Vср=∆х/∆t. tpаз=t-t`+T

сейсморазведочные исследования

Цель работы

Изучение устройства, порядок работы телеметрической сейсморазведочной системы ТЕЛСС-3, проведение полевых работ, интерпретация результатов.

Приборы и оборудование

Полевой измерительный блок на 4 канала; интерфейсный модуль USB для управления и регистрации со встроенным полевым измерительным блоком; сейсмическая коса на 4 канала с разъемами для подключения сейсмоприемников KCL через 2 м; сейсмоприемник вертикальный GS-20DX с отводом KCL 0,5 м (4 шт.); сейсмоприемник горизонтальный GS-20DX-2В с отводом KCL 0,5 м (4шт.); кабель синхронизации на катушке; блок питания аккумуляторный АБ-1209; источник возбуждения (резиновый и деревянный молотки); вычислительный ноутбук.

Порядок проведения работы

1. Знакомство с комплектом приборов и оборудования сейсморазведочной системы.

2. Проведение полевых работ.

3. Анализ полученных результатов.

4. Интерпретация.

Пояснения к работе

Сейсморазведка – раздел разведочной геофизики, основанный на изучении распространения в земной коре упругих волн, вызванных взрывом или ударом. Упругие волны распространяются во все стороны от источника и проникают в толщу земной коры. Здесь они претерпевают отражение и преломление после чего частично возвращаются к поверхности земли, где регистрируются сейсморазведочной станцией. Измеряя время распространения волн и изучая характер колебаний, можно определить глубину залегания и форму тех геологических границ, на которых произошло преломление или отражение волны, а также судить о составе геологических пластов, через которые волна прошла на своем пути.

В сейсморазведке различают 2 основных метода: метод отраженных волн (MOB) и метод преломленных волн (МПВ). Последний основан на изучении упругих волн, преломившихся на границе пластов при условии, что скорость в нижележащих слоях больше, чем в вышележащих. То есть, если в среде существует граница (границы) разделяющая среды, где нижележащий слой имеет скорость v₂ большую, чем у вышележащего слоя, скорость которого v₁, то при падении лучей (сейсмических волн) на такую границу создаются головные (преломленные) волны. Они образуются только на определенном удалении от источника, когда возникает скользящая вдоль границы волна при угле падения, равному некоему критическому углу i:

Головные волны параллельны друг другу (рисунок 1).

Рисунок 1. Схема образования головных волн

Скорость распространения головных волн больше, чем падающих и отраженных, поскольку υ₂>υ₁. Эти волны имеют и значительно большую амплитуду. Однако, приведенная картина не означает, что на рассматриваемой границе нет других волн. Соответственно присутствуют и отраженные и второстепенные волны.

Полевые наблюдения МПВ выполняются на эталонной площадке. Работы проводятся путём последовательного создания упругих колебаний в пунктах возбуждения (ПВ), расположенных вдоль линии сейсмического профиля на определённом расстоянии от обоих концов сейсмостоянки (интервала расстановки сейсмоприёмников) и в её пределах. Такие наблюдения носят названия нагоняющих и встречных годографов. Сейсмоприёмники (геофоны) подключаются к сейсмокосе. Места установки сейсмоприёмников называются пунктами приёма (ПП). Стандартная сейсмокоса станции ТЭЛСС-3 предусматривает расстановку геофонов с шагом до 2 м. Используется вариант с 12-ю каналами, длина профиля при этом составляет 22 м. Пункты возбуждения располагаются через 6 м с двумя выносами на концах профиля. На первом ПВ устанавливаются металлическая плита, и на расстоянии не более 30 см от неё датчик обнаружения момента удара (одиночный геофон).

Сейсмостанция ТЕЛСС-3 представляет собой единый аппаратнопрограммный комплекс, состоящий из полевых модулей, соединяемых между собой телеметрическим кабелем и подключаемых к центральной регистрирующей системе на базе компьютера типа ноутбук через блок интерфейса USB. (рис. 2).

Рисунок 2 Аппаратно-программный комплекс ТЕЛСС-3

Центральная регистрирующая система представляет собой компьютер типа ноутбук и обеспечивает управление полевыми модулями, задает режимы его работы: регистрацию сигнала с сейсмических кос, тестирование сейсмических каналов, тестирование сейсмоприемников, задает количество накоплений, чувствительность синхронизации, осуществляет сбор и запись данных на жесткий диск в формате SEG-Y, автоматически формируя имя файла. Программное обеспечение позволяет производить предварительную обработку зарегистрированной информации, а также формировать и распечатывать рапорт оператора.

Для включения станции необходимо выполнить следующую последовательность действий:

· Соединить между собой полевые модули с помощью телеметрических кос.

· Подключить интерфейс USB, либо модуль с интерфейсом, к сформированной телеметрической косе установив его в удобное для работы оператора место.

· Подключить с помощью кабеля питания аккумуляторную батарею или другой источник напряжения к разъему питания, расположенному на интерфейсе USB.

· Включить компьютер, дождаться загрузки операционной системы.

· Подать напряжение на полевые модули путем включения клавиши питания на интерфейсе USB.

· Подключить интерфейс USB с помощью кабеля к порту USBкомпьютера.

· Загрузить на компьютере управляющую программу ТЕЛСС.

Запуск программного обеспечения сейсмостанции осуществляется при нажатии ярлыка «ТЕЛСС-3-USB» с рабочего стола операционной системы.Открывается интерфейс пользователя, позволяющий производить работу с файлами (рис. 3).В нижней части экрана располагается панель расстановки, на которой графически отображается сейсмический профиль, а также положение активных каналов. Красным цветом выделены активные каналы.

Рисунок 3. Интерфейс пользователя

Разделы меню Файл (рис. 4) позволяют открыть ранее созданный файл, сохранить зарегистрированные данные в файл, создать и сохранить рапорт оператора, выйти из программы.

Рисунок 4 Разделы меню Файл

При сохранении файла появляется окно, представленное на рис. 5.

Система предоставляет возможность выбора одного из четырех форматов представления данных, диапазона (в отсчетах) сохраняемого сигнала, а также количества сохраняемых каналов.

Рисунок 5 Сохранение информации в файл SEG-Y

Разделы меню Параметры (рис. 6) позволяют задавать параметры регистрации, сохранения и наблюдения.

Рисунок 6 Разделы меню Параметры

При выборе в меню Параметры раздел Регистрация возникает окно, изображенное на рис. 7.

Рис. 7. Окно параметров регистрации

В разделе меню Параметры | Регистрации можно задать коэффициенты усиления (1, 4, 16, 64) для всех каналов, количество отсчетов (1024, 2048, 4096), время дискретизации в миллисекундах (0.25, 0.5, 1, 2, 4), количество накоплений (от 1 до 256), а также установить внешнюю или внутреннею синхронизацию. При внешней синхронизации возможен выбор чувствительности синхронизации (установка коэффициента усиления входного усилителя канала синхронизации) и типа запуска.

Для организации режима предзаписи необходимо выбрать значение количества отсчетов (0-32), которые будут записаны перед запуском сейсмостанции.

Рисунок 8 Окно параметров сохранения

В окне параметров сохранения (рис.8) для файлов, создаваемых автоматически после каждой регистрации, выбирается вид формата файла данных. Если выбрано именование файлов По пунктам возбуждения, то название файла создается по имени линии возбуждения, номеру текущего пункта возбуждения, а также по порядковому номеру наблюдения на данном пункте возбуждения. При сквозном именовании файлов, имя файла при следующей регистрации увеличивается на единицу. Если в разделе Сохранение промежуточных записей выбрать Да, то каждое накопление будет сохраняться в отдельный файл.

В разделе меню Параметры | Наблюдения появляется окно параметров системы наблюдений (рис. 9), где можно задавать имя линии возбуждения, номера пунктов возбуждения и приема и их координаты, номера активных каналов, направление перемещения по профилю. Имя файла при регистрации формируется автоматически из данных имени линии возбуждения, номера ПВ и порядкового номера возбуждения.

Рисунок 9 Окно параметров системы наблюдений

Нач. номер акт. кан. это начальный канал сбора информации в телеметрической станции. Число акт. каналов означает количество регистрируемых трасс. Шаг ПП - это расстояние между сейсмоприемниками

в метрах. Также выбирается способ нумерации каналов, от начала профиля или с конца.

Разделы меню Работа (рис. 10) позволяют производить идентификацию подключенных модулей в станции и регистрировать информацию с телеметрических кос (таблица 1).

Рис. 10. Разделы меню Работа

Таблица 1. Раздел меню Работа

Команда меню Описание команды

Работа | Идентификация Идентификация каналов в станции

Работа | Регистрация Регистрация данных с сохранением в файл (при работе со смещением активные каналы сдвигаются с определенным шагом )

Работа | Перезапись Регистрация данных с сохранением в последний зарегистрированный файл

Работа | Повтор Регистрация данных с сохранением в файл (активные каналы не сдвигаются, так как ПВ не меняется)

С разделами меню Работа можно работать и при помощи горячих клавиш на клавиатуре:

1. Работа | Идентификация – F6;

2. Работа | Регистрация – F5;

3. Работа | Перезапись – F11;

4. Работа | Повтор – F7.

Годограф представляет собой ломаную линию, соединяющую особые точки каналов друг с другом. В данной версии программы реализовано несколько вариантов построения годографа. В первом варианте годограф строится автоматически при нажатии кнопки «Автомат»(по максимальным значениям). Рассчитанные времена первых вступлений сохраняются в массиве. Если включен графический режим, то в окне визуализации зафиксированные времена отображаются флажками (красного или зеленого цвета в зависимости от выбора, например, строится годограф первых вступлений). После этого возможно с помощью «мыши» редактировать времена по каждому каналу. Во втором варианте годограф строится в главном окне просмотра либо по каждому каналу (левая кнопка мыши), либо

при помощи щелчка правой кнопки мыши на изображении начального (появляется метка) и последнего выбранного канала. При этом автоматически рассчитываются времена на промежуточных каналах с одновременным отображением годографа. Пример построенного годографа представлен на рис. 11.

Рисунок 11 Экран визуализации в графическом режиме

Содержание отчёта:

1. Название и цель работы.

2. Краткое описание теории, методики полевых работ и компьютерной обработки результатов, включая графические построения.

3. Основные выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Сущность сейсморазведки МПВ.

2. Комплектность сейсморазведочнойстанции «ТЕЛСС-3-USB».

3.Перечислить последовательность действий при включении сейсморазведочной станции и порядок ее отключения после прекращения работы.

4. Рассказать, как осуществить запись сейсмических сигналов и запуск программного обеспечения сейсмостанции «ТЕЛСС-3-USB».

5.Пояснить, как выполняется построение годографов и их истолкование.

2-я часть работы (дополнительная)

Интерпретация данных сейсморазведочных работ методом преломленных волн (МПВ)

Материалы и принадлежности

Журнал (рапорт оператора) полевых наблюдений, полевые сейсмограммы МПВ, компьютер для обработки результатов измерений в лабораторных условиях, программный продукт ZONDst2D.

Порядок проведения работы

1. Изучение основ интерпретации многослойных годографов МПВ.

2. Компьютерная интерпретация годографов по программе ZONDst2D.

3. Построение сейсмического разреза.

Пояснения к работе

Количественная интерпретация наблюденных годографов МПВ сводится к определению количества слоев в геологическом разрезе, значений скоростей в этих слоях(V) и толщины (мощности) (h). Решение задачи сводится к сопоставлению экспериментальных (наблюденных) и теоретических годографов. В результате подбора добиваются соответствиякрутизны наклонов элементов годографа и точек перегиба. При этом, как правило, привлекается уже имеющаяся информация о строении геологического разреза.

Различают ручную и автоматическую интерпретации. Ручнаяпроизводится в целях первоначальной оценки и изучения особенностей распределения сейсмоволнового поля в изучаемой геологической среде. Как правило, для этого достаточно выполнить анализ результатов полевых наблюдений на четырёх точках возбуждения сейсмического профиля (на начальном, конечном и на удалённых в обе стороны от них пикетах (ПК).Такая технология в сейсморазведке носит название методов встречных и нагоняющих годографов или в их совокупности метод "t₀ и разностного годографов". (рис. 12).Этот метод позволяет восстанавливать положениекриволинейнойграницы и определять не толькограничнуюскорость (V_Г), но и её изменение по горизонтали. При этом различают способы обработки для горизонтальной инаклонной границ между слоями с постоянными скоростями V₁ и V₂.

Рисунок 22 Система встречных, нагоняющих годографов

Ручная интерпретация. На рисунке 13 приведеныгодографы системы наблюдениятехнологией МПВ со следующими параметрами:число каналов - 24, шаг пунктов приема (ПП) - 2 м, приемная линия длиной -46 м, пункты возбуждения (ПВ) на пяти пикетах (–15), 0, 22, 46, 66. Реализована система с возбуждением в центре (ПК22) и на флангах (ПК(-15) и ПК0 и ПК46 и ПК66). Таким образом имеем систему встречных и нагоняющих годографов. Первая, выполненная на пикетахПК(-15) и ПК66 и ПК0 и ПК46, позволяет уверенно распознавать волны от преломляющих границ и их прослеживание по площади, а вторая (система нагоняющих годографов)на пикетах ПК(-15) и ПК0 и ПК66 и ПК45,построенных по данным возбуждений нафланговых пунктах, дает возможность проследить непрерывность преломляющей границы по признаку параллельного смещения годографов.

Рисунок 13 Годографы, полученные путем пикировки первых вступлений

Для построения сейсмических границ (способ t₀) и расчёта граничной скорости в преломляющем слое используются два встречных и наиболее протяжённых годографа. В примере рисунка 13 это годографы выносных (фланговых) пунктов возбуждения на пикетах ПК(-15) с обозначением t, и ПК66 с обозначением t`.

Средняя скорость V_срв покрывающей толще (в верхнем слое) определяется по значениям ∆хи ∆t, соответствующих отрезку прямой рефрагированной волны:

Vср=∆х/∆t

Положение и форма преломляющей границы во временной области на каждом пикете рассчитываются по формуле:

t0=t+t`-T

По схожей формуле определяется и разностное время с целью построения соответствующего годографа:

tpаз=t-t`+T

В этих формулах Т - время во взаимных точках, t – время прямого годографа, t` - время встречного годографа.

Граничная скорость (скорость в преломляющем слое) вычисляется по формуле:

V_Г=∆х/∆t_раз

где значения ∆х и ∆t_разсоответствуют отрезку прямой линии, аппроксимирующей разностный годограф (рис. 14).

Рисунок 14. Построение годографов t₀ и t_pаз

Имея все исходные данные, рассчитывается эхо-глубины преломляющей границы:

По полученным глубинам строится граница и учитывается рельеф (рис. 15).

Рисунок 15 Сейсмический разрез по методу t₀ и разностного годографов

Признаком наклонного залегания границы преломляющего слоя является асимметрия встречных годографов и граничные скорости в каждом из годографов, соответственно, будут не одинаковы. Их можно использовать для определения угла наклона границы преломляющего слоя. Для этого производится аппроксимация сегментов встречных годографов (рис. 16.).

Рисунок 16 Аппроксимация сегментов годографов

После вычисления средней и граничной скоростей угол наклона рассчитывается по формуле:

Технологию МПВ эффективно применять только при углах падения пород до 30º.

Автоматическая интерпретация годографов МПВ выполняется на основе теоретических положений ручной интерпретации. Для получения достоверной томографической картины предусматривается увеличение количества пунктов возбуждения. Весьма эффективной является программаZONDst2D.Внешний вид интерфейса этой программы показан на рисунке 17.Запуска модуля загрузки и пикировки осуществляется кнопкой .

Рисунок 17. Внешний вид программы ZONDst2D

Далее откроется новое окно подпрограммы, в котором для подгрузки сейсмограмм надо нажать кнопку . Откроется окно, в котором следует выбрать тип файла Projectfile, указать местонахождение и выделить файл (проект) сейсмограмм с расширением *.bin (sgy). После этого следует нажать кнопку «открыть»(рис. 18).

Рисунок 18 Выбор местонахождения файла в программеZONDst2D

На основном экране появятся трассы активной сейсмограммы, на которых черной заливкой выделен фронт регистрируемых первых вступлений. Слева на сейсмограмме отображается шкала времени в миллисекундах, снизу пикеты или каналы по возрастанию (рис. 19).

Рисунок 19 Пример пикирования первых вступлений

Следующим действием производится пикирование первых вступлений для чего необходимо нажать на кнопку .Курсор мышки поменяет свой вид на перекрестье. Далее наводя перекрестье на фронт первых вступлений каждой трассы выполняем собственно пикирование (см. рис. 19).

Переход на следующую сейсмограмму, подлежащую пикированию, выполняется левой кнопкой мыши из всплывающего окошка по середине панели инструментов.Открывшаяся сейсмограмма пикируется таким же образом, как и предшествующая.

Следует отметить, что мере того, как будут пикироваться сейсмограммы, на каждой следующей сейсмограмме будет отображаться предыдущая, в виде розовой линии. Вспомогательной опцией является отображение синих точек на сейсмограмме, которые являются следствием принципа взаимности. Эти точки должны совпадать с пропикированными точками на сейсмограмме. Для контроля и визуализации всех годографов сразу следует выбрать в правой части экрана закладку «годограф» (рис. 20).

Рисунок 20. Пример пикировки последней сейсмограммы и отображение всех годографов профиля.

Сохраняем выполненные действия, нажав в панели инструментов «Файл -->Сохранить проект», выбрав тот же файл проекта. Программа заменит старый проект новым с пропикированными годографами.

Переходим в режим обработки, нажав на кнопку . Выскочит окно «Конструктор модели». Нажимаем кнопку «Применить» и соглашаемся со стандартными параметрами модели. На экране сверху появятся годографы, а снизу томографическая модель.

Для перехода в обработку по слоям, сверху, на панели инструментов выбираем центральную из трех цветныхиконок . На экране томографическая модель заменится слоистой. Далее, для аппроксимации полученных годографов одномерной моделью, нажимаем кнопку , и считаем прямую задачу, нажав на кнопку .

В случае если модель плохо подобрана автоматической аппроксимацией её можно изменить. Для этого выбираем опцию «LayeredmodelàModelconstructor» Появится окно стартовой модели, где вручную, зная априорные данные, задаем стартовую модель. В анализируемом примере (файл 1.bin) обозначены интервалы для глубин залегания границ в 1,0 м и 8,5 м и для скоростейV₁=0,10 км/с;V₂=0,15км/с;V₃=0,50км/с (рис. 21).

Рисунок 21. Окно стартовой модели

Закрываем окно, нажав на крестик в правом верхнем углу окна. После чего заданная модель отобразится в основном окне. Запускаем инверсию, нажав на кнопку , после чего, программа начнет просчитывать решение, снижая невязку между теоретическими и полевыми годографами. Пример готового результата приведен на рисунке 22.

Рисунок 22 Пример готового сейсмического разреза

Программа без ключа работает в демонстрационном режиме. Основные ограничения работы этого режима следующие: 1) время работы без ключа 20 минут, до истечения этого времени следует сохранить все наработанные данные, а потом заново загрузить; 2) число точек годографов не должно превышать значение 500; 3) не работает модуль MASW.

Для экспорта годографов необходимо в окне пикирования годографов нажать в панели инструментов «Hodographs ->Savepicks» (рис. 23). Появится окно для указания адреса сохраняемого годографа, следует его указать и присвоить имя файла. Лучше сохранять файл в формате Laccolitegodfile. При выполнении этого действия сохранится один годограф, который является активным. Для сохранения следующих графиков, необходимо переключиться на следующую сейсмограмму с пропикированным годографом и т.д. Сохраненные файлы будут иметь расширение *.god.

Открываем их через Exel. В файле имеется 4 колонки: 1) номер канала; 2) координата х канала; 3) время пропикированного годографа t, мс; 4) число дискрет трассы до отмеченной точки (рис.24).

Рисунок 23 Экспорт годографов

Рисунок 24 Содержание экспортированного файла

Задание для выполнения лабораторной работы сводится к интерпретации результатов сейсморазведочных работ технологией МПВ. Данные для интерпретации получены на эталонной площадке по ул. Зорге в г. Ростове-на-Дону.

Содержание отчета

1. Название и цель работы.

2. Основные приёмы ручной интерпретации данных МПВ.

3. Компьютерная интерпретация результатов МПВ, включая графические построения.

4. Основные результаты и выводы по работе.

Контрольные вопросы

1. Какие существуют современные технологии сейсморазведки?

2. Как пользуясь компьютером построить сейсмические годографы при ручной интерпретации данных сейсморазведки?

3. Какие основные приёмы положены в основу компьютерной интерпретации результатов МПВ?

4. Почему при интерпретации результатов сейсморазведочных работ необходимо использовать априорную информацию о геолого-геофизических особенностях изучаемого разреза?