Mai Thanh Tân Chơng sở phơng pháp thăm dò địa chấn Phơng pháp địa chấn đợc tiến hành sở nghiên cứu trình truyền sóng đàn hồi môi trờng địa chất Chính vậy, để hiểu rõ khả áp dụng phơng pháp, cần làm sáng tỏ khái niệm sóng đàn hồi, đặc điểm địa chất trình truyền sóng sở phơng pháp 2.1 Cơ sở phơng pháp địa chấn 2.1.1 Sự hình thành sóng đàn hồi + Cơ sở lý thuyết đàn hồi Trong thăm dò địa chấn, phát sóng điểm làm cho môi trờng xung quanh bị rung động Vì lực kích thích nhỏ thời gian tác động ngắn nên coi môi trờng địa chất môi trờng đàn hồi, dao động đợc lan truyền dới dạng sóng đàn hồi Trên sở nh vậy, khái niệm lý thuyết đàn hồi đợc sử dụng để nghiên cứu trình truyền sóng Các vật thể đợc coi đàn hồi có lực tác dụng hình dạng vật thể bị thay đổi lực ngừng tác dụng vật thể trở lại trạng thái ban đầu Sự thay đổi hình dạng nh gọi biến dạng đàn hồi Có thể phân chia biến dạng đàn hồi thành hai loại: biến dạng thể tích biến dạng hình dạng Nếu lực tác dụng làm thay đổi thể tích vật thể hình dạng giữ nguyên gọi biến dạng thể tích Ngợc lại vật thể thay đổi hình dạng không thay đổi thể tích biến dạng hình dạng Các loại biến dạng đàn hồi phức tạp đợc coi tổng biến dạng thể tích biến dạng hình dạng Đối với chất rắn, bị lực tác dụng xảy biến dạng thể tích biến dạng hình dạng, với chất lỏng chất khí xảy biến dạng thể tích Khi có lực tác dụng vào vật thể gây nên biến dạng bên vËt thĨ ®ång thêi xt hiƯn néi lùc cã xu hớng chống lại ngoại lực nhằm kéo phần tử vật chất trạng thái ban đầu gọi ứng lực ứng lực tác dụng lên đơn vị diện tích nhằm cân với ngoại lực gọi ứng suất Mối quan hệ ứng suất biến dạng đợc xác định qui luật định Nếu mối quan hệ tuyến tính môi trờng nghiên cứu đợc coi môi trờng đàn hồi tuyệt đối, mối quan hệ ứng suất biến dạng đợc mô tả định luật Hooke Để làm sáng tỏ ®iỊu nµy, chóng ta cã thĨ xÐt mét thÝ dơ minh hoạ đơn giản hình 2.1 Giả sử có vật thể đàn hồi có hình trụ tròn có chiều dài l 14 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí đờng kính d bị gắn chặt đầu Dới tác dụng lực F vật thể bị biến dạng, có độ dÃn dọc l độ nén ngang d Gọi độ dÃn dọc tơng đối l = l/l độ nén ngang tơng ®èi lµ ∂d= ∆d/d øng st T cã ®é lín lµ: d - ∆d d F F T= = S 4d Vật thể đàn hồi đợc đặc trng tham số đàn hồi nh mô đun dÃn dọc E (mô đun Young), mô đun nén ngang (hệ số Poisson) số Lame à, mật độ Vì mối quan hệ ứng suất biến dạng tuyến tính nên ta có: a ∆l = aT , ∂l = T = T l E l l+∆l a b F F H×nh 2.1 Sù biến dạng vật thể hình trụ trớc lực tác dụng (a) sau lực tác dụng (b) b d vµ ∆d = bT, ∂d = T a b hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất đàn hồi kích thớc cđa vËt thĨ: ∂d b l = =σ ∂l d a E mô đun dÃn dọc (mô dun Young) mô dun nén ngang (hệ số Poisson) Mô dun Young có trị số ứng suất vật thể bị dÃn gấp lần Các đại lợng E đặc trng cho tính chất đàn hồi vật thể không phụ thuộc vào Trên bảng 2.1 dẫn giá trị E số loại đất đá khác Bảng 2.1 Đất đá E (10-11 CGS) Granit Quaczit Đá vôi 3-5 5-8 2.5 - Đất đá 0.25 - 0.30 đá phiÕn 0.22 - 0.27 c¸t kÕt 0.22 - 0.35 E (10 –11 CGS) 1.5 - 4.5 1.5 - 3.0 σ 0.3 - 0.40 0.2 - 0.35 + Sự hình thành sóng đàn hồi Trong thăm dò địa chấn, kích thích dao động gây nên biến dạng vµ xt hiƯn øng st cã xu h−íng kÐo vËt thể trở trạng thái ban đầu Do tợng quán tính nên phần tử vật chất môi trờng 15 Mai Thanh Tân dao động quanh vị trí cân Các dao động đợc lan truyền môi trờng dới dạng sóng đàn hồi Sóng đàn hồi đợc truyền với tốc độ phụ thuộc vào tham số đàn hồi môi trờng Trong môi tr−êng ®ång nhÊt, cã sù kÝch thÝch dao ®éng tạo hai loại sóng khác sãng däc (P) vµ sãng ngang (S) Sãng däc (P) liên quan đến biến dạng thể tích, hạt vật chất dao động trùng với phơng truyền sóng Khi sóng dọc truyền tạo đới nén, dÃn liên tiếp (hình 2.2a) Sóng ngang (S) liên quan đến biến dạng hình dạng, hạt vật chất dao động thẳng góc với phơng truyền sóng Khi sóng ngang truyền tạo đới trợt liên tiếp (hình 2.2b) a b Hình 2.2 Quá trình truyền sóng dọc (a) vµ sãng ngang (b) Sãng däc vµ sãng ngang truyền độc lập với có tốc độ vP vµ vS vP = E(1− σ) E , vS = ρ(1+ σ)(1− 2σ) ρ (1 + σ ) mật độ đất đá, E mô dun Young hệ số Poisson So sánh vP vS ta có: vP 2(1 σ) = > vS (1 − 2σ) NÕu x¸c định đợc vP vS xác định đợc hệ số Poisson đặc trng cho tính chất đàn hồi đất đá 2 v P 2vS σ= v P − vS 16 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí Trong không khí nớc, biến dạng hình dạng nên có sóng dọc mà sóng ngang Trong thăm dò địa chấn biển, cáp thu đợc bố trí nớc biển độ sâu 6-8m tính từ mặt nớc nên thu đợc sóng dọc, để thu đợc sóng ngang cần đa cáp thu xuống sát đáy biển Trong địa chấn, việc quan sát sóng đợc tiến hành cách ghi dao động theo thời gian điểm quan sát khác tuyến Nếu xét dịch chuyển dao động theo tia sóng thời điểm định đồ thị biểu diễn dao động thời điểm theo khoảng cách đợc gọi tuyến sóng Khoảng cách cực trị tên bớc sóng (hình 2.3a) Đồ thị biểu diễn dao động điểm quan sát theo thời gian gọi hình dạng sóng Độ lệch cực đại đờng ghi so với vị trí cân gọi biên độ (A), khoảng thời gian hai cực trị tên gọi chu kỳ (T), đại lợng nghịch đảo với chu kỳ xác định số dao động đơn vị thời gian gọi tần số f = 1/T Có thể sử dụng khái niệm tần số vòng = 2f (hình 2.3b) Mối quan hệ bớc sóng chu kỳ đợc xác định công thức = vT Trong v tốc độ truyền sóng u u a b Hình 2.3 Tuyến sóng (a) hình dạng sóng (b) 2.1.2 Cơ sở địa chấn hình học Trong trình nghiên cứu truyền sóng địa chấn xét trờng sóng theo đặc điểm động hình học đặc ®iĨm ®éng lùc Khi xÐt sù trun sãng ®µn håi tơng tự nh tia sáng quang học, quan tâm đến đặc điểm động hình học sóng nh trờng thời gian, phân bố mặt sóng, thời gian truyền sóng, tốc độ Việc nghiên cứu chúng dựa sở địa chấn hình học Khi nghiên cứu đặc điểm động lực trờng sóng cần xét tham số nh hình dạng sóng, biên độ, phổ tần số + Trờng thời gian Khi phát sóng điểm tạo sóng đàn hồi truyền môi trờng Trong trình truyền sóng, xác định đợc thời gian 17 Mai Thanh Tân sóng truyền đến điểm có toạ độ khác Khoảng không gian tồn mối quan hệ thời gian truyền sóng toạ độ điểm quan sát gọi trờng thời gian Trờng thời gian đợc đặc trng mặt sóng tia sóng Mặt sóng mặt mà thời gian sóng đến nh nhau, đợc gọi mặt đẳng thời Khi nghiên cứu tập hợp mặt đẳng thời xác định đặc điểm truyền sóng Tia sóng đờng thẳng góc với mặt đẳng thời trùng với phơng truyền sóng Trong môi trờng đồng nhất, tia sóng đờng thẳng môi trờng không ®ång nhÊt tèc ®é trun sãng thay ®ỉi nªn tia sóng đờng cong, đờng gấp khúc Khi tiến hành phơng pháp địa chấn, với nguồn phát thờng thu sóng nhiều điểm khác tuyến quan sát Mối quan hệ thời gian sóng đến toạ độ điểm quan sát đợc biểu diễn biểu đồ thời khoảng (BĐTK) Khi quan sát tuyến (địa chấn 2D) biểu đồ thời khoảng đờng thẳng đờng cong, quan sát diện tích gồm nhiều tuyến khác (địa chấn 3D), biểu đồ thời khoảng mặt Một vài thí dụ biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ sóng khúc xạ đợc thể hình 2.12 - 2.15 hình 8.2 - 8.4 Các loại sóng đàn hồi môi trờng thờng đến máy thu theo hớng truyền sóng khác nhau, t có chênh lệch thời gian sóng đến điểm tuyến quan sát t2 t Nếu tính tốc độ theo phơng truyền sóng mà tính dọc t1 x theo tuyến quan sát tèc ®é A B biĨu kiÕn (v*) x α Chúng ta xét thí dụ hình C 2.4 Giả sử tia sóng đến tạo với tuyến quan sát góc Thời gian z sóng đến điểm A B t1 t2 Sự chênh lệch thời gian sóng đến Hình 2.4 Cách tính tốc độ biểu kiến A B t2 - t1 = t Tốc độ truyền sóng dọc theo tia là: v = CB/ ∆t NÕu tÝnh tèc ®é theo tuyÕn quan sát, ta có v* = tốc độ biểu kiến AB Mối quan hệ tốc độ biểu kiến v* tốc độ v theo tia đợc t t1 xác định theo công thức: v* = v sin 18 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khÝ Nh− vËy, tèc ®é biĨu kiÕn sÏ thay ®ỉi t theo h−íng sãng ®Õn Khi sãng trun däc theo tuyến quan sát tốc độ biểu kiến có giá trị nhỏ tốc độ sóng truyền theo tia Khi tia sóng đến nghiêng so với tuyến quan sát v*> v Khi sóng đến thẳng góc với mặt ranh giới ( = 0) mặt sóng trùng với mặt quan sát, sóng đến điểm tuyến quan sát lúc, lúc v* = Khái niệm tốc độ biểu kiến đợc sử dụng xử lý số liệu để xác định khác biệt sóng có hớng sóng đến khác nhau, điều cho phép loại trừ loại nhiễu có hớng sóng đến khác với sóng có ích + Các định luật địa chấn hình học Để nghiên cứu đặc điểm động hình học trờng sóng địa chấn cần áp dụng nguyên lý quang häc nh− nguyªn lý HuyghenFresnel, nguyªn lý Fermat, Theo nguyên lý Huyghen Fresnel, trình truyền sóng, điểm môi trờng nằm mặt sóng coi nguồn phát sóng thứ cấp Nhờ nguyên lý này, xác định đợc đặc điểm trình truyền sóng môi trờng, nói cách khác xác định đợc vị trí mặt sóng thời ®iĨm bÊt kú nÕu biÕt mỈt sãng ë mét thêi điểm định Theo nguyên lý Fermat,, thời gian sóng truyền theo tia sóng ngắn so với thời gian sóng truyền theo phơng khác Xét thời gian sóng truyền theo tia ds điểm A B với tốc độ v(x,y,z), ta có: t= ds v(x, y, z) = AB Trên sở nguyên lý Fermat,, xác định dạng tia sóng môi trờng biết qui luật phân bố tốc độ 2.1.3 Sự phản xạ, khúc xạ tán xạ sóng đàn hồi Trong trình truyền sóng đàn hồi, gặp mặt ranh giới phân chia môi trờng có tính chất đàn hồi khác xuât sóng phản xạ sóng qua Chúng ta xét trờng hợp đơn giản môi trờng có mặt ranh giới phẳng nằm ngang R phân chia thành phần đợc đặc trng tham số khác nhau, tốc độ sóng dọc vP1,vP2, tốc độ sóng ngang vS1, vS2 mật độ 1, (hình 2.5) Mối quan hệ sóng tới sóng thứ cấp đợc xác định định luật khúc xạ: vS1 vS vP1 vP1 vP = = = = sin α sin α P sin α S sin P sin S 19 Mai Thanh Tân Đối với sóng phản xạ dọc (cùng loại) P11, có tốc độ với sóng tới nên góc tới góc phản xạ = P Giả sử có sóng tới sóng dọc P1, đạt tới mặt ranh giới tạo sóng thứ cấp Một phần lợng tạo nên sóng quay trở môi trờng phía trên, sóng phản xạ dọc P11 (cùng loại với sóng tới) sóng phản xạ biến loại P1S1 (khác loại với sóng tới) Một phần lợng truyền qua mặt ranh giới tạo nên sóng qua, sóng loại P12 sóng biến loại P1S2 t Góc hợp tia sóng pháp tuyến mặt ranh giới phía phần môi trờng p1 p1s1 phía dới p11 Khả phản xạ sóng mặt ranh giới R đợc p đặc trng hệ số phản xạ K vp1,vs1, x Đó tỉ số biên độ sóng vp2, vs2, p phản xạ Ap11, Ap1s1với biên độ sóng tới Ap1 P12 Các kết tính toán đà P1S2 z rằng, tia sóng đổ thẳng góc với mặt ranh giới Hình 2.5 Sự hình thành sóng phản xạ sóng qua sóng phản xạ biến loại hệ số phản xạ là: R0 = AP11 AP1 = v P 22 − v P1ρ1 v P2ρ2 + v P1ρ1 TÝch sè I = v đợc gọi trở sóng âm học Nh vậy, để có sóng phản xạ mặt ranh giới cần thoả mÃn điều kiện: v22 v11 Tuỳ vào mối quan hệ v11 v22 mà hệ số phản xạ mang dấu (-) dấu (+) nhỏ Khi quan sát xa nguồn phát, sóng không đổ vuông góc xuống mặt ranh giới (góc 0) hệ số phản xạ không số mà có biến đổi phức tạp phụ thuộc vào khoảng cách thu nổ (hoặc phụ thuộc vào góc đổ) Theo số tÝnh to¸n cho thÊy: R(θ) = R0 + G sin2θ Trong R0 hệ số phản xạ góc ®ỉ θ = 0, G lµ hƯ sè phơ thc vào tính chất đàn hồi môi trờng Sự biến đổi liên quan không trở sóng âm học I mà hệ số Poisson đất đá mặt ranh giới Đây sở phơng pháp nghiên 20 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí cứu biến đổi biên độ theo khoảng cách thu nổ (Amplitude Vesus Offset, viết tắt AVO), đợc áp dụng để xác định tầng chứa dầu khí Khi sóng tới đạt đến mặt ranh giới R, phần lợng tạo nên sóng phản xạ quay trở lại môi trờng phía phần lợng tạo nên xuyên qua môi trờng phía dới Hệ số sóng qua Q, đợc xác định A 2v P1ρ1 QPP = PP = theo c«ng thøc: A P1 v P22 + v P11 Theo định luật Snell ta cã: v1 v = sin α sin β Trong trờng hợp v2 > v1 > , quan sát xa điểm nổ, góc đổ tăng dần đạt đến góc tới hạn i góc đạt 900 Ta có: v sin i = v2 Khi sóng qua trợt dọc theo mặt ranh giới R môi P1 trờng thứ Đây tợng phản xạ toàn phần Sóng trợt P121 theo mặt ranh giới kích thích i v1 môi trờng phía trên, theo nguyên lý Huyghen tạo P12 v2 nên sóng thứ cấp P121 quay trở bề mặt Sóng P121 đợc gọi P12 sóng khúc xạ Do có quÃng đờng truyền sóng với tốc độ v2 > v1 nên thờng sóng Hình 2.6 Sự hình thành sóng khúc xạ ®Õn m¸y thu tr−íc so víi c¸c sãng kh¸c, ng−êi ta gọi sóng đầu (hình 2.6) Điều kiện để có sóng khúc xạ phải có mặt ranh giới thoả mÃn điều kiện tốc độ lớp dới lớn tốc độ lớp (v2 > v1) Sóng khúc xạ quan sát đợc cách xa nguồn khoảng cách định, khoảng cách phụ thuộc vào chiều sâu mặt ranh giới quan hệ v2 / v1 Ngoài sóng phản xạ khúc xạ đợc hình thành từ mặt ranh giới nh đà nêu, môi trờng bất đồng có sóng tán xạ Sóng tán xạ đợc hình thành sóng tới tác động vào đối tợng có tham số đàn hồi khác với môi trờng xung quanh nhng kích thớc nhỏ so với bớc sóng Sự có mặt đới phá huỷ kiến tạo, đứt gÃy, vát nhọn địa tầng, địa hình lồi lõm mặt đá móng làm xuất sóng tán xạ 21 Mai Thanh Tân đờng cong tán xạ ô tán xạ Hình 2.7 Sóng tán xạ từ mép đứt gÃy Đờng cong tán xạ (a) ô tán xạ lát cắt (b) Sự xuất sóng tán xạ lát cắt địa chấn dễ dẫn đến phân tích sai lệch hình ảnh thực môi trờng Trong trờng hợp nh đới nứt nẻ chứa dầu khí móng granit thềm lục địa Việt Nam xuất trờng sóng tán xạ từ đới nứt nẻ, phá huỷ trở thành đối tợng nghiên cứu chủ yếu Điều đòi hỏi phải có hệ thống xử lý tài liệu đặc biệt so với phơng pháp truyền thống 2.2 Trờng sóng địa chấn môi trờng địa chất Quá trình truyền sóng môi trờng địa chất chịu ảnh hởng nhiều yếu tố nên phức tạp, tốc độ truyền sóng thay đổi với loại đất đá khác nhau, sóng có ích tồn nhiều loại sóng nhiễu Chính cần tìm hiểu kỹ đặc điểm yếu tố địa chất để áp dụng phơng pháp địa chấn có hiệu 2.2.1 Sóng địa chấn môi trờng phân lớp Trong bể trầm tích, môi trờng địa chất thể tính phân lớp rõ rệt bề dày lớp thay đổi khác Trong thăm dò địa chấn, bề dày lớp đợc so sánh tơng đối so với bớc sóng thờng phát đợc lớp có bề dày không nhỏ 1/4 bớc sóng ThÝ dơ víi sãng cã b−íc sãng λ = 60m (f = 40Hz, v = 3000m/s), xác định lớp có bề dày khoảng 18m Trong môi trờng trầm tích phân lớp, tồn nhiều loại sóng khác Trớc hết xét trờng hợp đơn giản môi trờng có lớp dày với tham số vP1,vS1,1 nằm nửa không gian có tham số vP2,vS2,2 (hình 2.8) Khi nguồn phát sóng đặt lớp đàn hồi độ sâu h0 chúng tạo nhiều loại sóng khác lớp đàn hồi - Sóng phản xạ sóng qua: Khi sóng P1 từ nguồn đến mặt ranh giới tạo sóng phản xạ quay trở lại mặt quan sát sóng qua vào môi trờng phía dới Các sóng thứ cấp loại P11, P12 biến loại P1S1, P1S2 (hình 2.8a) 22 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí - Sóng khúc xạ: Nếu vP2 > vP1 có tợng phản xạ toàn phần, sóng qua P12 trợt theo mặt ranh giới tạo nên sóng khúc xạ quay trở mặt quan sát (P121, P12S1) Nếu tốc độ truyền sóng lớp đàn hồi nhỏ để vS2 > vP1 tạo sóng đầu P1S21, P1S2P1 (hình 2.8c) - Sóng phản xạ nhiều lần (PXNL): Là loại sóng bị phản xạ nhiều lần mặt ranh giới khác môi trờng trớc tới máy thu Sự tồn sóng PXNL nguy hiểm gây nhầm lẫn xác định mặt phản xạ thực có lát cắt Do sóng PXNL sóng phản xạ nên việc nhận dạng chúng áp dụng biện pháp triệt tiêu chúng phức tạp - Sóng kèm: Ngoài sóng P1 từ nguồn xuống mặt ranh giới phía dới có tia sóng P1 lên mặt ranh giới phía sau bị phản xạ quay xuống, sóng kèm sau sóng phản xạ nên gọi sóng kèm (hay gọi sãng vƯ tinh) P111, P11S1 (h×nh 2.8b,e) a d c b e g Hình 2.8 Các loại sóng lớp dày - Sóng phản xạ - khúc xạ, sóng khúc xạ - phản xạ: Khi vP2 > vP1 xảy sóng phản xạ - khúc xạ sóng khúc xạ - phản xạ (hình 2.8c,d,g) - Sóng mặt: Ngoài sóng nêu gọi chung sóng khối, mặt ranh giới xuất loại sóng mặt nh sóng Rayleigh, Love Sóng Rayleigh liên quan đến mặt đất - không khí, hạt môi trờng chuyển động theo quĩ đạo hình elíp mặt phẳng thẳng góc với mặt ranh giới, tốc độ trun sãng vR ≈ 0,9 vS Sãng Love xt hiƯn mặt ranh giới có vi > vi-1 nằm mặt ranh giới - Sóng tán xạ : Sóng tán xạ xuất môi trờng có đối tợng có kích thớc nhỏ so với bớc sóng Vì kích thớc đối tợng nhỏ 23 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí b c d e g thời gian chiều sâu a Hình 2.10 Nguyên tắc xây dựng mô hình băng địa chấn tổng hợp a Cột địa tầng, b Trở sóng âm học, c Hệ số phản xạ (theo chiều sâu), d Hệ số phản xạ (theo thời gian), e Dạng xung sóng địa chấn, g Dạng đờng ghi địa chấn a b c Hình 2.11 So sánh băng địa chấn tổng hợp băng địa chấn thực tế a Quá trình so sánh băng địa chấn tổng hợp băng địa chấn thực tế b Băng địa chấn tổng hợp, c Băng địa chấn thực tế 25 Mai Thanh Tân Từ cột địa tầng giếng khoan, xác định giá trị tốc độ mật độ lớp đất đá Từ tính giá trị trở sóng âm học (I = v) lớp hệ số phản xạ mặt ranh giới theo chiều sâu Trên sở mối quan hệ độ sâu thời gian truyền sóng (đợc xác định theo kết ®o ®Þa chÊn giÕng khoan), cã thĨ chun sù phân bố hệ số phản xạ theo chiều sâu sang ph©n bè theo thêi gian trun sãng Sù ph©n bè hệ số phản xạ theo thời gian đợc gọi băng xung, tích chập băng xung với dạng xung địa chấn phát sóng kết hình thành đờng ghi địa chấn Tập hợp đờng ghi địa chấn tạo thành băng địa chấn tổng hợp Trong thực tế xây dựng băng địa chấn tổng hợp với mô hình sóng phản xạ (có ích) mô hình sóng nhiễu để so sánh với băng địa chấn thực tế Việc so sánh băng địa chấn tổng hợp với băng địa chấn thực tế cho phép xác định sóng có ích sự tồn loại nhiễu Sự sai khác chúng cho phép điều chỉnh mô hình nâng cao hiệu xử lý số liệu 2.3 tốc độ sóng địa chấn Tốc độ truyền sóng địa chấn tham số vËt lý rÊt quan träng cung cÊp nhiỊu th«ng tin hữu ích phân tích tài liệu địa chấn 2.3.1 Tốc độ truyền sóng đất đá Tốc độ truyền sóng môi trờng địa chất có biến đổi phức tạp tuỳ thuộc vào thành phần thạch học đất đá nhiều yếu tố khác Để xác định tốc độ truyền sóng loại đất đá khác cần tiến hành đo siêu âm mẫu đất đá phòng thí nghiệm đo siêu âm giếng khoan Các loại đất đá khác đất có tốc độ truyền sóng khác Các lớp đất trồng sát mặt đất có tốc độ khoảng 300 - 400 m/s, đá macma số đá trầm tích tốc độ truyền sóng đạt tới 6000 - 7000m/s Theo tài liệu đo sâu địa chấn đá nằm chiều sâu vài chục km tốc độ lớn 8000 m/s Sự khác biệt tốc độ truyền sóng đất đá phụ thuộc vào thành phần thạch học, điều kiện thành tạo, chiều sâu nằm, độ rỗng, độ ngậm nớc - Thành phần thạch học: Thành phần thạch học yếu tố ảnh hởng định tới tốc độ truyền sóng đất đá Các đá macma đá biến chÊt cã tèc ®é thay ®ỉi tõ 4000 - 6500m/s Các đá trầm tích có tốc độ nhỏ so với đá macma đá biến chất, đá trầm tích lục nguyên có tốc độ nhỏ, vợt 4000m/s Các đá trầm tích thuỷ hoá cacbonat có tốc độ xấp xỉ so với đá macma đá biến chất Trong bảng 2.2 nêu số thí dụ tốc độ số loại đất đá 26 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí Bảng 2.2 Loại đá Đất đá bở rời Cát (khô) Cát (bÃo hoà nớc) Sét Đá trầm tích Cát kết Cát kết Đệ tam Cacbonat Quarzit Đá vôi Đá vôi cacbonat Dolomit Tèc ®é (km/s) 0.2 -1.0 1.5- 2.0 1.5 – 2.5 2.0 – 6.0 2.0 – 2.5 4.0 – 4.5 5.5 – 6.0 2.0- 6.0 5.0 – 5.5 2.5 6.5 Loại đá Muối mỏ Anhydrit Thạch cao Đá macma/ biến chất Granit Gabro Siêu mafic Serpentin Khí chất lỏng Khí Nớc Dầu Tốc độ (km/s) 4.5 -5.0 4.5 – 6.5 2.0 – 3.5 5.5 – 6.0 6.5 – 7.0 7.5 – 8.5 5.5 – 6.5 0.3 1.4 1.5 1.3 - 1.4 Đối với loại đá có thành phần thạch học, giá trị tốc độ có thay đổi phụ thuộc vào áp suất, độ rỗng, độ ngậm nớc - áp suất: Khi tăng áp suất làm giảm độ rỗng tăng mô đun đàn hồi, dẫn đến làm tăng tốc độ truyền sóng Sự phụ thuộc tốc độ vào áp suất thể rõ nét trầm tích lục nguyên hầu nh đá macma đá cacbonat - Độ rỗng: Khi độ rỗng tăng tốc độ truyền sóng giảm Các đới phong hoá bở rời sát mặt đất tốc độ truyền sóng nhỏ tốc độ truyền sóng âm không khí Các khu vực bị phá huỷ kiến tạo, nứt nẻ tốc độ truyền sóng giảm hẳn so với đá nguyên khối - Độ ngậm nớc dầu: Với đất đá có lỗ hổng chứa nớc độ bÃo hoà nớc tăng lên, phần lỗ hổng chứa khí giảm xuống, mô đun Young tăng lên dẫn tới tăng tốc độ truyền sóng Mức độ tăng tốc độ truyền sóng đạt tới vài chục phần trăm Khi nớc lỗ hổng đợc thay dầu tốc độ truyền sóng giảm 10 ữ 15%, thay khí tốc độ truyền sóng giảm nhiều hơn, đến 20 ữ 30% - Chiều sâu nằm: Khi chiều sâu tăng, áp suất thủy tĩnh tăng dẫn đến tăng tốc độ truyền sóng Mức độ tăng tốc độ truyền sóng theo chiều sâu phụ thuộc vào thành phần thạch học độ rỗng đá Điều thể rõ rệt đá lục nguyên bở rời có độ rỗng lớn - Tuổi đất đá: Các loại đất đá có tuổi già tốc độ truyền sóng tăng lên, số vùng ngời ta tìm qui luật 27 Mai Thanh Tân vP = k (hT)1/6 Trong k hệ số phụ thuộc thành phần thạch học, h chiều sâu, T tuổi tuyệt đối Sự tăng tốc độ truyền sóng theo tuổi đất đá liên quan đến tác dụng biến chất động lực tác dụng kéo dài dung dịch chứa đá Những vấn đề nêu liên quan đến tốc độ truyền sóng dọc sóng ngang Trong đa số loại đất đá, tỉ số vS/vP nằm khoảng 0,5 0,6 Với đá ngậm nớc tỉ số giảm ®Õn 0,1 - 0,2 Mèi quan hƯ gi÷a tèc ®é vp đá có độ rỗng chứa chất lỏng đợc xác định công thức: 1 = + vp vm vf Trong vm, vf tốc độ khung đá chất lỏng, độ rỗng Công thức thờng với loại cát sạch, có độ rỗng 10 ữ 25%, độ rỗng giảm độ xác giảm Ngoài phụ thuộc vào chất lỏng lỗ hổng, ngời ta đà nghiên cứu đợc mối quan hệ tốc độ hàm lợng sét Khi hàm lợng sét tăng tốc độ sóng dọc sóng ngang giảm vp = 5,59 - 6,93 φ - 2,18 C vs = 3,52 - 4,91 - 1,89 C Trong C tỷ lệ sét, độ rỗng Tốc độ có mối quan hệ với áp suất, thờng tốc độ tăng tăng áp suất Đây dấu hiệu quan trọng nghiên cứu dị thờng áp suất, đặc biệt thăm dò khai thác mỏ khí Trong đới nứt nẻ, tốc độ áp suất tăng mức độ nứt nẻ giảm Theo hớng phát triển nứt nẻ hớng thẳng góc với chúng giá trị tốc độ có khác nhau, tính bất định hớng tốc độ Sự tồn khí lỗ hổng làm giảm giá trị tốc độ Với thay đổi độ bÃo hoà khí vài phần trăm đủ làm cho tốc độ giảm đáng kể Thờng tầng chứa khí liên quan đến điểm sáng lát cắt địa chấn nhận biết cách thuận lợi 2.3.2 Các loại tốc độ đợc sử dụng thăm dò địa chấn Trong thăm dò địa chấn, tốc độ thực loại đất đá khác nh đà nêu trên, để phục vụ cho nhiệm vụ phân tích tài liệu địa chấn, đặc biệt chuyển từ lát cắt thời gian sang lát cắt chiều sâu môi trờng địa chất phân lớp, sử dụng nhiều loại tốc độ khác nh 28 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí tốc độ lớp (vl), tốc độ trung bình (vtb), tốc độ hiệu dụng (vhd), tốc độ điểm sâu chung (vĐSC), tốc độ ranh giới (vrg), tốc độ biểu kiến (v*) - Tốc độ lớp (vl) tốc độ trung bình lớp địa chấn (bao gồm nhiều phân lớp mỏng), đợc tính theo tia vuông góc với mặt phân lớp: n h vl = = t∑ ∑ δh k K =1 n ∑ δt k K =1 Trong h chiều dày lớp địa chấn, t thời gian truyền sóng theo hớng vuông góc với mặt lớp, hk tk chiều dày thời gian sóng truyền phân lớp mỏng thứ k, n số phân lớp mỏng - Tốc độ bình phơng trung bình: v rms = v i2 t i ti i - Tốc độ khoảng: tốc độ trung bình khoảng định đợc tính cho tia sóng vuông góc với mặt ranh giới Tốc độ có tên tốc độ Dix: vi = v 2n t n − v 2n −1 t n −1 t n − t n −1 Trong tốc độ bình phơng trung bình tn thời gian tính theo tia vuông góc tơng ứng với mặt ranh giơi n - Tốc độ trung bình (vtb): tốc độ truyền sóng trung bình đợc tính cho toàn phần môi trờng từ mặt đất tới chiều sâu xác định Tốc độ trung bình (vtb) đợc xác định theo công thức: (vtb) = z / t(z) Để xác định tốc độ lớp (vl) tốc độ trung bình (vtb) cần phải tiến hành đo phân tích tài liệu đo địa chấn giếng khoan Cụ thể tiến hành nghiên cứu phơng pháp địa chấn giếng khoan tuyến địa chấn thẳng đứng - Tốc độ hiệu dụng tốc độ truyền sóng môi trờng lớp phủ đợc xác định theo tài liệu địa chấn mặt với giả thiết lớp phủ đồng nhất, mặt ranh giới phẳng tuyến quan sát thẳng Vì môi trờng thực tế nói chung khác với mô hình lý thuyết nên tốc độ xác định đợc không trùng với tốc độ trung bình Tuy nhiên, tốc độ xác định đợc thờng không khác nhiều (sai số không 5%) so với tốc độ trung bình xác định địa chấn giếng khoan nên tốc độ hiệu dụng đợc sử dụng rộng rÃi vào mục 29 Mai Thanh Tân đích khác thăm dò địa chấn Trong điều kiện khu vực nghiên cứu cha có giếng khoan sâu sử dụng vhd thay cách gần cho vị trí vtb Để xác định tốc độ hiệu dụng sử dụng BĐTK sóng phản xạ quan sát đợc khu vực nghiên cứu - Tốc độ điểm sâu chung (vĐSC): loại tốc độ đợc xác định theo BĐTK điểm sâu chung: vĐSC = v/cos Trong góc nghiêng mặt ranh giới vĐSC đợc tính phơng pháp quét tốc độ xử lý tài liệu địa chấn ĐSC - Tốc độ ranh giới (vrg): tốc độ truyền sóng khúc xạ trợt phía dới mặt ranh giới Nếu môi trờng phía dới mặt khúc xạ đồng vrg đặc trng cho môi trờng Nếu môi trờng không đồng vrg đặc trng cho lớp đất đá nằm gần mặt ranh giới, vây có tên gọi tốc độ ranh giới Giá trị vrg không sử dụng để xây dựng mặt ranh giới khúc xạ mà sở để suy luận tính chất thạch học đất đá mặt ranh giới khúc xạ - Tốc độ biểu kiến (v*): tốc độ đợc xác định theo tuyến quan sát mà xác định theo phơng truyền sóng Tuỳ theo hớng sóng đến mà giá trị tốc độ biểu kiÕn thay ®ỉi tõ v* = v (khi gãc ®ỉ θ = 90 ) ®Õn v* = ∞ (khi θ = 0) 2.4 Biểu đồ thời khoảng Trong trình truyền sóng, xác định đợc thời gian sóng đến điểm quan sát khác Đồ thị biểu diễn phụ thuộc thời gian truyền sóng đến điểm quan sát toạ độ điểm quan sát đợc gọi biểu đồ thời khoảng (BĐTK) Tuỳ thuộc vào cách bố trí điểm quan sát mà có loại BĐTK khác Khi điểm quan sát đợc bố trí diện tích định ta có BĐTK mặt, quan sát theo tuyến ta có BĐTK đờng, quan sát giếng khoan có BĐTK thẳng đứng BĐTK mặt đợc biểu diễn hệ toạ độ (t,x,y), BĐTK đờng biểu diễn hệ toạ độ (t,x), BĐTK thẳng đứng hệ toạ độ (t,h) 2.4.1 Biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ Để đơn giản, xét BĐTK sóng phản xạ quan sát theo tuyến Giả sử môi trờng có mặt ranh giới phản xạ R nằm nghiêng so với mặt quan sát góc Tốc độ truyền sóng phía mặt ranh giới v, độ sâu mặt ranh giới điểm nổ O theo hớng thẳng góc với mặt ranh giới (độ sâu pháp tuyến) h (hình 2.12) 30 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí Sóng từ nguồn O đến mặt ranh giới R tạo nên sóng phản xạ quan sát chúng điểm khác theo tuyến Ox Các sóng phản xạ từ nguồn nổ O tơng tự nh sóng trực tiếp từ nguồn nổ ảo O* đối xứng với nguồn nổ thực qua mặt ranh giới R Thời gian truyền sóng đến điểm quan sát S(x) đợc xác định : OA + AS O*S = v v O hình chiếu O* lên mặt quan sát, A điểm phản xạ mặt R t= O * O"2 + O"S = v Hình 2.12 Biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ x + hx sin ϕ + h v Tuỳ thuộc vào hớng nghiêng mặt ranh giíi mµ gãc ϕ cã thĨ cã dÊu (+) dấu (-) Thời gian sóng phản xạ thu đợc đặt máy thu 2h điểm nổ là: t = v t= Thêi gian cùc tiĨu cđa B§TK: t m = O * O" h = cos v v Khoảng cách dịch chuyển điểm cực tiểu phía mặt ranh giới nâng lên so với điểm nổ là: O*O= 2h sin Nếu chuyển gốc toạ độ từ điểm nổ O vị trí O ký hiệu khoảng cách tính từ O BĐTK có dạng: t= 2 + Z0 v Trong ®ã η = x + 2hsinϕ, Z0 = 2hcosϕ Phơng trình BĐTK sóng phản xạ đờng hyperbol đối xứng qua trục hệ toạ độ có gốc O Trong trờng hợp ranh giới nằm ngang = 0, phơng trình BĐTK sóng phản xạ trở nên đơn giản: t= x + 4h v 31 Mai Thanh Tân Khi điểm cực tiểu hyperbol nằm trục toạ độ qua điểm nổ t = tmin Khi môi trờng có nhiều mặt ranh giới ta có hàng loạt BĐTK tơng ứng Càng xuống sâu, tốc độ truyền sóng tăng dần độ cong BĐTK giảm dần Loại BĐTK nh đà xét tơng ứng với nguồn nổ thu sóng đồng thời nhiều điểm khác đợc gọi BĐTK điểm nổ chung Khi mặt ranh giới nghiêng, biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ không đối xứng qua điểm nổ, điểm cực tiểu BĐTK dịch chuyển phía mặt ranh giới nâng lên, khoảng cách dịch chuyển phụ thuộc vào góc nghiêng chiều sâu mặt ranh giíi Thêi gian cùc tiĨu tmin vµ thêi gian ghi sóng điểm nổ t0 không trùng nhau, điều gây khó khăn cho trình xử lý số liệu Để khắc phục nhợc điểm này, cần sử dụng hệ thống điểm sâu chung, nguồn nổ máy thu đợc xếp đối xứng Điều cho phép thu đợc nhiều lần sóng phản xạ điểm mặt ranh giới BĐTK luôn đối xứng qua điểm 2.4.2 Biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ nhiều lần Giả sử môi trờng có mặt ranh giới R có góc nghiêng , tốc độ truyền sóng môi trờng lớp phủ v (hình 2.13) Nếu gọi B ảnh gơng B qua R đờng OABCS từ nguồn O ®Õn S sÏ b»ng qu·ng ®−êng OB’S §iĨm B’ cịng nh điểm phản xạ khác nằm R(ảnh gơng tuyến quan sát qua R) Nh sóng phản xạ lần từ R xem nh sóng phản xạ lần từ R nằm chiều sâu h nghiêng so với phơng nằm ngang góc Phơng trình biểu đồ thời t khoảng sóng phản xạ lần có dạng: x= 4h'2 + x - 4h' x sin 2ϕ h h' = sin ϕ sin2 ϕ hay h' = h sin sin Từ có phơng trình BĐTK sóng phản xạ lần dới dạng: sin 2ϕ sin 2ϕ t= + 4h x 4hx v sin 2ϕ sin 2ϕ P O B S ϕ 2ϕ R ’ A C B’ v1 R v2 R Hình 2.13 Biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ lần 32 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí Tơng tự nh trên, phơng trình BĐTK sóng phản xạ m lần đợc viÕt d−íi d¹ng: t= sin2 mϕ sin 2mϕ 4h + x 4hx v sin 2ϕ sin 2ϕ Trong trờng hợp mặt phản xạ nằm ngang ( = 0), phơng trình BĐTK sóng phản xạ m lần có d¹ng: t= v 4mh + x BiĨu đồ thời khoảng sóng phản xạ nhiều lần có dạng hypecbol, trùng với biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ lần phản xạ từ mặt ranh giới có chiều sâu h góc nghiêng m Chiều sâu h đợc xác định theo công thức: h' = sin m h sin (m < 900) Biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ nhiều lần sóng phản xạ lần liên hệ với mặt ranh giới có đặc điểm khác nhau: - Thời gian t0 sóng phản xạ m lần sóng phản xạ lần cã mèi t m0 ≤ mt 10 quan hÖ: m Khi ϕ = 0, ta cã: t = mt - Thêi gian cùc tiĨu cđa biĨu ®å thời khoảng sóng phản xạ m lần sóng phản xạ lần có mối quan hệ: t minm mt 1min Khi ϕ = 0, ta cã: t minm = mt 1min = mt 10 2.4.3 BiĨu ®å thời khoảng Điểm sâu chung Trong hệ thống địa chấn điểm sâu chung, điểm nổ điểm thu đối xứng qua điểm giữa, điều cho phép thu nhiều lần sóng phản xạ điểm mặt ranh giới dạng biểu đồ thời khoảng luôn đối xứng qua điểm kể trờng hợp mặt ranh giới nghiêng Ngoài cho phép kéo dài biểu đồ thời khoảng để tăng hiệu ứng định hớng thu nhiều lần sóng phản xạ từ điểm mặt ranh giới tăng hiệu ứng thống kê Do tính chất đối xứng biểu đồ thời khoảng nên t0 = tmin Trên hình 2.14 thể biểu đồ thời khoảng ĐSC trờng hợp mặt ranh giới nghiêng, hi chiều sâu pháp tuyến điểm nổ 0i, 0*i nguồn nổ ảo 0i Ta cã: 33 Mai Thanh T©n *i S i = t= v hi2 + x + hi x sin ϕ , h i = h Thay hi vào biểu thức ta có: t= 4h02 + x cos ϕ v Trong ®ã: t = 2h0 Ký hiƯu v v§SC = hay t = t0 + x sin ϕ x cos ϕ v2 v vµ gäi tốc độ điểm sâu cos chung, ta có: x2 t= t + vĐSC Phân tích công thức này, rút nhận xét : - Biểu đồ thời khoảng ĐSC có dạng hypecbon đối xứng có cực tiểu nằm gốc toạ độ - Độ cong biểu đồ thời khoảng ĐSC không phụ thuộc tốc độ truyền sóng mà phụ thuộc góc nghiêng mặt ranh giới (vĐSC = v/ cos) - Phơng đổ mặt ranh giới không ảnh hởng tới đặc điểm biểu đồ thời khoảng t t(x) a o o*i hi si x v M ϕ oi b c z Hình 2.14 Sơ đồ tia biểu đồ thời khoảng ĐSC a Sơ đồ tia hệ thống điểm nổ chung; b Sơ đồ tia hệ thống ĐSC; c Biểu đồ thời khoảng ĐSC 2.4.4 Biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ môi trờng phân lớp Trong môi trờng trầm tích phân lớp có nhiều mặt ranh giới trung gian nên sóng không truyền theo tia thẳng mà theo đoạn gẫy khúc, 34 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ quan sát đợc có đặc điểm khác với môi trờng lớp phủ đồng Chúng ta xét môi trờng lớp đợc phân chia mặt ranh giới R1 R2, chiều dày tốc độ lớp thø nhÊt vµ thø lµ h1, h2 vµ v1, v2 (hình 2.15) Biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ từ mặt ranh giới R2 có dạng: t= 2h 2h + v1 cos α v − α sin α x = 2h1tgα + 2nh − n sin α ë góc đổ tia sóng R1; n = v2/v1 Trong trờng hợp môi trờng gồm m lớp có chiều dày h1, h2 hm-1 tốc độ v1, v2, vm-1 biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ từ lớp có tốc độ truyền sóng vm-1 ®−ỵc viÕt nh− sau: m −1 hi t = 2∑ ; i =1 v i cosα i m −1 x = h i tg i i =1 i góc lệch tia sóng thứ i Trên sở định luật khúc xạ góc đợc xác định theo công thức: sin 01 sin sin α m−1 = = = v1 v2 vm −1 Từ công thức cho thấy đặc điểm biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ môi trờng nhiều lớp nh sau: - Trong môi trờng phân lớp nằm ngang, biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ đờng đối xứng qua trục tung - gần điểm nổ biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ có dạng hypecbol gần trùng với BĐTK sóng phản xạ có t1 tính cho trờng hợp lớp phủ đồng - xa điểm nổ, biểu đồ thời khoảng có dạng gần nh đờng thẳng Tốc độ biểu kiến sóng vùng gần nh không đổi b»ng tèc ®é trun sãng cđa líp cã tèc ®é lớn môi trờng lớp phủ Điều cho thÊy ë xa ngn ®−êng ®i cđa sãng n»m chđ u líp cã tèc ®é lín nhÊt, biĨu ®å thời khoảng sóng phản xạ từ mặt ranh giới thứ n có dạng tơng tự nh biểu đồ thời khoảng sóng đầu liên hệ với ranh giới n-1 - Trong môi trờng phân lớp, với mặt phản xạ khác quan sát đợc biểu đồ thời khoảng khác Các biểu đồ thời khoảng tơng ứng 35 Mai Thanh Tân với mặt phản xạ nông có độ cong lớn biểu đồ thời khoảng liên hệ với mặt phản xạ sâu t o h1 s α α x v1 R1 v2 h2 R2 H×nh 2.15 Biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ môi trờng lớp 2.5 Độ phân giải địa chấn Môi trờng địa chất đặc biệt đá trầm tích có tính chất phân lớp Các lớp khác thành phần thạch học, tính lý, độ hạt, khác theo chiều thẳng đứng hay theo chiều ngang Độ phân giải phơng pháp địa chấn khả phân biệt rõ hai đối tợng địa chất nằm sát phơng thẳng đứng phơng nằm ngang băng ghi địa chấn 2.5.1 Độ phân giải thẳng đứng Độ phân giải thẳng đứng khả phân biệt đợc hai mặt phản xạ sát băng ghi địa chấn Nh độ phân giải cao khả phân biệt mặt phản xạ sít Độ phân giải thẳng đứng phụ thuộc vào tần số, tốc độ truyền sóng, tính chất môi trờng thờng thay đổi ph¹m vi 1/4 b−íc sãng λ: v λ vT = = ∆h = 4 4f Trong ®ã: bớc sóng, v tốc độ, T chu kỳ, f tần số 36 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí Trong thăm dò dầu khí, giả sử nguồn phát sóng có tần số 40Hz, tốc độ sóng dọc đá cát kết 3000m/s độ dầy nhỏ hai tầng phản xạ phân biệt đợc băng ghi là: h = 3000 / (4x40) = 18m lớp đất đá nằm nông, tốc độ khoảng 1500 ữ 2000m/s tần số khoảng 50Hz, bớc sóng = 30 ữ 40m độ phân giải thẳng đứng để phân biệt mặt phản xạ ữ10m chiều sâu lớn hơn, tốc độ tăng lên 5000 ữ 6000m/s, hiệu ứng lọc đất, tần số giảm khoảng 20Hz Trong trờng hợp bớc sóng tăng lên khoảng 250 ữ 300m độ phân giải 35 ữ 75m Một số thí dụ mối quan hệ độ phân giải thẳng đứng với tốc độ tần số đợc nêu b¶ng 2.1 B¶ng 2.1 v(m/s) f (Hz) ∆h (m) 2000 3000 4000 5000 50 40 30 20 10 18 33 62 Trong địa chấn phản xạ liên tục phân giải cao thờng dùng nguồn phát có tần số cao (f = 2.5 ữ 7.5KHz hệ Transducer; f = 400 ữ 4000Hz hệ Boomer) Giả sử dùng nguồn phát sóng có tần số 400Hz, tốc độ truyền sóng đá trầm tích 1800m/s độ dầy nhỏ xen hai tầng phản xạ là: h = 1800 / (4x400) = 1.125 m 2.5.2 Độ phân giải ngang Độ phân giải ngang khả phân biệt đối tợng khác theo chiều ngang lát cắt địa chấn Độ phân giải phụ thuộc vào diện tích đới Fresnel thứ Năng lợng sóng đến điểm mặt quan sát từ mặt phản xạ ®iĨm mµ thùc chÊt ®Õn tõ mét diƯn tÝch nhÊt định mặt phản xạ Diện tích gọi đới Fresnel thứ nhất, đới đợc giới hạn bới khoảng cách hai mặt sóng cách 1/4 bớc sóng Năng lợng đới đóng góp chủ yếu vào tín hiệu phản xạ so với đới khác (hình 2.16) Sóng địa chấn truyền môi trờng với mặt sóng hình cầu, truyền sóng mặt sóng mở rộng dần biên độ giảm Trong môi trờng có tốc độ không đổi biên độ tỷ lệ nghịch với khoảng cách đến nguồn r Trong thực tế, tốc độ tăng theo chiều sâu nên biên độ giảm nhanh Sự mở rộng mặt sóng theo chiều sâu dẫn đến việc giảm dần độ 37 Mai Thanh Tân phân giải Khi mặt sóng cầu đạt đến mặt ranh giới phản xạ có chiều sâu h, diện tích hình tròn nằm mặt phản xạ đợc giới hạn mặt sóng có bán kính r = z vz f = đợc gọi đới Fresnel Nguồn phát r Mặt phản xạ Đới Fresnel Hình 2.16 Đới Fresnel Bán kính đới phụ thuộc vào khoảng cách đến nguồn bớc sóng Do = v nên bán kính đới Fresnel phụ thuộc vào tần f số Với tần số cao đới nhỏ ngợc lại Một số thí dụ mối quan hệ độ phân giải ngang với tốc độ tần số đợc nêu bảng 2.2 Giả sử với chiều sâu khoảng 3000m, tần số 40Hz tốc độ 3000m/s bán kính đới Fresnel r = 335m Bảng 2.2 t(s) v(m/s) 2000 3000 4000 5000 f (Hz) 50 40 30 20 r(m) 141 335 362 1180 Trong phơng pháp địa chấn phản xạ phân giải cao, để đạt độ phân giải mong muốn ngời ta sử dụng dải tần số phát từ ữ 10 KHz bớc sóng địa 38 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí chấn 0.2 ữ 2.0m độ phân giải đứng đạt 0.05 ữ 0.5m, độ phân giải ngang r 0.5ữ1.5m Để làm sáng tỏ vấn đề tính bán kính đới Fresnel tơng ứng với tần số phát chiều sâu khác Thí dụ, môi trờng có tốc độ trung bình vtb = 1700m/s, với tần số phát 100Hz, độ sâu 100m độ phân giải ngang 30m, độ sâu 5m độ phân giải ngang 6m Cùng độ sâu 100m nhng tần số phát tăng từ 100 đến 3500Hz độ phân giải ngang giảm từ 30m xuống 5m (hình 2.17) -20 V=1700(m/s) Chiều sâu tới mặt phản xạ ( mét) -40 -60 -80 -100 -120 0H 10 -140 z z 0H 20 Hz Hz Hz 500 1000 2000 4000Hz 8000Hz -160 -180 -200 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 Hình 2.17 Mối quan hệ độ phân giải ngang chiều sâu H ứng với tần số khác (v=1700m/s) Nếu vật thể có kích thớc nhỏ diện tích đới Fresnel băng ghi Vấn đề khắc phục đợc việc tăng tần số phát, đặc biệt với tốc độ cao, tốc độ tầu khảo sát nhỏ vùng Fresnel trùng lên dọc theo tuyến khảo sát 39 ... tính chất đàn hồi đất đá 2 v P − 2vS σ= v P vS 16 Thăm dò địa chấn địa chất dầu khí Trong không khí nớc, biến dạng hình dạng nên có sóng dọc mà sóng ngang Trong thăm dò địa chấn biển, cáp thu đợc... địa chất để áp dụng phơng pháp địa chấn có hiệu 2. 2.1 Sóng địa chấn môi trờng phân lớp Trong bể trầm tích, môi trờng địa chất thể tính phân lớp rõ rệt bề dày lớp thay đổi khác Trong thăm dò địa. .. sóng địa chấn, g Dạng đờng ghi địa chấn a b c Hình 2. 11 So sánh băng địa chấn tổng hợp băng địa chấn thực tế a Quá trình so sánh băng địa chấn tổng hợp băng địa chấn thực tế b Băng địa chấn tổng