Способ определения эффективных скоростей распространения сейсмических волн

Изобретение относится к области сейсморазведки для изучения геологического строения среды и определения фильтрационно-емкостных свойств горных пород с целью обнаружения месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых. Согласно заявленному способу возбуждают упругие волны и регистрируют трехмерную сейсмограмму. Осуществляют регулируемое направленное суммирование каналов сейсмограммы по двум ортогональным направлениям с выделением регулярных волн и вычислением их лучевых параметров, по которым определяют плоскости, касательные к поверхностным годографам каждой волны. Осуществляют суммирование каждой выделенной волны вдоль касательной плоскости с увеличивающейся апертурой и одновременным контролем амплитуды суммарного сигнала, по максимуму которого определяют радиус первой зоны Френеля на трехмерной сейсмограмме. Вычисляют эффективную скорость распространения волны. Технический результат: повышение точности определения скорости распространения волны. 4 ил.

 

Изобретение относится к области сейсморазведки, используемой для изучения геологического строения среды и определения фильтрационно-емкостных свойств горных пород с целью обнаружения месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых.

Известен способ определения эффективных скоростей распространения сейсмических волн, основанный на применении метода регулируемого направленного анализа (РНА), заключающегося в суммировании сейсмограмм общей средней точки (Урупов А.К., Левин А.Н. Определение и интерпретация скоростей в методе отраженных волн - М.: Недра, 1985, с.288).

Недостатком этого способа является то, что поскольку он реализуется путем суммирования сейсмограмм общей средней точки, то, следовательно, осуществим только при наличии многократных систем наблюдений. Чтобы суммирование обеспечивало приемлемый уровень отношения сигнал/помеха и разрешающей способности скоростного анализа, число суммируемых каналов (кратность систем наблюдений) и максимальное удаление взрыв - прибор приходится увеличивать. Это не только повышает стоимость разведки, но и снижает точность анализа, так как на больших удалениях не выполняется предположение о гиперболичности годографа.

В основу настоящего изобретения положена задача создания способа определения эффективных скоростей распространения сейсмических волн, позволяющего повысить точность определения, упростить реализацию и снизить расходы на проведение разведочных работ за счет определения эффективных скоростей волн, отраженных от произвольно ориентированных кусочно-плоских границ, по отдельно взятой трехмерной сейсмограмме. Поставленная задача достигается тем, что возбуждают упругие волны и регистрируют трехмерную сейсмограмму, затем осуществляют регулируемое направленное суммирование каналов сейсмограммы по двум ортогональным направлениям с выделением регулярных волн и вычислением их лучевых параметров, по которым определяют плоскости, касательные к поверхностным годографам каждой волны, после чего осуществляют суммирование каждой выделенной волны вдоль касательной плоскости с увеличивающейся апертурой и одновременным контролем амплитуды суммарного сигнала, по максимуму которого определяют радиус первой зоны Френеля на трехмерной сейсмограмме, и вычисляют эффективную скорость распространения волны по формуле , где

t - время регистрации волны в центре апертуры [сек];

Т - преобладающий период сигнала [сек];

R - радиус первой зоны Френеля [м].

Сущность способа заключается в следующем.

Известно, что интегрирование (суммирование) волнового поля в пределах поверхностной апертуры, выполняемое с целью обнаружения, усиления или миграции полезного сигнала, сопровождается появлением дифракции, обусловленной ограниченностью апертуры. В зависимости от условий интегрирования (относительных фазовых задержек, размеров и формы апертуры) амплитуда дифракции может быть сравнимой с амплитудой полезного сигнала. Так как дифракция на апертуре не обусловлена средой и отсутствует в регистрируемом волновом поле, обычно ее считают помехой и стремятся ослабить.

Принцип, используемый в настоящем изобретении, основан на рекомендации не ослаблять дифракцию, а создать такие условия ее интерференции с полезным сигналом, которые способствовали бы усилению последнего. Для достижения желаемого эффекта в заданной точке среды интегрирование исходного поля осуществляется вдоль дифракционного гиперболоида, что требует знания скорости. Для создания оптимального эффекта интерференции полезного сигнала с дифрагированной волной в отсутствии сведений о скорости заданную точку следует представить находящейся на бесконечности. При этом гиперболоид вырождается в плоскость, для задания которой и для интегрирования вдоль которой информация о скорости не требуется. Результатом такого интегрирования является волновое поле, амплитуда которого зависит от условий интерференции полезного сигнала с краевой дифрагированной волной. Эти условия определяются характерным размером (радиусом) апертуры интегрирования (суммирования) и кривизной фронта исходной волны, которая зависит от скорости ее распространения в среде. Из, теории дифракции известно, что максимальная амплитуда интерференционного поля наблюдается при относительном запаздывании полезной и дифрагированной волн, равном половине преобладающего периода, что обеспечивается, когда апертура совпадает с первой зоной Френеля. Согласно изобретению контур первой зоны Френеля определяется по максимальному значению амплитуды суммарных сигналов, получаемых в результате суммирования (интегрирования) трехмерной сейсмограммы вдоль плоскости с постепенно увеличивающейся апертурой. Наличие контура позволяет определить характерный размер (радиус) первой зоны Френеля и воспользоваться формулой его зависимости длины волны λ=vT и расстояния r=vt, пройденного волной, где Т - преобладающий период, а t- время регистрации волны. Когда R известно, приведенная формула становится уравнением с одним неизвестным , позволяющим вычислить величину эффективной скорости волны в любой точке трехмерной сейсмограммы, отстоящей от ее краев на расстояние большее, чем R/cosθ.

Зона Френеля имеет форму круга только при нормальном падении центрального луча на плоскую поверхность наблюдений (cosθ=1). При косом падении она становится эллипсом. В этом случае измеряемым характерным размером первой зоны становится полудлина малой оси эллипса, равная R, что следует из фиг.1. Если бы отраженная волна регистрировалась на наклонной плоскости, перпендикулярной центральному лучу, зона Френеля имела бы форму круга радиуса R. В горизонтальной плоскости она представляет собой проекцию круга вдоль направления распространения волны, т.е. эллипс с полуосями а и b. При этом b=R, а=R/cosθ. На фиг.2 схематически показано, что суммирование волны, регистрируемой на горизонтальной поверхности вдоль наклона касательной, эквивалентно суммированию поля, регистрируемого на наклонной плоскости вдоль горизонтальной касательной. Это доказывается простым поворотом осей координат. Своего максимального значения амплитуда суммарного сигнала достигает, когда апертура суммирования совпадает с первой зоной Френеля, т.е. при смещении плоскости суммирования на половину видимого периода относительно точки касания. При дальнейшем увеличении апертуры амплитуда суммарного сигнала уменьшается, что служит критерием для определения формы и характерного размера оптимальной апертуры.

Реализация способа заключается в следующем.

В произвольной точке поверхностной сейсмограммы на малых базах (200-300 м) получают суммоленты РНП (метод регулируемого направленного приема) по двум ортогональным направлениям (например, Х и Y), что дает возможность вычислить производные для любой локально регулярной волны, выделяемой на обеих суммолентах. Годограф такой волны, отраженной от локально плоского элемента границы, является частью гиперболоида с минимумом над точкой мнимого источника (фиг.3). Вычисленных производных достаточно для задания плоскости, касательной к годографу, вдоль которой выполняется суммирование исходных данных с увеличивающейся апертурой и контролем амплитуды суммарного сигнала. Для экономичной организации суммирования с увеличивающейся апертурой используется информация о направлении большой оси эллипса, совпадающей с азимутом распространения волны и задаваемым вектором (фиг.3). По результатам суммирования определяется контур апертуры, содержащей только каналы, конструктивно участвующие в формировании суммарного сигнала. Контур аппроксимируется эллипсом, длина малой полуоси которого используется в качестве характерного размера (R) первой зоны Френеля для определения скорости по приведенной выше формуле.

В качестве модельного примера на фиг.4 приведены результаты оконтуривания эффективной апертуры для волны, отраженной от горизонтальной границы на глубине 1,5 км и регистрируемой в окрестности удаления от источника в 1,5 км на времени 1,6-1,7 с. Интервал пространственной дискретизации сейсмограммы Δх=Δу=25 м, видимый период волны 28 мс. Установленный по результатам синтеза апертуры характерный размер первой зоны Френеля R позволяет определить заданную в модели величину скорости достаточно точно. Большое число каналов сейсмограммы, конструктивно участвующих в формировании суммарного сигнала, свидетельствует о потенциально высокой помехоустойчивости способа.

Предлагаемый способ представляет собой решение задачи определения эффективных скоростей волн, отраженных от произвольно ориентированных кусочно-плоских границ, по отдельно взятой трехмерной сейсмограмме. Ранее так поставленная задача считалась неразрешимой. Использование способа позволяет снизить кратность наблюдений, т.е. стоимость сейсморазведки, а также более точно и детально изучать и осуществлять мониторинг самих скоростей, их горизонтальных градиентов, анизотропии и дисперсии, изменчивости отражательной способности границ, построения однозначной глубинно-скоростной модели среды и изображений. Повышенная детальность созданного способа обусловлена относительно нежестким требованием регулярности волны лишь в пределах зоны Френеля, повышение точности - возможностью осреднения результатов на малых интервалах и отсутствием требования гиперболичности годографов, повышение помехоустойчивости - большим числом синфазно суммируемых сигналов по заданному направлению.

Способ определения эффективных скоростей распространения сейсмических волн, заключающийся в том, что возбуждают упругие волны и регистрируют трехмерную сейсмограмму, затем осуществляют регулируемое направленное суммирование каналов сейсмограммы по двум ортогональным направлениям с выделением регулярных волн и вычислением их лучевых параметров, по которым определяют плоскости, касательные к поверхностным годографам каждой волны, после чего осуществляют суммирование каждой выделенной волны вдоль касательной плоскости с увеличивающейся апертурой и одновременным контролем амплитуды суммарного сигнала, по максимуму которого определяют радиус первой зоны Френеля на трехмерной сейсмограмме, и вычисляют эффективную скорость распространения волны по формуле

,

где t - время регистрации волны в центре апертуры, с;

Т - преобладающий период сигнала, с;

R - радиус первой зоны Френеля, м.