Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Лабораторная Работа № 3 расчет импульсных сейсмограмм
|
|
Цель работы: Формирование у студента компетенций ОК-12, ПК-4, ПК-8, ПК-8, ПК-14, ПСК-2.1, ПСК-2.2, ПСК-2.3, ПСК-2.7, ПСК-2.9. получить представление о физических процессах, влияющих на амплитуду отраженных и кратных волн, распространяющихся в реальных геологических средах
1 Теоретические основы:
Большое значение при изучении геологического строения района работ имеет интенсивность отраженных волн, наблюдаемых на поверхности земли. Она зависит от ряда факторов и в первую очередь от условий распространения волн в среде. Главнейшими из них являются:
1. геометрическое расхождение энергии волны;
2. поглощение и рассеивание волн геологическими средами;
3. отражение и двойное преломление на границах раздела с различными акустическими свойствами.
1. Геометрическое расхождение энергии волны
Рассмотрим однородную среду, в которой расположен точечный источник сейсмической волны. Ограничим часть пространства лучами, образующими силовую трубку (рис. 1). Очевидно, что по мере удаления от источника на расстояния r1, r2, …, ri увеличивается площадь поперечного сечения силовой трубки S1 < S2 < … < Si. Согласно закону сохранения энергия (Е) внутри силовой трубки остается постоянной, а плотность энергии j = Е/S уменьшается по мере удаления от источника, таким образом, j1 > j2 > … > ji.
Рис. 1. Силовая трубка, образованная силовыми линиями
о – точечный источник; r1, r2, …, ri – расстояния от точечного источника;
S1 < S2 < … < Si – площади сечения силовой трубки на расстоянии r1, r2, …, ri
Отсюда следует, что плотность энергии, приходящаяся на единицу поперечного сечения силовой трубки, убывает пропорционально величине 1/ ri. Из теории колебаний известно, что плотность энергии волны j пропорциональна ее амплитуде. Следовательно, в однородной упругой среде вследствие геометрического расхождения фронта прямой и отраженной волны их амплитуда убывает обратно пропорционально расстоянию, пройденному волной,
2. Поглощение и рассеивание волн геологическими средами
При распространении сейсмических волн через горные породы часть упругой энергии колебаний, вследствие трения частиц среды, необратимо переходит в тепловую и другие виды энергии (электрическую, химическую и т. п.). Этот эффект называется поглощением упругой энергии волны. При наличии в среде литологических неоднородностей, инородных включений, флюида, насыщающего пласт (нефть, газ, вода), происходит частичное рассеивание волны, которое также приводит к уменьшению общей энергии сейсмической волны. Ослабление всех типов волн, вызываемое поглощением и рассеиванием, может быть охарактеризовано множителем е-бr, где е – основание натурального логарифма, равное 2, 72, r – длина пути, пройденного волной (м), б – коэффициент поглощения (1/ м). Величина коэффициента б характеризует поглощающие свойства пласта мощностью 1 м, произведение бr – полный коэффициент поглощения геологической среды, в которой распространяется волна. Величина коэффициента б в осадочных породах меняется от 10-2 до 10-6 (1/м) при изменении скорости в пределах 500-5000 м/с.
Сейсмическая волна в реальной геологической среде испытывает одновременно и поглощение, и рассеивание, и геометрическое расхождение. Поэтому общее убывание амплитуды волны подчиняется следующей зависимости:
Если волна проходит несколько слоев, каждый из которых имеет мощность hi и характеризуется (коэффициентом поглощения бi), амплитуда аi определяется по формуле:
3. Отражение и двойное прохождение
Интенсивность отраженных волн зависит от характера границы раздела, на которой они образовались. Если сейсмическая граница разделяет среды с резко различающимися скоростями V и волновыми сопротивлениями г = Vу (где у – плотность горных пород), то возникающие на ней отраженные волны характеризуются значительной интенсивностью. Чем меньше различие волно-вого сопротивления на границе, тем слабее образующаяся на ней отраженная волна. Поэтому интенсивность полезных волн, прошедших приблизительно одинаковые расстояния, может заметно различаться.
II. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ
1. Расчет коэффициентов отражения и двойного прохождения
Уменьшение амплитуд волн при образовании отраженных и проходящих
волн характеризуется коэффициентами отражения и прохождения (прозрачности) соответственно. При падении волны на i-ую отражающую границу коэффициент отражения Аi рассчитывается по формуле:
σ i и σ i+1 соответственно плотности верхнего и нижнего пластов.
Коэффициент отражения может быть отрицательным, если скорость нижнего пласта больше скорости вышележащего пласта. Это свидетельствует о том, что волна отражается в противофазе.
Коэффициент двойного прохождения представляет собой произведение коэффициентов прохождения волны через границу при нормальном падении сверху и снизу, т. к. любая волна, приходящая к дневной поверхности, любую границу проходит минимум дважды – при падении вниз и возвращении вверх. При падении сверху на i-ую границу коэффициент прохождения В+i равен:
Поскольку коэффициенты отражения А и прохождения В связаны соотношением:
В = 1 + А, а коэффициенты отражения при падении волны сверху и снизу на границу различаются только знаком, т. е.
А+i = A-i, то произведение коэффициентов прохождения вниз и вверх через границу (коэффициент двойного прохождения) равно:
Коэффициенты отражения А и двойного прохождения С используются далее для расчета интенсивностей волн.
2. Расчет амплитуд отраженной и кратной волн
В общем случае для расчета амплитуд волн надо учитывать коэффициенты отражения и двойного прохождения на границах раздела, поглощение и рассеивание волн.
Амплитуды сигнала вычисляем, перемножая коэффициенты отражения А всех границ, от которых волна отражается (с учетом знаков коэффициента), и коэффициенты двойного прохождения С всех границ, через которые волна проходит. Для учета геометрического расхождения подсчитываем путь волны, суммируя мощности всех пластов, через которые волна проходит. Учитывая все сказанное, запишем выражение для амплитуды волны, зарегистрированной на пункте взрыва, которая отразилась от i -ой границы горизонтально-слоистой среды при распространении по вертикали (по нормалям к границе):
В формуле (8) индексы у коэффициентов отражения соответствуют временам отражающих границ (сверху вниз), а множители 2 появляются потому, что волна проходит дважды каждый слой (при распространении сверху вниз и снизу вверх).
На некоторых отражающих границах (при значительных коэффициентах отражения) могут возникать кратные отраженные волны, которые являются серьезными помехами при проведении сейсморазведочных исследований. Отражаясь несколько раз от одной или нескольких границ (чаще всего не больше чем от двух), кратные волны могут приходить к пунктам приема одновременно с полезными волнами, отразившимися от более глубоких границ, или – на близких временах. В результате интерференции кратных и полезных волн затрудняется прослеживание последних, и интерпретация полевых материалов может оказаться неоднозначной или ошибочной.
Рассмотрим простую кратную отраженную волну. Коэффициент отражения от границы «земля-воздух» близок к 1, т. к. волновое сопротивление воздуха ничтожно по сравнению с волновым сопротивлением горных пород. При каждом отражении от границы амплитуда кратной отраженной волны изменяется в А раз, между двумя отражениями она дважды проходит слой от границы до поверхности земли и обратно. Если кратнообразующей поверхностью является верхняя, то амплитуда полнократной отраженной волны рассмотренного типа, которая зарегистрирована на пункте взрыва при горизонтально -слоистом разрезе, т. е. при распространении волны по вертикали (нормали к границе), связана с параметрами зависимостью:
После расчета амплитуд всех волн определяют времена их пробега по вертикали (до границы и обратно) по формуле:
Средняя скорость вычисляется по формуле:
По полученным результатам строят импульсную (синтетическую) сейсмограмму, для чего от выбранного начала отсчета времен откладывают время регистрации каждой волны, определяемой по формуле (10), и в полученных точках в выбранном масштабе строят отрезки длиной, равной амплитудам соответствующих волн, которые определяются по формуле (8) для однократных отраженных волн или по формуле (9) для простых кратных отраженных волн. Импульсная сейсмограмма представлена на рисунке 2.
Рис. 2. Импульсная сейсмограмма
3. Построение модели волнового поля
По результатам вычислений выбираются границы с наибольшим коэффициентом отражения и составляется упрощенная модель среды (модель волнового поля).
Используя суммарные мощности и времена пробега волны в пластах, строятся теоретические годографы ВСП. Вначале следует построить вертикальный годограф падающей волны, затем построить восходящие годографы волн, отраженных от всех границ модели. Далее все волны следует последовательно «отражать и преломлять» на границах, следя за тем, чтобы в пределах каждого пласта все падающие волны имели параллельные между собой годографы. Аналогично годографы восходящих волн также параллельны между собой и имеют наклон, равный наклону годографов падающих волн по абсолютной величине, но обратной по знаку.
В результате построений годографами падающих и восходящих волн должен быть заполнен весь треугольник на вертикальном годографе, образованный осью времен и годографами падающей и отраженной от нижней («целевой») границы волн (рис. 3).
III. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Для каждой границы вычисляются коэффициенты отражения по формуле (4).
2. Определяются коэффициенты двойного прохождения волн для каждой промежуточной границы (кроме последней) по формуле (7).
3. По формуле (8) вычисляются амплитуды однократных отраженных волн на поверхности наблюдений (в пункте возбуждения). Амплитуда точечного источника а0 = 1 м.
4. Определяются времена регистрации отраженных волн по формуле (10).
5. Определяется амплитуда кратной волны, регистрируемой на пункте взрыва по формуле (9);
а0 = 1 м (волна задается преподавателем).
6. Определяется время регистрации кратной волны.
7. Все результаты вычислений заносятся в таблицу.
Каждый студент, выполнивший лабораторную работу, должен оформить отчет и предоставить его преподавателю.
Отчет должен содержать:
• Название и цель работы.
• Заполненная таблица результатами вычисления.
• выводы, вытекающие из результатов работы.
Отчет должен иметь титульный лист с указанием Ф.И.О. студента, номера группы и даты выполнения работы.
5. Контрольные вопросы
• Что такое АРУ.
• С чем связанно геометрическое расхождение энергии волны.
|
|