Сейсмические методы решения геологических задач
Курсовая работа
СЕЙСМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ РЕШЕНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ
Аннотация
Темой настоящей курсовой реферативной работы являются «Сейсмические
методы решения геологических задач». В данной работе раскрыты методические
приемы изучения и интерпретации геологической информации, полученной с помощью
сейсморазведки и сейсмологии. Также рассмотрены современные методы и
направления сейсморазведки. Для лучшего восприятия материала курсовая работа
разделена на части, включающие в себя введение, пять глав, заключение, словарь
основных терминов и список использованной литературы. В работе присутствует 10
рисунков, 1 таблица
The Annotation
seismic methods of the decision of geological methods” is the
theme of this course abstract work. In this work were described the methodical
techniques of the study and interpretation of geological data that were
received with help of seismic prospecting and seismology. Also there are
considered the modern methods and branches of seismic prospecting. For more
evident perception of a material course work is divided into the parts
including introduction, five heads, and the conclusion, the dictionary of the
basic terms and the list of the used literature. There are 10 pictures and 1
table in the work.
Оглавление
Введение
Глава 1. Исторический обзор
Глава 2. Объекты изучения, цели и
задачи исследований в выбранном разделе геологии
Глава 3. Современные знания в данной
области
.1 Общие принципы
.2 Проблемы сейсморазведки
.2.1 Ход луча
.2.2 Волновые фронты
.2.3 Ложные отражения
(волны-спутники)
.2.4 Дифракции
.2.5 Кратные отражения
.3 Метод преломлённых волн (МПВ)
.4 Метод отражённых волн (МОВ)
.5 Метод общей глубинной точки (МОГТ)
.6 Вертикальное сейсмическое
профилирование (ВСП)
.7 Задачи сейсмологии
Глава 4. Связи с другими научными
дисциплинами
Глава 5. Исследования, проводимые в
институтах геологического профиля новосибирского центра СО РАН и лекционные
курсы на ГГФ НГУ по данной теме
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Настоящее содержание данной реферативной работы посвящено проблеме
решения геологических задач сейсмическими методами. Данная тема очень актуальна
в наше время, ведь мы живем в эпоху машин, эпоху заводов, фабрик, технического
прогресса. Долгие годы люди пользовались тем, что находили на поверхности
Земли. Но времена менялись, и этого стало недостаточно. Появилась необходимость
в большем количестве материалов. Для этого людям пришлось погрузиться глубже в
Землю. Чтобы находить материалы, разрабатывались методы их поиска. Эти методы
разделились впоследствии на несколько ветвей. Одна из них - сейсмические методы
изучения недр Земли. Собственно, об этих методах и о проблемах, связанных с
ними, идёт речь в данной курсовой реферативной работе.
Еще одна задача, решаемая сейсмическими методами, - изучение строения
Земли как планеты. Это позволяет людям узнать о происхождении космических тел и
т.д. Землетрясения, тектоника плит также попадают под изучение сейсмическими
методами.
Таким образом, видно, что сейсмические методы решения геологических задач
- очень актуальная тема, особенно сейчас, когда около 70% населения Земли имеют
свой собственный транспорт, всё производство механизировано, а значит требуется
много топлива, материалов, которые можно найти с помощью методов
сейсморазведки.
В курсовой реферативной работе были поставлены задачи:
• Изучить историю становления сейсмических методов как отдельного
направления геологической науки;
• рассмотреть объекты, узнать цели, понять задачи сейсмических
методов решения геологических задач;
• узнать современные данные исследований в области сейсмических
методов;
• изучить непосредственно сами сейсмические методы решения
геологических задач;
• изучить проблемы, с которыми сталкиваются сейсмические методы
решения геологических задач, и способы их решения;
• изучить терминологию по данной теме;
• научиться давать интерпретацию геологической информации с целью
обнаружения тех или иных структур в строении Земли;
• узнать об исследованиях, проводимых в институтах геологического
профиля новосибирского центра СО РАН на данную тему.
Известно, что различные слои земной коры по-своему отражают сейсмические
волны, и на этом основаны различные методы регистрации и прогнозирования
землетрясений, разведки полезных ископаемых, изучения внутреннего строения
Земли и движения литосферных плит. В связи с этим получили огромное
распространение и применение сейсмические методы решения геологических задач.
За последние 100 лет они очень сильно развились и разбились на несколько
ветвей, о которых говорится в рамках данной работы. Кроме самих знаний в данной
области очень большую роль играет и применяемая техника: для обработки данных,
для регистрации данных и прочее.
Сейсмические методы вносят важный вклад в развитие фундаментальных
геологических наук, а также позволяет резко повысить результативность разведки
месторождений полезных ископаемых, особенно нефти и газа. Поиск залежей этих
углеводородов ведется разными способами, но самый эффективный из них -
сейсмический. Он позволяет наиболее точно определять, где находятся геологические
структуры, содержащие нефть и газ, за счет этого сокращать число разведочных
скважин и тем самым экономить огромные средства. Сейсмические методы
значительно расширяют также возможности изучения Мирового океана. Уже получены
сейсмические профили морского дна протяженностью в сотни тысяч километров. Цель
работы - изучить методы решения геологических задач и сделать обобщения по
данной теме.
Глава 1.
Исторический обзор
В
1829 году в Париже в Трудах Парижской Академии Наук появилась статья Пуассона,
которая была посвящена применению волнового уравнения для описания
распространения упругих волн в твердых средах (#"556223.files/image001.gif">
Рис. 1. Поверхностные волны. А)
Релея; Б) Лява
Но эти волны не имеют практически никакой пользы при выполнении
сейсмологических и сейсморазведочных работ. Причем иногда они наоборот создают
помехи.
Объемные волны, в свою очередь, тоже разделяются на два типа: P (продольные) и S (поперечные). Движение частиц в
продольных волнах (или в волнах сжатия) происходит вдоль распространения волны.
В поперечных волнах (волнах сдвига) - поперёк. (Рис. 2)
Рис. 2. Виды объёмных волн
Скорости таких волн описываются формулами
, 
где
l и m - параметры упругости
среды (постоянные Ламе; l - объёмный модуль упругости или модуль всестороннего
сжатия, m - модуль сдвига), пришедшие из закона Гука
(Короновский Н. В. Общая геология: Учебник. - М.,2002). Видно, что P-волны
гораздо быстрее S-волн. Также необходимо отметить, что S-волны
не распространяются в жидкой среде, что имеет огромное значение: так определяют
агрегатное состояние веществ. Но на границе раздела двух сред возникает
некоторая проблема: из S и P волн могут образоваться P и S
волны соответственно.
Вообще,
когда волна падает на поверхность раздела 2-х сред с различными упругими
свойствами, она порождает отражённую и преломлённую волны. Соотношения между
различными волнами можно найти из зависимостей между напряжениями и
деформациями по обе стороны от границ раздела. При переходе через границу,
разделяющую две среды, напряжения и деформации должны быть непрерывными.
3.2 Проблемы сейсморазведк
3.2.1 Ход
луча
В сейсморазведке в основном используются P-волны. Связано это с тем, что их гораздо проще, по сравнению
с S-волнами, создать. По этой причине
будем рассматривать явления именно на примере продольных волн.
Продолжим разбираться с распространением сейсмических волн. Для начала
рассмотрим ход луча. Ходы луча - линии, нарисованные на поперечном разрезе,
показывающие путь движения энергии от взрыва к приемнику. Рассмотрим самый
простой случай: распространение луча в однородной среде и отражение его от
горизонтальной границы раздела. Из волновых уравнений следует закон, схожий
закону отражения светового луча: угол падения равен углу отражения. В этом
случае, чтобы рассчитать время прохождения луча от источника до приёмника,
достаточно воспользоваться теоремой Пифагора.
Все становится сложнее, когда у нас появляется более одного отражающего
горизонта. Верхний луч проходит через верхний слой со скоростью V1, в то время
как нижний луч преломляется на первой границе, а затем отражается в нижний
слой. Средняя скорость является некоторой комбинацией V1 и V2. Преломления на
каждой границе происходят по закону Снеллиуса - синусы углов пропорциональны
скоростям. (Рис. 3, слева)
Рис. 3. Распространение луча
Перейдём к ещё более сложной модели: теперь у нас много
отражающих/преломляющих горизонтов (рис. 3, справа). Наряду с ходом луча,
показанным здесь, мы будем иметь ещё и отражения от каждой границы. Необходимо
заметить, что четвертая сверху скорость (2000) меньше, чем скорость над ней.
Это явление называется «инверсия скорости». Волна в этой точке преломляется
немного «наружу», в направлении, отличающемся от направления преломления на
других границах.
Но это всё, конечно, идеализированные модели. На деле практически никогда
не встречаются однородные слои с постоянной скоростью распространения
сейсмических волн. Чаще всего в жизни лучи проходят по кривым, изогнутым ходам.
Рассмотренные примеры показывали нам только случаи, когда использовался
лишь один приёмник. При проведении реальных сейсморазведочных работ сейчас
используются десятки и сотни приёмников одновременно. Нетрудно представить, с
какими сложностями сталкиваются сейсморазведчики.
Для понимания процесса распространения луча необходимо иметь
представление о его отражении. Чтобы оценить, какая часть энергии отразится от
границы раздела, а какая часть пройдёт сквозь него, рассчитаем коэффициент
отражения. Для любого одного отражающего горизонта граница между двумя породами
различной скорости и/или плотности коэффициент отражения (RC), или количество
входящей энергии, отраженной обратно, - это лишь разность произведений скорости
на плотность, разделенная на их сумму. То есть
где
V1 и V2 - скорости над и под границей соответственно, ρ1 и ρ2 -
соответствующие плотности (#"556223.files/image009.gif">
Рис. 4. Модель распространения волнового фронта в разные моменты времени
На (рис. 4) показана модель распространения волнового фронта. Конечно,
модель сильно упрощена: она предполагает постоянство скоростей в каждом слое.
На практике скорость может меняться в трёх направлениях: в вертикальном и двух
горизонтальных.
Истинная форма распространяющегося волнового фронта может, следовательно,
становится очень сложной, даже при относительно простых структурах. Причем
искажение происходит при прохождении каждого горизонта.
Каждая точка на каждом горизонте будет действовать подобно источнику
сейсмических колебаний, причем энергетическая сфера будет расходиться от
отражающей точки, некоторые из которых достигнут поверхности. Короче говоря, в
прямоугольных координатах, уравнение, выражающее пространственную и временную
зависимости сейсмической волны выглядит следующим образом
3.2.3 Ложные
отражения (волны-спутники)
Ещё одна проблема, с которой сталкивается сейсморазведка - это ложные
отражения. Для удобства разберём эту проблему на примере морской
сейсморазведки. К тому же ложные отражения - это одна из наиболее известных
форм нежелательного луча, связанного со сбором морских сейсмических данных.
Пусть источником колебаний является взрыв не на поверхности, а на некоторой
глубине. Поверхность моря - это почти идеальный отражающий горизонт.
Прохождение энергии от взрыва - это прохождение через вещество со скоростью
порядка 1500 м/с и плотностью около 1,025 г/см3. Воздух над поверхностью моря
имеет акустическую скорость около 350 м/с, а плотность около 0,0013 г/см3.
Подставив эти значения в уравнение для RC, записанное выше, получим коэффициент
отражения ниже поверхности моря примерно равный -0.9994, то есть почти
идеальный отражающий горизонт (с обратным знаком).
На (рис. 5) показан ход луча с возможными ложными отражениями.
Рис. 5. Ход луча с ложными
отражениями
Энергия проходит от взрыва (красная точка) вверх, к поверхности,
отражается почти идеально (но с обратным знаком), а затем проходит обычный путь
прямого луча от взрыва к отражающему горизонту. Если приёмник располагается на
поверхности, то возможны 2 вида (в нашей простой модели) приходящих на него
волн: прямые и ложные у взрыва. Если же и приёмник находится на глубине, то
ситуация становится ещё сложнее, и могут появиться четыре разных луча:
· прямой луч;
· ложный только у взрыва;
· ложный только у приёмника;
· ложный и у взрыва, и у приёмника.
Случаи, когда на приёмник попадают ложные лучи, очень мешают при
обработке информации, так как создают помехи и искажают истинную картину
геологического разреза.
Предположив, что истинные ходы луча должны быть более искривленными, чем
те, что показаны на рисунке, ходы луча от взрыва к поверхности и от поверхности
к приёмнику, тем не менее, будут почти вертикальны (иначе прямой луч и ложное
отражение не попадут на один приёмник). Если же мы предположим, что они
вертикальны, мы можем рассчитать разницу по времени между прямым лучом и
ложным. Тот же расчет можно сделать и для приемника. А при обработке уже
учитывать эти расчеты для отделения полезной информации (прямого луча) от
бесполезной и даже вредной (ложных отражений).
Ещё одна, не менее важная проблема, создаваемая волнами-спутниками это
то, что они могут вовсе лишить наблюдателей какой-либо информации. Если
волна-спутник будет в противофазе к прямой волне, то их сумма даст нулевую
амплитуду. Чтобы решить эту проблему, важно правильно выбирать глубину
источника колебаний и собственно частоту создаваемых колебаний.
3.2.4
Дифракции
Вообще, на сейсмограммах обычно появляются два типа лучей. На начальной
части наших записей имеют место преломления, вызванные энергий, преломляющейся
вдоль границы между быстро меняющимися мелкими скоростями, и дифракции. О
преломлениях ещё будет сказано в рамках работы, но они обычно не вызывают
проблем при обработке - они удаляются на переднем конце записей на раннем этапе
обработки. Также легко, как они удаляются, эти преломления могут также дать нам
важную информацию о неглубоких скоростях в наземных данных - об этом также чуть
позже.
Однако дифракции могут быть весьма большой проблемой. Сначала разберёмся,
что это такое. Все модели, рассмотренные до этого, были очень идеализированы. И
дело даже не в том, что были рассмотрены слои, которые залегали горизонтально и
которые имели постоянные скорости распространения сейсмических волн. А в том,
что рассмотренные поверхности были идеально ровными, гладкими. В реальных
условиях всегда присутствуют камешки, песчинки, прочие тела - «штуфы». Эти
куски, очевидно, - отдельные точки, которые отражают энергию во всех
направлениях.
Например, участки Ирландского моря между Великобританией и Ирландией
именно таковы - любые разрывы действуют как точечные отражатели (#"556223.files/image012.gif">
Рис. 6. Схема образования преломленных волн: 1 - прямая и проходящая
волны; 2 - преломленная головная волна; 3 - преломленная рефрагированная волна;
4 - закритическая отраженная волна
Первая модификация МПВ базируется на регистрации головных либо
субголовных волн. Последний термин используется в том смысле, что скользящая
волна не строго пробегает вдоль границы, а проникает на некоторую глубину в
нижний слой. Важнейшим преимуществом модификации головных волн является возможность
не только расчленения разреза по вертикали, но и горизонтальной дифференциации
свойств среды, прежде всего по величинам скоростей в отдельных слоях и блоках.
Модификация рефрагированных волн базируется на предположении
непрерывности функций распределения скоростей v(z) либо v(x,z), реже v(x,y,z).
Подавляющая часть исследований по МПВ проводится вдоль прямолинейных
профилей, на которых располагаются как источники, так и приёмники (продольное
профилирование). Важнейшим параметром системы наблюдений является длина
годографа - максимальное удаление приёмников от источника. Она зависит от
многих факторов. Так, например, при использовании головных волн этот параметр
связан с глубиной залегания и наклоном изучаемых границ, степенью
дифференциации среды. В модификации рефрагированных волн длина годографа
полностью определяется глубиной проникания луча в среду, т. е. величиной
градиента скорости.
При изучении глубоко залегающих объектов преломлённые волны всегда
регистрируют на достаточно больших расстояниях от источника. В связи с этим в
полезной части сейсмограмм МПВ не отмечаются низкочастотные волны - помехи,
связанные с неоднородностью верхней части разреза (ВЧР).
При работах на суше наилучшая отдача упругой энергии продольных волн в
грунт обеспечивается при взрывах в скважинах глубиной в несколько десятков
метров. Экспериментально доказано, что сейсмический эффект взрыва значительно
повышается, если заданный заряд разместить в группе близко расположенных
пунктов. Иногда взрывы проводят в искусственных или естественных водоёмах.
При работах в морских условиях (на шельфах) используют в основном
взрывные источники. Следует отметить, что поперечные волны используются в МПВ
для малоглубинных исследований.
МПВ, безусловно, обладает рядом положительных качеств, что обеспечило его
широкое применение на практике на протяжении многих десятилетий в режиме
постоянного совершенствования. Среди них следует отметить:
· значительные возможности определения скоростей в среде и их
изменений в вертикальном и горизонтальном направлениях;
· возможности достоверной оценки динамических параметров, что
объясняется регистрацией полезных волн при малом уровне помех;
· способность обнаруживать крутопадающие субвертикальные слои,
дайки и блоки путём фиксирования границ контактов и измерения величин скоростей
на маркирующей (опорной) поверхности, например на кровле кристаллического
фундамента.
Дополнительно следует указать на возможность нахождения интегральных параметров
поглощения, а также характеристик анизотропных свойств среды, особенно при
использовании не только продольных, но и поперечных волн. По преломлённым
головным волнам надёжно выявляются тонкие слои с повышенными скоростями в
разрезе по признаку быстрого уменьшения амплитуд с расстоянием, а также
частотным особенностям колебаний. Попутно отметим, что регистрация преломлённых
волн на различных частотах позволяет более полно расшифровать особенности
слоистой структуры среды.
Развивающийся в настоящее время многоволновой вариант МПВ в сильной
степени увеличивает эффективность метода. Особенно отчетливо это проявляется
при изучении неглубокозалегающих объектов. Параллельно отметим, что при
исследованиях только на продольных волнах область малых глубин (до 200 м),
особенно на суше, целиком обеспечивается применением преломлённых волн (#"556223.files/image013.gif">
Рис. 7. Схема сейсморазведочных работ методом отраженных волн: 1
сейсмоприёмники; 2 - сейсморазведочная станция; 3 - взрывной пункт; 4 место
взрыва; 5 - прямая волна; 6 - отраженная волна
МОВ обладает максимальными (по сравнению с другими модификациями
сейсмических исследований) возможностями, чтобы обеспечить высокую разрешающую
способность, особенно по вертикали. Это объясняется в первую очередь
минимальными путями пробега зондирующих сигналов, что позволяет использовать
относительно высокие частоты колебаний. Кроме того, в случае центровых лучей
разность времён отражений от двух близко расположенных границ всегда больше,
чем при регистрации волн на некотором расстоянии от источника.
Следует отметить, что некоторые проблемы, возникающие при исследовании
МОВ, решает метод суммирования по общей глубинной точке (ОГТ), что привело к
тому, что МОВ вытесняется более эффективным МОГТ.
.5 Метод
общей глубинной точки (МОГТ)
Родившись в начале 60-х годов прошлого века, он на многие десятилетия
стал основным методом сейсморазведки. Бурно развиваясь как количественно, так и
качественно, он полностью вытеснил простой метод отраженных волн (МОВ). С одной
стороны это связано с не менее бурным развитием методов машинной (сначала
аналоговой, а потом цифровой) обработки, с другой - возможностью увеличения
производительности полевых работ путем применения больших баз приема,
невозможных в методе МОВ. Не последнюю роль сыграло здесь и удорожание работ,
т.е. повышение прибыльности сейсморазведки. Для оправдания удорожания работ
были написаны множество книг и статей о пагубности кратных волн, которые с тех
пор стали основой обоснования применения метода общей глубинной точки.
Суть обработки материалов МОГТ состоит в том, что каждая трасса
результата получается суммированием исходных каналов таким образом, чтобы в
сумму попадали сигналы, отраженные от одной и той же точки глубинного
горизонта. Перед суммированием необходимо было ввести поправки во времена
записи, чтобы преобразовать запись каждой отдельной трассы, привести ее к виду,
аналогичному трассе на пункте взрыва, т.е. преобразовать ее в форму t0. Такой
была первичная задумка авторов метода. Разумеется, выбрать нужные каналы для
суммирования, не зная строения среды, невозможно, и авторы поставили условием
применения метода наличие горизонтально-слоистого разреза с углами наклона не
выше 3 градусов. При этом координата отражающей точки достаточно точно равна
полусумме координат приемника и источника.
Однако практика показала, что при нарушении этого условия ничего
страшного не происходит, результативные разрезы имеют привычный вид. То, что
при этом нарушается теоретическое обоснование метода, что суммируются уже не
отражения от одной точки, а от площадки, тем большей, чем больше угол наклона
горизонта, никого не волновало, ведь оценка качества и достоверности разреза
была уже не точной, количественной, а приблизительной, качественной. Получается
непрерывная ось синфазности, значит, все в порядке.
Поскольку каждая трасса результата - сумма некоторого набора каналов, а
оценка качества результата производится по стабильности формы фазы, достаточно
иметь стабильный набор наиболее сильных составляющих этой суммы, независимо от
природы этих составляющих. Так, суммируя одни низкоскоростные помехи, мы
получим вполне приличный разрез, примерно горизонтально-слоистый, богатый
динамически. Конечно, он не будет иметь ничего общего с реальным геологическим
разрезом, но вполне будет соответствовать требованиям к результату -
устойчивости и протяженности фаз синфазности. В практической работе всегда в
сумму попадает некоторое количество таких помех, и, как правило, амплитуда этих
помех намного превышает амплитуду отраженных волн.
Рассмотрим конкретные примеры применения МОГТ (Рис. 8, Рис. 9)
сейсморазведка
геологический задача
Рис. 8. Фрагмент временного разреза ОГТ по профилю через борт погребенной
палеодолины, Латвия
Рис. 8. Фрагмент временного разреза ОГТ по профилю через погребенную
палеодолину в окрестностях Плявиньской ГЭС, Латвия
3.6
Вертикальное сейсмическое профилирование (ВСП)
Вертикальное сейсмическое профилирование - метод околоскважинных и
межскважинных исследований, в котором сейсмоприемники, а иногда и источники располагаются
в скважине. ВСП обеспечивает надёжность привязки выделенных на поверхностных
сейсмограммах волн к конкретным отражающим и преломляющим границам, а также
позволяет исследовать околоскважинное и межскважинное пространство на
значительно больших расстояниях, чем у собственно скважинных исследований.
По расположению сейсмоприемника различают:
· прямое ВСП - сейсмоприемники (один или несколько) располагают в
скважинах, а источник колебаний - на поверхности (Рис. 9);
· обращенное ВСП - сейсмоприемник находится на земной
поверхности, а взрывы осуществляются в скважине;
· комбинированное ВСП - сейсмоприемники могут быть и в
скважине, и на земной поверхности (Рис. 10).
Каждая из этих разновидностей позволяет решать разные геологические
задачи. Например, прямое ВСП - разделение объёма на слои, комбинированное -
выделение отдельных включений в массах горных пород.
Рис. 9. Прямое ВСП
Рис.10. Комбинированное ВСП
3.7 Задачи
сейсмологии
Всю сейсмологию можно разделить на две группы: очаговая сейсмология и
структурная. Первая в основном занимается землетрясениями: их происхождением,
определением координат и времени очага, величиной землетрясения, механизмом
очага и т. д. Главной и определяющей проблемой структурной сейсмологии является
решение обратной задачи - изучение распределения сейсмических параметров в
среде по данным анализа волновых полей.
Обратные задачи в большинстве случаев относятся к типу так называемых
некорректных задач, когда не гарантируется точное решение без заранее
обусловленных предположений. Некорректность обратных задач связана с
ограничениями физического и метрологического порядка. Суть этих ограничений
заключается в следующем.
Геологические среды представляют собой очень сложные преобразования,
характеризуемые множеством параметров. Если, например, с позиции сейсмологии
рассматривать только распределение скоростей продольных волн в
слоисто-непрерывной осадочной толще сравнительно небольшого объёма, то для
этого потребовалось бы определить многие тысячи значений. Ограничение с
физической стороны связано с конечностью используемых длин волн (l). В физике колебательных процессов
доказывается, что объект любых размеров при любой точности измерений можно
обнаружить достоверно только тогда, когда его линейные размеры превышают
величину зоны Френеля.
Вторая причина некорректности обратной задачи - наличие погрешностей в
измерении волновых параметров: времени распространения, амплитуд, а также
производных величин.
В связи с указанными ограничениями решение обратных задач в структурной
сейсмологии возможно только в рамках определённых моделей. Выбор моделей,
дающих возможность обеспечить наиболее полное извлечение информации,
представляет собой весьма непростую задачу.
Существует два основных способа решения обратных задач. В первом из них -
способе обращения - аналитически решается прямая задача в рамках заданной
обобщённой модели. Затем получают систему уравнений, решение которых позволяет
определить эффективные параметры среды.
Второй способ - способ подбора - также базируется на решении прямой
задачи, но в рамках более широкого класса моделей. Таким образом, прежде всего
определяют класс вероятных моделей. Вслед за этим находят первое приближение
для конкретной модели. Решая для неё прямую задачу, осуществляют сравнение
теоретически рассчитанных и наблюдаемых зависимостей. По характеру несовпадения
корректируется предыдущая модель, а затем снова решается прямая задача.
Итерационный вопрос обсуждается до тех пор, пока не будет достигнуто согласие в
рамках ошибок наблюдений.
При изучении глубинных оболочек Земли и других планет естественно
принимается во внимание их квазисферичность. Сжатие Земли вдоль оси вращения
из-за его малости (эксцентриситет равен 1/273) обычно не принимается во
внимание. Правдоподобно предположение, что физические параметры, прежде всего
скорости распространения волн, должны изменяться в радиальном направлении. Во
всяком случае, это относится к глубинным, более стабильным оболочкам, не
затронутым активными тектоническими процессами приблизительно в последние
полмиллиарда лет.
Такая одномерная постановка задачи традиционна. Однако в последнее время
большое внимание уделяется выявлению латеральных изменений скоростей vp и vs в мантии. Это направление получило название сейсмической
томографии и основано на просвечивании Земли множеством сейсмических лучей,
форма которых в первом приближении считается известной для стандартной Земли.
(Пузырёв Н. Н. Методы сейсмических исследований. - Новосибирск, 1992).
Глава 4.
Связи с другими научными дисциплинами
Как видно из проведённой работы, сейсмические методы решения
геологических задач берут свои истоки из двух огромных разделов науки: физики и
геологии. Обработка полученных данных и интерпретация их невозможны без
математики. Так как сейсмические методы решения геологических задач являются
разделом геофизики, и применяются эти методы очень часто в купе с другими, то
можно выделить следующие разделы науки: электроразведка, гравиразведка,
магниторазведка. Итак, можно выделить следующие науки, связанные с
сейсмическими методами решения геологических задач:
· физика;
· математика;
· геология;
· электроразведка;
· гравиразведка;
· магниторазведка;
· литология;
· тектоника;
· геохимия;
· структурная геология;
· палеонтология;
· стратиграфия;
· седиментология
Глава 5. Исследования, проводимые в институтах геологического профиля
новосибирского центра СО РАН и лекционные курсы на ГГФ НГУ по данной теме
«В ИНГГ СО РАН проблемы геологии нефти и газа нефти и газа Западной и
Восточной Сибири являются приоритетными на протяжении десятилетий. За эти годы
в институте накоплен уникальный комплекс материалов по геологическому строению,
стратиграфии, органической геохимии и нефтегазоносности Сибирского региона.
В то же время, направление, посвященное сейсмостратиграфии этих
бассейнов, создано относительно недавно в 1998-2000 гг.
За эти годы специалистами института выполнена интерпретация сотен тысяч километров
сейсмических профилей, осуществлено построение сейсмогеологических моделей
отдельных нефтегазоперспективных комплексов и объектов, разработаны
методические приемы оценки качества коллекторов в различных осадочных
комплексах, от венда Сибирской платформы до неокома Западной Сибири.
По рекомендациям института, выданным на основании интерпретации
сейсмогеологических материалов, в различных регионах Сибири пробурены
параметрические и поисково-разведочные скважины, позволившие изучить новые
нефтегазоперспективные комплексы, такие как рифей-кембрийский комплекс пород на
востоке Западной Сибири, и привели к открытию ряда нефтяных месторождений.
Разработанные в ИНГГ СО РАН методические приемы прогноза зон распространения и
оценки качества коллекторов и выявления сложнопостроенных залежей углеводородов
опубликованы в открытой печати и широко используются в различных геологических
организациях.
В то же время, эти исследования часто носили точечный характер и были
направлены на построение сейсмогеологических моделей отдельных зон
нефтегазонакопления, расположенных в различных частях Сибирского региона.
В настоящее время ИНГГ СО РАН обладает большим количеством временных
разрезов, полученных по профилям, отработанным в Западной и Восточной Сибири,
анализ которых совместно с материалами по эталонным ключевым месторождениям (в
которых залежи углеводородов сконцентрированы в различных осадочных комплексах
и типах ловушек) может позволить осуществить построение региональных
сейсмогеологических моделей этих регионов и разработать универсальные методики
поиска сложнопостроенных нефтегазоперспективных объектов, адоптированных к
конкретным нефтегазовым резервуарам.
Несмотря на то, что сейсморазведка в настоящее время является основным
методом поиска месторождений нефти и газа, а сейсмостратиграфия получила
признание и активно развивается во всем мире, в Сибирском отделении Российской
Академии Наук, как и в Академии Наук в целом, системные исследования в этом
направлении практически не проводятся. Геофизики-сейсмики, работающие в
структуре Академии Наук, ориентированы, главным образом, на решение
теоретических задач сейсморазведки.»
Сейсмические методы решения геологических задач - очень эффективное и
перспективное направление геофизики.
В Сибирском отделении наук, а в частности в институте Нефтегазовой
Геологии и Геофизики (ИНГГ) проводятся работы в данных областях.
С
этой целью созданы лаборатории: «Многоволновой сейсморазведки»,
«Экспериментальной сейсмологии», «Глубинных сейсмических исследований и
региональной сейсмичности», «Прямых и обратных задач сейсмики» - на базе
отделения геофизики, а также «Сейсмогеологического и математического
моделирования природных нефтегазовых систем» на базе отделения геологии нефти и
газа. Более того, и в других лабораториях проводятся исследования, так или
иначе связанные с сейсмическими методами. (www.ipgg.nsc.ru).
Также
огромное количество работ во области сейсморазведки и сейсмологии проводится в
Сибирском Научно-Исследовательском Институте Геологии, Геофизики и Минерального
Сырья (СНИИГГиМС). В частности, на базе этого института располагается сибирский
центр обработки, интерпретации и экспертизы геофизических данных, где
проводится обработка данных сейсморазведки. В структуре института выделяется
отделение сейсморазведки, в которое входят «лаборатория методики
сейсморазведки» и «лаборатория многоканальных сейсмотелеметрических станций». В
других подразделениях СНИИГГиМС тоже проводится изучение сейсмических методов
решения геологических задач и применение их на практике. Например, этот институт
занимается изучением и построением моделей глубинного строения земной коры
Сибири и Дальнего Востока на основе многих данных, в том числе данных
сейсморазведки. Создаются тектонические, формационные и другие карты осадочного
чехла и фундамента, осуществляется научное обоснование особенностей
формирования месторождений полезных ископаемых на территории Сибири.
«Основные
направления научно-исследовательских работ лаборатории глубинных сейсмических
исследований СНИИГГиМС связаны:
1. С разработкой методики региональной сейсморазведки в условиях
интенсивного развития траппов как на этапе рекогносцировочных исследований
земной коры, так и при обнаружении крупных локальных структур под площадными
системами наблюдений головных волн;
2. С разработкой и совершенствованием технологии
сейсмотомографической обработки и интерпретации данных региональных
сейсмических исследований и материалов КМПВ с целью выявления
нефтегазоперспективных карбонатных объектов в палеозойских отложениях Западной
Сибири;
. С разработкой и реализацией критериев прогноза нефтегазоносных
областей в платформенных районах Сибири и при выявлении рудных узлов в районах
северо-востока России на основе региональных сейсмических данных;
. С крупномасштабным обобщением данных региональных сейсмических
исследований земной коры Сибири.»
В Новосибирском Государственном Университете (НГУ) на базе
геолого-геофизического факультета (ГГФ) готовят геофизиков, способных проводить
работы, связанные с сейсморазведкой и сейсмологией. В программу их обучения входят
курсы лекций по сейсморазведке, сейсмологии, практика по сейсморазведке после
третьего курса. Также любой студент ГГФ имеет возможность заниматься научной
деятельностью в институтах СО РАН, в частности в ИНГГ.
Заключение
Итак, как видно, сейсмические методы решения геологических задач имеют
огромное значение в наше время. Без них практически невозможно разделение слоёв
во внутреннем строении Земли, выделение границ, включений, деформаций и прочее,
то есть невозможно было бы построение глубинного разреза Земли, изучение
внутренних сфер. Не представлялся бы возможным поиск полезных ископаемых, как
нефть, газ, руды. Значительно усложнился бы поиск мест для постройки зданий,
шахт (инженерная сейсморазведка). Всё это так или иначе усложнило бы жизнь как отдельного
человека, так и человечества в целом.
Таким образом, стало понятно, что сейсмические методы - это довольно
сложный, но очень точный и надежный способ решения задач геологии. Именно
поэтому, зародившись около ста лет назад, они достигли сейчас таких высот.
Причем пик развития ещё не достигнут. У сейсмологии и сейсморазведки огромные
перспективы. Методы совершенствуются. Теперь они дают всё более точный
результат, применяются для бóльших глубин. Более того,
сейсмические методы уже вышли за пределы Земли. Довольно много сейсмических
данных получено о Луне: о её внутреннем строении, о землетрясениях на ней. И до
сих пор сейсмическое исследование Луны приносит много полезной информации. Для
этого на поверхности Луны размещены несколько сейсмических станций. У
сейсмических методов есть и ограничения: помехи, шумы, угол наклона слоёв,
дифракции. Но эти проблемы решаются. Итак, видно, что у сейсмических методов
решения геологических задач огромные перспективы.
Список
использованной литературы
· Пузырёв Н.
Н. Методы сейсмических исследований. - Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-е, 1992. -
236 с.
· Короновский
Н. В. Общая геология: учебник. - Москва: Изд-во МГУ, 2002. - 448 с.
· Шерифф
Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка: в 2 т. Т.1 История, теория и получение данных. -
Москва: «Мир», 1987. - 447 с