Исследование и развитие поляризационного метода вертикального сейсмического профилирования на акваториях

t^огт(L)=ф^огт(L,H)+Дф_В(L,H), (1)

где t^огт(L) - текущее время наземного годографа ОГТ на оси L; ф^огт (L,H) - текущее время годографа ОГТ в скважинной модификации; Дф_В(L,Н) - время пробега луча от точки приема в скважине до дневной поверхности в точке К₁; L - удалени «ПВ - устье» скважины; - расстояние от точки выхода луча на дневной поверхности до устья скважины.

Уравнение годографа ОГТ отраженной волны в скважинной модификации

можно записать как разности времен наземного годографа ОГТ и времени пробега волны от точки наблюдения внутри среды до дневной поверхности:

ф^огт (L,H)=, ,(2)

где Н_В=Н_огт - глубина до отражающей границы; L - координата общей глубинной точки на оси L.

Решая совместно уравнения (2), и подставив, после соответствующих преобразований получим уравнение продольного годографа ОГТ для однородной среды в скважинной модификации:

ф^огт (L,H) =, L=, (3)

где - «нулевое» время годографа ОГТ с учетом глубины регистрации.

Уравнение (3) показывает, что годограф ОГТ в скважинной модификации является гиперболой. Для преобразования оси синфазности в линию необходимо подобрать соответствующие значения скорости V(V_огт). Значение V_огт может быть получено путем регулируемого суммирования сейсмограммы ОГТ по набору гипербол, причем каждому значению будет соответствовать свое значение V_огт (Мешбей, 1973; Матусевич, 1974). Введя в каждую точку (L, Н, t) сейсмограммы ОГТ поправку за нормальное приращение (при горизонтальном залегания - кинематическую поправку), приведем время регистрации канала с координатой (L, Н) ко времени :

.(4)

Приближенно величина кинематической поправки для волн разных типов (РР, РS и SS) может быть рассчитана с помощью выражения Дф_В(L,Н).

Для приведения полученного разреза к дневной поверхности следует ввести поправку за пробег волны по стволу скважины по вертикали Дt_0h=, где h - глубина регистрации; V₀ - скорость продольной волны от точки регистрации до дневной поверхности. Уравнение (4) в этом случае приобретает вид:

,(5)

где t - время, приведенное к дневной поверхности.

Системы наблюдения в ПМ ОГТ должны обеспечить надежное выделение и прослеживание волн типов РР, РS SS и др.. При выборе системы наблюдений здесь, как и в наземной сейсморазведке, должны быть определены кратность перекрытий, расстояние между пунктами взрыва и максимальная длина годографа, при которой происходит необходимое запаздывание волны - помехи, а также шаг наблюдений на вертикальном профиле, номера ПВ и каналов, записи от которых принадлежат общей глубинной точке.

Кратность перекрытий зависит от уровня волн-помех. В скважинной модификации ПМ ОГТ эти оценки для волн разных типов (РР, PS, SS) получаются более надежными по наблюдениям ПМ ВСП (Левянт, 1970; Мешбей, 1973). Максимальная длина годографа (база суммирования) находится из условия обеспечения на конце базы суммирования остаточной кривизны годографа волны-помехи в полтора периода (30-50мс), при которой происходит ее подавление. Для качественных оценок длины годографа можно воспользоваться уравнением (5) или функциями запаздывания между многократной и однократной отраженными волнами, получаемыми по данным ПМ ВСП.

Выбор шага наблюдений и расстояния между ПВ в скважинной модификации ПМ ВСП имеет свои особенности, даже для волн одного типа. Для двух годографов, полученных на соседних глубинах Н₁и Н₂, расстояние ДL определяется из выражения:

ДL= L.

Очевидно, что суммирование по ОГТ может осуществляться лишь для одной границы, причем с изменением L меняется ДL. Поэтому, для изучения близкорасположенных границ необходимо выбирать шаг суммирования и изменять его для различных интервалов времен, т.е. получать несколько временных разрезов, в совокупности освещающих исследуемый разрез.

В работе (Теплицкий, 1973) показано что при ВСП различие в кинематике однократных и многократных волн с глубиной наступает быстрее, чем при увеличении базы суммирования, поэтому эффективное суммирование при наблюдениях на разных глубинах может быть достигнуто уже при небольших длинах годографа и при сохранении максимальных расстояний между точками наблюдений. Особенно эффективной такая методика будет при многоточечной регистрации (18-24 точек) на вертикальном профиле. Требования к шагу наблюдений на вертикальном профиле аналогичны требованиям наземной сейсморазведки и должны удовлетворять условиям уверенной корреляция волн разных типов, т.е.

,

где V_К - кажущаяся скорость исследуемой волны; Т - период колебаний. При изучении глубоких горизонтов, представляющих основной разведочный интерес, эти требования, как правило, выполняются.

Уравнения годографа ОГТ в скважинной модификации в случае наклонной границы раздела имеют более громоздкий характер и здесь не приводятся. Общий же подход заключается в том, что в уравнения наземного годографа ОГТ вводятся две поправки: время пробега волны от точки приема на вертикальном профиле до дневной поверхности (по направлению распространения сейсмического луча) и нормальное приращение (кинематическая поправка). При обработке материалов могут быть применены различные виды регулируемого суммирования; алгоритмы и приемы такой обработки изложены в тех же работах.

2.1.2Суммирование записей ПМ ВСП в общих точках приема и взрыва [35]

В поляризационном методе ВСП для анализа волновых полей используется корреляция ППК, при селекции волн по кинематическим признакам на сравнительно небольших базах применяется направленное суммирование, РНП, вычитание и другие приемы [28]. В условиях регистрации слабых глубинных отражений на фоне высокоскоростных многократных волн, мало отличающихся по кажущимся скоростям и форме годографа от однократных отражений, эти приемы оказываются недостаточно эффективными. Поэтому для обеспечения необходимого разрешения волн в полуторном периоде базы суммирования должны быть увеличены (Мешбей, 1973; Матусевич, 1974). Суммирование записей ВСП по точкам приема на больших базах в случае горизонтально - слоистой среды описано в (Мешбей, 1973). Нами исследованы возможности такого суммирования для наклонного залегания отражающих границ.

Очевидно, что для волн типов РР, РS и SS,. характеризующихся различными скоростями распространения, базы суммирования будут неодинаковыми, и для их выбора требуется знание параметров анализируемых волн. Такая информация может быть получена при применении к записям скважинных наблюдений ПМ аппарата регулируемого суммирования РС, который хорошо себя зарекомендовал при обработке материалов наземной сейсморазведки (Гамов, 1974; Мурашко, 1975). Регулируемое суммирование представляет собой многократное суммирование записей по криволинейным (гиперболическим или пароболическим) функциям с целью повышения отношения А_сигн/А_пом. Параметр регулируемого суммирования должен обеспечить аппроксимацию наблюденных годографов для суммирования. РС при ПМ ВСП может быть применено к записям, полученным на уровенных (по общим точкам приема ОТП) и вертикальных (по общим точкам взрыва ОТВ) профилях для выделения волн разных типов. В рассматриваемых моди-фикациях РС выполняется по гиперболическим осям для модели однородной среды или среды с заданным распределением средних скоростей, причем суммирование может быть применено как к записям фиксированных компонент, так и следящим составляющим волн типов PP, PS или SS (рис.2). Линия суммирования представляет собой теоретические годографы. Для описания функций запаздывания (разности годографа анализируемой волны и линии суммирования) используется как строгое, так и приближенное решение. Последнее с достаточной точностью получается путем параболического разложения вертикального годографа отраженной волны (Гальперин и др., 1975):

ф(L,H)=, (6)

где l - расстояние «ПВ - устье скважины»; V_c, V_ce - априорная и истинная (эффективная) скорость по пути «дневная поверхность - отражающая граница - точка наблюдений»; ц, ц_е - априорный и истинный (эффективный) углы наклона границы; t_oc - нулевое время вертикального годографа отраженной волны с учетом глубины наблюдения; t_В - вертикальное время Р или S волны, снимаемое с годографа прямой волны.

Уравнение (6) и расчеты показывают, что функция суммирования как для уровенного, так и для вертикального годографов отраженной волны является практически линейной даже в случаях существенных отклонений заданной скорости Vc от истинной Vce. При суммировании в записи вводятся кинематические поправки Дt_k=t (L,H) - t_oc (L,H), где t(L,H) - наблюденный годограф отраженной волны. Величина поправки вычисляется по формуле Дt_{K ?.} Получаемые при суммировании времена t_o(L,H) легко привести к времени t_o(L) на дневной поверхности:

t_o(L)=t_B cosц+.

При суммировании в качестве переменного параметра принимаем угол ц_i. Будем его изменять в интервале ц₁-ц_2, в зависимости от углов наклона границ в окрестностях исследуемой скважины. Для расчета используем априорные данные о скоростях Vc=f(t_oc,H). В результате РС получаются суммоленты. Очевидно, что значения ц₂ на суммолентах будут соответствовать истинным только в том случае, когда Vc=Vce. Поскольку в общем случае такое условие не соблюдается, то возникает необходимость определения параметров Vce и ц_е по разрастаниям на суммолентах. Максимум разрастания на суммолентах достигается при минимальном сдвиге функции запаздывания на выбранной базе суммирования.

Для уровенного годографа разность функции запаздывания на базе суммирования L₂-L₁ записывается в следующим виде:

Дф(L,H,ц)=.(7)

Если функции запаздывания линейны, то максимум разрастания получим при Дф=0. Тогда для трассы с максимальным разрастанием выполняется условие:

Знак правой части последнего уравнения определяется алгебраической суммой (L₂+L₁). Анализируя совместно суммоленты различных систем наблюдений, можно найти параметры V_ce, ц_e. В частности, для суммолент, полученных на симметричных базах, будем иметь:

, ц_е=arcsinС Vce,

где: D=; C=.

При суммировании записей встречных наблюдений параметры Vce и ц_е определяются соотношениями:

Vce=Vc; ц_е=arcsin;

где D=; С=; Уt_o=(t_ОС1-t_B)+(t_ОС2-t_B).

Для системы вертикальных годографов приведем лишь окончательные уравнения. Более подробно их вывод и процедура РС рассмотрены нами в отчете (Мирзоян, Гальперин и др., 1975). При использовании суммолент нагоняющих вертикальных годографов отраженных волн формулы для вычисления Vce и ц_е имеют вид:

Vce=Vc; ц_е=arcsin,(8)

где D=; C=.

Для системы встречных вертикальных годографов уравнения (8) имеют аналогичный вид, за исключением величины C=.

Таким образом, выделенные на суммолентах разрастания отождествляются по t_oc, снимаются значения ц₁ и ц₂, а затем по ним проводится вычисление коэффициентов D, C и величин Vce и ц_е. Комплексирование обоих видов РС повышает надежность анализа и интерпретации волнового поля, обеспечивает корреляционную увязку волн на уровенных и вертикальных профилях. Материалы РС дают информацию о параметрах полезных волн и волн-помех, необходимую в дальнейшем процессе обработки, в частности, для построения временных разрезов. При ВСП временные разрезы обеспечивают увязку данных по вертикальным, уровенным и наземным профилям. Способы построения временных разрезов по наблюдениям ПМ ВСП на вертикальных и уровенных профилях при горизонтальном залегании границ описаны в (Музыка, Гамов, 1974). Здесь мы рассмотрим особенности их построения в случае наклонных границ раздела.

Построение временных разрезов в случае наклонных границ сводится к введению кинематических поправок с учетом наклона границ таким образом, чтобы трансформированные годографы на временном разрезе давали правильную линию t_o(L). Найдем необходимые для этого кинематические поправки в предположении, что наклоны границ известны, например, по данным РС. Пусть среда до границы с наклоном ц однородна и характеризуется скоростью V. В этом случае уравнение вертикального годографа отраженной волны имеет вид:

t₁=.

После ввода кинематических поправок ?t₁ получим линию «t₀» на результирующем разрезе, описываемую уравнением:

.(9)

Учитывая, что координаты точки отражения при нормальном падении пластов определяются как , то подставляя это соотношение в (9), окончательно получим , что отражает соответствие трансформируемого (преобразованного) годографа линии t_o(L) временного разреза.

Осуществляя перебор по углам ц при априорно заданных скоростях, можно с требуемой точностью определить параметры Ve и ц_е для расчета кинематических поправок и получения временных разрезов. Основные этапы построения временных разрезов ПМ ВСП следующие:

1. Ввод трехкомпонентных записей, расчетных поправок, редакция.

2. Ориентирование записей, получение фиксированных компонент.

3. Расчет кинематических поправок с различными значениями ц для волн разных типов. Суммирование записей, получение суммолент РС, определение параметров исследуемых волн, расчет исправленных кинематических поправок.

4. Ввод исправленных кинематических поправок, получение участков временных разрезов, двумерный перебор участков временных разрезов по V, W, ц, анализ и определение природы и типов основных групп волн.

5. Получение временных разрезов для волн разных типов по фиксированным и следящим составляющие и их окончательная фильтрация.

2.1.3 Спрямление годографов волн разных типов [36]

При обработке материалов ВСП одним из этапов выделения полезных волн на фоне помех является способ спрямления осей синфазности отраженных волн. Однако этот способ при наблюдениях на продольных профилях может быть использован только для продольных волн в условиях горизонтального залегания границ. В других случаях он неприемлем из-за различий в кинематике первой продольной и отраженных РР-волн, которые приводят к переспрямлению или недоспрямлению осей синфазности волн. Величина переспрямления (недоспрямления) будет зависеть от удаления L и углов наклона границ ц.

При наблюдениях на продольном вертикальном профиле неучет угла ц наклона границы приводит к переспрямлению годографов отраженных РР волн на величину Дt₁=t(1-cos б)+д₁, где t - текущее время на годографе отраженной волны; д=t(1-cosг); г=arctqtq ц (при H_B > ? г=0).

При наблюдениях на непродольных профилях, даже в случае ц=0, будет отмечаться переспрямление осей синфазности отраженных волн на величину

Дt=t(1-cos б)+д; б = arctg ; д₂=t(1-cosг₂) ; г₂=в-б ; в=arctg.

С увеличением H_B значения г₂ и д₂, уменьшаются. Поправка Дt₂ для L?O и ц?о будет изменяться в зависимости от величины и знака угла наклона границы и варьировать в интервале Дt_ц>0 < Дt_ц=0 < Дt_ц<0.

Поскольку наблюдения ПМ выполняются в сложнопостроенных средах на различных расстояниях ПВ от скважины и при этом используются волны разных типов, оказалось необходимым развить способ (Демиденко, 1966) с тем, чтобы вводить поправки за переспрямление осей синфазности. Необходимые формулы для этого имеют вид:

Дt= t(L)-; cos б=,(10)

t(L)=, Vc=,

где t(L) - время пробега отраженной волны на дневной поверхности; Vн - средняя скорость от дневной поверхности до точки наблюдения; V_t - средняя скорость от дневной поверхности до отражающей границы.

Из уравнений (10) следует, что при H_B=H и H=0 скорости Vc=V и они являются наименьшими. Для всех промежуточных глубин значение Vc будут возрастать за счет уменьшения пути пробега в верхней части разреза. При отсутствии данных об углах наклона границ ц, их значение находятся методом подбора. При этом в первую очередь рассчитываются поправки для ц=0, а затем после их ввода в записи анализируется форма спрямленных годографов отраженных волн по величине дисперсии точек спрямленного годографа у². Значение у²>N свидетельствует о недоспрямлении годографа, знак у² указывает на то, в какую сторону нужно изменять ц при его подборе (если у²<0, то ц следует увеличивать, при у²>0 - уменьшать).

Глубина отражающей границы Н_В может быть оценена на основе выражений, приведенных выше. При этом погрешности определения истинных значений глубины Нв могут достигать ±100м, что обуславливается практической параллельностью годографов отраженных волн при таком различии глубин.

Предложенный способ был опробован при модельных и полевых наблюдениях в ЗКП. На рис. 3 показаны возможные отклонения спрямленного годографа за счет неучета углов ц (кривые 1 изображают исходные годографы, 2 - спрям-ленные). Максимальное недоспрямление годографов составляет 0,04с при ц=10є. Рисунок иллюстрирует эффективность спрямления годографов монотипных (продольных РР) волн по наблюдениям ПМ ВСП в скважине Калужская № 60 при удалениях 500м. Для первой границы значения ц составляет 7є, для второй и третьей - 11є. Неучет углов мог привести к недоспрямлению годографов первой и второй волны на 0,04с, а третьей - на 0,05с.

Для спрямления обменных годографов PS-волн величина поправки определяется из совместного решения уравнений годографов обменной отраженной волны на дневной поверхности (Гальперин, 1971; Пузырев, 1965) и во внутренних точках среды. Опуская промежуточные выкладки, запишем:

Дt_{B PS} =,

где ; L=; i_s=arccos.

Величина корректирующей поправки для каждой волны определяется соотношением Дt_КОР (Н) =t_СПР (Р) -. Результирующая статическая поправка находится как средняя для данной глубины по всем выделенным отражениям .При необходимости используются весовые коэффициенты достоверности поправок по каждой волне.

Предложенный способ обеспечивает преобразование сейсмограмм непродольных наблюдений ВСП в сейсмограммы с вертикальными осями синфазности, что существенно расширяет возможности разделения волн на вертикальных профилях и позволяет осуществлять коррекцию статических поправок.

2.1.4 Способ построения отражающих границ по данным ВСП в сложнопостроенных средах [22]

Для селекции волновых полей в ПМ ВСП применяются принципы полярной ПК и поляризационно-позиционной ППК корреляций, основанные на использовании всех параметров волнового поля - скорости, частоты и поляризации колебаний. Среди этих параметров скорости сейсмических волн играют важнейшую роль, так как от их знания зависит точность структурных построений, эффективность различных схем накапливания и преобразования сигналов. Во всех районах, где выполнялись наблюдения ПМ ВСП, выделены и прослежены продольные и обменные волны. Для их анализа, обработки и совместной интерпретации с другими геофизическими данными, оценке скоростей V_P и V_S, предложен ряд методических приемов (способов), использование которых обеспечивает определение упруго-деформационных модулей г, у, E.

Использование обменных волн в комплексе с продольными имеет важное значение в сейсморазведке, особенно при решении задач ПГР. Обменные РS-волны образуются практически на всех геологических границах от обычных точечных взрывов, регистрируются на всех доступных глубинах и значительных расстояниях от ПВ, характеризуются высокой интенсивностью. Во многих районах волны PS на Z-компоненте имеют существенную вертикальную составляющую и мешают прослеживанию продольных отражений. Вместе с тем, волны PS содержат полезную информацию о скоростях поперечных волн Vs, для извлечения которой соискателем предложен ряд новых способов, учитывающих специфику наблюдений на вертикальных, уровенных и наземных профилях ПМ. В основу предложенных способов положен принцип совместного использования параметров поляризации обменных волн и разности времен пробега продольных и обменных отражений, на одной и той же границе раздела.

2.2.1 Определение скоростей Vp и Vs по вертикальным годографам отраженных монотипных и обменных волн [28]

Наиболее надежные данные о скоростях получаются по наблюдениям в скважинах на основе первой продольной и прямой поперечной волны. При этом определяются, в основном, скорости продольных волн (Гальперин, 1971; Пузырев, 1965; Рудницкий, 1968). Методика изучения скоростей поперечных волн до конца не разработана и здесь отмечается ряд трудностей. S-волны регистрируются на фоне различного рода кратных, отраженных, обменных и других волн, что существенно снижает точность определения скоростей Vs. В то же время скоростная характеристика разреза не только по Р, но и по S волнам представляет интерес как для решения структурных задач, так и для прогнозирования вещественного состава геологического разреза. Для получения независимых данных о скоростях распространения сейсмических волн целесообразно использовать наряду с прямыми P и S-волнами отраженные и проходящие PS-волны. В работе (Теплицкий, 1973) обсуждаются возможности получения данных о скоростях продольных волн по наблюдениям на уровенных профилях, однако на практике определения обычно выполняются нa вертикальных профилях. Рассмотрим способы вычисления скоростей по вертикальным годографам монотипных волн.

В случае плоской наклонной границы и однородной покрывающей среды (или среды с заданным распределением средних скоростней) уравнения вертикального годографа отраженной монотипной волны и его первой производной имеют вид (Теплицкий, 1973):

V,

V,(14)

где t - текущее время годографа отраженной волны; Vc - средняя скорость по пути «дневная поверхность - отражающая граница - точка наблюдения»; L - расстояние от пункта взрыва до вертикального профиля; Н - глубина точки наблюдения; Н_В - глубина до отражающей границы; ц - угол наклона границы.

Решая совместно эти уравнения после преобразований получим:

V.(15)

Уравнение (15) может быть использовано для определения средней скорости по годографам отраженных волн на участке, вскрытом скважиной. Причем знание угла наклона отражающей границы ц не является обязательным, так как производную dt/dH можно определять по годографам. Этот способ представляет особый интерес в тех случаях, когда начальная часть сейсмограммы осложнена волнами-помехами (трубными, кабельными и др.), а в последующих вступлениях прослеживаются отраженные волны. При этом предполагается что глубина до отражающей границы может быть оценена с точностью ± 100м.

Большой интерес представляет способ определения скоростей ниже забоя глубокой скважины. В уравнениях (14) положим ц = 0, тогда

V, .

Заменив dt/dH=1/Vк и исключая параметр Н_В из уравнения (15) расчет значений V_ei и Н_вi произведем по формулам:

V, .

Далее для каждой точки наблюдений находятся значения V_ci и H_Вi. Из этих данных можно получить сведения о скоростях распространения волн ниже забоя скважины. Поскольку значения V_ci, определенные в каждой точке наблюдения, соответствуют одной и той же отражающей границе, то в случае их дисперсии необходимо произвести их выравнивание (осреднение) и дальнейшие расчеты средних скоростей до отражающей границы V_i производить по формуле

.

Таким образом, по каждому вертикальному годографу находятся глубина Н_Bi и средняя скорость Vi. Значения глубин Н_Bi, найденные по различным точкам вертикального годографа, будут одинаковы лишь в случае правильного определения скоростей Vi. Поэтому по аналогии с (Глан Ю.Р. и др., 1975) представляется целесообразным определить те значения Vi, при котором будет минимально среднеквадратическое отклонение величин Н_Bi , полученных от разных точек вертикального годографа где n - число точек наблюдений. Найденные значения Vi, H_Bi используются для продолжения вертикального годографа t(H_B) или кривой V(Н_B) ниже забоя исследуемой скважины.

Описанный способ пригоден для определения скоростей монотипных волн ниже забоя скважины в условиях горизонтального и пологого залегания границ (ц?15°) и слабоградиентных сред. В случае больших наклонов отражающих границ необходимы учет углов наклона границ и применение итерационных приемов. Полученные первичные данные рассматриваются как первое приближение оценок Vi. Подставив их в последнее уравнение, можно найти угол наклона границы, в затем вновь повторять вычисления. Итерационной процесс продолжается до тех пор пока различая в скоростях не станут минимальными, т.е.(V_ik-V_ik+1)?уV, где уV - заданный порог точности.

Для повышения точности оценок Vci целесообразна совместная обработка вертикальных годографов, отработанных из различных ПВ. При обработке системы из нескольких нагоняющих вертикальных профилей для определения скоростей могут быть использованы следующие уравнения:

V, , sin ц=,

где L₁ и L₂ удаления ПВ от скважины; t_1i- время регистрации отражающих волн, связанных с одной и той же отражающей границей на одном уровне Нi.

Отметим еще одну возможность повышения точности определения скоростей по вертикальным годографам отраженных волн. В большинстве случаев наблюдения ВСП выполняются из продольного (х = 100-150м) и непродольных ПВ (х = 600-800 м). Определив глубины до отражающих горизонтов по непродольным наблюдениям и времена пробега волн до этих границ по продольному профилю, можно определить интервальные скорости на участке ниже забоя глубокой скважины

V,

где Дti - разность времен вступления отраженной и первой продольной волны на глубине наблюдения Нi.

2.2.2 Определение Vs по вертикальным годографам обменных отраженных и проходящих волн [28]

Задача определения Vs по вертикальным годографам обменных волн наиболее просто решается в случае однородной среды (или среды с заданным распределением средних скоростей) в условиях горизонтального залегания границ обмена. При этих условиях уравнения годографа обменной волны и его производной имеют вид (Гальперин, 1982):

t=, ,,(16)

где Vр - скорость распространения продольных волн до границы; Vs - скорость распространения поперечных волн между границей и точкой приема; n=Vs/Vp ; i_p - параметр луча (угол выхода из источника); Н - глубина наблюдения; Нв - глубина до отражающей границы по вертикали. Верхний знак соответствует обменным отраженным, нижний - обменным проходящим волнам.

Исключив параметр n=Vs/Vp и решая совместно уравнения (16) можно вычислить величину угла i_р и использовать их при расчетах глубин Н_В и средних скоростей Vs поперечных волн на участке границы обмена - точки приема. При известных значениях Н_В и i_p скорости Vs составляют:

.

Очевидно, что полученные по последней формуле скорости Vsi будут изменяться в зависимости от положения точки приема по отношению к границе обмена. Для определения интервальных скоростей Vsi _инт между точками наблюдений и времен пробега волн от границы до точки приема, воспользуемся следующими уравнениями;

, .

Наличие в исследуемом интервале глубин нескольких волн РS, позволяет повысить точность и надежность определения времен и скоростей поперечных волн (Абдуллаев Р.А.). При их совместной интерпретации выражения для Vs и имеют вид:

,,

где - величина приращения времени пробега S волны между соседними точками приема i и i+1; e - индекс волны.

Оценка точности определения скоростей Vs предложенным способом проводилась по тестовым и экспериментальным материалам в различных сейсмогеологических условиях Западного Предкавказья. Критерием точности определения Vs являлось совпадение вертикальных годографов t_S(Н), построенных по прямой S-волне и по обменным PS волнам. Максимальные различия в пластовых скоростях достигали 2-4%, а во временах - 1-2%. На тестах оценивалось влияние ошибок в задании скоростей Vр на точность определения Vs. Разброс в значениях скоростей Vр составлял ±15% при абсолютной величине скорости Vр = 2000м/с. Выполненные расчеты показала слабое влияние заданных ошибок на точность определений интервальных скоростей Vs _инт. Некоторые различия отмечены во временах сопоставляемых вертикальных годографов t_S(Н). Вертикальные годографы t_S (Н), рассчитанные при скоростях Vs, заданных с ошибками, оказались параллельно смещенными на 0,02-0,025с относительно годографа, расчитанного с истинной скоростью.

При исследованиях на уровенных профилях, особенно при значительных удалениях ПВ от устья скважины (L=1,0-3,0 км), на сейсмических записях кроме продольных зачастую наблюдаются хорошо коррелирующиеся обменные волны, представляющие разведочный интерес. В этих условиях определение скоростей Vs возможно для разных точек отражения обмена на границе по формуле

,

где ; ; b₁=H_B-H_Р1; b₂=H_B-H_P2.

Выполненные расчеты с использованием численных примеров и моделей показали, что погрешности в определении скоростей для глубин 2200- 2600м не превышают 3-5%, а времен - 2-3%. Критерием точности являлось совпадение вертикальных годографов поперечных волн, полученных по прямой S - волне и по обменным волнам. В целом результаты исследований позволяют рекомендовать предложенный способ к широкому использованию с целью определения скоростей Vs на вертикальных и уровенных профилях.

2.2.3 Определение скоростей Vs по продольным и обменным отраженным волнам с использованием параметров поляризации [48]

Рассмотрим возможности определения скоростей поперечных волн методом ВСП по способу, предложенному в работе (Мануков, 1973). Построения произведем для следующих условий (рис. 4). Отражающая граница R- горизонтальна, покрывающая среда однородна или задана моделью средних скоростей, глубина до отражающей границы Нb известна по данным ПМ ВСП. В точке А на границе происходит отражение-обмен РР и РS-волн, регистрируемых на вертикальном профиле соответственно на глубинах Нр и Нs в точках С₁ и В₁.

Пункт взрыва располагается в точке О, б - угол падения и отражения продольной волны, в - угол отражения (прохождения) обменной волны, удаление ПВ от устья исследуемой скважины L. Скорости продольных Vp и поперечных Vs волн, которые в случае модели средних скоростей определяются с учетом глубин регистрации как Vp(s)=, где t и t-времена по вертикальному годографу продольной или поперечной волны на глубинах и ; - глубина до отражающей границы; - глубина точки регистрации.

Разность времен пробега обменной и продольной волн составит:

,

где .

Если произвести ряд простых преобразований, то можно получить выражение для определения скорости

V_S=; .(17)

Для вычисления скоростей V_S по (17) необходимо знание углов б или глубин Н_р и H_s, соответствующих одной и той же точке отражения - обмена. Величину угла б можно найти из рассмотрения треугольника ОО₁О₂: tg a = . Угол в между вектором смещения и вертикалью определяется с помощью диаграмм направленности многокомпонентных записей по соотношению минимальной и максимальной амплитуд: tg в=tgШ, где Ш - угол наклона компоненты полярной (азимутальной) установки. С целью контроля и повышения точности определений V_S значение угла в может быть также найдено на основании закона Снеллиуса c использованием выражения, полученного в работе (Васильев, 1976) sinв = sinб. Связь между величинами Н_P и H_S определяется выражением .

Таким образом, вычислив по приведенным уравнениям параметры, непосредственно по сейсмограммам ВСП определяют значения Дt_PS-P, которые подставляют в формулу (17) для расчета скоростей Vs поперечных волн.

При ранее принятых допущениях получена также формула для определения скоростей Vs на основе решения уравнения годографа обменной волны, заданной в параметрической форме (Берзон, 1966). Не приводя промежуточных выкладок и преобразований, запишем окончательное выражение для определения скоростей V_S:

.(18)

Скорости, полученные по формулам (17) и (18), будут изменяться в зависимости от положения точек регистрации по отношению к границе обмена. Для перехода к определению времен и интервальных скоростей между точками приема используем уравнения:

Наличие в исследуемом интервале глубин нескольких волн PS позволяет повысить точность и надежность определения времен и скоростей поперечных волн на основе их статистической обработки.

2.3 Определение скоростей V_P и V_S при позиционных наблюдениях на море

Несмотря на существенный прогресс, достигнутый в морской сейсморазведке за последние годы, связанный с внедрением многоканальных цифровых систем, мощных источников возбуждения, более совершенных способов обработки и интерпретации материалов, эффективность этого вида разведки в сложных средах, особенно при прогнозировании геологического разреза по одним продольным волнам, остается во многих случаях недостаточной. Поэтому в последние десятилетия на море были проведены исследования, направленные на привлечение к интерпретации, наряду с продольными, и других классов сейсмических волн, в первую очередь, обменных отражений. При использовании обменных волн, благодаря меньшим скоростям их распространения, можно, с одной стороны, рассчитывать на повышение разрешающей способности сейсморазведки, а с другой, на получение новых дополнительных данных о скоростях поперечных волн, упруго-деформационных модулях среды, тесно связанных с литофациальными особенностями геологического разреза.

Обменные волны образуются практически на всех геологических границах, регистрируются на всех доступных глубинах и на значительных удалениях от источника возбуждения. Несмотря на то, что PS волны являются помехами при выделения продольных отражений, они несут в себе ценную информацию о скоростях поперечных волн. Для совместной интерпретации обменных PS волн с продольными должны быть определены границы их образования и получены данные о скоростях поперечных волн. Эти условия обеспечиваются при наличии исследований ПМ ВСП в глубоких скважинах. Соискателем предложен ряд новых способов определения скоростей V_P и V_S по позиционным наблюдениям.

2.3.1 Определение скоростей Vs по наблюдениям ПМ ОГТ [55]

Для определения скоростей Vs прежде всего должны быть отождествлены одноименные границы продольных и обменных волн, т.е. должны быть установлены границы отражения - обмена для их совместной интерпретации. Для расчетов воспользуемся уравнениями, полученными Н. Н. Пузыревым для годографа PS - волны в методе ОГТ при различных соотношениях ?/Н_В (? - база приема, Н_В - глубина до отражающей границы)и углах ц наклона границы:

;

В практике сейсмических исследований встречаются ситуации, когда ?/Н_В?2. Уравнение годографа ОГТ для такого случая нами получено способом Пузырева и представляется полиномом 4-й степени:

,

где М =1-, h , .

Решение задачи может быть реализовано в два этапа: на первом этапе осуществляется отождествление по кинематическим и динамическим признакам одноименных границ по РР и PS-волнам, на втором - производится расчет скоростей. Наиболее целесообразно отождествление волн выполнять по временным разрезам, полученным на оптимальных для каждой волны фильтрациях. Максимальное подобие достигается в условиях приблизительного равенства длин волн, при которых отмечается сходство формы записи, частотных, энергетических и других характеристик. При корреляции и отождествлении одноименных фаз требуется совпадение времен регистрации доминирующих отражений.

Решим систему уравнений, определяющих взаимосвязь обменных и продольных волн по временным разрезам ОГТ [ ]:

, tq, 2t ,

где - приращение времени на базе; Vps - средняя скорость обменной волны.

Решив совместно эти уравнения и приняв после соответствующих преобразований будем иметь:

.(19)

Если в (19) принять и , то получим формулу для определения скоростей при небольших удалениях «ПВ - пункт приема»:

.(20)

Использование уравнений (19) и (20) обеспечивает определение скоростей V_P по обменным отражениям. Полученные данные сопоставляются по скоростям V_P, вычисленными по продольным волнам, и осуществляется достаточно строгая идентификация по РР и PS-волнам одноименных отражающих горизонтов на временных разрезах ОГТ. С этой целью строятся зависимости Vp(t_op) и Vp(t_ops) и по ним определяются времена t_op и t_ops, соответствующие одной и той же скорости Vp. После этого становится возможным определение скоростей Vs. Необходимые расчетные формулы получаются на основе совместного решения уравнений годографов ОГТ по РР и PS-волнам. Значения скоростей Vs определяются из уравнений:

; .

При значениях l=2Н_В формула для определения Vs имеет более сложный вид, и здесь не приводится. Однако, независимо от этого, на основе полученных уравнений представляется возможным определение скоростей поперечных волн V_S с использованием обменных отражений при любых соотношениях ?/Н_В. Широкое использование волн PS и их параметров для совместной интерпретации с РР волнами может оказать существенную помощь при изучении упруго-деформационных характеристик разреза, напряженного состояния, трещиноватости и нефтегазонасыщенности горных пород и, в целом, способствовать повышению эффективности решения задач ПГР в морской сейсморазведке.

2.3.2 Определение скоростей Vp в сложнопостроенных средах [17]

Рассмотрим решение этой задачи на примере отложений южного склона Северо-Западного Кавказа. Геологическое строение района очень сложно и характеризуется развитием линейно вытянутых складок и узких синклинальных прогибов, в ряде случаев предполагается наличие опрокинутого залегания слоев. В районе широко развиты дизъюнктивные нарушения. Рельеф местности резко пересеченный, сейсмические работы проводятся вдоль долин, прорезающих горные хребты. Опыт сейсморазведочных работ показывает, что на сейсмических записях, как правило, отсутствуют протяженные оси синфазности и запись осложнена нерегулярными помехами. Особенности геологического строения района определяют существенную изменчивость скоростей как и вертикальном, так и в горизонтальном направлениях, что подтверждается данными сейсмического каротажа в ряде скважин. Указанные обстоятельства не позволяют применять обычные схемы наблюдений, и методика сейсморазведки должна основывается на применении различных вариантов РНП.

Для определения эффективной скорости была разработана методика, основанная на идее метода взаимных точек (Пузырев Н.Н.). Для получения исходного материала были заданы наблюдения по схеме, характеризующейся высокой плотностью и оптимальным расстоянием между пунктом взрыва и центром расстановки сейсмоприемников. Наблюдения производились на крестообразно расположенных установках, рассчитанных на последующую обработку по методу РНП: выделение разрастаний на суммолентах и определение приращении времени Дt₁₁ и Дt₁, на ветвях крестов соответственно параллельным и перпендикулярным линиям, соединяющим точку взрыва и центр креста. Расстояние между пунктом взрыва и центром креста составляло 1500-3000м, что обеспечивало ошибку в определении Vэф~3000 м/с не более 5-10% на временах до 3с. Суммирование проводилось на базе 220м.