностного происхождения, т.е. разности статических поправок между направлениями S1 и S2.
На рис.7.F.12 дифференциальное затухание изменяется от –6 дБ до +6 дБ. Общие элементы карты дифференциального затухания должны быть действительными,
поскольку между разностями времен и дифференциальным затуханием можно наблюдать некоторую корреляцию. Участки с повышенными величинами запаздывания характеризуются также более сильным дифференциальным затуханием. Однако дифференциальное затухание не является очень точным во всех точках грида, поскольку равновесие между двумя семействами сейсмических лучей, распространяющихся близко к
направлениям S1 или S2, непостоянно на гриде, особенно в углах. Выравнивание амплитуд не применялось. Обобщая изложенное выше, следует сказать, что эти исследования в окне 1 могут рассматриваться как изучение влияния перекрывающих отложений: окно 1 расположено выше интервала, представляющего интерес для разведки на
нефть.
Чтобы определить атрибуты анизотропии внутри этого интервала, ниже него
было задано другое окно (окно 2). Расчеты в окне 2 проводились по такой же схеме, как
в окне 1; они показывают, что положение естественных осей сохраняется. Если гово-
Arbeit macht frei
121
рить точнее, основная часть разностей углов между окнами лежит в пределах ± 5°. Эти
разности могут быть применены в качестве поправок, но мы решили так не делать, поскольку считаем, что ориентация естественных осей не изменяется в интервале между
окнами 1 и 2. Однако двойное лучепреломление существует, и его влияние можно видеть на рис.7.F.13 и 7.F.14.
Анизотропия между S1 и S2, представленная в виде карты на рис.7.F.13, изменяется в пределах ± 8%. Дифференциальное затухание между S1 и S2 в виде карты показано на рис.7.F.14. Что касается перекрывающих отложений (окно 1), оценка дифференциального затухания не была точной по всем гриду из-за плохого равновесия между
пределами изменения азимута. Если говорить о более глубоком интервале (окно 2), ситуация отличается, поскольку верхнее окно было использовано для нормирования амплитуд S1 и S2, оси которых одинаковы в обоих окнах. Следовательно, эта карта дифференциального затухания действительна в интервале между окнами.
Рис.7.F.13 и 7.F.14 выглядят сложными; однако они должны упрощаться, если
брать только одно направление трещин и, предпочтительно, один тренд трещин. В данном случае, согласно Davis (1987), присутствуют несколько трендов и направлений
трещин.
7Fb. Чистые поперечные волны: обработка и результаты
После определения статически поправок, обработка данных метода поперечных волн
не составила проблемы. Поворот до естественных координат выведен по алгоритму Alford. На рис.7.F.15, разрезы по данным составляющих S1 и S2 показаны для сравнения
PSV-волн и чистых поперечных волн. Временные масштабы дают сходное представление глубин; указана исследуемая зона (Kn/Kd). Можно сказать, что качество сейсмических данных эквивалентно.
7Fc. Результаты двойного лучепреломления по данным методов PSV-волн и чистых
поперечных волн
Основная информация, которую ожидается получить в результате работ – это ориентация и интенсивность трещиноватых зон. Мы надеемся, что они связаны с ориентацией
и интенсивностью эффектов двойного лучепреломления; следовательно, наиболее важным является сопоставление результатов двойного лучепреломления для двух типов
волн. Прежде чем переходить к результатам, необходимо сопоставить объемы отложений, вовлеченных в распространение каждого типа волн.
На рис.7.F.16 и 7.F.17 показаны модели распространения от поверхности до исследуемого объекта (интервал Kd-Kn), который дополнительно представлен в увеличенном виде. Для данной глубинной точки (более определенно – для данной вертикали
в искомом слое), вовлекается конус с полным раскрывом 72° в случае поперечных
волн; для обменных PSV-волн угол раскрыва составляет лишь 26°. Могут существовать
некоторые другие причины, которые объясняют различия, наблюдаемые между результатами, представленными на рис.7.F.18 и 7.F.13.
Качество каждой из мод волны исследовано путем применения критериев корреляции S1/S2 в каждом бине 3D съемки. Сохранены два критерия:
•
Максимальная величина функции взаимной корреляции S1/S2 в исследуемом интервале.
•
Критерий симметрии в этом же интервале.
Arbeit macht frei
122
Значения для двух критериев представлены в виде гистограмм на рис.7.F.19 и
7.F.20. Расчеты выполнены согласно различным гипотезам о естественной ориентации,
от 28° до 73°. Можно видеть следующее:
•
Обменные PS-волны демонстрируют более высокие значения критериев, чем чистые поперечные волны.
•
В случае поперечных волн, лучшие результаты получены в диапазоне 43°-58° для
коэффициента корреляции. Для критерия симметрии, лучшая величина должна
быть близка к 51°.
•
В случае обменных PS-волн, лучшая гистограмма получена при 43° согласно двум
критериям. Интерполяция дает 42.5°.
Эти различия около 8° в определении естественного направления для поперечных волн не объясняются однозначно; возможно, они вызваны неточностями, присущими методу поперечных волн. Одна проблема связана с точностью ориентации источника, которая хорошо определяется вектором источник-сейсмоприемник в методе
PSV-волн.
Вторая проблема вытекает из необходимости идентичного согласования при
двух случая излучения (восток-запад и север-юг). Эту идентичность непросто гарантировать, особенно когда регистрация в направлении восток-запад выполняется через несколько дней после регистрации в направлении север-юг.
7Fd. Исследования азимутальной анизотропии поля скоростей P-волн
Чтобы сравнить возможность исследования азимутальной анизотропии полей скоростей P- и S-волн, необходимо исследовать также данные метода P-волн. В случае 3D
работ, глубинная точка в методе P-волн видится при различных азимутах. Эффект азимутальной анизотропии исследуется путем сопоставления времен пробега до одной и
той же глубинной точки при одном угле наклона, но при различных азимутах.
На рис.7.F.21, азимутальная анизотропия от поверхности до точки M1 наблюдается путем сопоставления времен пробега: A-M1-B и C-M1-D`. Точка M2 на вертикали к M1 может наблюдаться аналогичным образом. Однако разностные эффекты между
M1 и M2 могут быть искажены неоднородностью (заштрихованная зона Z), которая
оказывает воздействие на M2, но не на M1.
Как показано на рис.7.F.22, естественные координаты выявляются путем при
изменении угла в диапазоне 15° с востока на запад; опорный горизонт – Kn. Окончательный результат приведен на рис.7.F.23. Гистограмма слева показывает, что более
50% оценок угла на площади работ приходится на диапазон 132°-138°. Интерполяция
дает 136° от направления на восток, т.е. 46° от направления на север. Соответствующие
величины, полученные по данным методов PSV-волн и поперечных волн, составляют
45° и 51°.
Наблюденные величины запаздывания представлены на рис.7.F.24; среднее
значение равно приблизительно 3 мс, что намного меньше значений, наблюдаемых по
разделению поперечной волны: 40 мс для обменных PS-волн и 80 мс для чистых поперечных волн.
Arbeit macht frei
123
7Fe. Обобщение результатов 3D × 3C исследования азимутальной анизотропии
Доказано, что выявление естественных осей по трем типам волн дает устойчивый результат, но заслуживает доверия только та информация о локальной интенсивности
азимутальной анизотропии, которая получена по данным методов обменных и чистых
поперечных волн. Другими словами, пока дело касается разностей времен, разделение
поперечных волн является намного более чувствительным средством, нежели наблюдение зависимых от азимута времен вступления P-волн.
Сравнение данных методов чистых поперечных и обменных волн можно обобщить в три этапа.
•
Регистрация обменных волн требует источника только продольных волн, и обеспечивает данные P-волн при маргинальной стоимости.
•
Обработка данных метода обменных волн намного проще, если говорить о статических поправках, и несколько сложнее, если говорить о сборе.
•
Окончательные результаты приблизительно эквивалентны, хотя ожидаемая разрешающая способность метода обменных волн должна быть выше.
7Ff. Удаление слоев
Методика удаления слоев показана на примере 2D профиля из Бельгии. Сравнение
окончательных результатов методов обменных и продольных волн (рис.7.F.25) показывает более высокую разрешающую способность, но меньшую проникающую способность обменных волн. Это наиболее распространенное наблюдение.
Суммы CRP составляющих ин-лайн (X) и поперечных составляющих (Y) на
рис.7.F.26. показывают оси синфазности, когерентность которых различается в двух
направлениях:
•
До времени 0.4 с, составляющая Y является более когерентной, чем составляющая
X (горизонт H1).
•
Начиная от времени 0.8 с, составляющая X является более когерентной, чем составляющая Y (горизонты H2 и H3).
Первый поворот и поправка за запаздывание дают составляющие X`1 и Y`1
(рис.7.F.27). Запаздывание составляет около 10 мс, угол поворота 30°. Отметим согласованность горизонта H1 на X`1 и сигнал, близкий к нулевому на Y`1. На уровне H2,
обе составляющие демонстрируют некоторую согласованность, что указывает на другую систему естественных координат.
Второй поворот и поправка за запаздывание дают X`2 и Y`2 (рис.7.F.28), где
энергия H2 присутствует на X`2, но отсутствует на Y`2. На уровне H3, напротив, энергия присутствует только на составляющей Y`2, что является основанием еще для одного шага. Окончательный результат метода обменных волн (рис.7.F.25), включает шаги
удаления слоя.
Arbeit macht frei
Рис.7.1.
Рис.7.A.1.
Рис.7.A.2.
124
Arbeit macht frei
Рис.7.A.3.
Рис.7.A.4.
Рис.7.A.5.
125
Arbeit macht frei
Рис.7.A.6.
Рис.7.A.7.
Рис.7.A.8.
126
Arbeit macht frei
Рис.7.A.9.
Рис.7.A.10.
Рис.7.A.11.
127
Arbeit macht frei
Рис.7.A.12.
Рис.7.A.13.
Рис.7.A.14.
128
Arbeit macht frei
Рис. 7.A.15.
Рис.7.A.16.
129
Arbeit macht frei
Рис.7.A.17.
Рис.7.A.18.
Рис.7.B.1.
130
Arbeit macht frei
Рис.7.B.2.
Рис.7.B.3.
Рис.7.B.4.
131
Arbeit macht frei
Рис.7.B.5.
Рис.7.B.6.
Рис.7.B.7.
132
Arbeit macht frei
Рис.7.B.8.
Рис.7.B.9.
Рис.7.B.10.
133
Arbeit macht frei
Рис.7.B.11.
Рис.7.B.12.
134
Arbeit macht frei
Рис.7.B.13.
Рис.7.B.14.
Рис.7.B.15.
135
Arbeit macht frei
Рис.7.B.16.
Рис.7.C.1.
Рис.7.C.2.
136
Arbeit macht frei
Рис.7.C.3.
Рис.7.C.4.
Рис.7.C.5.
137
Arbeit macht frei
Рис.7.C.6.
Рис.7.C.7.
138
Arbeit macht frei
Рис.7.C.8.
Рис.7.C.9.
Рис.7.C.10.
139
Arbeit macht frei
Рис.7.C.11.
Рис.7.C.12.
Рис.7.C.13.
140
Arbeit macht frei
Рис.7.C.14.
Рис.7.C.15.
Рис.7.C.16.
141
Arbeit macht frei
Рис.7.C.17.
Рис.7.C.18.
Рис.7.C.19.
142
Arbeit macht frei
Рис.7.C.20.
Рис.7.C.21.
143
Arbeit macht frei
Рис.7.C.22.
Рис.7.C.23.
Рис.7.C.24.
144
Arbeit macht frei
Рис.7.C.25.
Рис.7.C.26.
Рис.7.C.27.
145
Arbeit macht frei
Рис.7.D.1.
Рис.7.D.2.
Рис.7.D.3.
146
Arbeit macht frei
Рис.7.D.4.
Рис.7.D.5.
Рис.7.D.6.
147
Arbeit macht frei
Рис.7.D.7.
148
Arbeit macht frei
Рис.7.D.8.
Рис.7.E.1.
Рис.7.E.2.
148
Arbeit macht frei
Рис.7.E.3.
Рис.7.E.4.
Рис.7.E.5.
149
Arbeit macht frei
Рис.7.E.6.
Рис.7.E.7.
Рис.7.E.8.
150
Arbeit macht frei
Рис.7.E.9.
Рис.7.E.10.
Рис.7.E.11.
151
Arbeit macht frei
Рис.7.E.12.
Рис.7.F.1.
152
Arbeit macht frei
Рис.7.F.2.
Рис.7.F.3.
Рис.7.F.4.
153
Arbeit macht frei
Рис.7.F.5.
Рис.7.F.6.
Рис.7.F.7.
154
Arbeit macht frei
Рис.7.F.8.
Рис.7.F.9.
Рис.7.F.10.
155
Arbeit macht frei
Рис.7.F.11.
Рис.7.F.12.
Рис.7.F.13.
156
Arbeit macht frei
Рис.7.F.14.
Рис.7.F.15.
157
Arbeit macht frei
Рис.7.F.16.
Рис.7.F.17.
Рис.7.F.18.
158
Arbeit macht frei
Рис.7.F.19.
Рис.7.F.20.
Рис.7.F.21.
159
Arbeit macht frei
Рис.7.F.22.
Рис.7.F.23.
Рис.7.F.24.
160
Arbeit macht frei
Рис.7.F.25.
Рис.7.F.26.
161
Arbeit macht frei
162
Рис.7.F.27.
Рис.7.F.28.
Раздел 8. Что может быть усовершенствовано
Потенциальные усовершенствования будут играть важную роль в технике работ методом поперечных волн, не только потому, что это «нарождающаяся» техника, но также
вследствие того, что необходимо полностью обосновать использование нескольких типов волн вместо одного. Каждый шаг наблюдений методом поперечных волн может
быть усовершенствован.
На сегодняшний день, обработка многокомпонентных данных является в основном однотипной. Существенным шагом будет переход от скалярной обработки к
векторной обработке. Этот факт означает некоторые существенные усовершенствования, касающиеся регистрации и/или компьютерных алгоритмов. На данный момент, в
нашем распоряжении имеются 3, 4 или 9 составляющих, но, в силу многих причин, это
не означает 3, 4 или 9 векторов (рис.8.1).
Темп роста многокомпонентных работ (рис.8.2) за последние четыре года прямо связан с высоким качеством данных, полученных на морском дне. Тем не менее,
первоочередной интерес при регистрации с помощью донной косы представляет снижение стоимости на участках со сложными поверхностными условиями. Во вторую
очередь, интерес проявляется к возможному применению 3D свойств крестовых расстановок.
На морском дне, состояние дел в устранении реверберации в слое воды требует
использования двух составляющих (гидрофон плюс сейсмоприемник). Если дополнительная стоимость регистрации четырех составляющих (два ортогональных горизонтальных сейсмоприемника) пренебрежимо мала, применение обменных волн становится реальной возможностью для обработчиков многокомпонентных данных. Большинство недавно зарегистрированных 3D × 4C данных были получены в ходе эталонных работ, используемых для определения работ более крупного масштаба для 4D целей.
8A. Усовершенствование регистрации данных
Arbeit macht frei
163
Основными проблемами, связанными с регистрацией поперечных волн, являются согласование и изотропия точек наблюдения. К тому же, эффекты приповерхностного
происхождения в большей степени сказываются на распространении поперечных, нежели продольных волн. Следовательно, источники и сейсмоприемники должны быть
такими, чтобы ограничивать эти недостатки.
8Aa. Поперечные волны и эффекты приповерхностного происхождения
В идеальной расстановке для работ методом поперечных волн источник и сейсмоприемники должны располагаться на достаточной глубине, что позволяет избежать эффектов поглощения, наблюдаемых вблизи поверхности.
Такая расстановка нереалистична, но ее можно рассматривать как средство полевого мониторинга: при делении на коэффициент, близкий к двум (из-за отношения
Vp/Vs), диапазон наблюдаемых длин сейсмических волн представляет интерес. Это
должно означать погруженный источник поперечных волн, который не существует на
сегодняшний день.
При меньших претензиях, обменные PS-волны предлагают эквивалент погребенного источника поперечных волн на уровне объекта исследования; при этом требуются лишь погруженные сейсмоприемники и деление наблюдаемого диапазона длин
волн приблизительно на 1.5.
8Ab. Согласование сейсмоприемников
Условием правильного согласования является равенство плотности сейсмоприемника и
окружающего грунта. Сейсмоприемники нового поколения будут отвечать этому требованию. Согласование сухопутного сейсмоприемника зависит от дневной поверхности. Для улучшенного согласования могут потребоваться более длинные штыри, или
погруженные сейсмоприемники с контролируемой ориентацией. В морских условиях
(см. Разделы 4E и 5Bj), узлы обеспечивают лучшее согласование, нежели донные косы.
8Ac. Изотропия источника и сейсмоприемников
Большинство обычно используемых полевых расстановок, сухопутных или морских, не
является изотропными. Следовательно, в данные вносятся ненужные эффекты, зависящие от азимута. Могут быть сконструированы изотропные полевые расстановки; однако идеальным изотропным полевым оборудованием является один сейсмоприемник.
Экспериментальные профили, зарегистрированные с применением одиночных 3C
сейсмоприемников, в настоящее время не являются убедительными, поскольку поляризационные фильтры недостаточно эффективны.
Лучшую эффективность могут обеспечить усложненные алгоритмы обработки,
которые могут также потребовать более плотной пространственной выборки, что, в
свою очередь, может сделать реальным сочетание поляризационного фильтра и обработки данных нескольких сейсмоприемников. Это означает увеличение количества регистрирующих каналов, или многоканальную предварительную полевую обработку и
некоторую адаптацию полевого оборудования. Если учесть существенное увеличение
количества регистрирующих каналов за последние годы, такое решение может стать
реалистичным.
Arbeit macht frei
164
8B. Усовершенствование обработки
Предложенные ранее усовершенствованные методики обработки включали компенсацию анизотропии полевых расстановок и возможность применения более эффективных
поляризационных фильтров. Другие методики, предложенные для выделения дополнительной информации из данных поперечных волн, включают, среди прочего, обработку
«маргинальных» данных и сочетание различных типов волн в исследованиях AVO.
8Ba. Обработка «маргинальных» данных
Данные называют маргинальными в том случае, если они не являются целью исследования. В качестве примера можно назвать разрезы по данным метода SVSV-волн, полученные с помощью источника продольных волн и ин-лайн сейсмоприемника, или разрез по данным метода SVP-волн, полученный с применением источника продольных
волн и вертикального сейсмоприемника. Такие примеры, показанные в Разделе 7, несовершенны, но для них не применялась обработка с использованием перспективных программ. Более поздняя обработка данных метода SVP-волн должна включать вычитание
энергии PP-волн в качестве предварительного шага, аналогично программам подавления кратных отражений. Вполне вероятно, что обработка данных метода PSV-волн как
первый шаг в обработке маргинальных данных также оказывает значительную помощь:
функции скорости, компоновка и проблема статических поправок уже частично решены.
8Bb. Сочетание различных типов волн в исследованиях AVO
Пример такого вида исследований приведен в Разделе 7. Он применяется к осям синфазности, хорошо идентифицируемым на разрезах по данным методов PP- и PSV-волн.
Фактически, процесс может быть распространен на все данные, поскольку отношение
скоростей распространения продольных и поперечных волн можно вывести по данным
P- и S- (или PS) волн двумя различными способами.
Первый способ состоит в определении отношения времен пробега S- и P-волн;
для этого требуется корреляция соответствующих осей синфазности на границах интересующего нас интервала. Другую оценку можно сделать по методикам AVO, используя относительные разности δVp / Vp и δVs / Vs . Приравнивая две оценки отношения,
мы ограничиваем оценки AVO точками привязки, которые следуют из отношений интервальных времен; между временами распространения P- и S- (или PS-) волн можно
установить непрерывное соотношение, которое дает непрерывную оценку Vp/Vs.
8Bc. Совместимые глубинные разрезы по данным методов P- и S-волн
Когда задача заключается в получении глубинных разрезов, совместимых с высокой
степенью точности, это подразумевает совместимость двух скоростных моделей (Pволн и S-волн, границы которых идентичны) с той же степенью точности. Программы,
приводящие к этой ситуации итеративным или иным способом, должны быть способными достичь таких результатов. Это означает рассмотрение эффектов анизотропии в
начале цикла обработки, особенно если мы имеем дело с обменными волнами.
Еще один момент заключается в определении «критерия совместимости». Методики корреляции должны быть удобными в обращении, и отражать согласованность
временных интервалов между отражающими поверхностями. Для обеспечения более
Arbeit macht frei
165
высокой точности, второй критерий должен учитывать различия отражательной способности двух типов волн; это возможно, поскольку эти различия также подразумеваются скоростной моделью.
8C. О средствах интерпретации
8Ca. Многотипные АРМ
Существующие интерпретационные АРМ не предназначены для оперирования многотипными данными (данными нескольких типов волн). Это является препятствием для
развития метода поперечных волн, поскольку оптимальная обработка многотипных
данных должна быть согласованной и интерактивной.
Блоками данных различных типов волн одной и той же площади следует оперировать совместно на протяжении стадий обработки и интерпретации. Доступ к корреляции различных типов волн, отношениям временных интервалов, отношениям относительных амплитуд и анализу AVO ассоциированных осей синфазности должен быть
немедленным, независимо от типа волн: P, S, PS, SP, S1 или S2. При рассмотрении орторомбических сред, перебор углов вращения и оптимизация по различным критериям
также должны быть немедленными.
8Cb. Сопоставление различных выводов Vp/Vs
В Разделе 8B упоминаются два способа оценки отношения Vp/Vs. Другие возможные
пути оценки включают:
•
Использование отношений интервальных скоростей.
•
Использование отношений акустических импедансов.
•
Наблюдение амплитудно-частотных спектров по соответствующим временным интервалам данных методов P- и S- (или PS-) волн.
Сопоставление различных выводов является источником информации. Например, выводы, сделанные по отношениям временных интервалов и по отношениям интервальных скоростей, связаны с параметрами анизотропии полей скоростей P- и Sволн.
8Cc. Сопоставление затухания P- и S-волн
Эта область фактически еще не изучена. Представляется, что вертикальное сейсмическое профилирование с использованием нескольких типов волн является источником
измерений, которые исследуются во временной области, а не в областях затухания амплитуды и частоты – несмотря на ожидание различного поведения продольных и поперечных волн в коллекторе, насыщенном флюидом. На сейсмических разрезах, следует
рассматривать отношение амплитуд продольных и поперечных волн выше и ниже объекта поиска.
8Cd. Атрибуты различных типов волн
Arbeit macht frei
166
Строго говоря, локальные атрибуты могут быть получены по данным различных типов
волн только в том случае, если данные, соответствующие одной и той же глубинной
точке, являются ассоциированными. Это предполагает точное определение ассоциированных времен, или точное преобразование в глубины двух наборов данных. После
достижения хорошей точности, атрибуты различных типов волн, относящиеся к локальной амплитуде спектрального состава, могут оказаться значимыми.
Заключение
Приведем подходящую цитату из работы исследователя поперечных волн:
«…распространение поперечных волн является более сложным, нежели распространение продольных волн; следовательно, поперечные волны несут больше
информации».
S. Crampin
•
Конечно, дополнительная информация приветствуется. Но сначала необходимо
воспринять, проанализировать и проконтролировать дополнительную сложность,
которая, как признается ранними исследователями, во многом исходит из анизотропии поля скоростей поперечных волн. Источником еще одной проблемы является
отсутствие принципа взаимности при распространении обменных волн, которому на
сегодняшний день отдается предпочтение в силу практических и экономических
причин относительно регистрации.
•
Теории распространения и отражения непродольных волн появились у геофизиковразведчиков намного раньше, чем соответствующая методика. Фактически, эта технология потребовала относительно сложных программ обработки, неосуществимых
до развития цифровой обработки. Технология обработки в анизотропных средах пока отсутствует.
•
Имеются ситуации, когда распространение или отражение поперечных волн больше
подходит для решения геофизической задачи, нежели распространение или отражение продольных волн. Однако основной интерес в сейсморазведке методом поперечных волн представляет информация, которая дополняет данные общепринятого
метода отраженных волн.
•
Если учесть, что многокомпонентные сейсмоприемники и обычные источники являются достаточными для получения характеристик продольных и поперечных волн
посредством обычных обменных PS-волн, можно сказать, что эта методика должна
стать рутинной процедурой.
•
Программы моделирования могут помочь в определении оптимальных параметров
расстановки для регистрации нескольких типов волн применительно к данному
объекту поиска. Они также полезны для подбора параметров обработки и поддержки интерпретации.
•
Анализ и формулировка слабой анизотропии необходимы для преодоления мешающих характеристик поперечных волн – оставаясь в приемлемых пределах
сложности.
Arbeit macht frei
167
•
Сочетание продольных и поперечных волн позволяет получить коэффициент Пуассона (основную часть информации), и атрибуты, связанные с отражательной способностью или эффектами AVO.
•
Наблюдение эффектов двойного лучепреломления определяет преимущественную
ориентацию геологических отложений и позволяет получить атрибуты, связанные с
плотностью трещин.
•
Для усовершенствования методик полевых работ необходимы большие усилия
(особенно это касается согласования и анизотропии точек наблюдения).
•
Широкие возможности для усовершенствования имеются в области обработки; в
частности, следует обращать больше внимания на амплитуды различных типов
волн, включая сравненные затухания.
•
Необходимо также улучшать средства интерпретации. В частности, совместное
оперирование различными типами волн должно быть более простым и точным.
Рис.8.1.
Рис.8.2.
Arbeit macht frei
168
(1- 4C работы с применением донной косы; 2- продвижение C-волн (CGG); 3 -азимутальная анизотропия; 4 -первые
3D × 9C работы; 5- первые коммерческие 3D × 9C работы;6- сухопутные работы)
Раздел 9. Полевые примеры
Методика CCP-Scan (*1): сортировка по истинной общей точке преобразования и
анализ скоростей обменных волн, выполняемые посредством миграции глубин
перед суммированием по данным методов PP- и PS-волн.
Francois Audebert*, Pierre Yves Grander, Ariane Herrenschmidt, Compagnie Generale de Geophysique
Аннотация
Анализ скоростей PS-волн состоит из трех операций: 1) определение истинной CCP
(общей точки преобразования), называемое здесь X-фокусировкой (X-focusing) – аналог DMO, 2) фокусировка гиперболического приращения при короткой расстановке
(short-spread hyperbolic move-out focusing), называемое здесь H-фокусировкой – аналог
нормального приращения, 3) согласованная увязка глубин на изображениях данных PPи PS-волн. Каждая
Arbeit macht frei
168
из этих операций зависит, в сущности, от параметра, выраженного в виде простой
функции среднеквадратичных скоростей P- и S-волн и вертикального времени: γ eff
Thomsen для 1), параксиальный элемент фокусировки Fc для 2) и γ 0 для 3). Анализ
скоростей во временной области дает начальную оценку этих параметров, но полное
решение задачи скоростей PP- и PS-волн можно получить только в области глубин.
Наша методика CCP-Scan включает миграцию глубин перед суммированием и перебор
скоростей P- и S-волн. Посредством уточненных измерений γ eff и Fc, она обеспечивает
разрешение приращения времен вступления PS-волн при короткой расстановке в истинной CCP, а также фокусировку при короткой расстановке и увязку глубин на изображениях данных PP- и PS-волн с помощью методики удаления слоев. Изотропных
приборов в последнем слое достаточно для получения по отдельности всех параметров
короткой расстановки. Однако их одновременный учет (т.е. гарантия фокусировки и
согласованной увязки глубин на изображениях данных PP- и PS-волн) невозможно при
изотропной описании и, фактически, обнаруживает полярную анизотропию. Дальнейшее уточнение среды или приращения при длинной расстановке может потребовать перебора параметров анизотропии.
Введение
Анализ скоростей обменных волн имеет много общего с анализом скоростей волн одного типа. В том и в другом случае одновременно учитываются наблюденные величины (далее называемые инвариантами), которыми в случае PP-волн являются инвариант
получения изображения T0 и инвариант фокусировки при короткой расстановке F. Величина T0, часто определяемая как время суммирования, представляет время пробега
по действительному (в случае волны одного типа) или виртуальному (в случае PSволны) центральному лучу между точкой изображения и поверхностью. Инвариант фокусировки F представляет величину T0*(Vrms)2 (или в области глубин – интеграл скорости по центральному лучу), которая описывает параболическое или «параксиальное»
приращение при короткой расстановке в конфигурации истинной общей точки отражения. В простых случаях, конфигурация CRP (общей точки отражения) для волны одного типа может обеспечиваться DMO перед стандартным анализом скоростей ОГТ. В
общем случае волны одного типа, выравнивание в записях-«кандидатах» CRP, конфигурация истинной общей точки отражения и осуществление инварианта фокусировки F
являются взаимозависимыми условиями. Метод CRP-Scan (Audebert и др., 1996, 1997),
где миграция глубин перед суммированием (PreSDM) сочетается с перебором скоростей, отслеживает одновременное выполнение этих условий. В случае обменных волн,
конфигурация CRP становится конфигурацией CCP (common conversion point – общей
точки преобразования), что не гарантируется простой фокусировкой нормального приращения (NMO) в записях-«кандидатах» CCP. Thomsen (1998) и Herrmann и др. (1999)
показали, что определение конфигурации истинной общей точки преобразования является решающим шагом в анализе скоростей PS-волн. В настоящей статье мы показываем, что этим шагом, который называется здесь X-фокусировкой, можно оперировать
перед фокусировкой нормального приращения вдоль выноса в записи CCP (здесь – Hфокусировкой). Анализ скоростей во временной области дает начальную оценку соответствующих параметров для X- и H-фокусировки. Мы показываем, что методика CCPScan (адаптация CRP-Scan к обменным волнам), позволяет определить все требуемые
инварианты путем удаления слоев. Работая в области глубин, можно приспособить эту
методику (для условий короткой расстановки) к изображению и фокусировке данных
PP- и PS-волн, используя увязку глубин и первую оценку параметров анизотропии полей скоростей P- и S-волн.
169
Arbeit macht frei
Анализ скоростей обменных волн во временной области
Целью скоростного анализа является учет «инвариантов» получения изображения и
фокусировки (или «наблюденных действительных величин») в конфигурации истинной
общей точки преобразования (CCP). Инварианты получения изображения – Tc, Tp и Ts
(время пробега по центральному лучу); инварианты фокусировки – Fc, Fp и Fs (параболическое приращение при короткой расстановке). Соотношения между ними и величинами γ 0 , γ n , γ eff следующие:
Fp = Tp ∗ Vp 2 ,
Fs = Ts ∗Vs 2 ,
Tc = Ts + Tp,
Fc = Tc ∗Vc 2 = Fs + Fp,
γ 0 = Ts / Tp,
γ n = Vp / Vs,
γ eff = γ n2 / γ 0 = Fp / Fs
Vc, Vp, Vs – так называемые скорости ОГТ, которые учитывают гиперболическое поведение соответственно PS-, PP- и SS-волн. Эти инварианты одинаковы для временной
области и для области глубин. Инварианты получения изображения и фокусировки выражаются в виде интегралов градиента времени и локальной скорости ОГТ соответственно вдоль действительного или виртуального центрального луча. Знание Tp, Fp, Ts и
Fs эквивалентно знанию Tc, Fc, γ 0 и γ eff . Приравнивание Fc к сумме Fs и Fp действительно только в конфигурации истинной CCP. Определение истинной CCP имеет решающее значение при анализе скоростей обменных волн во временной области и в области глубин. Thomsen (1997) показывает, что для данной пары источниксейсмоприемник с выносом X, смещение точки преобразования Xc зависит, в первую
очередь, от величины γ eff , и, во вторую очередь, от Fc и γ 0 . Поскольку в общем случае ни одна из этих величин сразу не известна, определение положения истинной CCP
является итеративным процессом. Измерение Fc в конфигурации неправильной CCP
сопряжено с размыванием очки преобразования (Herrmann и др., 1999). Размывание зависит от ошибки определения γ eff , но оно всегда происходит в противоположном направлении между выносами при прямом и встречном отстреле (для одного и того же
азимута). Это является причиной измеримого сдвига ∆ X по горизонтали между изображениями соответствующих выносов. Простое уравнение для однородной среды дает
новую величину Vp/Vs для компенсации ∆ X (рис.1). Эксперименты показывают, что
этот эквивалентный коэффициент Vp/Vs сходится к величине γ eff . Это подтверждает
действительность γ eff для конфигурации истинной CCP, и устанавливает ее физический смысл как отношения Vp/Vs для кажущейся однородной изотропной среды, где
точка преобразования стационарна в пространстве ( ∆ X=0). Нулевая величина ∆ X,
правильная величина γ eff и конфигурация истинной общей точки преобразования являются эквивалентными понятиями. Тем не менее, между измеренными величинами
γ eff и Fc отсутствует тесная зависимость: γ eff измеряется нулевой величиной ∆ X на
изображениях общего выноса (рис.1 и 2), а Fc – нулевым приращением вдоль выноса на
записях CCP. Мы будем называть X-фокусировкой измерение γ eff (X для положения
поверхности CCP), а H-фокусировкой – измерение Fc (H для размерности выноса). Xфокусировка компенсирует размывание глубинной точки: это эквивалент DMO (поправки за наклон). H-фокусировка компенсирует гиперболическое приращение при ко-
Arbeit macht frei
170
роткой расстановке: это эквивалент процесса ввода поправки за нормальное приращение. Анализ во временной области может дать начальные оценки Fc и γ eff и, возможно, Tc, Tp или γ 0 для дальнейшего уточнения в области глубин по каждому слою.
Анализ скоростей обменных волн в области глубин: методика CCP-Scan (*1)
Поправки за наклон и за нормальное приращение для одного типа волн можно разделить в слоистой среде, но не в обычной среде, где ими оперирует миграция глубин перед суммированием (PreSDM). В случае обменных волн, безопаснее будет выполнить
пересортировку непосредственно в PreSDM, чтобы оперировать соответствующими
процессами (X- и H-фокусировкой) даже в слоистой среде. PreSDM согласует конечный наклон и умеренную неоднородность (обменные волны являются диодическими
(diodic)!), позволит выполнить удаление слоев и учесть параметры анизотропии в интервале. Мы используем методику CCP-Scan, т.е. CRP-Scan с обменными волнами. Мы
отыскиваем воспроизведение эталонной скоростной модели (моделей), где наблюдается выравнивание в области глубин перед суммированием, и, следовательно. соблюдается конфигурация истинной CCP. Если наблюдается выравнивание, мы формируем Tc и
Fc вдоль нормального луча в сканированной среде. Предпочитаемая практика сканирования заключается в применении масштабного коэффициента α к скорости P-волн, и
масштабного коэффициента β к скорости S-волн во всех слоях, или лучше, в последнем слое. Масштабирование изменяет начальные наблюденные величины на их эквиваленты(`):
γ 0 `= α / β ∗ γ 0
γ eff `= α / β ∗ γ eff
Tp`= Tp ∗ (1 + γ 0 ) /(1 + γ 0 `)
Fp`= Fp ∗ α 2 ∗ (1 + γ 0 ) /(1 + γ 0 `)
Fc`= Fc ∗ αβ ∗ (1 + γ 0 ) /(1 + γ 0 `) ∗ (1 + γ eff `) /(1 + γ eff )
Глубина слоя является общей для моделей скоростей P- и S-волн, которые используются для миграции в методе PS-волн. Она будет отличаться от глубины, определенной в
результате анализа скоростей PP-волн, до конечной стадии увязки глубин. Отметим,
что co-масштабирование скоростей P- и S-волн ( α = β ) сохраняет начальные величины
γ 0 и γ eff , а противомасштабирование (counter scaling) ( α = 1 / β ) лишь приблизительно
сохраняет величину Fc.
Фокусировка для случая PS-волн в два шага с последующей согласованной увязкой глубин по данным методов PP- и PS-волн
Нашей конечной целью является определение моделей скоростей P- и S-волн, которые
учитывали бы инварианты Fp, Tp, Fs, Ts при одной и той же глубине и положении общей точки преобразования. Модели полностью определяются правильными величинами Tc, Fc, γ 0 и γ eff . Tc – хорошо известная величина, а γ 0 получается только в результате сравнения сумм по методам PP- и PS-волн или разрезов, мигрированных во времени, и появляется на конечной стадии увязки глубин. Сейчас должны быть определены
величины γ eff и Fc посредством X- и H-фокусировки. Мы решили сначала выполнить
X-фокусировку: противомасштабирование скоростей P- и S-волн ( α # β ) будет мерой
Arbeit macht frei
171
величины γ eff (критерий ∆ X=0). По завершению X-фокусировки, легко выполняется
H-фокусировка: параллельное масштабирование скоростей P- и S-волн ( α = β ) будем
мерой величины Fc, при неизменном γ eff и всей X-фокусировке. Согласование между
X- и H-фокусировкой может потребовать повторных итераций. Наша методология выглядит следующим образом (рис.3).
Шаг 1: по результатам обработки во временной области или анализа скоростей PP-волн
получаем начальную оценку γ eff , или Fc, или Vp, или γ 0 (в порядке убывания желательности) в последнем слое.
Шаг 2, X-фокусировка: находим γ eff в последнем слое (критерий ∆ X=0, рис.2). Мы
хотим дать условие истинной общей точки преобразования. Масштабирование только
скорости S-волн ( α =1), или противомасштабирование скоростей P- и S-волн ( α = 1 / β
или α # β ) ослабляет начальную величину γ 0 (1) и γ eff (1). Мы измеряем горизонтальный сдвиг когерентности ∆ X между прямым и встречным мигрированными изображениями. Когда ∆ X=0, условие истинной CCP выполняется, и правильное значение γ eff
определяется как Fp(2)/Fs(2). Однако в общем случае правильная величина Fc не учитывается.
Шаг 3, H-фокусировка: уточнение Fc путем co-масштабирования скоростей P- и S-волн.
Co-масштабирование ( α = β ) скоростей P- и S-волн определяет правильную величину
Fc, сохраняя правильное значение γ eff . После определения γ eff и Fc, Fp=Fp(3) и
Fs=Fs(3). Величины Tp и γ 0 остаются не определенными; однако в случае только PSволн, мы определили три из четырех инвариантов, необходимых для решения скоростей PP- и PS-волн при короткой расстановке.
Шаг 4: получение Tp или γ 0 в результате обработки данных метода PP- или PS-волн во
временной области. Зная Fc, γ eff и γ 0 плюс Tp или Tc, можно полностью определить
Tp, Fp, Ts и Vs. анализ скоростей PP-волн для этого же слоя дает Tp и другую оценку
Fp. Кажущаяся избыточность информации о Fp между шагом 3 и шагом 4 избавляет нас
от необходимости точной идентификации оси синфазности PP-PS-волн для получения
Tp. Нам нужны только устойчивые измерения средних величин, таких как среднеквадратичная скорость Vp или γ 0 . Отсюда, а также из величин Tc, Fp, Fs для PS-волн, мы
можем выделить значения Tp и Ts, которые полностью согласуются с осями синфазности PS-волн: Tc=Tp+Ts.
Увязка глубин: инварианты выявляют скорость и анизотропию
Шаг 5, Увязка глубин: в последнем слое определяем Vp, Vs и параметры анизотропии
δ и σ , так что должны быть учтены инварианты на одной и той же глубине и точке
CCP-CRP. Модели скоростей PS-волн Mp(3) и Ms(3) из шага 3 проверяют действительность инвариантов Tc, Fc, Fp, Fs (не Tp и Ts), но они не согласуются по глубине с моделью скоростей PP-волн из шага 4 (которая проверяет действительность Fp и Tp). Выполняя увязку глубин PP-PS, мы хотим оставить только две модели скоростей Mp(4) и
Ms(4) для учета всех Tc, Fc, Fp, Fs, Tp и γ 0 на общей глубине увязки. Действительная
глубина Zr увязывает истинные модели скоростей P- и S-волн, и связана с Fp, Tp с одной стороны, и с Fs, Ts с другой стороны, посредством двух независимых коэффициен-
Arbeit macht frei
172
тов анизотропии: для согласованной увязки глубин на изображениях по данным методов PP- и PS-волн потребуется анизотропия. Благоприятным фактором является то, что
информация об анизотропии уже известна, поскольку кажущиеся параметры Thomsen,
δ и σ ограничены соотношением: γ eff / γ 0 = (1 + 2δ ) /(1 + 2σ ) . Более того, четыре инварианта Tp, Fp, Fs, Fs придаются процессу удаления слоев и продолжения в области
глубин. Удаление слоев может отделить влияние слоистости от присущей анизотропии.
Преобразуя инварианты из глобальных величин на поверхности в локальные величины,
приведенные к кровле последнего слоя Z0, получаем местную задачу в последнем слое.
При этом остаются пять локальных неизвестных (vp, vs, Z, δ , σ ): интервальные скорости P- и S-волн, общая глубина подошвы слоя и два параметра анизотропии. Для этих
пяти неизвестных, мы имеем четыре измерения: Tp, Ts, Fp, Fs; δ остается как степень
свободы. Для полного определения требуется длинная расстановка или скважинные
данные (чтобы задать Z или δ ). Задавая δ =0, мы привязываем изображение по данным
метода PS-волн к глубине по данным метода PP-волн. Чтобы завершить процесс фокусировки и увязки глубин, мы выполним инверсию для Z, vp, vs, σ , так что:
Z
Tp = ∫ dl
Z0
vp
Z
Fp = ∫ v p ∗ 1 + 2δ ∗ dl
Z0
Z
Ts = ∫ dl
Z0
vs
Z
Fs = ∫ v s ∗ 1 + 2σ ∗ dl
Z0
Приращение при длинной расстановке: перебор σ и δ
Аппроксимации короткой расстановкой и кажущейся анизотропией оставили только
одну степень свободы в уравнениях анизотропных полей скоростей P- и S-волн: приращение при длинной расстановке, где эффекты анизотропии обычно проявляются
наиболее сильно. Свойства длинной расстановки можно оценить, выполняя перебор
параметров анизотропии при сохранении соотношения (1 + 2δ ) /(1 + 2σ ) . Отметим, однако, что выравнивание при длинной расстановке зависит от всех параметров скорости
и анизотропии, связь которых осложняется применением уравнений короткой расстановки к данным длинной расстановки.
Заключение
Анализ скоростей миграции PS-волн основывается на осуществлении двух инвариантов
миграции: Ts и Tp (время пробега по нормальному лучу P- и S-волн), и двух инвариантов фокусировки Fp и Fs (гиперболичность нормального приращения при короткой
расстановке). Эти инварианты должны наблюдаться в конфигурации истинной CCP
(общей точки преобразования). Наша методология включает два шага фокусировки и
один шаг увязки глубин для аппроксимации короткой расстановкой плюс, возможно,
дополнительный перебор параметров анизотропии для учета особенностей длинной
расстановки. Первый шаг фокусировки определяет правильную величину γ eff , что
обеспечивает конфигурацию истинной CCP: мы сканируем модель скоростей S-волн,
пока горизонтальные сдвиги между изображениями прямого и встречного выносов не
обратятся в нуль. Второй шаг фокусировки определяет элемент фокусировки Fc, который разрешает приращение при короткой расстановке в записях CCP: мы выполняем
Arbeit macht frei
173
co-масштабирование скоростей P- и S-волн, чтобы отследить фокусировку при сохранении γ eff . Сравнение изображений сумм по данным методов PP- и PS-волн дает параметры γ 0 или Tp, которые нельзя получить только по данным метода PS-волн. Измеренные величины γ eff , Fc, Tc и γ 0 , полученные посредством аппроксимации короткой
расстановкой и условиями анизотропии, дают все необходимые инварианты Tp, Fp, Ts,
Fs. в свою очередь, эти инварианты содержат всю информацию о скоростях и анизотропии (слоистости и собственной анизотропии). Согласованная фокусировка и увязка
глубин по данным PP- и PS-волн требует введения анизотропии поля скоростей S-волн
(S anisotropy) как функции анизотропии поля скоростей P-волн (P anisotropy). Различные шаги фокусировки, увязки глубин и учета анизотропии лучше всего выполняются
миграцией глубин перед суммированием, нежели обработкой во временной области.
(*1) Патент заявлен
Литература
Рис.1a и 1b: одна и та же часть данных метода PS-волн, полученных при прямом и встречном выносах. Рис.1a: результаты, полученные с априорной величиной Vp/Vs; геология обнаруживает горизонтальный сдвиг изображения
одной и той же глубинной точки. Рис.1b: результаты после X-фокусировки, которая обращает ∆x в нуль и обеспечивает оптимальную компоновку CCP. Обратите внимание на то, что положение основных осей синфазности на изображениях прямого и встречного выноса уточнено, а также на лучшее определение в целом.
174
Arbeit macht frei
Рис.2: два анализа ∆x , выполненные программой определения сходства между изображениями прямого и
встречного выносов на рис.1a (слева) и рис.1b (справа).
Наблюденный горизонтальный сдвиг позволяет нам
уточнить модели скоростей P- и S-волн.
Рис.3: блок-схема методики CCP-Scan для уточнения
модели глубин и скоростей по данным методов P- и Sволн в последнем текущем слое.
Обработка 4C данных OBS, направляемая скважинными данными
на примере месторождения Balder
Renaud Daures, Pierre-Yves Grander & Claude Vuillermoz
Представлено на EAGE, Хельсинки, июнь, 1999
Тот факт, что данные ВСП имеют отношение к обработке обычного сейсмического
разреза, больше не вызывает сомнений. Как правило, для получения коэффициента отражения продольной волны и связанных времен пробега P-волн учитывается только
вертикальная составляющая. Настоящий пример показывает значение, которое может
иметь полная обработка трех составляющих ВСП, полученных с помощью источника
Rig, для обработки многокомпонентных сейсмических данных. Обменные PS-волны, в
дополнение к продольным PP-волнам, может уточнить наше представление о зоне коллектора (речь идет о структурном изображении или об идентификации флюида).
На рис.4 показано, что трудно пикировать кровлю песков в формации Hermod, поскольку различие по акустическому импедансу между этим нефтеносным песком и перекрывающими глинами является незначительным, если использовать только продольные волны. Чтобы преодолеть эту трудность, которая хорошо известна в Северном море, интерпретаторы «картируют» самый контрастный горизонт, расположенный выше
Arbeit macht frei
175
на 10-50 мс: кровлю палеоцена (формация Sele). Затем, используя изопахиты, они оценивают кровлю нефтеносного песка. Упругое моделирование показало, что кровля нефтеносных песков может формировать более интенсивное отражение обменных волн;
это стало обоснованием регистрации 4C данных OBS.
Сейсмический разрез, показанный на рис.6, является результатом недавно выполненной
обработки 3D съемки в тех же координатах, что и регистрация с помощью узлов на
морском дне. Для этой регистрации QBS использовалось 80 узлов*** с шагом 25 м.
Они образовали расстановку сейсмоприемников длиной 2 км, образованную несколькими повторяющимися меньшими установками. Над каждой расстановкой проходили
взрывные профили. Общая длина взрывных профилей – 14 км; они располагались над
стволом отклоненной скважины. Дополнительно к стандартному набору данных ГИС,
имеется диаграмма двухкомпонентного АК и два типа скважинных сейсмических данных (ВСП: нормальное падение (Normal Incidence) и источник Rig). Положения источника в схематическом виде показаны на каждой стороне устья скважины.
Результаты первоначальной стандартной обработки данных OBS, без ссылки на данные
ВСП или синтетические данные, показаны на рис.7. На правой панели, которая представляет обычный разрез по данным метода PP-волн, отсутствует заметное улучшение,
если сравнивать с данными, полученными с помощью стримера; на панели слева показан результат, полученный по данным метода обменных PS-волн. Этот разрез четко демонстрирует более сильные различия по отражательной способности, а также большее
количество осей синфазности, но при этом возникает ряд вопросов:
-
достоверны ли присутствующие оси синфазности?
как идентифицировать эти оси синфазности и увязать их со скважинными данными?
как лучше всего связать отражающие поверхности на разрезе по данным метода PSволн с поверхностями на разрезе по данным метода PP-волн?
выполнена ли надлежащая деконволюция и приведение к нуль-фазовому разрезу?
В силу этих различных причин, имеющиеся скважинные данные (т.е. диаграммы двухкомпонентного АК и данные ВСП) были проанализированы и использованы наилучшим возможным способом.
На рис.5 показана литологическая колонка с основными формациями (известняки Shetland, нефтеносные пески Hermod, кровля палеоцена: Sele, пески Balder и т.д.) и поведение двух кривых АК методами P- и S-волн на этих границах раздела. Одно и то же основное различие на обеих кривых получено на Chalk, сходные различия видны также
для Hermod, несколько более выраженные на кривой АК методом S-волн на уровне Seles. Синтетические сейсмограммы отражательной способности PP-волн (справа) показывают, что кровля и подошва формаций Hermod и Seles очень хорошо выделяются,
пока частотный состав остается выше 40 Гц. Ниже 40-35 Гц, кровля песка полностью
исчезает.
Для начала, мы покажем вклад, сделанный тремя составляющими ВСП, затем последует использование данных двухкомпонентного АК, и, наконец, будет подчеркнут вклад
этих результатов в обработку данных OBC.
На рис.8 показаны три необработанные составляющие, полученные с применением источника Rig в ВСП. Слева направо: вертикальная составляющая, из которой выделена
(и обработана) стандартная отраженная продольная волна; на двух панелях справа, которые соответствуют горизонтальным составляющим, появляется слабый нисходящий
Arbeit macht frei
176
тренд обменных волн (однако обратите внимание на сильно выраженный восходящий
тренд обменной PS-волны). После переориентации и разделения различных волн по
этим двум горизонтальным составляющим, обособлено поле отраженных обменных
волн (рис.9). По этому документу можно установить полезную информацию, такую как
протяженность и глубину формаций, а также прямо оценить коэффициент отражения
PS-волн на каждой границе раздела. Хотя отложения Shetland Chalk определенно демонстрируют сильное различие, следует отметить, что границы, связанные с кровлей
песков и мела, также формируют энергию обменных волн, которая может быть использована.
Соотношения время-глубина рассчитываются на основе полей отраженных PP- и PSволн. На рис.10 и 11 представлена функция «T=f(D)», относящаяся к временам P- и Sволн, а также соответствующие интервальные скорости. Можно видеть, что различие
по скорости для Hermod заметно больше по величине на графике скорости S-волн. Правильная оценка отношения скоростей S- и P-волн (Vs/Vp) позволяет точно скомпоновать CCP, что делает более точной обработку обменных PS-волн по данным OBS. Кроме того, для калибровки АК методом поперечных волн требуются времена пробега Sволн, также как традиционный контрольный отстрел для калибровки АК методом Pволн.
Данные отраженных PP- и PS-волн обрабатываются до стадии деконволюции нульфазового разреза (рис.13). Отражательная способность PP-волн показана слева в функции полного времени пробега P-волн. Справа, благодаря соотношениям, связывающим
времена пробега P-волн, S-волн и глубину, шаг выборки отражательной способности
PS-волн был изменен таким образом, чтобы ее можно было представить в одном масштабе с отражательной способностью PP-волн с целью облегчения сравнения двух типов волн.
Полезным способом представления результатов ВСП является «коридорная сумма»
(рис.12). В центре показана коридорная сумма для PP-волн. Коридорная сумма для PSволн после обработки четырьмя различными полосовыми фильтрами, в функции времен пробега PS-волн, но во временном масштабе, уменьшенном наполовину, представлена справа. Данные PS-волн, изображенные в функции времен пробега P-волн, можно
видеть слева. Еще раз обратите внимание на значительно более высокую энергию обменных волн, отраженных от кровли газоносных песков. Эта отражающая поверхность
очень хорошо различается даже после отсечки высоких частот.
На рис.14 показаны кривые АК методом P- волн (слева) и S-волн (справа), перед калибровкой (черный цвет) и после калибровки (розовый цвет) временами пробега P- и Sволн. Кривая смещения (времена, интегрированные по АК методом P-волн минус времена ВСП) имеет максимальные значения 18 мс, тогда как смещение, связанное со временами пробега S-волн, достигает 70 мс. Синтетические данные PS-волн, рассчитанные
по некалиброванным диаграммам АК, должны показывать временной сдвиг по отношению к реальным данным до 90 мс! Следовательно, трудно найти удовлетворительную корреляцию.
На рис.15 показано автоматическое «блокирование», выполненное на двух калиброванных кривых АК и на кривой плотности с целью получения сейсмической модели. Таким образом, построена модель, состоящая более чем из 180 слоев. Программные средства упругого «моделирования» используются для формирования различных выборок
синтетических трасс, которые имитируют точки взрыва: сухопутные, OBS или ВСП.
Таким образом, синтетические трассы на рис.16 представляют поле отраженных об-
Arbeit macht frei
177
менных волн, полученное в результате ВСП с выносом, которое моделирует ВСП и источником Rig на рис.8 и, следовательно, сопоставимо с реальными данными на рис.9
(несущественным различием является то, что синтетические трассы имитируют фиксированный вынос). Как и ранее, энергия отраженных обменных PS-волн легко рассчитывается, и формирующая их граница раздела непосредственно идентифицируется. Обратите внимание на хорошее отражение PS-волн, соответствующее кровле песков
Hermod.
На рис.17-21 показано, как полученные ранее результаты (синтетические трассы или
коридорные суммы ВСП) были применены для направления и контроля обработки данных OBS PP- и PS-волн. Диапазон выносов на записи CCP обменных волн (рис.19) выбран с помощью внутреннего и внешнего обнуления. Будут сохранены только те трассы, которые наилучшим образом коррелируются с коридорной суммой ВСП (справа на
изображении). На рис.20 представлены трассы CMP (с продольными волнами) до и после деконволюции. Параметры деконволюции выбраны по получении лучшей корреляции с данными ВСП. Обратите внимание на изменение фазы оси синфазности, соответствующей кровле Chalk, а также на заметное улучшение нескольких горизонтов (на
временах 1.36 и 1.7 с) и лучшее выравнивание частот на правой панели.
На рис.21 и 22 (отражательная способность соответственно PP- и PS-волн) показаны
окончательные результаты обработки данных двух типов волн и соответствующие коридорные суммы ВСП. Хорошая корреляция дает уверенность в результатах обработки.
Используя коридорные суммы и соотношения время-глубина (речь идет о временах Pи S-волн), можно идентифицировать различные оси синфазности на каждом разрезе и,
следовательно, их соотношение со всей скважинной информацией.
Выполняя увеличение на объекте поиска (разрезы по данным PP- и PS-волн), можно
оценить вклад, сделанный продольными или обменными волнами в получение изображения структуры. Поскольку данные продольных волн на кровле нефтеносного песка
характеризуются слабым различием, вклад, сделанный обменными волнами, очевиден
(рис.23 и 24).
Надежность этих результатов, ставая возможной благодаря калибровке по скважинным
данным, позволила пойти дальше простого получения изображения, давая сейсмические атрибуты, такие как отношение скоростей Vs/Vp (параметр γ ). Хорошее сходство
между величинами γ , полученными по данным АК методами P- и S-волн и ВСП
(рис.25), показывает, что мы находимся на правильном пути. Этот же атрибут может
быть рассчитан по разрезам данных методов PP- и PS-волн, полученным в результате
обработки OBS (рис.26). Интерпретации изменений атрибута в горизонтальном направлении должна предшествовать их калибровка величинами γ , полученными по скважинным данным (ВСП или АК).
Заключение
ВСП с выносом или ВСП, выполненное в отклоненной скважине, позволяет выполнять
исследования путем выделения и оценки энергии обменных волн на уровне объекта
поиска.
Вертикальное сейсмическое профилирование, ассоциированное с АК метолом P- и Sволн, может быть использовано для получения времен пробега и скоростей продольных
и поперечных волн, что позволяет выполнить точную компоновку CCP в процессе обработки обменных волн, выделенных из данных OBS, и калибровку двух типов АК.
Полученные трассы (синтетические или коридорные суммы) используются в качестве
Arbeit macht frei
178
эталона для выбора параметров обработки и для калибровки окончательного результата, как в случае продольных PP-волн, так и в случае обменных PS-волн.
Коридорные суммы и соотношения время-глубина позволяют идентифицировать и сопоставлять различные оси синфазности на разрезе каждого типа, а также устанавливать
их соотношения со всеми скважинными данными.
Использование одного масштаба облегчает сравнение и интерпретацию результатов,
полученных с каждым из двух типов волны.
Arbeit macht frei
179
Arbeit macht frei
180
Arbeit macht frei
181
Arbeit macht frei
182
Arbeit macht frei
183
Arbeit macht frei
184
Arbeit macht frei
185
Arbeit macht frei
186
Arbeit macht frei
187
Arbeit macht frei
188
ОЦЕНКА 4C ДОННЫХ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ
60-ая КОНФЕРЕНЦИЯ EAGE, ЛЕЙПЦИГ, ИЮНЬ 1998
J.MEUNIER, J.J. CHAMEAU (CGG)
J. BIJOU, J. MAIDA (SYNTRON)
В настоящей статье сообщается об анализе свойств четырехкомпонентных
сейсмоприемников, проведенном в прибрежных водах Бахрейна.
Прежде чем перейти к сути статьи, представляющей собой попытку получения
операторов согласования сейсмоприемников, мы должны обсудить два вопроса, которые, как мы полагаем, являются необходимыми условиями любого строгого анализа 4C
данных: ориентация сейсмоприемников и, что менее очевидно, собственная частота
сейсмоприемников.
Arbeit macht frei
189
ОПИСАНИЕ РАБОТ
Задача работ заключалась в оценке четырехкомпонентной океанской донной
косы и ее сравнении с системой сейсмоприемник - грунт, в предположении надлежащего согласования.
Мы доставили оборудование сейсмопартии, работающей у побережья Бахрейна, и нам осталось лишь подсоединить 48 дополнительных каналов к регистрирующему
устройству, чтобы использовать геометрию отстрела для записи данных в широком
диапазоне азимутов (рис.1).
Три секции косы были разложены параллельно (рис.2). Расстояние между точками наблюдения – 25 м. Одним параметром, который мы хотели определить, был тип
сейсмоприемника; в каждой точке мы использовали:
2-осевые сейсмоприемники на кардановом подвесе для пра
вильной ориентации вертикальных и горизонтальных сейсмоприемников
независимо от наклона морского дна.
1-осевые сейсмоприемники в кардановом подвесе, функционирующие
оптимальным образом на горизонтальном морском дне.
Поскольку нас беспокоила способность сейсмоприемников на кардановом подвесе надлежащим образом представлять горизонтальное движение, мы также опробовали третий тип сейсмоприемника: с фиксированными ортогональными осями. Чтобы эти сейсмоприемники могли работать в любом положении, их собственная частота должна быть
более 20 Гц. Мы выбрали 28-герцовые сейсмоприемники; поэтому мы должны обратиться к вопросу собственной частоты сейсмоприемников.
Сейсмоприемники были помещены в цилиндрические выводы, напрессованные
вокруг косы. Длина вывода 1 м, диаметр – 16 см (рис.3).
Вторым испытуемым параметром было согласующее устройство, которое мы
прикрепили к выводам:
легкое (10 кг) стальное устройство с продольными полосами для предотвращения качания цилиндра относительно продольной горизонтальной плоскости;
тяжелое (47 кг) стальное устройство с массивными кольцами для погружения в
морское дно;
самый простой вариант – отсутствие какого-либо устройства.
Дополнительно к этим сейсмоприемникам, мы использовали систему сейсмоприемник
- грунт. Узел состоял из стальной юбки, устанавливаемой на морском дне и поддерживающей гидрофон, и из 3C сейсмоприемника. Имелся также компас и два инклинометра.
Вода была очень грязной, и видимость не превышала 2 м. Тем не менее, нам
удалось сделать несколько снимков, которые показывают установку узла (юбка была
вдавлена в морское дно ныряльщиком), и как глубоко тяжелое согласующее устройство
погрузилось в ил (рис.4).
Знание ориентации осей сейсмоприемника существенно для надлежащей векторной обработки.
Наилучшим способом получения этой информации является измерение с помощью инклинометров и компасов, которые имеются на каждом узле. Сначала мы хотели использовать для этой цели подводные изображения, но плохая видимость не позволила сделать это. Мы должны были полагаться на сейсмические данные.
Процедура состояла из двух шагов (рис.5).
Arbeit macht frei
190
Выделение вступления линейно поляризованной волны; лучшим вариантом является вступление прямой волны. В условиях мелководья это вступление не наблюдается; остались вступления преломленной волны.
Выражение того, что это вступление принадлежит плоскости, нормальной к дну и содержащей падающий луч. Это намного проще сделать на
вступлениях прямой волны, нежели на вступлениях преломленной волны.
Результаты могут быть сопоставлены с независимыми измерениями для узлов.
Разность между измеренными и рассчитанными углами никогда не превышала 2°. Для
сейсмоприемников, закрепленных на косе. Мы не смогли подтвердить наши расчеты, и
должны были искать показатели контроля качества для количественной характеристики
результатов ориентирования (рис.6):
Величина S/N определяется как отношение амплитуд вдоль и поперек
рассчитанного вектора распространения.
Стандартное отклонение является мерой повторяемости измерения.
Отсутствие согласующего устройства привело к тому, что отношение S/N составило меньше 10 дБ, при точности ориентирования 10°. Тем не менее, четкого разделения между типами сейсмоприемников не наблюдается.
СОБСТВЕННАЯ ЧАСТОТА СЕЙСМОПРИЕМНИКВ
Вопрос собственной частоты сейсмоприемников возник при использовании 28герцовых сейсмоприемников, поскольку они обычно не используются для регистрации
вступления обменных волн.
Если два сейсмоприемника с различными характеристиками установлены в одной точке, они формируют две различные сейсмограммы (рис.7A и B).
При отсутствии помех, эти сейсмограммы могут быть выражены в виде свертки
трех факторов:
сейсмического сигнала;
импульсной характеристики сейсмоприемника;
импульсной характеристики регистрирующего устройства.
Сейсмический сигнал и характеристика регистрирующего устройства идентичны для обоих сейсмоприемников.
Фильтр, согласующий характеристики сейсмоприемников (которые рассчитываются детерминистическим путем по данным изготовителя), является также фильтром,
согласующим эти сейсмограммы.
В случае отсутствия помех, частотная характеристика сейсмоприемника не является предметом разногласий.
Оставшимся условием эквивалентности сейсмограмм является то, что их помехи также могут быть согласованы. Имеются два типа помех (рис.8):
сейсмические помехи, которые идентичны на входе сейсмоприемников и,
после применения согласующего фильтра, на выходе;
электрические помехи, которые различаются и не могут быть согласованы.
Условие заключается в следующем: после преобразования в электрическое напряжение, сейсмические помехи должны быть сильнее электрических помех на каждой
частоте ширины полосы сигнала.
Другими словами, реальной проблемой является чувствительность сейсмоприемника.
Arbeit macht frei
191
На рис.9, горизонтальная ось представляет номер сейсмоприемника.
Электрические помехи оцениваются путем замещения сейсмоприемника резистором с эквивалентным полным сопротивлением. Они представляют собой белый шум
с постоянным уровнем, произвольно зафиксированным на 0 дБ.
Сейсмические помехи измеряются во временном окне перед первым вступлением. Собственная частота сейсмоприемника обозначена кривой, расположенной выше.
Сейсмические помехи, зарегистрированные каналом Y сейсмоприемника 7 (28
Гц), являются минимальными; при частоте выше 40 Гц, они менее чем на 6 дБ превышают электрические помехи. В среднем, помехи, наблюдаемые на 28-герцовых сейсмоприемниках, на 9 дБ ниже помех, наблюдаемых на 10-герцовых сейсмоприемниках;
эта цифра согласуется с отношением чувствительности 10- и 28-герцового сейсмоприемников. Чтобы сделать их полностью эквивалентными, необходимо соответствующим
образом повысить чувствительность 28-герцовых сейсмоприемников.
АНАЛИЗ ДАННЫХ – ОЦЕНКИ СОГЛАСОВАНИЯ
СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ
Чтобы исследовать свойства сейсмоприемников с помощью сейсмических данных, полезно знать характеристики волны, которая используется в качестве материала
для анализа.
Проблема с отраженными волнами заключается в том, что они взаимодействуют с другими типами волн, что затрудняет их описание. В данном случае, мы видим
различную кривизну на записях гидрофона и вертикального сейсмоприемника (рис.10),
и горизонтального сейсмоприемника (рис.11). Однако разделение было рискованным
мероприятием, и мы решили не использовать эти волны. Вступления прямой волны
должны быть лучшим выбором. Условия мелководья снова не позволяют выделить
вступления прямой волны, и мы снова должны были работать с вступлениями преломленной волны.
На рис.12 показана подготовка данных к анализу: выбрано кольцо с сейсмоприемником в центре, разделенное на 10-градусные секторы. Времена вступления преломленной волны от точек взрыва, принадлежащих каждому кольцу, исправлены за
LMO (линейное приращение?), и осреднены в узком временном окне для каждой составляющей 4C сейсмоприемника. Выбранное окно включает первичный импульс и
волну-спутник. На разрезах, средние преломленные волны коррелируются по составляющей гидрофона.
Обратите внимание на хорошие характеристики горизонтальных составляющих узлов, с затуханием на ожидаемых азимутах. Характеристики
сейсмоприемника, закрепленного на косе, также удовлетворительные, хотя отметки (notches) выражены менее.
Симметрия импульсов горизонтальных составляющих указывает на заметное сходство характеристик гидрофона и горизонтального сейсмоприемника, которое, определенно, намного выше, чем сходство импульсов
гидрофона и вертикальной составляющей.
Arbeit macht frei
192
Фактически, эта неожиданная симметрия передает различные ситуации волнспутников для горизонтальных и вертикальных составляющих скорости P-волн
(рис.13):
Падающий положительный импульс давления отражается на границе раздела
воздух/вода в виде отрицательного импульса давления. Знак его проекции на горизонтальную ось противоположен знаку первичного импульса.
Горизонтально распространяющаяся волна-спутник представляет собой то же
самое, что и волна-спутник сейсмоприемника. Это свойство будет упрощать сравнение
характеристик гидрофона и горизонтального сейсмоприемника.
Кроме того, широкий диапазон имеющихся азимутов сделает возможным исследование свойства изотропии сейсмоприемника.
На рис.14 показано среднее отношение радиальной и горизонтальной составляющих импульсов для 12 сейсмоприемников (после согласования 28-герцовых сейсмоприемников с 10-герцовыми сейсмоприемниками). Если согласование гидрофона с
грунтом является совершенным, эти кривые представляют амплитудный спектр функции согласования радиального сейсмоприемника.
Характеристика узла сходная: между частотами 10 и 80 Гц амплитуда
уменьшается на 6 дБ.
Интерес представляет также горизонтальная характеристика для тяжелого согласующего устройства.
Если согласующее устройство не применяется, изменчивость заметно увеличивается.
«Складка», наблюдаемая на частоте 60 Гц большинства кривых, возникает на вырезанной частоте гидрофона. Мы использовали тот факт, что поведение волны-спутника на
горизонтальных сейсмоприемниках было таким же, как на гидрофонах. Если этот так,
«складка» должна отражать неправильную ориентацию сейсмоприемника, которая может объяснить утечку волны-спутника вертикального сейсмоприемника на горизонтальную составляющую. Непонятно то, что эта «складка», почти отсутствующая на узлах, наблюдается на всех 2-осевых подвесах Кардана, которые, как предполагается,
ориентированы надлежащим образом…
Представляется, что фазочастотные спектры зависят исключительно от согласующего устройства (рис.15):
плоский спектр для узлов при 0 градусов
сходный (хотя и не такой плоский) спектр для легкого согласующего устройства
постоянное отставание по фазе (-30°) для тяжелого согласующего устройства
спектр с повышенным содержанием помех при отсутствии согласующего
устройства.
Вторая характеристика, которую мы хотели оценить, это изотропия свойств
сейсмоприемников. Узлы имеют цилиндрическую форму, и должны быть идеально
изотропными. Иначе обстоит дело с сейсмоприемниками, прикрепленными к косе. На
рис.16 представлено отношение амплитуд горизонтальной оставляющей и давления в
функции азимута. Отношение является постоянным на всех трех узлах ( ± 0.5 дБ) и почти постоянным для тяжелых согласующих устройств ( ± 1.5 дБ). В случае легкого согласующего устройства и его отсутствия, изменение составляет 3 дБ.
193
Arbeit macht frei
Эти результаты могут быть также восприняты на данных метода отраженных
волн.
Большая часть амплитуды должна быть видна на радиальной составляющей; в особенности это относится к узлам. Как можно видеть на рис.17 и
18, сейсмоприемники, прикрепленные к косе, обладают весьма сходными
свойствами: единственное различие – это тип сейсмоприемника (2-осевой
в кардановом подвесе, одноосевой в кардановом подвесе и сейсмоприемник с фиксированной осью).
С другой стороны, согласующие устройства дают существенные различия
(рис.19-20).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В настоящем эксперименте, контроль ориентации с помощью сейсмических
данных был успешным в случае удовлетворительного согласования с грунтом. Он должен стать стандартной процедурой QC при регистрации многокомпонентных данных.
Чувствительность 28-герцовых сейсмоприемников следует существенно повысить с целью полного согласования с 10-герцовыми сейсмоприемниками (возможно,
надо применять 2-3 сейсмоприемника, соединенных последовательно).
Согласование с грунтом узлов является наилучшим.
Для обеспечения приемлемого согласования 4C донных кос необходимо специальное устройство.
Мы полагаем, что тип сейсмоприемника (2-осевой в кардановом подвесе, одноосевой в кардановом подвесе и сейсмоприемник с фиксированной осью) не является
основным объектом разногласий
Рис.1.
Рис.2.
194
Arbeit macht frei
Рис.3.
Рис.4.
Рис.5.
Рис.6.
(6,7,11- фиксированная ось; 9,10,5- 1-осевой карданов
подвес; 12,4,8- 2-осевой карданов подвес)
Рис.7.
Рис.8.
195
Arbeit macht frei
Рис.9.
Рис.10.
Рис.11.
196
Arbeit macht frei
Рис.12.
Рис.13.
Рис.14.
Рис.15.
Рис.16.
197
Arbeit macht frei
Рис.17.
Рис.18.
198
Arbeit macht frei
Рис.19.
Рис.20.
Arbeit macht frei
199
Прикладные задачи для векторных систем координат обменных волн, полученных с помощью многокомпонентных 3D данных
J.E. Gaiser/Western Geophysical Co.
Введение
Морские 3D четырехкомпонентные данные, полученные с помощью донной косы
(OBC), в последнее время широко применяются для различных прикладных задач. Однако понимание того, как эти новые составляющие и ассоциированные системы регистрации и обработки связаны с векторными волновыми полями, оказалось сложным
для разведки в целом. Поле продольных волн (P-волн) получается из реакции на давление давления гидрофона и реакции на перемещение частиц вертикального сейсмоприемника. Поле обменных PS-волн получается из двух горизонтальных составляющих
сейсмоприемника, ориентированных в координатах системы регистрации, движения
частиц ин-лайн и кросс-лайн.
Система координат, знакомая по обычным 3D сейсмическим данным, описывает положение в пространстве точек взрыва, сейсмоприемников и мнимых точек взрыва.
Этого достаточно, когда мы имеем дело с одним волновым полем (например, в случае
вертикального сейсмоприемника и/или гидрофона). Однако при регистрации 3D многокомпонентных данных с помощью многокомпонентных источников или сейсмоприемников, необходима дополнительная система координат для определения составляющих
вектора смещения волновых полей. P-волны поляризуются преимущественно в вертикальном направлении, тогда как поперечные волны (S-волны) поляризуются в горизонтальной плоскости с каким-либо азимутом. Отдельная радиальная составляющая, ориентированная в направлении источник-сейсмоприемник, полезна для различения литологии и для получения изображения среды, которая содержит газ или высокоскоростные слои, такие как соль или базальт. Для того чтобы объяснить эффекты разделения Sволн, необходима четырехкомпонентная система координат горизонтальных смещений.
Координаты системы регистрации
Многокомпонентные данные в основном регистрируются с использованием прямоугольной системы координат поляризации, как для 2D, так и для 3D работ. Другими
словами, при любом положении сейсмоприемника, имеются трехкомпонентные сейсмические трассы, определенные как s1 (τ ), s 2 (τ ), s 3 (τ ) , или, в единицах x, y, z как
s x (τ ), s y (τ ), s z (τ ) , где τ время регистрации. Обычно их называют составляющими
ин-лайн, кросс-лайн и вертикальными составляющими смещений для соответствующих
направлений; где составляющая ин-лайн параллельна некоторой системе отсчета (например, приемному профилю – рис.1, или взрывному профилю в случае многокомпонентных источников).
Эта система обычно является правовинтовой системой, как показано на рис.1.
составляющая ин-лайн указывает в положительном направлении приемного профиля,
составляющая кросс-лайн – на 90 градусов вправо, а вертикальная составляющая –
вниз. Система является правовинтовой в том смысле, что составляющая y расположена
по часовой стрелке от составляющей x, если смотреть в положительном направлении z.
Сухопутные работы. В большинстве случаев, ориентация составляющих может быть
тщательно установлена. Например, трехкомпонентные сейсмоприемники могут иметь
пузырьковые уровни и быть ориентированными по горизонтали с помощью компаса.
Все сейсмоприемники ориентируются так, как показано на рис.1. В случае регистрации
200
Arbeit macht frei
S-волн, горизонтальные вибраторы могут работать при определенной ориентации в каждой точке «взрыва».
Морские работы. В случае многокомпонентных работ, точную установку и ориентирование сейсмоприемников выполнить сложнее. В той или иной степени, это относится
ко всем методикам регистрации, независимо от того, перетаскивается ли коса или сбрасывается, а также к установке сейсмоприемников с помощью дистанционно управляемых роботов.
В типичном случае, при проведении морских работ регистрируются четыре составляющие: две горизонтальные (ин-лайн и кросс-лайн), которые обеспечивают данные PS-волн, и вертикальная составляющая и составляющая гидрофона, которые обеспечивают данные P-волн с затухающей реверберационной волной в водном слое [1]. На
рис.2 показана преувеличенная ситуация с использованием донной косы, где в каждой
точке приема сейсмоприемники ориентированы в различных направлениях. В общем
случае, сейсмоприемники устанавливаются в кардановом подвесе, так что три составляющие остаются горизонтальными и вертикальными, но составляющая ин-лайн может
иметь произвольное направление.
Поскольку в морских условиях трудно соблюдать точность согласования сейсмоприемника с грунтом, положение и ориентация должны быть определены какими-то
независимыми средствами. Триангуляция времени пробега [2], аналогично методикам
определения положения землетрясения, может определить положение сейсмоприемников в пределах радиуса величиной несколько процентов от глубины воды.
Чтобы определить ориентацию горизонтальных составляющих, анализ поляризации первых вступлений полагается на вступления прямой P-волны, а также на вступления преломленной P-волны и отраженных P- и PS-волн, которые являются линейно
поляризованными. Линейная поляризация представляет собой свойство смещения, где
движение частиц в сейсмической волне происходит в одном направлении и вычерчивает линию. Напротив, поверхностные волны на земле или волны на границе раздела вода-дно [3] являются эллиптически поляризованными; частицы стремятся двигаться в
двух направлениях – вертикальном и горизонтальном, вычерчивая эллипс.
На рис.3 показана сущность линейной поляризации для вступления прямой
волны, зарегистрированного двумя горизонтальными составляющими. Оба сигнала, sx и
sy, имеют одинаковую амплитуду, представляющую выделенный источник и ориентацию горизонтальных составляющих, обведенных кружками на рис.2. Если выборки
двух составляющих построить в виде годографа, получится линия. Компьютер может
математическими средствами повернуть две составляющие, моделируя преимущественные направления поляризации, и если данные были зарегистрированы при какой-то
другой ориентации сейсмоприемника. Простое двухкомпонентное вращение выполняется с помощью матричного уравнения:
⎛ s`x ⎞ ⎛ cos(θ ) sin(θ ) ⎞⎛ s x ⎞
⎜ ⎟ = ⎜⎜
⎜ ⎟
⎜ s` ⎟ − sin(θ ) cos(θ ) ⎟⎟⎜ s ⎟
y
⎠⎝ y ⎠
⎝ ⎠ ⎝
(1)
где θ угол поворота. Оператор поворота 2x2 применяется на каждой временной выборке сейсмограмм sx и sy, давая новые сейсмические трассы s`x и s`y, которые представляют поляризацию поля сейсмических волн для новой ориентации. Например, применение требуемой ориентации θ к данным на рис.3 расположит всю энергию составляющей s`x и оставит s`y без энергии. Оператор в уравнении 1 является унарным, и не изменяет общую величину отраженных волн.
При двух составляющих sx и sy, не представляет проблемы оценка θ по энергии
вступления прямой волны, если ориентация неизвестна. Это даст ориентацию горизон-
201
Arbeit macht frei
тальных составляющих на морском дне. Величину θ можно определить методом наименьших квадратов, чтобы найти оптимальную ориентацию, которая минимизирует
энергию на составляющей s`y. Один из подходов заключается в аппроксимации синусоидой/косинусоидой полной энергии вступления прямой волны – S ` y (θ ) . Это приводит к задаче, решаемой методом наименьших квадратов (least-squares problem):
∑ [S `
y
(θ i ) − (a + b sin(θ i ) + c cos(θ i ))
i
]
2
= min,...
(2)
где индекс суммирования i относится к нескольким направлениям относительно направления приемного профиля. Коэффициенты a, b, и c могут быть определены; они
дают направление, где ур.2 является минимальным. В этом методе привлекает то, что
он может быть выполнен на многочисленных точках взрыва для одного и того же сейсмоприемника, давая статистическую меру ориентации.
В системе координат регистрации, вертикальные составляющие обеспечивают
согласованные данные P-волн от точки к точке, но данные PS-волн, полученные с помощью такой расстановки, не будут иметь устойчивых направлений поляризации от
одного сейсмоприемника к другому.
Неустойчивость поляризации на рис.2 не является проблемой, если местоположение и ориентация горизонтальных составляющих точно определены. Если ориентация известна, горизонтальные составляющие могут быть повернуты математическими средствами с помощью компьютера с целью моделирования преимущественных направлений поляризации, как если бы данные были зарегистрированы при какой-то другой ориентации. Простое двухкомпонентное вращение выполняется с помощью уравнения 1, где угол вращения задается разностью θ = ψ − φ , где ψ – требуемая ориентация (направление или азимут), а φ – первоначальная или текущая ориентация. Если
требуемая ориентация ψ представляет собой направление приемного профиля, и вращение применяется к горизонтальным составляющим на рис.2, можно получить систему координат на рис.1.
Однако даже эта система не обеспечит согласованных данных PS-волн от одной точки приема к другой. Источники с различных направлений относительно сейсмоприемника будут давать различные количества энергии на составляющих ин-лайн и
кросс-лайн. Это показано на рис.4: запись ОТП составляющих ин-лайн и кросс-лайн в
кружке для взрывного профиля, проходящего вблизи сейсмоприемника на рис.2. Каждая трасса ассоциирована с другим ПВ. Амплитуда на составляющей ин-лайн проходит
через нуль, когда взрыв происходит близко и перпендикулярно к сейсмоприемнику.
Напротив, амплитуда на составляющей кросс-лайн принимает максимальное значение
при таких взрывах. Учет изменений, связанных с азимутом источник-сейсмоприемник,
является предметом следующего раздела.
Координаты источника
Чтобы получить согласованные данные PS-волн от одной точки приема к другой, горизонтальные составляющие поворачиваются в цилиндрической системе координат с источником в центре. Это выполняется путем задания ψ направлению от источника
(рис.5), так что каждый трехкомпонентный сейсмоприемник приобретает другую ориентацию для каждого взрыва, которая определяется азимутом источниксейсмоприемник. Получается результат, сходный показанному на рис.3. После поворота, s`x = s r , и становится радиальной составляющей, а s ` y = s t , чтобы стать поперечной составляющей. Не все составляющие s r указывают от источника, и все составляющие s t перпендикулярны s r .
Arbeit macht frei
202
Движение частиц в PS-волнах ориентировано в направлении распространения
P-волны (в изотропной среде), когда она преобразуется в S-волну на границе раздела.
Для горизонтально-слоистого разреза, этим направлением является направление от источника на сейсмоприемник. Необходимо отметить, что угол ψ зависит только от положений источника и сейсмоприемника, так что радиальная составляющая указывает в
направлении движения частиц в PS-волне. Попытки оптимизации энергии движения
частиц путем исследования поляризации всей энергии на радиальной составляющей и
поворота составляющей s x в этих направлениях не предпринимаются. Используется
только вступление прямой волны (как рассматривалось выше) с целью определения
ориентации горизонтальных составляющих.
Другим важным свойством PS-волн является то, что отраженные волны имеют
другую зависимость амплитуды от выноса (AVO), нежели P-волны. Амплитуды отраженных волн пропорциональны синусу угла падения, и при нормальном падении полярность изменяется (рис.4). Чтобы устранить это противоречие для 2D данных, полярность составляющей ин-лайн для отрицательных выносов изменяется на противоположную путем вращения координат источника. Сейсмоприемники по каждую сторону
источника характеризуются азимутами источник-сейсмоприемник, различающимися на
180°. Этот результат – в точности тот, который требуется, и после вращения, радиальные составляющие отраженных волн при положительном и отрицательном выносе
имеют одинаковую полярность, как показано на рис.6. Это действительно и для 3D
данных, поскольку каждое азимутальное направление от точки взрыва может рассматриваться как положительные выносы 2D профиля.
Обратите внимание, что на рис.6, вступления появляются на поперечной составляющей на времени около 400 мс. Это может быть энергия, которая находится не в
плоскости взрыв-прибор, и миграция должна оперировать ею надлежащим образом,
или же вступления могут быть обусловлены двойным лучепреломлением S-волны или
разделением S-волны, что будет рассмотрено в следующем разделе.
Имеется множество областей применения данных PS-волн, преобразованных из
системы координат регистрации в систему координат источника радиального и поперечного движения S-волн. В этих случаях, только радиальная составляющая ( s r ), ориентированная по азимуту источник-сейсмоприемник, остается в качестве оценки отражательной способности поперечных волн. Предположения изотропии и горизонтальнослоистого разреза делаются на этой стадии обработки (как и в случае общепринятой
обработки данных P-волн) – подразумевая, что вся энергия PS-волн, представляющая
интерес, приходится на радиальную составляющую.
Одной из основных областей применения эти данных является различения типов цемента и флюида. S-волны дают представление о характере литологии разреза и
флюидов, насыщающих поры, поскольку на них не оказывает заметного влияния различные поровые флюиды, такие как газ.
Координаты источника и сейсмоприемника
S-волны проявляют тенденцию к распространению парами в азимутально анизотропной среде, и поляризованы взаимно перпендикулярно. Азимутальная анизотропия – это
такая анизотропия, где скорость изменяется с азимутом, в противоположность положению. Две S-волны характеризуются одинаковой скоростью только в идеально изотропной среде, где скорость распространения волн не зависит от направления. Если скорости двух S-волн различаются незначительно, они разделятся по мере распространения;
быстрая S-волна будет распространяться перед медленной S-волной, которая будет запаздывать. На больших расстояниях они достигнут сейсмоприемника с несколько раз-
Arbeit macht frei
203
личными временами. Типичная разность скоростей S-волн составляет от нескольких
процентов до 10 или более процентов [4].
Проявление двойного лучепреломления S-волн можно видеть на рис.6 (поперечная составляющая). В этой горизонтально-слоистой среде, в течение первых 500 мс
энергия весьма мала. После этого времени появляются отраженные PS-волны, но они
слабее, чем на радиальной составляющей. Как рассматривалось выше, вступление прямой волны – это вступление P-волны, поляризованное в радиальном направлении. Самые ранние отраженные PS-волны также поляризованы в радиальном направлении, и
представляют S-волны, которые не разделились; они выглядят поляризованными в радиальном направлении источник-сейсмоприемник (в направлении, в котором они были
созданы). Поздние отраженные PS-волны, однако, представляют две S-волны, которые
разделились достаточно для того, чтобы взаимодействовать одна с другой и быть выявленными на поперечной составляющей. Разделение S-волн является кумулятивным и
возрастает со временем регистрации, как показано на рис.6. На одних участках разделение слабее, на других участках – сильнее, и появляется на записи намного позднее.
Взаимодействие разделенных S-волн достаточно сложное и изменяется в зависимости от азимута. На рис.7 приведен пример сильного двойного лучепреломления Sволн из Северного моря (описание 3D работ см. выше). Это запись по азимуту перед
суммированием из одной точки, которая характеризуется взаимодействием быстрых и
медленных S-волн в двоякопреломляющей среде. Радиальная и поперечная составляющие скомпонованы в азимутальные бины с по 10 градусов, и суммированы по общему
выносу после применения поправки за нормальное приращение (с приведением отражений к времени при нормальном падении) с использованием одной функции скорости.
Радиальная составляющая постоянна с азимутом, а поперечная составляющая демонстрирует значительные изменения амплитуды и обращение полярности через каждые 90
градусов. При обращении полярности, амплитуда поперечной составляющей проходит
через нуль, и эти азимуты соответствуют главным осям симметрии анизотропной среды, где не происходит разделения S-волн. Это направления быстрых и медленных Sволн.
Целью обработки азимутов перед суммированием является объединение энергии всех S-волн в быстрые и медленные S-волны. Простое суммирование всех радиальных составляющих даст лишь оценку средней радиальной составляющей – среднее
взаимодействия S-волн. Суммирование всех поперечных составляющих даст эффект
подавления и относительно малую энергию преломленных волн – сигнал, который может быть ошибочно интерпретирован как результат изотропии среды (в изотропной
среде энергия на поперечной составляющей отсутствует).
Чтобы объяснить поляризационные эффекты двойного лучепреломления Sволн в азимутально-анизотропной среде, используется комбинированная система координат с источником и с сейсмоприемником в центре, и принимается 1D модель разделения S-волны. Эта поляризационная система координат имеет два индекса для каждой
трассы:
s ij , где первый индекс относится к источникам, а второй индекс – к сейсмо-
приемникам. В этой системе имеется радиальная составляющая r и поперечная составляющая t – источник и сейсмоприемник.
На рис.8 показана геометрия для одной мнимой точки взрыва этой системы координат, где выбранный азимут определен как радиальное направление и составляет 90
градусов с поперечным направлением (вертикальная составляющая не показана). Для
двух направлений, показано количество пар взрыв-прибор от различных выносов, которые имеют общую точку преобразования P-волн в S-волны (мнимую точку взрыва).
Обратите внимание, что координаты источника и сейсмоприемника выровнены друг с
другом, и что эта система координат сейчас имеет четыре составляющие. Имеются радиальные составляющие источника, регистрируемые радиальными и поперечными со-
204
Arbeit macht frei
s rt
ставляющими сейсмоприемника s rr и
, и поперечные составляющие источника, регистрируемые радиальными и поперечными составляющими сейсмоприемника
s tr и
s tt . Другие радиальные и поперечные направления могут вносить вклад в общий результат в одной мнимой точке взрыва.
Оператор четырехкомпонентного вращения [5] (вращения Alford) используется
для одновременного ориентирования этих данных по направлениям главных осей симметрии, где новые составляющие s`rt , s `tr будут минимизированы. В этой ориентации,
составляющие s`rr , s`tt соответствуют быстрой и медленной S-волнам (S1 и S2). Вращение может быть выражено с помощью матричной записи 2 × 2:
⎛ s`rr
⎜⎜
⎝ s`tr
s`rt ⎞ ⎡ cos(θ ) sin(θ ) ⎤⎛ s rr
⎟=
⎜
s`tt ⎟⎠ ⎢⎣− sin(θ ) cos(θ )⎥⎦⎜⎝ s tr
s rt ⎞ ⎡cos(θ ) − sin(θ )⎤
⎟
s tt ⎟⎠ ⎢⎣ sin(θ ) cos(θ ) ⎥⎦
(3)
где оператор вращения источника и сейсмоприемника, сходный с ур.1, применяется с
тем же углом θ . Первый оператор предназначен для вращения составляющих источника, а второй оператор – для вращения составляющих сейсмоприемника.
Требуется дополнительный шаг для объяснения эффектов поляризационной
интерференции двойного лучепреломления S-волн, т.е. выравнивания S1 и S2 после минимизации недиагональных элементов в ур.3. Корреляция двух S-волн после поворота
и сдвига S2 с целью согласования с S1 устраняет запаздывание медленной S-волны относительно быстрой S-волны. Необходимо подчеркнуть, что эта процедура должна
применяться способом удаления слоев [6] снизу вверх, поскольку разделение во времени S1 и S2 накапливается со временем регистрации, а ориентация главных осей симметрии может изменяться с глубиной [7].
Перегруппирование данных радиальной и поперечной составляющих на рис.7
дает четыре составляющих S-волны для вращения Alford и удаления слоев (рис.9). Показаны пять секунд данных. Две компоненты слева – такие же, как на рис.7 и соответствуют s rr и s rt , т.е. радиальной и поперечной составляющим сейсмоприемника для
направления радиальной составляющей источника. Две компоненты справа – s tr и s tt –
поперечная и радиальная составляющие сейсмоприемника для направления поперечной
составляющей источника. Последние компоненты – это те же самые трассы, что и в
двух левых компонентах, за исключением того, что они сдвинуты по азимуту на 90 градусов, и s tr имеет полярность обратного знака. Обращение полярности можно увидеть,
исследуя рис.8, где сейсмоприемники для направления поперечной составляющей источника эквивалентны радиальной и поперечной составляющим сейсмоприемников в
системе координат с источником в центре, т.е. s tt = s r и s tr = − s t .
На рис.10 показаны результаты применения вращения Alford и удаления слоев
к данным на рис.9 в двух слоях: сначала в верхнем слое от 0.3 до 2.5 секунд, а затем от
2.5 до 5.0 секунд. Большинство эффектов интерференции объединено на первоначальных четырех компонентах в быстрые и медленные S-волны для каждого из азимутов.
Обратите внимание на значительное различие в отражательной способности быстрых и
медленных S-волн, особенно на первых двух секундах данных.
Инверсия P- и PS-волн для расчета импеданса. Имеется множество областей применения улучшенных составляющих S-волн (S1 и S2) после обработки азимутов перед
суммированием. Наиболее важным применением является различение литологии, как
описано выше. Улучшенные S-волны дадут более точные оценки Vp/Vs, когда отра-
Arbeit macht frei
205
женные волны свободны от эффектов интерференции вследствие двойного лучепреломления. Составляющая S1, ориентированная в направлении оси симметрии быстрой
S-волны, обычно характеризуется повышенным значением сигнал/помеха, нежели медленная S-волна, и может характеризоваться более сильным различием по импедансу.
Вполне очевидно, что профиль импеданса S1 будет значительно отличаться от S2 на
рис.10.
Выявление трещин. Весьма важной областью использования вращения Alford и удаления слоев является выявление трещин в коллекторе. Интенсивность и направление
трещин, связанные со степенью и направлением анизотропии, можно количественно
охарактеризовать между определенными горизонтами, представляющими интерес, с
целью определения преимущественных зон трещиноватости, которые могут оказывать
значительное влияние на модели коллектора. Разделение во времени S1 и S2 непосредственно связано с интенсивностью трещин, т.е. плотность трещин пропорциональна
степени азимутальной анизотропии. Другим показателем интенсивности трещин является различие по импедансу между S1 и S2. По мере приближения интенсивности трещин к нулю, разность скоростей быстрых и медленных S-волн становится меньше. Направление трещин определяется ориентацией поляризации быстрой S-волны (S1).
На рис.11. показаны суммы радиальной и поперечной составляющих при проведении 3D работ на месторождении Madden (Вайоминг). Используя эти две составляющие, а также поперечные составляющие источников с направления север-юг, можно определить ориентацию быстрой S-волны и разность времени пробега между S1 и S2
для целей описания трещин. Начиная сверху, рис.12 показывает карту разностей времен пробега S-волн (в виде анизотропии в процентах) для последовательности отражение в верхней части разреза между 1.2 и 2.2 секунд. В этом случае, имеется незначительное разделение S-волн, обозначенное присутствием энергии только на радиальной
составляющей. На рис.11, поперечная составляющая не содержит отраженной волны
между временами 1.2 и 2.2 секунд.
После устранения эффектов двойного лучепреломления в перекрывающих отложениях, ориентация и плотность трещин определяется для более глубоких интервалов. На рис.13. показано направление быстрых S-волн и анизотропия в процентах, которые соответствуют возможной ориентации трещин и плотности трещин объекта исследования между временами 2.2 и 3.3 секунды. Области высокой анизотропии (9% или
более) хорошо коррелируются с известным трендом «восток-запад» разломов, наложенным на карту.
Как и во многих ситуациях, возникает вопрос о разрешающей способности.
Оценки свойств трещин выполняются в интервале данных более 1.1 секунды, который
явно больше интервала коллектора. Трещины в меньших интервалах можно выявить
путем обеспечения оптимальной кратности, выноса и азимутального распределения для
обработки азимутов перед суммированием.
Заключение
Многокомпонентные данные OBC регистрируются четырьмя составляющими: гидрофоном и вертикальным сейсмоприемником для поля P-волн, и двумя горизонтальными
составляющими (ин-лайн и кросс-лайн) для поля S-волн. Хотя система координат с составляющими векторов не может контролироваться в процессе регистрации (как и в
сухопутных работах), данные S-волн могут быть с эффективностью обработаны в системе координат с источником в центре.
Одна радиальная составляющая, которая является результатом вращения составляющих ин-лайн и кросс-лайн в направлении взрыв-прибор, применяется для различения литологии, получения изображения в присутствии газа и изображения глубин
в высокоскоростной среде.
Arbeit macht frei
206
Двухкомпонентные данные PS-волн (с радиальной и поперечной составляющими) могут быть реорганизованы в другую четырехкомпонентную систему для целей
выявления трещин. Эта векторная система координат состоит из четырех составляющих S-волны в системе координат с источником и сейсмоприемником в центре. Она
позволяет выполнить вращение Alford и удаление слоев с целью объяснения эффектов
интерференции разделения S-волны, обусловленных азимутальной анизотропией. За
исключением улучшенных S-волн для более точного различения литологии, свойства
трещин могут быть определены для их уточненных моделей.
Обозначения
τ = время регистрации
s i (τ ) = зарегистрированная сейсмическая трасса
s `i (τ ) =
сейсмическая трасса после 2-компонентного вращения
s ij (τ ) =
зарегистрированная сейсмическая трасса перед 4-компонентным вращением
s`ij (τ ) =
сейсмическая трасса после 4-компонентного вращения
S` y = полная энергия вступления прямой S-волны
S1 =
S2 =
x, y , z =
r, t, z =
θ=
ψ=
φ=
быстрая S-волна в азимутально-анизотропной среде
медленная S-волна в азимутально-анизотропной среде
система координат с осями ин-лайн, кросс-лайн и вертикальной осью
система координат с радиальной, поперечной и вертикальной осями
горизонтальный угол вращения
требуемая или новая горизонтальная ориентация
первоначальная горизонтальная ориентация
Нижние индексы
i, j= переменные индексы
1, 2, 3= индексы для 3-компонентной системы координат
x, y, z= индексы: ин-лайн, кросс-лайн и вертикальная координаты
r, t= индексы для радиальной и поперечной координат
Литература
Arbeit macht frei
207
Arbeit macht frei
208
Arbeit macht frei
209
Arbeit macht frei
210
Arbeit macht frei
211
Arbeit macht frei
212
Arbeit macht frei
213
Работы на месторождении Alba с использованием донной косы: влияние на
разработку
M.K. MacLeod, R.A. Hanson, C.R. Bell, Chevron UK Ltd., и S. McHugo, Schlumberger Oil Field Services
Аннотация
В начале 1998 года, компания Chevron выполнила одни из первых трехмерных четырехкомпонентных работ с использованием донной косы (3D/4C OBC) на месторождении Alba в центральной части британского сектора Северного моря. Первоочередная
задача работ заключалась в использовании поперечных волн для улучшения изображения сложенного песчаником коллектора и глин внутри коллектора. Предшествующие
работам технические исследования, основанные на двухкомпонентном АК и 2D OBC
сейсмических профилях, дали нам уверенность в том, что обменные PS-волны могут
обеспечить лучшее изображение коллектора в сравнении с обычными сейсмическими
данными P-волн.
Второй по значимости задачей работ было картирование перемещения воды в
коллекторе после четырех лет добычи и нагнетания воды. Эту задачу предполагалось
решить путем сравнения новых данных OBC P-волн
Arbeit macht frei
214
с первоначальными данными, полученными с помощью стримеров в 1989 году. Наличие интенсивно отражающей поверхности – водонефтяного контакта, наблюдаемой на большей части месторождения и в ходе технических исследований перед работами, позволило предположить, что
изменения насыщения, связанное с добычей, должно наблюдаться на новых данных OBC P-волн.
Новые данные показывают, что обе задачи были решены с впечатляющими результатами
– обменные волны дают очень четкое изображение песков коллектора Alba, и влияние добычи
хорошо наблюдается на новых данных OBC P-волн вблизи нескольких добывающих и нагнетательных скважин. Кроме того, данные обменных волн предложили новое представление о форме
коллектора. Согласно предыдущей интерпретации, основанной на данных P-волн, считалось, что
коллектор имеет линзовидную форму. Новые данные показали, что форма коллектора намного
более сложная, и, по меньшей мере, отчасти связана с постседиментационными структурными
изменениями. Эта новая интерпретация поддерживается уточненными изображениями коллектора, которые можно видеть на разрезах по данным P-волн при дальнем выносе.
В настоящее время, на основе, в первую очередь, данных обменных волн, пробурены две
продуктивные скважины. Обе скважины указывают на наличие «крыльев» – поднятых песчаных
отложений на краях русла, которые могут представлять повторно приведенные в движение и инъецированные пески коллектора. Эти крылья не были идентифицированы по данным P-волн, полученным с помощью стримера.
Введение
Месторождение Alba, расположенное в центральной части Северного моря (UK Block 16/26), состоит из высокопористых неконсолидированных турбидитовых русловых песков эоценового возраста. Функцию покрышки выполняют низкопроницаемые глинистые сланцы. Глубина ниже уровня моря – 1900 м [1]. Длина основного русла – приблизительно 9 км, ширина – 1.5 км, мощность –
до 100 м (рис.1). Русло содержит прерывистые массы глинистых сланцев, относящихся к внутренней части коллектора, которые могут стать причиной значительных проблем при бурении, завершении и эксплуатации. Несколько скважин вскрыли маломощные прерывистые нефтенасыщенные пески «Brioc», которые непосредственно перекрывают основное песчаное русло Alba.
Добыча нефти ведется из 15 горизонтальных скважин, пробуренных с одной платформы в
северной части месторождения. С декабря 1993 года, было добыто 130 млн. баррелей нефти. В
настоящее время, месторождение ежедневно дает приблизительно 80 000 баррелей нефти плотностью 19-20 градусов API. Давление поддерживается путем нагнетания воды из четырех скважин. Разработка месторождения продолжается; планируется бурение нескольких новых скважин.
Для эффективного дренирования коллектора, горизонтальные скважины должны быть
расположены как можно ближе к его кровле. Следовательно, нам нужны точные карты кровли
нефтенасыщенного песчаника и положения глинистых сланцев внутри коллектора. Эти карты и
объемы глинистого сланца нужны также для точной оценки нефти in situ. К сожалению, месторождение Alba характеризуется незначительным различием по характеристическому сопротивлению
P-волн между песками коллектора и глинистого сланца, что чрезвычайно затрудняет картирование на основании данных P-волн.
Проблема состоит в улучшении изображения Alba по сейсмическим данным, которое позволило бы точно расположить горизонтальные скважины и оценить нефть in situ. Кроме того, поскольку мы увеличиваем количество скважин вблизи добывающих и нагнетательных скважин, мы
должны быть способны предсказать водонасыщенность впереди долота, используя 4D сейсмические данные. Компания Alba приняла решение применить новую методику 4-компонентных работ
OBC для решения следующих задач: 1) получение более четкого изображения коллектора с помощью обменных поперечных волн; 2) прогнозирование изменений водонасыщенности путем сопоставления старых и новых сейсмических данных P-волн.
Идея использования обменных поперечных волн для получения изображения коллектора
в условиях незначительного различия по характеристическому сопротивлению P-волн не нова.
Недавно Margrave сообщил об успешном обнаружении русловых песков с помощью отношений
Vp/Vs, полученных по результатам трехкомпонентных работ на месторождении Blackfoot, Альберта, Канада [2]. Однако, как мы считаем, представленные здесь результаты показывают, что работы на месторождении Alba являются первыми 3D работами с использованием донной косы (OBC),
где успешное изображение коллектора с помощью обменных волн принесло значительную экономическую выгоду.
Arbeit macht frei
215
В настоящей статье, сначала приводится обзор данных, методик и исследований, которые должны оправдать проведение 3D OBC работ. Далее, мы представляем изображения новых
данных OBC и повторно обработанных данных, полученных с применением стримера, которые
показывают результаты 4D, AVO и метода обменных волн. Наконец, мы предлагаем новую, предварительную интерпретацию коллектора Alba, которая поддерживается результатами бурения
двух новых скважин.
Методы
Перед началом работ мы провели ряд технических исследований. Их цель заключалась в том,
чтобы убедить компанию (и самих себя), что регистрация 4C данных OBC оправдана. Сюда входили исследования свойств нефте- и водонасыщенных песков, сейсмическое моделирование,
анализ данных ВСП и, наконец, опытные 2D работы OBC [3,4].
4D модели. На данных 1989 года, во многих участках месторождения Alba, наблюдается сильное
отражение, которое соответствует глубине ВНК (рис.2). Имелись некоторые разногласия по поводу того, связано ли это отражение с различиями диагенеза, или обусловлено изменением импеданса вследствие замещения одного флюида другим. Следовательно, для того, чтобы оценить,
можно ли видеть 4D изменения, необходимо понять, чем обусловлена эта отражающая поверхность.
Кривые АК показывают увеличение скорости на ВНК приблизительно на 9% при весьма
незначительном изменении скорости (рис.3). Аналогично, измерения на образцах песка Alba показали среднее увеличение скорости P-волн на 6-7% при изменении водонасыщенности с 7% до
60% (рис.4). Это подтверждает, что различие по скорости на ВНК обусловлено различной сжимаемостью нефти Alba и рассола.
Мы построили 3D сейсмические модели, заполняя пространство модели скоростями и
плотностями с помощью методов геостатистической интерполяции. Это обеспечивает репрезентативное неоднородное распределение значений импеданса в каждой области модели (нефтяной
столб, водяной столб, окружающие глинистые сланцы). Модель периода после добычи включала
данные распределения водонасыщения, полученные по имитатору коллектора Eclipse. Модель
коллектора и сейсмическая модель были построены легко, поскольку среда моделирования Chevron основывается на коллективной модели разреза, разработанной в GOCAD.
Синтетические сейсмические модели предсказывают, что ВНК ниже добывающих скважин
будет нечетким, но остаточное отражение на первоначальном ВНК сохранится (рис.5). В некоторых случаях, формируется новая отражающая поверхность - ВНК, но, поскольку различие по водонасыщенности меньше, новая отражающая поверхность не будет такой же интенсивной, как
предыдущий водонефтяной контакт. Увеличение времени за счет возросшей водонасыщенности
обычно меньше 2 мс.
Модели AVO. Использование обычных сейсмических данных P-волн для получения изображения
границ раздела глинистый сланец-нефтенасыщенный песок в коллекторе Alba чрезвычайно затруднено, поскольку нефтенасыщенный песок и глинистые сланцы характеризуются в среднем
одинаковым акустическим импедансом (Таблица 1). Однако кривая двухкомпонентного АК из Alba
показывает значительное различие скоростей поперечных волн на кровле и на подошве коллектора (рис.6). Это распределение скорости и плотности обуславливает переход к классу 2 аномалии AVO на кровле песка, где коэффициент отражения на ближних выносах представляет собой
небольшую положительную величину, на дальних выносах коэффициент отражения – отрицательная величина, и суммарный отклик показывает очень слабое отражение (рис.7). Это предполагает, что сейсмические объемы ближних или дальних выносов должны дать лучшее изображение песков Alba, нежели общепринятая сумма P-волн.
Модели обменных волн. Синтетические сейсмические модели демонстрируют интенсивное отражение обменных PS-волн на кровле и подошве коллектора (рис.8), что согласуется с данными
двухкомпонентного АК. Модель также показывает отсутствие отражения от ВНК и разрастание
амплитуд, обусловленное резонансным эффектом при относительно малой мощности коллектора. Напротив, общепринятый разрез по данным P-волн демонстрирует сильное отражение от ВНК
и слабое отражение (или его отсутствие) на кровле и подошве песка.
Arbeit macht frei
216
Данные ВСП. Несколько вертикальных сейсмических профилей на месторождении Alba показывают вступления восходящих и падающих обменных волн на горизонтальной составляющей
(рис.9.). Некоторые из наиболее интенсивных обменных волн формируются на кровле коллектора. Это дает нам дальнейшую уверенность в том, что эти интенсивные обменные волны можно
зарегистрировать с помощью донной косы.
Опытные 2D работы с использованием донной косы. Имея положительные результаты сейсмического моделирования и данные ВСП, мы отработали опытный 2D профиль OBC с двумя различными исполнителями. С одной стороны, мы нашли существенные различия в точности записи
векторов между различными регистрирующими системами. С другой стороны, обе системы дали
разрезы с энергией обменных волн очень высокого качества. Было установлено, что данные Pволн, зарегистрированные с помощью донной косы, наиболее сопоставимы с данными 1989 года,
зарегистрированными с помощью стримера (использовалась система Geco-Prakla`s Nessie4C*
Multiwave Array – рис.10). Эти опытные работы показали нам следующее: 1) данные обменных
волн высокого качества могут быть быстро зарегистрированы и обработаны; 2) разрезы по данным P-волн и обменных волн могут быть увязаны по их особенностям, что позволяет прогнозировать глубины на основании данных обменных волн.
3D трехкомпонентные работы. Основываясь на результатах технических исследований, описанных выше, и изучив соотношение стоимость/прибыль, компания Chevron сделала заказ компании Geco-Prakla на проведение 3D многокомпонентных работ на площади 67 кв. км в начале 1998
года. Съемка проводилась на 14 полосах, параллельных профилю 1989 года (рис.11). Выбор полос, а не ортогональной геометрии, основывался на нашем желании получить набор данных, относительно простой для обработки и сходный с данными 1989 года, во избежание проблем с 4D
анализом. Работы заняли 8 недель и проводились в жестких погодных условиях. Обработка первоначального куба обменных волн заняла лишь 3.5 месяца [5]. Общая стоимость регистрации и
обработки была меньше стоимости одной горизонтальной скважины, пробуренной без осложнений.
Результаты
4D изменения. Сейсмические разрезы по данным P-волн вблизи двух нагнетательных скважин
показывают значительные различие результатов работ, проведенных до и после начала добычи
(рис.12). Здесь водонефтяной контакт полностью отсутствует. Мы также видим увеличение амплитуды на кровле коллектора, где различие между перекрывающими глинистыми сланцами и
песком коллектора усиливается за счет повышенной водонасыщенности. В других частях месторождения, ВНК значительно выше, чем первоначальная глубина (рис.13). В нескольких изолированных областях, ВНК ниже первоначальной глубины приблизительно на 10 м, что согласуется с
распределениями насыщенности Eclipse.
Результаты AVO. В некоторых частях месторождения, качество изображения коллектора по данным P-волн намного лучше, чем изображение полной суммы (рис.14). Отражение от кровли коллектора является более заметным, и мы видим необычные отражения на краю русла. Эти элементы, напоминающие крылья, в некоторых случаях выглядят как пески, инъецированные вдоль
плоскостей разлома, которые определяют границу русла, согласно Lonergan и Cartwright [6].
Результаты работ методом обменных волн. Почти в каждой части месторождения, данные обменных волн демонстрируют улучшенное изображение песков коллектора Alba, в сравнении с
изображением методом P-волн (рис.15). Коллектор характеризуется высокоамплитудными отражениями на временах, почти вдвое превышающих времена P-волн. На глубинах, соответствующих газовому месторождению Britannia (3700 м), данные обменных волн показывают относительно низкую разрешающую способность (рис.16).
На уровне коллектора Alba, длина волны в данных обменных волн приблизительно на
30% больше, чем в данных P-волн. Однако изображения песков коллектора, полученные с помощью обменных волн, демонстрируют новые элементы, которые не наблюдаются на традиционных
однокомпонентных данных [7]. Это следующие элементы:
• Высокоамплитудные отражающие поверхности кровли и подошвы песка (рис.17).
Arbeit macht frei
•
•
217
Прерывистые отражения, обусловленные песком. Потеря непрерывности может соответствовать разломам, видимым на сейсмических данных P-волн и возникшим после формирования
коллектора, но могут также указывать на второстепенные русла (sub-channels) внутри системы
главного русла Alba.
Элементы в форме крыльев в кровле песка на краях русла и, время от времени, на центральной оси русла (рис.18). В отличие от вогнутых линз вниз по падению, которые были интерпретированы ранее по данным P-волн, данные обменных волн часто демонстрируют высокоамплитудные отражения вверх по восстанию на краях русла.
Наличие поверхностей, интенсивно отражающих обменные волны, побудило нас преобразовать новые сейсмические данные в «псевдоупругий импеданс». Рассчитанный импеданс не
является непосредственным свойством разреза, поэтому его нужно увязывать с литологией по
скважинным данным и использовать как метод прогнозирования песков и глинистых сланцев в
интервале коллектора (рис.19). Данные импеданса также облегчают процесс структурной интерпретации, уточняя корреляцию вдоль кровли и подошвы песка.
Результаты недавнего бурения. В этом году, на основании в первую очередь результатов интерпретации новых данных обменных волн, были спешно пробурены две скважины. Обе скважины были расположены на краях главного русла и подтвердили наличие «крыльев». Первая скважина (A29) пробурена в северной части месторождения, на площади, характеризующейся наличием крупных масс глинистого сланца внутри коллектора (рис.20). Сначала скважина вскрыла 150
м нефтенасыщенных песков внутри разреза, сложенного глинистыми сланцами и сформировавшегося после коллектора, а затем прошла приблизительно 550 м песка в основном коллекторе.
Мы интерпретировали первые пески как инъецированные в перекрывающие глинистые сланцы
через некоторое время после отложения. За последние два месяца, уровень добычи из этой
скважины составляет до 20 000 баррелей в день.
Вторая скважина (A30) пробурена на западном фланге месторождения и вскрыла 700 м
песка (самая большая мощность чистого песка на месторождении Alba – более 96%) и лишь 30 м
глинистого сланца внутри коллектора (рис.21). Первоначальная опорная скважина показала, что
мощность крыла в этой части месторождения составляет 20 м. В настоящее время данная скважина завершена.
Геологическая модель. Эти новые скважины и сложная геометрия русла Alba, которую можно
видеть на новых данных обменных волн, предполагают значительную постседиментационную
деформацию турбидитового русла. Керновые данные также показывают повторное приведение в
движение и инъекцию песков Alba в перекрывающие глинистые сланцы. С флангов к центральной
оси часто примыкают синклинали, которые могут представлять элементы удаления песка (sandwithdrawal features) (например, рис.18). Сейчас мы полагаем, что многие из маломощных песков
«Brioc», перекрывающих главное русло, представляют собой пески, инъецированные из главного
русла. Более детальное картирование и будущее бурение помогут нам оценить эту гипотезу.
Управление данными и комплексная интерпретация. В результате 3D работ с использованием
стримера и донной косы на месторождении Alba, были сформированы многочисленные 3D сейсмические объемы (к настоящему времени – более 40). Большое количество 3D/4C данных позволяет вывести из первичных наборов данных различные вспомогательные кубы. Их важность обусловлена тем, из различных сейсмических объемов можно получить свойства пород и флюидов.
Например, данные P-волн, зарегистрированные с помощью донной косы, лучше использовать для
картирования изменений ВНК, тогда как данные обменных волн в большей степени подходят для
картирования геометрии песчаных тел. Инверсия данных обменных волн позволяет улучшить интерпретируемость и прогнозирование литологии. Разломы выше коллектора лучше разрешаются
на повторно обработанных данных, зарегистрированных с помощью стримера, а кубы когерентности, выведенные по данным P-волн и данным обменных волн, позволяют получить изображение
различных видов потери непрерывности: разломов, границ песчаных русел и контактов флюидов.
Куб разности (данные стримера минус данные OBC P-волн) показывает более очевидные изменения водонасыщенности.
Ключевая техническая проблема заключается в обеспечении одновременной комплексной интерпретации всех объемов данных [8]. Некоторые выгоды от такой интерпретации: более
Arbeit macht frei
218
достоверная корреляция кровли и подошвы песков коллектора, которая позволяет более точно
расположить скважины, лучше оценить нефть in situ, лучше коррелировать разломы, картировать
литологию, контакты флюидов и рассчитывать коэффициент Пуассона. Необходимы новые разработки в области интерпретационных программных средств, которые позволили бы более эффективное оперирование этими многочисленными объемами данных и разностями времен между
данными P-волн и данными обменных волн. Для решения этой проблемы, решающее значение
имеет точность сочетания этих сейсмических объемов со скважинными данными.
Заключение
Технические исследования, предшествующие работам, и опытные работы сыграли значительную
роль в нашем понимании свойств пород и ожидаемых характеристик новых сейсмических данных
OBC. Кроме того, исследования помогли нам убедиться в технических достоинствах применения
этой новой технологии на месторождении Alba.
В настоящее время, интерпретация куба обменных волн является важной составляющей
нашего понимания структуры коллектора Alba. Ее результаты являются первоочередными исходными данными для построения новой трехмерной модели коллектора. Наконец, данные обменных волн занимают центральное место в планировании скважин и управлении процессами добычи.
Изменения, происходящие с течением времени, наблюдаемые на новых данных P-волн,
меняют наше представление о потоке флюида и оказывают влияние на выбор места для скважины. Данные P-волн дальних выносов поддерживают интерпретацию значительной постседиментационной деформации турбидитового русла Alba.
Таблица 1 – Петроакустические свойства Alba
Arbeit macht frei
Рис.1 – Положение и контур месторождения Alba в центральной части
британского сектора Северного моря.
(1- добывающие скважины; 2- предполагаемые добывающие скважины; 3- нагнетательные скважины; 4- северная
платформа Alba; 5- северная площадь)
Рис.2 – Изображение русла Alba, полученное с использованием стримера. Обратите внимание на интенсивно
отражающую поверхность ВНК и слабое отражение от кровли песка. Кровля песка обычно интерпретируется
как почти параллельная подошве олигоценовых отложений, с руслом линзообразной в разрезе формы.
(1- подошва олигоцена; 2- кровля песка;
3- ВНК; 4- подошва песка)
219
Рис.4 – Измерения скорости P-волн в
функции порового давления для двух
образцов керна с месторождения
Alba. Как видно, возрастание скорости, наблюдаемое на рис.3, является
результатом различной сжимаемости
нефти Alba и рассола.
(1- образец 1; 2- образец 2; 3- имитатор
коллектора Eclipse, сентябрь 1998 года)
Рис.5 – Синтетические сейсмические
модели, соответствующие периодам
до и после добычи: видны значительные изменения ВНК.
Рис.6 – Двухкомпонентный акустиче-
Arbeit macht frei
Рис.3 – Характеристика песков коллектора Alba по данным ГИС: сильное
увеличение скорости на водонефтяном контакте при незначительном соответствующем изменении пористости. Это предполагает, что увеличение скорости обусловлено различной
сжимаемостью нефти Alba и рассола.
Рис.7 – Сейсмические модели AVO
русла Alba. Изображение по данным
P-волн на дальних выносах показывает отражение от кровли песка лучше, чем суммарный сигнал.
Рис.8 – Синтетическая модель коллектора Alba по данным P-волн и обменных волн. Результаты P-волн показывают интенсивное отражение на ВНК.
Модель обменных волн показывает
интенсивные отражения на кровле и
подошве продуктивных отложений
песка, и отсутствие отражений на ВНК.
220
ский каротаж в песках коллектора
Alba, демонстрирующий сильное различие по скорости поперечных волн и
незначительное различие по скорости
P-волн с окружающими глинистыми
сланцами.
Рис.10 – Записи ОТП из опытных работ 2D OBC, выполненных компанией
Geco-Prakla. Обратите внимание на
очень четкое разделение энергии Pволны на вертикальном сейсмоприемнике и энергии поперечной волны
на сейсмоприемнике ин-лайн.
(1- вертикальный сейсмоприемник; 2сейсмоприемник ин-лайн; 3- P-волны; 4поперечные волны)
Рис.11 – План съемки, предшествующий 3D работам OBC. 6-километровые
профили были проложены парами, с
шагом 400 м. Препятствия должны
были сильно осложнить регистрацию
данных с помощью стримеров.
Arbeit macht frei
Рис.9 – ВСП на месторождении Alba,
показывающее
высокую
энергию
восходящей и падающей поперечной
волны.
Рис.13 – Сейсмические данные до и
после добычи на месторождении, показывающие подъем ВНК вблизи разлома. Видно, что справа от разлома
ВНК расположен ниже, чем первоначальный контакт.
Рис.14 – Данные дальних выносов,
полученные с применением стримера,
221
Рис.12 – Сейсмические данные до и
после добычи на месторождении, показывающие значительные изменения оси синфазности, соответствующей ВНК. Обратите внимание на
очень хорошую повторяемость данных, полученных с помощью стримера OBC, и более «яркую» ось синфазности, соответствующую кровле
песка, на данных OBC.
Рис.16 – Данные, полученные с применением стримера, сопоставленные
с данными обменных волн, зарегистрированными вблизи центральной
части месторождения. На уровне коллектора Alba, изображение, полученное по данным обменных волн, намного лучше изображения, полученное по данным P-волн. На уровне Britannia имеет место обратная картина.
(1- данные P-волн. полученные с применением стримера; 2- данные поперечных
волн, полученные с применением донной косы)
Arbeit macht frei
222
показывают более четкое изображение кровли и краев русла Alba.
Рис.15 – 3D изображение данных, полученных с применением стримера и
данных обменных волн, полученных
с применением донной косы, по месторождению Alba. На каждом изображении
представлен
субобъем
первоначальных данных, где видны
только высокие амплитуды. Контур
месторождения Alba четко виден
только на данных обменных волн.
Рис.19 – Инверсия псевдоупругого
импеданса разреза на рис.18.
Рис.20 – Сейсмический профиль метода обменных волн, проходящий по
скважине A29, и демонстрирующий
очень хорошую увязку литологии в
скважине и сейсмической характеристикой.
Рис.17 – Изображение по данным обменных волн с «15 Area» (см. рис.1):
можно видеть, что качество изображение намного лучше, чем в случае
данных P-волн, полученных с применением стримера.
Рис.18 – Изображение по данным обменных из волн центральной части
месторождения,
показывающее
«крылья», которые могут представлять постседиментационную деформацию и инъекцию песка в перекрывающие и прилегающие глинистые
сланцы.
Рис.21 – Разрез псевдоупругого импеданса, проходящий по скважине A30,
и демонстрирующий очень хорошую
увязку между литологией в скважине
и импедансом.
Arbeit macht frei
Раздел 10
Литература
223
Arbeit macht frei
224
Arbeit macht frei
225
Arbeit macht frei
226