Amplituda a przesunięcie

W geofizyce i sejsmologii refleksyjnej amplituda w funkcji przesunięcia (AVO) lub zmiana amplitudy z przesunięciem jest ogólnym terminem odnoszącym się do zależności atrybutu sejsmicznego , amplitudy , z odległością między źródłem a odbiornikiem (przesunięcie) . Analiza AVO to technika, którą geofizycy mogą wykonać na danych sejsmicznych w celu określenia zawartości płynu w skale , porowatości , gęstości lub prędkości sejsmicznej , informacji o fali ścinającej, wskaźników płynów (wskazania węglowodorów).

Zjawisko to opiera się na zależności między współczynnikiem odbicia a kątem padania i jest znane od początku XX wieku, kiedy to Karl Zoeppritz spisał równania Zoeppritza . Ze względu na swoje fizyczne pochodzenie, AVO może być również znany jako amplituda w funkcji kąta (AVA), ale AVO jest częściej używanym terminem, ponieważ przesunięcie jest tym, co geofizyk może zmieniać, aby zmienić kąt padania. (Patrz schemat)

Schemat przedstawiający wpływ rozmieszczenia źródeł i odbiorników na kąt padania

Tło i teoria

Diagram przedstawiający konwersje trybu, które występują, gdy fala P odbija się od interfejsu z nienormalną częstością

W przypadku fali sejsmicznej odbijającej się od interfejsu między dwoma ośrodkami przy normalnym padaniu wyrażenie na współczynnik odbicia jest stosunkowo proste:

${\ Displaystyle R = {\ Frac {Z_ {1} -Z_ {0}} {Z_ {1} + Z_ {0}}}}$ ,

gdzie $drugiego$$są$ impedancjami odpowiednio pierwszego i ośrodka

Sytuacja staje się znacznie bardziej skomplikowana w przypadku nienormalnej częstości występowania, ze względu na konwersję modów między falami P i falami S , i jest opisana równaniami Zoeppritza.

Równania Zoeppritza

Główny artykuł: równania Zoeppritza

W 1919 roku Karl Bernhard Zoeppritz wyprowadził cztery równania, które określają amplitudy fal odbitych i załamanych na płaskiej granicy faz dla padającej fali P w funkcji kąta padania i sześciu niezależnych parametrów sprężystości. Te równania mają 4 niewiadome i można je rozwiązać, ale nie dają intuicyjnego zrozumienia, jak zmieniają się amplitudy odbicia w zależności od właściwości skał.

Richards i Frasier (1976), Aki i Richards (1980)

P. Richards i C. Frasier rozszerzyli warunki współczynników odbicia i transmisji dla fali P padającej na interfejs ciało stałe-ciało stałe i uprościli wynik, zakładając tylko niewielkie zmiany właściwości sprężystych na interfejsie. Dlatego kwadraty i iloczyny różniczkowe są wystarczająco małe, aby dążyć do zera i zostać usunięte. Ta postać równań pozwala zobaczyć wpływ zmian gęstości i prędkości fali P lub S na amplitudy odbicia. To przybliżenie zostało spopularyzowane w książce Quantitative Seismology z 1980 roku autorstwa K. Aki i P. Richardsa i od tego czasu jest powszechnie określane jako przybliżenie Aki i Richardsa.

Ostrander (1980)

Ostrander jako pierwszy wprowadził praktyczne zastosowanie efektu AVO, pokazując, że piasek gazowy znajdujący się pod łupkiem wykazuje zmienność amplitudy z przesunięciem.

Shuey (1985)

Shuey dodatkowo zmodyfikował równania, zakładając - podobnie jak Ostrander - że współczynnik Poissona jest właściwością sprężystą najbardziej bezpośrednio związaną z kątową zależnością współczynnika odbicia. Daje to 3-członowe równanie Shueya:

${\ Displaystyle R (\ teta) = R (0) + G \ sin ^ {2} \ teta +F(\tan ^{2}\theta -\sin ^{2}\theta )}$

Gdzie

${\ Displaystyle R (0) = {\ Frac {1} {2}} \ lewo ({\ Frac {\ Delta V _ {\ operatorname {P } }}{V_{\mathrm {P}}}}+{\frac {\Delta \rho }{\rho }}\right)}$

I

${\ Displaystyle G = {\ Frac {1} {2}} {\ Frac {\ Delta V_{\mathrm {P}}}{V_{\namerm {P}}}}-2{\frac {V_{\namehrm {S}}^{2}}{V_{\namehrm {P}}^{ 2}}}\left({\frac {\Delta \rho }{\rho}}+2{\frac {\Delta V_{\mathrm {S}}}{V_{\mathrm {S}}}}\ prawo)}$ ; ${\ Displaystyle F = {\ Frac {1} {2}} {\ Frac {\ Delta V _ {\ operatorname {P}}} {V_ {\ operatorname {P}}}} }$

gdzie = kąt padania; ${\ displaystyle {\ theta}}$${\ Displaystyle {V_ {p}}}$ = prędkość fali P w ośrodku; ${\ Displaystyle {{\ Delta} V_ {p}}}$ = kontrast prędkości fali P na interfejsie; ${\ Displaystyle {V_ {s}}}$ = prędkość fali S w ośrodku; ${\ Displaystyle {{\ Delta} V_ {s}}}$ = kontrast prędkości fali S na interfejsie; ${\ Displaystyle {\ rho}}$ = gęstość w ośrodku; ${\ Displaystyle {{\ Delta} {\ rho}}}$ = kontrast gęstości w całym interfejsie;

W równaniu Shueya R(0) jest współczynnikiem odbicia przy normalnym padaniu i jest kontrolowany przez kontrast impedancji akustycznych. G, często określane jako gradient AVO, opisuje zmiany amplitud odbicia przy pośrednich przesunięciach, a trzeci człon, F, opisuje zachowanie pod dużymi kątami/dalekimi przesunięciami, które są bliskie kąta krytycznego. Równanie to można dodatkowo uprościć, zakładając, że kąt padania jest mniejszy niż 30 stopni (tj. przesunięcie jest stosunkowo małe), więc trzeci składnik będzie dążył do zera. Dzieje się tak w przypadku większości badań sejsmicznych i daje „przybliżenie Shueya”:

${\ Displaystyle R (\ teta) = R (0) + G \ sin ^ {2} \ teta}$

Był to ostateczny rozwój potrzebny, zanim analiza AVO mogła stać się narzędziem komercyjnym dla przemysłu naftowego.

Używać

Diagram pokazujący, jak skonstruować wykres krzyżowy AVO

Nowoczesne badania sejsmiczne odbiciowe są projektowane i pozyskiwane w taki sposób, że ten sam punkt podpowierzchniowy jest wielokrotnie próbkowany, przy czym każda próbka ma inną lokalizację źródła i odbiornika. Dane sejsmiczne są następnie starannie przetwarzane w celu zachowania amplitud sejsmicznych i dokładnego określenia współrzędnych przestrzennych każdej próbki. Pozwala to geofizykowi na skonstruowanie grupy śladów z zakresem przesunięć, z których wszystkie próbkują tę samą lokalizację podpowierzchniową w celu przeprowadzenia analizy AVO. Jest to znane jako wspólne gromadzenie punktu środkowego (punkt środkowy to obszar podpowierzchni, od którego odbija się fala sejsmiczna przed powrotem do odbiornika) i w typowym przepływie pracy przetwarzania odbicia sejsmicznego średnia amplituda byłaby obliczana wzdłuż próbki czasowej, w proces znany jako „układanie”. Proces ten znacznie redukuje losowy szum, ale powoduje utratę wszystkich informacji, które mogłyby być wykorzystane do analizy AVO.

Wykresy krzyżowe AVO

Konstruowane jest gromadzenie CMP, ślady są kondycjonowane tak, aby odnosiły się do tego samego czasu podróży w obie strony, sortowane w kolejności rosnącego przesunięcia i ekstrahowana jest amplituda każdego śladu w określonym horyzoncie czasowym. Pamiętając o dwuczłonowej aproksymacji Shueya, amplituda każdego śladu jest wykreślana w funkcji sin^2 jego przesunięcia i zależność staje się liniowa, jak widać na diagramie. Korzystając z regresji liniowej, można teraz obliczyć linię najlepszego dopasowania, która opisuje, w jaki sposób amplituda odbicia zmienia się wraz z przesunięciem, używając tylko 2 parametrów: punktu przecięcia, P i gradientu, G.

Zgodnie z przybliżeniem Shueya, przecięcie P odpowiada R (0), amplitudzie odbicia przy przesunięciu zerowym, a gradient G opisuje zachowanie przy przesunięciu innym niż normalne, wartość znaną jako gradient AVO. Wykreślenie P (lub R(0)) względem G dla każdej próbki w każdym zbiorze CMP tworzy wykres krzyżowy AVO i można go interpretować na wiele sposobów.

Interpretacja

Anomalia AVO jest najczęściej wyrażana jako rosnąca (rosnąca) AVO w sekcji sedymentacyjnej, często tam, gdzie złoże węglowodorów jest „bardziej miękkie” (niższa impedancja akustyczna ) niż otaczające łupki. Zazwyczaj amplituda maleje (spada) z przesunięciem z powodu rozrzutu geometrycznego, tłumienia i innych czynników. Anomalia AVO może również obejmować przykłady, w których amplituda z przesunięciem spada z mniejszą szybkością niż otaczające zdarzenia odbiciowe.

Zastosowania w przemyśle naftowym i gazowym

Najważniejszym zastosowaniem AVO jest wykrywanie złóż węglowodorów. Zwiększenie AVO jest zwykle obecne w osadach roponośnych o co najmniej 10% nasyceniu gazem, ale jest szczególnie widoczne w porowatych osadach gazonośnych o małej gęstości, z niewielką ilością ropy lub bez niej. Szczególnie ważnymi przykładami są piaski gazowe środkowego trzeciorzędu w przybrzeżnych hrabstwach południowo-wschodniego Teksasu, turbidytowe , takie jak osady delty późnego trzeciorzędu w Zatoce Meksykańskiej (zwłaszcza w latach 80. – 90. XX wieku), Afryce Zachodniej i innych głównych deltach wokół świat. Większość dużych firm rutynowo wykorzystuje AVO jako narzędzie do „zmniejszania ryzyka” celów poszukiwawczych oraz do lepszego określania zasięgu i składu istniejących złóż węglowodorów.

AVO nie jest odporny na awarie

Ważnym zastrzeżeniem jest to, że istnienie nienormalnie rosnących lub opadających amplitud może czasami być spowodowane innymi czynnikami, takimi jak alternatywne litologie i pozostałości węglowodorów w pękniętej kolumnie gazowej. Nie wszystkie pola naftowe i gazowe są powiązane z oczywistą anomalią AVO (np. większość ropy znalezionej w Zatoce Meksykańskiej w ostatniej dekadzie), a analiza AVO w żadnym wypadku nie jest panaceum na poszukiwania gazu i ropy .

Linki zewnętrzne

• http://sepwww.stanford.edu/public/docs/sep73/carlos2/paper_html/node5.html