На рис. 10 изображен сейсмопрофиль полученный по методу МОВ.
Рис. 10. Сейсмопрофиль отраженных волн океанской коры. Время прохождения отраженной волны от дна занимает меньше 8 с.
Видно несколько отражающих горизонтов внутри осадочной толщи. Сильное отражение от основания осадочного слоя отмечено на 8,3 с. Отмечены также слои 2 и 3 океанской коры. Граница между слоем 3 и мантией (рефлектор М) проявляет ундуляции. Скорости распространения сейсмических волн в разных слоях, показанные на профиле справа, получены в результате отдельных экспериментов с помощью радиобуев. Зная скорость звука в разных слоях, можно по времени вступления отраженных волн рассчитать глубину залегания отражающих границ. Профиль получен в западной части Тихого океана к востоку от Японского желоба.[3]
Разрешающая способность по вертикали определяется толщиной отдельного пласта, от кровли и подошвы которого отраженные волны на записях наблюдаются раздельно, что в частотном диапазоне 20 - 100 Гц составляет обычно(15–25м). При использовании некоторых специальных видов обработки возможно выделение пластов минимальной мощностью 8-10 м. Основным современным вариантом реализации МОВ является метод общей глубинной точки (МОГТ), предложенный в США в 1950 г. Мейном.
Метод (способ) общей глубинной точки (МОГТ) - модификация МОВ, основанная на системе многократных перекрытий и отличающаяся суммированием(накапливанием) отражений от общих участков границы при различных расположениях источников и приемников. Метод ОГТ базируется на допущении о коррелируемости волн, возбужденных удаленными на разное расстояние источниками, но отразившимися от общего участка границы. Неминуемые различия спектров разных источников и погрешности во временах при суммировании требуют понижения спектров разных источников и погрешности во временах при суммировании требуют понижения спектров полезных сигналов. Основное преимущество метода ОГТ состоит в возможности усиления однократно отраженных волн путем уравнивания времен отражений от общих глубинных точек и их суммирования. Специфические особенности метода ОГТ определяются свойствами направленности при суммировании, избыточностью данных и статистическим эффектом. Они наиболее успешно реализуются при цифровой регистрации и обработке первичных данных.
Также этот метод включает в себя основную и самую используемую в разведке модификацию 3D поиска. Трехмерная сейсморазведка отличается:
1. Высокой детальностью исследований за счет значительного повышения плотности информации на единицу площади , дающей возможность сформировать куб сейсмической записи, характеризующийся практической непрерывностью волнового поля. Это дает возможность кроме детального описания формы отражающих поверхностей получать непрерывные поля оценок свойств (характеристик) изучаемых геологических сред.
2. Существенно большим (в 2 и более раз) эффектом подавления помех в ЗD при равной кратности накапливания по сравнению с 2D. Еще значительнее это различие при сравнении мигрированных разрезов, так как число трасс, вовлекаемых в ЗD миграцию "при ее площадном характере, гораздо больше, чем при 2Dмиграции, выполняемой по профилю. Все это обеспечивает лучшее отношение сигнал/шум. Поэтому динамика сейсмической записи точнее отражает геологическое строение среды.
3. Новым качеством восстановления пространственного положения отражающих границ и динамических характеристик отражений по сравнению с сейсморазведкой 2D за счет применения миграции ЗD. Это обеспечивает существенно более точное воссоздание истинной структуры геологических границ и физических свойств пород в сложнопостроенных реальных средах.
4. Принципиально более высокой степенью надежности выделения и трассирования тектонических нарушений и иных границ резкого изменения рельефа отражающих поверхностей.
5. При значительном, более чем на порядок, увеличении пространственной разрешенности стоимость работ 3D по сравнению с детальной съемкой 2D возрастает всего в 1.5- 2 раза.
ЗD сейсморазведка реализуется с помощью буксируемой площадной базы наблюдений, имеющей один источник и ряд параллельных линий приема (кос), расстояние между которыми составляет 100-300 м. Необходимая поперечная кратность системы наблюдений обеспечивается боковым сдвигом полос с их перекрытием по линиям приема. Для работ ЗD сейсморазведки созданы специальные суда с очень широкой кормой (до 40 м), позволяющие буксировать до 12 и более сейсмических кос. На рис. 11 показана одна из схем буксируемой базы наблюдений, содержащей один источник и 8 кос. Для формирования широкой площадной базы приема применяют сложную сеть буксировочных тросов и специальные устройства - отводители, называемые параванами.
Рис.11 Схема буксировки базы наблюдений при морской 3D сейсморазведке: 1 - судно: 2 - параван; 3 - сейсмический источник; 4 - буксируемая коса; 5 - буксировочные тросы; 6 - стабилизатор глубины[6]
Цифровая сейсмостанция при морских работах должна обеспечивать регистрацию очень больших объемов информации в высоком темпе: в ЗD сейсморазведке записи многих сотен трасс выполняются каждые несколько секунд в течение многих часов и даже суток непрерывного движения судна. При этом процесс сейсмической записи должен быть жестко синхронизирован с работой источников колебаний и записью данных спутниковой интегральной навигационной системы. Она представляет собой комплекс наземных и космических средств определения координат объектов на поверхности земли и моря. С ее помощью осуществляется вывод судна на площадь работ, его курсирование по проектным маршрутам и непрерывное определение координат пунктов возбуждения и приема колебаний. Поток данных радиогеодезии и спутниковой навигации вместе с показаниями судовых приборов (эхолотов, компасов, измерителей скорости и др.) поступает в компьютер управляющей системы, где обрабатывается и сравнивается с проектным заданием. В результате выдаются командные сигналы па рулевую машину корабля для корректировки его курса и скорости.
Метод ОГТ 3D является основной модификацией MOB при поисках и разведке нефтяных и газовых месторождений практически во всех сейсмогеологических условиях.[6] [12]
Однако результатам суммирования по ОГТ свойственны некоторые ограничения. К ним относятся : а) существенное снижение частоты регистрации; б) ослабление свойства локальности МОВ за счет увеличения объема неоднородного пространства при больших удалениях от источника характерных для метода ОГТ и необходимых для подавления многократных волн; в) наложение однократных отражений от близких границ вследствие свойственного им сближения осей синфазности при больших удалениях от источника; г) чувствительность к боковым волнам, мешающим прослеживанию целевых субгоризонтальных границ вследствие расположения основного максимума пространственной характеристики направленности суммирования в плоскости, перпендикулярной к базе суммирования (профилю).
Указанные ограничения в целом обуславливают тенденцию снижения разрешающей способности МОВ. Учитывая распространенность метода ОГТ, их следует учитывать в конкретных сейсмологических условиях.[9]
4.2 Cейсмопрофилирование методом отраженных волн
Сейсмопрофилирование позволяет картировать акустические отражающие горизонты в толще осадков. Работают волны обычно на частотах от 20 до 200 Гц. Низкочастотные акустические сигналы, проходя через осадки, ослабляются (поглощаются) меньше, чем высокочастотные, и поэтому частично проникают сквозь поверхность дна, отражаясь от подповерхностных границ раздела. Отраженные волны наблюдают при совмещении точек возбуждения и приема колебаний (способ центрового луча) или при сравнительно небольшом расстоянии между этими точками.
При сейсмопрофилировании методом отраженных волн применяют различные источники звуковых сигналов. В первых экспериментах, проведенных сразу после окончания второй мировой войны, в этих целях пользовались только взрывами. Чтобы получить непрерывную сейсмическую запись, с борта судна через каждые 3 мин сбрасывалась 200-граммовая шашка тринитротолуола. В Ламонтской обсерватории благодаря применению этой методики в течение 10 лет были собраны весьма ценные материалы.
Рис.12 Фрагмент разреза НСП через рифтовую долину хребта Книповича
В настоящее время взрывчатые вещества, работа с которыми очень трудоемка и небезопасна, заменены воздушными пушками (аирганы) и искровыми разрядниками (спаркеры), создающими в воде достаточно высокочастотный импульс упругих колебаний, что позволяет получать высокоразрешенные сейсмические разрезы придонных отложений. Современные гидрофоны способны регистрировать слабые сигналы, приходящие от подповерхностных отражающих горизонтов, почти на полном ходу судна, что повышает эффективность работ. Такая система непрерывного сейсмопрофилирования в наше время является столь же обычным оборудованием научно-исследовательских судов, каким был в 50-е гг. эхолот. Непрерывное сейсмическое профилирование (НСП) на акваториях отличается от стандартных морских исследований по методу ОГТ прежде всего тем, что его целью является картирование только верхней части осадочного разреза, иногда только неконсолидированных осадочных пород и самой верхней части уплотненных (обычная цель инженерных исследований), а иногда детальное изучение верхней толщи пород мощностью 1000 м. Профилирование широко используется в океанографических исследованиях для изучения обширных площадей с небольшими затратами средств. Для проведения профилирования требуются корабли меньших размеров, записывающая аппаратура, имеющая всего 1-2 рабочих канала и более слабые источники колебаний — следовательно, профилирование гораздо дешевле, чем стандартные морские сейсмические исследования. Более слабые по мощности источники излучают сигналы, обогащенные высокими частотами.
Поэтому разрешающая способность этого метода, как правило, много выше, чем стандартных сейсмических работ. Обычно применяется только одна группа гидрофонов, но при этом возбуждение колебаний и регистрация происходят через такие короткие интервалы, что получается по существу непрерывная запись. Методика наблюдений подобна той, которая применяется для непрерывной регистрации глубины воды с помощью эхолота. Большинство профилографов, которые являются одноканальными устройствами, не способны осуществлять выбор между волнами по признаку нормального кинематического сдвига, и поэтому полезный интервал записи часто ограничен глубиной воды, т. е. временем прихода кратной в воде волны.[3][4] [9]
4.3 Метод преломленных волн (МПВ)
В методе преломленных волн (МПВ) обычно регистрируются и анализируются головные, рефрагированные и преломленно-рефрагированные волны.
Метод преломленных волн (МПВ) основан на регистрации волн, проходящих значительную часть пути в пластах, характеризующихся большей скоростью по сравнению с вышележащими. На некотором удалении от источника такие волны обгоняют все другие. Это создает условия для их регистрации в области первых вступлений, благодаря чему МПВ был первым сейсмическим методом разведки, получившим (начиная с 20-х годов) промышленное применение. Способы наблюдений и интерпретации в МПВ позволяют: а) определять глубины до преломляющих границ и строить разрезы, карты изоглубин; б) устанавливать граничные скорости vr распространения волн вдоль преломляющих границ по годографам головных и слабо рефрагированных волн и по годографам рефрагированных волн с введением поправки за рефракцию; в) оценивать зависимость v (H) региональной компоненты поля скоростей от глубины по годографам рефрагированных волн; г) строить разрезы в изолиниях скорости; д) определять коэффициенты поглощения в преломляющем слое по графикам амплитуд Ах головных волн; е) находить модули упругости (при совместной регистрации волн Р и S); ж) картиро-
вать в плане тектонические нарушения. Преимущество метода заключается в возможности определять скорости распространения сейсмических волн вдоль глубинных сейсмических границ, по которым можно судить о физических свойствах преломляющих горизонтов, их литологическом составе, о принадлежности сейсмических границ к геологическому разрезу. Для метода практически нет ограничений в глубине разведки (для него доступны глубины от единиц метров до 10—20 км); имеется возможность применять метод в районах с интенсивным фоном многократных волн. Метод дает возможность выделять тектонические нарушения, изучать горизонтальную неоднородность среды, выделять в разрезе такие границы, как поверхность фундамента, соль и др. Недостаток метода — его меньшая точность, детальность и разрешающая способность по сравнению с методом отраженных волн, особенно при изучении криволинейных границ.
Благоприятны для применения МПВ горизонтально-слоистые среды с небольшим числом слоев, характеризующихся большой дифференциацией по скоростям. Скорость в слое, представляющем интерес для разведки, должна быть больше, чем во всех вышележащих (толстых) слоях, а преломленная волна, соответствующая этому слою, должна прослеживаться преимущественно в первых вступлениях, где выделение волн и определение их параметров осуществляется с большей точностью. Для применения МПВ следует предварительно изучить среду по распределению скорости в покрывающей толще, так как зависимость v (Н) в МПВ определяется с малой точностью.
Усовершенствованная модификация МПВ - корреляционный метод преломленных волн (КМПВ) - был предложен в СССР в конце 30-х годов группой геофизиков под руководством академика Г. А. Гамбурцева. Этот метод основан на прослеживании головных волн не только в области первых, но и в области последующих вступлений на основе фазовой корреляции. Наблюдения в КМПВ проводят начиная от пункта взрыва до удалений порядка 10-кратной глубины залегания изучаемой преломляющей границы. При исследовании малых глубин используют частоты 30-100 Гц. Глубины до 2 - 4 км изучают на частотах 30 - 60 Гц. Большие глубины (более 5 км) изучают на частотах до 10 - 20 Гц. В последнем случае данную модификацию сейсморазведки называют глубинным сейсмическим зондированием на преломленных волнах - ГСЗ-МПВ. Глубинное сейсмическое зондирование находит широкое применение при исследовании глубинной структуры земной коры и верхней мантии на морях и океанах.
Глубинное сейсмическое зондирование на море проводится обычно методом передвижных возбудителей сейсмических волн и неподвижных регистрирующих станций. Многоканальные наблюдения при этом заменяются возбуждениями в различных точках профиля, а неподвижный пункт возбуждения заменяется неподвижной одноканальной регистрирующей станцией. На корабле, принимающем сейсмические волны, используются 1-2 гидрофона, которые дают запись практически в одной точке. Гидрофоны погружают на глубину 50-70 м и специальными мерами отвязывают их от поверхности воды.
Наиболее типичные особенности технологии морских работ МПВ-ГСЗ следующие:
1. При отработке профиля имеют место многоразовые циркуляции (повторные заходы) судна с источником при одной и той же расстановке донных регистраторов (ДР). Наличие циркуляции приводит к повторной регистрации записей при одинаковом положении источника. Эти записи должны быть исключены. Их устранение осуществляется путем идентификации всех трасс с соответствующими пунктами возбуждения по журналам сменных рапортов операторов и данным навигации.
2. За время отработки расстановки происходит расхождение времени между часами ДР и опорного спутникового времени (уход часов ДР). Учет ухода часов требует ввода соответствующих временных поправок во все трассы каждого зондирования на основе результатов поверки ДР перед постановкой и после его подъема.
3. Отработка профиля или его части может проходить в разных направлениях движения источника: совпадающем с направлением профиля или противоположном ему. Для приведения данных в соответствие с географической ориентацией профиля требуется дополнительная сортировка трасс.
4. Изменение скорости движения судна с источником приводит к неравномерному шагу между трассами. Это создает погрешности при вводе кинематических поправок в процессе построения динамического разреза, что требует их дополнительного анализа и учета.[11]
До не столь давнего времени бурение позволяло получать пробы пород только из верхних 500 м твердой коры океанов под осадками. Знания о более глубоких слоях коры основаны главным образом на результатах зондирования методом преломленных волн и сопоставлении определенных при этом сейсмических скоростей с данными лабораторных измерений в образцах предполагаемых аналогов пород изучаемых разрезов. Было установлено, во-первых, что океаническая земная кора значительно тоньше, чем континентальная, а во-вторых, что она состоит из нескольких, четко различающихся слоев, исключительно однородных в пределах всего Мирового океана. Из этих данных к середине 60-х гг. была выведена удивительно ясная картина океанической коры. Усовершенствование приборов и способов интерпретации данных позволило в дальнейшем получать с помощью метода преломленных волн гораздо более детальную информацию об океанической земной коре. В результате выяснилось, что она совсем не такая однородная, как думали раньше. Метод преломленных волн стал в итоге одним из важнейших в морской геофизике. В самом начале работ методом преломленных волн, когда о строении и происхождении океанических впадин знали еще очень мало, одним из самых важных вопросов, требовавших ответа, был состав слоя 2 (рис. 7). Исследования методом отраженных волн в сочетании с отбором проб поршневыми трубками показали, что слой 1 состоит из осадков. Но измеренные сейсмические скорости слоя 2 можно было отнести как к вулканическим породам базальтового состава, так и к сильно консолидированным осадкам. Если бы слой 2 состоял из древних консолидированных осадков, то подтвердилась бы гипотеза перманентности и древности океанических впадин. Если же там залегают вулканические породы, перекрытые относительно молодыми неконсолидированными осадками, то океаны должны быть молодыми. Сейсмические исследования методом преломленных волн приобрели в этой связи первостепенное значение.
В основу метода преломленных волн положены законы преломления звуковых волн на границе слоев разной плотности. Преломленные волны продолжают поступать от непрерывной границы к приемнику до тех пор, пока вся их энергия не будет израсходована (рис. 8). На любом фиксированном расстоянии от точки взрыва первым приходит к приемнику сигнал, относящийся к волне, прошедшей через среду с наибольшей сейсмической скоростью. Последующие сигналы представляют волны, прошедшие через слои со все убывающими скоростями. Чтобы распознать слои земной коры по поведению преломленных волн, нужно принимать поступающие сигналы в нескольких точках на разном удалении от точки взрыва. Работы с преломленными волнами на ранних стадиях морских сейсмических исследований проводились либо с двух, либо с одного судна.
Рис.13 Схема работы с радиобуем. 1. После погружения радиобуя в воду 1) поднимается антенна 2) опускаются гидрофоны 3) включаются батареи. [4]
В двухсудовом варианте одно (приемное) судно стоит на месте, а
29-04-2015, 00:45