Đề tài: Ứng dụng phương pháp địa chấn trong tìm kiếm thăm dò dầu khí

CHƯƠNG ISƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN Thăm dò địa chấn là phương pháp địa vật lý nghiên cứu quá trình truyền sóng đàn hồi khi tiến hành phát và thu sóng ở trên mặt, nhằm xác định đặc đ

MỤC LỤC

CHƯƠNG II : CÁC KỸ THUẬT PHÁT VÀ THU SÓNG ĐỊA CHẤN

CHƯƠNG III: XỬ LÝ SỐ LIỆU ĐỊA CHẤN

CHƯƠNG IV: GIẢI ĐOÁN ĐỊA CHẤN

CHƯƠNG I

SƠ LƯỢC VỀ PHƯƠNG PHÁP ĐỊA CHẤN

Thăm dò địa chấn là phương pháp địa vật lý nghiên cứu quá trình truyền sóng đàn hồi khi tiến hành phát và thu sóng ở trên mặt, nhằm xác định đặc điểm môi trường địa

chất Để tiến hành thăm dò địa chấn, cần phát sóng tạo ra các dao động đàn hồi bằng nổ mìn, rung, đập (khi khảo sát trên đất liền) hoặc ép hơi (khi khảo sát trên biển) , các dao động này truyền trong môi trường dưới dạng sóng đàn hồi Khi gặp các mặt ranh giới có tính chất đàn hồi khác nhau thì sẽ hình thành các sóng thứ cấp như sóng phản xạ, sóng

khúc xạ 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, các bản đồ địa chấn và các thông tin khác, phản ánh đặc điểm

hình thái và bản chất môi trường vùng nghiên cứu

Ví dụ hình ảnh một lát cắt địa chấn được nêu trên hình 1

Hình 1 Ví dụ một lát cắt địa chấn

Ứ

ng dụng đị a chấn trong thă m dò GVHD: Th.S Phan V ăn Kông

Hình ảnh tiến hành phương pháp địa chấn trên đất liền và trên biển được minh hoạ trên các hình 2 và 3

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 4

Hình 2 Hình ảnh thăm dò địa chấn trên sa mạc (đất liền)

Ứng dụng đị a ch ấn trong thă m dò GVHD: Th.S Phan V ăn Kông

Hình 3 Hình ảnh thăm dò địa chấn trên biển

Nguồn Môi trường

địa chấn-địa chất

-Phương pháp

- Thiết bị

- Xử lý

- Phân tích

Lát cắt địa chấn

Hình 4 Mô hình khái quát hệ thống địa chấn

Phân tích sơ đồ khối trên hình 4 cho thấy nhiệm vụ của phương pháp 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 - 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

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 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

Trong thăm dò địa chấn khi kích thích xung lực ở một điểm nào đó của môi trường sẽ gây nên sự biến dạng và xuất hiện ứng suất có xu hướng kéo vật thể trở về trạng thái ban đầu Do hiện tượng quán tình nên các phần tử vật chất của môi trường sẽ dao động xung quanh vị trí cân bằng Trong môi trường đàn hồi các phân tử này sẽ dao động mọi hướng dưới dạng sóng đàn hồi Sóng đàn hồi được truyền đi với vận tốc xác định, tốc độ truyền

sóng phụ thuộc vào các tham số đàn hồi của môi trường Trong môi trường đồng nhất,

khi có sự kích thích dao động thì sẽ tạo nên 2 sóng khác nhau là sóng dọc (P) và sóng

ngang (S).

Sóng dọc P liên quan đến biến dạng thể tích, phương dao động của hạt vật chất trùng với phương truyền của sóng Khi sóng truyền đi sẽ tạo nên các đới nén, dãn liên tiếp

Sóng ngang S liên quan đến biến dạng hình dạng, phương dao động của vật chất thẳng góc với phương truyền của sóng Khi sóng truyền ngang đi sẽ tạo nên các đới trượt liên tiếp

Trong môi trường đồng nhất, sóng dọc và sóng ngang truyền độc lập với nhau và

truyền với tốc độ khác nhau Trong không khí và nước không có biến dạng hình dạng nên chỉ có sóng dọc mà không có sóng S Sóng dọc có vận tốc truyền sóng lớn hơn sóng

ngang, nên sóng này đến máy ghi đầu tiên phản ánh cấu trúc thực của các bề mặt phản xạ

ở dưới sâu nên sóng này là sóng có ích Trong thăm dò địa chấn, người ta quan tâm đến sóng dọc P và thường sóng S không phản ánh đúng cấu trúc dưới sâu nên người ta loại bỏ

nó đi

Ứ

ng dụng đị a chấn trong thă m dò GVHD: Th.S Phan V ăn Kông

SVTH: Nguyễn Minh Trị 6 MSSV:0516037

Ứ

ng dụng đị a chấn trong thă m dò GVHD: Th.S Phan V ăn Kông

SVTH: Nguyễn Minh Trị 7 MSSV:0516037

Ứ

ng dụng đị a chấn trong thă m dò GVHD: Th.S Phan V ăn Kông

Tốc độ truyền sóng của đất đá

Các loại đât đá khác nhau thì có tốc độ truyền sóng khác nhau Các lớp đất trồng nằm ở sát mặt đất có tốc độ khoảng 300-400 m/s Trong khi đó đá magma và một số đá trầm tích tốc độ truyền sóng có thể đạt 6000-7000 m/s Theo tài liệu đo sâu địa chấn thì các đá nằm ở độ sâu vài chục km có thể tốc độ vượt quá 8000 m/s

Sự khác biệt về tốc độ truyền sóng của đất đá phụ thuộc vào các yếu tố cơ bản sau đây:

Thành phần thạch học

Điều kiện thành tạo

Chiều sâu thế nằm

Độ rỗng của đất đá

Mức độ ngậm nước, và loại chất lưu chứa bên trong chúng

Thành phần thạch học là yếu tố ảnh hưởng quyết định đến vận tốc truyền sóng của đất đá Các đá magma và biến chất có tốc độ thay đổi từ 4000- 65000 m/s Các đá trầm tích có tốc độ truyền sóng nhỏ hơn so với đá magma và biến chất, trong đó đá trầm tích lục nguyên có tốc độ nhỏ, ít khi vượt quá 4000 m/s Các đá trầm tích thuỷ hoá và cacbonat có tốc độ truyền sóng xấp

xỉ so với đá magma và biến chất

Đối với những loại đá có cùng thành phần thạch học thì tốc độ truyền sóng của chúng phụ thuộc vào áp suất độ rỗng, độ ngậm nước…

Ap suất: Khi tăng sẽ làm giảm độ rỗng và mođun đàn hồi tăng, dẫn đến làm tăng mức độ

truyền sóng Sự phụ thuộc của tốc độ vào vào áp suất thể hiện rõ ở các đá trầm tích lục nguyên

và hầu như không thể hiện ở đá magma và cacbonat Đặc biệt là đá sét kết có vận tốc truyền sóng thay đổi trong phạm vi rộng do chúng có độ nén ép lớn khi tăng mức độ chôn vùi, việc này đồng nghĩa với việc tăng áp và nhiệt độ, làm cho độ rỗng thay đổi và vận tốc của chúng cũng thay đổi theo

Độ rỗng: khi độ rỗng tăng thì làm tốc độ truyền sóng giảm Các đới phong hoá bở rời nằm sát mặt đất tốc độ truyền sóng có thể nhỏ hơn tốc độ truyền sóng âm trong không khí Các khu vưc

bị phá huỹ kiến tạo, nứt nẻ… Tốc độ truyền sóng giảm hẳn so với đá nguyên khối

SVTH: Nguyễn Minh Trị 8 MSSV:0516037

Ứ

ng dụng đị a chấn trong thă m dò GVHD: Th.S Phan V ăn Kông

Độ ngậm nước và dầu: Với đất đá có độ rỗng chứa nước thì khi độ bão hòa của nước tăng lên, phần hổng chứa khí giảm xuống, dẫn đến làm tăng tốc độ truyền sóng Mức độ tăng tốc độ truyền sóng có thể tăng vài chục phần trăm

Khi nước trong các lỗ hổng được thay thế bằng dầu thì tốc độ truyền sóng giảm 10-15%, nếu thay thế bằng khí thì tốc độ này giảm nhiều hơn, có thể đến 20 đến 30%

SVTH: Nguyễn Minh Trị 9 MSSV:0516037

Ứ

ng dụng đị a chấn trong thă m dò http://www.ebook.edu

Chiều sâu thế nằm: Khi chiều sâu tăng, áp suất tăng, dẫn đến tốc độ truyền sóng tăng lên Mức độ tăng của tốc độ truyền sóng theo chiều sâu phụ thuộc vào thành phần thạch học và độ rỗng của đá Điều này được thể hiện rõ đối với đá lục nguyên bở rời có độ rỗng lớn

Tuổi của đất đá: Các đá có tuổi càng già thì tốc độ truyền sóng cũng tăng lên Sự tăng tốc độ truyền sóng của đất đá liến quan đến tác động biến chất động lực và tác dụng kéo dài của các dung dịch chứa trong đá

ng dụng đị a chấn trong thă m dũ GVHD: Th.S Phan V ăn Kụng

CHƯƠNG II

KỸ THUẬT PHÁT VÀ THU SểNG ĐỊA CHẤN

I PHÁT SểNG ĐỊA CHẤN

Trong thăm dũ địa chấn, tuỳ thuộc vào điều kiện quan sỏt súng trờn đất liền hay biển, sụng,

hồ, hầm lũ… Mà sử dụng cỏc nguồn nổ khỏc nhau

Hồi âm

Pinger Boomer

Sparker

S úng hơi Nguồnrung

Nổ mìn

Sóng khối động đất Sóng mặt động đất

Tần số (Hz)

Hỡnh 5 Cỏc loại nguồn tạo ra song đàn hối với dải tần số tương ứng

Ứ

ng dụng đị a chấn trong thă m dũ GVHD: Th.S Phan V ăn Kụng

1.Phát sóng địa chấn trên đất liền

Khi tiến hành địa chấn trên đất liền, loại nguồn phổ biến là nổ mìn trong giếng khoan nông Quả mìn được đặt ở đáy giếng khoan trong các lớp đât mềm, dẽo, ngậm nước Chiều sâu các

giếng khoan lớn hơn bề dày của đới đất đá bở rời có tốc độ nhỏ ở gần mặt đất thường là 10 -100 m

Khi khối khôi thuốc mìn nổ tạo ra áp suất lớn đập vào môi trường đất đá làm hình thành lỗ hổng khí Sóng đập có năng lượng giảm dần và tiếp tục tạo ra ở môi trường xung quanh các đới biến dạng dẽo và vùng biến dạng đàn hồi

Các dao động đàn hồi do nguồn kích thích được xác định bỡi điều kiện nguồn bao gồm thành phần và trọng lượng thuốc nổ, tính chất cơ lý của đất đá vùng nổ

Trong trường hợp quả mìn đẵng thước, môt trường xung quanh đồng nhất thì đới biến dạng dẽo có dạng hình cầu Nguồn phat sóng dạng cầu này tạo ra sóng đàn hồi tạo ra mọi phía có mặt sóng hình cầu Do áp suất của nguồn tác động thẳng góc vào mặt cầu nên các dao động được

hình thành chủ yếu là sóng cầu dọc

Ngoài nguồn nổ ra, trong địa chấn còn sử dụng một số loại không nguồn nổ như đập,

rung… Việc dùng không nguồn nổ có có hiệu suất kinh tế cao, ít nguy hiểm có thể tiến hành ở nơi có các công trình xây dựng Nguồn không nổ được chia làm 2 loại: nguồn đập và nguồn rung Nguồn đập: Dùng búa tạ hoặc búa máy tạo nên những xung tức thời (5-10 ms), trọng lượng quả tạ có thể tới 2-3 tấn, độ cao nâng búa 3-4 m Loại nguồn này thường sử dụng trong địa chấn công trình xây dựng Tìm kiếm khoáng sản rắn

Nguồn rung: Ngoài các nguồn phát xung, có thể còn sử dụng nguồn rung Bằng các thiết bị đặt biệt, người ta kích thích môi trường đất đá bằng các dao động hình sin có tầng số thay đổi kéo dài trong khoảng thời gian khá lớn (6-8s)

Nguồn rung cho phép tăng năng lượng kích thích khi kéo dài xung phát vì vậy được quan tâm những vùng mà mà việc phát xung khó khăn hơn

2.Phát sóng địa chấn trong môi trường nước

Khi tiến hành địa chấn trong môi trường nước (biển, sông, hồ…), thường phải sử dụng nguồn không nổ như nguồn khí nén, hỗn hợp khí, điện – thuỷ lực…

Việc sử dụng các nguồn này không chỉ bảo đảm việc phát sóng liên tục sau những khoảng thời gian nhất định trong khi tàu chạy mà còn bảo vệ môi trường sinh thái biển

Ứ

ng dụng đị a chấn trong thă m dò GVHD: Th.S Phan V ăn Kông

II THU SÓNG ĐỊA CHẤN

M¸y thu M¸y thu

Trong thăm dò địa chấn, thường tiến hành ghi dao động theo các tuyến, trên đó, các dao động địa chấn được ghi nhận bằng các máy thu và quá trình khuyếch đại, lọc tần số, điều chỉnh biên độ… chúng được ghi trên băng địa chấn Băng địa chấn là số liệu gốc chứa các thông tin về cấu trúc địa chất cho phép sử dụng và xử lý trong quá trình phân tích để tìm hiểu đặc điểm địa chất của vùng cần nghiên cứu

Ngày nay, trong địa chấn, thường dùng các trạm địa chấn nhiều mạch Các trạm này tiến

hành ghi nhận các giao động xuất hiện ở nhiều điểm khác nhau trên băng từ dưới dạng số, cho phép tiến hành sử lý trên máy tính một cách thuận lợi và nhanh chóng

a.Mạch địa chấn

Là một hệ thống các bộ phận máy móc nối tiếp nhau cho phép ghi nhận các dao động xuất hiện tại một điểm quan sát nhất định

Các trạm địa chấn thường gồm nhiều mạch Số lượng các mạch có thể thay đổi tù 1 đến hàng trăm (1, 6, 12, 24, 48 96 mạch trong địa chấn 2 chiều và hàng nghìn mạch trong địa chấn 3

chiều)

Để thu nhận các dao động xuất hiện ở điểm quan sát và trên băng từ, mạch địa chấn gồm

nhiều bộ phận như máy thu, khuyếch đại, lọc tần số, điều chỉnh biên độ, ghi từ… Trong các bộ phận trên, các máy thu được bố trí dọc theo tuyến đo, các bộ phận còn lại được bố trí trong trạm địa chấn

Để đảm bảo chất lượng ghi dao động địa chấn, các mạch dao động phải đạt yêu cầu:

- Có độ phân giải tốt về thời gian để ghi được riêng biệt các xung địa chấn liên quan đến các mặt ranh giới khác nhau trong môi trường phân lớp mỏng

- Có dãy đông học lớn để ghi được toàn bộ các thông tin có ích xuất hiện từ những độ sâu khác nhau, có sự khác biệt về biên độ giữa các sóng từ các tầng nông và các tầng sâu có thể đạt tới 100-200 db (105-106 lần)

- Có độ chọn lọc tốt để hạn chế phông nhiễu gây trở ngại cho việc ghi sóng có ích Thường các mạch ghi địa chấn được trang bị các bộ lọc để hạn chế sóng mặt, vi địa chấn, nhiễu công

nghiệp…

- Có sự đồng nhất về độ nhạy và về pha để có thể so sánh được các dao động ghi được tại các điểm thu khác nhau

b Máy thu địa chấn

Máy thu địa chấn là một bộ phận đầu tiên của mạch thu địa chấn, được sử dụng để ghi các dao động cơ học của đất đá và biến đổi chúng thành các tín hiệu điện Khi tiến hành công tác thu địa chấn trên đất liền, người ta sử dụng máy thu cảm ứng Và khi tiến hành trên sông biển hồ… Dùng máy thu điện áp

Ứng dụng đị a ch ấn trong thă m dò GVHD: Th.S Phan V ăn Kông

c Trạm địa chấn

Trạm địa chấn nhận tín hiệu từ các máy thu, thực hiện quá trình biến đổi và ghi trên băng

giấy hoặc băng ảnh (trạm ghi trực tiếp), ghi trên băng từ dưới dạng liên tục (trạm ghi từ tương

Quá trình ghi ảnh hoặc ghi từ tương tự chỉ sử dụng cho các mạch khúc xạ ít mạch đơn giản

III HỆ THỐNG QUAN SÁT

Hiện nay trong thăm dò địa chấn, tuỳ vào nhiệm vụ đặt ra mà có thể áp dụng địa chấn

M¸y thu

2D hoặc địa chấn 3D Trong địa chấn 2D, việc phát và thu sóng tiến hành dọc theo từng

tuyến, kết quả đạt được sẽ cho các lát cắt địa chấn dọc theo tuyến đó Trong địa chấn 3D, việc phát và thu sóng tiến hành đồng thời trên nhiều tuyến, vì vậy có thể khảo sát môi

trường địa chất trong không gian 3 chiều

§iÓm næ

Hình 9.10 Hệ thống quan sát trong phương pháp địa chấn phản xạ:

a Hệ thống quan sát trung tâm, b Hệ thống quan sát cánh

Trước hết chúng ta xét hệ thống quan sát trong địa chấn 2D

Phụ thuộc vào vị trí tương đối giữa điểm nổ và chặng máy mà có thể sử dụng

hệ thống quan sât trung tâm hoặc hệ thống cánh (hình 6)

- Hệ thống quan sát trung tâm là hệ thống quan sát mà điểm nổ nằm ở giữa

chặng đặt máy Trong hệ quan sát này cũng có thể bố trí hệ thống có cửa sổ khi đặt

máy thu ở xa nguồn nổ một khoảng nhất định

Ứng dụng đị a ch ấn trong thă m dò GVHD: Th.S Phan V ăn Kông

- Hệ thống quan sát cánh là hệ thống quan sát mà chặng đặt máy thu nằm về

một phía của nguồn nổ Để tránh phông nhiễu sát điểm nổ và quan sát được ở khoảng

cách xa nhằm tạo ra sự khác biệt rõ rệt của biểu đồ thời khoảng sóng phản xạ và

nhiễu, chặng máy thường đặt cách nguồn nổ một khoảng xác định, gọi là hệ quan sát

có cửa sổ

Trong những điều kiện như nhau, hệ quan sát trung tâm cho phép quan sát dao

động với số lần bội lớn hơn so với quan sát cánh, do đó có hiệu ứng thống kê mạnh

hơn để hạn chế phông nhiễu Tuy nhiên ở những vùng tồn tại sóng nhiễu PXNL mạnh

thì cần sử dụng hệ thống cánh để có thể quan sát được ở các vùng xa mà ở đó biểu đồ

thời khoảng sóng PXNL và sóng có ích khác biệt rõ rệt hơn so với vùng gần điểm nổ

Geophone