Изучение отражений от тонких слоёв в осадочном чехле Южно-Каспийской впадины



Основываясь на плотностных и акустических каротажных замерах ( () скважин, пробуренных в районе исследований, показали, что мезозойские и кайнозойские отложения в ЮКВ состоят из тонких слоев. Осадочные комплексы по всему разрезу характеризуются более или менее тонкой структурой и акустической дифференциацией. Однако горные комплексы, состоящие из вулканических и карбонатных отложений, являются исключением. Основной особенностью, влияющей на волновую картинку породных комплексов, является наличие большого количества неоднородных слоев внутри этих комплексов, толщина которых значительно меньше или близка к длине волны.

Из изученных теоретических моделей выяснилось, что полезную информацию о структуре и свойствах сред, характеризующихся тонкослоистостью, можно получить не только из опорных и регулярных волн, но и из сейсмических трасс, полученных непрерывными колебаниями.

Эта среда всегда реагирует на воздействия упругого импульса в виде последовательности непрерывных отражений. Тем не менее, форма и динамика отраженных волн поглощаются и фильтруются слоями выше, происходит искажения части кодированной информации полезных волн. Часть полезной информации также искажается приемными устройствами и во времени записи. Таким образом, информация, предоставляемая сейсмической разведкой, очень отличается от информации, предоставляемой акустическим каротажем. Из-за ограниченного диапазона разрешенности сейсмического метода и спектра волн, генерируемых в источнике, сейсмограммы предоставляют информацию в узком частотном диапазоне. С этой точки зрения, при построении сейсмических моделей необходимо использовать данные вертикального сейсмического профилирования (ВСП), АК и ГГК, полученные из существующих уже скважин. Это также важную роль играет применение сейсмостратиграфического метода. В то же время это повышает качество сейсмических данных.

Специалисты, проводящие сейсмостратиграфические исследования, должны уметь различать факторы, отражающие структуру геологической среды во времени, и факторы, искажённые помехами и технологическими процедурами.

Исследования в ЮКВ показали, что информативность сейсмостратиграфического анализа отличается на разных глубинах. Это связано с тремя факторами: 1) тот факт, что осадочный комплекс может характеризоваться тонкими слоями, 2) наблюдение событий геологического прошлого исходя из физических свойств окружающей среды, 3) разрешающая способность метода ОГТ.

Ниже приведены результаты теоретических, модельных и экспериментальных наблюдений, основанных на исследовании образования отраженных волн в тонкослойных осадочных комплексах и взаимосвязи между волновым полем и структурой реальной геологической средой.

Данные АК и ГГК каротажа из скважин в исследуемом районе показывают, что на диаграммах начальной скорости V(H) и плотности d(H) прослеживаются большое количество отдельных тонких слоёв толщина которых намного меньше длины волны. Акустические параметры резко или постепенно меняются на границах, разделяющих слои.

Плотностные и акустические данные каротажа со скважин, пробуренных в области исследований и геоакустические модели построенные по импульсным трассам способствуют отражению реальных геологические условий с большой точностью.

Сейсмическия трасса отраженной волны — это реакция реальной геологической среды на импульс падающей волны. Математическое выражение — это процесс сгибания траектории импульса падающей волной:

Здесь f(τ)- форма импульса, k_i(t-)- последовательность коэффициентов отражения отраженной волны, δ- дельта-функция; F(t) -сейсмическая трасса, ζ(t) — волны помехи.

Уравнение (1) представляет идеальный случай отражения в тонкослоистой геологической среде. В действительности сейсмическая трасса отражает идеализированную «эффективную» модель геологической среды низкоразешённой сейсморазведки в спектральном диапазоне частот f_y-t_a. Значение коэффициентов отражения в этих моделях аналогично исходной акустической модели. Поскольку доступные параметры (скорость v(λ), плотность d(λ) и коэффициент k(f) –коэффициента отражения) зависят от выражения h_f, следовательно эти величины зависят также от частоты. Поэтому выражение (1) можно записать следующим образом.

Выражение (2) отличается от выражения (1) тем, что коэффициент отражения и импульсная сейсмограмма зависят от частоты.

Несмотря на то что было определено, что на первый взгляд нет существенной разницы в моделях, в тонкой геологической среде сейсмический трасса резко отличается. При съемке одной и той же среды с импульсами разных частот и фильтров различных диапазонов сейсмическое отображение геологического разреза будет отличаться.

На рисунке 1. часть диаграммы АК с использованием программы FILAK фильтруется на разных частотах (14–39 гц, 5–80 гц). В результате объём и характер получаемой информации резко изменился. При узкой частотной фильтрации 14–40 гц количество полезной информации уменьшается, а кривая АК напоминает трассу ОГТ. При высокочастотной фильтрации (5–80 гц) трасса больше похожа на эффективную сейсмическую модель.

В эффективных сейсмических моделях акустические характеристики отличаются пошагово и резко в вертикальном направлении. Импульсные сейсмограммы, полученные на основе эффективных сейсмических моделей, имеют хаотическое распределение коэффициентов отражения.

В эффективных сейсмических моделях, на плотных и рассеянных фрагментах наблюдается резкое увеличение и уменьшение модуля коэффициентов, которое компенсируется априорной закономерностью (например, цикличностью осадконакопления, относительные изменения уровня моря, поднятия и опускания дна бассейна).

Рисунок 1 Результаты фильтрации АК, взятого со скважины в ЮКВ: a-AK — график по времени, а^/ трасса коэффициента отражения, б и в — запись графика AK с фильтрами 14–40 Гц и 5–80 Гц (с программой Filak), d — псевдоакустическая трасса, г — трасса по методу ОГТ

В проведённых исследованиях было установлено, что чередование слоев со слабой и высокой акустической твердостью связано с изменением характера седиментации. Таким образом, геологическая среда состоит из чередующихся однородных слоев при ступенчатом изменении степени акустической жесткости и неоднородных слоев при пилообразном изменении. Следовательно, на основе акустической модели и импульсной сейсмограммы определяют осадочный слой, накопленный с определенной геологической закономерностью.

Априорные данные о значениях акустических и геометрических параметров геологического разреза и осадконакопления используются при построении сейсмических моделей одномерных и двумерных геологических объектов.

Учитывается, что:

1) границы, разделяющие слои, являются плоскими;

2) акустические параметры слоев различаются периодически и резко в вертикальном направлении;

3) характеризуется прерывистой последовательностью траекторий импульсов отраженных волн;

Коэффициент отражения на море получается с помощью сигнатур PI-1 и PI-2, а на суше свёртыванием импульсов волны падающим после взрыва с хорошо аппроксимируемыми с ними теоретическими импульсами.

Теоретические импульсы включают импульсы Рикера-Пузырева и Берлаге ( и =1/2, 1/3, 1/4), рассчитанные на компьютере с использованием программы GEOSYNTIN.

Модели тонкослоистых пачек:

1) При больших и малых значениях акустической жёсткости ()

2) Изменчивость акустической твердости ()

Рис. 2. Модели тонкослоистых пачек:

M-1a: S=1,5, V_k/V_b=0,7; M-1б: S=1,2, V_k/V_b=0,8; M-3a: V_k/V_b=0,7

M-2a: S=3, V_k/V_b=0,8; M-2б: S=2,5, V_k/V_b=0,8; M-3б: V_k/V_b=0,7

В моделях тонких слоев первого типа знак коэффициентов отражения изменяется от положительного к отрицательному (+; -), в моделях тонких слоев второго типа знак коэффициентов отражения остается постоянным (либо +, либо -). Несколько лет назад периодические и непериодические модели требовались при построении теоретических моделей волнового изображения. В результате наблюдений теперь ясно, что такие модели не полностью отражают реальный геологический разрез. Это неоспоримый факт, что некоторые волнообразующие объекты являются циклически-периодическими.

Литература:

1. Мамедов П. З., Ахмедов Т. Р., Юсубов Н. П. «Сейсморазведка, I, II и III тома» // Баку: 2005, 2007, 2011
2. Мамедов П. З., 2006. “Особенности земной коры ЮКВ в свете новых геофизических данных”. Изв. АНАН, № 3
3. Джексон Дж. А., Пристли Э., Аллен М. Б., Берберян М., М. 2001. «Активная тектоника Южно-Каспийского бассейна». Отчет по проекту Центральной Азии, 17, 45. Геофизический журнал Internasional. 148. 214–245
4. Кнапп С. С., Кнап Д. Х., Конор Д. А. 2004. «Структура коры Южно-Каспийского бассейна, выявлено методом глубокого сейсмического отражения». Марин и Петролеум Геология. p.3–30.