DE3015869A1 - Seismisches erkundungsverfahren - Google Patents

Description

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Nizhne-Volzhsky nauchno-issledovatelsky institut geologii i geofiziki, Saratov, UdSSR

Seismisches Erkundungsverfahren

Die Erfindung betrifft ein seismisches Erkundungsverfahren, das sich insbesondere für die Erkundung von steil geneigten Grenzscheiden, wie Salzdomen, Bruchzonen und Riffmassiven, eignet.

Eine genaue Kenntnis der Lage von Salzhängen, von Verwerfungsebenen und der Oberfläche von Riffmassiven benötigt man sowohl für die unmittelbare Auffindung von Erdöl- und Gaslagerstätten, die mit Riffen und Strukturen des Anschlusses von oberhalb der Salzschicht befindlichen Ablagerungen an die Salzoberfläche und die Verwerfungsebene zusammenhängen, als auch für die Erhöhung der Sicherheit der Erkundung von unterhalb der Salzschicht vorhandenen Ablagerungen durch Anwendung von seismischen üntersuchungsmethoden.

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Es ist bereits ein seismisches Bohrloch-Erkundungsverfahren zur Kartierung von steilen Salz- und Riffmassivhängen bekannt (Junussow N.K. "Primenenije metoda skwashinnoj sejsmoraswedki pri poiskach rifowykh massiwow w Preduralskom progibe" (Anwendung der seismischen Bohrloch-Erkundungsmethode beim Aufsuchen von Riffmassiven in der Vorural-Einwölbung); Angewandte Geophysik, Verlag "Nedra", Moskau, 1968, H. 53, S. 87). Bei der Durchführung dieser Arbeiten bedient man sich Such- und Erkundungsbohrungen, die sich in der Nähe von den vermutlichen Erforschungsobjekten befindet (Salzkuppeln, Riffmassive). Die Wellenregistrierung erfolgt durch seismische Sonden während der einfachen Profilierung längs eines Schachtrohres .

Für dieses Verfahren ist jedoch ein tiefes Bohrloch erforderlich, das in der Nähe des Steilhanges des Erforschungsobjektes niederzubringen ist, was die Arbeiten beachtlich verteuert und die Erforschungstiefe verkürzt.

Es sind weitere seismische Erkundungsverfahren bekannt (Nachschlagebuch für den Geophysiker, Verlag "Nedra", Moskau, 1966, Bd. IV, S. 149), bei denen eine Erregung und Aufzeichnung von gebrochenen sowie von Beugungswellen erfolgt. Dabei sorgen sämtliche Systeme für die Aufzeichnung von verlängerten Wellen-Hodogräphen von mehreren über Tage angeordneten Schußpunkten.

Bei großen Neigungswinkeln der zu erforschenden Oberfläche erreichen die Wellen nach einmaliger Reflexion bzw. Brechung durch die steile Fläche jedoch die Erdoberfläche entweder gar nicht oder erst in großen Entfernungen. Dies beeinträchtigt die Kartierungsgenauigkeit, und störende Wellen werden entweder nahezu gar nicht geschwächt oder nur ungenügend (wegen der Gruppierung der Quellen oder Empfänger).

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Es ist des weiteren ein seismisches Erkundungsverfahren zur Erkundung von Steilhängen (Salzdomen) unter Zuhilfenahme von verlängerten Hodographen für die reflektierte Welle aus mehreren, über Tage befindlichen Schießpunkten bekannt (W.T. Trojanskij "Ispolsowanije udlinennykh godografow woIn, otrashonnykh ot podsolewykh graniz, s zelju isutschenija formy jadra soljanykh kupolow" (Anwendung von verlängerten Hodographen der durch die Untersalzgrenzen reflektierten Wellen zur Untersuchung des Salzdomkernes) , Erkundungsgeophysik, Verlag "Nedra", Moskau, 1968, Nr. 1, S. 13). Bei diesem Verfahren verwendet man ein System von Gegen- und Nachholehodographen zur Konstruktion von Tiefenprofilen. Die reflektierten Wellen werden in einer-Entfernung von 10 bis 25 km aufgezeichnet.

Nachteile dieses Verfahrens sind eine geringe Untersuchungstiefe und Kartierungsgenauigkeit bei der Kartierung von Steilhängen, weil die nutzbare reflektierte Welle lediglich in großer Entfernung (10 bis 25 km) aufgezeichnet wird, während bei kleineren Entfernungen vom Schußpunkt die Welle wegen der intensiven langsam wandernden Störungswellen nicht verfolgbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein seismisches Erkundungsverfahren zu entwickeln, das die Genauigkeit der Kartierung von steil geneigten Grenzflächen von Gesteinen verbessert, die Untersuchungstiefe vergrößert und zu Störungsunempfindlichkeit beiträgt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem seismischen Erkundungsverfahren, bei dem von mehreren Schußpunkten auf der Erdoberfläche aus reflektierte Wellen erregt und dafür verlängerte Hodographen aufgezeichnet und anschließend ein zeitbezogener Riß und ein Tiefenriß längs eines zu untersuchenden Profils der Erdoberfläche aufgestellt werden, die reflektier-

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ten Wellen an im Einfallen des zu untersuchenden Profils der Erdoberfläche liegenden Punkten erregt und empfangen werden, der Abstand zwischen den Schußpunkten und den Erregungspunkten mindestens gleich dem doppelten Abstand zwischen einem beliebigen Schußpunkt und der Projektion des Randbereiches der zu untersuchenden Oberfläche auf die Beobachtungslinie, gemäß der geschossen wird, gewählt wird und die Wellen, die an einem für alle Schuß- und Empfangspunkte gemeinsamen Doppelreflexionspunkt reflektiert wurden, aufgezeichnet werden.

Für die Erläuterung der Ziele und. Vorteile der Erfindung wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht ist; es zeigen:

Fig. 1 ein Schema für die Bildung eines gemeinsamen Reflexionspunktes für eine Duplex-Welle an einer steil geneigten Oberfläche;

Fig. 2 ein Schema für die Bildung einer seismischen Welle mit Zweifachreflexion, d. h. durch den Steilhang eines Salzdomes und durch eine der oberhalb der Salzschicht liegenden Grenzen;

Fig. 3 einen zeitbezogenen Riß für die Erforschung eines Salzkörpers mit einem überkippten Flügel.

Das nachstehend beschriebene Verfahren wird in bestimmter Reihenfolge, und zwar folgendermaßen durchgeführt. Es werden Schwingungen erregt und aufgezeichnet, dann verlängerte Hodographen für die reflektierten Wellen

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aus mehreren Schußpunkten 1.., 2.., 3.. (Fig. 1) durch aufeinanderfolgende Verschiebungen der Schußpunkte I₁, 2.., 3. und der Empfangspunkte 1₂, 2„, 3₂ in Richtung zum Einfallen der zu untersuchenden Oberfläche konstruiert, während das Intervall zwischen den Empfangspunkten 1„, 2₂, 3~ und den Schußpunkten 1.., 2 , 3.. an der Erdoberfläche gleich oder zu mehr als dem doppelten Abstand Schießpunkt - Projektion des Randbereiches der zu untersuchenden Oberfläche auf die Beobachtungslinie gewählt wird. Eine solche Anordnung der Empfangspunkte 1₂ bis 1 _. und der Schußpunkte 1.. bis 3₁ gewährleistet die Aufzeichnung von doppelt reflektierten Wellen (Duplex-Wellen) im Bereich von deren Existenz.

Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß sowohl bei der Bildung eines gemeinsamen Doppelreflexionspunktes 4 unter Teilnahme einer unterhalb der Salzschicht verlaufenden Grenze R_ (punktiert mitgezeichnet) als auch bei der Bildung des gemeinsamen Doppelreflexionspunktes 4 unter Teilnahme einer oberhalb der Salzschicht liegenden Grenze R₁ die Schuß- und Empfangspunkte 1 bis 3 an der Erdoberfläche nach unten im Einfallen angeordnet sein müssen.

Die Duplex-Welle pflanzt sich von dem gemeinsamen Reflexionspunkt 4 für die Duplex-Welle, die an den Schußpunkten I₁, 2.., 3.. erregt und durch die zusätzliche oberhalb der Salzschicht liegende Grenze R₁ reflektiert wurde, fort und wird jeweils in den Empfangspunkten 1 ~, 2„ , 3~ registriert. Die Darstellung in Fig. 1 zeigt weiter in punktierten Linien die Ausbreitung der Strahlen von dem gemeinsamen Reflexionspunkt 4 für die Duplex-Welle, die in den Schußpunkten I₁, 2₁, 3* erregt, durch die zusätzliche unterhalb der Salzschicht befindliche Grenze R_ reflektiert und jeweils an den Empfangspunkten I₃, 2-, 3., aufgezeichnet wurde.

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Anschließend erfolgt eine Aufzeichnung von verzögerten Wellen, durch die eine synphase Summierung der Duplex-Wellen aus den gemeinsamen Doppelreflexionspunkten 4, die an der zu erforschenden Oberfläche angeordnet sind, gewährleistet wird. Dank dieser Aufzeichnung der Duplex-Wellen erreicht man deren minimale Verzerrung sowie eine größtmögliche Abschwächung der Störungswellen.

Unter einer Duplex-Welle versteht man eine Welle, die eine Doppelreflexion, also eine Reflexion von der zu untersuchenden steil geneigten Oberfläche 5 und eine Reflexion von einer beliebigen, z. B. in oberhalb der Salzschicht oder unterhalb der Salzschicht befindlichen Ablagerungen flach verlaufenden Grenze R₁, R₃, erfahren hat.

Unter dem gemeinsamen Doppelreflexionspunkt 4 versteht man einen an der steil geneigten Oberfläche 5 befindlichen Reflexionspunkt, der für die Schar der sich von verschiedenen Schußpunkten 1. bis 3.. ausbreitenden Strahlen eine einheitliche Reflexionsordinate der Duplex-Welle aufweist.

Die Wirksamkeit des beschriebenen Verfahrens wird nunmehr am Beispiel der Bildung einer seismischen Welle mit einer Zweifachreflexion durch den Steilhang der Oberfläche 5 des Salzdomes und durch eine der oberhalb der Salzschicht verlaufenden Grenzen (R₁) veranschaulicht. Diese Wellenart wird mit O Ο_π bezeichnet.

η R

So zeigt Fig. 2 ausführlicher ein Schema für die Ausbreitung der Strahlen der Wellen, die am Schußpunkt 1 erregt, durch die steil geneigte Oberfläche H reflektiert, dann durch die Oberfläche R₁ am Punkt M. wieder reflektiert und am Punkt x. aufgezeichnet wurden. Der Empfangspunkt x. befindet sich im Bereich der Existenz des Hodographen der Duplex-Welle mit X und X, sowie t und t, . Die zu erfor-

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sehende Grenze H ist unter einem Winkel f zur Profillinie -X+X geneigt. Die zusätzliche Grenze R.. ist zur Profillinie unter einem Winkel jf geneigt.

Dann lautet die Gleichung für den Hodographen der Duplex-Welle dieser Art wie folgt:

cos

φ)] ²,

wobei V₁ die Geschwindigkeit der Fortpflanzung der Welle in der Deckschicht der zu untersuchenden Oberfläche, h die Tiefe der oberhalb der Salzschicht verlaufenden Grenze R₁, Jj^ der Neigungswinkel der Grenze R₁ gegenüber der Profillinie, *f der Neigungswinkel der zu erforschenden Grenze H gegenüber der Profillinie, tu der Abstand entsprechend der Normalen vom Schußpunkt 1₁ bis zur Fortsetzung der geneigten Grenze 5 und x. der Punkt für die Wellenaufzeichnung über Tage ist.

Die Gleichung für den Hodographen stellt eine Hyperbel dar, deren Minimalkoordinate χ . sich von dem beliebigen Schußpunkt 1 bis 3 in einem Abstand von

■ "[^{2h ain}T ^{+ 2h}l ^siR <²Ρ?>1 C2)

befindet.

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Bei senkrechter Lage des Hanges der zu untersuchenden Oberfläche ( "f = 90°) und söhliger Lagerung des Randbereiches (Y = 0°) beträgt der Abstand χ . = 2 h-, d. h. das Minimum der Hyperbel liegt vom Schußpunkt I₁ bis 3* in Richtung zur steil geneigten Oberfläche um einen Doppelabstand "Schußpunkt - Projektion des Randbereiches der zu untersuchenden Oberfläche H auf die Beobachtungslinie" entfernt.

Das günstige Aufzeichnungsintervall der Duplex-Welle 0^0- befindet sich unten im Einfallen der zu untersuchenden Oberfläche, und bei einer steilen· Lagerung der Oberfläche ( *Ϋ = 90°) ist die Erstreckung des Gebietes der Existenz dieser Welle minimal.

Die Speicherung von Signalen nach dem beschriebenen Verfahren erfolgt unter Vereinigung von mehreren Trassen zu einer Trasse in der Weise, daß sich das Resultat als Summe von synphasen Schwingungen ergibt.

Nunmehr sei auf einen Sonderfall eingegangen, bei dem das Medium homogen ist und die Grenzen R und H eine rechtwinklige Stufe, d. h. 4> = 90° und ]f = 0°, bilden. Bei dieser Annahme ergibt sich entsprechend dem beschriebenen Verfahren folgende Gleichung für den Hodographen der Duplex Welle:

- 2x)²

bei der Auswertung der Zeitabhängigkeit (3) ergibt sich eine Anzahl von praktischen Folgerungen.

1. Der Hodograph t (x, x.) weist nur einen Parameter, nämlich den Wert x. auf; falls dieser konstant bleibt,

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AL INSPECTED

- ΊΟ -

stellt der Hodograph eine Hyperbel dar, deren Minimum im Punkt

W ^s

^xi * ^L = ( ^2h

bleibt, wobei T die doppelte Fortpflanzungszeit für Schwingungen auf der Strecke vom Schußpunkt 1 .· bis 3. bis zur Fortsetzung der geneigten Grenze H ist.

2. Bei Entwicklung nach einer Taylorreihe ergibt sich für den Punkt X=O:

wobei ^₀Cx₁) = -^ \| (2t₀ + x_±)² + 4h|-die Zeit der

Aufzeichnung der Duplex-Welle am Anfang 0 des Koordinatensystems XO ist.

Das bedeutet, daß nach der Einführung der kinematischen Korrekturen At (X₁ x. ) = t (X₁ x.) - t (x. ) in jede

JC I 1 Il Ol

Trasse des Seismogramms x. = const die Achsen der Phasen-Übereinstimmung der Duplex-Wellen zu einer Linie t (x) = const umgestaltet werden. Es ist ganz offensichtlich, daß die Zeit t (x.) völlig mit der Zeit t(x.) des Hodographen für die Welle mit einer Zweifachreflexion bei einer Entfernung des Empfängers 1₂/ 2„, 3₂ vom Schußpunkt 1.., 2.., 3^

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gleich dem Abstand x. übereinstimmt. Bei Summation von η begradigten Achsen und Verlegung der resultierenden Trasse zum Punkt O nimmt somit die Signalstärke von Duplex-Wellen, welche auf dem Hodographen verteilt sind, proportional zur Anzahl von gewählten Trassen oder Empfangspunkten um das i/"n-fache zu.

Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß sich der zu untersuchende überkippte Flügel eines Salzdomes nach den anfänglichen Reflexionspunkten der Duplex-Wellen O_x-O₁-. (6) deutlich ver-

ri K

folgen läßt. Die Duplex-Wellen 6 weisen auf dem zeitbezogenen Riß einen auffallend krummlinigen Verlauf auf.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, gestattet es das beschriebene Verfahren, die Störunempfindlichkeit der seismischen Erkundung zu verbessern, was sich an einer Verminderung des Rauschuntergrundes um etwa eine Größenordnung und in einer besseren Verfolgung von reflektierten Wellen und Duplex-Wellen zeigt. So ermöglicht es das beschriebene Verfahren, in der Zeitspanne von 2,0 bis 3,0 s an den Pflöcken 86 - 98 (Fig. 3) deutliche Duplex-Wellen aus den gemeinsamen Reflexionspunkten, die an die steil geneigte Oberfläche H des Salzdomes gebunden sind, abzutrennen und diese Oberfläche zu kartieren.

Durch Anwendung des beschriebenen Verfahrens konnte die Erforschungstiefe der Salzschicht von 1,0s auf 3,0 s (Fig. 3) vergrößert und die Kartierungsgenauigkeit für deren Oberfläche verbessert werden.

Das beschriebene seismische Erkundungsverfahren, bei dem die Schuß- und Empfangspunkte in bestimmter Weise angeordnet und die reflektierten Wellen ausgehend von dem gemeinsamen Punkt der Doppelreflexion durch die steil geneig-

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te Oberfläche aufgezeichnet werden, zeichnet sich im Vergleich zu bekannten Verfahren durch eine bessere Störungsstabilität gegenüber den Störwellen, die in der Nähe von Schußpunkten registrierbar sind, eine größere Untersuchungstiefe und eine höhere Genauigkeit aus.

Demzufolge ermöglicht es das beschriebene Verfahren, die Wirksamkeit von seismischen Erkundungsarbeiten wesentlich zu erhöhen.

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Claims (1)

1. Anspruch

   Seismisches Erkundungsverfahren, bei dem von mehreren Schußpunkten auf der Erdoberfläche aus reflektierte Wellen erregt und dafür verlängerte Hodographen aufgezeichnet und anschließend ein zeitbezogener Riß und ein Tiefenriß längs eines zu untersuchenden Profils der Erdoberfläche aufgestellt werden,

   dadurch

   gekennzeichnet ,

   daß die reflektierten Wellen an im Einfallen des zu untersuchenden Profils der Erdoberfläche liegenden Punkten erregt und empfangen werden,

   daß der Abstand zwischen den Schußpunkten CL - 3..) und den Empfangspunkten (1- - 3~) für die reflektierten Wellen mindestens gleich dem doppelten Abstand zwischen einem beliebigen Schußpunkt und der Projektion des Randbereichs der zu untersuchenden Oberfläche auf die Beobachtungslinie, gemäß der geschossen wird, gewählt wird und

   daß die Wellen, die an einem für alle Schuß- und Empfangspunkte gemeinsamen Doppelreflexionspunkt (4) reflektiert werden, aufgezeichnet werden.

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