Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính toán hiệu chỉnh động trong thăm dò địa chấn

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

28
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Tính toán hiệu chỉnh động trong thăm dò địa chấn" đã tiến hành tìm hiểu chung về phương pháp địa chấn phản xạ điểm sâu chung và tìm hiểu chi tiết về việc tính hiệu chỉnh động cho băng địa chấn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tính toán hiệu chỉnh động trong thăm dò địa chấn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Quang Sơn TÍNH TOÁN HIỆU CHỈNH ĐỘNG TRONG THĂM DÒ ĐỊA CHẤN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – 2019
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Nguyễn Quang Sơn TÍNH TOÁN HIỆU CHỈNH ĐỘNG TRONG THĂM DÒ ĐỊA CHẤN Chuyên ngành: Vật lý địa cầu Mã số: 8440130.06 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Nguyễn Đức Vinh Hà Nội – 2019
LỜI CẢM ƠN Luận văn khoa học này được hoàn thành tại bộ môn Vật lý địa cầu thuộc khoa Vật lý trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Nguyễn Đức Vinh. Học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy giáo hướng dẫn, người đã tận tình chỉ dẫn dạy bảo học viên trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn này. Học viên xin cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học khoa học tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà nội, Các thầy cô Khoa vật lý, các thầy cô giáo trong bộ môn Vật Lý Địa Cầu, phòng Sau đại học trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên-Đại Học Quốc Gia Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để học viên có thể nghiên cứu và thực hiện luận văn này. Học viên xin gửi lời cảm ơn chân thành đến anh chị khóa cao học 2017- 2019 và bạn bè, người thân đã cổ vũ tinh thần, khích lệ học viên trong quá trình học tập và nghiên cứu. Mặc dù học viên đã rất cố gắng để hoàn thành luận văn, nhưng do hạn chế về kiến thức, kinh nghiệm, thời gian nên không tránh khỏi những thiếu sót. Học viên mong nhận được sự thông cảm và những ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để học viên có thể hiểu sâu sắc hơn vấn đề mình đang nghiên cứu. Học viên xin chân thành cám ơn ! Hà Nội, Tháng năm 2019 Học viên Nguyễn Quang Sơn
MỤC LỤC Trang Danh mục các từ viết tắt Danh mục các hình vẽ Mở đầu 1 Chương 1 Phương pháp địa chấn điểm sâu chung 3 1.1 Tổng quan về thăm dò địa chấn 3 1.2 Phương pháp địa chấn phản xạ 8 1.2.1 Biểu đồ thời khoảng mặt của sóng phản xạ 6 1.2.2 Biểu đồ thời khoảng tuyến dọc của sóng phản xạ 13 1.3 Phương pháp địa chấn điểm sâu chung 16 Chương 2 Các hiệu chỉnh trong phương pháp địa chấn thăm dò 21 2.1 Tổng quan về xử lý số liệu địa chấn thăm dò 21 2.1.1 Hệ thống thiết bị 21 2.1.2 Hệ thống chương trình và các giai đoạn xử lý 23 2.2 Hiệu chỉnh tĩnh 25
2.2.1 Hiệu chỉnh tĩnh sơ bộ 26 2.2.2 Tinh chỉnh hiệu chỉnh tĩnh 30 2.3 Hiệu chỉnh động 34 2.3.1 Hiệu chỉnh động sơ bộ 34 2.3.2 Tinh chỉnh hiệu chỉnh động 38 2.4 Phân tích tốc độ - phương pháp quét tốc độ không đổi 40 Chương 3 Một số kết quả thử nghiệm 42 3.1 Mô hình 1 43 3.2 Mô hình 2 48 3.3 Mô hình 3 52 Kết luận 57 Tài liệu tham khảo 58
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt 2D Two – Dimensional Seismic Địa chấn 2 chiều 3D Three – Dimensional Seismic Địa chấn 3 chiều 4D Timelapse Seismic Địa chấn biến đổi theo thời gian 4C Multicomponent Địa chấn đa thành phần VSP Vertical Seismic Profile Tuyến địa chấn thẳng đứng CDP Common Depth Point Điểm sâu chung (ĐSC) AVO Amplitude variation with offset Biên độ biến đổi theo vị trí BĐTK Travel time curve Biểu đồ thời khoảng
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ trang Hình 1.1. Mô hình khái quát hệ thống địa chấn 3 Hình 1.2. Sơ đồ phát sóng và thu tín hiệu địa chấn 4 Hình 1.3. Ví dụ hình ảnh một lát cắt địa chấn 4 Hình 1.4. Hình ảnh thăm dò địa chấn trên biển 6 Hình 1.5. Hình ảnh thăm dò địa chấn trên sa mạc (đất liền) 6 Hình 1.6 Mô hình địa chấn phản xạ trên biển 6 Hình 1.7 Mô hình địa chấn phản xạ trên mặt đất 6 Hình 1.8. Phương pháp địa chấn phản xạ 10 Hình 1.9 Biểu đồ thời khoảng mặt của sóng phản xạ 11 Hình 1.10 Biểu đồ thời khoảng theo tuyến dọc của sóng phản xạ khi mặt ranh 13 giới nghiêng (a), khi có nhiều mặt ranh giới (b) Hình 1.11 Sơ đồ bố trí các điểm nổ và điểm thu, điểm sâu chung 17 Hình 1.12 Sơ đồ điểm sâu chung khi mặt ranh giới nghiêng 18 Hình 1.13 Biểu đồ thời khoảng điểm sâu chung khi mặt ranh giới nghiêng 19 Hình 2.1. Hệ thống phần cứng trong xử lý số liệu địa chấn. Hệ thống máy 21 tính.
Hình 2.2. Máy in lát cắt địa chấn 22 Hình 2.3: Các băng từ (a) và hệ thống đĩa từ (b) 23 Hình 2.5. So sánh băng “điểm giữa chung” trước và sau hiệu chỉnh tĩnh. 26 Hình 2.6. Hiệu chỉnh tĩnh 27 Hình 2.7 So sánh lát cắt địa chấn không và có hiệu chỉnh tĩnh 25 Hình 2.8. Hình ảnh hiệu chỉnh tĩnh trong địa chấn biển 30 Hình 2.9. Hiệu chỉnh động 35 Hình 2.10 Cộng sóng điểm sâu chung 36 Hình 2.11. Mô hình cộng tốc độ 37 Hình 2.12. Lát cắt địa chấn và kết quả phân tích tốc độ tương ứng 37 Hình 2.13. Phân tích phổ tốc độ 41 Hình 3.1 mô hình 1 43 Hình 3.2. Biểu đồ thời khoảng điểm sâu chung (tính theo mô hình 1) 44 Hình 3.3. Băng địa chấn và phổ tốc độ dạng đẳng trị 44 Hình 3.4. Băng địa chấn và phổ tốc độ dạng đồ thị 45 Hình 3.5. Các đồ thị phổ có cực đại rõ nét 45 Hình 3.6. Băng địa chấn hiệu chỉnh (Với V=680 m/s ) 46
Hình 3.7. Băng địa chấn hiệu chỉnh (Với V=730 m/s ) 46 Hình 3.8. Băng địa chấn hiệu chỉnh (Với V=700 m/s ) 46 Hình 3.9. Băng địa chấn có nhiễu và phổ tốc độ 47 Hình 3.10. Băng địa chấn gốc và băng địa chấn đã hiệu chỉnh 47 Hình 3.11 Mô hình 2 48 Hình 3.12. Biểu đồ thời khoảng (tính theo mô hình 2) 49 Hình 3.13. Băng địa chấn không nhiễu và phổ tốc độ (Mô hình 2) 50 Hình 3.14. Băng địa chấn trên hình 3.13 sau khi được hiệu chỉnh 50 Hình 3.15. Băng địa chấn có nhiễu và phổ tốc độ 51 Hình 3.16. Băng địa chấn có nhiễu trên hình 3.15 sau khi hiệu chỉnh 51 Hình 3.17. Mô hình 3 52 Hình 3.18. Biểu đồ thời khoảng điểm sâu chung (mô hình 3) 52 Hình 3.19. Băng địa chấn ĐSC và phổ tốc độ (mô hình 3) 53 Hình 3.20. Băng địa chấn trên hình 3.19 (đã được hiệu chỉnh) 54 Hình 3.21. Băng địa chấn ĐSC có nhiễu và phổ tốc độ (mô hình 3) 55 Hình 3.22. Băng địa chấn trên hình 3.11 đã được hiệu chỉnh 55
DANH MỤC BẢNG Bảng 3.1. Giá trị số của biểu đồ thời khoảng (mô hình 1) 43
MỞ ĐẦU Thăm dò địa chấn là phương pháp địa vật lý nghiên cứu quá trình truyền sóng đàn hồi trong lòng đất khi tiến hành phát và thu sóng ở trên mặt, nhằm xác định đặc điểm cấu trúc và bản chất môi trường địa chất. Trong phương pháp thăm dò địa chấn, bằng các kích động nhân tạo như nổ mìn, rung, đập (khi khảo sát trên đất liền) hoặc ép hơi (khi khảo sát trên biển)... người ta kích thích vào môi trường địa chất các xung lực tạo ra các dao động đàn hồi, các dao động này truyền trong môi trường dưới dạng sóng đàn hồi. Sóng đàn hồi trong quá trình truyền trong môi trường, khi gặp các mặt ranh giới có tính chất đàn hồi khác nhau bị phản xạ và khúc xạ. Sự phản xạ và khúc xạ sóng làm hình thành các sóng thứ cấp như sóng phản xạ, sóng khúc xạ... quay trở về bề mặt. Với hệ thống thiết bị máy móc thích hợp đặt ở trên mặt có thể thu nhận và ghi giữ các dao động sóng này trên các băng địa chấn. Sau quá trình xử lý và phân tích tài liệu sẽ tạo ra các lát cắt địa chất, các bản đồ địa chấn và các thông tin khác, phản ánh đặc điểm hình thái và bản chất môi trường vùng nghiên cứu. Thăm dò địa chấn được sử dụng rộng rãi nhằm giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất khác nhau. Nó đóng vai trò quan trọng trong việc nghiên cứu cấu tạo sâu của vỏ trái đất. Trong công tác tìm kiếm thăm dò dầu mỏ và khí đốt, thăm dò địa chấn giữ vai trò đặc biệt quan trọng, góp phần đắc lực trong việc giải quyết nhiều khâu nghiên cứu khác nhau. Ở Việt nam những năm gần đây, các nhà địa vật lý trong nước cùng các hãng nước ngoài tiếp tục mở rộng phạm vi khảo sát tại các vùng thềm lục địa đã cho thấy hiệu quả của phương pháp địa chấn thăm dò. Việc tiến hành các hiệu chỉnh là khâu quan trọng trong quá trình xử lý số liệu địa vật lý thăm dò nói chung và thăm dò địa chấn nói riêng. Hiệu chỉnh động là khâu quan trọng để chuẩn bị cho việc xây dựng mặt cắt thời gian tiếp 1
theo. Hiệu chỉnh động nhằm nắn các trục đồng pha (biểu đồ thời khoảng) về đường thẳng để có thể tiến hành cộng sóng. Đây là khâu khá phức tạp vì đòi hỏi khối lượng tính toán lớn. Trong khuân khổ luận văn này học viên được giao nhiệm vụ tìm hiểu chung về phương pháp địa chấn phản xạ điểm sâu chung và tìm hiểu chi tiết về việc tính hiệu chỉnh động cho băng địa chấn. Luận văn được bố cục trong 3 chương như sau : Chương 1: Phương pháp địa chấn điểm sâu chung Chương 2: Các hiệu chỉnh trong phương pháp địa chấn thăm dò Chương 3: Một số kết quả thử nghiệm 2
Chương 1 PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN ĐIỂM SÂU CHUNG 1.1 Tổng quan về thăm dò địa chấn [4,9,10] Có thể nói thăm dò địa chấn là hệ thống động lực rất phức tạp để nghiên cứu địa chất. Trong hệ thống đó xảy ra các quá trình biến đổi năng lượng và thông tin như kích thích sóng địa chấn, lan truyền sóng trong môi trường địa chất, hình thành các sóng thứ sinh, thu nhận và ghi giữ các dao động địa chấn tại các điểm quan sát và quá trình xử lý, phân tích các tài liệu địa chấn thu nhận được. Để hình dung hệ thống phương pháp địa chấn chúng ta có thể xét mô hình khái quát được thể hiện trên hình 1.1. Môi Phương Lát trường Trường Băng - Xử lý cắt pháp Nguồn địa chấn sóng từ - Phân tích địa - địa chất - Thiết bị chấn (A) (B) (C) Hình 1.1. Mô hình khái quát hệ thống địa chấn Phân tích sơ đồ khối trên hình 1.1 cho thấy nhiệm vụ của phương pháp thăm dò địa chấn là ghi nhận thông tin về trường sóng đàn hồi do các đối tượng địa chất gây ra, xử lý và biến đổi chúng để nhận được các lát cắt, bản đồ phản ánh đặc điểm môi trường cần nghiên cứu. Khi tiến hành phương pháp địa chấn, có thể coi môi trường khảo sát bao gồm các yếu tố địa chất và các tham số đàn hồi của đất đá là “môi trường địa chấn 3
- địa chất” (khối A). Môi trường địa chấn - địa chất vừa là đối tượng cần nghiên cứu vừa là nguồn phát thông tin dưới dạng sóng đàn hồi. Hình 1.2. Sơ đồ phát sóng và thu tín hiệu địa chấn Hình 1.3. Ví dụ hình ảnh một lát cắt địa chấn Để ghi nhận trường sóng đàn hồi cần phải sử dụng hệ thống các phương pháp kỹ thuật và hệ thống máy móc thiết bị (khối B). Các hệ thống phương pháp và thiết bị này có nhiệm vụ biến đổi trường sóng đàn hồi thành các tài liệu có thể lưu trữ và nhận biết được dưới dạng các băng từ. Hệ các phương pháp kỹ thuật và thiết bị chính là phương tiện để tích luỹ thông tin. Trong quá trình 4
phát triển, các phương pháp kỹ thuật không ngừng được hoàn thiện, đề xuất phương pháp mới, cải tiến và chế tạo máy móc thiết bị hiện đại để thu nhận một cách tối đa lượng thông tin do môi trường địa chất phát ra. Hiện nay thường dùng các thiết bị ghi số có độ nhạy cao và rất ổn định, có thể khảo sát theo từng tuyến hoặc đồng thời khảo sát đồng thời theo nhiều tuyến, tăng độ phân giải theo chiều thẳng đứng và theo chiều ngang... Từ các số liệu địa chấn thu nhận được dưới dạng băng từ, cần tiến hành quá trình xử lý và phân tích (khối C). Đây là quá trình khai thác thông tin để được các kết quả địa chất phản ánh đặc điểm môi trường địa chất, đặc biệt là các đối tượng cần nghiên cứu. Ngày nay việc áp dụng các thiết bị và chương trình xử lý hiện đại cùng với các thành tựu về địa tầng phân tập và địa chấn địa tầng, đã cho phép tăng hiệu quả quá trình xử lý và phân tích tài liệu địa chấn để giải quyết tốt các nhiệm vụ địa chất dầu khí đặt ra. Thăm dò địa chấn được phân thành hai phương pháp nghiên cứu chủ yếu: thăm dò địa chấn phản xạ và thăm dò địa chấn khúc xạ. Phương pháp thứ nhất quan sát cấu trúc địa chất dựa vào việc nghiên cứu các sóng phản xạ. Phương pháp sau nghiên cứu các sóng khúc xạ, sự khúc xạ từ các tầng đất đá khác nhau. Các ranh giới địa chất được xác định bởi thăm dò phản xạ là các ranh giới của môi trường có độ kháng âm học khác nhau theo định nghĩa độ kháng âm là tích số của mật độ đất đá và tốc độ truyền sóng địa chấn. Các ranh giới được quan sát bằng phương pháp khúc xạ là những ranh giới có tốc độ truyền sóng ở môi trường dưới lớn hơn môi trường trên. Trong phương pháp địa chấn khúc xạ các sóng qua có thể truyền ngang dọc theo một khoảng cách nhất định và truyền trở lại mặt đất. Thăm dò địa chấn là phương pháp nghiên cứu các cấu trúc ở dưới sâu đạt hiệu quả cao. Độ sâu nghiên cứu của thăm dò địa chấn phản xạ có thể lên 5
tới 10km, sự phân giải của nó khá hơn rất nhiều so với các phương pháp nghiên cứu địa vật lý khác. Hình ảnh tiến hành phương pháp địa chấn trên đất liền và trên biển được minh hoạ trên các hình 1.4 và 1.5. Hình 1.4. Hình ảnh thăm dò địa chấn trên biển Hình 1.5. Hình ảnh thăm dò địa chấn trên sa mạc (đất liền) 6
Thăm dò địa chấn thường gồm 3 bước: thu thập tài liệu địa chấn, xử lý tài liệu địa chấn và minh giải địa chấn.  Thu thập tài liệu địa chấn bằng cách hệ thống truyền tách và ghi tương ứng các sóng địa chấn. Nó dùng các kỹ thuật điện tử tiên tiến nhất để ghi thu các tài liệu với tốc độ và độ chính xác thoả đáng.  Xử lý tài liệu địa chấn nhằm làm tốt tỉ số giữa tín hiệu và nhiễu, có thể giải thích tài liệu. Các phương pháp xử lý tài liệu bằng máy tính điện tử hiện đại đưa đến sự phát triển hệ thống phần mềm làm hiệu quả xử lý ngày càng tăng. Làm rõ mặt cắt địa chấn, phản ánh đúng cấu trúc thực ở dưới sâu.  Minh giải địa chấn là xác định các cấu trúc địa chất thấy được trong các mặt cắt địa chấn. Xác định các tầng phản xạ được đặc trưng cho các tầng đất đá khác nhau. Giai đoạn này được thực hiện bởi các nhà địa chất. Xác định các cấu trúc bẫy chứa, điện phân bố tiềm năng chứa dầu của chúng để đặt các giếng khoan thăm dò. Sóng đàn hồi truyền từ nguồn vào trong môi trường đất đá và tạo ra hàng loạt sóng thứ cấp (phản xa, khúc xạ, sóng qua.... ). Khi nguồn đặt ở gần mặt đất thì có nhiều sóng quay trở lên mặt đất và có thể ghi nhận được chúng bằng các thiết bị đặc biệt. Khi nghiên cứu sự phân bố các loại sóng này dọc các tuyến quan sát có thể suy luận về tính chất đàn hồi của môi trường cho đến mặt ranh giới. Do các mặt ranh giới đàn hồi trùng hợp với ranh giới địa tầng nên có khể suy luận về các đặc điểm địa chất. Tùy thuộc các loại sóng được sử dụng có thể phân ra phương pháp sóng phản xạ, sóng khúc xạ, sóng qua... Trong khuân khổ luận văn này chúng tôi tìm hiểu về phương pháp địa chấn phản xạ. 7
1.2 Phương pháp địa chấn phản xạ Phương pháp địa chấn phản xạ là dạng công tác chủ yếu của thăm dò địa chấn. Trong đó có vấn đề tìm hiểu các thông tin về cấu trúc địa chất dưới sâu người ta tiến hành ghi nhận và xử lý các dao động địa chất phản xạ, phản xạ từ các tầng đất đá khác nhau. Hình 1.6 Mô hình địa chấn phản xạ trên biển Phương pháp địa chấn phản xạ nghiên cứu sóng phản xạ từ các mặt danh giới có khác biệt về mật độ và tốc độ truyền sóng. Do có hàng loạt ưu điểm như: - Độ sâu khảo sát lớn - Khả năng nghiên cứu các lát cắt một cách chi tiết - Xác định chiều sâu thế nằm của các tầng đá với độ chính sác cao - Quan sát đồng thời được nhiều mặt ranh giới khác nhau 8
- Xác định được tốc độ truyền sóng trong các lớp phủ Nên phương pháp địa chấn phản xạ đã trở thành công cụ quan trọng để nghiên cứu cấu tạo địa chất của vỏ quả đất. Đặc biệt trong lĩnh vực tìm kiếm, thăm dò các mỏ dầu khí thì phương pháp địa chấn phản xạ đóng vai trò chủ lực trong việc giải quyết nhiều nhiệm vụ địa chất khác nhau. Hình 1.7 Mô hình địa chấn phản xạ trên mặt đất Chú thích: Seismometers: Máy đo địa chấn; recording vehicle: xe ghi âm Vibrator: máy rung ; seismic source: nguồn địa chấn Phương pháp địa chấn phản xạ nghiên cứu các sóng phản xạ từ các mặt ranh giới phân chia các lớp có mật độ và tốc độ đất đá khác nhau. Phương pháp này có thể khảo sát các mặt ranh giới từ độ sâu vài trăm mét đến 3 - 4km và được áp dụng rất rộng rãi phục vụ cho tìm kiếm thăm dò dầu khí và nghiên cứu môi trường trầm tích. 9
Hình 1.8. Phương pháp địa chấn phản xạ Chú thích : Horizontal distance : khoảng cách nằm ngang Shot-point 1...n : điểm nổ từ 1 đến n Refector : mặt phản xạ Geophone 1...n : máy thu từ 1 đến n Reflection time : thời gian phản xạ Trong hình 1.8 mô tả hình đơn giản của phương pháp địa chấn phản xạ. Đầu tiên nguồn nổ được kích hoạt sau đó ghi tín hiệu phản xạ bởi máy thu đặt gần điểm nổ. Cứ tiến hành như vậy đến n lần khác nhau thì tại mỗi máy thu cho ta một đường ghi địa chấn (trace). Tập hợp các đường ghi này cho ta một mặt cắt địa chấn phản xạ. Nếu chúng ta có một mạng lưới các đường thu nổ địa chấn tương ứng với tập hợp các mặt cắt địa chấn, chúng ta có thể theo dõi sự phản xạ từ mặt cắt này sang mặt cắt khác và xây dựng bản đồ đồng mức của tất cả các mặt cắt thẳng đứng này. Từ bản đồ đồng mức này (bản đồ đẳng thời, bản đồ đẳng sâu) ta có thể thấy được cấu trúc của bẫy chứa và vị trí khoan thăm dò thích hợp. Trong những năm qua, phương pháp địa chấn phản xạ được tiến hành theo từng tuyến và thu được các lát cắt địa chấn dọc theo các tuyến, đó là phương pháp địa chấn 2D (Two – Dimensional Seismic). Phương pháp này được áp dụng rộng rãi và cho phép phát hiện nhiều mỏ dầu khí trên thế giới. Mối quan hệ giữa thời gian truyền sóng và tọa độ điểm quan sát được 10