Изучение и использование скоростей в сейсмических методах преломленных волн тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.12 ВАК РФ

Введение

1. Способы интерпретации материалов МПВ, их возможности и ограничения

1.1. Модели геологических сред

1.2. Способы определения скоростей в покрывающей среде по годографам преломлённых волн

1.2.1. Определение интегральных скоростей

1.2.2. Определение параметров многослойной модели среды

1.2.3. Определение закона изменения скоростей с глубиной в непрерывных средах

1.3. Способы построения преломляющей границы

1.4. Способы определения граничной скорости

1.5. Постановка задачи

2. Способ сопряжённых точек при изучении скорости в покрывающей среде

2.1. Основные положения способа сопряжённых точек

2.2. Поиск сопряжённых точек при неизвестной скорости в покрывающей среде

2.2.1. 0 единственности обратной задачи при неизвестной скорости в покрывающей среде

2.2.2. Нахождение сопряжённых точек методом минимума вариаций параметра модели

2.2.3. Нахождение сопряжённых точек путём корреляции графиков кажущихся скоростей

2.2.4. Возможности способа сопряжённых точек при изучении горизонтально и вертикально неоднородных сред

Выводы

3. Методика определения параметров среды способом сопряжённых точек

3.1. Определение скорости в покрывающей среде

3.1.1. Вычисление кажущейся скорости и оценка размера скользящего окна

3.1.2. Описание алгоритмов определения скорости

3.2. Построение преломляющей границы

3.3. Расчленение среды по граничным скоростям

3.4. Оценка точности решения обратной задачи способом сопряжённых точек

3.5. Влияние отклонений принятой модели среды от фактического её строения на результаты интерпретации

3.5.1. Влияние эффекта проникания

3.5.2. Влияние разрывных нарушений

3.5.3. Влияние локальных неоднородностей в покрывающей среде

Выводы

4. Применение способа сопряжённых точек при аппроксимации многослойной среды однослойной моделью

4.1. Вычисление расчётных скоростей

4.2. Сопоставление средней, эффективной и расчётных скоростей

4.3. Определение параметров преломляющей границы при использовании расчётных скоростей

4.4. Зависимости между расчётными и эффективной скоростями III

Выводы

5. Автоматизированная система обработки данных МПВ способом сопряжённых точек

Выводы

6. Примеры интерпретации данных метода преломлённых волн способом сопряжённых точек

6.1. Акватория Балтийского моря

6.2. Среднее Приобье

6.3. Западная Якутия 143 Выводы 157 Заключение 158 Литература

Актуальность работы. Геофизические методы исследований находят всё возрастающее применение при поисках и разведке полезных ископаемых, при изучении глубинного строения земной коры, инженерно-геологических изысканиях. В решении этих задач большую роль играет сейсмический метод преломлённых волн во всех его модификациях (МПВ, ГСЗ и др.), в частности, основанных на использовании головных волн.

Основные возможности метода преломлённых волн связывались, как правило, с надёжным изучением конфигурации преломляющей границы и граничной скорости в подстилающей среде. Известно, что точност: построения границы и вычисления граничной скорости зависит в значительной мере от степени изученности скоростной характеристики покрывающей среды. Кроме того, знание скоростей представляет и самостоятельный интерес для решения геологических задач, в частности, для выявления неоднородностей в покрывающей толще, которые могут быть связаны с определёнными геологическими объектами. В то же время скорости в покрывающей среде по годографам преломлённых волн определяются в дискретных точках и с малой точностью. Надёжная интерпретация данных МПВ требует обычно привлечения сведений о средних и пластовых скоростях по данным других методов. Всё это выдвигает проблему изучения скоростной характеристики среды как централь ную для дальнейшего совершенствования метода преломлённых волн.

Диссертация посвящена вопросу определения скоростей в покрывающей толще, связанному с ним повышению точности структурных построений и вычисления граничной скорости, повышению информативности и расширению возможностей метода преломлённых волн для решения геологических задач в объёмно-неоднородных средах с использованием ЭВМ, что и определяет актуальность работы.

Цель работы заключается в развитии способа сопря

- 6 жённых точек как аппарата машинной интерпретации данных МПВ, обеспечивающего изучение скорости в покрывающей толще на основе поиска сопряжённых точек непрерывно по профилю, повышение точности и детальности структурных построений и определения граничной скорости в объёмно-неоднородных средах.

Методы исследований. При проведении исследований применялись аналитические методы и метод математического моделирования. Все расчёты, связанные с решением прямых и обратных задач, анализом интегральных скоростей, выполнены на ЭВМ. Для опробования разработанных способов интерпретации широко использованы экспериментальные данные ГЛПВ, полученные в различных регионах СССР.

Научная новизна. Разработаны новые цифровые способы поиска сопряжённых точек на встречных годографах преломлённых волн. Применение этих способов на экспериментальных материалах показало, что неоднородность реальных границ обычно достаточна для уверенного нахождения сопряжённых точек. Предложены новые способы определения скорости в покрывающей среде по сопряжённым точкам встречных годографов преломляющей волны, открывающие новые возможности МПВ при изучении горизонтально неоднородных сред. Разработан аппарат интерпретации данных МПВ с использованием расчётных скоростей, позволяющий повысить точность определения глубины преломляющего горизонта и граничной скорости по сравнению с известными способами решения обратной задачи при замене реальной покрывающей среды однослойной моделью. На основе теоретических разработок созданы программы, обеспечивающие непрерывное определение по профилю скорости в покрывающей среде и вычисление координат преломляющей границы и граничной скорости способом сопряжённых точек с использованием интегральных скоростей с горизонтально- и вертикально-неоднородных средах.

Практическая ценность и реализа

- 7 ция работы. Разработанный аппарат интерпретации годографов преломлённых волн позволяет повысить информативность и точность метода преломлённых волн и расширяет его возможности при изучении объёмно-неоднородных сред. Программное обеспечение для определения скоростей в покрывающей и подстилающих средах и построения преломляющей границы внедрено в ВЦ ВНИИОкеангеология и используется для обработки материалов, полученных производственными экспедициями ПГО "Севморгеология" и другими организациями. Интерпретация экспериментальных материалов показала устойчивость алгоритмов и программ для районов с различными сейсмогеологическими условиями. Предложенные в диссертации алгоритмы и программы могут быть использованы в МПВ при изучении осадочной толщи и фундамента, в ГСЗ при исследовании земной коры и верхов мантии, для решения задач инженерной геологии.

Апробация работы. Результаты работы доложены на научных семинарах сектора морской сейсморазведки ВНИИОкеангеология и лаборатории 801 ШЗ АН СССР.

Публикации. По теме диссертации опубликовано семь работ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав и заключения. Она содержит III страниц машинописного текста, 41 рисунок, 7 таблиц и список литературы из 68 наименований.

Основные результаты, изложенные в диссертации, отражены в семи опубликованных работах, в том числе:

1. Сакулина Т.С. Определение граничной скорости при интерпретации годографов преломленных волн. - В кн.: Морские геофизические исследования в Арктике. - Л.: изд. ВНИИОкеангеология, 1981, с.60-69.

2. Решение обратной задачи для головных волн с использованием эффективных скоростей. /А.Д.Павленкин, Л.Г.Дворников, Н.А. Лебедева, Т.С.Сакулина. - Разведочная геофизика, вып.94, 1982, с.3-11.

3. Методические рекомендации по интерпретации материалов морских работ КМПВ. /Сост. А.Д.Павленкин, Т.С.Сакулина. - Л.: изд. ПГО "Севморгеология", 1983,79 с.

4. Морская сейсморазведка методом преломленных волн. /Под ред. А.М.Епинатьевой. - М.: Недра, 1984, 173 с.

- 158 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным итогом работы является разработка аппарата цифровой интерпретации данных МПВ на базе способа сопряженных точек, обеспечивающего изучение скорости в покрывающей среде непрерывно по профилю, повышение точности и детальности структурных построений и определения граничной скорости в объемно-неоднородных средах.

1. Авербух А.Г. Интерпретация материалов сейсморазведки преломленными волнами. - М.: Недра, 1975, 223 с.

2. Богданов А.И. Интерпретация годографов преломленных волн по способу сопряженных точек. Прикладная геофизика, 1948, № 4, с.102-109.

3. Волин А.П., Люрягин Б.С. Интерпретация встречных годографов преломленных (головных) волн по принципу сопряженных точек. -Геология и геофизика, 1969, № 7, с.21-29.

4. Гамбурцев Г.А. Сейсмические методы разведки., ч.2 . М.: ОНГИ, 1938, 190 с.

5. Гейко B.C. Определение средней и эффективной скорости по годографу рефрагированной волны при произвольном нарастании скоростей с глубиной. Изв.АН СССР, Физика Земли, 1970, Ю,с.79-86.

6. Гейко B.C. Определение скоростных свойств градиентной среды и реконструкция кинематической структуры поля рефрагированной волны по ее годографу. Геофиз.сб., 1970, № 33, с.15-31.

7. Голионко Г.Б. Некоторые вопросы тектоники Центральной части Западно-Сибирской плиты. Бгал.Моск.общества испытателей природы. Отд.геол., 1981, т.56, вып.З, с.49-54.

8. Гольдин C.B., Киселева Л.Г. Обратная кинематическая задача для головных волн (преломляющая граница с характерными точками). Геология и геофизика, 1981, № 3, с.101-109.

9. Гольдин C.B., Киселева Л.Г. Обратная кинематическая задача для головных сейсмических волн(криволинейная преломляющая граница). Геология и геофизика, 1981, № 6, с.121-131.

10. Гольдин C.B., Киселева Л.Г. К оценке средней скорости по годографам преломленных волн. Геология и геофизика, 1982, В II, о. 109-117.

11. Горяинов H.H., Ляховицкий Ф.М. Сейсмические методы в ин- 161 женерной геологии. М.: Недра, 1979, 143 с.

12. Гурвич И.И. Об эффективной скорости в метвде преломленных волн. Труды Моск.геологоразв.ин-та им.Г.К.Орджоникидзе, Т.ХХХУ1, Разведочная геофизика, 1959, с.78-86.

13. Гурвич И.И. Сейсмическая разведка, 3-е изд., перераб.и доп. М.: Недра, 1980, 551 с.

14. Гурьянов В.М. Лучевой метод интерпретации годографов сейсмических волн. Изв.АН СССР, Физика Земли, 1965,Ю, с.31-43.

15. Гурьянов В.М. Обратная задача геометрической сейсмики для отраженных волн в случае зависимости скорости от двух переменных. Изв.АН СССР, Физика Земли, 1968, В 5, с.37-48.

16. Епинатьева A.M. О точности определения средней скорости по начальным точкам годографов преломленных волн.- Разведка недр, 1951, № 2, с.30-33.

17. Епинатьева A.M., Невский М.В. Граничная скорость. Гео-физ.сб. АН УССР, 1975, № 65, с.3-14.

18. Епинатьева А .М Дополнительные критерии для разведки тектонических нарушений сейсмическими методами преломленных волн. -Геофиз.сб^, 1977, вып.78, с.50-81.

19. Епинатьева A.M., Бугианишвили B.C. Точность интерпретации данных КМПВ. Геофиз.журн., 1980, № I, т.2, с.48-62.

20. Епинатьева A.M. Прогноз вещественного состава среды по данным КМПВ. Экспресс-информация.Регион., развед.и промысл.геофизика . - М.: ВИЭМС, 1981, вып.1, с.1-26.

21. Епинатьева A.M. Применение корреляционного метода преломленных волн при изучении разрывных нарушений и зон разломов. -Обзор.Регион.»развед.и промысл.геофизика.- М.: ВИЭМС,1982, 35 с.

22. Епинатьева A.M., Литвин А.Л., Нванкин И.Л. Новые возможности обработки данных КМПВ на ЭВМ. Прикладная геофизика, 1982, вып.ЮЗ, с.61-69е- 162

23. Кондратьев О.К., Гамбурцев А.Г. Результаты сейсмических исследований в прибрежной части восточной Антарктиды. М.: Изд. АН СССР, 1963, 187 с.

24. Корреляционный метод преломленных волн.-/Г.А.Гамбурцев, Ю.В.Ризниченко, И.С.Берзон и др.- М.: Изд.АН СССР, 1952, 232 с.

25. Косминская И.П. О начальных точках годографов минтропов-ских волн. Изд.АН СССР, сер.географ.и геофиз., 1946, т.Х, № I, с.91-99.

26. Ляховицкий Ф.М. Применение пластовых скоростей для построения геологических разрезов. Изв.АН СССР, сер»геофиз., 1957, № 8, с.1055-1059.

27. Ляховицкий Ф.М. Об определении мощности градиентного слоя,лежащего на однородном полупространстве.- Изв.АН СССР, Физика Земли, 1965, № 8, с.85-108.

28. Ляховицкий Ф.М. Методика и интерпретация данных сейсморазведки при инженерно-геологическом картировании. Обзор.Регион. , развед.и промысл.геофизика. - М.: ВИЭМС, 1970, 64 с.

29. Ляховицкий Ф.М., Нападенский Г.Б. Опыт автоматической обработки данных малоглубинной сейсмиразведки методом преломленных волн. Разведочная геофизика, 1976, вып.70, с.44-56.

30. Ляховицкий Ф.М., Шапиро С.А. Интерпретация данных МПВ на основе автоматизированного определения сейсмического сноса. -Изв.АН СССР, Физика Земли, 1984, $ 4, с.36-45.

31. Методические рекомендации по интерпретации материалов морских работ КМПВ /Сост.А.Л.Павленкин, Т.С.Сакулина. Л.: ПГО- 163

32. Севморгеология", 1983, 79 с.

33. Милашев В.А. Структуры кимберлитовых полей. М.: Недра, 1979, 183 с.

34. Неоднородности кристаллического фундамента по сейсмическим данным. /Под общ.ред.А.М.Епинатьевой. М.: Наука, 1977, 122 с,

35. Облогина Т.И., Пийп В.Б. Кинематические особенности прямых рефрагированных волн в непрерывных двумерно-неоднородных средах. Прикладная геофизика, 1973, вып.71, с.15-22.

36. О'Брайн П.Н.С. Глубинная структура оз.Верхнего по данным переинтерпретации наблюдений 1963 г. В кн.: Вопросы методики глубинного сейсмического зондирования .- Новосибирск: Ог и ГСО АН СССР, 1Э72, с.80-116.

37. Павленкин А.П. Построение полей времен t(xff)ъ случае непрерывного профилирования КМПВ. Геология и геофизика, 1970, № 12, с.80-86.

38. Павленкин А.П. Определение скорости в покрывающей среде по угловым точкам годографов преломленных волн. Геология и геофизика, 1971, № 3, с.30-35.

39. Павленкин А.П, Методика сейсморазведки при изучении межгорных впадин северной Киргизии. Автореф.дис.на соиск.ученой степени канд.геол-минерал.наук. Новосибирск, 1971, 31 с-.

40. Павленкова Н.И., Смелянская Т.В. Методы определения скоростей по годографам преложенных волн. Геофиз.сб., 1969, вып. 29, с.38-47.

41. Павленкова Н.И,, Пилипенко В.Н., Роман В.А. Методика составления скоростных разрезов земной коры. Киев:Наукова думка, 1972, 214 с.

42. Парийская Г.К. Об определении средней скорости по точке пересечения годографов преломленных волн. Труды геофиз.института АН СССР. - М.: Изд.АН СССР,1956, Ш5(162), с.215-247.- 164

43. Пийп В.Б. Способ определения разреза в изолиниях скорости по годографам рефрагированных волн. Изв.АН СССР, Физика Земли, 1978, № 8, с.65-72.

44. Пийп В.Б. Упрощенный способ построения разреза в изолиниях скорости по годографам первых волн. Прикладная геофизика, 1982, № 105, с.82-88.

45. Пилипенко В.Н. Применение численного варианта метода полей времен в интерпретации материалов сейсморазведки.- В кн.: Геофизические исследования на Украине. Киев: Техника, 1973, вып.6, с.20-27.

46. Пилипенко В.Н. Численный метод полей времен в интерпретации материалов сейсморазведки. Автореф.диссертации на соискание ученой степени канд.физ.-мат.наук. M.: 1973, 23 с.

47. Пилипенко В.Н. Цифровая обработка и интерпретация данных КМПВ. Обзор.Регион., развел.и промысл.геофизика. - М.: ВИЭМС, 1979, 44 с.

48. Пузырев H.H. Определение средней скорости по взаимным точкам на годографах отраженных волн. Прикладная геофизика,В45, вып.I, с.56-62.

49. Пузырев H.H. Построение разреза по встречным годографам преломленных волн.- Прикладная геофизика, 1952, вып.8, с.160-168.

50. Пузырев H.H. Интерпретация данных сейсморазведки методом отраженных волн. М.: Гостоптехиздат, 1959, 451 с.

51. Пузырев H.H., Крылов C.B., Пота пов C.B. Точечные сейсмические зондирования. В кн.: Методика сейсморазведки. - М.: Наука, 1965, с.5-70.

52. Райтт Р.У. Анизотропия верхней мантии. В кн.: Земная кора к верхняя мантия. - М.: Мир, Б72, с.208-214.

53. Рапопорт М.Г., Малкин А.Л., Богоявленский В.И. Пакет программ цифровой обработки сейсмических записей преломленных волн.

54. РНТС ВНИИИЭНГа. Нефтегазовая геология и геофизика, В81, № 7, с.35-41.

55. Решение обратной кинематической задачи ГСЗ методом /Э.Н.Бессонова, В.3.Рябой, Г.А.Ситникова и др. В кн.: Вычислительные и статистические метода интерпретации сейсмических дан-■ ных (вычислительная сейсмология, вып.6). - М.: Наука, 1973,с.134-159.

56. Ризниченко Ю.В. Геометрическая сейсмика слоистых сред.-Труды института теорет.геофизики АН СССР, 1946, т.II, вып.1, 114 с.

57. Сейсмоакустические методы изучения массивов скальных пород. /А.й.Савич, В.И.Коптев, В.Н.Никитин и др. М.: Недра, 1969, 239 с.

58. Старобинец А.Е., Старобинец JI.H. Состояние региональных и поисковых работ методом преломленных волн на нефть и газ за рубежом. Обзор. Регион., развед.и прошел.геофизика. - М.: ВИЭМС, 1974, 74 с.

59. Старобинец А.Е., Старобинец М.Е. Цифровая обработка и интерпретация данных методом преломленных волн. М.: Недра, 1983, 207 с.

60. Урупов А.П. Изучение скоростей в сейсморазведке. М.: Недра, 1936, 224 с.

61. Чибисов C.B. Обработка криволинейного годографа упругих волн. Журнал геофизики, 1934, № 4, вып.2, с.211-225.

62. Diebold I.B., Stoffa P.L. The traveltime equation, tau-p mapping and inversion of common midpoint data. Geophysics, vol. IT 3, 1981, p. 238-254.

63. Stoffa P.L., Buhl P., Diebold J.B., Wenzel P. Direct mapi ing of sseismis data to the domain of intercept time and ray para-metr. A plane-wave decomposition. - Geophysics, vol. 46, N 3, 1981, p. 255-267.