Kompleksowy rozkład prędkości w zagadnieniu obliczania poprawek statycznych sejsmiki

statycznych sejsmiki głębokiej

W rozprawie przedstawiono tezę dotyczącą możliwości poprawy efektywności obliczania poprawek statycznych sejsmiki prospekcyjnej przez wprowadzenie do wspomnianego procesu informacji o przypowierzchniowym rozkładzie prędkości. Przeprowadzenie dowodu wspomnianej tezy zawarto w niniejszym podrozdziale.

Rys. 5.6 - 1 Zestawienie rekordów sejsmiki prospekcyjnej oraz inżynierskiej. W skali szarości przedstawiono fragment rekordu sejsmiki głębokiej. W skali barwnej przykład rejestracji

sejsmiki inżynierskiej.

Eksperyment sejsmiki płytkiej przeprowadzono na fragmencie 6 - cio kilometrowego profilu eksperymentalnego AGH 17511. Geometrie obu pomiarów zostały skonstruowane w oparciu o jednolity odstęp pomiędzy odbiornikami. Pozwalało to na porównanie wyników statycznych, a także ewentualny transfer rozkładów prędkości pomiędzy wariantami metodycznymi. Badania sejsmiki głębokiej na każdym punkcie wzbudzania posiadały stałą ilość kanałów aktywnych, równą 1300. Wybrano ich fragmenty znajdujące się zakresie wycinka profilu prospekcyjnego: AGH 17511 - 1. Ilość kanałów w każdej, wybranej

131 rejestracji przekraczała 350 co ograniczało użycie dotychczas wykorzystywanego oprogramowania SeisImager. Do dalszych obliczeń wykorzystano czasową wersję beta systemu Geogiga, pozyskaną dzięki porozumieniu z firmą GEOGIGA Technology Corporation. Proces obliczania tomogramów rozpoczęto od oznaczenia czasów pierwszych wstąpień fali refrakcyjnej. Obserwowany zapis był bardziej stabilny w porównaniu do wariantu sejsmiki inżynierskiej. Pikowanie fali refrakcyjnej nie wymagało zastosowania dodatkowych kryteriów oznaczania czasów pierwszych wstąpień. Liczba odbiorników, na których obserwowano zjawisko refrakcji była prawie pięciokrotnie większa w porównaniu typowego rekordu sejsmiki inżynierskiej. Graficzne porównanie przykładowych zapisów przedstawia rysunek 5.6 - 1. Linią czerwoną oznaczono fragment rekordu sejsmiki inżynierskiej, który posiada czytelny zapis fali refrakcyjnej. Linią zieloną zaznaczono zjawisko refrakcji na rekordzie prospekcyjnym. Hodografy fali refrakcyjnej są porównywalne czasowo. Na tej podstawie wyciągnięto wniosek o wstępowaniu stałego refraktora obecnego w obu wariantach metodycznych. Pozwala to na bezpośrednie użycie rozkładu prędkości, który pozyskano w wariancie sejsmiki inżynierskiej (Rys. 5.4 - 3 - B).

Rys. 5.6 - 2 Przykłady tomogramów obliczonych na podstawie wypikowanych czasów pierwszych wstąpień na rekordach sejsmiki głębokiej.

132 Stanowił on model startowy tomogramu B na rysunku 5.6 - 2. Proces łączenia pól prędkości nie wymagał zabiegów interpolacyjnych co znacznie przyspieszyło pracę nad estymacją poprawek statycznych. Na podstawie oznaczonych pierwszych wstąpień obliczono tomogramy A oraz B widoczne na rysunku 5.6 - 2. Przedstawione rozkłady różnią się pomiędzy sobą postaciami modeli początkowych. W punkcie A zastosowano model dwuwarstwowy, wynikający z postaci wypikowanych pierwszych wstąpień. W wariancie B użyto jako model startowy tomogramu przedstawionego na rysunku 5.4 - 3 - B. Inwersję tomograficzną przeprowadzono przy użyciu parametrów inwersji tomograficznej, omówionej w podrozdziale 5.4. Błędy estymacji obu pól prędkości przedstawia rysunek 5.6 - 3.

Rys. 5.6 - 3 Średni błąd kwadratowy, otrzymany w czasie obliczania poprawek tomo- statycznych sejsmiki prospekcyjnej.

133 Błąd RMS dla tomogramu A wynosi 23 % w iteracji pierwszej, natomiast jego wartość końcowa jest równa 8 %. Dla rozkładu prędkości B, początkowy błąd RMS wynosi 46 %. Charakteryzuje go szybki spadek do poziomu 14 %. W przypadku kompleksowego wariantu tomografii zaobserwowano podniesienie wartości błędu RMS. Jest to sytuacja odwrotna do przedstawionej na rysunku 5.4 - 4 w podrozdziale 5.4, gdzie początkowo wysokie wartości RMS zostały zredukowane do niskiego poziomu. W przypadku tomografii inżynierskiej oznaczało to, że układ teoretycznych, pierwszych wstąpień reagował na wartości prędkości obecne w rozkładzie początkowym. W aktualnym przypadku jest to skutek wprowadzenia informacji nie mających uzasadnienia w obserwowanych czasach przyjścia fali refrakcyjnej i bezpośredniej. Szczególnie dotyczy to wartości prędkości w nadkładzie, ponieważ wariant naftowy posiadał zredukowaną ilość punktów wzbudzania co powodowało zmniejszenie ilości informacji o rozkładzie prędkości fali bezpośredniej. Na podstawie rozkładów prędkości 5.6 – 2 - A i 5.6 – 2 - B obliczono wartości oprawek statycznych przedstawionych na rysunku 5.6 - 4. Krzywą fioletową (4) i pomarańczową (3) przedstawiono poprawki sumaryczne. Przedstawione rozwiązania statyczne różnią się w zakresie składnika szybko- zmiennego. W przypadku wartości poprawek na wykresie (4), zmiany krótkookresowe są niewielkie. Wprowadzenie informacji o rozkładzie prędkości z sejsmiki inżynierskiej zaburzyło pierwotną postać poprawki w rozwiązaniu (4). Kolorem zielonym oznaczono względne zmiany pomiędzy wartościami poprawek (1). Różnice pomiędzy wspomnianymi rozwiązaniami statycznymi są znaczne. Ich wartości zawierają się w przedziale od - 10 do + 12 msec. Eksponowane rozkłady posiadają cechę wspólną jaką jest wartość trendu wolno - zmiennego. Widać na tym przykładzie zbieżność generalnych cech strukturalnych obu tomogramów. Pod względem cech szczególnych (lokalnych) opisywane dystrybucje są wzajemnie rozbieżne. Postać otrzymanych rozwiązań statycznych należy podeprzeć szerszymi rozważaniami na temat jakości zapisów refrakcyjnych, rejestrowanych w obu metodach. Dodatkowo, na wykres 5.6 - 4 wprowadzono wartości poprawek tomograficznych wariantu inżynierskiego (2). Poprawki posiadają podobny trend jednak, różnią się amplitudą zmian wartości czasowych. Zestawienie rekordów na rysunku 5.6 - 1 posiada podobny układ pierwszych wstąpień tak więc obserwowane rozbieżności rozwiązań statycznych – pomiędzy krzywą (2) i (3) na rysunku 5.6 - 4, należy uzasadnić wykraczając poza kinematyczny aspekt zjawiska fali refrakcyjnej. W podrozdziale 5.2 omówiono szczególnie skomplikowany układ pierwszych wstąpień czego nie obserwowano w czasie pikowania czasów przyjścia na rekordach sejsmiki głębokiej. Wskazano w nim szczególnie istotny wpływ tłumienia w pokrywie polodowcowej. Użycie źródła wibratorowego przyczyniło się do podniesienia

134 jakości zapisów refrakcyjnych. Można to tłumaczyć masą (energią) użytego źródła oraz ciągłością wysyłania energii sejsmicznej do ośrodka geologicznego (Yilmaz 1987). Dzięki technice wibratorowej rekordy prospekcyjne posiadają zapis fali refrakcyjnej w zakresie do 1 kilometra (do 150 kanałów aktywnych). Źródło o charakterystyce impulsowej traci znacznie na swojej mocy w ośrodku nieskonsolidowanym, co zostało przedstawione na wielu przykładach rekordów w podrozdziale 5.2. Potwierdza ten fakt literatura (Hunter 1984, Miller 1994).

Rys. 5.6 - 4 Obliczone wartości poprawek statycznych dla fragmentu sumy sejsmiki prospekcyjnej na poziom odniesienia 100 m. n. p. m..

135 Dobór źródła sejsmicznego warunkuje propagację fali refrakcyjnej w utworach polodowcowych. Ma on wpływ na charakterystykę spektralną obserwowanej fali refrakcyjnej. W trakcie analizy obu typów rekordów zauważono znaczne różnice w postaci amplitud obu sygnałów refrakcyjnych. Był to podstawowy argument przeprowadzenia analizy widma sygnałów refrakcyjnych. Dla przykładu wyeksponowano analizy spektrum rekordów zestawionych na rysunkach 5.6 - 5 i 5.6 - 6. Dla zbioru 112 tras rekordu naftowego oraz 28- dla rekordu sejsmiki inżynierskiej obliczono jednowymiarową transformację Fouriera. Obliczeń dokonano w bramce czasowej o szerokości 80 msec. Wyniki ukazano na wykresach zbiorczych. Dominująca częstotliwość zapisu wibratorowego oscyluje w zakresie 30 Hz, Jest ona znacznie niższa w porównaniu z widmem sygnału w wariancie inżynierskim, którego wartość wynosi 80 Hz.

Rys. 5.6 - 5 Widmo zbiorcze tras sejsmicznych pochodzących z rekordu sejsmiki inżynierskiej. Brak zgodności spektralnej przekłada się na różnice w rozdzielczości (reaktywności) fali na zmiany w warunkach refrakcyjnych (Yilmaz 1987, Wyllie 1956). Wynika stąd, że stabilność postaci fali refrakcyjnej uzależniona jest od jej spektrum. W wariancie

136 inżynierskim częstotliwość dominująca stabilizuje się wraz z oddalaniem się od źródła. Podtrzymuje to tezę z podrozdziału 5.2 o interferencji fali o niższym zakresie częstotliwości z właściwym sygnałem refrakcyjnym. Wynika stąd, że w przeprowadzonych badaniach sejsmiki inżynierskiej, strefa kształtowania fali refrakcyjnej obejmuje znaczą część rozstawu. W podrozdziale 5.2 usuwając część nisko - częstotliwościową doprowadzono do stabilizacji sygnału refrakcyjnego. W ten sposób wykazano, że oznaczenie czasu pierwszych wstąpień zależy od sposobu przeprowadzania filtracji częstotliwościowej. Łącząc fakty dotyczące zmian w widmie oraz obserwując wartości obliczonych poprawek statycznych, wysnuto hipotezę dotyczącą przyczyn zróżnicowania propagacji fali refrakcyjnej w obu wariantach metodycznych.

Rys. 5.6 - 6 Widmo zbiorcze rekordu prospekcyjnego.

Opracowano uproszczony schemat propagacji fali refrakcyjnej przedstawiony na rysunku 5.6 - 7. Ośrodek polodowcowy odznacza się nieciągłymi przejściami pomiędzy granicami litologicznymi. Dotyczy to również warstwy refrakcyjnej. W przypadku obu badań cechą wspólną jest podobna strefa występowania zjawiska refrakcji. Fala sejsmiczna - w tym

137 również fala refrakcyjna, reaguje na ośrodek geologiczny w sposób indywidualny, który jest zależny od długości fali. Jeżeli spektrum dyskutowanego zjawiska charakteryzują niskie częstotliwości jej rozdzielczość nie pozwala na uchwycenie pewnych cech refraktora bądź zróżnicowania strukturalnego w strefie refrakcyjnej (Steer 1996).

Rys. 5.6 - 7 Schemat propagacji fali sejsmicznych w strefie refrakcyjnej.

Dla fali o mniejszej długości fali obraz ośrodka jest bardziej nieregularny. Wynika to z jej podwyższonej rozdzielczości. Zjawisko wpływa na postać kinematyczną fali refrakcyjnej a w konsekwencji na obliczone wartości poprawek statycznych. Na rysunku 5.6 - 7 fala o niskim spektrum propaguje w falowodzie (1). Reaguje ona wolno na zmiany prędkości w wokół warstwy refrakcyjnej. Podany przykład jest jedną z hipotez tłumaczących zachowanie fali refrakcyjnej, trudną do uzasadnienia modelowaniem sejsmicznym. Problemy dotyczące modelowania sejsmicznego ośrodka polodowcowego wynikają z braku jednoznacznie określonej dynamiki układu warstw, które zostają poddane modelowaniu. Wykonane studium w omawianym zakresie tematycznym ujawniło bardzo wąską grupę publikacji, w których podjęto dyskusję na temat zachowania fali refrakcyjnej w ośrodku polodowcowym (Booth 2012, Harbor 1992). Często podkreślana złożoność form ośrodka polodowcowego nie pozwala na efektywne skorzystanie z narzędzi modelowania. Literatura z zakresu obrazowania utworów polodowcowych sporadycznie odnosi się do tego aspektu. Opisywany wzorzec propagacji prawdopodobnie stoi za łagodnymi wartościami poprawek statyki głębokiej. Fala wzbudzana w sejsmice inżynierskiej propaguje w wąskim falowodzie reagując

138 na lokalne zmiany prędkości ponad refraktorem. Wynika stąd zróżnicowanie poprawki statycznej w wariancie inżynierskim. Obliczone wartości statyczne na podstawie tomogramu 5.6 - 2 - B są hybrydą dwóch pól prędkości, opartych o zróżnicowane spektralne zapisy fali refrakcyjnej. Tłumaczy to wysoki błąd dopasowania RMS w czasie jej estymacji. Na obecnym etapie analiz nie można jednoznacznie stwierdzić, które z powstałych rozwiązań jest efektywniejsze. Często wskaźnik w postaci wartości błędu RMS nie odzwierciedla spodziewanej poprawy lub pogorszenia jakości sumy sejsmicznej. Ostateczne rozwiązanie tej kwestii zostanie omówione w podrozdziale 6.5.