Sejsmika refleksyjna

dr inż. Kamila Wawrzyniak

Katedra Geofizyki,

Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska

Akademia Górniczo-Hutnicza

www.geol.agh.edu.pl/~wawrzyniak

Metody geofizyczne w poszukiwaniach – wykład 6

Plan wykładu

Trasa sejsmiczna.

Hodograf fali odbitej.

Rekord polowy i kolekcja CMP.

Poprawka kinematyczna.

Suma.

Sekcja sejsmiczna.

Trasa sejsmiczna

Ile energii sejsmicznej ulegnie
odbiciu zależy od…

impedancji akustycznej

z = v ⋅ ρ

Liczbowo wyraża to …

współczynnik odbicia R

0

1

A

A

R

=

1

2

1

2

Z

Z

Z

Z

R

+

−

=

1

1

≤

≤

−

R

R jest dodatnie gdy…

Z

2

> Z

1

R jest ujemne gdy…

Z

2

< Z

1

Wartość R zależy od…

wielkości kontrastu

impedancji akustycznej

Trasa sejsmiczna

g

łę

b

o

k

o

ś

ć

Profil

geologiczny

c

za

s

Profilowanie

impedancji

akustycznej

Rozkład

współczynników

odbicia

z głębokością

Rozkład

współczynników

odbicia

w domenie czasu

Sygnał

ź

ródła

Trasa
sejsmiczna

=

Trasa sejsmiczna to

splot

rozkładu współczynników odbicia z sygnałem źródła.

Ponieważ ośrodek geologiczny działa jak filtr, dlatego zmienia sygnał źródła.

Trasa sejsmiczna wyraża zmianę pola falowego wyemitowanego w źródle na

kontrast impedancji akustycznej w ośrodku skalnym.

Hodograf fali odbitej

PS – punkt strzałowy

PO – punkt odbioru (geofon)

1

1

,

V

ρ

2

2

,

V

ρ

PS

P0

1

P0

2

P0

3

P0

4

x

t

PS

P0

1

P0

2

P0

3

P0

4

Hodograf:

wykres czasu przyjścia
fali w funkcji offsetu.

offset (x):

odległość między PS a PO.

Hodograf fali odbitej

1

1

,

V

ρ

2

2

,

V

ρ

PS

P0

1

x

Ile wynosi czas przyjścia fali odbitej do
odbiornika (t

x

)?

Czas = droga/prędkość

Z równania Pitagorasa:

t

PS

P0

1

t

x

x

s

h

2

4

2

2

2

2

2

2

2

h

x

s

h

x

s

V

s

t

+

=

⇒

+













=

=

hiperboli

równanie

V

h

x

t

x

⇒

+

=

2

2

4

Czas przyjścia fali do odbiornika jest funkcją:
prędkości i głębokości do granicy.

Hodograf fali odbitej

Hodografem fali refleksyjnej
jest hiperbola.

Krzywizna hodografu jest
funkcją prędkości i
głębokości do granicy
odbijającej

.

V = const, h↑ ⇒ hodograf
jest bardziej płaski

h = const, V↑ ⇒ hodograf
jest bardziej płaski

Hodografy fali odbitej

0

1

2

3

4

5

6

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

x [m]

t [s]

h = 500 m, v =2000 m/s

h = 2000 m, v =2000 m/s

h = 5000 m, v =2000 m/s

Czas pionowy

Czas pionowy t

0

(podwójny czas pionowy):

to czas fali rejestrowany w miejscu wzbudzenia fali (czas fali odbitej
od granicy biegnącej pionowo) tzw.

czas zerooffsetowy

.

PS, P01

h

V

h

V

h

t

t

t

x

2

4

2

0

0

0

=

=

=

=

x [m]

t [s]

t

0

Metoda pokryć wielokrotnych

W sejsmice refleksyjnej falami
użytecznymi są

fale odbite

, które

nie

są pierwszymi falami

rejestrowanymi

na trasach sejsmicznych i generalnie

mają niewielkie amplitudy

.

Istotne było opracowanie

specjalnej

metodyki

pomiarowej

wzmacniającej

fale użyteczne

i

osłabiającej fale

zakłócające

.

Metoda pokryć wielokrotnych to



specyficzna metodyka

obserwacji

,



specyficzna metodyka

przetwarzania

.

Kearey et al. 2002

Metoda pokryć wielokrotnych

rozstaw skrajny

rozstaw środkowy

PS

PO

Schematy obserwacji

Profile pomiarowe

rekordy

polowe

Rozstaw

–

geometryczny
układ geofonów
względem PS

Rekord polowy –

zbiór tras
mających
wspólny PS

Metoda pokryć wielokrotnych

Metodyka pomiarowa:

schemat ciągłego profilowania sejsmicznego –

wzajemne położenie PS i

rozstawu nie zmienia się

przy zmianie położenia PS w miarę posuwania się

wzdłuż profilu sejsmicznego.

Metoda pokryć wielokrotnych

Przy takim schemacie pomiarowym uzyskuje się

różne wersje

sygnału odbitego od tego samego punktu granicy odbijającej

przy

różnych offsetach.

Punkty strzałowe

Punkty odbioru

punkt odbicia

Metoda pokryć wielokrotnych

Położenie punktu odbicia nie jest znane.

Dobrym przybliżeniem położenia punktu odbicia jest

punkt środkowy

(zakładając, że punkt odbicia leży pod punktem środkowym).

Zbiór tras sejsmicznych mających wspólny punkt środkowy nazywa
się

kolekcją wspólnego punktu środkowego CMP

Punkty strzałowe

Punkty odbioru

CMP

CDP

CMP (Common Mid-Point)

– wspólny punkt środkowy

(punkt leżący w połowie odległości PS-PO)

CDP (Common Depth-Point)

– wspólny punkt głębokościowy

(punkt odbicia fali od granicy)

Metoda pokryć wielokrotnych

Punkt środkowy CMP leży nad
punktem odbicia CDP tylko
wtedy, gdy granica odbijająca
jest pozioma.

Metoda pokryć wielokrotnych

Metodyka przetwarzania

Kolekcje CMP są podstawą przetwarzania danych sejsmiki refleksyjnej:



Równie hodografu zakłada poziomą granicę odbijającą.

Najprostszą aproksymacją zbioru tras sejsmicznych odpowiadającą
hodografowi fali odbitej od płaskiej granicy jest kolekcja CMP.

Każda trasa z kolekcji CMP jest odbita od tego samego punktu
głębokościowego. Dla tych tras zmiana czasu przyjścia fali z offsetem
(tj. krzywizna hodografu) zależy tylko od prędkości.

Pozwala to na

obliczenie prędkości fali

.

Metoda pokryć wielokrotnych

Metodyka przetwarzania

Kolekcje CMP są podstawą przetwarzania danych sejsmiki refleksyjnej:



Energia fal odbitych jest niewielka (małe amplitudy). Ważne jest, aby
zwiększyć stosunek sygnału do szumu (S/N).

Znając prędkość fali do granicy odbijającej można do kolekcji CMP
wprowadzić tzw.

poprawkę kinematyczną

, aby sprowadzić każdą

trasę z kolekcji do trasy zerooffsetowej.

Poprawka kinematyczna

Poprawka kinematyczna (NMO)

w punkcie x, to różnica czasów

przyjścia ∆T między czasem przyjścia fali do punktu x t

x

i dla offsetu

zerowego t

0

.

Wartość poprawki kinematycznej w punkcie x zależy od prędkości.

x [m]

t [s]

t

0

t

x

∆Τ

∆Τ

∆Τ

∆Τ

x

Poprawka kinematyczna

Wprowadzenie poprawki kinematycznej do tras CMP z dobrze
dobraną prędkością powoduje wyprostowanie hodografu, co
oznacza sprowadzenie każdej trasy do

trasy zerooffsetowej i

otrzymanie czasu pionowego

.

Składanie (sumowanie) tras CMP

Każda z tras kolekcji CMP:



uzyskiwana jest w innym czasie, charakteryzuje się więc innym szumem
otoczenia,



uzyskiwana jest przy innej odległości od źródła, charakteryzuje się więc
innym szumem generowanym przez źródło (np. fala powierzchniowa).

Sumując

kolejne trasy kolekcji CMP po poprawce kinematycznej

otrzymuje się

wzmocniony sygnał od granicy i osłabione szumy

.

trasa sumaryczna
(suma)

Sekcja sejsmiczna

Wynikiem końcowym przetwarzania tras sejsmicznych w metodzie
pokryć wielokrotnych jest

sekcja tras sumarycznych (tzw. suma),

sekcja sejsmiczna

, stanowiąca zwykle materiał wyjściowy do

interpretacji geologicznej lub do dalszego, bardziej
zaawansowanego przetwarzania cyfrowego.

Sekcja sejsmiczna pozwala śledzić przebieg granicy sejsmicznej.

X

t

Literatura

Kearey P., Brooks M. i Hill I., 2002. An introduction to geophysical
exploration. Blackwell Publishing, Oxford.

Kasia Z., 1998. Przetwarzanie sejsmiczne. Wydawnictwo Centrum
PPGSMiE PAN, Kraków.

Kasia Z., 1998. Metodyka badań sejsmicznych. Wydawnictwo
Centrum PPGSMiE PAN, Kraków.

Trześniowski Z., 2005. Jak odkryć ropę naftową. Agencja
Reklamowo-Wydawnicza media2, Kraków.