Giáo trình thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí Chương 8 Phương pháp địa chấn khúc xạ

Mai Thanh Tân Chơng Phơng pháp địa chấn khúc xạ Địa chấn khúc xạ là phơng pháp nghiên cứu cấu trúc địa chất sở sử dụng sóng khúc xạ từ mặt ranh giới khác quay trở mặt quan sát Phơng pháp địa chấn khúc xạ đợc đề xuất từ năm 1919 Mỹ, sau năm 1923 bớc đầu áp dụng để tìm kiếm dầu khí liên quan đến vòm muối vùng vịnh Mehico Năm 1939, phơng pháp liên kết sóng khúc xạ với việc sử dụng sóng khúc xạ đến từ mặt ranh giới khác đợc tiến hành Nga Trong năm qua, phơng pháp địa chấn khúc xạ đợc áp dụng để giải nhiều nhiệm vụ khác nh nghiên cứu tầng sâu vỏ đất, khảo sát móng kết tinh bể trầm tích, Một khối lợng lớn công tác địa chấn khúc xạ đợc sử dụng để khảo sát móng công trình phục vụ công trình xây dựng Việt nam, phơng pháp địa chấn khúc xạ đợc áp dụng năm 60-70 để khảo sát bề dày trầm tích đặc điểm móng kết tinh vùng trũng Hà Nội, trũng An Châu Phơng pháp địa chấn khúc xạ tần số cao đợc áp dụng để khảo sát móng công trình thuỷ điện Hoà Bình, Trị An nhiều công trình khác 8.1 Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ Giả sử môi trờng gồm lớp có tốc độ truyền sóng v1 v2 Khi sóng tới đạt đến mặt ranh giới R tạo sóng phản xạ quay trở lại môi trờng phía sóng qua tiếp tục vào môi trờng phía dới Trong trờng hợp v2>v1 góc khúc xạ lớn góc tới ( > ) Khi góc đổ tăng đến góc tới hạn i góc đạt 900, sóng qua trợt dọc theo mặt ranh giới R môi trờng thứ tạo nên sóng P121 quay trở bề mặt Sóng P121 đợc gọi sóng khúc xạ Sự hình thành sóng khúc xạ đợc nêu chơng (hình 2.6) Chúng ta xét biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ trờng hợp môi trờng có mặt ranh giới R nghiêng góc có tốc độ truyền sóng lớp phía dới mặt ranh giới v2 lớn tốc độ truyền sóng lớp phía v1, chiều sâu pháp tuyến tâm điểm nổ h (hình 8.1) Trên tuyến quan sát x, sóng đầu xuất cách điểm nổ khoảng định góc tới đạt đến góc tới hạn i Gọi điểm bắt đầu có sóng đầu có sóng phía điểm đo N1 N2 Có thể xác định toạ độ điểm đầu này: 220 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí xN1 = 2h cos.tg(i ) + 2h sin xN = 2h cos.tg(i + ) 2h sin Qua trình biến đổi, ta có x N1 = 2h sin i cos(i ) xN = 2h sin i cos(i + ) Thời gian xuất sóng đầu điểm N1 N2 : t N1 = tN O*M 2h cos = v1 v1 cos(i ) O*M 2h cos = = v1 cos(i + ) Hình 8.1 BĐTK sóng khúc xạ Theo định luật khúc xạ, tia sóng đầu tạo với pháp tuyến mặt ranh giới R góc góc i nên R phẳng tia sóng song song với Suy tốc độ biểu kiến không đổi có giá trị : v v* = sin(i ) x đại lợng không đổi nên độ nghiêng BĐTK t không đổi 1/v* Điều BĐTK sóng khúc xạ đoạn thẳng Phơng trình chúng nh sau : t tN = * x xN v Hay t = * ( x x N ) + t N v Thay giá trị xN1, xN2 tN1, tN2 vào công thức trên, qua tính toán ta có Vì v* = t= x sin(i ) 2h cos i + v1 v1 Nếu kéo dài BĐTK phía điểm nổ chúng cắt trục 2h cos i thời gian giá trị t = v1 Khi mặt ranh giới nằm ngang ( = 0), BĐTK có dạng : 221 Mai Thanh Tân t= x sin i 2h cos i x 2h cos i + = + v1 v1 v2 v1 Qua kết tính toán rút nhận xét là: - Khi mặt ranh giới phẳng, BĐTK sóng khúc xạ đoạn thẳng, đờng kéo dài chúng cắt giá trị t0 Khi mặt ranh giới cong, hệ số góc BĐTK thay đổi theo góc nghiêng mặt ranh giới dạng BĐTK đờng cong phụ thuộc vào hình dạng mặt ranh giới - Sóng khúc xạ xuất cách điểm nổ khoảng định Tại điểm đầu, thời gian xuất sóng phản xạ sóng khúc xạ nh nên BĐTK sóng phản xạ sóng khúc xạ tiếp xúc với - Nếu góc nghiêng lớn ( > 900 - i) tia sóng khúc xạ khả quay trở mặt quan sát Trong môi trờng nhiều lớp, tồn số mặt ranh giới thoả mãn điều kiện vi > vi-1 mặt đất quan sát đợc sóng khúc xạ khác Biểu đồ thời khoảng có đặc điểm sau: - Điểm đầu sóng khúc xạ liên hệ với tầng sâu nằm xa sóng từ tầng nông Sóng sâu xuất xa điểm nổ Số sóng khúc xạ thu đợc xa điểm nổ nhiều gần điểm nổ - Các sóng khúc xạ từ tầng sâu có tốc độ biểu kiến lớn sóng từ tầng nông Biểu đồ thời khoảng sóng từ tầng sâu thoải sóng từ tầng nông t0(x) t t2(x) t2(x) t1(x) A B C D E G x R1 R2 R3 Hình 8.2 Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ môi trờng có nhiều mặt ranh giới - Trong môi trờng phân lớp nằm ngang biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ cắt nhau, tạo vùng có giao thoa sóng khúc xạ từ mặt ranh giới khác nhau, mặt khác tạo vùng theo dõi sóng sóng khúc xạ cách rõ ràng Thí dụ hình 8.2 222 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí mô tả trờng sóng khúc xạ môi trờng có mặt ranh giới, t0(x) biểu đồ thời khoảng sóng trực tiếp từ nguồn nổ, t1(x), t2(x) t3(x) biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ từ mặt ranh giới R1, R2 R3 Các đoạn BC DE sóng bị giao thoa, đoạn AB, CD EG theo dõi sóng khúc xạ t1(x), t2(x) t3(x) liên hệ với ranh giới R1, R2 R3 Trong môi trờng có đứt gãy, tranh sóng có phức tạp Giả sử mặt khúc xạ bị phá huỷ đứt gãy AB tạo thành cánh nâng R1 có chiều sâu h1 cánh chìm R2 có chiều sâu h2 (hình 8.3) Hình 8.3 Biểu đồ thời khoảng sóng khúc xạ vùng có đứt gãy Trớc hết, xét trờng hợp điểm nổ đặt cánh nâng ranh giới Khi tia O1E đập xuống R1 góc tới hạn làm kích động sóng trợt Sóng trình dịch chuyển dọc R1 kích động sóng đầu P010 Ngoài ra, đạt tới mép cụt AB sóng trợt bị tán xạ làm hình thành lớp phủ sóng khúc xạ - tán xạ P01A0 Sóng có BĐTK hypecbol tiếp xúc với BĐTK sóng đầu điểm ló D tia sóng đầu từ điểm A đến ranh giới Sóng khúc xạ - tán xạ có khả làm kích động sóng đầu từ cánh chìm R2 ranh giới Khi tia AB đập vào R2 làm sóng trợt dọc tia BK tạo sóng tán xạ - đầu P01A010 Một tia sóng sóng tia O1EAHKL biểu diễn hình 8.4 P1A010 song song với BĐTK P010 cách khoảng 2h cos i t i = v0 Ngoài sóng khúc xạ - tán xạ đầu, đập vào R2 tia sóng tán xạ P010 làm xuất sóng khúc xạ - tán xạ - phản xạ P01A00 BĐTK 223 Mai Thanh Tân có dạng hypecbol nằm tiếp xúc với BĐTK sóng P01A010 điểm đầu M BĐTK Ngoài sóng cánh chìm P2 ranh giới quan sát thấy sóng khác chúng hình thành kích động tia sóng qua Tia O1F sau đập vào R1 bị khúc xạ vào lớp W1 chạy theo đờng FB đập vào mép dới đứt gãy Tia bị tán xạ điểm B làm hình thành sóng tán xạ P01B0 làm xuất sóng trợt P01B1 Sóng tạo thành sóng đầu P01B10 BĐTK đờng thẳng có điểm đầu Q song song với BĐTK sóng P010 Nếu khoảng cách F E xem nh nhỏ khoảng cách t2 BĐTK sóng P01B010 sóng P010 xác định nh sau t2 = ' v1 h 1+ l + h cos i v1 v0 l chiều dài đoạn EA, v1 tốc độ truyền sóng lớp nằm dới cánh nâng R1 ranh giới Nếu môi trờng tới mặt R1 R2 đồng t2 1+ t2 = ' v1 h l + h cos i v0 Khi đứt gãy nằm xa điểm nổ để h [...]... nghiên cứu móng Các kết quả thăm dò địa 230 Thăm dò địa chấn trong địa chất dầu khí chấn khúc xạ cho phép xác định các yếu tố nh độ sâu, địa hình, thành phần thạch học của móng - Nghiên cứu lớp phủ trầm tích Trong nhiều trờng hợp, để nghiên cứu cấu trúc địa chất các bể trầm tích có thể kết hợp phơng pháp địa chấn phản xạ với phơng pháp địa chấn khúc xạ và các phơng pháp địa vật lý khác Nhiệm vụ đặt... giới khúc xạ cần xác định là hình bao của các đờng tròn có tâm là S(x) và bán kính là h(x) t (x) T t2x t1 t0(x) G 01 i i R A H S C R x i i h 02 D B Hình 8. 6 Tính vrg bằng BĐTK hiệu 8. 4 ứng dụng của phơng pháp địa chấn khúc xạ Phơng pháp địa chấn khúc xạ đợc ứng dụng để giải quyết các nhiệm vụ địa chất khác nhau nh xác định móng kết tinh, nghiên cứu lớp phủ trầm tích, phục vụ khảo sát địa chất công trình. .. khác Nhiệm vụ đặt ra là nghiên cứu một số mặt ranh giới địa tầng, nghiên cứu cấu tạo, phát hiện các đứt gẫy kiến tạo, các ranh giới thẳng đứng - Giải quyết các nhiệm vụ địa chất công trình: Trong lĩnh vực địa chất công trình (xác định nền móng các giàn khoan, điều kiện đặt đờng ống dẫn dầu khí, các công trình cảng ), phơng pháp địa chấn khúc xạ đợc sử dụng để giải quyết nhiều nhiệm vụ khác nhau nh... công trình và địa chất thuỷ văn - Nghiên cứu móng kết tinh Trong thăm dò dầu khí, việc xác định độ sâu và đặc điểm mặt ranh giới móng kết tinh là rất cần thiết, cho phép làm sáng tỏ bề dày các bể trầm tích và các đặc điểm kiến tạo địa động lực có liên quan Do đất đá trầm tích thờng có tốc độ nhỏ hơn so với các loại đá magma, biến chất trong móng kết tinh nên phơng pháp địa chấn khúc xạ đợc áp dụng... gốc, chiều sâu và địa hình mặt đá gốc, phát hiện các đới bị phá huỷ, nứt nẻ, các hang cactơ, xác định mực nớc ngầm, xác định các tham số cơ lý đất đá ở thế nằm tự nhiên Vì trong địa chất công trình độ sâu khảo sát không lớn và các đối tợng khảo sát có kích thớc nhỏ nên khoảng cách các máy thu chỉ khoảng 2-10m, có thể phát sóng bằng va đập và các trạm địa chấn ghi sóng trong dải tần số 80 -100Hz, thậm... Bằng phơng pháp địa chấn khúc xạ với việc gây dao động bằng đập nện theo phơng thẳng đứng và phơng nằm ngang có thể xác định đồng thời tốc độ sóng dọc và sóng ngang (vP , vS) Từ đó có thể tính đợc mođun đàn hồi (E), hệ số Poatson () qua vP , vS và mật độ : 1 2( vS / v P ) 2 à= 2 1 ( vS / v P ) 2 [ ] E = 2v2S (1 + ) = v2P (1 + )(1 2 ) (1 ) Các tham số đàn hồi xác định đợc bằng địa chấn đợc gọi... )(1 2 ) (1 ) Các tham số đàn hồi xác định đợc bằng địa chấn đợc gọi là tham số đàn hồi động, chúng có mối quan hệ chặt chẽ với các tham số đàn hồi tĩnh đợc xác định bằng các thiết bị đo cơ học đất ở trong phòng thí nghiệm 231 ... loại đá magma, biến chất móng kết tinh nên phơng pháp địa chấn khúc xạ đợc áp dụng có hiệu để nghiên cứu móng Các kết thăm dò địa 230 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí chấn khúc xạ cho phép xác định... 8. 2.3 Đặc điểm phát thu sóng khúc xạ Trong phơng pháp địa chấn khúc xạ, tiến hành quan sát sóng xa nguồn nổ nên biên độ sóng khúc xạ thờng yếu, nhiên chúng lại 226 Thăm dò địa chấn địa chất dầu. .. ranh giới mà sở để suy luận tính chất thạch học đất đá mặt ranh giới khúc xạ 2 28 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí Chúng ta xét số phơng pháp xác định vrg, phơng pháp biểu đồ thời khoảng hiệu Giả